Использование балласта люминесцентной лампы для управления светодиодами

Christian Rausch

EDN

Микросхемы балластов, такие как IR53HD420 компании International Rectifier, используются конструкторами в КЛЛ (компактных люминесцентных лампах) для нагрева нитей накала, поджига ламп и поддержания в них рабочего тока. Изготовители массово выпускают такие микросхемы, и стоят они порядка $2. В этой статье показано, как использовать микросхему балласта КЛЛ для управления светодиодами, а не люминесцентными лампами. Микросхема балласта, по сути, представляет собой автоколебательный полумост, рассчитанный на автономную работу. В типичном случае микросхема работает от 320 В постоянного тока, что примерно соответствует выходному напряжению выпрямителя сети 230 В или удвоителя напряжения 120 В. Микросхема генерирует прямоугольные импульсы напряжения амплитудой 320 В пик-пик и частотой в десятки килогерц.

Эти прямоугольные импульсы обычно подаются на КЛЛ с включенным последовательно токоограничительным дросселем L1 (Рисунок 1). При использовании параллельного конденсатора и LC-резонанса можно разогревать лампу, поджигать ее и поддерживать в ней рабочий ток. Этот подход работает хорошо, поскольку ККЛ имеют высокое сопротивление в выключенном состоянии и низкое сопротивление во время работы. Типичное напряжение на лампе составляет 150 В пик-пик.

Балласт люминесцентной лампы управляет длинной цепочкой светодиодов.
Рисунок 1. Балласт люминесцентной лампы управляет длинной цепочкой светодиодов.

Соединив последовательно несколько светодиодов и подключив их к мостовому выпрямителю, можно имитировать КЛЛ, по крайней мере, во включенном состоянии. Имитация выключенного состояния менее важна, так как в процедуре зажигания светодиоды не нуждаются. При указанных на схеме величинах RT и CT рабочая частота моста равна 70 кГц. Схема питает 64 светодиода током порядка 80 мА. Инфракрасные светодиоды освещают поле зрения ПЗС-камеры в системе машинного зрения. В макете схемы использовался дроссель 2.7 мГн от вышедшей из строя КЛЛ.

Ток светодиодов, помимо постоянной составляющей, содержит небольшие пульсации, поддержание которых на низком уровне увеличивает КПД схемы и продлевает срок службы светодиодов. Производители светодиодов обычно требуют ограничения пульсаций несколькими процентами. Достичь столь низких пульсаций тока с помощью одного только электролитического конденсатора C5 может быть трудно, но параллельная комбинация с дополнительным фольговым конденсатором C4 в большинстве случаев работает достаточно хорошо. Напряжение на входе выпрямителя довольно постоянно в течение одного периода колебаний, поэтому ток дросселя имеет треугольную форму, что хорошо с точки зрения электромагнитной совместимости. Выражение для среднего тока светодиодов (ILEDAVG) имеет вид

где

VDC – напряжение источника питания,
N – количество светодиодов в последовательной цепочке,
VFLED – прямое напряжение светодиода,
f – частота генерации,
L1 – индуктивность токоограничительного дросселя.

Добавление трансформатора в схему на Рисунке 1 позволяет подключить любое необходимое количество светодиодов.
Рисунок 2. Добавление трансформатора в схему на Рисунке 1 позволяет подключить
любое необходимое количество светодиодов.

Хотя схема на Рисунке 1 работает хорошо, у нее есть некоторые недостатки, которые устранены в схеме на Рисунке 2 путем добавления элементов C6, D5, D6 и трансформатора T1, намотанного на каркасе EPCOS EP13 с сердечником без зазора EP13 из феррита T38, и имеющего индуктивность 7000 нГн. Как первичная, так и вторичная обмотки содержат по 90 витков провода 0.2 мм. Вторичная обмотка намотана поверх первичной. В этом случае индуктивность рассеяния не имеет значения, а индуктивность каждой обмотки составляет 50 мГн. Схема на Рисунке 2 имеет ряд преимуществ перед схемой на Рисунке 1. Например, в схеме на Рисунке 1 ток источника питания микросхемы балласта должен течь через резистор R1 в IR53HD420, где напряжение ограничивается на уровне 15.6 В. При токе питания около 6 мА резистор R1 должен рассеивать более 2 Вт. Сопротивление резистора R1 в схеме на Рисунке 2 может быть намного больше, поскольку через него протекает только незначительный пусковой ток. После запуска схемы зарядовый насос, состоящий из элементов C6, D5 и D6, отдает на вывод VCC ток, достаточный для того, чтобы внутренний стабилитрон ограничивал напряжение на уровне 15.6 В. Расчетная формула для среднего тока , потребляемого зарядовым насосом, имеет вид

Теперь рассеиваемая резистором R1 мощность остается ниже 0.25 Вт.

Кроме того, суммарное прямое напряжение диодов на Рисунке 1 должно быть меньше половины напряжения источника питания. Изменяя соотношение числа витков обмоток трансформатора в схеме на Рисунке 2, можно подключить столько светодиодов, сколько потребуется, при условии, что не будут превышены предельные режимы используемых компонентов (Напряжения светодиодов могут даже превышать VDC). Менее очевидная проблема схемы на Рисунке 1 заключается в том, что к обоим концам светодиодной цепочки прикладывается полный размах напряжения мостового выпрямителя. Эта ситуация не представляет проблемы, если все светодиоды сгруппированы вместе и расположены близко к мосту. Однако во многих осветительных приборах стремятся отделить светодиоды от электроники. Из-за паразитных емкостей такое решение приведет к возникновению больших емкостных токов из светодиодов в землю, что снизит КПД и создаст проблемы электромагнитной совместимости. Добавив трансформатор, показанный на Рисунке 2, можно заземлить один конец светодиодной цепочки – либо напрямую, как показано на схеме, либо через конденсатор. Тогда можно использовать длинные провода, и легко отделить светодиоды от управляющей электроники.

  1. Datasheet International Rectifier IR53HD420
  2. Datasheet OSRAM SFH484
  3. Datasheet Vishay UF4007

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 332
сейчас смотрят 6
представлено поставщиков 579
загружено
позиций
25 067 862