Главным инструментом разработки служит программа IR Ballast Designer, которую можно бесплатно получить с сайта фирмы "International Rectifier". В настоящее время действующей является третья версия программы. Ее можно также найти на прилагаемом ко второму изданию "Силовой электроники" компакт-диске. После этого программа устанавливается обычным образом, однако после установки необходимо войти в панель управления Windows, выбрать значок "язык и региональные стандарты", в пункте "региональные параметры" настроить разделитель целой и дробной части, подставив символ ".", также настроить разделитель групп разрядов, подставив символ ",". Если этого не сделать третья версия программы при запуске будет выдавать сообщение с красным крестом, а вторая - будет выполнять недопустимую операцию при выборе типа лампы.

рисунок 1 Окно IR Ballast Designer

Итак, программа IR Ballast Designer установлена. После запуска должно появиться окно, показанное на рисунке 1. Здесь показан так называемый режим "Simple", который наиболее подходит для начинающих пользователей. В этом режиме проектирование балласта состоит из пяти шагов, в результате которых формируется электрическая схема, перечень элементов и намоточные данные индуктивных изделий. В расширенном режиме "Advanced" можно вмешаться в процесс проектирования изменением любого параметра. К примеру, этот режим очень удобно использовать, когда предлагаемый программой магнитопровод индуктивного элемента трудно приобрести, но зато есть близкий по типоразмеру. Тогда достаточно ввести его параметры и будет автоматически пересчитан весь балласт.

Мы рассмотрим режим "Simple". Выбираем тип входной цепи (Line Input) - 185…265 В. Выбираем тип люминесцентной лампы - TC-EL 11W. Выбираем микросхему - IR21571. Выбираем способ подключения лампы - Single lamp/voltage mode heading. Последний шаг - расчет элементов балласта (design ballast). Если никаких ошибок в процессе расчета не обнаружено и исходные данные верны, формируются три дополнительных окна (circuit diagram, bill of materials, LRES voltage mode inductor), которые содержат схему, перечень элементов и намоточные данные резонансного дросселя. Если в качестве базовой была выбрана схема с входным корректором коэффициента мощности, то будет сформировано четвертое дополнительное окно (LPFC inductor), из которого можно узнать намоточные данные дросселя корректора (обычно он имеет двухобмоточную конструкцию). Но в данном случае корректор отсутствует.

рисунок 2 Схема электронного балласта на микросхеме IR21571

Схема электронного балласта, получившаяся в результате расчета, приведена на рисунке 2. Предохранитель F1 защищает питающую сеть от короткого замыкания в силовой части схемы, например, от КЗ в результате сквозного прогорания транзисторов VT1 и VT2. Дроссель L1, варистор RV1 и конденсатор С1 - элементы входного фильтра радиопомех. Далее сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом BR1 и сглаживается электролитическим конденсатором С2. Микросхема DA1 осуществляет управление транзисторным полумостом (VT1, VT2), контролирует наличие лампы в патроне (вход SD), перегрузку по току, работу ниже резонанса и "тяжелое" переключение транзисторного полумоста (вход CS), аварийную "просадку" напряжения питания (вход VDC). Питание микросхемы в режиме старта осуществляется через резистор R8, в нормальном режиме работы ее подпитывает напряжение со снаббера C14, VD3. Резонансный контур, осуществляющий поджиг лампы EL1 и поддержание ее горения, - элементы L2.1, С15, С16. Конденсатор С17 - разделительный, а резонансные цепи L2.2, C18 и L2.3, C19 используются в режиме разогрева электродов лампы (так называемый voltage-mode режим подогрева). Конденсаторы С10 и С11 - фильтрующие питание, конденсатор С9 и диод VD1 - бутстрепные. Резисторы R10 и R11 входят в состав RC-фильтров питания микросхемы. Конденсаторы С12 и С13 фильтруют помехи по входным сигналам микросхемы. Обращаю внимание читателей на некоторое незначительное отличие приводимой схемы от рассчитанной программой. Так, например, вместо дополнительного дросселя введен NTC-термистор RV2, резонансный конденсатор составлен из двух последовательно включенных C16 и С16, увеличена емкость конденсатора С12 с 220 до 820 пФ, увеличены емкости конденсаторов С1 и С17 с 0,1 до 0,15 мкФ. Данные усовершенствования в основном продиктованы имеющимися у автора в наличии элементами, за исключением С12, который пришлось увеличить для повышения помехоустойчивости (с расчетным номиналом срабатывала защита полумоста и лампа не зажигалась). Отсутствует также резистор Rrun между выводами 4 и 5 микросхемы. Место для установки резистора на печатной плате предусмотрено, но в данном случае он не ужнен, поэтому при расчете не включается в перечень элементов.

