Мікросхеми для ЕПРА люмінесцентних ламп
Люмінесцентні лампи є найпоширенішими і одними з найбільш високоефективних джерел світла. У них можна виділити дві групи приладів - компактні лампи різного виконання і трубчасті лампи. Компактні лампи займають в основному діапазон потужностей від 11 до 26 Вт і призначені для освітлення житлових і, почасти, офісних приміщень. Вони є ефективною енергозберігаючою альтернативою лампам розжарювання. Компактна люмінесцентна лампа потужністю 16 Вт рівноцінна по світловіддачі 100 Вт лампі розжарювання. Останнім часом в Азії дедалі популярнішими стають компактні лампи підвищеної (40 ... 100 Вт) потужності, які застосовуються для вуличного освітлення. Трубчасті лампи застосовуються в одно- і багатолампових (до 4) світильниках, які використовуються для освітлення офісних і виробничих приміщень. Потужність трубчастих ламп досягає 80 Вт, а найбільш популярними є лампи потужністю 18 Вт (растрові світильники 4х18 Вт), 32 Вт, 36 Вт, 40 Вт, 58 Вт (одно- і дволампове світильники).
Мікросхеми управління для ЕПРА компактних ламп
У світильниках з компактними лампами головною умовою успіху є мінімальна ціна реалізації ЕПРА. Хоча до ЕПРА ламп потужністю до 26 Вт пред'являються більш низькі вимоги (це виражається в більш простому вхідному фільтрі, відсутності коректора коефіцієнта потужності, спрощеному управлінні і захисту лампи), в більшості з них для отримання низької ціни застосовується традиційне рішення - автогенераторного схема з трансформатором і полумостовим каскадом на біполярних транзисторах. В таких схемах важко реалізувати попередній підігрів катода для збільшення терміну служби лампи, а режим Автоматичне прив'язаний до параметрів і потужності лампи (надійність запуску падає з напрацюванням лампи). Точність установки частоти невисока, так як визначається параметрами насичення сердечника трансформатора і транзисторів. Є висока ймовірність виникнення ємнісних струмів. Для серійного виробництва ЕПРА потрібні компоненти з жорсткими допусками за вищою ціною. Крім того, біполярні транзистори поступаються по надійності потужним польовим транзисторам (особливо при підвищених температурах, коли ЕПРА вбудований в цоколь лампи). У ЕПРА компактних ламп попереду стоїть завдання створення керуючого пристрою з більш широким набором функцій управління лампою, продовженим терміном служби і з більш високою надійністю ЕПРА при конкурентній з автогенераторного варіантом ціною. В кінцевому рахунку це зводиться до створення мікросхеми з мінімальним числом висновків (компактність і ціна корпусу) і максимальним для вирішення поставленого завдання набором функцій (простота схеми). У новій номенклатурі мікросхем International Rectifier є дві, призначені для вирішення цього завдання.
Перша з них - IRS 2153D. Відноситься до нового, п'ятого покоління високовольтних ІС IR. Повністю сумісна за висновками з популярною автогенераторного ІС IR2153. Частота автогенератора, реалізованого на внутрішньому таймері (він забезпечує шпаруватість строго 50%) задається зовнішньої RC-ланцюгом. Корпус має мінімальну кількість висновків (DIP-8, SO-8). Мікросхема забезпечує режим Мікропотужні споживання з струмом 130 мкА. Входом зовнішнього виключення можна керувати за допомогою включення і виключення ЕПРА (у аналогів цієї функції немає). У порівнянні з IR2153 і аналогами в новій ІС посилені допуски і підвищена точність (допуск на частоту знижений до 3% замість колишніх 5%).
У структурі кристала ІС присутня бутстрепний польовий транзистор, що працює в режимі діода і замінює зовнішній ультрашвидкий діод. Зміна частоти генерації в режимі підігріву катода реалізується зміною времязадающей ємності.
Застосування нової ІС IR дозволяє реалізовувати більш надійні ЕПРА з мінімальною складністю схеми (особливо при відсутності попереднього підігріву) і зі зниженими вимогами до точності компонентів, що збільшують термін служби лампи.
Мікросхема IR2520D також випускається в 8-вивідних корпусах і містить інтегральний бутстрепний транзистор, але при цьому працює на інших принципах і має ряд позитивних відмінностей. Її основою є генератор змінної частоти, керований напругою. Адаптивне управління полумостовим каскадом забезпечує перемикання ключів при нульовій напрузі і мінімально можливому струмі (режим ZVMC). Цей режим гарантує мінімальні втрати потужності на ключах. Схема реалізації баласту на основі IR2520D представлена на малюнку 1. Резистор Rfmin встановлює періодичність виконання і стартову частоту (в 2,5 рази вище частоти запуску). Конденсатор Cvco визначає час попереднього підігріву катода. Мікросхема забезпечує захист ключів від перевантаження по струму в стартовому режимі за рахунок обмеження максимальної величини пік-фактора і захист ключів від роботи в режимах перемикання при ненулевом напрузі.
