Давно не писал, хотя и обещал выложить свои наработки по балластам на Ирках. Чёт суета засуетила. Да и сделанные до этого балласты продолжают исправно работать. Но форум исправно мониторил
В общем на статью не разродился, напишу просто так, поделюсь позитивом, и негативом
Задачу ставил перед собой запустить 4 лампы Т5 по 54вт с одного балласта.
В итоге от затеи отказался по следующим причинам:
1. мне нужен был только 1 такой балласт, остальные нужны были 2*54вт.
2. большие габариты балласта, проще уж 2 одинаковых рядом поставить.
3. Возникает и проблема с корпусом.
Ну и наконец, главное
4. от нагрева никуда не убежишь, так как на транзисторах даже в открытом состоянии падает напряжение, и чем больше ламп, тем больше ток, и тем больше на них рассеивается мощность=тепло.
Кроме того, есть ещё куча паразитных явлений, которые тоже увеличивают нагрев.
К примеру, возьмём наиболее распространённые лампы Т8.
Лампа Т8 на 18 вт имеет ток потребления 0,25А
Соответственно 2 лампы, на отдельных дросселях и разделительных конденсаторах погонят ток через ключи 0,5А
В то же время лампа на 36вт имеет ток потребления 0,33А
Мощность нагрузки одна, а ток потребления в 1,5 раза отличается. Соответственно, то же можно сказать и о выделяемом тепле.
В итоге я раскопал несколько моментов, которые позволяют снизить нагрев. Попробую их описать, с попытаюсь объяснить почему это так
1. Надо знать напряжение горения своих ламп. Если напряжение горения меньше 100 вольт, то лучше их включать последовательно, а не на отдельные дроссели. На этом мы снизим ток, проходящий через ключи (я уже описал пример с лампами 2*18 и 1*36вт)
2. Электролитический конденсатор после выпрямителя надо ставить как можно большей ёмкости. Сначала это было импирическое знание, проверенное на практике. На фотках что я выкладывал ранее, чётко видно как напряжение после выпрямителя гуляет от 260 до 310 вольт с частотой 50гц.
Затем я нашёл этому авторитетное подтверждение в программе STLD.
Те, кто ей пользуются, знают, что там зачем то можно задавать параметры входного выпрямителя. Да и в BDA есть параметр Running DC Bus Voltage. Правда в ней он почему то всегда равен 280в. Но это не постоянный параметр. Он зависит от ёмкости входного конденсатора.
Так вот, например, для лампы Т8 на 18вт при конденсаторе в 5мкф VDC равно 278в, при 50мкф оно равно уже 319в.
Для лампы Т8 36вт для получения 282в нужно поставить 11мкф, а при 50мкф получается всего 314в.
Понятно, что большее значение этого конденсатора лучше. Ну и конечно же понятно, что рассчитав параметры балласта на одну лампу, для каждой дополнительной лампы надо не забывать увеличивать и входной конденсатор.
3. В мосфетах (ключах) есть паразитные диоды. Это побочный эффект при изготовлении мосфетов. Хотя в нашем случае они нам помогают, защищая переход от обратных токов, тем самым дополнительно снижая нагрев ключей.
Но они медленные. Так что включенные параллельно паразитным диодам, быстрые диоды помогают усилить эффект. Я использую HER207. В моём случае это приносит снижение температуры ключей на 5-7 градусов.
4. Резисторы в затворах ключей.
Я менял их номинал от 10 до 40 Ом, результата не заметил. Остановился на рекомендованных 20.
Однако, если параллельно им (резисторам) поставить небольшие конденсаторы (5-7пФ), то нагрев снижается (2-3градуса). У меня таких конденсаторов не нашлось, пришлось изготовить их самому. Для этого взял два проводка диаметром 0,3мм длинной 10 см. Один припаивается к одному выводу резистора, другой к другому. Затем они свиваются между собой, и уже этот жгут наматывается на затворный резистор. Главное чтоб не замкнулись свободные концы проводков.
Объяснение этому мы нашли на этом форуме (спасибо
). За счёт такого решения улучшается крутизна фронтов.
Емкость конденсатора заряжается на переднем фронте, делая суммарное сопротивление параллельно включенных резистора и конденсатора маленьким. Транзистор открывается быстрее. Далее ток затвора определяется только резистором, то есть не превышает рекомендуемый производителем. На заднем фронте происходит разряд конденсатора, уменьшение сопротивление цепи затвора, и как следствие быстрое закрытие ключа.