Таблица 1
Обозн.	Тип	Номинал	Прим.
BR1	RS207	2A, 1000 В	-
С1	К73-17	0,15 мкФ, 400 В	10%
С2	К50-35	10 мкФ, 400 В	-
С3	К10-17б	0,33 мкФ	-
С4	К10-17б	0,22 мкФ	-
С5	К10-17б	1,5 мкФ	-
С6	К10-17б	0,01 мкФ	-
С7	К10-17б	470 пФ	5%
С8…С10	К10-17б	0,1 мкФ	-
С11	К50-35	4,7 мкФ, 25 В	-
С12	К10-17б	820 пФ	-
С13	К10-17б	0,1 мкФ	-
С14	К78-2	1500 пФ, 1600 В	10%
С15, С16	К78-2	6800 пФ, 1000 В	10%
С17	К73-17	0,15 мкФ, 400 В	10%
С18, С19	К73-9	0,22 мкФ, 100 В	10%
DA1	IR21571	-	IR
EL1	MASTER PL-S	11W/840/4P 900lm	Philips
F1	ВП1-2	2А, 250 В	-
L1	Дроссель фильтра	-	См. текст
L2	Дроссель резонансный	3,7 мГн, 0,6 А	См. текст
R1	С2-33Н-0,25 Вт	1 МОм	5%
R2	С2-33Н-0,125 Вт	56 кОм	5%
R3	С2-33Н-0,125 Вт	36 кОм	5%
R4, R5	С2-33Н-0,125 Вт	27 кОм	5%
R6	С2-33Н-0,125 Вт	3 кОм	5%
R7	С2-33Н-0,125 Вт	30 кОм	5%
R8	С2-33Н-0,25 Вт	270 кОм	5%
R9	С2-33Н-0,125 Вт	22 Ом	5%
R10, R11	С2-33Н-0,25 Вт	10 Ом	5%
R12	С2-33Н-0,125 Вт	22 Ом	5%
R13	С2-33Н-0,125 Вт	1 кОм	5%
R14	C1-4-0,5 Вт	2,4 Ом	5%
R15	С2-33Н-0,125 Вт	1 МОм	5%
R16	С2-33Н-0,125 Вт	100 кОм	5%
RV1	TVR07471 (S07K300)	470 В, 30 Дж	-
RV2	SCK053	NTC, 5 Ом, 3 А	-
VD1	HER106	1А, 600 В	-
VD2	1N4148	150 мА, 100 В	-
VD3	BZX55C18	18 В, 0,5 Вт	-
VT1, VT2	IRF720	3,3 В, 400 В	IR

В таблице 1 приведены типы и номиналы элементов, использованных в конструкции электронного балласта. Естественно, можно использовать другие типы, имеющиеся в наличии. Отдельно необходимо сказать об элементах L1 и L2, так как их придется изготовить самостоятельно.

Дроссель фильтра радиопомех L1 по расчету должен иметь две обмотки с индуктивностью 2х10 мГн и позволять протекание тока до 0,1 А. Такой дроссель можно намотать на кольце из феррита 2000НМ типоразмера К16х10х4,5. Обмотки L1.1 и L1.2 должны содержать по 100 витков провода ПЭТВ-2 диаметром 0,15 мм. Мотаются обмотки в два провода, затем осуществляется их разделение. В авторском варианте намотано по 50 витков (просто не хватило терпения мотать больше), что, конечно, несколько снизило помехозащищенность балласта. Перед намоткой кольцо было обмотано полоской лакоткани, после намотки также обмотано лакотканью, затем обмотки были прозвонены на предмет отсутствия короткого замыкания между ними. Дроссель устанавливается на плату при помощи клея (в авторском варианте от был приклеен Poxipol-ом, как показано на рисунке 3).