Мал. 1. Схема ЕПРА компактної лампи на основі IR2520D
Крім цього, мікросхема забезпечує блокування роботи при відкритій нитки напруження і низькій напрузі мережі, авторестарт при заміні лампи. Конструкція на її основі відрізняється максимальною простотою, мінімальної займаною площею, забезпечує підвищений термін служби лампи і некритична до допускам компонентів на відміну від автогенераторних баластів на біполярних транзисторах.
Схемотехніка ЕПРА на основі IR2520D простіше ніж при застосуванні аналогів (наприклад при реалізації ЕПРА на мікросхемі UBA2021 компанії NXP в більш дорогому 14-вивідному корпусі необхідно на 5 компонентів більше).
Ці переваги ІС IR2520D найбільш повно реалізуються в діапазоні 16 ... 26 Вт.
Мікросхеми управління для ЕПРА трубчастих ламп
Існують два підходи до конструювання ЕПРА трубчастих ламп. Оскільки вони йдуть на зміну електромагнітним ПРА, то один з підходів зводиться до реалізації бюджетних ЕПРА з мінімальною вартістю, низьким коефіцієнтом потужності і мінімальним набором функцій. Інший підхід заснований на реалізації розвинених функцій управління і захисту при більш високій ціні. Прикладом першого підходу є продукція, яка надходить на російський ринок з Азії, а другого - з Європи.
Бюджетні ЕПРА з низькою вартістю реалізуються в даний час на автогенераторних схемах із застосуванням біполярних транзисторів і найпростіших пасивних коректорів коефіцієнта потужності. Як і в ЕПРА компактних ламп, конкуренцію їм можуть скласти тільки ЕПРА із застосуванням польових транзисторів і мікросхеми IRS2153D. Більш висока вартість комплектації в цьому випадку компенсується зниженням вартості виробництва, підвищенням надійності та ресурсу роботи лампи.
Разом з тим зростає інтерес до перспективних ЕПРА, в яких деяке ускладнення схеми компенсується високим коефіцієнтом потужності, низькими нелінійними спотвореннями і максимальним набором функцій управління і захисту. Наявність в ЕПРА вузла активного коректора коефіцієнта потужності призводить до збільшення числа керуючих мікросхем до 2-3 шт. (Контролер коректора і контролер / драйвер ЕПРА). Компанія IR кілька років тому випустила дві мікросхеми IR2166 і IR2167, в яких на одному кристалі об'єднано управління всіма вузлами ЕПРА (див. Рис. 2).
Мал. 2. Функціональна схема ЕПРА з однокристальними контролерами IR2166, IR2167
Реалізовані на їх основі ЕПРА відрізнялися високим коефіцієнтом потужності (більше 0,99), низьким коефіцієнтом нелінійних спотворень (менше 10%), максимально можливим ресурсом лампи. У них реалізовувалися всі сучасні вимоги по управлінню і захисту як трубчастих ламп (однієї або декількох) так і ЕПРА. За рахунок інтеграції функцій на одному кристалі і нових алгоритмів роботи, в конструкції ЕПРА перелік компонентів скорочувався на 40%.
У новому поколінні ІС компанії IR з'явилися мікросхеми IRS 2166D і IRS 2168D, що є подальшим розвитком ІС IR2166 і IR2167. ІС IRS2166D відрізняється від попередниці більш компактним кристалом (більш низькою вартістю), більш жорсткими допусками на параметри і наявністю інтегрального бутстрепного діода. Вона повністю сумісна з IR2166 за висновками і управління, що дозволяє швидко модернізувати серійну продукцію з метою поліпшення характеристик при одночасному зниженні вартості виробу і виробничих витрат. ІС IRS2168D істотно відрізняється і від попередньої IR2167 і від IRS2166D, і по своїй схемотехнике є абсолютно новою розробкою. Вона призначена для високоякісного управління декількома лампами (до 4 шт) при експлуатації в широкому діапазоні зміни вхідних напруг і при високій (більше 100 Вт) потужності навантаження, а також для керування лампами, які вимагають високої напруги запалювання (наприклад лампи типу Т5).
На відміну від IRS2166D, в цій ІС час перемикання на фіксований період (1,6 мкс), а не встановлюється зовнішньої RC-ланцюжком. Основним вузлом схеми управління вихідним каскадом є генератор, керований напругою (ГУН), і в ІС передбачений окремий висновок управління VCO (див. Рис. 3). Наявність такого генератора дозволяє реалізувати режим ZVMC роботи ключів і істотно знизити втрати в ключах. Додатково до можливостей IRS2166D, в IRS2168D реалізовано замкнутий управління режимом підпалу, що дозволяє програмувати ток підпалу, час підпалу і підвищити точність установки часу підпалу в 6 разів (до 5% від часу підігріву). Завдяки стабілізації струму і напруги в режимі підпалу підвищується термін служби лампи. Нова ІС захищена від перевантажень по струму не тільки в вихідному полумостового каскаді, але і в коректорі коефіцієнта потужності (ККП). ККМ здатний працювати в широкому діапазоні зміни напруги мережі. Наявність спеціального виведення SD EOL і відповідного вузла в ІС дозволяє виявляти старіння лампи і своєчасно блокувати роботу ЕПРА для запобігання виходу його з ладу. IRS2168D забезпечує найвищий коефіцієнт потужності (більше 0,99) і мінімальний коефіцієнт нелінійних спотворень (менше 6%).
