Для освещения жилого помещения обычно используют компактные флуоресцентные лампы которые сегод­ня призваны заменить обычные лампы накаливания, уменьшить затраты элек­троэнергии и сократить габаритный конструктив. Освещая большие площади офисных и промышленных помещений, чаще применяют трубчатые люминесцентные лампы. Для освещения витрин торговых помещений и когда необ­ходимо создать направленный свето­вой поток различного цвета используют галогенные лампы. В качестве осве­щения улиц и больших площадей используют лампы с высоко интенсивным свечением (натриевые, ртутные). Для создания приложений с низким потреб­лением мощности для систем резервного освещения используют светодиоды повышенной яркости свечения. В таблице приведены достоинства пере­численных технологий освещения для их сравнения.

Управление данными типами ламп имеет различные электрические осо­бенности и каждое решение имеет свою схему для контроля.

КОМПАКТНЫЕ ЛАМПЫ

Компактная флуоресцентная лампа состоит из трубчатой лампы малого диаметра, заключенную в спиралевид­ную форму, плата управления находит­ся в основании из поликарбоната, для сохранения совместимости с лампами накаливания применяется цоколь с резьбой под патрон. Лампа состоит из стеклянной трубки, внутри наполненной инертным газом (аргон). Для испускания электронов применяют нити накала покрытые бором и установленные в каждом конце трубки. Поскольку элек­троны проходят вдоль трубки от одной нити к другой они сталкиваются на своем пути с атомами газа. При столкнове­нии атомы испускают ультрафиолето­вый свет который, преобразуется в видимый, при прохождении через люми­несцентное покрытие на внутренней стороне трубки. Чем выше число стол­кновений, тем выше яркость лампы. На рис. 1 представлена диаграмма поджи-га лампы.

Спиралевидные лампы более популярные потому что свет излучаемый лампой равномерно распространяется по всей лампе обеспечивая большую яркость, чем другие типы и формы ламп. Рабочий цикл для включения флуорис-центной лампы состоит из трех этапов — предварительный подогрев нитей ка­тода, режим поджиг и режим запуск, данные пункты необходимо выполнять в строгой последовательности. Во время режима подогрева и предварительного поджига выходной каскад представляет собой последовательное соединение индуктивности и емкости. Представляю­щие колебательный контур с высокой добротностью и с быстрым характером изменения фазы от +90 до -90 градусов в районе резонансной частоты. Для ра­бочих частот, лежащих выше частоты резонанса, фаза зафиксирована на уровне -90 градусов. В режиме подог­рева нити накала лампы должны разог­реться до нужной температуры эмиссии, что позволяет обеспечить боль­шой срок службы лампы за счет перес­тройки частоты с последовательным уменьшением. Для поджига лампы час­тотный режим работы лампы уменьша­ется и проходит через резонансную частоту работы фильтра, в это время повышение напряжение на лампе вызывает ее зажигание. После того как лампа засветилась, происходит умень­шение рабочей частоты пока номи­нальная мощность лампы не будет дос­тигнута см. рис. 1.

Рис.1. Диаграмма работы компактной лампы

Напряжение при котором лампа пе­реходит в режим старта находится в пределах от 50В до 150В, и может изменяться от типа лампы и ее мощности, ра­бочая частота лампы обычно составля­ет около 50кГц. Схема управления про­изводит выпрямление сетевого напря­жения для подачи к лампе выпрямленно­го постоянного напряжения с амплиту­дой в несколько сотен вольт. Система управления генерирует высокочастот­ные импульсы прямоугольной формы и состоит из высоковольтной интеграль­ной схемы и транзисторов собранных в полумост. Прямоугольный сигнал высо­кой амплитуды подается на лампу через LC фильтр.

На рис. 2 представлена схема уп­равления электронным балластом ком­пактной лампой небольшой мощности на базе ИС IR2520D обеспечивающая разработчиков всеми необходимыми функциями как для включения лампы так и для ее защиты. ИС выпускается в 8-вы-водных корпусах и реализует квазире­зонансный адаптивный ZVS режим пе­реключения транзисторов, который ми­нимизирует потери в ключах обеспечи­вая максимальный КПД и срок службы вне зависимости от допусков на компо­ненты и лампу при различных колебани­ях сетевого напряжения. В ИС IR2520D производится контроль пик-фактора и реализуется защита от перегрузки по току. Помимо этого ИС имеет встроен­ный бутстрепный диод, что позволяет минимизировать количество внешних элементов по сравнению с аналогами или схем собранных на биполярных транзисторах.

