Как устроен электронный балласт для люминесцентных ламп. Какие бывают схемы ЭПРА. Как отремонтировать электронный балласт своими руками. Преимущества ЭПРА перед электромагнитным ПРА.
Что такое электронный балласт и зачем он нужен
Электронный балласт (или ЭПРА — электронный пускорегулирующий аппарат) — это устройство, необходимое для запуска и стабильной работы люминесцентных ламп. В отличие от электромагнитного ПРА, ЭПРА имеет ряд преимуществ:
- Отсутствие мерцания лампы
- Мгновенное включение без задержки
- Бесшумная работа
- Увеличение срока службы лампы на 50%
- Экономия электроэнергии до 30%
- Компактные размеры и небольшой вес
Принцип работы электронного балласта заключается в преобразовании сетевого напряжения 50 Гц в высокочастотное напряжение 20-60 кГц. Это позволяет эффективно зажигать и питать люминесцентную лампу.
Устройство и схема электронного балласта
Типовая схема ЭПРА включает следующие основные элементы:
- Входной фильтр для подавления помех
- Выпрямитель и сглаживающий фильтр
- Высокочастотный генератор на транзисторах
- Выходной трансформатор
- Цепи запуска и стабилизации лампы
Рассмотрим принцип работы типовой схемы ЭПРА:
- Сетевое напряжение 220В выпрямляется и сглаживается
- Высокочастотный генератор формирует напряжение 20-60 кГц
- Через выходной трансформатор напряжение подается на лампу
- Специальные цепи обеспечивают плавный запуск и стабилизацию тока лампы
Варианты схем электронных балластов
Существует множество схемотехнических решений ЭПРА. Рассмотрим несколько популярных вариантов:
Простая схема на двух транзисторах
Это базовая схема электронного балласта, которая содержит:
- Выпрямитель на диодном мосте
- Генератор на двух биполярных транзисторах
- Выходной трансформатор
- Цепь запуска на диоде и конденсаторе
Такая схема проста и надежна, но имеет невысокий КПД и ограниченные функции управления.
Схема на специализированной микросхеме
Современные ЭПРА часто строятся на основе специализированных микросхем-драйверов. Такие схемы обеспечивают:
- Плавный запуск лампы с предварительным прогревом
- Защиту от различных аварийных режимов
- Высокий КПД и стабильность работы
- Возможность регулировки яркости
Примерами таких микросхем являются IR2153, L6574, UBA2014T и другие.
Как отремонтировать электронный балласт своими руками
При выходе из строя ЭПРА можно попробовать выполнить ремонт самостоятельно. Типовой алгоритм диагностики и ремонта:
- Визуальный осмотр платы на предмет вздувшихся конденсаторов, подгоревших элементов
- Проверка целостности предохранителя
- Прозвонка и замена при необходимости выпрямительного моста
- Проверка напряжения на фильтрующем конденсаторе
- Тестирование силовых транзисторов
- Проверка выходного трансформатора
При обнаружении неисправных компонентов их необходимо заменить на аналогичные. Часто выходят из строя электролитические конденсаторы, транзисторы и диоды.
Преимущества электронного балласта перед электромагнитным
По сравнению с обычным ЭмПРА, электронный балласт имеет значительные преимущества:
- Отсутствие мерцания и стробоскопического эффекта
- Мгновенное включение без задержки и мигания
- Бесшумная работа без гудения дросселя
- Увеличение срока службы ламп в 1,5-2 раза
- Экономия электроэнергии на 20-30%
- Меньшие габариты и вес
- Возможность регулировки яркости
Благодаря этим достоинствам электронные балласты практически полностью вытеснили электромагнитные ПРА в современных люминесцентных светильниках.
Схемы подключения люминесцентных ламп к электронному балласту
Существует несколько вариантов подключения ламп к ЭПРА:
- Одна лампа — самая простая схема
- Две лампы параллельно
- Две лампы последовательно
- Четыре лампы (2+2 параллельно)
При подключении нужно соблюдать полярность выводов лампы. Важно использовать балласт, рассчитанный на соответствующее количество и мощность ламп.
Заключение
Электронный балласт — это современное эффективное устройство для питания люминесцентных ламп. Он обеспечивает комфортное освещение без мерцания, экономит электроэнергию и продлевает срок службы ламп. При выборе ЭПРА нужно учитывать мощность и количество ламп. В случае поломки во многих случаях возможен самостоятельный ремонт устройства.
схема, как подключить, ремонт, принцип работы, электронный и индуктивный
Несмотря на бурное развитие полупроводниковых технологий, люминесцентные лампы продолжают широко использоваться. В этой статье мы выясним, что такое балласт для ламп. Узнаем, почему это обязательная деталь любого люминесцентного светильника. В дополнение разберемся в несложном ремонте этого пускорегулирующего узла.
Что такое балласт и для чего он нужен
Чтобы разобраться, для чего нужен балласт, необходимо понимать принцип работы люминесцентной лампы (ЛЛ). Рассмотрим ее устройство. Конструктивно любая люминесцентная лампа – стеклянная колба в виде трубки, в концы которой запаяны тугоплавкие спирали накаливания, являющиеся электродами. Колба заполнена инертным газом с небольшим добавлением металлической ртути. Изнутри она покрыта люминофором – веществом, способном излучать видимый свет при облучении его ультрафиолетом.
Конструкция и принцип работы ЛЛПри подаче напряжения на электроды в колбе возникает тлеющий разряд.
Поток электронов активирует атомы ртути, и те начинают излучать в ультрафиолетовом диапазоне. Ультрафиолет воздействует на люминофор, заставляя его ярко светиться в видимом спектре.
Сам ультрафиолет поглощается люминофором и стеклом колбы. Он не покидает пределов лампы. Это исключает вредное воздействие ультрафиолетового излучения на человека.
Теоретически все просто. На самом деле в холодной выключенной лампе при подаче рабочего напряжения на электроды разряда не произойдет, поскольку ртуть находится в конденсированном состоянии, а сопротивление инертного газа между электродами слишком велико. При запуске ртуть начинает испаряться, сопротивление газового промежутка между электродами резко падает, и тлеющий разряд в колбе переходит в неуправляемый дуговой. Для нормальной работы лампы необходимо выполнение двух условий:
- Запуск.
- Поддержание рабочего тока через колбу.
Этим и занимаются балласты, или пускорегулирующие аппараты (ПРА). Без них ни одна люминесцентная лампа работать не может.
к содержанию ↑Разновидности
Первоначально в качестве ПРА для люминесцентной лампы использовались электромагнитные дроссели (балласты) со стартерами. Этот комплект назывался электромагнитным пускорегулирующим аппаратом – ЭмПРА. Позже появились электронные аналоги ЭмПРА на транзисторах и микросхемах, выполняющие ту же функцию. Они получили название ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат), или просто «электронный балласт». Рассмотрим конструкцию и принцип работы этих пускорегулирующих устройств.
Нередко под ЭмПРА подразумевают только электромагнитный дроссель, что не совсем верно. ЭмПРА – это дроссель и стартер – два отдельных узла.
Электромагнитный
ЭмПРА – это обычный дроссель – катушка, намотанная на магнитопроводе, и газоразрядная малогабаритная лампочка со встроенными биметаллическими контактами (рабочими электродами).
Дроссель + стартер = ЭмПРАРассмотрим процессы, происходящие в светильнике с ЭмПРА. При включении в колбе стартера зажигается разряд, который нагревает электроды из биметалла. В результате электроды замыкаются и подключают к питающей сети через дроссель спирали электродов ЛЛ. При этом тлеющий разряд в колбе лампочки-стартера гаснет.
Спирали люминесцентной лампы разогреваются, их способность испускать электроны многократно увеличивается. После остывания контактов стартера они размыкаются. В результате на электродах ЛЛ появляется импульс высокого (до 1 кВ) напряжения, создаваемого самоиндукцией дросселя.
Типовая схема люминесцентного светильника с ЭмПРАНа схеме буквами обозначены:
- А – люминесцентная лампа.
- В – сеть переменного тока.
- С – стартер.
- D – биметаллические электроды.
- Е – искрогасящий конденсатор.
- F – нити накала катодов.
- G – электромагнитный дроссель (балласт).
Высокое напряжение пробивает газовый промежуток. В колбе ЛЛ начинается разряд. При этом ртуть переходит в парообразное состояние, сопротивление газового промежутка резко падает. Чтобы разряд не перешел в неуправляемый дуговой, ток через лампу ограничивается дросселем с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому его называют балластом.
Поскольку рабочее напряжение на электродах работающей лампы ниже напряжения зажигания стартера, в последующем функционировании светильника он не участвует.
Электронный
Внешне электронный балласт для люминесцентных ламп похож на электромагнитный. У него серьезные конструктивные отличия и другой принцип работы.
ЭПРА в сборе (вверху) и его «начинка»Как видно на фото, в электронном балласте много радиоэлементов. Рассмотрим типовую структурную схему ЭПРА и узнаем, как он работает.
Типовая структурная схема ЭПРАПеременное сетевое напряжение проходит через фильтр электромагнитных помех, выпрямляется, сглаживается и подается на инвертор. Задача инвертора – обеспечить напряжение для работы ЛЛ. Сформированное инвертором напряжение через схему ограничения тока (балласт) подается на лампу. Схема запуска служит только для пуска ЛЛ. После выполнения своей функции в дальнейшей работе она не участвует.
Узлы инвертора, балласта и пуска на структурной схеме разделены условно. Часто функции балласта выполняет инвертор, дополнительно являющийся стабилизатором тока. В некоторых схемах он играет роль стартера, самостоятельно принимая решение о подогреве спиралей лампы и о подаче на них запускающего высоковольтного импульса.
Более простые схемы запуска представляют собой обычный конденсатор, образующий со спиралями и выходными дросселями колебательный контур. Последний настроен на частоту работы инвертора. Возникающий при погашенной лампе резонанс повышает напряжение на электродах лампы до единиц и даже десятков киловольт и зажигает разряд в колбе без предварительного подогрева спиралей (холодный пуск).
В этой схеме пуск лампы производится на холодных спиралях конденсатором, образующим резонансный контурХолодный пуск сокращает срок службы ЛЛ, поскольку в таком режиме при образовании разряда из холодных катодов вырываются куски активной массы, разрушая покрытие, обеспечивающее стабильный разряд. В результате увеличивается рабочее напряжение ЛЛ и напряжение запуска. Они не в состоянии обеспечить ЭПРА.
Что даёт такая схема? Прежде всего, мерцание. Обычный электромагнитный дроссель питает лампу переменным током частотой 50 Гц. Люминофор имеет малую инерционность и в промежутках между полуволнами заметно теряет яркость свечения. В результате люминесцентная лампа заметно мерцает. Это плохо для зрения.
Особенно заметно мерцание на изношенных лампах, люминофор которых теряет свойства инерционности.
Инвертор, питающий ЛЛ, работает на частотах десятка и даже сотни кГц. При этом инерционности люминофора достаточно, чтобы «переждать» паузы между питающими импульсами без заметной потери яркости. То есть благодаря ЭПРА у люминесцентной лампы малый коэффициент пульсаций.
Далее электронная схема обеспечивает стабильным питанием лампу, даже если сетевое напряжение отличается от номинального. К примеру, ЭПРА POSVET (фото см. выше) позволяет работать ЛЛ при напряжении в сети от 195 до 242 В. У лампы, подключённой через ЭмПРА, при таких напряжениях либо сократится срок эксплуатации, либо она не запустится.
к содержанию ↑Варианты схем подключения
Схему подключения люминесцентной лампы через электромагнитное пускорегулирующее устройство мы рассмотрели. Она стандартная и без вариаций. Обычно дополняется конденсатором, подключаемым параллельно светильнику. Он служит для снижения реактивной мощности, которую потребляет любая реактивная нагрузка, в том числе дроссель.