Большую ёмкость брать не стоит, иначе ток затвора всё время будет большим.
5. Ключи имеет смысл взять как можно более слабые, так как при этом у них меньшая ёмкость затвора, и следовательно более быстрые переключения. Можете сами посмотреть в даташитах. Надо только учесть токи прогрева ламп.
Здесь так же имеет схема включения ламп.
У лампы Т8 18вт ток прогрева 0,5А, (т.е. у 2*18 ток 1А), а у лампы на 36вт ток 0,6А
Так что IRF720 с их 3,3А по идее должны потянуть и 5 ламп на 36вт, или 6 на 18вт.
Их время переключения в з раза меньше чем у IRF730, и в 5 раз меньше чем у IRF840
Единственный минус - бОльшее сопротивление в открытом состоянии. 1,8 Ом против 1,0 и 0,85 соответственно.
Я использую IRF730, но не исключаю, что перейду и на более слабые транзисторы.
6. Разводка платы.
Нужны как можно более короткие цепи питания до ключей. И как можно ближе к ключам должен быть расположен входной электролитический конденсатор.
7. Дроссели.
Одна из самых больших трудностей. Без LC-метра можно обойтись только если есть дроссели с известными значениями. Как их использовать и рассчитать схему – смотрите ниже в примере расчёта моего балласта. Притом дроссели на «гантельках» годятся разве что только для маломощных ламп. На лампы 36вт и более с такими лучше не замахиваться. Они очень быстро раскаляются, феррит начинает терять магнитные свойства, индуктивность уменьшается, ток растёт, и в итоге балласт «умирает». Броневые сердечники мне тоже не понравились, легко «улетают в насыщение», эффект тот же что и у «гантелек».
Так что я остановился на Ш-ашках. Первые эксперименты ставил на EE20 LP2 (Ш20*5*7). Они сильно грелись. Купил EE30 LP3 (Ш30*7*7) . Эффект тот же. Много читал, думал;
В итоге вернулся к EE20 LP2 (Ш20*5*7). Описывать всё нет смысла. Проверенные рекомендации:
Плотность тока не более 3А/мм2.
Использование литцендрата в нашем случае не помогает. Провод, включая диаметр 0,6мм можно использовать, дальше лучше взять более тонкий провод, но вдвойне/втройне.
Желательна межслойная изоляция.
Витков максимальное количество, до заполнения.
Индуктивность подбирается зазором.
Вот пример дросселя на вышеуказанном сердечнике для лампы 54вт, частота 30,3 кГц
Индуктивность 2,3мГн
Витков 180
Зазор 0,5мм (текстолитовые подкладки такой толщины под обеими ножками сердечника).
Но не стоит ориентироваться на эти параметры, отличие толщины зазора даже на 0,1 мм существенно изменит индуктивность дросселя.
Для тех, у кого нет LC-метра могу порекомендовать собрать эту схему, она реально работает, сам использую иногда, её надо только откалибровать по известной индуктивности (реально мне больше нравится подбирать индуктивность именно по этой схеме, стрелочный индикатор «рулит»
:
http://radikal.ru/F/s39.radikal.ru/i083/0904/fa/8d78fb8e76ed.jpg.html
8. Рабочая частота балласта должна быть как можно меньше. И об этом подробнее:
Мы все привыкли доверять BDA, однако она как то с трудом любит мощные лампы, или большое количество ламп. И её рекомендации по параметрам частота/индуктивность/резонансный конденсатор не идеальны.
Вот пример расчёта моего балласта 2*54вт Т5 HQ HO (не путать с HE, другие мощности, другие токи):
Такой балласт на IR2520 в BDA считается, но со всякими ограничениями. Результат этих ограничений на практике выглядит так: микросхема после нескольких минут работы начинает "гулять" рабочей частотой, иногда сваливается в "аварию", откуда может вылезти только после полного отключения питания. Для меньших мощностей это пожалуй «идеальная» микросхема.
Так что я использую IR21531S.
Минусы этой микросхемы:
Отсутствует плавный поджиг
Нет аварийного режима при настоящей аварии
Но она хороша тем, что полностью предсказуема, и управляема.
И весьма надёжна. В результате экспериментов я "убил" гораздо больше 2520 чем 21531.
Ещё один момент - если балласт без PFC, то судя по STLD, лампы на 54вт запускаются "на холодную". А поскольку в результате экспериментов я "убил" и несколько спиралей у дорогих Т5 ламп, каждая из которых стоит дороже чем начинка всего балласта, то решение "закоротить" спирали даже у рабочих ламп было вполне логичным.
