تبلیغات
وبلاگ علمی آموزشی شرکت پارس شعاع توس (لامپ کم مصرف CFL) - نحوه کار بالاست الکترونیکی (مقاله 3)

در این وبلاگ مطالب آموزشی مربوط به لامپ های CFL یا همان لامپ های کم مصرف قرار داده شده است. این وبلاگ یک وبلاگ صرفا آموزشی می باشد که قصد دارد اطلاعات کاربران را در مورد لامپ های کم مصرف افزایش دهد. در این وبلاگ مطالبی از قبیل انواع لامپ های کم مصرف، اجزاء مختلف لامپ های کم مصرف، نحوه کار قسمت های مختلف لامپ های کم مصرف، نحوه ساخت و استاندار های مربوط به این لامپ قرار داده شده است.

سعید آریانپور

جستجو

 

اسلایدر

راه انداز لامپ فلورسنت جریان پیوسته خود تشدید


شرکت پارس شعاع توس
قسمت R&D
ترجمه: وهاب محمدی


خلاصه:

یک راه انداز AC فرکانس بالا که می تواند بارهای الکترونیکی با جریان پیوسته را تغذیه کند و به صورت مستقل از بار مقاومتی عمل می کند، ارائه، تحلیل و تحت تست آزمایشگاهی قرار گرفته است.

منبع تغذیه، یک اینورتر خود-نوسان می باشد که شامل یک شبکه تشدید و یک مقایسه کننده جریان و یک مدار کنترل می باشد و برای تولید سیگنال کنترل سوئیچ های مبدل قدرت مفید می باشد.

راه انداز قدرت می تواند برای احتراق و عملکرد یک یا چند لامپ سری فلورسنت، بدون احتیاج به شبکه های تشدید اضافی و طراحی مجدد مرحله قدرت، مفید باشد. در حالیکه بازده بالا و Crest factor پایین خروجی آنها همچنان حفظ خواهد شد.

پارامتر CCTC (Current Comparing and Toggling Circuit) تصدیق می کند که در پروژه جاری از یک ترانسفورمر چند سیم پیچه به منظور تغییر پولاریته راه انداز گیت سوئیچ های قدرت طراحی شده استفاده شده است. هرگاه سیگنال ورودی به مقداری از جریان مورد نظر خروجی برسد، باعث می شود که راه انداز به صورت یک منبع جریان عمل کند.
 

1- مقدمه

چندین مدل از بار ها، احتیاج به یک جریان AC به منظور بهینه کردن عملکرد و افزایش بازدهی سیستم راه اندازی دارند. برای مثال لامپ های فلورسنت احتیاج به یک منبع که دارای امپدانس خروجی بالا باشد به منظور پایدار کردن نقطه کار دارند و بوسیله یک سیگنال فرکانس بالا به منظور افزایش نور خروجی راه اندازی می شوند.

به خاطر همین، راه انداز یک لامپ فلورسنت باید یک لامپ فلورسنت را با یک جریان ثابت راه اندازی کند که مستقل از مقاومت لامپ باشد.

یک راه برای رسیدن به منبع امپدانس زیاد، استفاده از یک بالاست الکترومغناطیس که بوسیله یک سلف بسیار بزرگ با ولتاژ خط سری شده است می باشد. یک راه بهتر، تولید سیگنال فرکانس بالا بوسیله یک مبدل سوئیچینگ تشدیدی می باشد. (شکل 1) مقاله پیش رو برخی از اشکالات طراحی اولیه مدار از جمله حجم زیاد و بازده بالاتر را حل می کند ولی همچنان برخی از موانع پا بر جا هستند.


اولین مشکل نیاز به یک کنترلر اختصاصی و راه انداز گیت برای زمان روشن و خاموش بودن سوئیچ ها دارد. دومین مشکل این است که در یک قالب چند لامپی، احتیاج به اضافه کردن شبکه های تشدید برای هر لامپ می باشد. اولین مشکل را می توان بوسیله تبدیل استراتژی به یک مبدل متداول خود-رزونانس برطرف نمود. این مورد احتیاج به یک راه انداز و کنترلر گیت پیچیده و نسبتا گران را برطرف خواهد نمود. در هر صورت این راه حل مستلزم داشتن یک بالاست برای یک لامپ می باشد یا اینکه مدار را برای تعدادی از لامپ های خاص دوباره طراحی کنیم.