Схема люминесцентного светильника с ЭмПРА и компенсационным конденсаторомК одному дросселю можно подключить две люминесцентные лампы. При этом необходимо выполнить следующие условия:
- ЛЛ имеют одинаковую мощность.
- Мощность балласта равна сумме мощностей ЛЛ.
- ЛЛ рассчитаны на рабочее напряжение 110 В (при питании от сети 220 В).
- Стартеры рассчитаны на рабочее напряжение 110 В.
Схема подключения двух ламп к одному дросселю выглядит так (мощности дросселя 36 W и ламп 2х18 W условные):
Схема светильника с двумя люминесцентными лампами на одном ЭмПРАВажно! Для эффективной компенсации реактивной мощности необходимо подобрать конденсатор соответствующей емкости. Она зависит от мощности светильника. К примеру, для лампы 18 Вт необходим конденсатор емкостью 4.5 мкФ. В светильник с лампой 60 Вт устанавливается емкость 7 мкФ. Конденсаторы должны быть неполярными и рассчитаны на рабочее напряжение не ниже 400 В. Обычно используют бумажные конденсаторы МБГО и МГП.
Поскольку электронный балласт, как правило, имеет в составе пусковое устройство, подключить к нему ЛЛ проще. Для сборки светильника понадобятся лишь провода. Самый простой пример – одна лампа, один ЭПРА.
Стандартная схема подключения ЛЛ через электронный балластСуществуют балласты, работающие с несколькими лампами. Для примера ниже приведены схемы подключения ЭПРА на 2 ЛЛ.
Варианты подключения ЭПРА для двух лампСхема подключения балласта, рассчитанного на работу с четырьмя ЛЛ, выглядит так:
Схема подключения балласта на 4 люминесцентные лампочкиУниверсальные приборы в зависимости от схемы включения могут работать с произвольным количеством ЛЛ разной мощности.
Универсальный балласт и схемы его включенияВсе приведенные схемы являются общими. Каждый ЭПРА может включаться особым образом. Поэтому прежде чем взяться за монтаж, необходимо выяснить схему включения. Она есть в сопроводительной документации и, как правило, наносится на корпус прибора. Там же указана мощность ламп и диапазон питающих напряжений.
Схема подключения ЭПРА находится на его корпусек содержанию ↑Ремонт электронного балласта для люминесцентных ламп
Прежде чем ремонтировать балласт, убедитесь, что проблема не в самой лампе. Проверить исправность ЛЛ несложно. Для этого вынимаем ее из светильника и прозваниваем спирали катодов любым тестером в режиме измерения малых сопротивлений. Если у нас в руках так называемая КЛЛ, то для прозвонки спиралей ее придется разобрать. При проверке обеих спиралей прибор должен показать сопротивление от нескольких единиц до нескольких десятков Ом (зависит от мощности лампы).
Проверка целостности спиралей катодов ЛЛ мультиметромЕсли хотя бы одна из спиралей не «звонится», лампа неисправна. На фото выше слева спираль исправна, справа – в обрыве. ЛЛ не работает и отремонтировать её невозможно.
Неисправность ЛЛ может заключаться в осыпании активного слоя, нанесенного на спирали, хотя они и будут звониться. При этом резко повышается напряжение пуска лампы и рабочее. Их ЭПРА обеспечить не может. Но такая неисправность не появляется мгновенно. Светильник начинает тяжело включаться, самопроизвольно перезапускаться и в результате тухнет вовсе.
Распространённые принципиальные схемы
Прежде чем перейти к ремонту, рассмотрим несколько распространённых схем электронных балластов для люминесцентных ламп. Начнём с самой простой. Она используется в светильниках небольшой мощности, включая компактные люминесцентные лампы (КЛЛ).
Схема простого балласта люминесцентной лампы
Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом D3-D6 и сглаживается высоковольтным конденсатором С4. Пройдя через фильтр L2, С7, питает блокинг-генератор, собранный на транзисторах Q1, Q2 и трансформаторе Т1. Рабочая частота генератора обычно составляет 10-20 кГц. Импульсное напряжение, снятое с обмотки Т1, через дроссель L1 поступает на выводы катодов люминесцентной трубки LMP1. Вторые выводы катодов соединены через конденсатор С5.
После подачи на схему питания генератор запускается. Напряжение с частотой преобразования подается на катоды лампы. Пока разряда в колбе нет, напряжение проходит через спирали и С5. Емкость С5 подобрана такой, что она вместе со спиралями LMP1, дросселем L1 и обмоткой Т1 образует колебательный контур, настроенный на частоту работы генератора. В результате резонанса напряжение на катодах возрастает до 1 кВ. Происходит пробой газового промежутка в колбе – лампа запускается.
За счёт низкого сопротивления разряда в колбе конденсатор C5 шунтируется, резонанс срывается, и на электроды поступает рабочее напряжение, необходимое для ЛЛ. Ток через колбу LMP1 ограничивается дросселем L1.
Поскольку рабочая частота дросселя высока, он имеет скромные размеры по сравнению с электромагнитным балластом, функционирующим на частоте 50 Гц.
Эта схема обеспечивает холодный пуск лампы. То есть она зажигается без предварительного подогрева катодов и практически мгновенно. Это не оптимальный режим, поскольку резко сокращает срок службы ЛЛ. А теперь посмотрим на следующую схему.
Схема простого балласта с подогревом спиралейВ целом схема та же с аналогичным принципом работы. Сетевое напряжение выпрямляется, сглаживается и питает генератор, питающий, в свою очередь, ЛЛ. Но обратите внимание на терморезистор, подключённый параллельно пусковому конденсатору С3. Терморезистор имеет положительный ТКС (такой прибор еще называют позистором). Пока холодный, он обладает низким сопротивлением. При подаче питания на светильник позистор шунтирует С3 и резонанса не происходит – нити накала подогреваются рабочим напряжением, недостаточным для образования разряда в колбе LMP1.
Через некоторое время позистор разогревается протекающим через него током. Его сопротивление возрастает. Конденсатор С3 перестает шунтироваться, возникает резонанс. Напряжение на электродах увеличивается до 1 кВ. Происходит пробой газового промежутка в колбе – лампа запускается.
В дальнейшем при работе лампы часть тока протекает и через позистор, поддерживая его в разогретом состоянии, чтобы он не мешал работе ЛЛ. Это снижает КПД конструкции (на разогрев позистора тратится энергия), но расходы эти незначительны – сопротивление нагретого терморезистора велико, а ток через него мал. Кроме того, они оправданы многократно увеличенным сроком службы люминесцентной лампы за счёт ее «правильного» запуска.
В завершение рассмотрим более сложную и «умную» схему ЭПРА, собранную на специализированной микросхеме. Примерно о таком балласте шла речь в разделе «Варианты схем подключения». Там он позиционировался как универсальный и мог работать с произвольным количеством ЛЛ разной мощности (от 1 до 4).
Схема универсального ЭПРАДля понимания принципа его работы нам понадобятся схемы вариантов подключения ламп к этому балласту.
Варианты схем подключения универсального ЭПРАРабота такого балласта с ЛЛ делится на три этапа:
- Предварительный разогрев катодов.
- Пуск.
- Рабочий режим.
После включения питания генератор, собранный на микросхеме D1, запускается на частоте около 65 кГц. Сигнал генератора через силовой ключ, собранный по полумостовой схеме на транзисторах VT2, VT3, подаётся на трансформатор Т2 и далее на спирали катодов ЛЛ, предварительно их разогревая.
Через опредёленное время (регулируется резистором R13) частота генератора начинает понижаться. Как только она снизится до резонансной частоты, на которую настроен контур L2С16, напряжение на катодах лампы возрастёт до 800 В. В колбе произойдёт разряд – ЛЛ запустилась. При этом на выводе 13 D1 появится напряжение, запускающее третий этап – рабочий.
Если напряжение на выводе 13 микросхемы не появилось, а на выводе 1 упало ниже 0.8 В, процесс розжига повторяется. При нескольких неудачных попытках розжига ЭПРА прекращает свою работу и отключает неисправную лампу. То же самое произойдёт при попытке запустить ЭПРА без лампы.
При удачном пуске частота генератора понижается до рабочей (устанавливается резистором R12). Ток через лампу стабилизируется и поддерживается на заданном уровне даже при значительных колебаниях величины питающего напряжения (для этой схемы – от 110 до 250 В). На элементах T1 и VT1 собран корректор активной мощности, снижающий реактивную составляющую.
Типовые неисправности и их устранение
Теперь проведём ремонт балласта люминесцентной лампы своими руками. Сложную неисправность мы не устраним – для этого потребуются определённые знания и приборы, но с проблемами попроще справимся. Посмотрим, что чаще всего ломается из того, что мы можем найти и исправить:
- некачественный монтаж;
- предохранитель;
- высоковольтный конденсатор;
- выпрямительный мост;
- силовой транзистор;
- дроссель/трансформатор.
Итак, разбираем пускорегулирующее устройство и делаем визуальный осмотр. Все элементы, дорожки и пайки должны быть в хорошем состоянии – без следов деформации, потемнения, разрушения и обугливания. На фото ниже отлично видны (слева направо и сверху вниз):
Неисправности балласта, определяющиеся визуальным осмотром- некачественная пайка;
- вздутие сглаживающего конденсатора;
- сгоревший дроссель;
- пробитый транзистор (часть корпуса вырвана).
Если находим такие элементы, меняем их. Обнаруживаем непропай – лудим и пропаиваем.
После замены не включаем балласт, а проверяем остальные элементы по методике, описанной ниже, поскольку выход из строя одного элемента может быть как причиной, так и следствием неисправности других. К примеру, вздутие конденсатора вызывается пробоем выпрямительного диода. Предохранитель может сгореть из-за вышедшего из строя силового транзистора или конденсатора.
Теперь посмотрим, как выглядят вышеперечисленные элементы на плате драйвера. В зависимости от модели прибора они могут располагаться в другом месте, но различия обычно незначительны. Найти нужный элемент нетрудно.
Примерное расположение основных элементов на плате ЭПРАНа фото цифрами обозначены:
- 1 – предохранитель;
- 2 – диодный мост;
- 3 – сглаживающий конденсатор;
- 4 – силовые транзисторы;
- 5 – импульсный трансформатор;
- 6 – дроссель.
Теперь берем в руки тестер и проверяем предохранитель (если он есть), не выпаивая его из схемы. Прибор в режиме измерения низкого сопротивления или проверки диодов должен показать ноль. В противном случае предохранитель неисправен.
Выпрямительный мост. Он может быть собран как на отдельных диодах, так и представлять собой сборку из четырех диодов в одном корпусе. На фото ниже такая сборка отмечена стрелкой.
В этот ЭПРА установлена выпрямительная диодная сборкаВ любом случае прозваниваем каждый диод в обоих направлениях тестером, включённым в режим проверки полупроводников. В одном направлении прибор должен показать падение напряжения порядка нескольких сот милливольт, в другом – бесконечность. Диоды перед проверкой выпаивать не нужно.
Конденсатор. Этот элемент выглядит как небольшой бочонок рядом с выпрямительным мостом. Даже если с виду он исправен (не вздулся и не взорвался), стоит его проверить. Для этого выпаиваем конденсатор из схемы и прозваниваем в режиме проверки диодов, предварительно кратковременно замкнув его выводы, чтобы разрядить.
В первый момент прибор покажет малые значения падения напряжения. По мере зарядки конденсатора они будут увеличиваться. Если показания прибора низкие и не изменяются, конденсатор пробит. Если мультиметр показывает бесконечность, то конденсатор в обрыве. В обоих случаях элемент меняем.
