Компоненты компании International Rectifier

Главная | Статьи | Компоненты компании IR | Решения для современных осветительных установок

Решения для современных осветительных установок

 

Сегодня освещение нам необходимо везде, мы освещаем свое жилье, используем освещение для офиса, осуществляем подсветку витрин, концертное освещение передает настроение, наружное освещение архитектурных сооружений подчеркивает их величие, освещение улиц делает наши города сверкающими. Для реализации функции освещения применяют различные методы и технологии. Компания International Rectifier предлагает разработчикам пять путей решения схем управления для освещения — управление: компактными флуоресцентными лампами, трубчатыми флуоресцентными лампами, галогенными лампами, лампами ввысокой интенсивности свечения и схемы управления для супер ярких диодов.

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.

Диаграмма работы компактной лампы

Рис.1. Диаграмма работы компактной лампы

 

Таблица 1

 

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.

 Схема управления компактной лампой

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.

Блок схема управления трубчатой люминесцентной лампой

Рис.3. Блок схема управления трубчатой люминесцентной лампой

 

Схема управления галогенными лампами

Рис.4. Схема управления галогенными лампами

 

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.

Блок схема управления натриевыми лампами

Рис.5. Блок схема управления натриевыми лампами

Схема блока питания светодиодов

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 собственное падение напряжения, число светодиодов вклю­ченных последовательно ограничено номиналом входного напряжения. Для управления полевым транзистором при­меняется высоковольтный драйвер обеспечивающий согласование сигна­ла управления схемы контроля с сигна­лом управления транзистора.

Система управления контролируя ток текущий через не индуктивный шунт обеспечивает регулирование тока на заданном уровне. С помощью входа «ROSC» можно осуществлять регулиро­вание яркостью светодиодов.

Назад

© 2006 Integral