Рис.2.  Схема управления компактной лампой

ТРУБЧАТЫЕ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ

Трубчатые флуоресцентные лампы имеют те же самые электрические особенности, что и компактные лампы, но схема контроля должна обеспечивать дополнительные требования защиты. Блок схема управления трубчатой люми­несцентной лампой представлена на рис. 3. Схема включает, фильтр защиты от EMI помех, выпрямительный мост, корректор коэффициента мощности, уп­равляемый полумост состоящий из поле­вых транзисторов и драйвера обеспечи­вающий задержку при переключении для исключения появления сквозного то­ка в полумосте, выходной фильтр позво­ляющий работать в резонансном режи­ме сопряженный с лампой. Кроме того схема должна обеспечи­вать различные защиты лампы и защиту всех элементов балласта в случае ава­рийного режима. Балласт также должен обеспечивать продолжительную работу лампы и иметь защиту против старения. Различие между схемами управления трубчатых люминесцентных ламп и ком­пактных ламп состоит в наличии ККМ. Для производителей балластов в Евро­пе согласно международному соглаше­нию о передаче электроэнергии, необ­ходимо устанавливать ККМ в балласт мощностью более 25Вт, на сегодняш­ний день такой тип балластов наиболее популярен. Кроме того, что ККМ позво­ляет обеспечивать синусоидальную форму тока на входе, он также обеспе­чивает постоянное напряжение на вы­ходе балласта, при изменении напряжения в сети в широких пределах от 95В до 265В. Это позволяет балласту не отключать лампу во время изменения входного напряжения, а продолжать ра­боту если даже напряжение в сети изме­няется. Также для балластов работаю­щих по такой схеме довольно просто применять различные типы ламп или конфигурацию ламп (параллельное, последовательное, смешанное соеди­нения) при этом оставляя неизменной топологию печатной платы.

На рис. 3 представленная блок схе­ма выполнена на ИС IR2167 обеспечи­вающая управление 600В балластом со всеми необходимыми защитами, а так­же для управления всеми типами флуо­ресцентных ламп. Схема ККМ работает в режиме критической проводимости и обеспечивает   высокий   коэффициент мощности около 0.998, малые гармони­ческие искажения и регулировку шины постоянного тока. ИС IR2167 выполняет функции программирования парамет­ров предварительно разогрева (часто­та, время), программирования наклона характеристики зажигания, а также ра­бочей частоты, что обеспечивает высо­кий уровень гибкости инженерам при проектирования балластов. Основной частью данной ИС является генератор с внешней регулировкой и программиро­ванием времени паузы. Сигнал меан­дра получается с высокой точностью за счет применения в ИС Т-триггера.

Рис.3. Блок схема управления трубчатой люминесцентной лампой

ГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ

Галогенная лампа использует в ка­честве элемента излучающего светвольфрамовую нить, заключенную в жаро прочный кожух. Подобно лам­пам накаливания электрический ток заставляет вольфрамовую нить нагре­ваться до температуры около 2500 °C, нить став белого цвета излучает види­мый свет. Как галогенные, так и лампы накаливания оба типа ламп использу­ют высокую температуру для высво­бождения атомов. Однако размеры га­логенной лампы значительно меньше, чем ламп накаливания, для препятствия расплавления корпуса применяется ко­жух сделанный из кварца. Корпус лам­пы наполнен галогенным газом. Этот газ имеет интересное свойство при объединении с вольфрамовым паром. Если температура пара будет доста­точно высока, то газ галогена, объеди­няясь с атомами вольфрама (так как они испаряются), повторно наносит их на нить накала. Этот процесс рецирку­ляции позволяет обеспечить нити нака­ла галогенной лампы продолжительный срок службы, чем у лампы накалива­ния. Кроме того из-за интенсивного на­кала нити, лампа обеспечивает более яркое свечение, вот почему лампы нашли свое применение для подсветки различных предметов.

Для питания галогенной лампы не­нужно высокое напряжение, рабочее напряжение лампы составляет от 11.2В до 11.7В. Схемы управления галогенны­ми лампами известны под названием «схема электронного трансформато­ра». Схема понижает входное напряже­ние до необходимого рабочего диапа­зона, обеспечивает гальваническую изоляцию и учитывает особенности ра­боты. Кроме того схема позволяет со­бирать лампы в группы в зависимости от желаемого эффекта освещения и осу­ществлять регулировку яркости. Для обеспечения безопасной работы поль­зователя с галогенными лампами обес­печивается гальваническая изоляция вы­хода управления лампами с помощью трансформатора. Схема также обеспе­чивает защиту в случае обрыва цепи, а также защиту от перегрузки в случае ес­ли нагрузили выход схемы управления слишком большим числом ламп.

