Circuito de reator eletrônico de 40 watts

O reator eletrônico de 40 watts proposto é projetado para iluminar qualquer tubo fluorescente de 40 watts, com alta eficiência e brilho ideal.

O layout do PCB do reator fluorescente eletrônico proposto também é fornecido junto com o toróide e os detalhes do enrolamento do amortecedor.

Introdução

Mesmo a mais promissora e falada tecnologia LED talvez seja incapaz de produzir lâmpadas iguais às lâmpadas de reatores fluorescentes eletrônicos modernos. O circuito de uma dessas lâmpadas tubulares eletrônicas é discutido aqui, com eficiência melhor do que as lâmpadas LED.

Há apenas uma década, os reatores eletrônicos eram relativamente novos e, devido a falhas frequentes e altos custos, geralmente não eram preferidos por todos. Mas com o passar do tempo, o dispositivo passou por algumas melhorias sérias e os resultados foram encorajadores à medida que começaram a se tornar mais confiáveis ​​e duradouros. Os reatores eletrônicos modernos são mais eficientes e à prova de falhas.

Diferença entre reator elétrico e reator eletrônico

Então, qual é a vantagem exata de usar reator fluorescente eletrônico em comparação com o reator elétrico antigo? Para entender as diferenças corretamente, é importante saber como funcionam os reatores elétricos comuns.

O reator elétrico nada mais é do que um indutor simples de alta corrente, voltado para a rede elétrica, feito por um número de voltas de fio de cobre enrolado sobre núcleo de ferro laminado.

Basicamente, como todos sabemos, um tubo fluorescente requer uma alta corrente inicial para acender e fazer com que o fluxo de elétrons se conecte entre seus filamentos finais. Uma vez que esta condução é conectada, o consumo de corrente para sustentar esta condução e a iluminação torna-se mínimo. Os reatores elétricos são usados ​​apenas para “chutar” essa corrente inicial e, em seguida, controlar o fornecimento da corrente, oferecendo impedância aumentada assim que a ignição for concluída.

Uso de uma partida em reatores elétricos

Uma partida garante que os 'chutes' iniciais sejam aplicados por meio de contatos intermitentes, durante os quais a energia armazenada do enrolamento de cobre é usada para produzir as altas correntes necessárias.

O starter para de funcionar assim que o tubo é aceso e agora, uma vez que o lastro é direcionado através do tubo, passa a receber um fluxo contínuo de CA através dele e devido aos seus atributos naturais oferece alta impedância, controlando a corrente e ajudando a manter o brilho ideal.

Porém, devido à variação das tensões e à falta de um cálculo ideal, os reatores elétricos podem se tornar bastante ineficientes, dissipando e desperdiçando muita energia por meio do calor. Se você realmente medir, verá que um dispositivo de afogador elétrico de 40 watts pode consumir até 70 watts de energia, quase o dobro da quantidade necessária. Além disso, as oscilações iniciais envolvidas não podem ser apreciadas.

Reatores eletrônicos são mais eficientes

Os reatores eletrônicos, por outro lado, são exatamente o oposto no que diz respeito à eficiência. O que eu construí consumia apenas 0,13 amperes de corrente a 230 volts e produzia uma intensidade de luz que parecia muito mais brilhante do que o normal. Eles têm usado este circuito desde os últimos 3 anos sem nenhum problema (embora eu tive que substituir o tubo uma vez porque ele escureceu nas extremidades e começou a produzir menos luz).

A própria leitura atual prova o quão eficiente é o circuito, o consumo de energia sendo apenas cerca de 30 watts e uma luz de saída equivalente a 50 watts.

