Method of cold burning of fluorescent lamps with low and middle power

Светлинните източници се разделят на две основни групи: естествени и изкуствени. Изкуствените светлинни източници използвани в светотехническата практика се отличават с голямо разнообразие. В зависимост от начина на преобразуването на енергията в светлина и от конструктивното им изпълнение се разделят на топлинни и газаразрядни светлинни източници. В последно време все по-широко приложение намират газоразрядните източници. Това е продиктувано от по-голямата им икономичност в сравнение с топлинните. Луминесцентните лампи са част от газоразрядните светлинни източници с ниско налягане. Запалването при тях става по два основни начина: стартерно и безстартерно. Стартерната схема на пускане е относително евтина, но дава дефекти които се отразяват върху продължителността на светене на лампата, това може да се избегне чрез безстартерните схеми на пускане.

Сецифичнят начин на запалване на луминесцентната лампата наречен „студено палене” води до избягване на нагряването на катодите на лампата, което при палене чрез дросел и стартер значително скъсява нейния живот.

На фиг. 1 е представена схема за безстартерно палене на луминесцентна лампа.


Фиг.1 Схема за безстартерно палене на луминесцентна лампа.
В схемата се използва интегрална схема и MOSFET транзистор. Кондензаторът C1 е предназначен да филтрира пулсациите във входното напрежение. Елементът U1 представлява интегрално изпълнение на таймер, който се използва като генератор на високо честотен сигнал. Честотата на този сигнал се определя от групата резистори R1, R2 и кондензатора C2, по формулите:

tc_(H) = C_(T). (R₁ + R₂).In 2 ; (In2 = 0.693)

tc_(L) = C_(T). R₂ . In 2

T = tc_(H) + tc_(L) = C_T.(R₁ + 2.R₂).In2

където:

C_(T) - заряден капацитет на кондензатора през резисторите R₁ и R₂

От формулите и графиката показана на фиг.2 се вижда, че чрез промяна на стойностите на елементите се определя формата на генерирания сигнал: период и стръмност, което е важно за запалването на лампата.




Фиг.2

Необходимата честота на изходящия сигнал е между 22 и 24 kHz. Поради малкият изходен ток на интегралната схема, около 150 mA ,се налага да се използва мощен високо честотен транзистор. В случая IRF510 , които е MOSFET транзистор с N канал и може да осигури изходен ток до 5÷6 А. Така усиленият променлив сигнал се подава към трансформатора T1 от който зависи напрежението върху катодите на лампата. Напрежението необходимо за да се получи разряд в лампата е около 500÷600 V. Колкото по-високо е началното напрежение толкова по-лесно е стартирането на лампата. Трябва да се има в предвид, че подаването на прекалено голямо напрежение няколко kV, в зависимост от дължината на лампата, може да предизвика разрушаване на лампата, защото газът в нея се разширява под въздействието на протичащия ток. В момента на паленето, токът консумиран от лампата е малък за сметка на напрежението, но след като се получи разряд напрежението бързо спада и токът нараства. Кондензаторът C₃ е свързан в първичната навивка на трансформатора, той предпазва другите елементи от попадане под високото напрежение.

Може да се сложи и по-мощна лампа, но това би изисквало замяна на транзистора Q1 с по-мощен (с по-голям изходен ток). Също така може да бъде използвана и по дълга лампа, но тя ще се нуждае от по-високо напрежение. Това би могло да се постигне чрез замяна на трансформатора T1 с такъв, който има по-голям коефициент на трансформация.

Избраният трансформатор има коефициент на трансформация Uвх./Uизх. - 1/40 и на изводите на вторичната намотка се получават около 480 V , при захранване на схемата с напрежение 12V. Таймерът позволява повишаване на захранващото напрежението до 15V, което води до изходно напрежение на вторичната намотка на трансформатора около 600V.

Данни за елементите :

• 
  Електролитен кондензатор C1-100uf ;25V
  
• 
  Керамичен дисков кондензатор C2 и C3-0.01uf ;25V
  
• 
  Керамичен дисков кондензатор C4 - 0.01uf ;1KV
  
• 
  Резистор R1-1K; 0.25W
  
• 
  Резистор R2 -2.7K ;0.25W
  
• 
  Трансформатор T1- 240-6V ;300mA
  
• 
  Луминисцентна лампа (Lamp) - 4W
  

Транзистор Q1- IRF510 MOSFET

Максимален ток 5÷6 А

Максимално напрежение 100V

Съпротивление Drain-Sours 0,540 Ώ

Скорост на превключване в порядъка на няколко нано секунди

Максимална разсеивана мощност- 43W

Закъснение при вклиучване - 8ns

Промяна на изходния импулс - 25ns

Занаснение при изклиучване - 15ns

Време за повторно вклиучване - 12ns

Допълнително трябва да се сложи радиатор на транзистора Q1.

• 
  Таймер TLC555-U1
  

Минимално захранжащо напрежение - 2V

Максимално захранващо напрежение - 15V

Максимален изходен ток: 100mA Sourse и 10mA Drein

Вградена защита от пренапрежение и от претоварване

III. ИЗВОДИ

Схемата би могла да намери широко приложение поради ниската си консумирана мощност. Възможността да се използват различни лампи я прави доста практична. Единствено при промяна на дължината и мощността на лампата, може да се наложи подмяна на някои елемени. Схема може да стартира дори лампи с изгорели катоди, което е невъзможно при дроселните схеми. От друга страна ниското захранващо напрежение позволява използването на луминисцентни лампи в специални среди и в автомобилите. Още един плюс за схемата е малкият брои външни елементи. Като цяло себестойността на схемата е много ниска, което в комбинация с голямата ефективност, ниска консумация и факта, че увеличава значително живота на самата лампа я прави много перспективна.

[1]. http://komponenten.es.aau.dk/fileadmin/komponenten/Data_Sheet/Fet/IRF510.pdf

[2]. http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tlc555.pdf
За контакти:

Димитър Димитров, студент спец.”Електроника” при ФЕ на ТУ-Варна, ул.”Студентска"№1,E-mail: killerboy1@gmail.com