اگر یک بالاست خود رزونانس بتواند یک یا چند لامپ سری شده با خود را روشن کند، واقعا مطلوب می باشد. این کار می تواند تعداد مدل هایی که توسط سازنده ها انبار می شود را کاهش دهد و همچنین ممکن است باعث کاهش هزینه ساخت در نتیجه تولید بیشتر تعداد همان مدار شود. این احتمال در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است.

در این پروژه، ما یک مدل ریاضی و یک روش برای انتخاب المان های مبدل خود-رزونانس ارائه می دهیم به طوریکه مدار در یک فرکانس سوئیچینگ مطلوب و از پیش انتخاب شده کار کند و به صورت یک منبع جریان عمل کند. همچنین قابلیت تغذیه یک یا چند لامپ سری را دارا باشد و همچنان دارای جریان پیوسته و بازده بالا در مدار قدرت باشد.

2- مبدل خود-رزونانس

توپولوژی مدار (شکل 2) شامل یک مرحله مبدل نیم-پل و یک شبکه تشدید (Cr و Lr) می باشد.

مبدل، سلف رزونانس (Lr) را راه اندازی می کند که این سلف به صورت سری با خازن رزونانس (Cr) قرار دارد که در این حالت بار به صورت موازی با آن قرار خواهد گرفت. همچنین مدار راه انداز شامل یک خازن جلوگیری کننده به نام Cs می باشد که قصد عبور جریان AC را به بار دارد و مولفه DC را فیلتر می کند. مقدار خازن Cs (Cb) معمولا خیلی بزرگتر از خازن Cr می باشد، بنابراین تاثیر آن به روی شبکه رزونانس به طور جزئی کوچک است. بار R لامپ سری شده را نشان می دهد.

هدف از گذاشتن خازن Cr تولید ولتاژ بالا جهت احتراق لامپ می باشد. مقدار پیک ولتاژ برای احتراق، توسط راه انداز مبدل در مدت زمان شروع اولیه توسط یک فرکانس که نزدیک به فرکانس تشدیدی که توسط شبکه تشدید (Lr و Cr) شکل می گیرد است، تعیین می شود.

در نتیجه ولتاژ دو سر خازن Cr موقعی که لامپ روشن نشده است و در حالت امپدانس زیاد قرار دارد به سرعت افزایش می یابد. این کار تا زمانی که ولتاژ برای احتراق به اندازه کافی بالا برود ادامه پیدا می کند.

وقتی که لامپ ها احتراق پیدا می کنند، امپدانس آنها به سرعت کاهش پیدا می کند و بنابراین ضریب Q است که سیستم را بعد از چند سیکل به حالت پایدار می رساند.

عملکرد مدار راه انداز خود-رزونانس به وسیله استفاده از "مقایسه کننده جریان و مدار کنترل (CCTC)" کامل می شود که در پروژه جاری به وسیله یک ترانسفورمر چند سیم پیچه جریان انجام می شود. ( n1:n21:n22 در شکل 2) طرف اولیه این ترانسفورمر (n1 در شکل 2) به صورت سری با شبکه رزونانس قرار خواهد گرفت، در حالی که طرف ثانویه (n21:n22 درشکل 2) به پایه گیت ترانزیستور ها وصل شده است. این سیم پیچ ها با دیود های زنر موازی می شوند تا ولتاژ های گیت ها را ثابت کنند.

فرایند کوموتاسیون مدار خود-رزونانس به وسیله تعامل بین جریان ساخته شده در اندوکتانس های مغناطیسی (n21،n22) و جریان سینوسی رزونانس که از n1 می گذرد شکل می گیرد. در عمل کوموتاسیون موقعی شکل می گیرد که هر دو مساوی باشند. باید توجه شود که شکل موج جریان رزونانس به صورت سینوسی می باشد زیرا جریان مغناطیسی به دلیل وجود ولتاژ ثابت تولید شده بوسیله دیوید ها، به صورت خطی افزایش پیدا می کند.

3- آنالیز تئوری و مدل ریاضی

بر اساس مدار شکل 2، وقتی که مدار حول و هوش فرکانس رزونانس کار می کند، مبدل نیم پل را می توان با تقریب هارمونیک اول به یک بار شبکه تشدیدی که به وسیله یک موج سینوسی (رابطه زیر) تغذیه می شود (شکل 3) ساده سازی کرد.

به طوریکه Vbus ولتاژ رگوله شده ورودی (شکل 2) است.

فرکانس رزونانس به صورت زیر است:

با قبول تئوری نورتن، مدار شکل 3 به صورت مدار معادل موازی نشان داده شده در شکل 4 تبدیل می شود.