Como funciona o circuito de reator eletrônico

Seu princípio de funcionamento do reator fluorescente eletrônico proposto é bastante direto. O sinal CA é primeiro retificado e filtrado usando uma configuração de ponte / capacitor. O próximo compreende um estágio de oscilador de acoplamento cruzado de dois transistores simples. A CC retificada é aplicada a este estágio, que imediatamente começa a oscilar na alta frequência necessária. As oscilações são tipicamente ondas quadradas que são apropriadamente protegidas através de um indutor antes de ser finalmente usado para acender e iluminar o tubo conectado. O diagrama mostra uma versão de 110 V que pode ser facilmente modificada para um modelo de 230 volts por meio de alterações simples.

As ilustrações a seguir explicam claramente como construir em casa um circuito de reator eletrônico fluorescente eletrônico de 40 watts usando peças comuns.

Layout de componente PCB

AVISO: INCLUA UM MOV E UM TERMISTER NA ENTRADA DE FORNECIMENTO, CASO CONTRÁRIO O CIRCUITO SE TORNARÁ IMPREVISÍVEL E PODERÁ ESTAR A QUALQUER MOMENTO.

TAMBÉM, MONTE OS TRANSISTORES EM SEPARADOS, PONTOS DE CALOR DE 4 * 1 POLEGADAS, PARA MELHOR EFICIÊNCIA E VIDA MAIS LONGA.

Layout de trilha de PCB

Indutor Torroid

Indutor Choke

Lista de Peças

• R1, R2, R5 = 330K MFR 1%
• R3, R4, R6, R7 = 47 Ohm, CFR 5%
• R8 = 2,2 Ohms, 2watts
• C1, C2 = 0,0047 / 400V PPC para 220V, 0,047uF / 400V para entrada 110V AC
• C3, C4 = 0,033 / 400V PPC
• C5 = 4,7uF / 400V eletrolítico
• D1 = Diac DB3
• D2 …… D7 = 1N4007
• D10, D13 = B159
• D8, D9, D11, D12 = 1N4148
• T1, T2 = 13005 Motorola
• O dissipador de calor é necessário para T1 e T2.

Circuito de reator eletrônico para tubos fluorescentes gêmeos de 40 watts

O próximo conceito abaixo explica como construir um circuito de lastro eletrônico simples, mas extremamente confiável, para acionar ou operar duas lâmpadas fluorescentes de 40 watts, com uma correção de potência ativa.

Cortesia: https://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-995a.pdf

Principais características elétricas do IC

Os CIs de controle retificador internacional são circuitos integrados de alimentação monolítica adequados para operar MOSFETs de lado baixo e lado alto ou lGBTs por meio de nível lógico, referenciado a cabos de entrada de aterramento.

Eles apresentam funcionalidade de tensão de saída balanceada de até 600 VCC e, ao contrário dos transformadores de driver comuns, podem trazer formas de onda superlimpas com praticamente qualquer ciclo de trabalho de 0 a 99%.

A sequência IR215X é na verdade um acessório recentemente disponível para a família Control IC e, além das características mencionadas anteriormente, o produto emprega uma extremidade superior comparável em desempenho ao LM 555 temporizador IC.

Esses tipos de chips de driver fornecem ao desenvolvedor recursos de oscilação auto-oscilatória ou coordenada puramente com a ajuda de componentes alternativos de RT e TC. Veja a figura abaixo

Lista de Peças

• Ct / Rt = o mesmo que dado nos diagramas abaixo
• diodos inferiores = BA159
• Mosfets: conforme recomendado nos diagramas abaixo
• C1 = 1uF / 400V PPC
• C2 = 0,01uF / 630V PPC
• L1 = Conforme recomendado no diagrama abaixo, pode precisar de alguma experimentação

Eles também têm circuitos embutidos que oferecem um tempo morto moderado de 1,2 microssegundo entre as saídas e a comutação de componentes de lado alto e baixo para acionar dispositivos de alimentação de meia ponte.

