Mạch layout. D3 22V D6 R20 1.8k C13 CAP NP R13 5.1k R19 R9 33k D2 IRF3205S 2 1 3 R8 620k D9 BYT11600 J1 CON2 1 2 T1 1 4 2 3 D10 DIODE Q1 2N22223 2 1 R23 412k R11 RESISTOR R22 412k C9 1u,16v C3 220n 100v R7 10k,0.5W C4 CAP NP C12 330n U4 AD640 1 5 6 7 8 9 10 11 12 14 18 19 20 2 3 4 16 17 15 13 -V IN AT N IN BL1 -V C C ITC BL2 -V OU T + VO U T + VC C LOGOUT AG N D AT N OU T +VIN ATNLO ATNCOM ATNCOM R G0 R G1 R G2 LOGCOM R24 910k R2 806k R25 910k R26 220k R1 806k R12 RESISTOR C10 270p,630v C8 1u,16v R6 1.1M C5 100u,25v R18 24k R5 1.1M R31 0.07 1 2 R30 10k - + D1 1 2 3 4 R4 620k R17 2.7k C1 220n 400V R3 56 D8 2 1 3 C7 1n + C11 D5 4148 C6 1n C2 220n100v R16 27k R15 27k R10 360k D4 4148 F1 R29 R2 1 2 R14 560 R28 11k R27 21k
PHẦN II: BALLAST ĐIỆN TỬ.
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ ĐÈN HID, BALLAST ĐIỆN TỬ. 1.1. Tìm hiểu về đèn HID.
1.1.1. HID lamp là gì?
- HID lamp là từ viết tắt của High Intensity Discharge lamp, tức là đèn phóng điện với cường độ cao. Đây là loại đèn đang đươc thịnh hành và như là một trong những nguồn chiếu sáng tốt.
- Nguyên lý hoạt động: Loại đèn này hoạt động dựa vào nguyên lý phóng điện trong không khí.
Bình thường thì không khí là 1 chất cách điện tốt. Tuy nhiên dưới các điều kiện đặc biệt như cường độ điện trường mạnh, nhiệt độ cao, dưới tác dụng của các tia phóng xạ… thì có thể ion hóa các phân tử khí và tạo ra các điện tử và ion tự do. Một phần các điện tử và ion này sẽ dẫn điện.
- Các loại đèn HID: Trên thị trường hiện hay có rất nhiều loại đèn HID như là: đèn thủy ngân áp suất cao, đèn hơi natri, đèn halogen kim loại (metal halide lamps) và 1 số loại đèn dùng khí hiếm như là đèn Xenon và đèn Krypton…
- Ưu điểm: Đèn HID có nhiều ưu điểm hơn các loại đèn khác như đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang :
+ Tuổi thọ đèn cao hơn. + Hiệu suất cao hơn. + Độ chói tốt hơn.
+ Tiêu thụ ít năng lượng hơn… - Phạm vi sử dụng:
+ Chiếu sáng trong các nhà máy, sân bay, sân vận động, đèn pha ô tô, đèn đường….
+ Cho các ứng dụng cụ thể.
+ Do quang phổ của đènrộng nên nó được ứng dụng trong nhà ngày càng cao, trong các cơ sở thể thao và phổ biến trong các nơi nuôi san hô(cần nguồn sáng có cường độ cao cho san hô).
+ Các màn hình LCD và DPL công suất cao, chiếu phim đều sử dụng bóng đèn metal halide.
1.1.2. Cấu tạo và hoạt động
1.1.2.1. Cấu tạo:
- Giống như đèn hơi thủy ngân, đèn metal halide tạo ra ánh sáng bằng hồ quang điện trong hỗn hợp khí bên trong đèn.
- Trong bóng đèn metal halide, ống hồ quang compact có chứa một hỗn hợp cao áp của argon, thủy ngân, và một loạt các halogenua kim loại. Các hỗn hợp của halogen sẽ ảnh hưởng tới bản chất của ánh sáng và nhiệt độ màu, cường độ chiếu sáng…
- Đèn metal halide bao gồm một ống hồ quang với các điện cực và một bầu đèn bao bên ngoài, các bản cực.
- Bên trong ống hồ quang là thạch anh nóng chảy kết hợp với 2 điện cực vonfram được pha trộn với Thori.
- Ngoài ra còn có hơi thủy ngân, đèn metal halide đôi khi còn có chứa iot brom. Tùy theo mục đích sử dụng mà người ta có thể đưa thêm vào trong bóng những các kim loại khác nhau. Ví dụ như:
+ Ở các nước châu Âu họ cho thêm Scandi, natri, Tali hoặc là Indi vào bóng đèn cho phù hợp với điều kiện ở đó.