وقتی که مدار در فرکانس رزونانس قرار می گیرد، امپدانس شبکه تشدید (Lr و Cr) نا محدود می شود و در نتیجه، تمام جریان تغذیه مدار به داخل بار (شکل 5) سرازیر می شود. (چون مقاومت لامپ منفی است و مقدار آن کم است لذا تا جای ممکن باید از کار کردن در فرکانس رزونانس جلوگیری کرد)

از شکل های 4 و 5 می توان فهمید که جریان به صورت زیر خواهد شد:

در حالی که Zr امپدانس مشخصه مدار می باشد. Zr=Lr/Cr

از این رو جریان خروجی Io تابعی از ولتاژ ورودی و فقط المان های رزونانس خواهد بود و مستقل از بار مقاومتی R می باشد.

همچنین از رابطه 3 فهمیده می شود که وقتی که مقاومت R خیلی بزرگ باشد (برای مثال لحظه قبل از احتراق لامپ فلورسنت) ولتاژ دوسر Cr بسیار زیاد خواهد شد. از این رو راه انداز قادر خواهد بود که به صورت خود کار ولتاژ بالای مورد نیاز را برای احتراق لامپ فلورسنت را فراهم کند.

امپدانس ورودی Zin برای تانک تشدید به صورت زیر است:

و وقتی که ˳ω=ω باشد:

در آخر هم جریان ورودی تانک رزونانس Iin به صورت زیر خواهد بود:

اندازه Iin به صورت زیر خواهد بود:

بر اساس رابطه 7 و ترکیب آن با رابطه 3 و بعد از مقداری دست کاری، نسبت ولتاژ خروجی به ورودی (Vo/Vin) برابر است با:

باید توجه شود که اگر نسبت رابطه 9 بیشتر از واحد شود (R<Zr)، ولتاژ دو سر لامپ کمتر از ولتاژ باس خواهد شد و جریان به صورت سینوسی در خواهد آمد. این مد عملکرد مطلوب است.

فاز جریان ورودی IinՓ، مربوط به تقریب هارمونیک اول ولتاژ ورودی می باشد(Vin، شکل سوم) که بوسیله تقسیم ولتاژ ورودی بر روی امپدانس مشخصه Zr می باشد.

که از آن:

برای شرایطی که ولتاژ خروجی بزرگتر از ولتاژ ورودی باشد (برای عملکرد نرمال نیاز است)، IinՓ کوچک است و از آنجا:

براساس تقریب هارمونیک اول که در تحلیل ها استفاده شد، زاویه تقریبی ولتاژ ورودی، ضرورتا برابر با زاویه شکل موج مربعی واقعی تولید شده توسط سوئیچ های قدرت می باشد (شکل 2). از این رو زاویه Փ که در رابطه 13 بدست آمده است، یک شیفت فاز بین شکل موج مربعی اینورتر و جریان ورودی می باشد.

باید توجه شود که این یک واقعیت است که ZVS برای مبدل نیم پل موقعی بدست می آید که IinՓ منفی باشد (جریان پس فاز). دامنه جریان وروردی Ix در زمان کموتاسیون (شکل 6) به صورت زیر می باشد:

پیک جریان ورودی:

از این رو، معادله 13 تقریبا برابر است با:

Ix برابر می شود با:

رابطه آخر و رابطه 3 مشخص می کند که Ix برابر ماکزیمم جریان خروجی مطلوب Iomax می باشد:

از این رو عملکرد مستقل لامپ بر اساس اجبار کوموتاسیون شکل موج مربعی ورودی به منظور آشکار شدن زمانی که جریان لحظه ای ورودی از مقدار ماکزیمم مورد قبول خود کاهش پیدا کند،  بدست می آید. (شکل 6)

بنابراین، قاعده منبع جریان ثابت با احترام برای پارامترهای مدار شکل 2، می تواند به وسیله برابر بودن Io از دامنه جریان Lm در لحظه کوموتاسیون بدست آید(Ix):

در حالی که Vz ولتاژ کلمپ دیود زنر می باشد (شکل 2). Lm اندوکتانس مغناطیس شوندگی جریان ترانسفورمر به صورت اندازه گیری شده از سیم پیچ های دوم (n21=n22) می باشد همچنین Ts دوره زمان فرکانس سوئیچینگ (fs) می باشد و n=n21/n1/n22/n1.

از این رو، برای تسهیل جریان بار Io، طراح نیاز به انتخاب Lm بر اساس رابطه زیر دارد:

(ادامه مقاله 2 در قسمت "نحوه کار بالاست الکترونیکی (ادامه مقاله 3)" قرار دارد)


بازگشت به صفحه نخست