Расчет электронного баласта

Окно simple mode программы IR Ballast Designer

Выбрать подходящий готовый балласт для люминесцентной лампы, как мы убедились, несложно. Гораздо сложнее, что называется, «с нуля», разработать этот самый электронный балласт самостоятельно. Расчет узлов балласта с помощью листа бумаги и карандаша может продлиться не один день и стать причиной разочарования, если где-нибудь вкрадется ошибка или что-то важное выпадет из поля зрения разработчика. К счастью, сегодня уже нет необходимости проводить громоздкие вычисления, методом проб и ошибок приближаться к поставленной цели. Спроектировать типовой электронный балласт возможно всего лишь за пару минут с помощью специальной компьютерной программы IR Ballast Designer (BD), которая бесплатно распространяется фирмой «International Rectifier» и может быть получена после заполнения на сайте элементарной регистрационной формы. На момент работы над статьей доступна для «скачивания» версия BD под номером 4.0.2. В сети Интернет можно также найти третью и даже вторую версию программы, но здесь мы опишем только последний «релиз» BD, поскольку более ранние версии очень незначительно отличаются по составу базы данных и интерфейсу, но обладают более скромными возможностями по сравнению с четвертым «релизом».

При установке программы на компьютер необходимо учесть следующие особенности, которые позволят справиться с некоторыми неожиданностями. Нормально установленная вторая версия программы BD может выполнять недопустимую операцию при выборе лампы и сама собой закрываться. Третья версия BD может просто не запускаться, выдавая сообщение с красным крестиком. Четвертая — запустится и даже позволит выбрать составные элементы балласта, но на последнем шаге тоже предупредит об ошибке большим восклицательным знаком в желтом треугольнике. Чтобы таких неприятностей не происходило, необходимо войти в панель управления Windows, щелкнуть по пиктограмме «Язык и региональные стандарты», в пункте «региональные параметры» (кнопка «настройка») установить в качестве разделителя целой и дробной части символ «точка», символ «запятая» — в качестве разделителя групп разрядов.

Кратко работу IR Ballast Designer можно представить следующим образом: это конструктор, в котором автоматически производится расчет элементов на основании составленной из «кирпичиков» схемы, а также выбранных (или заданных) условий питания. Так как BD разработан фирмой-производителем микросхем для ЭПРА и другой силовой электроники, в основе конструирования закладываются только собственные микросхемы: IR21571, IR2156, IR21592, IR2166, IR2167, IR2520D, IR2161. Первые пять микросхем предназначены для люминесцентных ламп, а шестая, уже знакомая нам, — для электронных трансформаторов галогенных ламп. Причем автоматизированный расчет электронного трансформатора появился только в четвертом «релизе» BD.

На рисунке показано основное окно IR Ballast Designer, из которого осуществляется управление процессом проектирования. Как видно из рисунка, расчет параметров электронного балласта состоит из пяти шагов, обозначенных кнопками в виде больших кружков. Первый шаг (step 1) позволяет выбрать управляющую микросхему (select target IС). При нажатии на первый кружок появляется окно с изображениями внешнего вида микросхем, а выбор осуществляется двойным щелчком при наведении указателя мыши на картинку. Также микросхему можно выбрать из выпадающего списка над кнопкой.

Второй шаг (step 2) предоставляет пользователю выбор вида входной цепи (select line input). Здесь можно задавать входную цепь с обычным диодным мостом и конденсаторным фильтром (full bridge rectifier), с активным корректором коэффициента мощности (active PFC), с конденсаторно-диодным удвоителем напряжения (voltage doublet), с батарейным питанием 24 В. Диапазон рабочих напряжений выбирается из ряда 80…140 или 185…265 В.

На третьем шаге (step 3) осуществляется выбор люминесцентной лампы (select lamp) по конструктивным и мощностным параметрам. В перечне стандартных ламп имеются U-образные серий TC-EL, TC-DEL, PL-L, Triple (тройные U-образные), Spiral (спиральные) и классические трубчатые лампы серий Т5, Т8, Т12 (аналоги отечественных серии ЛБ). Можно также ввести собственные параметры ламп, кликнув дважды по картинке с названием User Lamps. Модель лампы представляет собой таблицу, состоящую примерно из 16 разных параметров. Далеко не все из них удастся найти в технической документации, поэтому лучше подобрать близкий аналог из встроенной базы данных.

Четвертый шаг (step 4) — задание схемы включения люминесцентных ламп (select lamp configuration). Пролистайте книгу немного назад, обратитесь к рис. 3.9, и вы поймете, что нужно сделать на четвертом шаге.

Наконец, пятый, завершающий, шаг (step 5) определяет номиналы элементов схемы (design ballast). При нажатии на кнопку программа формирует четыре дополнительных окна, в одном из которых показывается электрическая схема с позиционными обозначениями элементов (circuit diagram), во втором — перечень элементов (bill of materials), в третьем — конструктивные данные резонансного высокочастотного дросселя (LRFS inductor). Здесь можно почерпнуть сведения о типономинале магнитопровода, величине немагнитного зазора, индуктивности, количестве витков, диаметре намоточного провода и даже габаритные размеры готового элемента. Наконец, четвертое окно (operating points graph) показывает график напряжения на лампе и входного напряжения в режимах подогрева, зажигания и нормальной работы. Если за основу была выбрана схема с активным корректором коэффициента мощности, то появится пятое окно, отражающее параметры дросселя корректора (LPFC inductor). Если использована схема с батарейным питанием, появляется окошко с данными повышающего трансформатора. Остается сделать распечатку содержимого окон и заняться конструктивным оформлением балласта, так как, к сожалению, автоматическая «разводка» печатной платы и создание сборочного чертежа были только в первой версии BD, и потом эту функцию почему-то убрали.

Приведенный пошаговый режим (simple mode) предназначается ддя «ленивых» пользователей, которые не слишком стремятся к анализу влияния тех или иных элементов на параметры схемы. Для более дотошных пользователей (или более опытных) предусмотрен режим с подробной настройкой параметров (advanced mode), переключение на который осуществляется в главном окне нажатием на кнопку Advanced.

В этом режиме работать намного сложнее, и поэтому мы лишь кратко расскажем возможностях «расширенного режима». Итак, здесь имеется несколько вкладок, относящихся к параметрам лампы (lamp), балласта (ballast), выхода (output). Слева имеются несколько кнопок, которые позволяют «работать» с другими параметрами, в частности — задавать материал и типоразмер имеющегося в наличии магнитопровода дросселя.

Окно advanced mode программы BD

В рабочем окне программы имеется кнопка Datasheet, нажатием на которую можно вызвать полную техническую документацию примененной микросхемы управления (в формате pdf). В предыдущих версиях BD техническая документация встраивалась в оболочку, четвертая же версия требует соединения с Интернетом и «скачивает» ее непосредственно с сайта, что, конечно, облегчило дистрибутив BD по объему раза в полтора, но и создало неудобства тем, кто в Интернете появляется не слишком часто…

И, наконец, в процессе практической реализации балласта, рассчитанного по этой методике, могут возникнуть неожиданные трудности, связанные с элементной базой. Едва ли кто сможет приобрести только те типономиналы элементов, которые рекомендовал BD. Скорее всего, придется пользоваться аналогами. К сожалению, сами управляющие микросхемы аналогов не имеют, но вот остальная комплектация выпускается огромным количеством фирм, и аналоги найдутся без труда, ведь балласты не входят в разряд прецизионных электронных устройств.