рисунок 3 Установка дросселя L1

К изготовлению дросселя L2 необходимо отнестись более внимательно, так как от его качества в значительной степени будет зависеть работоспособность и надежность электронного балласта. По расчетным данным дроссель должен быть намотан на магнитопроводе типа E16/8/5 из материала 3С85 (Philips) или N27 (Siemens). Количество витков L2.1 - 404, L2.2 и L2.3 - по 5. Немагнитный зазор - 1,1 мм, провод диаметром 0,2 мм. Намотка ведется следующим образом: каркас оборачивается полоской лакоткани, наматывается обмотка L2.1, поверх прокладывается лакоткань, мотаются обмотки L2.2 и L2.3, затем оборачивается еще одним слоем лакоткани. Фазировка обмоток здесь не важна.

рисунок 4 Установка дросселя L2

У автора не нашлось возможности приобрести указанный магнитопровод, поэтому пришлось пересчитать дроссель на магнитопровод EFD20 из феррита N87 (Epcos). Каркас был изготовлен самостоятельно на основе каркаса EFD25 (использованы контактные площадки). Количество витков L2.1 - 316, остальные обмотки сохранены. Зазор составляет 1,5 мм. Провод ПЭТВ-2 диаметром 0,15 мм. Прокладки для зазора изготовлены из пластмассы от коробки плавленого сыра "Виола". Узкая полоска из пластмассы складывается пополам и прокладывается между боковыми кернами магнитопровода. Склейка выполняется Poxipol-ом. Дополнительно по контуру магнитопровода осуществлена обмотка узкой полоской изоляционной ленты (рисунок 4). Устанавливается дроссель на плату с помощью выводов, которым он впаивается в печать.

Печатная плата балласта приведена на рисунке 5. Она имеет размеры 130х38 мм и изготовлена из фольгированного одностороннего стеклотекстолита. При прорисовке токоведущих дорожек лучше сохранить указанную на рисунке их ширину.

рисунок 5 Печатная плата балласта

Собрать балласт поможет рисунок 6. Не обозначенные на принципиальной схеме входная клемма и клемма подключения лампы имеют соответственно 2 и 4 контакта "под винт". Их тип - хорошо известный MKDS с шагом 5 мм. Большинство резисторов установлены "стоя", крупногабаритные элементы можно приклеить к плате. Особое внимание нужно уделить установке транзисторов VT1 и VT2, так как эти элементы, за исключением лампы EL1, выделяют наибольшее количество тепла. Транзисторы устанавливаются со стороны печатных проводников на прокладки из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, которые нужно заранее приклеить к плате. Температура транзисторов без радиаторов составляет 50…60 градусов, но работа его устойчива.

рисунок 6 Сборочный чертеж

Работа балласта также проверена с лампой OSRAM DULUX S/E 2G7 9W/21-840 мощностью 9 Вт. С менее мощными лампами его работа не проверялась, а для более мощных лучше спроектировать новый электронный балласт. Добавим: конфигурации балластов могут быть самыми разнообразными, включая работу одного балласта на две лампы, что целесообразно использовать в потолочных светильниках.

рисунок 7а Плата со стороны установки компонентов

рисунок 7б Плата со стороны токоведущих проводников

На рисунке 7 показана плата электронного балласта в сборе (а - со стороны установки элементов, б - со стороны печатного монтажа), а на рисунке 8 - балласт в работе. Его основные характеристики таковы: время подогрева - 1 с, максимальное напряжение зажигания - 550 В, напряжение на лампе в рабочем состоянии - 106 В, частота подогрева - 60 кГц, частота зажигания - 53 кГц, частота работы - 36 кГц, время зажигания - 50 мс.

рисунок 8 Балласт в работе

Где можно использовать этот балласт? К примеру, изготовить надежную настольную лампу типа лампы "Дельта", выпускаемой новгородским заводом "Трансвит". Подобрать подходящую арматуру можно на "блошином" рынке, плафон легко изготавливается из пластмассовой водопроводной трубы. Конечно, вид такой лампы будет хуже, чем вид покупной лампы, но работать она должна надежнее, прослужит дольше и окажется немного дешевле в изготовлении.

В заключение отметим, что все необходимые материалы (схема, плата, сборка) для изготовления электронного балласта можно "скачать" отсюда.