Мікросхеми управління джерелами світла призначені для забезпечення оптимального режиму експлуатації світловипромінюючих приладів (ламп розжарювання, газорозрядних джерел оптичного випромінювання, електролюмі- несцентних панелей, світлодіодів і т. д.).

Сучасні мікросхеми подібного призначення мають високий ККД, здатні працювати в області високих частот перетворення, містять елементи захисту від перегріву і перевантажень.

Джерела оптичного випромінювання, які традиційно використовуються для освітлення (лампи розжарювання), не забезпечують високого ККД перетворення електричної енергії в світлову. Більш прийнятні в цьому відношенні сучасні високоефективні світлодіоди. Крім підвищеного ККД вони мають набагато більший термін служби, на 1-2 порядки перевищує термін служби ламп розжарювання. З іншого боку, використання світлодіодів накладає певні умови для забезпечення їх правильної експлуатації. Це постійний або пульсуючий однополярний струм, яскраво виражений «діодний» нелінійний характер вольтамперної характеристики, мала інерційність і т. д.

Частково вирішити проблеми харчування світлодіодних джерел оптичного випромінювання від традиційних джерел живлення (живлення від

мережі змінного струму частотою 50 або 60 Гц) вдалося після розробки спеціалізованих мікросхем. До числа останніх відносяться мікросхеми серії HV992119922 / 9923, вироблені фірмою Suptertex inc

[27.1].

Схема внутрішньої будови мікросхем цієї серії представлена ​​на рис. 27Д. Мікросхеми випускають у корпусах ТО-92 і ТО-243АА (SOT-89), рис. 26.1.

Типові схеми включення мікросхем серії HV9921 / HV9922 / HV9923 для харчування ланцюжків світлодіодів від мережі змінного струму напругою 85-264 В або постійного напругою 20-400 В наведено на рис. 27.2 і рис. 27.3.

Вихідний стабілізований струм:

♦ для мікросхеми HV9921 дорівнює 20 мА;

♦ для мікросхеми HV9922 дорівнює 50 мА;

♦ для мікросхеми HV9923 дорівнює 30 мА.

Максимальна потужність, що розсіюється при температурі 25 ° С мікросхемою в корпусі ТО-92, – 740 мВт, а в корпусі ТО-243АА – 1600 мВт.

Рис. 27.3. Варіант включення мікросхем серії HV9921 / 9922/9923

Мікросхема HV9925 розвиває серію мікросхем, призначених для живлення світлодіодних джерел оптичного випромінювання. Її структурна схема приведена на рис. 27.4, а типові схеми включення – на рис. 27.5- 27.7 [27.1].

Рис. 27.4. Структурна схема мікросхеми HV9925

Значення живлять мікросхему напруг відповідають таким для мікросхем HV9921 / HV9922 / HV9923. Струм навантаження (через світлодіоди) може регулюватися до максимально можливого значення 50 мА. Максимальна потужність, що розсіюється мікросхемою з тепловідводної пластиною при температурі 25 ° С – 800 мВт.

Мікросхема HV9931 являє собою пристрій, що управляє роботою світлодіодних випромінювачів. За своєю структурою, рис. 27.8 [27.1], мікросхема

Рис. 27.6. Варіант включення мікросхеми HV9925

Рис. 27.7. Варіант використання мікросхеми HV9925

Рис. 27.8. Структурна схема мікросхеми HV9931

Рис. 27.5. Типова схема включення мікросхеми HV9925 для харчування ланцюжка світлодіодних випромінювачів світла від мережі змінного струму

є найбільш досконалою в ряду розглянутих вище систем управління світінням світлодіодів.

Типова схема використання мікросхеми HV9931 наведена на рис. 27.9. Мікросхема працює в діапазоні живлячих напруг 85-264 В за змінним струмом і здатна розсіяти потужність за умови її виконання в корпусі DIP-8 – 900 мВт, а в корпусі SO-8 – 630 мВт.

Зовнішнє управління мікросхемою можна здійснювати подачею на керуючий вхід (висновок 5) напруги низького (до 1 В) або високого (не менше 2,4 В) рівнів.

Мікросхеми LED-драйверів NCP3066 / NCV3066 компанії ON Semiconductor призначені для живлення потужних світлодіодів зі струмом навантаження до 1500 мА. LED-драйвери працюють від джерела постійного струму напругою 3-40 В, мають вбудований силовий транзистор і можливість цифровий або аналогової регулювання струму через світлодіоди. Мікросхеми NCP3066 / NCV3066 можуть використовуватися в режимах понижуючого, що підвищує або инвертирующего конверторів. Робоча частота перетворення може доходити до 250 кГц, що дозволяє використовувати в схемі надмініатюрні котушки малої індуктивності.

Мікросхема фазового регулятора КР1182ПМ1 призначена для регулювання потужності до 150 Вт, споживаної активної навантаженням (лампами розжарювання) в ланцюгах змінного струму 50 Гц напругою 220 В [27.2, 27.3].

Рис. 27.9. Типова схема включення мікросхеми HV9937

Примітка.

