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.

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.

Схема подключения

ЭПРА стали эффективной заменой традиционным схемам с дросселями и стартерами, уменьшив конструкцию светильника и расширив возможности.

Все минусы дросселей у ЭПРА отсутствуют. К одному ЭПРА можно подсоединять более одной лампы, а к некоторым моделям до четырех, без дополнительных элементов. Конструкция работает со стандартными источниками освещения мощностью 18W, 36W и т.д.

Блок лучше ставить на фазовый провод. При наличии нуля потенциал сохраняется, что выражается небольшими мерцаниями источника света при отключении питания. Явление характерно для дешевых пускорегулирующих аппаратов.

Для сглаживания мерцаний конденсатор шунтируется резистором с сопротивлением 100 кОм.

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.

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.

Эффективный синхронный выпрямитель. Или вторая жизнь электронному хламу

Выпрямление тока при помощи диода и транзистора: преимущества и недостатки.

Речь пойдет о схеме выпрямителя с применением транзисторов с изолированным затвором, англ. сокращённо Mosfet.

В схеме применён самый распространённый Mosfet с индуцированным каналом N-проводимости. Главным преимуществом из за которого широко применяются такие ключи в современных электронных устройствах в схемах питания – это малое сопротивление и падение напряжения в открытом состоянии (не более 0.1 В).

Вот классическая схема включения для проверки и изучения работы транзистора с N-каналом:

Схема включения для проверки транзистора Mosfet

Открытие ключа с N-каналом происходит когда приложить (зарядить затвор) положительное напряжение к затвору (Gate) относительно истока (Source), соответственно чтобы закрыть транзистор, нужно разрядить затвор, то есть потенциал на нём должен быть ниже напряжения открывания перехода. В открытом состоянии ключ проводит ток в обе стороны.

Напоминаю, что схема такого транзистора и цоколевка выводов такая:

Есть особенности, которые нужно учитывать при выпрямлении тока при помощи такого транзистора:

1. наличие паразитного диода между стоком и истоком.
2. затвор имеет емкость, что влияет на скорость срабатывания при повышении частоты.

Возникает вопрос: в чём заключается эффективность выпрямителя на этих транзисторах и зачем все эти сложности? Давно придуманы диоды Шоттки, прямое падение на переходе металл-полупроводник которых в два раза меньше чем на P-N переходе у обычного кремниевого диода, но когда необходимо питание с низким напряжением и большим током потребления, потери КПД даже на диодах Шоттки уже значительные!

Таблица потерь мощности на диодах Шоттки в при работе на разных напряжениях:

В современной компьютерной технике, где напряжения питания процессоров могут быть в пределах 1 В, блок питания всего компьютера делается на более высокое напряжение, при этом не страдает КПД из за потерь на выпрямителе, а уже в самой схеме напряжение блока питания преобразуется импульсными понижающими преобразователями с использованием схем синхронных выпрямителей на Mosfet.

Ниже приведена известная схема блока питания с низким выходным напряжением и с использованием Mosfet в качестве выпрямителя.

Выпрямитель с низким выходным напряжением с использованием Mosfet транзистора

Верхняя обмотка трансформатора – обмотка управления транзистора, нижняя – силовая, количеством её витков определяется выходное напряжение такого выпрямителя, а площадью сечения – ток. Подробности разберём ниже.

Вторая жизнь электронных балластов КЛЛ

Радиолюбители давно широко используют платы сгоревших “экономок” (КЛЛ) со схемой электронного балласта, а также похожих по схеме электронных трансформаторов для питания галогенных ламп в своих проектах. Сейчас это актуально из за перехода на более эффективное освещение на светодиодах, такие электронные трансформаторы и балласты становятся не нужны, а их можно применить как источник питания для других целей после несложной переделки.

Электронный балласт энергосберегающих ламп можно отремонтировать, об этом есть статья Ремонт энергосберегающих ламп.

