تبلیغات
وبلاگ علمی آموزشی شرکت پارس شعاع توس (لامپ کم مصرف CFL) - نحوه کار بالاست الکترونیکی (ادامه مقاله 2)

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

(ادامه  "نحوه کار بالاست الکترونیکی (مقاله 2)" )

 4- تحلیل و مدل سازی

به دلیل غیر خطی بودن عملکرد ترانزیستورهای مدار، لامپ تخلیه ای و ترانسفورمر اشباع شونده، تحلیل دقیق حالت پایدار مدار بالاست سخت می باشد.

به منظور کاهش پیچیدگی تحلیل مدار، برخی ساده سازی ها در مدار صورت گرفته است. در ابتدا به خاطر این حقیقت که تاثیر خازن احتراق (Cig) بر روی جریان تشدید کم است و هارمونیک های جریانی برخواسته از غیر خطی بودن لامپ تخلیه ای که توسط خازن احتراق بای پس می شوند، برای گرم کردن فیلامنت ها به کار گرفته می شوند، تیوب لامپ و خازن را می توان به صورت یک مقاومت در نظر گرفت.

دوما به دلیل اینکه اندوکتانس ترانسفورمر مدار راه انداز از سلف سری شده با آن کمتر از 0.1 برابر است، ترانسفورمر راه انداز را می توان به صورت یک ترانس جریان که تحت تاثیر جریان سینویسی قرار دارد در نظر گرفت.

سوما از تلفات هسته های آهنی و خازن پیوند ترانزیستور های BJT به دلیل تاثیر کم آنها در خود رزونانس بودن مدار صرف نظر خواهد شد.

چهارما پارامترهای به کار رفته در سیگنال بزرگ مانند مقدار اندوکتانس ها، مقاومت ها، خازن ها، عمر کم حامل های اقلیت و زمان گذار همگی تقریبا ثابت در نظر گرفته می شوند.

الف- شبکه تشدید سری-موازی

شکل "6" مدار معادل بالاست خود رزونانس را در نیم سیکل (t0-t6) نشان می دهد.

به عنوان اولین ساده سازی، شبکه بار تشدید سری-موازی به صورت یک مدار RLC مرتبه دوم در نظر گرفته می شود و اثر باز گذاری مقاومت n²Rd2 و اندوکتانس مغناطیس شوندگی Lm ترانسفورمر اشباع شونده به ترتیب در مراحل 1a (4a) و 1b (4b) در نظر گرفته می شود.

برای بالاست خودکار، ضریب کیفیت بار سری (Qs) معمولا کمتر از 1 ولی بیشتر از 0.5 است.  از این رو ضریب میرایی روی مشخصات مدار تاثیر معنی داری دارد. از نظر تئوری تشدید می تواند زیر میرا باشد اگر Qs>0.5 باشد، فوق میرا باشد اگر Qs<0.5 باشدو میرای بحرانی باشد اگر QS=0.5 باشد. به جز حالت بحرانی، جریان سلف در هر مرحله با جریان اولیه IL0 و ولتاژ اولیه خازن Vc0 می تواند به صورت زیر نوشته شود:

تقریبا اغلب بالاست ها به صورت زیر میرا طراحی می شوند تا CCF لامپ بهبود پیدا کند. از رابطه 1 می توان جریان سلف برای هر محله را به صورت زیر نوشت:

به طوریکه ωd فرکانس طبیعی میرایی  می باشد:

در هر مرحله ولتاژ خازن سری از رابطه 2 مشتق شده است:

پارامترهای ساده شده RLC در هر مرحله در جدول 1 لیست شده اند. همانطور که جدول هم نشان میدهد ولتاز DC ورودی فقط در مراحل 1 و 2 به مدار وصل شده اند. 

از این رو اگر آغاز زمان هر مرحله برابر صفر باشد، انرژی فزستاده شده به بالاست در یک دوره سوئیچینگ  می تواند به صورت زیر توضیح داده شود:

به طوریکه جریان رزونانس  ولتاژ DC ورودی را شارژ می کند.

توان واقعی مصرفی در لامپ می تواند بوسیله تغییرات انرژی در خازن سری بیان شود.

در مراحل 3 و 6، خازن گذار Cz در عملکرد تشدید سری شرکت می کند به طوریکه در مرحله 3 دشارژ می شود و در مرحله 6 توسط جریان سلف شارژ می شود. شکل 5 نشان می دهد که جریان سلف به آرامی برای افزایش خطی ولتاژ سوئیچ Cz به سمت ولتاژ DC ورودی تغییر می کند. به همین خاطر مقدار خازن گذار باید به قدر کافی کوچک باشد و از این رو خازن سری معادل در مراحل 3 و 6 به وسیله خازن Cz تعیین می شود.

دقت شود که انتخاب نادرست خازن گذار ممکن است باعث از بین رفتن عملکرد ولتاژ صفر در زمان خاموشی ترانزیستور شود.