Створення такої мікросхеми було обумовлено необхідністю підвищити надійність роботи ламп розжарювання при їх включенні / відключенні, оскільки найбільш часто пошкодження тіла розжарювання (нитки розжарювання) відбувається в момент теплового удару при включенні лампи.

Мікросхема КР1182ПМ1 дозволяє плавно підвищувати / зменшувати потужність, що виділяється в навантаженні при включенні / відключенні або регулюванні режиму роботи електроприладу. Як навантаження мікросхеми можна іспользот ать і колекторні електродвигуни (управління швидкістю обертання ротора електродвигуна).

Еквівалентна електрична схема мікросхеми КР1182ПМ1 наведена на рис. 27.10 [27.3]. Як випливає з аналізу цієї схеми, вона складається з транзисторних аналогів тиристорів, керованих схемою управління із зовнішніми ланцюгами управління.

Типова схема включення мікросхеми КР1182ПМ1 (рис. 27.11) припускає використання мінімальної кількості навісних елементів, допускаючи варіювання лише по ланцюгах управління [27.2, 27.3].

Мікросхема працездатна при напрузі мережі 80-276 В частотою 40-70 Гц при струмі навантаження до 1,2 А. Напруга, що втрачається на відкритих аналогах тиристорів, не перевищує 2 В. Струм, споживаний мікросхемою, не перевищує 2-5 мА. Вхідний струм управління – 40-150 мкА. Струм витоку керуючого входу – не більше 30 мкА. Розсіює потужність – до 4 Вт.

Раду.

Рис. 27.10. Електрична схема мікросхеми ΚΡΊ182ПМ1

При експлуатації мікросхеми КР1Ί82ΠΜΊ слід враховувати, що її ланцюга управління мають гальванічний зв’язок з мережею живлення. Крім того, зважаючи імпульсного характеру роботи мікросхеми можуть спостерігатися перешкоди по мережі, що вимагає установки фільтрів.

Час виходу розсіюється на навантаженні потужності на максимальне значення (98-99%) визначається добутком C3R1, рис. 27.11, а. Включення / відключення електроприладу здійснюється замика- ням / розмиканням комутатора SA1. Цей комутатор (вимикач) може бути включений паралельно керуючому потенціометра R1, рис. 27.11, б, і навіть пов’язаний з його віссю, рис. 27.11, в, г. Конденсатор СЗ може бути відсутнім, однак буде відсутня і затримка в часі при роботі регулятора.

Варіант включення керуючої ланцюга, наведений на рис. 27.11, р, коли вимикач SA1 розриває ланцюг мережі, має як певні переваги, так і недоліки. Через ланцюг вимикача протікає значний струм (близько 1 А). Це викликає електричний знос контактного з’єднання і знижує ресурс його роботи. З іншого боку, таке схемне рішення надійно ізолює мікросхему при її відключенні від можливих імпульсних перевантажень по мережі.

Рис. 27.11. Варіанти схем включення мікросхеми КР1182ПМ1:

а – стандартний спосіб регулювання з «плавним» включенням навантаження, окремий вимикач; б – включення навантаження без затримки в часі, окремий вимикач; в – включення навантаження без затримки під часу, вимикач, суміщений з потенціометром R1; г – включення навантаження без затримки в часі, мережевий вимикач, суміщений з потенціометром R1

При використанні мікросхеми КР1182ПМ1 найчастіше виявляється, що її здатності навантаження недостатньо. У цьому випадку слід використовувати або примусове охолодження мікросхеми, або паралельне включення двох або більше мікросхем за схемою, представленої на рис. 27.12.

Люмінесцентними лампами спочатку передбачалися витіснити лампи розжарювання з ринку електроосвітлювальних приладів. Вони відрізнялися більш високою довговічністю, підвищеним ККД. Проте тривала практика експлуатації люмінесцентних ламп дозволила виявити ряд істотних недоліків. Це складність побудови пускорегулювальної апаратури, швидкий вихід її з ладу, мала надійність в нештатних умовах експлуатації. Кром ‘того, люмінесцентні лампи виявилися екологічно небезпечними в зв’язку з содер-

жаніем в колбі лампи парів ртуті, спектр світіння ламп і їх мерехтіння з частотою 100 (120) Гц не відповідали вимогам забезпечення комфортних умов праці.

Рис. 27.72. Схема нарощування максимальної потужності навантаження при використанні мікросхем управління типу КР1182Г1М1

Мікросхеми електронного баласту IR2151. Спроба частково вирішити перераховані проблеми вилилася в створення спеціалізованих мікросхем, призначених забезпечити надійне запалювання ламп і виключити їх мерехтіння при горінні. До таких мікросхем можна віднести розробки фірми International Rectifier – мікросхеми електронного баласту IR2151 [27.4-27.6].

Еквівалентна схема мікросхем IR2151-, 1R2155 показана на рис. 27.13 [27.4]. Мікросхема містить потужні польові транзистори з ізольованим

затвором, внутрішній генератор і ланцюги, аналогічні за будовою добре відомому таймером серії 555 (КР1006ВІ1). Розвитком цієї серії мікросхем є мікросхеми IR2156, IR2157. Аналогічного призначення мікросхеми виробляє фірма SGS-Thomson – L6569, L6571, L6574, Motorola – МС2151, MC33157DW, Unitrode (Texas Instruments) – UC3871, UC3872 [27.5].

