Схема балласта люминесцентной лампы

Как работает электронный балласт и его схема

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.

1. Установленный в схему инвертор должен обеспечить подачу постоянного тока, тем самым обеспечить источник света равномерным излучением без мерцания.
2. При помощи него производится быстрое включение лампы. Без него она загорится тоже, но только через несколько секунд и при работе будет обязательно гудеть.
3. Скачки напряжения – враг номер один для системы освещения. Так вот балласт сглаживает данные скачки за счет выпрямления тока в независимости от его амплитуды.
4. 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.

Как устроены и работают ЭПРА для люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы не могут работать напрямую от сети 220В. Для их розжига нужно создать импульс высокого напряжения, а перед этим прогреть их спирали. Для этого используют пускорегулирующие аппараты. Они бывают двух типов — электромагнитные и электронные. В этой статье мы рассмотрим ЭПРА для люминесцентных ламп, что кто такое и как они работают.

Из чего состоит люминесцентная лампа и для чего нужен балласт?

Люминесцентная лампа этот газоразрядный источник света. Он состоит из колбы трубчатой формы наполненной парами ртути. По краям колбы расположены спирали. Соответственно на каждом краю колбы расположена пара контактов — это выводы спирали.

Работа такой лампы основана на люминесценции газов при протекании через него электрического тока. Но ток просто так между двумя металлическими спиралями (электродами) просто так не потечет. Для этого должен произойти разряд между ними, такой разряд называется тлеющим. Для этого спирали сначала разогревают, пропуская через них ток, а после этого между ними подают импульс высокого напряжения, 600 и более вольт. Разогретые спирали начинают эмитировать электроны и под действием высокого напряжения образуется разряд.

Если не вдаваться в подробности – то описание процесса достаточно для постановки задачи для источника питания таких ламп, он должен:

1. Разогреть спирали;

2. Сформировать зажигающий импульс;

3. Поддерживать напряжение и ток на достаточном уровне для работы лампы.

Интересно: Компактные люминесцентные лампы, которые чаще называют «энергосберегающими», имеют аналогичную структуру и требования для их работы. Единственное отличие состоит в том, что их габариты значительно уменьшены благодаря особой форме, по сути это такая же трубчатая колба, на форма не линейная, а закрученная в спиралевидную.

Устройство для питания люминесцентных ламп называется пускорегулирующим аппаратом (сокращенно ПРА), а в народе просто — балластом.

Различают два вида балласта:

1. Электромагнитный (ЭмПРА) — состоит из дросселя и стартера. Его преимущества — простота, а недостатков масса: низкий КПД, пульсации светового потока, помехи в электросети при его работе, низкий коэффициент мощности, гудение, стробоскопический эффект. Ниже вы видите его схему и внешний вид.

2. Электронные (ЭПРА) — современный источник питания для люминесцентных ламп, он представляет собой плату, на которой расположен высокочастотный преобразователь. Лишен всех перечисленных выше недостатков, благодаря чему лампы выдают больший световой поток и срок службы.

Схема ЭПРА

Типовой электронный балласт состоит из таких узлов:

2. Высокочастотный генератор выполненный на ШИМ-контроллере (в дорогих моделях) или на авто генераторный схеме с полумостовым (чаще всего) преобразователем.

3. Пусковой пороговый элемент (обычно динистор DB3 с пороговым напряжением 30В).

4. Разжигающей силовой LC-цепи.

Типовая схема изображена ниже, рассмотрим каждый из её узлов:

Переменное напряжение поступает на диодный мост, где выпрямляется и сглаживается фильтрующим конденсатором. В нормальном случае до моста устанавливают предохранитель и фильтр электромагнитных помех. Но в большинстве китайских ЭПРА нет фильтров, а ёмкость сглаживающего конденсатора ниже необходимой, от чего бывают проблемы с поджигом и работой светильника.

Совет: если вы ремонтируете ЭПРА, то прочтите статью «Как проверить диодный мост» на нашем сайте.

После этого напряжение поступает на автогенератор. Из названия понятно, что автогенератор — это схема, которая самостоятельно генерирует колебания. В этом случае она выполнена на одном или двух транзисторах, в зависимости от мощности. Транзисторы подключены к трансформатору с тремя обмотками. Обычно используются транзисторы типа MJE 13003 или MJE 13001 и подобные, в зависимости от мощности лампы.

Хоть и этот элемент называется трансформатором, но выглядит он не привычно — это ферритовое кольцо, на котором намотано три обмотки, по несколько витков каждая. Две из них управляющие, в каждой по два витка, а одна — рабочая с 9 витками. Управляющие обмотки создают импульсы включения и выключения транзисторов, соединены одним из концов с их базами.

