У статті піде мова про ІС компанії International Rectifier для управління лампами високого тиску. Будуть розглянуті пристрій і принцип управління лампами високого тиску, дані рекомендації з побудови схеми управління і захисту.
Сучасні електронні баласти для флуоресцентних ламп на сьогоднішній день вже обігнали трансформаторні пускачі і за обсягом, і за ціною. Таку ж тенденцію ми спостерігаємо зараз і в області електронних пускачів для ламп високого тиску. Одним з основних переваг ламп високого тиску є їх яскравість світіння. Зазвичай такі лампи використовують для внутрішнього освітлення великих площ, зовнішнього освітлення будівель або вуличного освітлення. Сьогодні лампи високого тиску знаходять нове застосування в автомобільних фарах, прожекторної підсвічуванні необхідних об'єктів, демонстраційних проекторах.
Газорозрядні лампи - це лампи, в яких електрична енергія перетворюється в оптичне випромінювання при проходженні електричного струму через гази та інші речовини (наприклад, ртуть), при цьому газ має пароподібний стан. Як газу часто використовують галоїдні групу газів, пари натрію і ртуті. На відміну від галогенних ламп розжарювання метало-галідние лампи не перегорають, а згодом лише зменшують корисний світловий потік, але при цьому мають в 20 разів більший час служби ніж лампи розжарювання. Тому критерієм закінчення їх ресурсу є зменшення створюваного потоку вдвічі. Лампи, які містять пари натрію, називають натрієвими лампами. Вони мають в 2 рази більший термін служби, ніж люмінесцентні лампи. Газорозрядна лампа являє собою скляну, керамічну або металеву (з прозорим вихідним вікном) оболонку циліндричної, сферичної або іншої форми, що містить газ, іноді кілька металу або інші речовини (наприклад, галоїдні сіль) з досить високою пружністю пара. В оболонку герметично вмонтовані (наприклад, упаяні) електроди, між якими відбувається розряд. Існують газорозрядні лампи з електродами, що працюють у відкритій атмосфері або протоці газу (наприклад, вугільна дуга).
Спалах розряду в емітер натрієвої лампи високого тиску відбувається в підпалюють газі, що утворює основну газове середовище, яка в холодній лампі заповнює емітер. Перед початком розряду натрій і ртуть знаходяться в своєму звичайному стані. При цьому пружність парів натрію і ртуті в холодному емітер практично не впливає на тиск в підпалюють газі. Початковий розряд в підпалюють газі призводить до нагрівання емітера, що викликає випаровування натрію і ртуті. У міру зростання тиску парів цих двох металів істотно підвищується їх роль в процесі розряду. Оскільки натрій і ртуть в емітер є з надлишком, в стабільному стані, т. Е. В стані термодинамічної рівноваги, певну кількість цих речовин продовжує залишатися не випарувався,. Розряд в лампі відбувається в насичених парах. При цьому надлишок рідкої амагальми накопичується в найхолоднішому місці емітера, розташованому на одному з його кінців. Температура цього місця емітера обумовлює тиск парів натрію і ртуті в емітер і, фактично, властивості розряду.
Рис.1. Тимчасова діаграма запуску 70 Вт метало-галоїдних лампи
Рис.2. Функціональна схема електронного пристрою, що управляє для ламп високого тиску
Лампи високого тиску мають унікальні електричні характеристики, і вони вимагають спеціальних методів управління. Розробники Пускорегулюючі-чих пристроїв для ламп високого тиску повинні враховувати всі вимоги при управлінні лампою і забезпечити безпеку її роботи і пристрою в цілому. Далі розглянемо різні методи управління лампами високого тиску на основі повнокерованим моста транзисторів і способи захисту пускорегулюючий пристрої.
Зазвичай для підпалу газорозрядної лампи використовується напруга порядку 3-4 кВ, але не більше ніж 20 кВ, якщо лампа гаряча. Лампа також вимагає постійного обмеження струму під час підігріву і постійного контролю потужності під час роботи. Це важливо для забезпечення повторення колірного випромінювання лампи і зміни яскравості. Для цього пускорегулирующие пристрої повинні забезпечувати точне регулювання потужності з підтриманням постійної напруги на лампі.
В якості керуючого напруги лампи високого тиску використовують змінну напругу, що виключає міграцію іонів ртуті. Лампи працюють на низькій частоті, зазвичай менше 200 Гц, тим самим виключаючи акустичний резонанс, який може зруйнувати колбу. 70 Вт метало-галоїдна лампа пред'являє наступні вимоги до системи управління: обмеження споживаної потужності на рівні 70 Вт, час підігріву лампи 1-2 хвилини, напруга запалювання 4кВ. Тимчасова діаграма запуску 70 Вт метало-галоїдних лампи представлена на рис. 1.
Перед підпалом лампи її електрична схема заміщення являє собою розімкнутий ключ і, відповідно, має великий опір. Після підпалу має відбутися зниження напруги живлення, зазвичай до 20 В, відповідно опір лампи зменшується. Відразу ж після розряду, лампа для електричного кола є практично короткозамкненою, а протікає через неї струм обмежується тільки індукційним стабілізатором (дроселем). У цей момент напруга на лампі невелике. Однак у міру швидкого розігріву емітера і зростання ролі парів натрію і ртуті відбувається електричний розряд і вже приблизно через 4 хвилини спостерігається значне зростання світлового потоку. При нагріванні емітера лампи також спостерігається зниження протікає через лампу струму і зростання напруги на лампі. Якщо напруга на лампі не обмежувати, то струм споживання матиме високе значення, тому пуско-регулюючий пристрій має мати блок обмеження струму до безпечного рівня. Після запуску лампи в режимі роботи струм зменшується, напруга на лампі збільшується, що забезпечує постійне значення потужності. В кінцевому підсумку напруга досягає рівня 100 В і пускорегулюючий пристрій починає робочий режим управління.
Основні вимоги, що пред'являються до пускорегулюючий пристрої, - реалізація різного принципу управління (в залежності від типу лампи) і ефективного зміни рівня живлячої змінної напруги, забезпечення підпалу лампи і регулювання потужності.
Функціональна схема пускорегу-лірующего пристрої для ламп високого тиску представлена на рис. 2.
Схему можна розбити на вісім основних блоків:
- електромагнітний фільтр, який блокує шуми в пристрої;
- пасивний випрямляч;
- коректор коефіцієнта мощно¬сті, який використовується для обес¬печенія не спотворене вхідного сі¬нусоідального струму;
- обратноходового конвертор для забезпечення управління струмом;
- повний міст для подачі переменно¬го напруги на лампу;
- вузол підпалу лампи;
- вузол контролю струму лампи;
- вузол захисту і блокування роботи.
В даний час це найнадійніша і популярна схема побудови такого класу систем. Схема, наведена на рис. 2, як правило, використовується для ламп потужністю до 150 Вт. Коректор коефіцієнта потужності працює за схемою підвищувального перетворювача в режимі критичної провідності з постійно, в залежності від вхідних умов, змінною частотою і підтримує постійне значення напруги на виході близько 400 В. Коли ключ ККМ (М1) включається, ток котушки індуктивності (LBOOST) починає лінійно підвищуватися до свого пікового значення. При його досягненні ключ відключається і ток на індуктивності прагнути до нуля. Коли струм проходить через нуль, система включається знову і цикл повторюється. Оскільки вхідна напруга синусоидальное, то на індукторі спостерігається трикутна форма струму. Графік роботи коректора коефіцієнта потужності представлений на рис. 3.
Рис.3. Графік роботи коректора коефіцієнта потужності електронного пускорегулюючий пристрої
Час включення ключа буде постійним, а час виключення варіюється в залежності від значення пікового струму в індуктивності для кожного циклу перемикання. В якості контролера коректора коефіцієнта потужності можна використовувати ІС ККМ IR1150. Обратноходового перетворювач призначений для дистанційного контролю сили струму що подається в навантаження при підігріві, підпалі і управлінні лампою. Після підпалу лампи її опір зменшується, відповідно зростає струм споживання.
Обратноходового контролер зменшує струм до рівня, який не дозволяє згаснути лампі, при цьому система управління стежить за ступенем насичення котушки індуктивності. Під час запуску лампи блок управління підтримує постійну потужність на ній. Струм протікає через індуктор, коли ключ М2 замкнутий, і має лінійно наростаючу характеристику. Коли час включеного стану ключа закінчується, ток, підтримуваний індуктивністю, тече через діод, заряджаючи конденсатор. Після наближення значення струму до нуля, ключ включається і цикл повторюється знову. Система управління, вимірюючи потужність на навантаженні, управляє часом включення і виключення транзистора. Для управління транзистором можна скористатися драйвером верхнього ключа - IRS2117PBF, що перетворює рівень ШІМ сигналу в рівень управління транзистором.
Вихід пристрою являє собою бруківку схему з транзисторів і схему підпалу, що складається з транзистора, динистора і конденсатора. Мостова схема дозволяє подавати на лампу низкочастотное змінну напругу прямокутної форми. Верхні ключі мостового перетворювача з'єднані з виходом обратноходового перетворювача, а з середини півмилі можна отримувати 180-ти градусний обертання фази, необхідне для змінної напруги. Схема Поджо-га складається з Діака (DIGN), трансформатора (TIGN), конденсатора (CIGN), резистора (RIGN) і транзистора (MIGN). Коли напруга на Діакіте досягає порогового значення (див. Діаграми на рис. 4), він включається і пульсуючий струм тече через первинну обмотку підпалює трансформатора (TIGN), заряджаючи конденсатор (CIGN).
Дана послідовність елементів дозволяє отримати імпульси високої напруги на вторинній обмотці трансформатора, що дозволяє запалити лампу. Конденсатор CIGN заряджається через дияк і розряджається через резистор RIGN, таким чином генерується пульсуюче підпалюють напруги на лампі (див рис. 4). Процес пульсацій припиняється після підпалу лампи пристроєм контролю підпалу шляхом закриття ключа MIGN off.
Рис.4. Діаграми підпалу лампи: а) - напруга управління затвором транзистора MIGN; б) - напруга на Діакіте в) - напруга на лампі