Транзисторы. Их для проверки тоже придется выпаять. Переводим мультиметр в режим проверки диодов и прозванивам транзистор между выводами база-коллектор и база-эмиттер в обоих направлениях. В одну сторону прибор покажет падение напряжения порядка нескольких сотен милливольт, в другую – бесконечность. Выводы коллектор-эмиттер на должны звониться вообще – в обе стороны бесконечность.
Это все, чем мы можем помочь электронному балласту. Для выявления и устранения более сложных неисправностей потребуется помощь специалиста.
Мы выяснили, для чего нужен балласт люминесцентной лампе. Узнали, какими эти балласты бывают, как работают, научились устранять распространенные неисправности этого электронного узла.
ПредыдущаяЛюминесцентныеПравила хранения люминесцентных ламп на предприятиях
СледующаяЛюминесцентныеДля чего нужен стартер в люминесцентных лампах
Спасибо, помогло!1Не помоглоСтраница не найдена — ЛампаГид
Квартира и офис
Современные кухни должны быть не только предметом роскоши, но и очень функциональным помещением, в
Квартира и офис
В жизни человека его дом, жилище, квартира играет исключительно важную роль. Это место, где
Монтаж
В процессе эксплуатации домашней электросети происходят поломки установочных изделий – выключателей, розеток, выход из
Флора и фауна
Любители-аквариумисты хорошо знают, что для обеспечения нормальной жизнедеятельности обитателей водного пространства в квартире требуется
Светодиоды
Несмотря на разговоры о том, что светодиоды – это наивысшее достижение в области осветительной
Монтаж
Развитие технологий обусловило применение в бытовых помещениях, квартирах и частных домах современного оборудования систем
Страница не найдена — ЛампаГид
Люминесцентные лампы
Наш любимый источник света и тепла – солнце – не так прост. Зимой, когда
Прочее
В последнее время очень популярным стало кварцевание жилых помещений, и по этой причине ранее
Светодиоды
Электрический свет можно назвать одним из важнейших достижений человеческой цивилизации. Его использование невозможно без
Светодиоды
Когда мы идем по улицам города, нас окружают многочисленные яркие подвижные рекламные конструкции. Устанавливают
Лампы накаливания
Любой взрослый человек хотя бы раз в жизни сталкивался с простейшей, на первый взгляд,
Светодиоды
Прежде чем понять, как устроена светодиодная лампа на 220 вольт, нужно разобраться, что она
способы реализации электронного балласта для люминесцентных ламп, схемы устройства
Основным фактором нормальной работы люминесцентных ламп является вид электрического тока. Так как эти осветительные устройства работают от постоянного электротока, в их схему приходится устанавливать пускорегулирующий аппарат (ПРА) или балласт. Наиболее популярным является electronic ballast, обладающий рядом преимуществ перед электромагнитным агрегатом.
Основные разновидности
Сегодня существует два типа балласта – электромагнитный и электронный. Они отличаются принципом работы, поэтому стоит познакомиться с каждым из них.
Электромагнитный балласт
Этот вид реализации предполагает последовательное подключение дросселя к лампе. Также для работы электромагнитного ПРА требуется стартер, с помощью которого регулируется процесс зажигания светильника. Эта деталь представляет собой газоразрядную лампу, внутри колбы которой находятся биметаллические электроды.
Работает устройство следующим образом:
- Когда на стартер поступает напряжение, биметаллические электроды замыкаются от нагрева. Это приводит к увеличению силы тока, так как ограничивать его может лишь внутреннее сопротивление обмоток дросселя.
- С ростом показателя электротока начинают разогреваться электроды люминесцентной лампы.
- При остывании стартера размыкаются биметаллические электроды.
- В момент разрыва цепи стартером в катушке дросселя возникает импульс высокого напряжения, что и приводит к зажиганию осветительного прибора.
Когда люминесцентное устройство переходит в штатный режим работы, напряжение на нем и стартере оказывается на 50% меньше сетевого, а этого недостаточно для срабатывания второго элемента. В результате стартер переходит в отключенное состояние и перестает влиять на работу осветительного прибора.
Электромагнитный балласт отличается низкой стоимостью и простой конструкцией. Длительное время эти устройства активно использовались при изготовлении светильников, однако они имеют ряд недостатков:
- Для перехода люминесцентного устройства в рабочий режим требуется около 3 секунд.
- Осветительные приборы с электромагнитным балластом во время работы мерцают, что негативно влияет на органы зрения.
- Расход энергии у этих устройств значительно выше по сравнению с электронным балластом.
- Дроссель шумит во время работы.
Из-за этих недостатков сегодня электромагнитный балласт для ламп используется крайне редко.
Электронная реализация
Электронные устройства представляют собой преобразователи напряжения, с помощью которых обеспечивается питание люминесцентных ламп. Хотя создано много вариантов электронного балласта, в большинстве случаев используется единая блок-схема. При этом производители могут вносить в нее определенные изменения, например, добавить схему управления яркостью осветительного прибора.
Перевод люминесцентного светильника лампы в штатный режим работы с помощью электронного ПРА чаще всего осуществляется одним из двух способов:
- До момента подачи на катоды лампы зажигающего напряжения они предварительно нагреваются. Это позволяет избавиться от мерцания, а также увеличить КПД осветительного прибора.
- В конструкцию светильника установлен колебательный контур, который входит в резонанс до того, как в колбе лампы появится разряд.
При использовании второго способа схема электронного балласта реализована так, что нить накала лампочки является частью контура. Как только в газовой среде появляется разряд, изменяются параметры колебательного контура, после чего он выходит из резонанса. В результате напряжение снижается до рабочего.
Схема пускорегулирующего аппарата для ламп 36w.
Сегодня большое распространение получили компактные люминесцентные устройства с цоколем Е14 и Е27. В них балласт устанавливается непосредственно в конструкцию прибора. Пример схемы электронного балласта для люминесцентных ламп 18w приведен ниже.
Поиск неисправностей и ремонт
Если возникли проблемы с работой газоразрядных ламп, часто ремонт может быть проведен самостоятельно. Основной задачей в такой ситуации является определение источника проблемы – осветительный прибор либо балласт. Для проверки электронной схемы необходимо предварительно удалить линейную лампочку, замкнуть электроды и подключить обыкновенную лампу. Если она начала светиться, то проблема не в балласте.
Для поиска неисправности в люминесцентных осветительных устройствах сначала требуется поочередно прозвонить все элементы начиная с предохранителя. Если эта деталь оказалась рабочей, необходимо переходить к проверке конденсатора и диодов. Если все элементы пускорегулирующего аппарата оказались исправными, стоит проверить дроссель. Своевременный ремонт осветительного устройства позволит увеличить срок его эксплуатации.
ЭЛЕКТРОННЫЙ БАЛЛАСТ ДЛЯ ЛАМП ЛДС
Очередная прогулка по магазинам завершилась покупкой балласта для ламп дневного освещения. Балласт на 40 ватт, способен питать одну мощную ЛДС или две маломощные по 20 ватт.Кстати, срок службы ЛДС зависит от способа запуска лампы. Из графиков видно, что холодный старт резко сокращает срок службы лампы.
Особенно в случае применения упрощенных электронных балластов, которые резко выводят ЛДС в рабочий режим. Да и способ питания лампы постоянным током также снижает срок службы. Незначительно — но всё-таки снижает. Примеры — на схемах ниже:
С обратной стороны плата тоже сияет аккуратностью монтажа, никаких острых выводов и испорченных дорожек, олово так-же не пожалели, все очень красиво и качественно.
Подключил устройство — оно отлично работает! Я уже начал думать, что сборку делали немцы, под суровым контролем, но тут вспомнил цену и почти поменял свое мнение о китайских производителях — молодцы парни, поработали на славу! Обзор подготовил АКА КАСЬЯН.
Форум по электронным преобразователямФорум по обсуждению материала ЭЛЕКТРОННЫЙ БАЛЛАСТ ДЛЯ ЛАМП ЛДС
Электронный балласт — схема и принцип работы
Автор Aluarius На чтение 4 мин. Просмотров 1.8k. Опубликовано
Если кто-то не знает, как работают люминесцентные лампы, то важным моментом здесь является электрический ток, но не в плане питания, а в плане его вида. Люминесцентные лампы работают от постоянного тока, поэтому в электрическую схему светильника устанавливается так называемый регулируемый высокочастотный инвертор или по-другому электронный балласт. По сути, это обычный выпрямитель, только от стандартного прибора его отличает небольшие размеры, а соответственно и небольшой вес. Как приятное добавление инвертор не издает шума при работе. Давайте рассмотрим в этой статье, что собой представляет электронный балласт – схема его внутренней начинки.
В первую очередь необходимо отметить тот факт, что прибор отвечает не только за выпрямление переменного тока, но и за пуск самой лампы. То есть, его можно сравнить с обычным (стандартным) дроссельным контактом. Правда, надо быть до конца откровенным и сказать, что электронный балласт для люминесцентных ламп является прибором капризным, поэтому его срок годности оставляет желать лучшего.
Разновидности и назначение
В настоящее время производители предлагают два основных типа:
- Одиночные.
- Парные.
Здесь все понятно. Одиночные предназначаются для включения одной лампы, парные для нескольких, соединенных в единую сеть. Самое важно, выбирая инвертор, необходимо учитывать общую яркость светильника в целом, потому что именно по этому показателю и подбирается балласт для люминесцентных ламп.
Итак, кроме вышеописанных функций, для чего еще необходим электронный балласт.
- Установленный в схему инвертор должен обеспечить подачу постоянного тока, тем самым обеспечить источник света равномерным излучением без мерцания.
- При помощи него производится быстрое включение лампы. Без него она загорится тоже, но только через несколько секунд и при работе будет обязательно гудеть.
- Скачки напряжения – враг номер один для системы освещения. Так вот балласт сглаживает данные скачки за счет выпрямления тока в независимости от его амплитуды.
- В схеме электронного балласта есть специальный регулятор. Он фиксирует неисправности внутри самого светильника. Если поломка обнаружена, регулятор тут же отключает источник света от подачи электрического тока.
Внимание! Многие производители в схемах используют различные детали и элементы, с помощью которых можно экономить потребляемую электроэнергию. Во многих моделях данный показатель составляет 20%. Неплохой результат.
Как работает балласт
Как уже было сказано выше, балласт для люминесцентных ламп – это практически дроссель. Поэтому данный прибор и выпрямляет электрический ток, и тут же нагревает катоды люминесцентных ламп. После чего на них поступает то количество напряжения, которое быстро включает осветительный прибор. Напряжение выставляется специальным регулятором, который установлен в схеме инвертора, именно им устанавливается диапазон напряжений. Вот почему мерцание источника света отсутствует.
В схеме также присутствует свой собственный стартер. Он отвечает за передачу напряжения и за зажигание. Когда включается лампа, на микросхеме балласта напряжение падает, соответственно снижается и сила тока. Это дает возможность найти оптимальный режим работы светильника.
В настоящее время люминесцентные светильники комплектуются двумя видами балластов:
- С плавным запуском – это так называемый холодный вариант.
- Быстрый запуск – горячий. Сюда в основном относятся дроссели ПРА.
Сегодня все больше производителей стараются найти золотую середину, так называемые комбинированные схемы (универсальные). К примеру, вот модель такого электронного балласта «ЭПРА SEA T8-18». И еще один момент, который касается доработки схемы. Считается, что нормальная яркость светового потока, который обеспечивает люминесцентная лампа, обеспечивается мощностью 200 Вт. Если мощность падает до 110 Вт, то яркость люминесцентного светильника серьезно снижается.
Схема электрическая принципиальная etl 236 электронного балласта. Эпра для лампы своими руками. Эпра для компактных лдс
Люминесцентная лампа (ЛЛ) представляет собой стеклянную трубку, заполненную инертным газом (Ar, Ne, Kr) с добавлением небольшого количества ртути. На концах трубки имеются металлические электроды для подачи напряжения, электрическое поле которого приводит к пробою газа, возникновению тлеющего разряда и появлению электрического тока в цепи. Свечение газового разряда бледно-голубого оттенка, в видимом световом диапазоне очень слабое.