Так как они намотаны в противофазе (начала обмоток помечены точками, обратите внимание на схеме), то импульсы управления противоположны друг другу. Поэтому транзисторы открываются по очереди, ведь если их открыть одновременно, то они просто замкнут выход диодного моста и что-нибудь из этого сгорит. Рабочая обмотка одни концом подключена к точке между транзисторами, а вторым к рабочим дросселю и конденсатору, через нее происходит питание лампы.

При протекании тока в одной из обмоток в двух других наводится ЭДС соответствующей полярности, которое и приводит к переключениям транзисторов. Автогенератор настроен на частоту выше звукового диапазона, то есть выше 20 кГц. Именно этот элемент является преобразователем постоянного тока в ток переменой частоты.

Для запуска генератора установлен динистор, он включает схему после того как напряжение на нем достигнет определённого значения. Обычно устанавливают динистор DB3, который открывается в диапазоне напряжений около 30В. Время, через которое он откроется, задается RC-цепью.

Более продвинутые варианты ЭПРА, строятся не на автогенераторной схеме, а на базе ШИМ-контроллеров. Они имеют более устойчивые характеристики. Однако, за более чем пять лет занятий электроникой мне не разу не попался такой ЭПРА, все с которыми работал, были автогенераторными.

Выше неоднократно упоминалось об LC цепи. Это дроссель, установленный последовательно со спиралью, и конденсатор, установленный параллельно лампе. По этой цепи сначала протекает ток, прогревающий спирали, а затем образуется импульс высокого напряжения на конденсаторе её зажигающий. Дроссель выполняется на Ш-образном ферритовом сердечнике.

Эти элементы подбираются так, чтобы при рабочей частоте они входили в резонанс. Так как дроссель и конденсатор установлены последовательно на этой частоте наблюдается резонанс напряжений.

При резонансе напряжений на индуктивности и ёмкости начинает сильно расти напряжение в идеализированных теоретических примерах до бесконечно большого значения, при этом ток потребляется крайне малый.

В результате мы имеем подобранные по частотам генератор и резонансный контур. По причине роста напряжения на конденсаторе происходит зажигание лампы.

Ниже изображен другой вариант схемы, как вы можете убедиться – все в принципе аналогично.

Благодаря высокой рабочей частоте удаётся достигнуть малых габаритов трансформатора и дросселя.

Для закрепления пройденной информации рассмотрим реальную плату ЭПРА, на картинке выделены основные узлы описанные выше:

А это плата от энергосберегающей лампы:

Заключение

Электронный балласт значительно улучшает процесс розжига ламп и работает без пульсаций и шума. Его схема не очень сложна и на её базе можно построить маломощный блок питания. Поэтому электронные балласты от сгоревших энергосберегаек – это отличный источник бесплатных радиодеталей.

Люминесцентные лампы с электромагнитным пускорегулирующим аппаратом запрещено использовать в производственных и бытовых помещениях. Дело в том, что у них сильные пульсации, и возможно появление стробоскопического эффекта, то есть если они будут установлены в токарной мастерской, то при определенной частоте вращения шпинделя токарного станка и другого оборудования – вам может казаться, что он неподвижен, что может вызвать травмы. С электронным балластом такого не произойдет.

ЭЛЕКТРОННЫЙ БАЛЛАСТ ДЛЯ ЛАМП ЛДС

Интересно то, что цена такого балласта недорога, всего 2 доллара. Для некоторых, покажется, что все-таки 2$ за балласт дороговато, но после вскрытия, оказалось, что в нем использованы компоненты в разы дороже общей цены балласта. Одна только пара мощных высоковольтных транзисторов 13009 уже стоят более доллара каждый.

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:

Простая схема электронного балласта (без микросхемы управления) почти мгновенно зажигает лампу. И для долговечности лампы это плохо. За короткое время нить накала не успевает разогреться, а высокое напряжение, приложенное между ее нитями, вырывает из нити накала требуемое количество электронов, необходимое для зажигания лампы, и этим разрушает накал, понижая его эмиссионную способность. Типовая принципиальная схема электронного балласта:

Поэтому рекомендуется выбирать белее серьёзную схему, с задержкой подачи питания (клик для увеличения):

В схеме купленного балласта особенно порадовал сетевой фильтр — чего нет в электронных трансформаторов для галогенных ламп. Фильтр оказался не простой: дроссель, варистор, предохранитель (не резистор как в ЭТ, а самый настоящий предохранитель), емкости перед и после дросселя. Дальше идет выпрямитель и два электролита — это не похоже на китайцев.