معمولا با در نظر نگرفتن جریان منبع ولتاژ، خازن گذار به طور تقریبی برابر است با :

ب. مدار راه انداز اشباع شونده

مقدار ولت-زمان ترانسفورمر راه انداز اشباع رونده را به طور تقریبی می توان به صورت زیر نوشت:

به طوری که Bsat و Aeff به ترتیب بیانگر چگالی شار اشباع و ناحیه موثر قابل اشباع هسته آهنی هستند.

بر اساس رابطه های 2 و 6 جریان بیس ترانزیستور ها به صورت زیر خواهد بود:

براساس عملکر ZVS، تقریب شبه استاتیک برای کنترل بار اتخاذ شده است. از نظر تئوری جریان بیس می تواند به دو قسمت  تقسیم می شود. قسمت اول  بار اساسی  بیس ترانزیستور را فراهم می کند که نقطه کار ترانزیستور Q2 را در لبه ناحیه اشباع تعیین می کند. قسمت دوم  بار اضافی بیس ترانزیستور  را فراهم می کند که باعث می شود ترانزیستور Q2 به سختی وارد ناحیه اشباع خود شود. بر اساس تقریب شبه استاتیک معادله جریان راه انداز بیس می تواند به صورت زیر بیان شود:

 

5- بررسی آزمایشگاهی

برای بررسی صحت و سقم دقت آنالیز انجام شده، شبیه سازی عددی انجام شده و نتایج آن با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است.

لامپ مورد نظر یک لامپ 18 وات می باشد. جریان لامپ 0.32 آمپر می باشد.هسته اشباع شونده در این مدار TDK H5B2T5-10-2.5، Aeff = 6.25mm² و Bsat= 4000 G در دمای 30 درجه سانتیگراد می باشد. ترانزیستورهای سوئیچینگ MJE-13005 با Vbe = 0.55 v و Ibe = 3.55 mA و خازن             Cb = 10nF می باشد.

تحت ولتاژ 300 ولت باس بهره جریان (β) برابر 100 در نظر گرفته شده است. به طور کلی برای دسترسی به مقدار مطلوب جریان راه انداز فیدبک، نسبت تعداد دور n ممکن است بزرگتر از 1 یا حتی کوچکتر از 1 باشد.

اگر نسبت تعداد دور کمتر از 1 باشد، ترانس اشباع شونده به سرعت اشباع می شود و فرکانس سوئیچینگ خود رزونانس افزایش پیدا می کند. در مدار طراحی شده پیش رو، نسبت تعداد دور بزرگتر از 1 است. با استفاده از برنامه شبیه سازی، مقادیر پارامترهای مدار که برای توان لامپ مناسب می باشد، بدست خواهد آمد.

در این مدار بالاست آزمایشگاهی، پارامترهای مورد استفادهبه ص.رت زیر می باشد:

شکل های "8 (a) – (f)" به بررسی تاثیر خازن احتراق به روی مشخصات مدار از مقدار 3.3n تا 20n می پردازد. شکل های 8(a) و 8(b) نشان می دهند که تاثیر خازن احتراق به روی فرکانس سوئیچینگ و جریان سوئیچینگ خیلی کم می باشد. 

شکل های 8(c) و 8(d) حالت غیر خطی لامپ را نشان می دهند.

شکل های 8(e) و 8(f) اثر اساسی خازن احتراق بر روی "کاهش هارمونی های جریان عبوری از لامپ" و "گرم کردن فیلامنت ها" را نشان می دهد.

بنابراین، مدار بالاست را می توان تقریبا به صورت یک مدار درجه دو خود رزونانس در نظر گرفت.

شکل "9" جریان ثبت شده و شکل موج ولتاژ سلف تشدید و خازن سری را نشان می دهد. این شکل موج ها به صورت سینوسی خالص همانطور که پیش بینی می شد نیست.

به صورت تجربی، فرکانس طبیعی، فرکانس طبیعی میرا و فرکانس سوئیچینگ به ترتیب برابر 9.9، 8 و 26 کیلو هرتز می باشد. تقریب پایه ای بر اساس فرکانس سوئیچینگ ممکن است دقت را از بین ببرد.

شکل 10 شکل موج های شبیه سازی شده و جدول III چندین مقدار مهم را جهت مقایسه نشان می دهد.

درصد خطا در همه حال 5% است.

یک بالاست خود رزونانس راه اندازی شده به وسیله ترانسفورمر اشباع شونده مورد بررسی قرار گرفت. این تحلیل برای سیگنال بزرگ در جهت توضیح کامل عملکرد مدار انجام شد و تفاوت یک مبدل راه اندازی خارجی دارای Q بالا را توضیح می دهد.



ترجمه: وهاب محمدی

بازگشت به صفحه نخست