Но в результате электрического разряда большая часть энергии переходит в невидимый, ультрафиолетовый диапазон, кванты которого, попадая в фосфорсодержащие составы (люминофорные покрытия) вызывают свечение в видимой области спектра. Меняя химический состав люминофора, получают различные цвета свечения: для ламп дневного света (ЛДС) разработаны различные оттенки белого цвета, а для освещения в декоративных целях можно выбрать лампы иного цвета. Изобретение и массовый выпуск люминесцентных ламп – это шаг вперед по сравнению с малоэффективными лампами накаливания.
Для чего нужен балласт?
Ток в газовом разряде растет лавинообразно, что приводит к резкому падению сопротивления. Для того чтобы электроды люминесцентной лампы не вышли из строя от перегрева, последовательно включается дополнительная нагрузка, ограничивающая величину тока, так называемый балластник. Иногда для его обозначения употребляют термин дроссель.
Используются два вида балластников: электромагнитный и электронный. Электромагнитный балласт имеет классическую, трансформаторную комплектацию: медный провод, металлические пластины. В электронных балластниках (electronic ballast) применяются электронные компоненты: диоды, динисторы, транзисторы, микросхемы.
Для первоначального поджига (пуска) разряда в лампе в электромагнитных устройствах дополнительно используется пусковое устройство – стартер. В электронном варианте балластника эта функция реализована в рамках единой электрической схемы. Устройство получается легким, компактным и объединяется единым термином – электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Массовое применение ЭПРА для люминесцентных ламп обусловлено следующими достоинствами:
- эти аппараты компактны, имеют небольшой вес;
- лампы включаются быстро, но при этом плавно;
- отсутствие мерцания и шума от вибрации, поскольку ЭПРА работает на высокой частоте (десятки кГц) в отличие от электромагнитных, работающих от сетевого напряжения с частотой 50 Гц;
- снижением тепловых потерь;
- электронный балласт для люминесцентных ламп имеет значение коэффициента мощности до 0,95;
- наличие нескольких, проверенных видов защиты, которые повышают безопасность использования и продлевают срок службы.
Схемы электронных балластов для люминесцентных ламп
ЭПРА – это электронная плата, начиненная электронными компонентами. Принципиальная схема включения (Рис. 1) и один из вариантов схемы балласта (Рис. 2) приведены на рисунках.
Люминесцентная лампа, С1 и С2 – конденсаторы
Электронные балласты могут иметь разное схемотехническое решение в зависимости от примененных комплектующих. Выпрямление напряжения производится диодами VD4–VD7 и далее фильтруется конденсатором C1. После подачи напряжения начинается зарядка конденсатора С4. При уровне 30 В пробивается динистор CD1 и открывается транзистор T2, затем включается в работу автогенератор на транзисторах T1, T2 и трансформаторе TR1. Резонансная частота последовательного контура из конденсаторов С2, С3, дросселя L1 и генератора близки по величине (45–50 кГц). Режим резонанса необходим для устойчивой работы схемы. Когда напряжение на конденсаторе С3 достигнет величины пуска, лампа зажигается. При этом снижается регулирующая частота генератора и напряжения, а дроссель ограничивает ток.
Ремонт ЭПРА
В случае отсутствия возможности быстрой замены вышедшего из строя ЭПРА можно попытаться отремонтировать балластник самостоятельно. Для этого выбираем следующую последовательность действий для устранения неисправности:
- для начала проверяется целостность предохранителя. Эта поломка часто встречается из-за перегрузки (перенапряжения) в сети 220 вольт;
- далее производится визуальный осмотр электронных компонентов: диодов, резисторов, транзисторов, конденсаторов, трансформаторов, дросселей;
- в случае обнаружения характерного почернения детали или платы ремонт производится с помощью замены на исправный элемент. Как проверить своими руками неисправный диод или транзистор, имея в наличии обычный мультиметр, хорошо известно любому пользователю с техническим образованием;
- может оказаться, что стоимость деталей для замены будет выше или сопоставима со стоимостью нового ЭПРА. В таком случае лучше не тратить время на ремонт, а подобрать близкую по параметрам замену.
ЭПРА для компактных ЛДС
Сравнительно недавно стали широко использоваться в быту люминесцентные энергосберегающие лампы, адаптированные под стандартные патроны для простых ламп накаливания – Е27, Е14, Е40. В этих устройствах электронные балласты находятся внутри патрона, поэтому ремонт этих ЭПРА теоретически возможен, но на практике проще купить новую лампу.
На фото показан пример такой лампы марки OSRAM, мощностью 21 ватт. Следует заметить, что в настоящее время позиции этой инновационной технологии постепенно занимают аналогичные лампы со светодиодными источниками. Полупроводниковая технология, непрерывно совершенствуясь, позволяет быстрыми темпами достигнуть цены на ЛДС, стоимость которых остается практически неизменной.
Люминесцентные лампы T8
Лампы T8 имеют диаметр стеклянной колбы 26 мм. Широко используемые лампы T10 и T12 имеют диаметры 31,7 и 38 мм соответственно. Для светильников обычно применяют ЛДС мощностью 18 Вт. Лампы T8 не теряют работоспособности при скачках питающего напряжения, но при понижении напряжения более чем на 10% зажигание лампы не гарантируется. Температура окружающего воздуха также влияет на надежность работы ЛДС T8. При минусовых температурах снижается световой поток, и могут происходить сбои в зажигании ламп. Лампы T8 имеют срок службы от 9 000 до 12 000 часов.
Как изготовить светильник своими руками?
Сделать простейший светильник из двух ламп можно следующим образом:
- выбираем подходящие по цветовой температуре (оттенку белого цвета) лампы по 36 Вт;
- изготавливаем корпус из материала, который не воспламенится. Можно задействовать корпус от старого светильника. Подбираем ЭПРА под данную мощность. На маркировке должно быть обозначение 2 х 36;
- подбираем к лампам 4 патрона с маркировкой G13 (зазор между электродами составляет 13 мм), монтажный провод и саморезы;
- патроны необходимо закрепить на корпусе;
- место установки ЭПРА выбирают из соображения минимизации нагрева от работающих ламп;
- патроны подключаются к цоколям ЛДС;
- для предохранения ламп от механического воздействия желательно установить прозрачный или матовый защитный колпак;
- светильник закрепляется на потолке и подключается к сети питания 220 В.
Балласт для газоразрядной лампы (люминесцентные источники света) применяется с целью обеспечения нормальных условий работы. Другое название – пускорегулирующий аппарат (ПРА). Существует два варианта: электромагнитный и электронный. Первый из них отличается рядом недостатков, например, шум, эффект мерцания люминесцентной лампы.
Второй вид балласта исключает многие минусы в работе источника света данной группы, поэтому и более популярен. Но поломки в таких приборах тоже случаются. Прежде чем выбрасывать, рекомендуется проверить элементы схемы балласта на наличие неисправностей. Вполне реально самостоятельно выполнить ремонт ЭПРА.
Разновидности и принцип функционирования
Главная функция ЭПРА заключается в преобразовании переменного тока в постоянный. По-другому электронный балласт для газоразрядных ламп называется еще и высокочастотным инвертором. Один из плюсов таких приборов – компактность и, соответственно, небольшой вес, что дополнительно упрощает работу люминесцентных источников света. А еще ЭПРА не создает шум при работе.
Балласт электронного типа после подключения к источнику питания обеспечивает выпрямление тока и подогрев электродов. Чтобы люминесцентная лампа зажглась, подается напряжение определенной величины. Настройка тока происходит в автоматическом режиме, что реализуется посредством специального регулятора.
Такая возможность исключает вероятность появления мерцания. Последний этап – происходит высоковольтный импульс. Поджиг люминесцентной лампы осуществляется за 1,7 с. Если при запуске источника света имеет место сбой, тело накала моментально выходит из строя (перегорает). Тогда можно попытаться сделать ремонт своими руками, для чего требуется вскрыть корпус. Схема электронного балласта выглядит так:
Основные элементы ЭПРА люминесцентной лампы: фильтры; непосредственно сам выпрямитель; преобразователь; дроссель. Схема обеспечивает еще и защиту от скачков напряжения питающего источника, что исключает необходимость ремонта по данной причине. А, кроме того, балласт для газоразрядных ламп реализует функцию коррекции коэффициента мощности.
По целевому назначению встречаются следующие виды ЭПРА:
- для линейных ламп;
- балласт, встроенный в конструкцию компактных люминесцентных источников света.
ЭПРА для люминесцентных ламп подразделяются на группы, отличные по функциональности: аналоговые; цифровые; стандартные.
Схема подключения, запуск
Пускорегулирующий аппарат подключается с одной стороны к источнику питания, с другой – к осветительному элементу. Нужно предусмотреть возможность установки и крепления ЭПРА. Подключение производится в соответствии с полярностью проводов. Если планируется установить две лампы через ПРА, используется вариант параллельного соединения.
Схема будет выглядеть следующим образом:
Группа газоразрядных люминесцентных ламп не может нормально работать без пускорегулирующего аппарата. Его электронный вариант конструкции обеспечивает мягкий, но одновременно с тем и практически мгновенный запуск источника света, что дополнительно продлевает срок его службы.
Поджиг и поддержание функционирования лампы осуществляется в три этапа: прогрев электродов, появление излучения в результате высоковольтного импульса, поддержание горения осуществляется посредством постоянной подачи напряжения небольшой величины.
Определение поломки и ремонтные работы
Если наблюдаются проблемы в работе газоразрядных ламп (мерцание, отсутствие свечения), можно самостоятельно сделать ремонт. Но сначала необходимо понять, в чем заключается проблема: в балласте или осветительном элементе. Чтобы проверить работоспособность ЭПРА, из светильников удаляется линейная лампочка, электроды замыкаются, и подсоединяется обычная лампа накаливания. Если она загорелась, проблема не в пускорегулирующем аппарате.
В противном же случае нужно искать причину поломки внутри балласта. Чтобы определить неисправность люминесцентных светильников, необходимо «прозвонить» все элементы по очереди. Начинать следует с предохранителя. Если один из узлов схемы вышел из строя, необходимо заменить его аналогом. Параметры можно увидеть на сгоревшем элементе. Ремонт балласта для газоразрядных ламп предполагает необходимость использования навыков владения паяльником.
Если с предохранителем все в порядке, далее следует проверить на исправность конденсатор и диоды, которые установлены в непосредственной близости к нему. Напряжение конденсатора не должно быть ниже определенного порога (для разных элементов эта величина разнится). Если все элементы ПРА в рабочем состоянии, без видимых повреждений и прозвон также ничего не дал, осталось проверить обмотку дросселя.
В некоторых случаях проще купить новую лампу. Это целесообразно сделать в случае, когда стоимость отдельных элементов выше ожидаемого предела или при отсутствии достаточных навыков в процессе пайки.
Ремонт компактных люминесцентных ламп выполняется по сходному принципу: сначала разбирается корпус; проверяются нити накала, определяется причина поломки на плате ПРА. Часто встречаются ситуации, когда балласт полностью исправен, а нити накаливания перегорели. Починку лампы в этом случае произвести сложно. Если в доме имеется еще один сломанный источник света сходной модели, но с неповрежденным телом накала, можно совместить два изделия в одно.
Таким образом, ЭПРА представляет группу усовершенствованных аппаратов, обеспечивающих эффективную работу люминесцентных ламп. Если было замечено мерцание источника света или он и вовсе не включается, проверка балласта и его последующий ремонт позволят продлить срок службы лампочки.