+ Để tăng nhiệt độ màu người ta cho thêm chất dysprosium
+ Tăng cường độ chiếu sáng trong các bộ phim thì bóng đèn metal halide được thêm holium và Thulium.
+ Gali hoặc chì được sử dụng trong mục đích in ấn.
Các khí trong bóng đèn dễ bị oxi hóa tạo điều kiện cho việc mồi khi có điện áp đặt lên 2 cực của bóng đèn. Khi hồ quang xuất hiện sẽ sinh ra nhiệt, nhiệt này làm bốc hơi thủy ngân và các hợp chất halogenua kim loại sẽ phát ra ánh sáng khi mà nhiệt độ và áp suất đủ lớn.
Điều kiện hoạt động bình thường ở bên trong ống hồ quang là áp suất 5- 50atm hoặc nhiều hơn (500 – 5000KPa) và nhiệt độ khoảng 1000-30000C.
Giống như các loại đèn khí khác, đèn metal halide cần các thiết bị phụ trợ khác để cung cấp thích hợp nhất và điều tiết được điện áp và dòng điện trong bóng.
Ngoài ra quá trình hoạt động của đèn HID còn được mô tả qua các giai đoạn như trong đồ thị dưới đây.
Hình 1.1. Các giai đoạn hoạt động của đèn HID.
1.2. Tìm hiểu sơ lược về ballast. 1.2.1. Ballast là gì? 1.2.1. Ballast là gì?
Không giống như các đèn sợi đốt, các đèn phóng điện không thể mắc trực tiếp vào lưới điện. Trước khi dòng điện ổn định bằng một cách nào đó thì chúng
đã tăng và tăng mạnh làm đèn bị quá đốt nóng và phá hủy. Độ dài và đường kính của dây tóc trong đèn sợi đốt sẽ hạn chế dòng chạy qua nó và điều chỉnh ánh sáng phát ra. Thay vì dây tóc, đèn phóng điện dùng hiệu ứng hồ quang điện nên nó cần tới phần tử gọi là ballast hay chấn lưu để trợ giúp cho việc phát sáng.
Ballast có ba công dụng chính:
- Cung cấp điện áp khởi động một cách chính xác bởi vì đèn cần điện áp khởi động lớn hơn điện áp làm việc.
- Làm giảm điện áp nguồn về giá trị điện áp làm việc của đèn.
- Hạn chế dòng để tránh đèn bị hỏng bởi vì khi hồ quang xuất hiện thì tổng trở của đèn sẽ giảm.
Đầu tiên đèn có thể coi như một khối không khí giữa hai điện cực. Ballast cần phải cung cấp điện áp mồi ban đầu để tạo hồ quang giữa hai điện cực. Điện áp này được cấp bởi biến áp nằm trong ballast.Khi khí ở trong đèn đã bị ion hóa, điện trở của đèn sẽ giảm rất nhanh tránh cho việc điện cực của đèn không bị đốt nóng quá.Khi dòng điện chạy qua hồ quang sẽ làm cho khí trong đèn nóng lên và tạo áp suất trong ống phóng điện. Áp suất này làm tăng điện trở của dòng hồ quang dẫn tới việc tiếp tục đốt nóng khí và nâng cao áp suất. Ballast cần phải điều chỉnh áp và dòng để đèn làm việc được ở chế độ ổn định. Nếu thiếu việc điều khiển dòng của ballast, áp suất sẽ tăng cho tới khi áp đặt vào hai điện cực sẽ giảm, ion hóa sẽ tắt và đèn sẽ ngừng làm việc.
Nếu ballast không thích hợp chúng sẽ khiến đèn làm việc trong trạng thái không tối ưu. Kết quả là đèn không làm việc đúng công suất và sẽ không phát đúng ánh sáng, tuổi thọ của chúng sẽ giảm đi. Ballast cần phải cung cấp đúng hiệu điện thế của đèn (điện áp kích, điện áp làm việc…) để khởi động và duy trì hồ quang và cần phải điều khiển dòng để đèn làm việc đúng công suất.
Tuy nhiên một số ballast tự nó gây ra những ảnh hưởng bất lợi cho nguồn điện. Những vấn đề của nguồn lưới điện không phải lúc nào cũng là tự có mà thường bị chính các thiết bị (chẳng hạn như ballast điện từ và ballast điện tử) khi
nối vào nguồn điện gây ra.Những cuộn biến áp và tụ điện quá nóng, sự trục trặc của máy tính, các ngắt mạch nhảy thường xuyên, giao thoa của radio và điện thoại là những thứ gây ảnh hưởng lên chất lượng nguồn điện. Người ta có thể giảm những ảnh hưởng này khi chú ý tới những đặc trưng làm việc của các ballast.