Мал. 3. Схема включення ІС IRS2168D
Мікросхеми для ЕПРА ламп з розрядом високої інтенсивності
Сімейство ламп з розрядом високої інтенсивності включає в себе лампи декількох типів - ртутні, натрієві, ксенонові і т.д. Лампи цієї лінійки відрізняє найвища світловіддача. Внаслідок цього вони широко використовуються у вуличному освітленні, для освітлення виробничих приміщень, а також для спеціальних додатків (наприклад, ксенонові фари). Залежно від типу лампи режими управління нею можуть відрізнятися, але функціональна схема ЕПРА залишається спільною для всіх типів ламп (див. Рис. 4). ЕПРА повинен забезпечувати підпал лампи високою напругою, стабілізацію струму підігріву і контроль потужності під час роботи. Відповідно, обов'язковими вузлами ЕПРА є ККМ, понижуючий конвертор і бруківка схема управління лампою. Для управління ними компанія IR пропонує чіпсет на основі керуючих ІС. Перша з них - контролер ККМ IR1150. На базі цієї ІС можуть бути реалізовані коректори будь-якого типу (робота в режимі переривчастих або безперервних струмів) на потужності 75 ... 4000 Вт. На відміну від традиційних ІС управління ККМ, що використовують зворотний зв'язок від мережі живлення, підсилювач помилки і перемножувач для формування управління за час напівхвилі напруги мережі, в IR1150 управління скважностью ШІМ формується за один цикл ШІМ.
Мал. 4. Функціональна схема ЕПРА лампи розряду високої інтенсивності
Схема контролю напруги шини постійного струму побудована на базі інтегратора зі скиданням. Це дає можливість реалізувати ІС в 8-вивідному корпусі, на 40% знизити число елементів плати управління та на 50% зменшити площу друкованої плати (див. Рис. 5).
Мал. 5. Плати управління ККМ на базі ІС IR1150 (вгорі) і UC3854 (внизу)
Управління знижувальним конвертором може бути побудовано на базі драйвера верхнього ключа, ІС 5-го покоління, IRS 2117. Знижуючий конвертор повинен забезпечувати контроль струму, споживаного лампою в режимах підігріву, підпалу, і в робочому режимі. Вихідний каскад являє собою бруківку схему і пристрій підпалу, що містить транзистор, динистор і конденсатор. Завданням мостового каскаду є формування на лампі змінної напруги. Для управління вихідним мостовим каскадом можуть бути використані два автогенераторних драйвера IRS 2153D, але більш раціонально використовувати одну ІС мостового автогенераторного драйвера IRS 2453D. Принцип роботи генератора в ній аналогічний ІС IR2153, IRS2153D - частота автоколивань генератора, реалізованого на таймері, встановлюється зовнішньої RC-ланцюжком. Для виключення наскрізних струмів в мосту передбачені паузи на перемикання ключів півмилі тривалістю 1,5 мкс. Струм накачування затворів вихідними драйверами ключів верхнього і нижнього рівнів аналогічний струмів IRS2153D. Для реалізації бутстрепного джерела живлення в ІС передбачений інтегральний бутстрепний транзистор, що спрощує схему включення.
Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка -
e-mail: [email protected]
Перший 200-вольта DirectFET транзистор
Транзистор IRF 6641TRPbF розроблений для застосування в ізольованих DC / DC-конверторах з живленням від універсальної шини (36 ... 75 В). Володіючи ультранизьким опором каналу (51 мОм) і низьким зарядом затвора, він ідеально підходить для синхронних випрямлячів високоефективних сільноточних DC / DC-конверторів, які працюють на високій частоті, останнього покоління конверторів шини, приводу постійного струму, і навіть для 48-вольтів конверторів вітрогенераторів. Крім того, він може використовуватися в потужнострумових AC / DC-конверторах комп'ютерів і телекомунікаційних серверів з живленням від 48-вольтової шини.
Новий транзистор в корпусі DirectFET типу MZ при габаритах корпусу SO-8 і висоті корпусу 0,7 мм забезпечує струм 25 А при мінімальних втратах провідності і перемикання. Він замінює до 3 транзисторів в корпусі SO-8 і економить до 50% площі друкованої плати. Транзистор забезпечує ККД синхронних випрямлячів до 95% - це той же рівень ККД, що при подвійній кількості транзисторів в корпусі SO-8 і вихідному струмі 7 А.
Про компанію Int. Rectifier
У 2015 році компанія Infineon придбала компанію International Rectifier, тим самим значно посиливши свої лідируючі позиції в області силової електроніки. ...Читати далі