Занятий, с достаточным световым потоком и в тоже время экономичного, подвигло, можно даже сказать, на некоторые искания и пробу вариантов. Сначала использовал обычную небольшую лампу прищепку, поменял её на маленький настольный люминесцентный светильник, затем был 18 ваттный люминесцентный светильник «потолочно — настенного» варианта китайского производства. Последнее понравилось более всего, но крепление непосредственно самой лампы в арматуре было несколько занижено, буквально на два — три сантиметра, однако «для полного счастья» их и не хватало. Выход нашёл в том, чтобы сделать тоже самое, но по своему. Так как работа имевшегося ЭПРА нареканий не вызывала логично было схему повторить.
Схема принципиальная
Это большая часть данного ЭПРА, дроссель и конденсатор у китайцев сюда не вошли.
Собственно добросовестно срисованная с печатной платы схема. Номинал электронных компонентов, позволяющих это сделать, определялся не только «по внешнему виду», но и при помощи замеров, с предварительным выпаиванием компонентов из платы. На схеме номинал резисторов указан в соответствии с цветовой маркировкой. Только в отношении дросселя позволил себе не разматывать имеющийся для определения количества витков, а замерил сопротивление намотанного провода (1,5 Ом при диаметре 0,4 мм) — сработало.
Первая сборка на монтажной плате. Номиналы компонентов подбирал скрупулёзно, невзирая на габариты и количество, и был вознаграждён — лампочка зажглась с первого раза. Ферритовое кольцо (10 х 6 х 4,5 мм) от энергосберегающей лампочки, его магнитная проницаемость неизвестна, диаметр провода катушек на него намотанных 0,3 мм (без изоляции). Первый пуск в обязательнейшем порядке через лампочку накаливания в 25 Вт. Если она горит а люминесцентная первоначально мигает и тухнет — увеличивайте (постепенно) номинал С4, когда всё заработало и ничего подозрительного обнаружено не было, и убрал лампу накаливания, то уменьшил его номинал до первоначального значения.
В какой-то мере ориентируясь на печатную плату первоисточника, нарисовал печатку под имеющийся подходящий корпус и электронные компоненты.
Протравил платку и собрал схему. Уже предвкушал момент, когда буду доволен собой и рад бытию. Но, схема, собранная на печатной плате отказалась работать. Пришлось вникать и заниматься подбором резисторов и конденсаторов. На момент установки ЭПРА по месту эксплуатации С4 имел ёмкость 3n5, С5 — 7n5, R4 сопротивление 6 Ом, R5 — 8 Ом, R7 — 13 Ом.
Светильник «вписался» не только в дизайн, лампа, поднятая до упора вверх, дала возможность комфортно пользоваться полочкой внутри ниши секретера. Уют в «помещении» наводил Babay.
Электронный балласт: принцип работы и принципиальная схема
Что такое электронный балласт?
Электронный балласт (или электрический балласт) — это устройство, которое регулирует пусковое напряжение и рабочие токи осветительных устройств.
Это происходит по принципу газового разряда . Электронный балласт преобразует частоту питания в очень высокую частоту, чтобы инициировать процесс газового разряда в люминесцентных лампах — путем управления напряжением на лампе и током через лампу.
Использование электронного балласта
Использование электронного балласта вместо электромагнитного балласта дает некоторые преимущества.
- Работает при низком напряжении питания. Он производит высокую частоту, чтобы дать очень высокое выходное напряжение на начальном этапе для запуска процесса разряда.
- Во время работы создает очень низкий уровень шума.
- Не создает стробоскопического эффекта или радиопомех.
- Поскольку он работает с очень высокой частотой, он помогает мгновенно включить лампу.
- Не требует пускателя, который используется в электромагнитном балласте.
- Не создает мерцания.
- Нет вибрации при запуске.
- Его вес очень минимален.
- Потери балласта очень меньше. Следовательно, возможна экономия энергии.
- Увеличивает срок службы лампы.
- Из-за работы на более высокой частоте процесс разряда в люминесцентной лампе происходит с большей скоростью. Следовательно, качество света повышается.
Принцип работы электронного балласта
Электронный балласт работает с частотой 50-60 Гц.Сначала он преобразует переменное напряжение в постоянное. После этого выполняется фильтрация этого постоянного напряжения с использованием конфигурации конденсатора. Теперь отфильтрованное постоянное напряжение подается на каскад высокочастотных колебаний, где колебания обычно представляют собой прямоугольную волну, а диапазон частот составляет от 20 кГц до 80 кГц.
Следовательно, выходной ток имеет очень высокую частоту. Предусмотрена небольшая индуктивность, связанная с высокой скоростью изменения тока на высокой частоте, чтобы генерировать высокое значение.
Обычно для включения процесса газового разряда в свете люминесцентных ламп требуется более 400 В.Когда переключатель находится в положении ON, начальное напряжение на лампе становится около 1000 В из-за высокого значения, следовательно, газовый разряд происходит мгновенно.
Как только процесс разряда начинается, напряжение на лампе снижается от 230 В до 125 В, а затем этот электронный балласт позволяет ограниченному току проходить через эту лампу.
Этот контроль напряжения и тока осуществляется блоком управления электронного балласта. В рабочем состоянии люминесцентных ламп электронный балласт действует как диммер для ограничения тока и напряжения.
Базовая схема электронного балласта
В наши дни конструкция электронного балласта настолько прочна и в некоторой степени сложна для очень плавной работы с высокой управляемой способностью. Основные компоненты, используемые в электронном балласте , перечислены ниже.
- Фильтр электромагнитных помех: блокирует любые электромагнитные помехи.
- Выпрямитель: преобразует мощность переменного тока в мощность постоянного тока.
- PFC: выполняет коррекцию коэффициента мощности. 80 кГц).
- Цепь управления: Управляет напряжением и током через лампу и через нее соответственно.
Что такое СПРЯТАННЫЙ балласт?
HID балласт (HID означает разряд высокой интенсивности) — это устройство, которое используется для управления напряжением и током дуги разрядных ламп высокой интенсивности во время их работы. Принципиальная схема для различных типов балластов HID показана ниже.
Типы балласта HID
Балласты HID можно разделить на четыре различные категории / типы:
- Балласт реактора
- Балласт задержки
- Балласт регулятора
- Балласт автоматического регулятора
Краткое описание каждого типа приведено нижеприведенный.
Балласт реактора
- Этот балласт реактора представляет собой катушку из проволоки на железном сердечнике, установленную последовательно с лампой.
- Конденсатор вводится для корректировки коэффициента мощности, и этот конденсатор необходимо вставить поперек линии.
- Изменение напряжения в лампе из-за реактора составляет 18%, для мощности это изменение 5% и изменение напряжения сети 5%.
- Он очень хорошо регулирует напряжение лампы, но очень плохо регулирует сетевое напряжение.
- Балласт реактора обеспечивает низкий пик-фактор тока около 1.5.
- Величина пускового напряжения, которое она может обеспечить лампе, имеет ограничения вплоть до линейного напряжения.
Балласт регулятора показан ниже.
Балласт запаздывания
- Комбинация автотрансформатора и реактора образует балласт запаздывания.
- Этот запаздывающий балласт имеет те же характеристики регулирования, что и балласт реактора.
- Но запаздывающий балласт преодолевает ограничение пускового напряжения, т. Е. Больше, чем напряжение в сети.
- Большой размер с большей потерей.
- Затягивающий балласт дороже.
Принципиальная схема запаздывающего балласта показана ниже.
ПРА регулятора
- ПРА регулятора изолированы первичная и вторичная обмотки.
- Достигается ограничение тока через последовательный конденсатор.
- Этот конденсатор проводит ток, чтобы вести вторичное напряжение.
- С балластом регулятора достигается отличное регулирование.
- При использовании этого балласта регулятора изменение линейного напряжения составляет ± 13%, а примерно ± 3% — изменение мощности лампы.
- Его коэффициент мощности около 0,95.
- Минимизирует проблемы с заземлением и предохранителями.
- Более высокий коэффициент амплитуды тока является только его недостатком, поскольку этот коэффициент амплитуды находится в пределах от 1,65 до 2,0.
Принципиальная схема балласта регулятора показана ниже.
Балласт авторегулятора
- Балласт авторегулятора имеет характеристики как запаздывающего балласта, так и балласта регулятора.
- Этот балласт с авторегулятором является самым популярным и предназначен в качестве компромисса.
- Его стоимость меньше, и он не обеспечивает изоляцию между первичной и вторичной обмотками.
- Недвижимость в плохом состоянии.
- Это вызывает изменение напряжения в сети на ± 10% и изменение мощности на ± 5%.
Принципиальная схема балласта авторегулятора показана ниже.
Какой текущий пик-фактор для балласта HID?
Текущий пик-фактор — это отношение пикового значения к среднеквадратичному току балласта HID , т.е.е.
Какой балласт используется в натриевой лампе?
В натриевых лампах используется балласт другого типа. Пик-фактор не должен превышать 1,8 для правильной работы лампы. Как и в натриевой лампе, для ионизации газообразного ксенона требуется очень высокое напряжение, поэтому пусковое напряжение с более высоким значением должно быть получено с помощью такого специального балласта.
Мощность лампы тщательно контролируется для контроля испарения амальгамы. Характеристики этого балласта приведены ниже.
- Громоздкий электромагнитный балласт.
- Комбинирован с воспламенителями.
- Он имеет гораздо лучшую способность поддерживать световой поток.
- Недавно были введены электронные балласты для более эффективного выполнения тех же задач.
Каковы балластные потери в разных балластах?
HID балласт потери суммированы в таблице ниже:
(PDF) Конфигурации электронных балластных цепей для люминесцентных ламп
6
при открытой нагрузке [17]. После ионизации лампы S2 приводит в действие лампу
.Как только сопротивление лампы падает, напряжение на
S2 становится меньше, чем при запуске. Ток нити
вместе с напряжениями на S1 и S3 уменьшается. Обратная связь
обмоток выходного трансформатора Т1 управляют транзисторами.
На рисунке 10 показаны формы установившихся сигналов балластной цепи, питаемой напряжением
, для различных значений токов индуктивности и коллектора
.
В установившемся режиме пиковое напряжение на транзисторе
Рис.9. Двухтактная резонансная схема балласта [17]
Рис. 10. Формы установившихся сигналов двухтактного балласта
торс равняется удвоенному пиковому напряжению питания из-за отражения
от трансформатора:
Vpeak = 2 × √2 × Vmains (1)
Для сети 220 В это дает значение около 620 В. Добавлен запас прочности
для защиты устройства от переходных процессов
при включении и выключении, и следует использовать устройства с рейтингом около 1400
[17].В таблице 2 показаны значения тока рабочего коллектора
для различных топологий балласта ламп для различных рабочих напряжений
. Показаны различные топологии
, работающие в своих собственных диапазонах мощности.
IX. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В этой статье мы представили различные типы схем
конфигураций для люминесцентных ламп, работающих на электронных балластах
. Характеристики электронных балластов также примерно
по сравнению с магнитными балластами.Высокоэффективные электронные балласты
предпочтительнее электромагнитных из-за
Рис. 11. Значения тока рабочего коллектора для топологий балласта ламп
с их особенностями, такими как уменьшение веса, повышение эффективности и уменьшение мерцания
. В частности, это достигается за счет увеличения рабочей частоты
с нормальной рабочей частоты
до гораздо более высокой частоты, таким образом повышая эффективность лампы
примерно на 10%
ССЫЛКИ
[1] Майкл Байранзаде, «Конструкция электронного балласта лампы. , Примечание по применению
AN1543 / D, 1995.
[2] Азлан Камил Б. Мохаммад Фаузи, «Самоколебательный диммируемый электронный балласт
tronic, март 2006 г.