Calculando a frequência do oscilador

Sempre que incluída na forma auto-oscilatória, a frequência de oscilação é calculada simplesmente por:

f = 1 / 1,4 x (Rt + 75 ohm) x Ct

Os três dispositivos auto-oscilantes acessíveis são IR2151, IR2152 e IR2155. IR2I55 parece ter buffers de saída mais substanciais que transformarão uma carga capacitiva de 1000 pF com tr = 80 ns e tf = 40 ns.

Inclui inicialização minúscula e alimentação RT de 150 ohms. IR2151 possui tr e tf de 100 ns e 50 ns e tem um desempenho muito semelhante ao IR2l55. IR2152 será indistinguível de IR2151, embora com mudança de fase de Rt para Lo. IR2l5l e 2152 incluem fonte Rt de 75 ohm (Equação l.)

Esses tipos de drivers de lastro geralmente devem ser fornecidos com a tensão de entrada CA retificada e, consequentemente, são destinados a uma corrente quiescente mínima e ainda têm um regulador de shunt embutido de 15 V para garantir que apenas um resistor limitador funcione extremamente bem através do DC tensão retificada do barramento.

Configurando a rede Zero Crossing

Olhando mais uma vez para a Figura 2, esteja ciente do potencial de sincronização do driver. Ambos os diodos back-to-back em linha juntamente com o circuito da lâmpada são configurados de forma eficiente como um detector de cruzamento zero para a corrente da lâmpada. Antes do acendimento da lâmpada, o circuito ressonante envolve L, Cl e C2, todos em uma corda.

Cl é um capacitor de bloqueio DC com baixa reatância, para que o circuito ressonante seja L e C2 com sucesso. A tensão em torno de C2 é amplificada por meio do fator Q de L e C2 na ressonância e atinge a lâmpada.

Como a frequência ressonante é determinada

Assim que a lâmpada acende, C é apropriadamente curto-circuitado pela queda de potencial da lâmpada, e a frequência do circuito ressonante neste ponto é determinada por L e Cl.

Isso leva a uma mudança para alguma frequência ressonante mais baixa no curso das operações padrão, assim como antes coordenado por meio da detecção do cruzamento por zero da corrente CA e aproveitando a tensão resultante para regular o oscilador do driver.

Junto com a corrente quiescente do driver, você encontrará alguns elementos adicionais na corrente de alimentação DC que são uma funcionalidade do próprio circuito de aplicação:

Avaliação dos parâmetros de corrente e descarga de carga

l) Corrente como resultado do carregamento da capacitância de entrada dos FETs de energia

2) corrente resultante da carga e descarga da capacitância de isolamento da junção dos dispositivos de acionamento da porta retificadora internacional. Cada componente da corrente está relacionado à carga e, por esse motivo, segue as regras:

• Q = CV

Pode-se observar convenientemente, consequentemente, que para ser capaz de carregar e descarregar as capacitâncias de entrada do dispositivo de potência, a carga esperada pode ser um produto da tensão da unidade de porta e as capacitâncias de entrada reais e também a potência de entrada recomendada será especificamente proporcional a o produto de carga e frequência e tensão ao quadrado:

• Potência = QV ^ 2 x F / f

As associações mencionadas acima propõem os fatores abaixo ao fazer um circuito de lastro real:

1) escolha a menor frequência de trabalho de acordo com a dimensão decrescente do indutor

2) opte pelo volume de die mais compacto para os dispositivos de energia confiáveis ​​com déficits de condução reduzidos (que minimiza as especificações de carga)

3) A tensão do barramento CC é normalmente selecionada, porém, se houver alternativa, utilize a tensão mínima.

NOTA: A carga simplesmente não é uma funcionalidade da taxa de comutação. A carga transmitida é a mesma em relação aos tempos de transição de 10 ns ou 10 microssegundos.

Neste ponto, levaremos em consideração alguns circuitos de lastro úteis que podem ser alcançados usando os drivers auto-oscilantes. Provavelmente, o acessório de luz fluorescente mais popular pode ser o chamado tipo 'Double 40', que muitas vezes emprega um par de lâmpadas Tl2 ou TS típicas dentro de um refletante comum.

