МИКРОСХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКАМИ СВЕТА В УСТРОЙСТВАХ НА МИКРОСХЕМАХ

June 27, 2014 by admin Комментировать »

Микросхемы управления источниками света предназначены для обеспечения оптимального режима эксплуатации светоизлучающих приборов (ламп накаливания, газоразрядных источников оптического излучения, электролюми- несцентных панелей, светодиодов и т. д.).

Современные микросхемы подобного назначения имеют высокий КПД, способны работать в области высоких частот преобразования, содержат элементы защиты от перегрева и перегрузок.

Источники оптического излучения, традиционно используемые для освещения (лампы накаливания), не обеспечивают высокого КПД преобразования электрической энергии в световую. Более приемлемы в этом отношении современные высокоэффективные светодиоды. Помимо повышенного КПД они имеют намного больший срок службы, на 1—2 порядка превышающий срок службы ламп накаливания. С другой стороны, использование светодиодов накладывает определенные условия для обеспечения их правильной эксплуатации. Это постоянный или пульсирующий однополярный ток, ярко выраженный «диодный» нелинейный характер вольтамперной характеристики, малая инерционность и т. д.

Частично решить проблемы питания светодиодных источников оптического излучения от традиционных источников питания (питание от

сети переменного тока частотой 50 или 60 Гц) удалось после разработки специализированных микросхем. К числу последних относятся микросхемы серии HV992119922/9923, производимые фирмой Suptertex inc

[27.1].

Схема внутреннего строения микросхем этой серии представлена на рис. 27Д. Микросхемы выпускают в корпусах ТО-92 и ТО-243АА (SOT-89), рис. 26.1.

Типовые схемы включения микросхем серии HV9921/HV9922/HV9923 для питания цепочек светодиодов от сети переменного тока напряжением 85—264 В или постоянного напряжением 20—400 В приведены на рис. 27.2 и рис. 27.3.

Выходной стабилизированный ток:

♦        для микросхемы HV9921 равен 20 мА;

♦        для микросхемы HV9922 равен 50 мА;

♦        для микросхемы HV9923 равен 30 мА.

Максимальная мощность, рассеиваемая при температуре 25 °С микросхемой в корпусе ТО-92, — 740 мВт, а в корпусе ТО-243АА — 1600 мВт.

Рис. 27.3. Вариант включения микросхем серии HV9921/9922/9923

Микросхема HV9925 развивает серию микросхем, предназначенных для питания светодиодных источников оптического излучения. Ее структурная схема приведена на рис. 27.4, а типовые схемы включения — на рис. 27.5— 27.7 [27.1].

Рис. 27.4. Структурная схема микросхемы HV9925

Значения питающих микросхему напряжений соответствуют таковым для микросхем HV9921/HV9922/ HV9923. Ток нагрузки (через светодиоды) может регулироваться до максимально возможного значения 50 мА. Максимальная мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводящей пластиной при температуре 25 °С — 800 мВт.

Микросхема HV9931 представляет собой устройство, управляющее работой светодиодных излучателей. По своей структуре, рис. 27.8 [27.1], микросхема

Рис. 27.6. Вариант включения микросхемы HV9925

Рис. 27.7. Вариант использования микросхемы HV9925

Рис. 27.8. Структурная схема микросхемы HV9931

Рис. 27.5. Типовая схема включения микросхемы HV9925 для питания цепочки светодиодных излучателей света от сети переменного тока

является наиболее совершенной в ряду рассмотренных выше систем управления свечением светодиодов.

Типовая схема использования микросхемы HV9931 приведена на рис. 27.9. Микросхема работает в диапазоне питающих напряжений 85—264 В по переменному току и способна рассеять мощность при условии ее выполнения в корпусе DIP-8 — 900 мВт, а в корпусе SO-8 — 630 мВт.

Внешнее управление микросхемой можно осуществлять подачей на управляющий вход (вывод 5) напряжения низкого (до 1 В) или высокого (не менее 2,4 В) уровней.

Микросхемы LED-драйверов NCP3066/NCV3066 компании ON Semiconductor предназначены для питания мощных светодиодов с током нагрузки до 1500 мА. LED-драйверы работают от источника постоянного тока напряжением 3—40 В, имеют встроенный силовой транзистор и возможность цифровой или аналоговой регулировки тока через светодиоды. Микросхемы NCP3066/NCV3066 могут использоваться в режимах понижающего, повышающего или инвертирующего конверторов. Рабочая частота преобразования может доходить до 250 кГц, что позволяет использовать в схеме сверхминиатюрные катушки малой индуктивности.

Микросхема фазового регулятора КР1182ПМ1 предназначена для регулировки мощности до 150 Вт, потребляемой активной нагрузкой (лампами накаливания) в цепях переменного тока 50 Гц напряжением 220 В [27.2, 27.3].

Рис. 27.9. Типовая схема включения микросхемы HV9937

Примечание.