[3] Спенглер, Джим, и Ануп К. Бехера. «Методы коррекции коэффициента мощности
, используемые для балластов люминесцентных ламп». Общество промышленных приложений An-
Ежегодное собрание, 1991 г., Отчет о конференции 1991 г., IEEE. IEEE, 1991.
[4] Тростл, А., «Самоконфигурируемый интерфейс регулировки яркости для люминесцентных ламп
балластов», Отчет конференции 2001 IEEE Industry Applications
Conference, 2001.Тридцать шестое ежегодное собрание МСФО, том 2, №, стр. 906-
911 том 2, 30 сентября — 4 октября 2001 г.
[5] Бланко, Сесилио, Маркос Алонсо, Эмилио Лопес, Антонио Каллеха , и
Мануэль Рико. «Одноступенчатый балласт для люминесцентных ламп с высокой мощностью
с коэффициентом». На конференции и выставке прикладной силовой электроники, 1996.
APEC’96. Материалы конференции 1996 г., одиннадцатый ежегодник, т. 2. С.
616-621. IEEE, 1996.
[6] Wu, T-F., M-C. Чан и Э.Б.Чанг. «Анализ и проектирование одноступенчатого электронного балласта с высоким коэффициентом мощности
и функцией диммирования». В
Конференция и выставка по прикладной силовой электронике, 1997. APEC’97
Conference Proceedings 1997., Twelfth Annual, vol. 2. С. 1030-1036.
IEEE, 1997.
[7] Сринвасан, Р., Оруганти, Р., «Единичный коэффициент преобразователя мощности с использованием топологии повышения мощности моста Half-
, IEEE, Transactions on Power Electronics», vol.
13, вып.13, 1999.
[8] Фрейтас-Виейра, Дж. К. М., Зорал, Л., «Электронный балласт с высоким коэффициентом мощности
на основе одного каскада обработки мощности», IEEE, PESC’95, стр. 687-
693, 1995.
[9] Alonso, JM, Calleja, AJ, Ferrero, FJ, Lopez, E., Ribas, J., Rico —
Secades, M., «Одноступенчатая установка постоянной мощности высокой мощности. Factor Elec-
tronic Ballast с возможностью диммирования », IEEE, PESC’98, vol 2. 1998.
[10] do Prado, RN, Bonalso, S.А., Грефф Д.С., «К высокомощному факс-
tor Flyback-Half Bridge для преобразовательного люминесцентного освещения», IEEE,
IECON’98, 1998.
[11] Deng, e., Cuk, S. , «Одноступенчатый, с высоким коэффициентом мощности, балласт лампы»,
IEEE, APEC’94, 1994.
[12] Бриоши, Р. О., Ламего, М. М., Виейра, Л. Ф., «Недорогая высокопроизводительная электроника с коэффициентом
. Ballast, Proceedings of the IEEE Industry Applications
Society Annual Meeting », 1997, pp. 2360-2365.
[13] Алонсо, Дж.M., Calleja, AJ, Ribas, J., Lopez, E., Rico-Secades, M., «A
Новый недорогой интегрированный балласт с высоким коэффициентом мощности для люминесцентных ламп
», Труды IEEE Конференция по промышленной электронике
IECON97, pp.941-946.
[14] Сюн, Вэй. «Контроль истечения срока службы балласта параллельных ламп». Патент США
8,947,020, выдан 3 февраля 2015 г.
[15] Xiong, Wei. «Непрямое определение угла проводимости линейного напряжения для балласта с регулируемой яркостью прерывателя
.”Патент США 8,947,015, выдан 3 февраля
2015.
[16] Виджаясаратхи, Н. и С. Сантия. «Моделирование и анализ рабочих характеристик параллельного резонансного инвертора для применения с электронным балластом».
Моделирование 4, вып. 2 (2015).
[17] A.Vitanza, R.Scollo, A.Hayes, «Электронный балласт для люминесцентных ламп,
Application Note STMicroelectronics, 1999.
[18] Робертс, Л. Майкл. «Как работают магнитно-индукционные лампы». Интернет, 2011.
Как работают люминесцентные лампы
Как работают люминесцентные лампы| Elliott Sound Products | Как работают люминесцентные лампы |
© 2007 Род Эллиотт (ESP)
Лампы и индекс энергии
Главный указатель
Содержание
1 Введение
Статья «Традиционные люминесцентные ламповые лампы и их альтернативы» рассматривает работу люминесцентных ламп в довольно простых терминах, но здесь мы рассмотрим лампы и их балласты (как «традиционные» магнитные, так и электронные) и немного углубимся в их внутреннюю часть. выработки.Используются альтернативные схемы балласта (например, схема «опережение / запаздывание»), и это показано в предыдущей статье. Здесь это не рассматривается, потому что речь идет о том, как они работают, а не о способе подключения фитингов.
Принцип работы люминесцентной лампы сильно отличается от простой лампы накаливания, и современные люминесцентные лампы (особенно компактные люминесцентные лампы или КЛЛ) используют электронные балласты для регулирования напряжения на лампе и тока через нее.При первом запуске необходимо обеспечить значительно более высокое напряжение, чем обычно, чтобы вызвать возникновение внутренней дуги, а после запуска ток должен быть ограничен до безопасного значения для трубки.
В этой статье показаны некоторые способы достижения этих целей, начиная с базового индуктивного балласта, который был основой производства люминесцентных ламп на протяжении многих лет.
Обратите внимание, что показанные здесь формы сигналов представляют собой комбинацию моделирования и реальных измерений.При необходимости смоделированные формы сигналов корректируются для соответствия измеренным. Причина такого подхода проста … симулятор не может представить нагрузку с отрицательным импедансом с соответствующими напряжениями удара и другими характеристиками, которые представляет люминесцентная лампа. Точно так же очень сложно (и потенциально смертельно) пытаться уловить все напряжения и токи, которые существуют в цепях реальных люминесцентных ламп.
Хотя принятый подход действительно вносит некоторые незначительные ошибки в показанные формы сигналов, они относительно незначительны, а конечный результат находится в пределах любого традиционного производственного допуска для балластов, ламп и других компонентов.
2 Индуктивный балласт
Для объяснения индуктивного балласта я использовал старую «компактную» люминесцентную лампу, которая идеально подходит для тестирования. Хотя он по-прежнему работает, световой поток несколько ниже, чем должен быть, но это лишь немного меняет некоторые измеренные значения. Принципы не меняются.
Сама лампа имеет следующие характеристики …
Диаметр трубки 11,3 мм (нестандартный) Длина 533 мм (21 дюйм) Сопротивление нити (холодная) 12.8 Ом Сопротивление нити (горячее) 23 Ом Балластное сопротивление 105 Ом Балластная индуктивность 2,11 H Стартер 2,11 H Стартер 1,2 нФ
Диаметр люминесцентных ламп обычно обозначается как T8 (например). Это означает, что диаметр составляет 8 x 1/8 дюйма, что составляет 1 дюйм (25.4 мм). Ранние лампы были T12 (1½ дюйма или 38 мм в диаметре), но они были уменьшены в размерах до T8, когда были представлены (тогда) «новые» высокоэффективные типы. Стандартная 4-футовая трубка (1200 мм) раньше рассчитывалась на 40 Вт, но их замена была 36 Вт, а светоотдача была улучшена. Последнее воплощение — T5 (диаметр 16 мм), в котором используется меньшее расстояние между выводами и другой фитинг надгробной плиты. Они также короче (1163 мм) и не подходят для стандартного светильника. разработан для более ранних ламп.
В случае моего тестового образца диаметр трубки намного меньше обычного, потому что лампа обозначена как компактная, поэтому ее складывают, чтобы уменьшить общую длину.Упоминается сопротивление нити, потому что оно будет упомянуто позже в этой статье. Схема представлена ниже и является стандартной во всех отношениях.
Рисунок 1 — Схема люминесцентной лампы
Катушка индуктивности — это балласт, и на самом деле это гораздо более важный компонент, чем он может показаться. Он не только ограничивает максимальный ток трубки, но и используется для генерации импульсов высокого напряжения, необходимых для запуска плазменной дуги внутри трубки. Сама люминесцентная лампа имеет на каждом конце нагреватель, небольшое количество ртути и инертный газ (обычно аргон).Стенка трубки покрыта люминофором, излучающим видимый свет при возбуждении интенсивным коротковолновым ультрафиолетовым светом, излучаемым ртутным дуговым разрядом. Дополнительный конденсатор (C2) предназначен для коррекции коэффициента мощности — подробнее об этом позже.
Маленькая лампочка — стартер. Биметаллическая полоса запечатана в стеклянную оболочку с (обычно) неоновым газом внутри. При подаче питания напряжения более чем достаточно, чтобы вызвать дугу в неоновом пускателе, но не настолько, чтобы вызвать дугу в самой лампе.Тепло от неоновой дуги заставляет биметаллическую полосу изгибаться, пока она не замыкает контакты. Затем дуга в неоновом стартере прекращается, и сеть подключается через балласт и нити на каждом конце трубки через выключатель стартера.
Когда в пускателе отсутствует дуга (или накал), биметаллическая полоса охлаждается, и примерно через секунду выключатель размыкается. Прерывание тока через катушку индуктивности вызывает возврат напряжения — импульс высокого напряжения, который (будем надеяться) зажжет дугу в трубке.Если дуга не запускается с первого раза, процесс повторяется до тех пор, пока не начнется. Вот почему стандартные люминесцентные лампы при включении несколько раз мигают. Нити — это нагреватели, которые действуют как катоды (эмиттеры электронов) и необходимы для обеспечения достаточного количества тепла для испарения ртути и обеспечения хорошего потока электронов для возбуждения плазмы. Когда лампа работает нормально, потока электронов достаточно для поддержания приемлемой рабочей температуры нити накала. Обе нити действуют как катоды и аноды поочередно, потому что полярность меняется 50 (или 60) раз в секунду.
Плазма имеет интересную характеристику … отрицательное сопротивление! Как только начинается дуга, более высокий рабочий ток вызывает падение сопротивления и меньшее напряжение появляется на трубке. Если бы это продолжалось, трубка очень быстро разрушилась бы. Балласт предотвращает это, потому что он вводит последовательный импеданс для ограничения тока. Сопротивление не сработает, потому что оно слишком расточительно и не обеспечивает накопления энергии для генерации всплеска обратного напряжения для повторного зажигания дуги при каждом изменении полярности.
Рисунок 2 — Рабочие осциллограммы
На Рисунке 2 вы можете видеть, что когда ток трубки (зеленая кривая) максимален, напряжение (красная кривая) на трубке минимально. Эффект можно увидеть сразу после каждого скачка напряжения. По мере увеличения тока напряжение падает (для этой трубки минимум составлял ± 126 В). Пик в точке пересечения нуля формы волны тока генерируется балластом, и именно он повторно зажигает дугу для каждого полупериода подключенной сети.На рисунке 3 показано напряжение на балласте — быстрые переходы соответствуют пикам, приложенным к лампе, и происходят около пика напряжения, где ток прерывается, когда проходит через ноль.
Рисунок 3 — Напряжение и ток в балласте
Форма волны напряжения на балласте по существу представляет собой разницу между приложенным сетевым напряжением и напряжением на лампе. Для работы на 120 В напряжение явно меньше, но лампе все еще нужно где-то между 300-400 В, чтобы зажигать (или повторно зажигать) дугу, поэтому балласт должен иметь возможность компенсировать разницу с помощью обратного импульса на каждом нуле. -пересечение тока.У меня нет люминесцентной лампы на 120 В или пускорегулирующего устройства, поэтому я не могу предоставить полную информацию. То, что люминесцентные лампы вообще работают с напряжением 120 В, несколько примечательно, но легко понять, почему электронные балласты так популярны в США. Многие балласты для стран с напряжением 120 В используют «балласт» автотрансформатора, который увеличивает доступное напряжение и действует как ограничитель тока.