Um par de circuitos de lastro recomendados é demonstrado nas figuras a seguir. O primeiro é o circuito de fator de potência mínimo, junto com o outro funciona com configurações de diodo / capacitor inovadoras para atingir um fator de potência> 0,95. O circuito com fator de potência inferior comprovado na figura 3 recebe entradas de 115 VCA ou 230 VCA 50/60/400 Hz para gerar um barramento CC moderado de 320 VCC.

Diagrama do circuito de lastro gêmeo de 40 watts

Considerando que os retificadores de entrada atuam apenas próximos aos picos da tensão de entrada CA, o fator de potência de entrada é em torno de 0,6 atrasado com uma forma de onda de corrente não senoidal.

Esse tipo de retificador simplesmente não é recomendado para nada além de um circuito de avaliação ou fluorescente compacta de potência reduzida e, sem dúvida, pode se tornar indesejado, pois as correntes harmônicas em dispositivos de fonte de alimentação são adicionalmente diminuídas por restrições de qualidade de energia.

O IC usa um resistor de limitação apenas para operar

Observe que o IC de controle International Rectifier IR2151 atua diretamente fora do barramento CC por meio de um resistor limitador e pivôs em cerca de 45 kHz em conformidade com a relação dada:

• f = 1 / 1,4 x (Rt + 75 ohm) x Ct

A energia para o acionamento do switch gate do lado alto surge de um capacitor bootstrap de 0,1 pF e que é carregado a cerca de 14 V sempre que o V5 (condutor 6) é arrastado para baixo na condução do switch do lado baixo.

O diodo bootstrap l IDF4 evita a tensão do barramento CC assim que ocorre a mudança do lado alto.

Um diodo de recuperação rápida (<100 ns) is necessary to be certain that the bootstrap capacitor will not be moderately discharged since the diode comes back and obstructs the high voltage bus.

A saída de alta frequência na meia ponte é na verdade uma onda quadrada com períodos de mudança extremamente rápidos (cerca de 50 ns). Para evitar ruídos prolongados anormais através das frentes de onda rápida, um amortecedor de 0,5 W de 10 ohm e 0,001 pF é empregado para minimizar os períodos de mudança para apenas cerca de 0,5 ps.

Apresentando uma Instalação de Tempo Morta Integrada

Observe que temos um tempo morto embutido de 1,2 ps no driver IR2151 para interromper as correntes diretas na meia-ponte. As lâmpadas fluorescentes de 40 watts são controladas em paralelo, cada uma usando seu próprio circuito ressonante L-C. Aproximadamente quatro circuitos de tubo podem ser operados a partir de um único conjunto de dois MOSFETs medidos para corresponder ao nível de potência.

As avaliações de reatância para o circuito da lâmpada são selecionadas das tabelas de reatância L-C ou através da fórmula para ressonância em série:

• f = 1 / 2pi x raiz quadrada de LC

O Q dos circuitos da lâmpada é muito pequeno simplesmente por causa das vantagens de funcionar a partir de uma taxa fixa de recorrência que normalmente, obviamente, pode diferir devido às tolerâncias RT e TC.

As lâmpadas fluorescentes geralmente não precisam de tensões de impacto extremamente altas, portanto, um Q de 2 ou 3 é suficiente. Curvas 'Q planas' muitas vezes se originam de indutores maiores e razões de capacitores pequenas, nas quais:

Q = 2pi x fL / R, em que R é frequentemente maior porque muito mais voltas são empregadas.

A partida suave durante o pré-aquecimento do filamento do tubo pode ser contida de forma barata utilizando PTC. termistores em torno de cada lâmpada.

Desta forma, a tensão ao longo da lâmpada aumenta continuamente como o RTC. auto-aquece até que a voltagem de ativação juntamente com os filamentos quentes seja alcançada e a lâmpada acenda.