Основные расчёты можно доверить BDA, только в продвинутом режиме.
Выбираю входные данные:
IC IR2156
Input 185 to 265VAC
Lamp T5 54W
Configuration Dual Lamp Parallel/current mode heating
Предварительно надо узнать максимальное возможное VDC, то есть понять, какой максимальный конденсатор можно в мой корпус.
У меня это оказался 47мкф*400в. Так как у меня две лампы, пришлось разделить ёмкость на 2, и получить значение VDC 293в. (а не 280 как в BDA)
Примечание: корпус я решил использовать от китайского автогенераторного балласта Feron. У него приятные габариты. Однако это ограничило меня в габаритах, и следовательно в некоторых номиналах.
Входное напряжение я ограничил диапазоном 200-240в.
Ограничение по частоте 30кГц. Это общепринятое значение.
Нажимаю «Calculate», получаю «кекс». То есть частота и близко не похожа на 30кГц, а целых 53,7. И значение индуктивности 1мГн.
Опыт показывает, на высокой частоте ключи греются сильнее. Видимо «фронты» занимают значительный % каждого такта.
Заставить BDA снизить частоту можно единственным способом: указать ей фиксированное значение дросселя. Увеличивая значение индуктивности, и нажимая «Calculate», через предупреждение о близком значении резонанса на значении 2,3мГн я получаю рабочую частоту 30,3кГц. Дальше программа говорит, что схема работать не будет (хотя реально и будет ).
Полезность программы в том, что она позволяет автоматически рассчитать ёмкость резонансного конденсатора. В моём случае это 10нФ. И резонансная частота такого контура равна 33,2кГц. То есть она близка, но не равна рабочей частоте балласта. И это правильно.
Далее, поскольку у меня IR21531, а не IR2156, то BDA тут точно не помошница, она не знает таких микросхем. И частотозадающую цепь приходится рассчитывать самому. Эта методика верна для IR2151, IR2153, IR21531 со всякими буковками. Для тех кто хоть немного дружит с Excel, небольшая табличка. Занесите эти значения в таблицу:
R(кОм) RT C(нФ) CT Частотота
50 0.47 30.34961236
Затем, значение 30.34961236 замените на формулу «=1000000000/(1.4*(RC[-2]*1000+75)*RC[-1]*1000)». Меняя значения элементов на те, что у вас имеются, можно подобрать нужное значение. Только не делайте значение конденсатора меньше 330пФ, оно не предусмотрено даташитом на микросхемы.
Все остальные номиналы и названия деталей можно взять из сметы BDA.
За исключением, пожалуй, значения CDC. BDA упорно ставит для любых ламп значение 100нФ.
Из опыта, увеличение его ёмкости в два раза в моём случае даёт снижение температуры ключей на 3 градуса. И мне эти градусы показались не лишними.
Схема балласта - обычная полумостовая, типичная для IR2151(53,531). Из изменений – увеличенный RSupply (1 мОм), и снабер, такой же как у 2156. Наличие входного фильтра – дело вкуса .
Настройка и запуск:
Когда то я писал статью о балласте на IR2151. И тогда предложил на этом этапе использовать лампы накаливания (ЛН) вместо предохранителя. Ничего не изменилось с того времени. Первый запуск ОБЯЗАТЕЛЕН именно с ЛН. Для 54вт я использую две параллельно соединённых ЛН по 60вт. При правильно собранном балласте с правильными номиналами люминесцентная лампа (ЛЛ) зажигается через 2-3 секунды, ЛН слегка светятся. При любой ошибке или дефекте ЛН ярко светятся, а ЛЛ не загорается, или загорается кратковременно.
При большем количестве ЛЛ необходимо запускать каждую лампу по отдельности, и только если все каналы в порядке, можно подключить их все вместе, установив предохранитель на место, вместо ЛН. В качестве предохранителя я выбрал термопредохранитель 2А*102градуса.
Естественно не забываем про электробезопасность.
Теперь о грустном
Ключи в таком балласте (2*54вт) без радиаторов и без корпуса греются до 60 градусов при комнатной температуре 20 градусов. Это радует. Но, если этот балласт без радиаторов засунуть в пластиковый корпус, то температура внутри корпуса поднимается до тех же самых 60 градусов, а сами ключи нагреваются до 90 градусов. Понимаю что это не смертельно, но всё же грустно.
Всё, вроде изложил все нюансы .
На всякий случай, с Уважением, Олег Наненков.
P/S может ещё что-нибудь можно доработать?