3 Системные потери
В системе несколько потерь, причем балласт является одним из основных факторов.Балласт, использованный в моих тестах, имеет сопротивление постоянному току 105 Ом, поэтому расходуется почти 7 Вт. Потери на самом деле выше, потому что стальные листы очень быстро нагреваются, поэтому «потери в железе» значительны. Это можно уменьшить только за счет использования стали более высокого качества и более тонких листов. Оба значительно увеличат стоимость.
Каждая нить накала имеет горячее сопротивление 23 Ом, и при работающей лампе на каждой нити присутствует напряжение почти 6 В. Помните, что во время работы конец нити накала, идущий к стартеру, отключается (за исключением очень маленькой емкости на стартере).Измеренное напряжение представляет собой градиент, вызванный током плазмы, и каждая нить накала рассеивает около 1,5 Вт (всего 3 Вт). Только в этих компонентах люминесцентная лампа расходует 10 Вт подаваемой мощности в виде тепла (7 Вт для балласта, 3 Вт для нити накала).
Хотя отходы балласта можно уменьшить с помощью более качественного блока, потеря накала необходимы для работы лампы. Это относится ко всем люминесцентным лампам, за исключением специализированных типов с холодным катодом, но для них требуется такой же специализированный электронный балласт.CCFL (люминесцентные лампы с холодным катодом) чаще всего встречаются в ЖК-мониторах и телевизорах, но теперь их заменяют светодиоды в новых моделях.
Есть еще одна потеря, которую пользователь не видит и даже не оплачивает. Эти потери являются результатом низкого коэффициента мощности люминесцентных ламп, и это вызвано преимущественно индуктивной нагрузкой. Индуктивная нагрузка вызывает запаздывающий коэффициент мощности, когда максимальный ток возникает после максимального напряжения. Вы также можете рассматривать это как точку, в которой нагрузка (лампа и индуктор) фактически возвращает некоторую мощность источнику питания.Для поставщика электроэнергии это означает, что трансформаторы, кабели и генераторы переменного тока должны выдерживать больший ток, чем должен быть. Это становится очень дорогостоящим, когда очень много нагрузок имеют низкий коэффициент мощности.
Рисунок 4 — Напряжение Vs. Текущие, нескорректированные и исправленные
На рисунке 4 вы можете видеть, что нескорректированная форма волны тока имеет видимые искажения около точки пересечения нуля. Как вы также можете видеть, среднеквадратичный ток также значительно выше, чем указано в номинальной мощности.Реактивные нагрузки имеют разные значения мощности и ВА, но для резистивной (или нереактивной) нагрузки они одинаковы.
В этом случае ток без C2 составляет 256 мА, а при добавлении C2 он падает до 162 мА. При приложенном напряжении 240 В это означает, что …
Без компенсации Общая мощность = 38 Вт ВА = 61,4 Коэффициент мощности = 0,62 Компенсированный Общая мощность = 38 Вт ВА =9 Коэффициент мощности = 0,97
Коэффициент мощности можно рассчитать, используя фазовую задержку или разделив фактическую мощность на ВА (Вольт * Ампер). Для угла сдвига по фазе ток отстает от напряжения на 57,4 °, а коэффициент мощности рассчитывается путем взятия косинуса фазового угла — 0,53 в данном случае. Цифры разные, потому что форма волны тока не является чистой синусоидой — она имеет искажения. Добавление конденсатора сдвигает фазу искажения, так что форма сигнала компенсированного тока становится плоской (что-то вроде ограничения усилителя).Хотя это вносит гармоники в сеть, их влияние далеко не так плохо, как в некомпенсированной цепи, о чем свидетельствует скорректированный коэффициент мощности. Добавление конденсатора правильного номинала в чисто индуктивную цепь (без искажения формы сигнала) даст коэффициент мощности, равный единице — идеальный вариант.
| Обратите внимание, что использование косинуса фазового угла (CosΦ) является сокращением, и можно использовать только , когда оба напряжение и ток являются синусоидальными волнами.Он вообще не работает для сильно искаженных сигналов, например, генерируемых электронными нагрузками, и будет давать неверные ответ для индуктивных нагрузок, которые включают искажения (например, люминесцентные лампы). Вы получите , всегда получите правильный ответ, если разделите реальную мощность на ВА. |
Также доступны пускорегулирующие аппараты «быстрого запуска» и пускорегулирующие устройства без стартера. Они выходят за рамки данной статьи, которая предназначена для описания основных принципов, а не для подробного описания всех имеющихся балластов люминесцентного освещения.
4 электронных балласта
Электронные балласты становятся все более распространенными, потому что их можно сделать более эффективными, чем типичный магнитный балласт, и для них требуется гораздо меньше материала. Это делает их дешевле (в изготовлении, но не обязательно для покупки вами), чем люминесцентные лампы с обычным балластом. В частности, теперь во всех компактных люминесцентных лампах (КЛЛ) используется электронный балласт, который обычно поставляется вместе с самой лампой. Хотя это удобно, это ужасная трата ресурсов, потому что все электронные компоненты просто выбрасываются, когда лампа выходит из строя.Лампы T5 в настоящее время становятся стандартом для люминесцентного освещения, и для максимального срока службы электронный балласт является обязательным.
В некоторой степени повышение эффективности по сравнению с магнитным балластом может быть иллюзией — по крайней мере, частично. Поскольку они намного легче, есть реальная и определенная экономия на транспортных расходах, но магнитные балласты могут быть такими же эффективными, как и электронная версия, а может быть, даже больше. Как бы то ни было, переход к электронным балластам сейчас не остановить, и по мере того, как цена снизится, их использование будет продолжать расти.У электронных балластов есть и другие преимущества, о которых мы поговорим позже.
Типичная (более или менее) принципиальная схема электронного балласта, используемого в КЛЛ, показана ниже. Те, которые используются для обычных люминесцентных ламп, будут очень похожи, но, как правило, будут использовать обновленные компоненты. В то время как электроника в КЛЛ может прослужить всего 15000 часов, фиксированный электронный балласт, как ожидается, прослужит около 100000 часов или более (более 10 лет непрерывной работы).На самом деле электронный балласт должен быть в состоянии прослужить столько же, сколько и его магнитный аналог, поэтому срок службы 40 лет не так глуп, как может показаться.
Рисунок 5 — Схема электронного балласта [2]
Схема на Рисунке 5 представляет собой немного упрощенную версию схемы, показанной в листе данных Infineon. Он полностью скорректирован по коэффициенту мощности и имеет защиту для обнаружения неисправных (или отсутствующих) ламп. Характерным режимом отказа люминесцентных ламп является «выпрямление», когда одна нить накала (катод) становится значительно слабее другой.Если не обнаружено, смещение постоянного тока приведет к отказу коммутирующих устройств, что сделает балласт бесполезным (маловероятно, что кто-то отремонтирует их, когда они выйдут из строя).
Электронный балласт действительно имеет ряд преимуществ перед магнитной версией. Поскольку дуга полностью погаснет примерно через 1 мс, при использовании более высокой частоты, чем сеть 50 или 60 Гц, дуга останется. Его не нужно наносить повторно, а просто меняет направление [1]. Кроме того, светоотдача увеличивается примерно на 10% выше 20 кГц, поэтому улучшается световая отдача.
До тех пор, пока коэффициент мощности всех этих электронных балластов не будет скорректирован, они будут вызывать проблемы с распределением. К сожалению, во многих странах не требуется, чтобы приборы малой мощности (обычно менее 75 Вт) имели коррекцию коэффициента мощности, но, учитывая распространение КЛЛ и электронных балластов в обычных люминесцентных лампах, это придется изменить. Поскольку освещение используется в каждом доме, проблема неисправленного коэффициента мощности выйдет из-под контроля, если что-то не будет сделано.
В отличие от магнитного балласта (индуктора), коэффициент мощности электронного балласта нельзя скорректировать простым добавлением конденсатора. Как видно на диаграмме выше (хотя это может быть не сразу очевидно), на выходе входного мостового выпрямителя имеется очень маленький конденсатор емкостью 220 нФ. Первый полевой МОП-транзистор работает как повышающий преобразователь и переключается на протяжении каждого полупериода. Таким образом, среднеквадратичный ток, потребляемый из сети, поддерживается в фазе с напряжением, а форма волны тока является приблизительно синусоидальной.Это дает очень хороший коэффициент мощности — возможно лучше 0,9. Чтобы предотвратить возвращение высокоскоростных коммутационных импульсов в сеть, необходима обширная фильтрация, на что указывает фильтр EMI (электромагнитных помех) на входе.
Для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) используется несколько более простая схема, так как схемы предназначены для выбрасывания. Лично я считаю это бессмысленным расточительством и надеюсь, что это не будет продолжаться (или, по крайней мере, будет введена переработка, чтобы восстановить как можно больше).Достаточно типичный инвертор CFL показан ниже …
Рисунок 6 — Типовая схема электронного балласта CFL
Я говорю «достаточно типичный», потому что в реальных схемах есть большие различия. Доступны специализированные микросхемы драйверов MOSFET, но большинство дешевых (потребительских) CFL будут использовать вариант вышеупомянутого. Обратите внимание, что резистор 0,47 Ом, показанный на входе, обычно представляет собой плавкий резистор, и он используется в первую очередь в качестве предохранителя. Почему бы не использовать настоящий предохранитель? Резисторы дешевле.Большинство деталей будет выбрано таким образом, чтобы выжить в течение установленного срока службы лампы, поэтому передовые методы проектирования обычно игнорируются, если можно ожидать, что деталь с более низким номиналом (и более дешевая) прослужит около 10 000 часов.
Трансформатор (T1) обеспечивает обратную связь с транзисторами и генерирует базовый ток, необходимый для надежного переключения. Цикл инициируется DIAC — двунаправленным устройством, которое имеет резкий переход из непроводящего состояния в проводящее.Поскольку он имеет характеристики, очень похожие на устройство с отрицательным импедансом, его часто используют в диммерах, люминесцентных балластах и даже в стробоскопах. Для получения дополнительной информации щелкните здесь, чтобы перейти к руководству по DIAC.
Обратите внимание, что схемы, показанные выше, предназначены только для информации и не должны быть построены так, как показано. Некоторым компонентам требуются очень специфические характеристики, трансформаторы и катушки индуктивности имеют решающее значение. В схемах нет ничего неправильного, им просто не хватает всей информации, необходимой для их построения.Речь идет о том, как эти вещи работают, а не о том, как их построить.
5 Коэффициент мощности Коэффициент мощности
не совсем понятен большинству энтузиастов электроники, и это вполне понятно, потому что он мало востребован в общих электронных схемах. Есть аспекты коэффициента мощности, которые даже не понимают многие инженеры, которым следует знать лучше. Когда создаются несинусоидальные формы волны тока, даже многие инженеры делают двойное замечание, потому что они не могут быть использованы для работы с электронными нагрузками.Я рассмотрю здесь оба случая, а также намереваюсь показать методы пассивной и активной коррекции коэффициента мощности. Хотя пассивный PFC (коррекция коэффициента мощности) привлекает своей простотой, на самом деле он оказывается более дорогостоящим из-за необходимости в большой катушке индуктивности. Активный PFC кажется сложным (и это действительно так, если вам нужно его спроектировать), но однажды спроектированный использует относительно дешевые компоненты.
Самый простой случай — индуктивная нагрузка. Это относится ко многим электрическим машинам, включая двигатели, трансформаторы и (конечно) балласты люминесцентного освещения (магнитные типы).Когда двигатель или трансформатор полностью загружены, он проявляет себя как резистивная нагрузка и имеет отличный коэффициент мощности. При малых нагрузках эта же часть оказывается индуктивной, и это приводит к отставанию тока от напряжения. Если нагрузка работает в этом режиме большую часть своего срока службы, необходимо применить поправку, чтобы вернуть PF как можно ближе к единице.
