Специализированная микросхема КР1211ЕУ1


Микросхема КР1211ЕУ1 разработана как специализированный контроллер электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) для компактных люминесцентных ламп с питанием от бортовой сети постоянного тока 3-24 В. Данная микросхема изготавливается по КМОП технологии.

 

Цоколевка корпусов и назначение выводов представлены на рис. 1.


Электронный балласт на микросхеме КР1211ЕУ1
Рис. 1. Цоколевка и назначение выводов микросхемы КР (КФ)1211ЕУ1А

 

Электрические характеристики:

  • напряжение питания VCC - 3.. .9 В;
  • входное напряжение высокого уровня VIN (Н) по входам IN, FV, FC, не менее - 0,7VCC;
  • входное напряжение низкого уровня Vm (L) по входам IN, FV, FC, не более - 0,2VCC;
  • средний выходной ток для каждого выхода IOUT (av) - 150 мА;
  • частота задающего генератора fT, не более - 5 МГц;
  • входной ток высокого уровня IIN (Н) по входам IN, FV, FC, не более - 1 мкА;
  • входной ток низкого уровня IIN (L) по входам IN, FV, FC, не более - 1 мкА;
  • ток потребления при fт = 0, не более - 10 мкА.

Описание работы

Структурная схема микросхемы 1211ЕУ1/А приведена на рис. 2.

 

Структурная схема микросхемы КР (КФ)1211ЕУ1Л
Рис. 2. Структурная схема микросхемы КР (КФ)1211ЕУ1Л

 

Основная особенность микросхемы КР(КФ)1211ЕУ1 - наличие двух достаточно мощных каналов управления ключами, работающих в противофазе с обязательной паузой между выходными импульсами. Импульс во втором канале появляется через некоторое время после окончания импульса в первом, и наоборот; в западной терминологии эта пауза носит название Dead time - время простоя. Благодаря этому микросхема хорошо подходит для построения несложных, легко повторяемых импульсных преобразователей напряжения.

 

Микросхема состоит из:

  • задающего генератора;
  • делителя частоты;
  • формирователя импульсов;
  • выходных усилителей.

Управление микросхемой производится через выводы IN, FC, FV. С выводами управления микросхемой связаны встроенные пороговые устройства. Вывод IN переключает делитель частоты и сбрасывает RS-триггер блокировки формирователя импульсов и выходных усилителей. При подаче на вывод IN напряжения низкого уровня выбирается коэффициент деления К1 и сбрасывается RS-триггер, при подаче высокого уровня выбирается коэффициент деления К2.
Выводы FC и FV служат для построения схем защиты. Подача на вывод FV напряжения высокого уровня вызывает выключение выходных усилителей (на выводах OUT1 и OUT2 устанавливается напряжение, равное нулю) на время, пока напряжение высокого уровня удерживается на этом выводе. Подача на вывод FC напряжения высокого уровня вызывает установку RS-триггера и выключение выходных усилителей (на выводах OUT1 и OUT2 устанавливается напряжение, равное нулю) до тех пор, пока по входу IN не будет сброшен RS-триггер.
Рабочая частота задающего генератора микросхемы зависит от параметров элементов цепи R2, С1, подключаемых к выводу Т.
Ток, протекающий через резистор R2, заряжает конденсатор С1. Когда напряжение на нем повышается до уровня, равного примерно 2/3 от напряжения питания, открывается шунтирующий его внутренний ключ микросхемы, в результате чего конденсатор быстро разряжается. Далее цикл повторяется. Частоту колебаний f на входе Т микросхемы можно оценить по формуле

Для устойчивой работы устройства емкость конденсатора С1 должна быть не более 3000 пФ, а сопротивление резистора R2 - не менее 500 Ом.
Импульсы пилообразной формы на входе Т (рис. 3) служат основой для формирования выходных импульсов на выходах OUT1 и OUT2. На них поочередно появляются прямоугольные импульсы, длительность которых зависит от уровня напряжения на входе IN.

 

Электронный балласт на микросхеме КР1211ЕУ1
Рис. 3 Временные соотношения между входными и выходными сигналами

 

При низком логическом уровне она равна шести, а при высоком - восьми периодам колебаний задающего генератора. По окончании импульса формируется пауза длительностью, равной одному периоду колебаний задающего генератора, в течение которой напряжение на обоих выходах имеет низкий уровень. Затем появляется импульс в другом канале и т. д. Иными словами, частота следования импульсов на выходах микросхемы fвых связана с частотой f следующими соотношениями: при низком уровне на входе IN

 

 

при высоком уровне на входе IN

 

 

Здесь суммы чисел в знаменателях - периоды колебаний на выходах OUT1 и OUT2, выраженные через период колебаний на входе Т.
Ток, потребляемый микросхемой, увеличивается с повышением частоты генератора, как показано на рис. 6.
Выход генератора подключен к управляемому делителю частоты, с выхода которого симметричные противофазные импульсы поступают на вход формирователя; формирователь обеспечивает паузу между ними длительностью в один период тактовой частоты, как показано на рис. 6. Типовая схема применения микросхемы 1211ЕУ1/А в ЭПРА для люминесцентной лампы мощностью 9-15 Вт приведена на рис. 7.
Схема инвертора состоит из микросхемы 1211ЕУ1/А с времязадающими цепями и двухтактного трансформаторного каскада, нагрузкой которого является колебательный контур L2, С8 с люминесцентной лампой.

 

Электронный балласт на микросхеме КР1211ЕУ1
Рис. 4. Зависимость периода следования импульсов на выходе микросхемы 1211ЕУ1 от напряжения питания; коэффициент деления равен 14


После включения схема производит разогрев катодов лампы напряжением с частотой на 30 % выше резонансной, а затем подает на нее высокое напряжение с частотой, равной резонансной, под действием которого лампа начинает светиться в штатном режиме.


Электронный балласт на микросхеме КР1211ЕУ1

Рис. 6. Временные диаграммы работы инвертора

 

Частота импульсов, вырабатываемых генератором, подбирается такой, чтобы при высоком уровне напряжения на входе IN (при коэффициенте деления, равном К2) частота повторения импульсов на выходе микросхемы была равна резонансной частоте колебательного контура.

Электронный балласт на микросхеме КР1211ЕУ1
Рис. 5. Зависимость тока потребления от частоты генератора и температуры


Электронный балласт на микросхеме КР1211ЕУ1
Рис. 7. Типовая схема включения микросхемы 1211ЕУ1/А в ЭПРА для люминесцентной лампы мощностью 9-15 Вт (нажмите для увеличения)


При подаче напряжения питания ток, протекающий через резистор R2, начинает заряжать конденсатор С2, подключаемый к выводу IN. Постоянная времени RC-цепочки R2, С2 определяет время разогрева катодов лампы.
При этом за время достижения порогового значения напряжения на входе IN производится разогрев катодов лампы частотой выше резонансной (коэффициент деления К1), а после достижения порогового значения - зажигание и свечение лампы (коэффициент деления К2). Для данной схемы резонансная частота колебательного контура равна 45 кГц, время заряда конденсатора С2 - 2 с.
Элементы L1, С5 и С6 обеспечивают изменение напряжения на стоках транзисторов по синусоидальному закону. Транзисторы переключаются при нулевом напряжении на стоке, вследствие чего разогрев транзисторов уменьшается за счет снижения коммутационных потерь.
Кроме полевых транзисторов, указанных на схеме, можно использовать КП742, КП723, IRLR2905, STD20NE06L, SPP80N04S2L, SPP80N06S2L.
В качестве повышающего трансформатора Т1 для ламп мощностью до 15 Вт используют броневые сердечники чашечного типа Б22 (где 22 - внешний диаметр чашки в миллиметрах) без зазора, марка феррита 2000НМ. Обмотка II содержит 150-170 витков ПЭЛ диаметром 0,3 мм, обмотка I - 2x18 витков ПЭЛ диаметром 0,6 мм.
Для ЛЛ мощностью 18-36 Вт следует брать более мощный сердечник, Ш-образный или броневой со среднем керном сечением 0,6-1 см2. Основные геометрические параметры некоторых магнитопроводов представлены в табл. 1.

Таблица 1. Основные геометрические параметры некоторых магнитопроводов

 

Электронный балласт на микросхеме КР1211ЕУ1
Электронный балласт на микросхеме КР1211ЕУ1
Примечания к табл. 1 : К - кольцевые магнитолроводы; Ш - Ш-образные; Б - броневые. SM, см2 - эффективное значение площади сечения магнитопровода; SO, см2 - площадь окна магнитопровода; VM = IMxSM, см3 - эффективный объем магнитопровода.
Число витков первичной обмотки определяют из расчета 1-1,4 витка на 1 В напряжения питания, диаметр провода - исходя из плотности тока 3-4 А/мм2. Например, при среднем токе первичной обмотки 2 А следует использовать провод диаметром 0,8-1 мм. Аналогично рассчитывают число витков вторичной обмотки, амплитуда импульсов при этом должна быть не менее 150 В.
Токоограничительный дроссель L2 аналогичен дросселям, используемым в электронных балластах на IR2153, которые были рассмотрены выше.