SERWIS ELEKTRONIKI

Zasilacze lamp CCFL w uk³adach podœwietlania ekranów LCD
ów stosunek redukuje siê z 3 do √5. Napiêcie to zatem wyniesie
780V. Napiêcie na uzwojeniu pierwotnym jest pomniejszone o
czynnik równy przek³adni, co daje wartoœæ ok. 12V. Wy¿ej obliczone
wartoœci, do wartoœci szczytowe przebiegu sinusoidalnego,
wartoœci RMS (œredniokwadratowe) s¹ jeszcze obni¿one o
czynnik √2. Maj¹c powy¿sze dane, ju¿ krok do obliczenia pojemnoœci
C b. Stosunek napiêcia do pr¹du na kondensatorze jest
równy jego reaktancji 1/2pfC. Napiêcie za³o¿yliœmy = dwukrotnej
wartoœci znamionowego napiêcia lampy (ok. 500V RMS), pr¹d
zaœ jest równy wprost pr¹dowi znamionowemu lampy (pamiêtajmy
o przeliczeniu wartoœci szczytowej na œredniokwadratow¹),
czyli 5mA. Podstawiaj¹c te wartoœci, otrzymamy C b=36pF. Kondensator
ten jest, obok transformatora, elementem krytycznym
w aplikacji inwertera lampy CCFL. Jest on z pewnoœci¹ tak¿e
elementem krytycznym w pracach serwisowych. Zatem, okreœlenie
jego pojemnoœci „to ma³o”. Nota aplikacyjna zaleca typ C b
o ma³ym k¹cie stratnoœci, poni¿ej 0.001.
W punkcie 4.2.1 wyjaœniono ju¿, i¿ przetwornica push-pull
pracuje tu jako uk³ad rezonansowy. Obwód LC po stronie pierwotnej
jest oczywisty, formu³uje go uzwojenie pierwotne transformatora
wraz z do³¹czonym równolegle kondensatorem. Strona
wtórna tak¿e widziana jest przez uk³ad jako obwód rezonansowy,
aczkolwiek okreœlenie jego parametrów (czêstotliwoœæ
w³asn¹ oraz t³umienie) jest trudniejsze. Czêœæ indukcyjn¹
obwodu LC stanowi uzwojenie wtórne trafa, zaœ g³ównym
sk³adnikiem pojemnoœci obwodu jest kondensator ballastu.
Obwód obci¹¿enia (lampa) nieznacznie zmniejsza jego wk³ad
do obwodu LC. Jednak z uwagi na niewielk¹ wartoœæ tej pojemnoœci,
znacz¹ce s¹ pojemnoœci paso¿ytnicze, rozproszone,
pojemnoœci miêdzyzwojowe transformatora, pojemnoœci obwodu
p³yty PCB, a tak¿e przewodów ³¹cz¹cych lampê z obwodem
wtórnym przetwornicy.
Znajomoœæ tych parametrów jest dlatego istotna, i¿ po¿¹dane
jest aby czêstotliwoœci w³asne obwodów LC utworzonych
po pierwotnej i wtórnej stronie uk³adu by³y mo¿liwie bliskie
siebie (najlepiej równe). Wtedy mimo faktu, i¿ oba obwody s¹
raczej luŸno ze sob¹ sprzê¿one (co wynika z du¿ej indukcyjnoœci
rozproszonej trafa o tak du¿ej przek³adni) zniekszta³cenia
przebiegów wysterowania lampy bêd¹ minimalne (lub mo¿liwie
najmniejsze). Mimo uwag cytowanych wy¿ej, jako pierwsze
przybli¿enie, rozs¹dnym jest przyjêcie pojemnoœci obwodu
LC po stronie wtórnej równej pojemnoœci ballastu C b. Znajomoœæ
tej wartoœci oraz wyznaczonej ju¿ przek³adni trafa wystarcza
do okreœlenia pojemnoœci C r kondensatora w³¹czonego
równolegle do uzwojenia transformatora po pierwotnej stronie
uk³adu zasilacza. Jego wartoœæ powinna byæ równa przetransformowanej
na stronê pierwotn¹ C b, czyli przemno¿ona z kwadratem
przek³adni. 64 2 × 36pF to ok. 150nF. Kolejnym krokiem
jest okreœlenie indukcyjnoœci uzwojeñ transformatora. Jedynymi
(wymaganymi) danymi jest obliczona wy¿ej pojemnoœæ oraz
czêstotliwoœæ rezonansu przyjêta na wartoœæ 50kHz. Nie nale¿y
zapomnieæ o wk³adzie przetransformowanej pojemnoœci wtórnej,
która (przy za³o¿onych wy¿ej warunkach) wprowadza tu
czynnik 1/2. Podstawienie danych daje wartoœæ indukcyjnoœci
uzwojenia pierwotnego transformatora ok. 34µH.