Коэффициент мощности резистивной нагрузки равен , всегда единицы — это идеально. Каждый вольт и каждый ампер используются для выработки тепла.Распространенными примерами являются электрические обогреватели, тостеры, чайники и лампы накаливания. Не все нагрузки резистивные, поэтому давайте рассмотрим типичный пример (но упрощенный для простоты описания и понимания).
Электрическая машина обычно работает при половинной нагрузке, но может потребоваться полная мощность при запуске или для работы с переходными нагрузками. Это может быть двигатель или трансформатор — две из наиболее распространенных используемых электрических машин (люминесцентная лампа с магнитным балластом немного сложнее).В каждом случае индуктивная и резистивная составляющие нагрузки будут равны (для половинной мощности), а формы сигналов напряжения, тока и мощности выглядят следующим образом …
Рисунок 7 — Электрическая машина на половинной мощности
Как и ожидалось, когда резистивная и индуктивная составляющие равны, наблюдается сдвиг фазы на 45 °, при этом ток отстает от напряжения (запаздывающий коэффициент мощности). Приложенное напряжение — 240 В, резистивная часть нагрузки — 120 Ом, индуктивное реактивное сопротивление — также 120 Ом, мощность — 240 Вт.Мы должны использовать 1 А от сети (240 В x 1 А = 240 Вт), а вместо этого потреблять 1,414 А. Дополнительный ток необходимо подавать, но он полностью расходуется впустую. Что ж, это не совсем так — его возвращают в сеть. Однако, если многие нагрузки делают то же самое, то оно просто рассеивается в виде тепла в трансформаторах, линиях электропередачи и генераторах электростанций. Очень мало реальных нагрузок являются емкостными, поэтому в схему добавляется конденсатор.
При сдвиге фаз 45 ° коэффициент мощности равен 0.707, и мы получаем 1,42 А от сети вместо 1 А. Чтобы восстановить ток так, чтобы он был в фазе с напряжением, нам нужно добавить в схему конденсатор. Конденсатор фактически противоположен катушке индуктивности и (сам по себе) будет создавать ведущий коэффициент мощности — ток будет предшествовать напряжению. Добавив в схему конденсатор нужного номинала, коэффициент мощности можно восстановить до единицы, что приведет к значительному снижению тока, потребляемого из сети. Для этого примера 13 мкФ почти идеальны, но даже 10 мкФ уменьшат фазовый сдвиг запаздывания до 14.2 °, и это увеличивает коэффициент мощности до 0,96 — обычно считается максимально близким к идеальному.
Весь процесс несколько нелогичен. То, что нагрузка может потреблять больше тока, чем должно быть, достаточно легко понять, но то, что повторное прохождение большего тока через конденсатор уменьшит сетевой ток, кажется, не имеет никакого смысла. Все дело в относительной фазе двух токов, и это действительно работает. В противном случае наша энергосистема оказалась бы в крайне тяжелом положении.
Рисунок 8 — Люминесцентный свет при нормальной работе
На несколько упрощенной диаграмме выше показаны формы сигналов напряжения и тока люминесцентной лампы. Упрощение состоит в том, что симуляторы не включают в себя нелинейные нагрузки с отрицательным сопротивлением, но на основной принцип (и результирующие формы сигналов) это существенно не влияет. Как видите, форма сигнала тока немного искажена, и это влияет на форму сигнала после применения компенсации. Фактически, гармоники, генерируемые искажением, сдвинуты по фазе, поэтому окончательная форма волны тока выглядит как обрезанная синусоида.Однако после компенсации коэффициент мощности очень хороший, 0,98 — отличный результат.
Без компенсации потребляемый ток составляет 276,5 мА (что дает коэффициент мощности 0,57), а после компенсации он падает до 159,5 мА. Мощность в нагрузке (сама лампа) составляет 29,8 Вт, а резистивный компонент балласта (R1) рассеивает 7,8 Вт — это теряется в виде тепла. Все потраченное впустую тепло снижает общую эффективность, но это неизбежно, поскольку реальные компоненты имеют реальные потери.
Ситуация становится намного хуже, когда используется нелинейная (электронная) нагрузка.На рисунке 9 показаны эквивалентная схема и осциллограммы — ток протекает только на пике приложенного напряжения. Хотя этот ток находится в фазе с напряжением, коэффициент мощности ужасен, потому что форма волны тока не похожа на синусоиду. Резкие пики тока имеют сравнительно высокое среднеквадратичное значение, но мощность, подаваемая и передаваемая в нагрузку, намного меньше.
Рисунок 9 — Осциллограммы мощности электронной нагрузки
Скорректированный ток не показан по той простой причине, что для коррекции формы сигнала необходимы значительные дополнительные компоненты.В отличие от случая, когда ток нагрузки является синусоидальным (или близок к нему), простое добавление конденсатора ничего полезного не принесет. Пики тока таковы, что их можно удалить только с помощью фильтра, предназначенного для пропускания только частоты сети. Как показано, ток составляет 296 мА, но, как видно, пиковое значение составляет почти 2 А. Нагрузка рассеивает 28 Вт, но «полная мощность» (ВА) составляет 71,4 ВА. Это дает коэффициент мощности 0,39 — действительно очень плохо. Если вам интересно, куда пропала разница в 1 Вт между источником и нагрузкой, она теряется в диодах.
Добавив фильтр (пассивный PFC), состоящий из катушки индуктивности и пары конденсаторов, это можно улучшить, но требование относительно большой индуктивности значительно увеличивает вес и стоимость. Один Генри примерно настолько мал, насколько вы можете использовать для определения номинальной мощности нагрузки, и хотя большее значение будет работать лучше, оно также снова будет больше, а также с более высокими потерями. По этим причинам пассивная коррекция коэффициента мощности обычно не используется с импульсными источниками питания.
Рисунок 10 — Пассивная коррекция коэффициента мощности
За счет добавления катушки индуктивности и конденсатора, как показано, коэффициент мощности значительно повышается.Форма волны тока все еще не очень хорошая, но намного лучше, чем схема без коррекции. Среднеквадратичный ток снижен с 296 мА до 136 мА, что дает 32,6 ВА. Мощность нагрузки составляет 29 Вт, поэтому коэффициент мощности теперь составляет 0,88, что намного более достойно. Как показано на рисунке 9, электроника считается практически без потерь. Излишне говорить, что это не так, но речь идет скорее о PFC, чем о потерях в цепи.
Катушка индуктивности (L1) — это относительно большой компонент, и по этой причине он будет сравнительно дорогим.Для снижения стоимости и веса лучше использовать электронную схему коррекции коэффициента мощности, и она также будет более эффективной. Меньшие потери мощности означают меньше потерь тепла и более прохладную электронику.
Рисунок 11 — Схема активной коррекции коэффициента мощности
Схема, показанная здесь, почти идентична схеме на рисунке 5, но упрощена, чтобы ее было легче понять. Входящая сеть проходит через фильтр электромагнитных помех, состоящий из C1 и L1. Затем он идет на мостовой выпрямитель, но вместо большого электролитического конденсатора все, что нужно, — конденсатор 220 нФ (C2).Выходной сигнал является пульсирующим постоянным током и изменяется от почти нуля до полного пикового напряжения (340 В для источника питания 240 В RMS). Затем он передается на очень умный повышающий преобразователь режима переключения — L2, Q1 и D5. Это увеличивает любое мгновенное напряжение на его входе до пикового напряжения — в этом случае моделируемый преобразователь стабилизируется на уровне 446 В (несколько выше, чем обычно используется).
Время включения и выключения тщательно контролируется для поддержания тока, который пропорционален форме волны входящего переменного тока, поэтому рабочий цикл (коэффициент включения-выключения) постоянно изменяется для поддержания правильного повышенного напряжения и пропорционального тока.D6 включен для обеспечения быстрой зарядки крышки основного фильтра (C3) от сети, а также обеспечивает подзарядку крышки. Это позволяет упростить схему управления.
Выходное напряжение повышающего преобразователя (обычно) регулируется, но регулирование не обязательно должно быть прекрасным, что опять же в некоторой степени упрощает схему. В схеме, показанной на рисунке 5, вы видите, что катушка индуктивности повышающего преобразователя (1,58 мГн) имеет вторичную обмотку. Это используется, чтобы сообщить IC контроллера, когда был достигнут правильный ток.В упрощенной схеме, показанной на рисунке 11, это не используется — период переключения фиксирован (схема была смоделирована, чтобы я мог получить форму тока, показанную ниже). Хотя эта упрощенная версия не так хороша, как «настоящая», она работает довольно хорошо — по крайней мере, в симуляторе.
Рисунок 12 — Формы сигналов активной коррекции коэффициента мощности
Как видите, форма сигнала тока довольно искажена, но измеренные характеристики симулятора впечатляют, несмотря на его относительную простоту.При 60 Вт в нагрузке (балласт и люминесцентная лампа) фактическая мощность сети составляет 61 Вт (потери в диодах, как и раньше), а при сетевом токе 266 мА он потребляет 64 ВА. Таким образом, коэффициент мощности составляет 0,94 — действительно очень удовлетворительный результат. Это значительно лучше, чем схема пассивной коррекции коэффициента мощности, и этого следовало ожидать. Весь анализ, который я видел, показывает, что активная схема коррекции коэффициента мощности превосходит пассивную схему как с точки зрения общей эффективности, так и коэффициента мощности. Катушки индуктивности имеют небольшие размеры (электрически и физически), а потери будут намного ниже, чем в любой пассивной цепи PFC.
Если вам интересно, мощность лампы в два раза больше, чем в двух предыдущих примерах, из-за того, что повышающий преобразователь имеет более высокое выходное напряжение, чем желаемое. Мне очень не хотелось тратить много времени на попытки подобрать уровни мощности, а моя упрощенная версия не регулируется. Успешно запустить симуляцию для импульсного преобразователя было непросто, а симуляция требует много времени из-за высокочастотного переключения.
Сейчас довольно стандартно, что искажение формы волны обозначается как THD (полное гармоническое искажение), которое в случае активной схемы PFC равно 11.7%. Делайте из этого то, что хотите.
6 Температура
Для правильной работы всех ртутных люминесцентных ламп очень важна температура. Есть относительно узкая полоса над и под которой уменьшается дуга, что приводит к более низкому, чем ожидалось, светоотдаче. Когда трубка холодная, в ней остается меньше паров ртути, поэтому дуга не может достичь полной силы из-за недостатка молекул ртути для поддержания разряда на желаемом уровне.
Когда температура слишком высока, давление пара увеличивается, увеличивая эффективное сопротивление дуги и снова уменьшая ток разряда. Для большинства компактных ламп (а также, вероятно, большинства стандартных люминесцентных ламп) температура трубки должна быть около 40 ° C для максимальной светоотдачи. При 0 ° C светоотдача составляет всего 40% — действительно очень тусклая лампа. Более высокие температуры не так сильны, но слишком горячая лампа все равно будет сильно разряжена.
Рисунок 13 — Светоотдача в зависимости отТемпература
Когда температура приближается к -38,83 ° C, световой поток полностью прекращается. Это температура, при которой ртуть замерзает, поэтому пары ртути не могут поддерживать дугу и излучать УФ-излучение. Кроме того, при понижении температуры напряжение, необходимое для зажигания дуги, увеличивается, и при 0 ° C лампе для зажигания потребуется примерно на 40% больше напряжения по сравнению с напряжением зажигания при нормальной температуре окружающей среды.
Во многих частях мира 0 ° C (или ниже) — это нормальная температура окружающей среды в течение многих месяцев в году, поэтому лампу будет труднее запустить и она будет иметь низкую мощность, пока лампа не нагреется немного. .В таком климате трубка должна быть закрыта, чтобы защитить ее от ветра, который может значительно снизить температуру и светоотдачу.