В схеме стандартного балласта от КЛЛ, переделка состоит в том, чтобы поставить перемычку как показано по схеме:

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 – что это такое, и как работает

Люминесцентные лампы напрямую от сети в 220 вольт не работают. Им необходим специальный переходник, который будет стабилизировать напряжение и сглаживать пульсацию тока. Этот прибор носит название пускорегулирующая аппаратура (ПРА), состоящая из дросселя, с помощью которого сглаживается пульсация, стартер, используемый как пускатель, и конденсатор для стабилизации напряжения. Правда, ПРА в этом виде – это старый блок, который постепенно выводится из оборота. Все дело в том, что ему на смену пришла новая модель – ЭПРА, то есть, тот же пускорегулирующий аппарат, только электронного типа. Итак, давайте разберемся в ЭПРА – что это такое, его схема и основные составляющие.

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.

ЭПРА ДЛЯ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ И ПАНЕЛЕЙ

Сразу следует заметить, что пускорегулирующая аппаратура для светодиодных ламп и других LED источников света не существует! Как бы не утверждали продавцы магазина или консультанты в интернет-сервисах, это свидетельствует лишь о их некомпетентности.

Светодиодные источники света в пусковых устройствах типа ЭПРА не нуждаются. Необходим источник постоянного напряжения, а в идеальном варианте – стабилизатор тока.

Такие устройства называются драйверами. Они формируют напряжение на выходных клеммах в соответствии с подключаемым источником света и ограничивают или стабилизируют значение выходного тока в определенных пределах.

Дело в том, что светодиоды нормально функционируют только в узком диапазоне протекающего через них тока. Меньшее значение снижает яркость, а высокое вызывает резкое снижение срока службы вплоть до мгновенного перегорания излучающего диода. Светодиод, как полупроводниковый элемент, обладает ярко выраженной зависимостью величины сопротивления от температуры, поэтому ее изменение всего на несколько градусов способно вызвать критический рост тока.

Чем отличается стабилизатор напряжения от стабилизатора тока?

Если выразить простыми словами, то стабилизатор напряжения имеет на выходе стабильное напряжение при том, что ток потребления подключенных устройств может меняться в широких пределах.

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 выбрать драйвер для LED-лампы?

Стабилизаторы напряжения для светодиодных светильников продаются в комплекте с самим прибором и производятся для конкретной модели, но при необходимости их можно приобрести отдельно. ЭПРА постоянно испытывает на себе перепады электроэнергии, поэтому он обычно изнашивается раньше, чем LED-элемент лампы, и рано или поздно требуется его замена. Наиболее часто используемыми являются стабилизаторы для ламп 36w и 40w с силой тока 350 или 700А.

Выполняя свою работу (преобразование переменного тока в постоянный), ЭПРА потребляет некоторое количество электроэнергии – примерно 20% от мощности лампы. Поэтому, выбирая устройство, необходимо умножать мощность светильника на коэффициент 1,2 – это будет оптимальная мощность драйвера для данной модели. При несоответствии мощности и светодиода их работа будет некорректной, ЭПРА может перегреваться и быстро выйдет из строя, или испортится светодиод.

Стабилизатор напряжения может размещаться как внутри светильника (в специально отведённом для него месте корпуса), так и отдельно. При размещении внутри корпуса важно подобрать драйвер нужного размера.

Источник: lt-electro.ru

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.

Как подключить ЭмПРА

Пара слов о конструкционных особенностях ЭмПРА. Электромагнитный ПРА состоит как минимум из индуктивного балласта и импульсного зажигающего устройства ИЗУ. Индуктивный балласт служит для накопления электродвижущей силы (ЭДС) перед запуском лампы. ИЗУ обеспечивает непосредственно процесс запуска лампы. Если в комплект входит компенсирующий конденсатор, то эффективность ЭмПРА повышается. Конденсатор сдвигает и сглаживает пиковые значения потребляемой мощности, компенсирует реактивную мощность (она не расходуется на выполнение полезной работы и фактически растрачивается впустую). Т. е. с применением конденсатора повышается коэффициент мощности светильника.