После уже идет стандартная, но в разы улучшенная схема двухтактого преобразователя. Тут сразу на глаза бросаются две вещи — теплоотводы транзисторов и применение более мощных резисторов в силовых цепях, обычно китайцам без разницы, где ток в цепи больше или меньше, они используют стандартные резисторы 0,25вт.

После генератора идут два дросселя, именно благодаря им происходит повышение напряжения, тут тоже все очень аккуратно, никаких претензий. Даже в мощных электронных трансформаторах китайские производители редко используют теплоотводы для транзисторов, но здесь как видим они есть, и не только есть, но и очень аккуратны — транзисторы прикручены через дополнительные изоляторы и через шайбы.

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.

Схема балласта люминесцентной лампы

Современные электронные балласты своми руками.

Автор: Анисимов Иван
Опубликовано 05.02.2007

Освещение лампами дневного света имеет значительное преимущество перед лампами накаливания: экономичность, более длительный срок службы, высокий КПД, малое количество тепла рассеиваемого лампой, спектр света излучаемого данными лампами более близок к естественному, по сравнению со столь привычными накальными. И естественно имеют недостатки, это: сложность включения ламп дневного освещения, возникновение стробоскопических эффектов на движущихся механизмах, сравнительная дороговизна.
Несмотря на сильное развитие современных электронных балластов для питания ламп дневного освещения (ЛДС), стандартной схемой включения ЛДС принято считать схему изображенную на рисунке.

Принцип действия прост, но всё таки требует определённых условий для нормального эксплуатирования ЛДС. Для зажигания люминесцентной лампы и ее нормальной работы требуется стартер (пусковое устройство), дроссель (ПРА — пускорегулирующий аппарат), конденсаторы. Стартер служит для автоматического включения и выключения предварительного накала электродов. Он представляет собой баллон из стекла, наполненный инертным газом, в котором находятся металлический и биметаллический электроды, выводы которых соединены с выступами в цоколе для крепления в схеме лампы. При включении лампы согласно вышеуказанной схеме, а на электроды лампы и стартера подается напряжение сети, которое достаточно для образования тлеющего разряда между электродами стартера. Поэтому в цепи протекает ток тлеющего разряда стартера, примерно 0,01. 0,04 А. Тепло, выделяемое при протекании тока через стартер, нагревает биметаллический электрод, который выгибается в сторону другого электрода. Через промежуток времени тлеющего разряда 0,2. 0,4 с контакты стартера замыкаются, и по цепи начинает течь пусковой ток, величина которого определяется напряжением сети и сопротивлениями дросселя и электродов лампы. Этого тока не достаточно для нагревания электродов стартера, и биметаллический электрод стартера разгибается, разрывая цепь пускового тока. Предварительно пусковой ток разогревает электроды лампы. Благодаря наличию в цепи индуктивности, при размыкании контактов стартера в цепи возникает импульс напряжения зажигающий лампу. Время разогрева электродов лампы составляет 0,2. 0,8 секунд что в большинстве случаев недостаточно, и лампа может не загореться с первого раза, и весь процесс может повториться. Общая длительность пускового режима лампы составляет 5. 15 с. Длительность пускового импульса при размыкании контактов стартера составляет 1. 2 мкс, что недостаточно для надежного зажигания лампы, поэтому параллельно контактам стартера включают конденсатор емкостью 5. 10 пФ. Дроссель, представляющий собой обмотку, намотанную на сердечник из листовой электротехнической стали, облегчает зажигание лампы, а также ограничивает ток и обеспечивает ее устойчивую работу (иногда дроссель заменяют компенсирующим конденсатором, лампочкой накаливания небольшой мощности). На рисунке 1, приведена простейшая схема стартерного зажигания люминесцентной лампы, включенной в сеть 127—220 В. Проблема рассматриваемой схемы в том что в момент размыкания стартера не всегда совпадает с полуволной напряжения сети, и срабатывание стартера происходит вхолостую. Схема конечно куда проще, чем те которые будут описываться ниже. Но всё таки схемы рассматриваемые далее находят своё применение в действительно качественных и экономичных системах освещения.
И так.