Рис. 27.73. Еквівалентна схема мікросхеми управління IR2151, IR2155

Рис. 27.74. Схема включення однієї (двох) люмінесцентних ламп з використанням мікросхеми управління IR2151

Практична схема включення мікросхеми електронного баласту IR2151 для харчування однієї (двох) люмінесцентних ламп потужністю по 40 Вт наведена на рис. 27.14 [27.6]. Використання такого режиму роботи дозволило підвищити ресурс роботи люмінесцентної лампи до 20 тис. н і виключити їх мерехтіння, оскільки лампи живляться напругою частотою 20-100 кГц.

Примітка.

У той же час для зниження рівня перешкод по мережі, що виникають при роботі лампи, довелося використовувати складну схему фільтрації. В цілому схема пускорегулювальної апаратури помітно ускладнилася.

Для підпалу лампи необхідно, як і раніше, використовувати пускову ланцюжок з самовідключення (аналог стартера на неонової лампі), виконану на основі позистора RK1 і конденсатора СЮ. Для розрахунку елементів схеми при виборі інших умов експлуатації джерела освітлення необхідно використовувати спеціальне програмне забезпечення.

Мікросхема IR2156 може бути використана для керування роботою як люмінесцентної, так галогенною лампи розжарювання підвищеної яскравості [27.4]. На рис. 27.15 приведена типова схема включення цієї мікросхеми для роботи на люмінесцентну лампу. Як і раніше в пускорегулювальної схемі передбачені заходи щодо захисту від проникнення в мережу перешкод, що виникають при роботі перетворювача мікросхеми та роботи самої лампи. З метою забезпечення умов для безпечної експлуатації джерела; вета передбачена фазированная подача напруги живлення мережі.

Рис. 27.15. Схема включення мікросхеми електронного баласту IR2156

Примітка.

Газорозрядні люмінесцентні джерела світла можна включати і не відповідно до загальноприйнятих схемами. Для того, щоб така лампа запалилася, достатньо подати на її електроди через струмообмежувальним елемент напруга підвищеної частоти (і напруги). При подібному включенні будуть світитися навіть люмінесцентні лампи з перегоріли нитками розжарювання. Правда, характер газового розряду і його спектральні характеристики зміняться, що візуально буде малопомітно, т. к. в лампах для імітації білого світла використовують світіння люмінофора.

Мерехтіння лампи, відчутне при її традиційному мережевому живленні, при використанні пускорегулювальної схеми, рис. 27.15, буде непоміченою, оскільки частота, на якій працює перетворювач напруги мікросхеми, набагато вище частоти мережевої напруги.

Для виключення перегріву лампи струм через неї повинен бути обмежений високим внутрішнім опором джерела напруги живлення.

Простий перетворювач напруги для живлення малопотужних люмінесцентних ламп Може бути зібраний на основі мікросхеми DA1 КР1006ВІ1, транзистора VT1 BUZ22 і підвищувального трансформатора, рис. 27.16 [27.7]. Пристрій не потребує налагодженні і споживає струм близько 100-120 мА. Перемикач S1 дозволяє змінювати яскравість світіння люмінесцентної лампи (з підбором ємності конденсатора СЗ).

Перетворювач нескладно (заміною трансформатора) переробити на роботу від джерела живлення напругою 6 або 12 В (від акумулятора)

і використовувати його для живлення інших пристроїв.

Рис. 27.16. Схема перетворювача напруги для живлення люмінесцентної лампи

Рис. 27.7 7. Схема перетворювача для живлення електролюмінесцентних ламп

Електролюмінесцентні джерела оптичного випромінювання, безпосередньо перетворюють електричну енергію в світлову, відомі не одне десятиліття, проте вони і зараз залишаються екзотикою. Такі джерела випромінювання найчастіше являють собою конденсатори, одна з обкладок яких виконана у вигляді напівпрозорої токопроводящей плівки оксиду олова або індію. Між обкладинками конденсатора укладений електролюмінофори – Зазвичай сульфід цинку з активирующими добавками, рівномірно розподілений в сполучному матеріалі. Еквівалентна ємність конденсатора при товщині діелектрика 0,3 мм досягає значень 400-600 пФ / см2.

Для живлення електролюмінесцент- них світильників використовують змінний або пульсуючий струм напругою 60-200 В. Максимальна яскравість світіння спостерігається при частоті живлячої напруги кілька сотень герц.

На рис. 27.17 приведена схема включення двох мініатюрних електро- люмінесцентних джерел світла з використанням спеціалізованої мікросхеми HV832MG (Supertex Semiconductors, USA) [27.1, 27.8]. При ємності конденсатора Cl 0,1-1,0 мкФ на виході мікросхеми генерується напруга порядку 130 В частотою 300-450 Гц. При площі ламп 9 см2 пристрій споживає струм до 30 мА.

Шустов М. А., Схемотехніка. 500 пристроїв на аналогових мікросхемах. – СПб .: Наука і Техніка, 2013. -352 с.