Phân loại ballast:
Ballast hiện nay có hai loại phổ biến là: - Ballast điện từ.
- Ballast điện tử.
1.2.2. So sánh giữa hai loại ballast điện từ và ballast điện tử.
Trong bối cảnh đất nước ta còn nghèo, sản xuất điện còn thiếu không đủ đáp ứng nhu cầu tiêu dùng thì việc tiết kiệm điện là một nhiệm vụ cấp thiết và quan trọng. Tiết kiệm điện không chỉ ở tầm vĩ mô như các máy phát, nhà máy, lưới điện, khâu phân phối, truyền tải điện năng mà còn phải tiết kiệm cả trong sinh hoạt, trong đời sống. Ballast cũng là một sản phẩm giúp chúng ta có thể tiết kiệm điện trong lĩnh vực chiếu sáng.
Chiếu sáng có thể chiếm tới 40% năng lượng tiêu thụ tại các công sở và trung tâm thương mại khiến chúng trở thành mục tiêu đáng chú ý của những sáng kiến quản lý, tiết kiệm năng lượng. Mặc dù 90% năng lượng của đèn sợi đốt tiêu thụ chuyển hóa thành nhiệt nhưng chúng vẫn thịnh hành trong khắp các ngôi nhà của chúng ta, trong các trung tâm thương mại và công nghiệp. Hoạt động của chúng rất đơn giản và tự điều chỉnh được. Những nguồn sáng phóng điện, tiết kiệm năng lượng thấp áp và cao áp cùng với các chấn lưu điện từ hiệu suất cao và chấn lưu điện tử tần số cao là sự lựa chọn thông dụng hiện nay để trang bị thêm hoặc lắp đặt mới các hệ thống chiếu sáng tiêu tốn ít năng lượng.
Do đó việc sử dụng các nguồn sáng tốt như HID đã tiết kiệm được điện năng. Tuy nhiên ngày nay với sự phát triển không ngừng của ngành công nghệ điện tử mà ballast điện tử ngày càng được cải thiện và ổn định. Việc sử dụng ballast
điện tử ngày nay tuy còn hạn chế, nhưng so với ballast sắt từ thì ballast điện tử có các chức năng ưu việt hơn ballast sắt từ như sau:
- Về chức năng: Ngoài chức năng cơ bản như kích đèn và duy tri điện áp khi đèn chạy ổn định thì ballast điện tử còn có thêm các chức năng khác như là bảo vệ quá dòng, quá áp, chạy được nhiều chế độ khác nhau…. giúp cho việc tiết kiệm điện được triệt để hơn.
- Về kích thước: So với ballast sắt từ thì kích thước của ballast điện tử nhỏ hơn, gọn hơn, nhẹ hơn. Do đó nó đa dụng hơn, lắp đặt được nhiều vị trí hơn…
- Với các công nghệ điện tử và công nghệ IC ngày nay phát triển không ngừng ứng dụng vào ballast điện tử làm cho nó ngày một hoàn thiện hơn, độ bền được nâng lên.
- Rõ ràng với tính tiết kiệm điện và độ bền, tuổi thọ ngày một nâng cao của ballast điện tử làm cho nó ưu việt hơn hẳn ballast điện từ về tính kinh tế. Sau đây là một bảng thông số đưa ra so sánh giữa 2 loại ballast điện từ và ballast sắt từ.
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ IC IRS2573D.
IC IRS2573D là một IC cứng chuyên dụng dùng cho việc thiết kế ballast điện tử dành cho đèn HID. Nó có các chức năng như sau:
- Điều khiển mạch Buck, mạch Full-bridge để điều chỉnh đèn HID. - IC có thể điều khiển điện áp mạch Buck lớn nhất lên tới 600V. - Có chế độ điều khiển dòng tới hạn của đèn.
- Điều khiển tần số của mạch full-bridge. - Có khả năng reset các lỗi đầu vào.
- Có tích hợp bộ đếm thời gian kích và thời gian nghỉ (thường là 21s/64s). - Có chế độ báo lỗi điện áp thấp (thường là 197s) trong trường hợp ngắn
mạch hoặc đèn không warm-up được. - Chế độ báo lỗi quá điện áp.
2.1. Sơ đồ khối, sơ đồ chân IC IRS2573D. 2.1.1. Sơ đồ khối.. 2.1.1. Sơ đồ khối..
Sơ đồ khối phần Buck và Full-Bridge.
Hình 2.1 Sơ đồ khối phần buck và full-bridge.
2.1.2. Sơ đồ chân của IC IRS2573D:
Hình 2.2 Sơ đồ chân IC IRS2573D.
Chân 1: CS.