Электронный балласт на микросхеме IR2153

Что же относительно конкретных схемных решений, то я постараюсь осветить решения на основе микросхем фирмы-производителя International Rectifier.
Схема представленная на рисунке, представляет собой преобразователь сетевого напряжения 220 В, 50 Гц в 160 В 33 кГц. Именно полученные выходные параметры и являются теми факторами, значительно повышающими эксплуатационные характеристики источников света на основе ЛДС.
Первый фактор: Полностью исключается беспорядочное мерцание лампы в момент первоначального запуска.
Второй: Возникающий во время старта потенциал, достаточный для гарантированного поджога лампы с первого раза. Время запуска составляет примерно 0,5 сек.
Третий: Благодаря высокочастотной коммутации, газ в лампе не успевает деионизироваться в периодах спадания синусоиды питающего тока до нуля, а значит для нормальной работы лампы требуется меньшее напряжение. Это основная экономия электроэнергии.
Четвёртый: Полное отсутствие стробоскопического эффекта на движущихся механизма, вследствии отсутствия 100Гц (удвоенной частоты сети) пульсаций света.
Пятый: Требуется дроссель с меньшей индуктивностью, а значит и с меньшими размерами, весом, тепловыми, омическими потерями и стоимость.
Перед выше перечисленым можно смело ставить знак «+»
Ну и куда же деться от недостатков, они у нас таковы:
Первый: Относительная сложность схемы.
Второй: Относительно высокая стоимость изготовления такого аппарата (если речь идёт о питании одной лишь лампы).
Третий: Высокий уровень ЭМИ.

Схема состоит из основных узлов: фильтр питающего напряжения, выпрямитель сетевого напряжения, генератор-драйвер управления высоковольтными MOSFET транзисторами, полумост ключей и нагрузка в роли которой выступает лампа с балластным дросселем.
Ничего особо необычного схема не содержит и не является сложной.
Сетевое напряжение подаётся через сетевой фильтр L1, C2. Поступает на выпрямитель VD1, C3. Сформированные на конденсаторе С3 310В напрямую запитывают полумост транзисторов VT1, VT2 и через гасящий резистор R2 получаем необходимые для работы микросхемы 9-10В.
После подключения к сети примерно через 0,5 секунды на выходе схемы (правая по схеме обкладка конденсатора С8) появляется меандр в 165В с небольшой «полочкой» между открытыми состояниями транзисторов. Поданное на лампу ВЧ напряжение в течении ещё примерно 0,5 сек. прогревает катоды. Проявляется это в виде кратковременного тусклого оранжевого свечения катодов, после достаточной ионизации газа в колбе лампы, за счёт высоковольтных выбросов с дросселя L2, газовый промежуток пробивается. И, как же без последствий — лампа зажглась! Дальнейшая работа сопровождается прогревом лампы и индуктивности в результате чего яркость несколько увеличивается.
«Двигателем» схемы является микросхема генератор-драйвер. В содержимом которой можно разобраться исходя из вот этого рисунка:

Микросхема содержит подобие 555-го таймера, фазорасщепляющий триггер, формирователь «мёртвого» промежутка позволяющий избежать сквозного тока в выходных ключах, схему питания драйвера верхнего ключа, схему контроля заниженного напряжения, стабилитрон основного питания и даже цепь задержки, позволяющая выровнять время распространения сигналов по каналам верхнего и нижнего ключа, а также ещё несколько дополнительных узлов, в которых разбираться нет смысла.

Что такое электронный балласт для люминесцентных ламп и его виды

Источники освещения, называемые люминесцентными, в отличие от снабженных нитью накала аналогов, для работы нуждаются в пусковых устройствах, называемых балластом.

Что представляет собой балласт

Балласт для ЛДС (ламп дневного света) относится к категории пускорегулирующих устройств, которые используются в качестве ограничителя тока. Необходимость в них возникает, если электрической нагрузки недостаточно для эффективного ограничения потребляемого тока.

В качестве примера можно привести обычный источник света, относящийся к категории газоразрядных. Он представляет собой устройство, у которого отрицательное сопротивление.

В зависимости от реализации, балласт может представлять собой:

• обычное сопротивление ;
• емкость (обладающую реактивным сопротивлением), а также дроссель;
• аналоговые и цифровые схемы.

Рассмотрим варианты реализации, получившие наибольшее распространение.

Виды балласта

Наибольшее распространение получили электромагнитная и электронная реализация балласта. Расскажем подробно о каждой из них.

Электромагнитная реализация

В этом варианте работа основывается на индуктивном сопротивлении дросселя (он подключается последовательно лампе). Вторым необходимым элементом является стартер, регулирующий процесс, необходимый для «зажигания». Этот элемент представляет собой компактных размеров лампу, относящуюся к категории газоразрядных. Внутри ее колбы имеются электроды, изготовленные из биметалла (допускается один из них делать биметаллическим). Подключают стартер в параллель к лампе. Ниже показаны два варианта ПРА.

Индуктивно-емкостная (1) и индуктивная реализация (2)

Работа осуществляется по следующему принципу:

• при поступлении напряжения внутри лампы стартера производится разряд, что приводит к разогреву биметаллических электродов, в следствие чего они замыкаются;
• замыкание электродов стартера приводит к возрастанию рабочего тока в несколько раз, поскольку его ограничивает лишь внутренне сопротивление катушки дросселя;
• в следствие повышения уровня рабочего тока лампы, разогреваются ее электроды;
• стартер остывает, и его электроды из биметалла размыкаются;
• размыкание цепи стартером приводит к возникновению в катушке индуктивности импульса высокого напряжения, благодаря которому происходит разряд внутри колбы источника, что приводит к его «зажиганию».

После перехода осветительного прибора в штатный режим работы, напряжение на нем и стартере будет меньше сетевого примерно в половину, что недостаточно для срабатывания последнего. То есть он будет находиться в разомкнутом состоянии и не оказывать влияние на дальнейшую работу осветительного устройства.

Такой тип балласта отличается простотой реализацией и низкой стоимостью. Но не следует забывать о том, что данный вариант пускорегулирующих устройств обладает рядом недостатков, таких как:

• на «зажигание» уходит от одной до трех секунд, причем, в ходе эксплуатации это время будет неуклонно расти;
• источники с электромагнитным балластом мерцают в процессе работы, что вызывает усталость глаз и может стать причиной головной боли;
• расход электроэнергии у электромагнитных устройств значительно выше, чем у электронных аналогов;
• в процессе работы дросселем издается характерный шум.

Эти и другие недостатки электромагнитных пусковых устройств для ЛДС привели к тому, что в настоящее время такие ПРА практически не применяются. Им на смену пришли «цифровые» и аналоговые ЭПРА.

Электронная реализация

Балласт электронного типа, по своей сути, является преобразователем напряжения, при помощи которого осуществляется питание ЛДС. Изображение такого устройства показано на картинке.

Фото электронного устройства для подключения двух ЛДС

Существует множество вариантов реализации электронных балластов. Можно представить характерную для многих устройств этого типа общую блок- схему, которая за небольшими исключениями, используется во всех ЭПРА. Ее изображение представлено на рисунке.

Блок-схема типичной реализации ЭПРА

Многие производители добавляют в устройство блок коррекции коэффициента мощности, а также схему управления яркостью.

Существует два наиболее распространенных способа запуска источников, представляющих собой ЛДС, при помощи электронной реализации балласта:

1. перед подачей на катоды ЛДС зажигающего потенциала их предварительно подвергают разогреванию. Благодаря высокой частоте поступающего напряжения, достигается две задачи: существенное увеличение КПД и устраняется мерцание. Заметим, что в зависимости от конструкции балласта, зажигание может быть моментальным или постепенным (то есть яркость источника будет постепенно нарастать);
2. комбинированный метод, он характерен тем, что в процессе «зажигания» принимает участие колебательный контур, который должен войти в резонанс до того, как в колбе ЛДС произойдет разряд. Во время резонанса происходит повышение напряжения, поступающего на катоды, а рост тока обеспечивает их подогрев.

В большинстве случаев при комбинированном методе запуска схема реализована таким образом, что нить накала катода ЛДС (после последовательного подключения через емкость) представляет собой часть контура. Когда происходит разряд в газовой среде люминесцентного источника, это приводит к изменению параметров колебательного контура. В результате он выходит из состояния резонанса. Соответственно, происходит падение напряжения до штатного режима. Пример схемы такого устройства показан на рисунке.

Схема простой электронной реализации баланса для ЛДС мощностью 18Вт

В данной схеме автогенератор построен на двух транзисторах. На ЛДС поступает питание с обмотки 1-1 (которая является повышающей у трансформатора Тр). При этом такие элементы как емкость С4 и дроссель L1 являются последовательным колебательным контуром, с резонансной частотой, отличной от генерируемой автогенератором. Подобные схемы электронного балласта широко распространены во многих бюджетных настольных светильниках.

Видео: как сделать балласт для ламп

Говоря об электронном балласте, нельзя не упомянуть про компактные ЛДС, которые рассчитаны под стандартные патроны Е27 и Е14. В таких устройствах балласт встроен в общую конструкцию.

Установленный внутри источника электронный балласт

В качестве примера реализации ниже показана схема балласта энергосберегающей ЛДС Osram мощностью 21Вт.

Схема балласта для компактной ЛДС Osram

Необходимо заметить, что в связи с особенностями конструкции, к электронным элементам таких устройств предъявляются серьезные требования. В продукции неизвестных изготовителей, может использоваться более простая элементная база, что становится частой причиной выхода компактных ЛДС из строя.

Преимущества

Электронные устройства имеют много преимуществ перед электромагнитными ПРА, перечислим основные из них:

• электронные пускорегулирующие устройства не вызывают мерцание ЛДС при ее работе и не создают постороннего шума;
• схема на электронных элементах потребляет меньше энергии, легче весит и более компактна;
• возможность реализации схемы, производящей «горячий старт», в этом случае происходит предварительный нагрев катодов ЛДС. Благодаря такому режиму включения срок службы источника значительно продлевается;
• электронное пускорегулирующее устройство не нуждается в стартере, поскольку оно само отвечает за формирование необходимого для старта и работы уровней напряжения.

Устройство энергосберегающей лампы. Схема и ремонт.

Схема и ремонт люминесцентных энергосберегающих ламп

В настоящее время всё большее распространение получают так называемые люминесцентные энергосберегающие лампы. В отличие от обычных люминесцентных ламп с электромагнитным балластом, в энергосберегающих лампах с электронным балластом используется специальная схема.

Благодаря этому такие лампы легко установить в патрон взамен обычной лампочки накаливания со стандартным цоколем E27 и E14. Именно о бытовых люминесцентных лампах с электронным балластом далее и пойдёт речь.

Отличительные особенности люминесцентных ламп от обычных ламп накаливания.

Люминесцентные лампы не зря называют энергосберегающими, так как их применение позволяет снизить энергопотребление на 20 – 25 % . Их спектр излучения более соответствует естественному дневному свету. В зависимости от состава применяемого люминофора можно изготавливать лампы с разным оттенком свечения, как более тёплых тонов, так и холодных. Следует отметить, что люминесцентные лампы более долговечны, чем лампы накаливания. Конечно, многое зависит от качества конструкции и технологии изготовления.

Устройство компактной люминесцентной лампы (КЛЛ).

Компактная люминесцентная лампа с электронным балластом (сокращённо КЛЛ) состоит из колбы, электронной платы и цоколя E27 (E14), с помощью которого она устанавливается в стандартном патроне.

Внутри корпуса размещается круглая печатная плата, на которой собран высокочастотный преобразователь. Преобразователь при номинальной нагрузке имеет частоту 40 – 60 кГц . В результате того, что используется довольно высокая частота преобразования, устраняется “моргание”, свойственное люминесцентным лампам с электромагнитным балластом (на основе дросселя), которые работают на частоте электросети 50 Гц. Принципиальная схема КЛЛ показана на рисунке.

По данной принципиальной схеме собираются в основном достаточно дешёвые модели, к примеру, выпускаемые под брендом Navigator и ERA. Если вы используете компактные люминесцентные лампы, то, скорее всего они собраны по приведённой схеме. Разброс указанных на схеме значений параметров резисторов и конденсаторов реально существует. Это связано с тем, что для ламп разной мощности применяются элементы с разными параметрами. В остальном схемотехника таких ламп мало чем отличается.

Разберёмся подробнее в назначении радиоэлементов, показанных на схеме. На транзисторах VT1 и VT2 собран высокочастотный генератор. В качестве транзисторов VT1 и VT2 используются кремниевые высоковольтные n-p-n транзисторы серии MJE13003 в корпусе TO-126. Обычно на корпусе этих транзисторов указываются только цифровой индекс 13003 . Также могут применяться транзисторы MPSA42 в более миниатюрном корпусе формата TO-92 или аналогичные высоковольтные транзисторы.

Миниатюрный симметричный динистор DB3 (VS1) служит для автозапуска преобразователя в момент подачи питания. Внешне динистор DB3 выглядит как миниатюрный диод. Схема автозапуска необходима, т.к преобразователь собран по схеме с обратной связью по току и поэтому сам не запускается. В маломощных лампах динистор может отсутствовать вообще.

Диодный мост, выполненный на элементах VD1 – VD4 служит для выпрямления переменного тока. Электролитический конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Диодный мост и конденсатор С2 являются простейшим сетевым выпрямителем. С конденсатора C2 постоянное напряжение поступает на преобразователь. Диодный мост может выполняться как на отдельных элементах (4 диодах), либо может применяться диодная сборка.

При своей работе преобразователь генерирует высокочастотные помехи, которые нежелательны. Конденсатор С1, дроссель (катушка индуктивности) L1 и резистор R1 препятствуют распространению высокочастотных помех по электросети. В некоторых лампах, видимо из экономии 🙂 вместо L1 устанавливают проволочную перемычку. Также, во многих моделях нет предохранителя FU1, который указан на схеме. В таких случаях, разрывной резистор R1 также играет роль простейшего предохранителя. В случае неисправности электронной схемы потребляемый ток превышает определённое значение, и резистор сгорает, разрывая цепь.

Дроссель L2 обычно собран на Ш-образном ферритовом магнитопроводе и внешне выглядит как миниатюрный броневой трансформатор. На печатной плате этот дроссель занимает довольно внушительное пространство. Обмотка дросселя L2 содержит 200 – 400 витков провода диаметром 0,2 мм. Также на печатной плате можно найти трансформатор, который указан на схеме как T1. Трансформатор T1 собран на кольцевом магнитопроводе с наружным диаметром около 10 мм. На трансформаторе намотаны 3 обмотки монтажным или обмоточным проводом диаметром 0,3 – 0,4 мм. Число витков каждой обмотки колеблется от 2 – 3 до 6 – 10.

Колба люминесцентной лампы имеет 4 вывода от 2 спиралей. Выводы спиралей подключаются к электронной плате методом холодной скрутки, т.е без пайки и прикручены на жёсткие проволочные штыри, которые впаяны в плату. В лампах малой мощности, имеющих малые габариты, выводы спиралей запаиваются непосредственно в электронную плату.

Ремонт бытовых люминесцентных ламп с электронным балластом.

Производители компактных люминесцентных ламп заявляют, что их ресурс в несколько раз больше, чем обычных ламп накаливания. Но, несмотря на это бытовые люминесцентные лампы с электронным балластом выходят из строя довольно часто.

Связано это с тем, что в них применяются электронные компоненты, не рассчитанные на перегрузки. Также стоит отметить высокий процент бракованных изделий и невысокое качество изготовления. По сравнению с лампами накаливания стоимость люминесцентных довольно высока, поэтому ремонт таких ламп оправдан хотя бы в личных целях. Практика показывает, что причиной выхода из строя служит в основном неисправность электронной части (преобразователя). После несложного ремонта работоспособность КЛЛ полностью восстанавливается и это позволяет сократить денежные расходы.

Перед тем, как начать рассказ о ремонте КЛЛ, затронем тему экологии и безопасности.

Опасность люминесцентных ламп и рекомендации по использованию.

Несмотря на свои положительные качества люминесцентные лампы вредны как для окружающей среды, так и для здоровья человека. Дело в том, что в колбе присутствуют пары ртути. Если её разбить, то опасные пары ртути попадут в окружающую среду и, возможно, в организм человека. Ртуть относят к веществам 1-ого класса опасности .

При повреждении колбы необходимо покинуть на 15 – 20 минут помещение и сразу же провести принудительное проветривание комнаты. Необходимо внимательно относиться к эксплуатации любых люминесцентных ламп. Следует помнить, что соединения ртути, применяемые в энергосберегающих лампах опаснее обычной металлической ртути. Ртуть способна оставаться в организме человека и наносить вред здоровью .

Кроме указанного недостатка необходимо отметить, что в спектре излучения люминесцентной лампы присутствует вредное ультрафиолетовое излучение. При длительном нахождении близко с включенной люминесцентной лампой возможно раздражение кожи, так как она чувствительна к ультрафиолету.

Наличие в колбе высокотоксичных соединений ртути является главным мотивом экологов, которые призывают сократить производство люминесцентных ламп и переходить к более безопасным светодиодным.

Разборка люминесцентной лампы с электронным балластом.

Несмотря на простоту разборки компактной люминесцентной лампы, следует быть аккуратным и не допускать разбития колбы. Как уже говорилось, внутри колбы присутствуют пары ртути, опасные для здоровья. К сожалению, прочность стеклянных колб невысока и оставляет желать лучшего.

Для того чтобы вскрыть корпус где размещена электронная схема преобразователя, необходимо острым предметом (узкой отвёрткой) разжать пластмассовую защёлку, которая скрепляет две пластмассовые части корпуса.

Далее следует отсоединить выводы спиралей от основной электронной схемы. Делать это лучше узкими плоскогубцами подхватив конец вывода провода спирали и отмотать витки с проволочных штырей. После этого стеклянную колбу лучше поместить в надёжное место, чтобы не допустить её разбития.

Оставшаяся электронная плата соединена двумя проводниками со второй частью корпуса, на которой смонтирован стандартный цоколь E27 (E14).

Восстановление работоспособности ламп с электронным балластом.

При восстановлении КЛЛ первым делом следует проверить целостность нитей накала (спиралей) внутри стеклянной колбы. Целостность нитей накала просто проверить с помощью обычного омметра. Если сопротивление нитей мало (единицы Ом), то нить исправна. Если же при замере сопротивление бесконечно велико, то нить накала перегорела и применить колбу в данном случае невозможно.

Наиболее уязвимыми компонентами электронного преобразователя, выполненного на основе уже описанной схемы (см. принципиальную схему), являются конденсаторы.

Если люминесцентная лампа не включается, то следует проверить на пробой конденсаторы C3, C4, C5. При перегрузках эти конденсаторы выходят из строя, т.к приложенное напряжение превосходит напряжение, на которое они рассчитаны. Если лампа не включается, но колба светиться в районе электродов, то возможно пробит конденсатор C5.

В таком случае преобразователь исправен, но поскольку конденсатор пробит, то в колбе не возникает разряд. Конденсатор C5 входит в колебательный контур, в котором в момент запуска возникает высоковольтный импульс, приводящий к появлению разряда. Поэтому если конденсатор пробит, то лампа не сможет нормально перейти в рабочий режим, а в районе спиралей будет наблюдаться свечение, вызываемое разогревом спиралей.

Холодный и горячий режим запуска люминесцентных ламп.

Бытовые люминесцентные лампы бывают двух типов:

С холодным запуском

С горячим запуском

Если КЛЛ загорается сразу после включения, то в ней реализован холодный запуск. Данный режим плох тем, что в таком режиме катоды лампы предварительно не прогреваются. Это может привести к перегоранию нитей накала вследствие протекания импульса тока.

Для люминесцентных ламп более предпочтителен горячий запуск. При горячем запуске лампа загорается плавно, в течение 1-3 секунд. В течение этих несколько секунд происходит разогрев нитей накала. Известно, что холодная нить накала имеет меньшее сопротивление, чем разогретая. Поэтому, при холодном запуске через нить накала проходит значительный импульс тока, который может со временем вызвать её перегорание.

Для обычных ламп накаливания холодный запуск является стандартным, поэтому многие знают, что они сгорают как раз в момент включения.

Для реализации горячего запуска в лампах с электронным балластом применяется следующая схема. Последовательно с нитями накала включается позистор (PTC — терморезистор). На принципиальной схеме этот позистор будет подключен параллельно конденсатору С5.

В момент включения в результате резонанса на конденсаторе С5, а, следовательно, и на электродах лампы возникает высокое напряжение, необходимое для её зажжения. Но в таком случае нити накала плохо прогреты. Лампа включается мгновенно. В данном случае параллельно С5 подключен позистор. В момент запуска позистор имеет низкое сопротивление и добротность контура L2C5 значительно меньше.

В результате напряжение резонанса ниже порога зажжения. В течение нескольких секунд позистор разогревается и его сопротивление увеличивается. В это же время разогреваются и нити накала. Добротность контура возрастает и, следовательно, растёт напряжение на электродах. Происходит плавный горячий запуск лампы. В рабочем режиме позистор имеет высокое сопротивление и не влияет на рабочий режим.

Нередки случаи, что выходит из строя как раз этот позистор, и лампа попросту не включается. Поэтому при ремонте ламп с балластом следует обратить на него внимание.

Довольно часто сгорает низкоомный резистор R1, который, как уже говорилось, играет роль предохранителя.

Активные элементы, такие как транзисторы VT1, VT2, диоды выпрямительного моста VD1 –VD4 также стоит проверить. Как правило, причиной их неисправности служит электрический пробой p-n переходов. Динистор VS1 и электролитический конденсатор С2 на практике редко выходят из строя.

Устройство электронного балласта для люминесцентных ламп

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.

1. Для чего нужен балласт?
2. Схемы электронных балластов для люминесцентных ламп
3. Ремонт ЭПРА
4. ЭПРА для компактных ЛДС
5. Люминесцентные лампы T8
6. Как изготовить светильник своими руками?

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.

Лампы накаливания

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 Электрическая схема ЭПРА

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.

Фото внутреннего устройства ЭПРА Фото типового устройства ЭПРА

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.

Лампа OSRAM с цоколем E27

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.

Простейший светильник из двух ламп