Как правило, ЭмПРА продаются без проводов. Поэтому придется самостоятельно смонтировать выход на сеть (трехжильный провод с вилкой) и выход на патрон лампы (трехжильный провод длиной не более 1,5 м + патрон лампы). ЭмПРА может быть закрытого типа, когда все элементы системы спрятаны в корпус, и открытого.

Схема монтажа проводов для ЭмПРА закрытого типа:

Откручиваем крышку ЭмПРА.

Выходы на лампу и на сеть подписаны во избежание ошибок при подключении.

Монтируем сетевой провод с вилкой к ЭмПРА.

Монтируем провод для выхода на лампу.

Для этого понадобится трехжильный провод длиной равной расстоянию от патрона до ЭмПРА. ВАЖНО: расстояние между ИЗУ и лампой должно быть минимальным, поскольку от этого зависит качество розжига лампы. Максимально допустимая длина провода 1,5 м. Превышать ее не стоит, т.к. иначе ИЗУ может попросту не разжечь лампу.

Зачищаем провода. Настоятельно рекомендуем пользоваться специальными наконечниками, это упростит монтаж и убережет от неприятностей типа короткого замыкания. Синий и коричневый провода – это отрицательный и положительный заряды электрического тока, желтый провод (иногда зеленый, бывает и полосатый желто-зеленый вариант расцветки) – это заземление.

Один конец провода с наконечниками монтируем в патрон лампы.

Второй конец провода с наконечниками монтируем к ЭмПРА. Закручиваем крышку ЭмПРА. Готово.

Монтаж ЭмПРА открытого типа

Если ЭмПРА открытого типа, то схема монтажа будет выглядеть следующим образом:

Каждое из двух мест, куда монтируются провода, подписано. INPUT – это для входа тока, то есть сюда монтируем сетевой провод с вилкой (для подключения ЭмПРА в сеть). OUTPUT – это для выхода тока, то есть в него монтируем провод, идущий на лампу.

Откручиваем болтики, можно не до конца, главное приподнять фиксирующую пластиковую панельку так, чтобы пролез провод. Подписанные входы N и L – это положительный и отрицательный заряд. Соответственно монтируем в них синий и коричневый провода. ВАЖНО: если на INPUT вы подключили синий провод в N, а коричневый в L, то и на OUTPUT провода должны быть подключены точно также – в разъем N синий провод, в L коричневый. Провод заземления (желтый или зеленый) подключается по центру в соответствующий вход, обозначенный значком «заземление».

Таким образом, на INPUT у нас установлен провод с вилкой для выхода на сеть, на OUTPUT – провод выхода на патрон лампы. Монтаж второго конца провода, идущего от ЭмПРА к патрону лампы, осуществляется таким же образом, как показано выше, в варианте с ЭмПРА закрытого типа. Максимально допустимая длина провода составляет так же 1,5 м.

Как устроен ЭПРА 18 Вт для светодиодных ламп

Новый ЭМПРА для светодиодной лампы, приобретенный в любом магазине, представляет собой такие составляющие:

1. Качественный фильтр частоты, который сглаживает помехи низкого уровня и направлен на выводы изделия. Подобный фильтр помогает уменьшить воздействие светодиодной лампы на остальное бытовое оборудование, к примеру, на число помех при работе радиоприемников или телевизоров.
2. Мощный выпрямитель, который преобразовывает в схеме переменное напряжение в постоянное.
3. Небольшой инвертор.
4. Разные специальные узлы, которые необходимы для корректировки мощности в схеме светодиодной лампы.
5. Малогабаритный фильтр постоянного напряжения.
6. Качественный дроссель, ограничивающий максимальный ток в схеме.

А также инвертор зачастую оснащен приспособлением, которое несет ответственность за плавность регулирования яркости света светодиодной лампы.

Что такое ЭПРА и его назначение в люминесцентном светильнике

Люминесцентные светильники обладают некоторыми недостатками, которые становятся заметными после включения света. Сильное гудение и частое мерцание света, наблюдающееся при работе подобных встроенных светильников, может вывести из душевного равновесия любого человека. Единственным решением этой проблемы является установка специального пускорегулирующего устройства под названием ЭПРА.