Создание такой микросхемы было обусловлено необходимостью повысить надежность работы ламп накаливания при их включении/ отключении, поскольку наиболее часто повреждение тела накаливания (нити накаливания) происходит в момент теплового удара при включении лампы.

Микросхема КР1182ПМ1 позволяет плавно повышать/уменьшать мощность, выделяемую в нагрузке при включении/отключении или регулировке режима работы электроприбора. В качестве нагрузки микросхемы можно использот ать и коллекторные электродвигатели (управление скоростью вращения ротора электродвигателя).

Эквивалентная электрическая схема микросхемы КР1182ПМ1 приведена на рис. 27.10 [27.3]. Как следует из анализа этой схемы, она состоит из транзисторных аналогов тиристоров, управляемых схемой управления с внешними цепями управления.

Типовая схема включения микросхемы КР1182ПМ1 (рис. 27.11) предполагает использование минимального количества навесных элементов, допуская варьирование лишь по цепям управления [27.2, 27.3].

Микросхема работоспособна при напряжении сети 80—276 В частотой 40—70 Гц при токе нагрузки до 1,2 А. Напряжение, теряемое на открытых аналогах тиристоров, не превышает 2 В. Ток, потребляемый микросхемой, не превышает 2—5 мА. Входной ток управления — 40—150 мкА. Ток утечки управляющего входа — не свыше 30 мкА. Рассеиваемая мощность — до 4 Вт.

Совет.

Рис. 27.10. Электрическая схема микросхемы ΚΡΊ182ПМ1

При эксплуатации микросхемы КР1Ί82ΠΜΊ следует учитывать, что ее цепи управления имеют гальваническую связь с питающей сетью. Кроме того, ввиду импульсного характера работы микросхемы могут наблюдаться помехи по сети, что требует установки фильтров.

Время выхода рассеиваемой на нагрузке мощности на максимальное значение (98—99 %) определяется произведением C3R1, рис. 27.11, а. Включение/отключение электроприбора осуществляется замыка- нием/размыканием коммутатора SA1. Этот коммутатор (выключатель) может быть включен параллельно управляющему потенциометру R1, рис. 27.11, б, и даже сопряжен с его осью, рис. 27.11, в, г. Конденсатор СЗ может отсутствовать, однако будет отсутствовать и задержка во времени при работе регулятора.

Вариант включения управляющей цепи, приведенный на рис. 27.11, г, когда выключатель SA1 разрывает цепь сети, имеет как определенные достоинства, так и недостатки. Через цепь выключателя протекает значительный ток (порядка 1 А). Это вызывает электрический износ контактного соединения и снижает ресурс его работы. С другой стороны, такое схемное решение надежно изолирует микросхему при ее отключении от возможных импульсных перегрузок по сети.

Рис. 27.11. Варианты схем включения микросхемы КР1182ПМ1:

а — стандартный способ регулирования с «плавным» включением нагрузки, отдельный выключатель; б — включение нагрузки без задержки во времени, отдельный выключатель; в — включение нагрузки без задержки во времени, выключатель, совмещенный с потенциометром R1; г — включение нагрузки без задержки во времени, сетевой выключатель, совмещенный с потенциометром R1

При использовании микросхемы КР1182ПМ1 зачастую оказывается, что ее нагрузочной способности недостаточно. В этом случае следует использовать либо принудительное охлаждение микросхемы, либо параллельное включение двух или более микросхем по схеме, представленной на рис. 27.12.

Люминесцентными лампами изначально предполагались вытеснить лампы накаливания с рынка электроосветительных приборов. Они отличались более высокой долговечностью, повышенным КПД. Однако длительная практика эксплуатации люминесцентных ламп позволила выявить ряд существенных недостатков. Это сложность построения пускорегулировочной аппаратуры, быстрый выход ее из строя, малая надежность в нештатных условиях эксплуатации. Кром’ того, люминесцентные лампы оказались экологически небезопасными в связи с содер-

жанием в колбе лампы паров ртути, спектр свечения ламп и их мерцание с частотой 100 (120) Гц не отвечали требованиям обеспечения комфортных условий труда.

Рис. 27.72. Схема наращивания максимальной мощности нагрузки при использовании микросхем управления типа КР1182Г1М1

Микросхемы электронного балласта IR2151. Попытка частично разрешить перечисленные проблемы вылилась в создание специализированных микросхем, предназначенных обеспечить надежное зажигание ламп и исключить их мерцание при горении. К таким микросхемам можно отнести разработки фирмы International Rectifier — микросхемы электронного балласта IR2151 [27.4—27.6].

Эквивалентная схема микросхем IR2151-, 1R2155 показана на рис. 27.13 [27.4]. Микросхема содержит мощные полевые транзисторы с изолированным

затвором, внутренний генератор и цепи, аналогичные по строению хорошо известному таймеру серии 555 (КР1006ВИ1). Развитием этой серии микросхем являются микросхемы IR2156, IR2157. Аналогичного назначения микросхемы производит фирма SGS-Thomson — L6569, L6571, L6574, Motorola — МС2151, MC33157DW, Unitrode (Texas Instruments) — UC3871, UC3872 [27.5].

