蛍光灯用の電子ドライバー:DCからACへの変換はどのように行われますか?


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蛍光灯用のほとんどすべての(やや不正確な名前の)電子安定器はDC電圧で動作し、ランプを動作させるためにACに変換する必要があります。

DC電源は、整流されたAC主電源(標準のコンパクトな蛍光灯に見られる)または低電圧バスまたはバッテリー(キャンプ車、ラップトップ画面のバックライト、または非常灯に見られる)から供給されます。

DCからACへの変換を実現する回路はどのように構築されていますか?

回答:


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Elektorが発行した本「Practical Eco-Electrical Home Power Electronics」には、CFLインバーターに関する章があり、リバースエンジニアリングされたインバーターの回路図と、それらがどのように機能するかの技術的な説明があります。Elektorが発行したPractical Eco-Electrical Home Power Electronicsを参照してください。

蛍光灯は、点灯時と消灯時に異なる回路モデルを持ち、インバーターがその設計に対応しなければならない2つの異なる共振モードに対応しています。複数のCFLを分解した後、バッテリー駆動照明の前の回答で示されたように、また、ライン操作CFLのハーフブリッジ(電圧ダブラーが先行する場合があります)として設計が標準化されていることがわかりました。

これらのインバーターはすべて共振型であり、電球が点灯していない場合、そのキャパシタンスに応じて共振周波数を設定します。一度点灯すると、電球の抵抗値は低くなり、電球と直列のコンデンサが直列共振周波数を決定します。


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使用される回路の大部分は共振コンバーターです(別名Royerコンバーター;参照:Bright、PittmanおよびRoyer、「飽和コア回路のオンオフスイッチとしてのトランジスタ」、Electric Manufacturing、1954年12月)。トランスを通るパルス電流は、同じトランスの補助巻線を介して駆動トランジスタのベース接続に逆流されます。

これらの共振コンバーターで使用される特別なトランスに関する質問へのこの回答は、さらに読むための良いソースへのリンクをたくさん提供します。コンパクト蛍光灯(CFL)は、これらの回路の非常にシンプルでエレガントなタイプを使用します。コアの飽和特性がランプへの電力出力を決定しますが、コンピューターモニターまたはラップトップのほとんどのLCDバックライト回路は、ジムウィリアムズ(1948-2011)によって設計され、米国特許番号5,408,162および6,127,785として文書化されている事前規制、およびリニアテクノロジーアプリケーションノートAN49AN55およびAN65。この概念は、圧電トランスの使用にさらに発展しました。AN81

固定周波数で動作する発振器と、ランプの要件に合わせて電圧を上げるトランスを使用する回路もあります。多くの場合、555(タイマーIC)は基本的な低周波発振器として使用され、トランスの1次側をスイッチングするトランジスターにパルス列を提供し、2次側からAC出力を提供します。この種の回路の例はここで気に入っています

注:現在閉鎖されている修理の質問に対するMadmangurumanの 回答からこの情報を借用しました。彼の名声/評判を盗もうとするためではなく、情報が貴重であり、非閉鎖の質問に保存されるべきだと信じているためです。

さらに、共振発振器と固定周波数発振器の概念の中間にある回路が存在します。市販の非常ランプのボードを見ると、... 非常灯のボードの写真

...この回路図を抽出しようとしました。完全ではなく、発振器IC(555タイマー)とトランスの間のコンポーネントのみを対象としています。 蛍光灯用インバーターの抜粋図

相補トランジスタペア(npnおよびpnp)が使用された場合、または1つの矩形駆動電圧が1つのnpnパワートランジスタに行き、別の小さなトランジスタによって反転されて2番目のnpnパワートランジスタに至る場合、出力段はよりシンプルに見えますが、設計者は、1種類のトランジスタのみを使用するか、追加の位相反転トランジスタを使用しないことに決めたようです。回路の機能は次のとおりです。

ICのオープンコレクタ出力は、2k4抵抗を介してトランジスタQ6を駆動します。Q6のコレクターの電圧は非常に長方形になるように設計されていると思います。つまり、高から低への移行と高への移行は遅くないはずです。IC内のトランジスタはまだオフですが、Q6はベースが高くプルされているためオフです。ICのトランジスタがオンになると、Q6もオンになり、ベース電流をQ8に供給します。これにより、2つのことが起こります:電流がトランスの1次巻線に流れ(S1がF1に対して低くなる)、S1がF1より低いので、S3はF3より低いため、Q7はオフ状態に保たれます。したがって、Q8のベースが高くなると同時に、Q7のベースが低くなります。

このすべての後、ICの出力が再びハイになると、Q6がオフになり、Q8を流れるコレクタ電流もオフになります。ただし、トランスに蓄積されたエネルギーはどこかに行きたいので、これによりすべての(!)巻線の極性が逆になります:S1はF1に関してハイになり、S3はF3に関してハイになり、Q7がオンになるためベースはS3-F3によってHighに駆動され、F2はS2を下回ります。もちろん、出力巻線(S4-F4)も電圧を反転させ、それによりランプのAC出力を作成します。

この状態は、一次巻線の下の変圧器とインダクタ、およびコンデンサに蓄積されたエネルギーによって維持されるようです。

タイマーICがAC出力信号の次のサイクルを開始すると、そこから再びプロセスが開始されます。ICの出力の周波数は、トランスとその周辺のコンポーネントが行うように設計されているものと一致するように設計する必要があるようです。

回路は、パワートランジスタQ7とQ8がオンまたはオフになっていることを示すタイマーICだけが存在する純粋なパルス幅駆動モードと、純粋な共振モードの間のどこかで動作しているように見えます。トランスとその周囲のコンデンサには、Q7とQ8を駆動する権限があります。これは、Q8のベースを駆動するさらに別の巻線が必要になるためです。私の理解では、555が各サイクルを開始し、共振コンポーネント(L、C、トランス)は、ICがとにかく速くない場合にサイクルがいつ停止するかを決定します。LT Spiceを使用すると、この回路は500 Hz〜3 kHzの周波数で動作する可能性があることがわかりました。

注:従来のQ&Aサイトの意味では奇妙ですが、SEは、Wikiの意味でサイトに有用な情報を取得するために、独自の質問作成して回答することをお勧めします。


リンクの少なくとも1つが壊れています、cds.linear.com / docs / en / application
Peter Mortensen
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