Là chân có chức năng đo dòng đầu vào của mạch buck và báo về cho IC biết. Nó được nối với một điện trở đo có giá trị 1kOhm. Khi có sự thay đổi về áp của đầu vào mạch Buck thì IC sẽ biết được và chuyển sang chế độ báo lỗi.
- Điện áp: -20V 625V.
Chân 2: Buck.
Điều khiển đầu ra của mạch Buck thông qua cực gate của mosfet mạch buck. Nó sẽ điều khiển mạch buck thông qua 2 giai đoạn chính đó là khi kích và khi đèn ổn định. Khi có trường hợp báo lỗi về thì IC sẽ ngắt điều khiển chân này và mạch Buck sẽ được ngắt.
- Điện áp: -20V 625V.
Chân 3: VSB
Có chức năng đo đầu ra sau mạch buck, để biết được điện áp ra từng giai đoạn của mạch buck. Từ đó báo về cho IC biết xem có lỗi hay không hoặc lấy thông tin về để IC điều chỉnh mạch Buck sao cho phù hợp.
- Điện áp: -20V 625V.
Chân 4: VBB
Là chân có tác dụng tham gia vào mạch boostrap để điều khiển cực gate của mạch buck.
- Điện áp: -0,3V 625V.
Là nơi cấp nguồn cho IC hoạt động.IC IRS2573D cần nguồn cấp từ 12- 14V cấp vào chân VCC này.
Chân 6: COM
Là chân đất của IC.
Chân 7: ZX
Là chân mà giúp cho IC phát hiện ra khi mà dòng điện mạch buck đi qua điểm 0.
Chân 8: TOFF
Chức năng của chân này là quyết định thời gian tắt của mạch buck.Khi cần điều chỉnh công suất thì chân này có nhiệm vụ quyết định thời gian tắt của mạch buck.
Chân 9: ICOMP
Được nối với tụ bù có chức năng quyết định thời gian dòng điện tới hạn khi mạch buck mở.
Chân 10: PCOMP
Được nối với tụ bù có chức năng quyết định thời gian trong trường hợp công suất cố định khi mạch buck mở.
Chân 11: IREF
Chân này được nối với một điện trở để tạo một dòng điện danh định.Dòng này sẽ là thông số để tính toán các giá trị cài đặt khác cho IC.
Chân 12: CT
Được nối với tụ điện dùng để tạo xung cho IC. Điện áp: -0,3V 14V.
Chân 13: TIGN.
Chân này có chức năng thiết lập thời gian kích cho đèn HID. Nó được nối với tụ CTIGN.Tùy thuộc vào giá trị của tụ ngoài này mà thiết lập được thời gian kích cho đèn.
- Điện áp: -0,3V 14V.
Chân 14: TCLK
Chân này có nhiệm vụ so sánh các lỗi. Khi phát hiện ra lỗi thì IC sẽ chuyển sang chế độ báo lỗi.
- Điện áp: -0,3V 14V.
Chân 15: RST
Reset các lỗi đầu vào. - Điện áp: -0,3V 14V.
Chân 16: VSENSE
Thông qua bộ phân áp sẽ có được điện áp phản hồi của đèn báo về cho IC biết.Từ điện áp phản hồi này về mà IC sẽ điều chỉnh để cấp điện áp cho đèn hợp lý.
- Điện áp: -0,3V 14V.
Chân 17: ISENSE
Tương tự như chân VSENSE nhưng chân này là phản hồi dòng điện báo về cho IC biết.
- Điện áp: -0,3V 14V.
Chân này là chân phát hiện ra trường hợp lỗi quá dòng.Ở đây nó thiết lập một ngưỡng nhất định, nếu vượt quá ngưỡng tại chân OC này thì IC sẽ báo lỗi quá dòng.
- Điện áp: -0,3V 14V.
Chân 19: OV
Tương tự như chân OC, nhưng tại chân OV này là ngưỡng quá điện áp.Khi áp phản hồi về vượt quá áp tại OV thì nó sẽ báo lỗi quá điện áp.
- Điện áp: -0,3V 14V.
Chân 20: IGN
Điều khiển cực gate của mosfet mạch kích.Đây chính là chân kích xung vào cực điều khiển gate của mosfet mạch kích làm cho mosfet này dẫn và mạch kích hoạt động.
- Điện áp: -0,3V 14V.
Chân 21: VS2
Chân này có chức năng tham gia vào mạch boostrap tạo xung cho mạch full- bridge.Chân này sẽ nối với một tụ bên ngoài để tham gia vào mạch boostrap tạo xung cho mạch cầu.
- Điện áp: -25V 625V.
Chân 22: HO2
Điều khiển cực gate của một mosfet “high”mạch ful-bridge.Nó sẽ kích xung