Рис. 27.73. Эквивалентная схема микросхемы управления IR2151, IR2155

Рис. 27.74. Схема включения одной (двух) люминесцентных ламп с использованием микросхемы управления IR2151

Практическая схема включения микросхемы электронного балласта IR2151 для питания одной (двух) люминесцентных ламп мощностью по 40 Вт приведена на рис. 27.14 [27.6]. Использование такого режима работы позволило повысить ресурс работы люминесцентной лампы до 20 тыс. н и исключить их мерцание, поскольку лампы питаются напряжением частотой 20—100 кГц.

Примечание.

В то же время для снижения уровня помех по сети, возникающих при работе лампы, пришлось использовать сложную схему фильтрации. В целом схема пускорегулировочной аппаратуры заметно усложнилась.

Для поджига лампы необходимо, как и ранее, использовать пусковую цепочку с самоотключением (аналог стартера на неоновой лампе), выполненную на основе позистора RK1 и конденсатора СЮ. Для расчета элементов схемы при выборе иных условий эксплуатации источника освещения необходимо использовать специальное программное обеспечение.

Микросхема IR2156 может быть использована для управления работой как люминесцентной, так галогенной лампы накаливания повышенной яркости [27.4]. На рис. 27.15 приведена типовая схема включения этой микросхемы для работы на люминесцентную лампу. Как и ранее в пускорегулировочной схеме предусмотрены меры по защите от проникновения в сеть помех, возникающих при работе преобразователя микросхемы и работы самой лампы. В целях обеспечения условий для безопасной эксплуатации источника ;вета предусмотрена фазированная подача питающего напряжения сети.

Рис. 27.15. Схема включения микросхемы электронного балласта IR2156

Примечание.

Газоразрядные люминесцентные источники света можно включать и не в соответствии с общепринятыми схемами. Для того, чтобы такая лампа зажглась, достаточно подать на ее электроды через токоограничивающий элемент напряжение повышенной частоты (и напряжения). При подобном включении будут светиться даже люминесцентные лампы с перегоревшими нитями накаливания. Правда, характер газового разряда и его спектральные характеристики изменятся, что визуально будет малозаметно, т. к. в лампах для имитации белого света используют свечение люминофора.

Мерцание лампы, ощутимое при ее традиционном сетевом питании, при использовании пускорегулировочной схемы, рис. 27.15, не будет ощущаться, поскольку частота, на которой работает преобразователь напряжения микросхемы, намного выше частоты сетевого напряжения.

Для исключения перегрева лампы ток через нее должен быть ограничен высоким внутренним сопротивлением источника питающего напряжения.

Простой преобразователь напряжения для питания маломощных люминесцентных ламп Может быть собран на основе микросхемы DA1 КР1006ВИ1, транзистора VT1 BUZ22 и повышающего трансформатора, рис. 27.16 [27.7]. Устройство не нуждается в налаживании и потребляет ток порядка 100—120 мА. Переключатель S1 позволяет изменять яркость свечения люминесцентной лампы (с подбором емкости конденсатора СЗ).

Преобразователь несложно (заменой трансформатора) переделать на работу от источника питания напряжением 6 или 12 В (от аккумулятора)

и использовать его для питания иных устройств.

Рис. 27.16. Схема преобразователя напряжения для питания люминесцентной лампы

Рис. 27.7 7. Схема преобразователя для питания электролюминесцентных ламп

Электролюминесцентные источники оптического излучения, напрямую преобразующие электрическую энергию в световую, известны не одно десятилетие, однако они и сейчас остаются экзотикой. Такие источники излучения чаще всего представляют собой конденсаторы, одна из обкладок которых выполнена в виде полупрозрачной токопроводящей пленки оксида олова или индия. Между обкладками конденсатора заключен электролюминофор — обычно сульфид цинка с активирующими добавками, равномерно распределенный в связующем материале. Эквивалентная емкость конденсатора при толщине диэлектрика 0,3 мм достигает значений 400—600 пФ/см2.

Для питания электролюминесцент- ных светильников используют переменный или пульсирующий ток напряжением 60—200 В. Максимальная яркость свечения наблюдается при частоте питающего напряжения несколько сотен герц.

На рис. 27.17 приведена схема включения двух миниатюрных электро- люминесцентных источников света с использованием специализированной микросхемы HV832MG (Supertex Semiconductors, USA) [27.1, 27.8]. При емкости конденсатора Cl 0,1—1,0 мкФ на выходе микросхемы генерируется напряжение порядка 130 В частотой 300—450 Гц. При площади ламп 9 см2 устройство потребляет ток до 30 мА.

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. —352 с.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты