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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Reator eletrônico para lâmpadas LB-20. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / iluminação A principal desvantagem das lâmpadas incandescentes é a baixa eficiência e, consequentemente, o alto consumo de energia elétrica. É possível reduzir o consumo de energia elétrica na iluminação de ambientes se utilizar lâmpadas fluorescentes de maior eficiência. No exterior, os reatores eletrônicos são amplamente utilizados atualmente, fornecendo luz "suave" e não pulsante. A introdução generalizada de reatores eletrônicos na indústria já foi prejudicada pelo alto custo dos componentes, pela velocidade de comutação insuficientemente rápida dos transistores e pela produção cara. Todas essas deficiências foram eliminadas com o lançamento dos novos drivers de portão MOS IR2151 econômicos da International Rectifier e empresas similares. Esses drivers são circuitos integrados de potência monolíticos capazes de acionar dois transistores, conversores de meia ponte MOSFET ou IGBT. Eles podem operar em tensões de alimentação de até 600 V, têm formas de pulso de saída claras com ciclos de trabalho de 0 a 99%. O diagrama funcional do driver IR 2151 é mostrado na Figura 1.
O driver contém uma parte de entrada em amplificadores operacionais, que podem operar em modo auto-oscilante. A frequência é determinada por acessórios adicionais conectados às saídas Cst, Rt. Os geradores de pausa zero fornecem atrasos na ativação do transistor de saída em 1 µs após o fechamento do transistor anterior. O isolamento galvânico é realizado no canal do lado superior, então a tensão é amplificada por um amplificador de potência do transistor de efeito de campo e a tensão de saída da saída HO é alimentada na porta do transistor de potência. O braço inferior é alimentado por um oscilador mestre através de um gerador de pausa em zero e um dispositivo de atraso. Para garantir a estabilidade do driver, há um diodo zener em seu interior que limita a tensão a 15 V. O esquema do reator eletrônico é mostrado na Fig.2.
A frequência do conversor é determinada pelo circuito R2C5 fg = 1/(1,4R2C5) = 40 kHz. O driver é alimentado através do resistor R1, estabilizado por um diodo zener interno de até 15 V e filtrado pelo capacitor C4. O amplificador de portão lateral superior é alimentado de acordo com o circuito de "bomba" de carregamento, ou seja, através do resistor R3 e do diodo VD5. A tensão de saída do conversor do capacitor C7, fornecida às lâmpadas fluorescentes, tem formato retangular. As lâmpadas são conectadas de acordo com um circuito ressonante em série de forma que as correntes das lâmpadas fluam através das incandescências, após o acendimento, as incandescências são aquecidas e as lâmpadas acesas. As frequências de ressonância dos circuitos C9, L2 e C10, L3 são 40 kHz. Para reduzir o fator de crista para o consumo de energia elétrica, a carga do retificador é selecionada como indutiva (indutor L1 e capacitor C2, capacitor C3 conectados em paralelo servem para reduzir a amplitude do componente variável de alta frequência). Neste caso, não há necessidade de um filtro de supressão de ruído de entrada e uma conexão "suave" à rede é fornecida (o fator de crista é a relação entre a amplitude da corrente consumida e o valor eficaz da mesma corrente). Para limitar a velocidade de comutação dos transistores no nível de 40-50 ns, os resistores R4 e R5 com resistência de 24 ohms são incluídos nas portas dos transistores. Limitar as velocidades de comutação é necessário para reduzir o efeito das indutâncias e capacitâncias parasitas da placa de circuito. Limitar as velocidades de comutação neste nível permite um design de trabalho confiável. Ao construir um circuito, é necessário selecionar corretamente a resistência do resistor limitador R1, para isso, todas as correntes que passam por ele devem ser levadas em consideração: I0 - a corrente quiescente do microcircuito IR2151; I2 - corrente necessária para ligar o portão VT2; Iv - corrente do resistor de ajuste de tempo R2; In - carregando a corrente da "bomba" para alimentar o amplificador do braço; Ic - corrente do diodo zener interno do microcircuito para operação estável do estabilizador. A corrente quiescente do IR2151 em temperatura normal é de 1mA e diminui em 10% quando a temperatura aumenta em 100°C. Tomamos igual a I0=1,1 mA. A corrente necessária para ligar a porta VT2 é determinada pela fórmula I2 = 2Qgfpr, onde Qg é a carga da porta do transistor IRF730 (Qg = 18 nC); fpr - frequência de conversão igual a 40 kHz, ou seja I2 = 1,4 mA. A corrente do resistor de temporização R2 Iâ = 0,25 Ucc/R2 = 0,25 15/18•103 = 0,21 mA. A corrente da "bomba" de carregamento possui dois componentes: 1) quando um sinal de comutação é aplicado ao portão do transistor VT1, a tensão no primeiro momento é pequena e a amplitude da corrente é de aproximadamente 10 mA com duração de 200 ns ; 2) quando um sinal de desligamento é aplicado ao portão do transistor VT1, a tensão no primeiro momento permanece aproximadamente igual à tensão de alimentação do amplificador de saída de nível superior do microcircuito, a amplitude da corrente é de aproximadamente 20 mA para um duração de 200 ns, então a corrente da "bomba" de carga Iн=(10•10-3+20•10-3)200•10-9•40•103=0,24мА. A corrente do diodo zener interno do microcircuito pode estar na faixa de 0,1 a 5 mA. Levando em consideração a mudança na tensão da rede de alimentação, selecionamos a corrente do diodo zener interno Ic = 0,5 mA. Vamos determinar a corrente total que flui através do resistor R1, IR1 = I0 + I2 + Iv + In + Ic = 1,1 + 1,4 + 0,21 + +0,24 + 0,5 = 3,45 mA Resistor R1 R1 \u190d (15 - 3,45) / 10 * 3-50 \uXNUMXd XNUMX kOhm. Selecionamos o valor padrão de 47 kOhm. Estruturalmente, o reator eletrônico é feito em duas placas. A parte de entrada (capacitor C1, diodos VD1 ... VD4, indutor L1, capacitor C2) é montada por montagem em superfície. Ao conectar a uma rede industrial, deve-se conectar em série um fusível de 0,5 A. O restante do circuito está localizado na placa de circuito impresso. A colocação dos elementos nele é mostrada na Fig.3.
Como diodos retificadores VD1 ... VD4, você pode usar qualquer diodo de baixa frequência com uma corrente direta média de mais de 0,2 A, uma tensão reversa máxima de mais de 350 V (por exemplo, D226, D237B, V, Zh, KD109V , ponte retificadora KD209A, KD209B ou KTs405). Em vez do driver IR2151, você pode usar IR2152, IR2153, IR2154, IR2155 sem nenhuma alteração no circuito. Em vez de transistores de efeito de campo IRF730, você pode usar IRF720, IRF740 semelhantes. Radiadores para transistores não são necessários. Todos os resistores do circuito do tipo MLT-0,125, resistor R1 - MLT-1, R6 MLT-0,5. Como uma bobina L1, você pode usar uma semelhante com uma indutância de 1,3-2,0 H para uma corrente de 0,20,25 A; uma bobina de TVs em preto e branco DR2,3-0,21 também é adequada. Capacitores C8, C9, C10 tipo K31U-3E-5, você pode usar capacitores tipo KSO, K73-17. Capacitor C2 tipo K50-7; C5, C6 - KM5; C1, C3, C7 tipo K73-17 para tensão 400 V. A placa de circuito impresso é projetada de forma que os valores do resistor R1, capacitores C9, C10 possam ser selecionados por conexão paralela. As indutâncias L2 e L3 são enroladas em anéis feitos de alsifer marca VCh-32R com diâmetro de 29 mm e contêm 320 voltas de fio PEV-2 com diâmetro de 0,3 mm. Ferrite Sh7x7 µ2000NM com uma folga de 0,5 mm pode ser usado como núcleo. Sem nenhuma alteração no circuito, em vez de lâmpadas LB-20, podem ser usadas lâmpadas de 18 W atualmente amplamente disponíveis. Deve-se notar também que, com um reator eletrônico, as lâmpadas com filamentos defeituosos acendem e queimam (neste caso, as incandescências das lâmpadas devem ser curto-circuitadas). Um reator operando normalmente em um circuito de 190 V deve consumir uma corrente de 0,2 - 0,21 A (a medição pode ser realizada entre duas placas da estrutura). O iluminador completo funcionou por 5 meses no momento, fornece maior iluminação do que uma lâmpada incandescente de 100 W, liga sem picos de corrente, a ignição das lâmpadas ocorre quase instantaneamente e, o mais importante, muito menos fadiga ocular é percebida ao trabalhar com literatura. Autor: D. P. Afanasiev
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