W kolejnym kroku nale¿y oszacowaæ napiêcia i pr¹dy „kr¹-
¿¹ce” w obwodzie rezonansowym. Pozwol¹ one na okreœlenie
wymagañ co do rezystancji rzeczywistych uzwojeñ trafa, co
skompletuje dane dla jego wykonania, nawiniêcia. Pr¹d uzwojenia
wtórnego to wprost pr¹d lampy fluorescencyjnej (choæ
8 SERWIS ELEKTRONIKI 4/2007
wk³ad wynikaj¹cy z pojemnoœci paso¿ytniczych po stronie
wtórnej nie jest zupe³nie do pominiêcia). Napiêcie na transformatorze
zarówno po stronie pierwotnej jak i wtórnej (w warunkach
wysterowania lampy zgodnie z jej znamionowymi parametrami)
ju¿ okreœlono, odpowiednio 12V i 780V (wartoœci
szczytowe). Pr¹d (kr¹¿¹cy) w obwodzie rezonansowym Lp-
Cr jest równy napiêciu podzielonemu przez impedancjê falow¹
obwodu (równ¹ pierwiastkowi ze stosunku indukcyjnoœci do
pojemnoœci). Podstawienie wartoœci, daje I R = 0.8A (to tak¿e
wartoœæ szczytowa; przebiegu sinusoidalnego). Do okreœlenia
wartoœci RMS (ta najbardziej nas interesuje) jeszcze jeden (choæ
najtrudniejszy) krok. Wy¿ej obliczony pr¹d, to pr¹d który kr¹-
¿y³by w uk³adzie rezonansowym pozbawionym t³umienia (o
bardzo du¿ej dobroci) przekazuj¹c energiê miêdzy indukcyjnoœci¹
i pojemnoœci¹. W rozwa¿anym uk³adzie straty s¹ du¿e,
i znacz¹cy jest pr¹d uzupe³niaj¹cy owe straty, podtrzymuj¹cy
„drgania” z za³o¿onymi wy¿ej parametrami. Energia ta uzupe³niana
jest z przetwornicy typu buck „jakoœciowo” opisanej
w punkcie 4.2.2. Teraz interesuje nas pr¹d dostarczany z tego
zasilacza do stopnia rezonansowego przetwornicy push-pull.
Wyznaczymy go z przyrównania energii traconej w uk³adzie,
przyrównanej do energii dostarczonej do obci¹¿enia (lampy
fluorescencyjnej) z arbitralnie przyjêt¹ sprawnoœci¹ na poziomie
90%. Moc lampy nie jest du¿a, wynika ona z danych przyjêtych
na wstêpie. Lampa widziana jest jako obci¹¿enie niemal
czysto rezystancyjne (choæ nieliniowe), zatem moc jest
równa iloczynowi pr¹du i napiêcia (nale¿y jedynie pamiêtaæ o
przeliczeniu wartoœci szczytowych na œredniokwadratowe
RMS); to wartoœæ 1.35W. Dodaj¹c 10% (na sprawnoœæ przetwarzania
energii) otrzymujemy ok. 1.5W (wartoϾ faktycznie
niewielka; ca³a „walka” z optymalizacj¹ toczy siê tu w granicach
u³amka wata; rzadko spotykane warunki w dotychczas
spotykanych zasilaczach-przetwornicach).
Uk³ad push-pull zasilany jest ze stopnia buck w trybie pr¹dowym
current-fed (brak kondensatora na wyjœciu oznacza zasilanie
o du¿ej impedancji wyjœciowej nazywane obrazowo, i¿
obci¹¿enie „karmione” jest pr¹dem, nie napiêciem). Paradoksalnie,
ten tryb pracy nie u³atwia, a komplikuje okreœlenie wartoœci
pr¹du zasilania. Punktem wyjœciowym jest znalezienie
œredniej wartoœci napiêcia na wyjœciu przetwornicy buck. Poniewa¿
wszystkie istotne wêz³y obwodu, od stopnia kluczuj¹cego
zasilacza buck do stopnia kluczowania przetwornicy pushpull
oddzielone s¹ jedynie elementami indukcyjnymi, wartoœci
œrednie napiêæ (w tych wêz³ach) musz¹ byæ jednakowe.
Uwzglêdniæ nale¿y jedynie fakt „pompowania pr¹du” do
centralnego odczepu uzwojenia pierwotnego trafa push-pull.
Znajomoœæ powy¿szych danych prowadzi do wniosku, i¿ zale¿noœæ
miêdzy szukan¹ wartoœci¹ œredni¹ napiêcia na wyjœciu
stopnia buck, i (znan¹ ju¿) szczytow¹ na obwodzie rezonansowym
(strony pierwotnej) push-pull to stosunek równy liczbie
π (czego wyjaœnienie mo¿na potraktowaæ jako ciekawe zadanie
z elektrotechniki). Zaœ, koñcz¹c zawi³e rozwa¿ania stwierdzamy,
i¿ szukana przez nas wartoœæ œrednia napiêcia wynosi
ok. 3.9V (warto odnotowaæ, i¿ mieœci siê w zakresie dolnej
granicy napiêcia wejœciowego przyjêtego we wstêpnych za³o-
¿eniach; przetwornica o konfiguracji buck potrafi tylko napiêcie
obni¿aæ, przeciwnie do uk³adu typu boost). Znaj¹c dostarczan¹
moc, oraz wiedz¹c z jakiego napiêcia jest ona dostarczana,
³atwo ju¿ okreœliæ pr¹d (którym karmiony jest zasadniczy
stopieñ inwertera). 1.5W/3.9V = ok. 0.4A (tym razem to „pro-