Для реализации функции управле­ния электронным трансформаторам и для питания низковольтных галогенных ламп, компания International Rectifier специально разработала и производит ИС IR2161. На рисунке 4 представлена схема для управления галогенной лам­пой. Все необходимое для питания ИС, управления и защиты трансформатора удалось упаковать в малогабаритный 8-выводной корпус, упростив схему и по­высив надежность. Новая ИС способна адаптироваться к изменению напряже­ния сети и режимам работы лампы, де­лая возможным реализацию нового по­коления высоконадежных электронных трансформаторов. Адаптивное управ­ление паузой на переключение является ключевой особенностью IR2161, повы­шающей надежность работы электрон­ного трансформатора за счет непре­рывного контроля мягкого режима пе­реключения.

ЛАМПЫ ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕЧЕНИЯ

Лампы с высокой интенсивностью свечения содержат в себе пары рту­ти или натрия и обычно используются для уличного освещения. Популярность этих ламп обеспечивается высоким КПД и яркостью свечения. В случае исполь­зования натриевого газа их КПД можно сравнить с обычными флуоресцентными лампами. Природа ртутных ламп схожа с флуоресцентными лампами, но яр­кость обеспечивается непосредственно без специального фосфорного покры­тия стенок лампы.

Для поджига лампы необходимо обеспечить напряжение от 3 кВ до 20кВ в зависимости от типа лампы. Кроме то­го лампы имеют рабочие напряжение от 100 до 200В, и низкую частоту управ­ления от 100 Гц до 200 Гц чтобы избе­жать повреждение габаритного корпу­са лампы от акустического резонанса. Блок схема приведенная на рисунке 5 иллюстрирует схему управления натриевыми лампами и включает: EMI фильтр, управляемый транзисторный мост, кор­ректор коэффициента мощности, схему контроля тока в лампе, схему поджига лампы, высоковольтные драйверы IRS2153D для управления мостом. Схе­мы выполненные с использованием драйвера IRS2153D обеспечивают жес­ткий допуск на частоту, микромощный старт, не требует жестких допусков на параметры компонентов обвязки при серийном производстве, четкий режим подогрева и защиту без защелки.

Рис.5. Блок схема управления натриевыми лампами

Рис.6. Схема блока питания светодиодов

СУПЕРЯРКИЕ СВЕТОДИОДЫ

В связи с появлением новых разрабо­ток в области ярких светодиодов, стали более популярными источники ос­вещения с использованием светодио-дов. Применение светодиодов в качес­тве источника света всегда привлекало разработчиков из-за их большого вре­мени наработки на отказ, низкого зна­чения потребляемой мощности. Высо­кая яркость достигнутая современными производителям светодиодов во многих цветовых гаммах, позволило пользо­ваться данной технологией и для осве­щения помещений, резервное освеще­ние, уличные светофоры и т.д.

Кроме высокой световой отдачи, малого энергопотребления и возмож­ности получения любого цвета излуче­ния, светодиоды обладают целым рядом других замечательных свойств. Отсутс­твие нити накала благодаря нетепловой природе излучения светодиодов опре­деляет большой срок службы. Произво­дители светодиодов декларируют срок службы до 100 тысяч часов, или 11 лет непрерывной работы, — срок, сравни­мый с жизненным циклом многих освети­тельных установок. Отсутствие стеклян­ной колбы гарантирует высокую меха­ническую прочность и надежность. Ма­лое тепловыделение и низкое питаю­щее напряжение гарантируют высокий уровень безопасности, а без инерцион­ность делает светодиоды незаменимы­ми, когда нужно высокое быстродейс­твие (например, для стоп-сигналов). Сверх миниатюрность и встроенное свето распределение определяют дру­гие не менее важные достоинства. Све­товые приборы на основе светодиодов оказываются неожиданно компактны­ми, плоскими и удобными в установке. Схема неизолированного источни­ка тока питающего последовательно соединенные светодиоды представлена на рис. 6.

В схеме используется высокая час­тота коммутации для уменьшения раз­мера дросселя. Поскольку каждый све-тодиод имеет соб‚рубчатой люминесцентной лампой

ГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ

Галогенная лампа использует в ка­честве элемента излучающего светвольфрамовую нить, заключенную в жаро прочный кожух. Подобно лам­пам накаливания электрический ток заставляет вольфрамовую нить нагре­ваться до температуры около 2500 °C, нить став белого цвета излучает види­мый свет. Как галогенные, так и лампы накаливания оба типа ламп использу­ют высокую температуру для высво­бождения атомов. Однако размеры га­логенной лампы значительно меньше, чем ламп накаливания, для препятствия расплавления корпуса применяется ко­жух сделанный из кварца. Корпус лам­пы наполнен галогенным газом. Этот газ имеет интер