Производство люминесцентных светильников задумывалось для развития систем освещения, использовавших обычные лампы накаливания, которые обладали крайне малым сроком эксплуатации. Максимальный срок службы лампы накаливания составляет около двух тысяч часов, что не может сравниться с долговечностью люминесцентных ламп, который насчитывает более 16 тысяч часов. Кроме этого, люминесцентные лампы обладают хорошим световым потоком, который превышает свет от обычных ламп более чем в шесть раз.

Достоинства и недостатки ЭПРА 18 Вт

Опытные электрики выделяют несколько главных достоинств использования электронных балластов в работе люминесцентных светильников. К ним, прежде всего, можно отнести:

1. Сбережение максимальной мощности света, при уменьшении количества потребляемой блоком питания электрической энергии.
2. Отсутствие сильного мерцания света, которое считается особенностью люминесцентных светильников.
3. Уменьшение шума в процессе работы светильника.
4. Большой срок эксплуатации лампы, что стало возможным из-за применения устройства ЭПРА.
5. Удобное управление яркостью света люминесцентного светильника.
6. Устойчивость к колебаниям и перепадам рабочего напряжения в электрической сети питания.
7. Большая экономия в плане следующих замен основных деталей светильника. Из-за того, что при помощи блока питания будет использоваться наиболее плавный режим пуска изделия, то это может увеличить срок эксплуатации стартеров и люминесцентных ламп.

Главным недостатком применения ЭПРА является, как и у других новейших технологий и изделий, очень высокая стоимость по сравнению с остальными подобными блоками питания.

Источник: instrument.guru

Для чего нужна пускорегулирующая аппаратура

Прежде чем мы начнем разговор о дросселе, разберемся, что такое пускорегулирующая аппаратура и для чего она нужна. Для того чтобы ответить на эти вопросы, необходимо понять, как работает люминесцентная лампа (ЛДС). Взглянем на ее схематическое изображение.

Перед нами стеклянная колба в виде трубки, в концы которой впаяны две спирали из вольфрама – анод и катод. Сама трубка заполнена инертным газом с небольшим добавлением ртути. Если на анод и катод подать рабочее напряжение, то лампа не засветится – слишком велико сопротивление инертного газа, и тока между электродами не будет.

Для того чтобы прибор запустить, необходимо разогреть спирали. Как только они разогреются, начнется термоэлектронная эмиссия, такая же, как в обычной электронной вакуумной лампе для радиоприемников. Между электродами начнет течь ток, а пары ртути станут излучать ультрафиолет. Попадая на люминофор, ультрафиолет заставляет его ярко светиться. Само же УФ излучение практически полностью поглощается стеклом и люминофором.

Пуск ДЛС обеспечивает специальный прибор – стартер, который кратковременно подает на спирали напряжение (о схеме его включения поговорим позже). Он является пусковой частью пускорегулирующей аппаратуры.

Стартеры для запуска ДЛС

Заставить лампу работать (как говорят, «запустить») можно и другим способом, кратковременно подав на электроды повышенное напряжение. Именно так и работают электронные пускорегулирующие аппараты, о которых поговорим позже.

Но после пуска ЛДС начинаются новые проблемы: тлеющий разряд в колбе переходит в дуговой и мгновенно приводит к короткому замыканию. Чтобы этого не произошло, ток через лампу во время ее работы необходимо ограничивать. Эту роль исполняет еще один прибор – электромагнитный балласт. Он является регулирующей частью пускорегулирующей аппаратуры.

ЭмПРА для ЛДС мощностью 36 Вт

Таким образом, без стартера лампа не запустится, без балласта – сгорит. Комплекс этих двух устройств и называют пускорегулирующим. Теперь, я думаю, тебе понятно, для чего пускорегулирующая аппаратура нужна, и что без нее никак не обойтись.

Важно! Мощность дросселя должна соответствовать мощности лампы. В противном случае лампа либо тут же погаснет, либо не запустится вовсе, либо сгорит

Это интересно

В настоящее время ЭПРА устанавливаются не только с газоразрядными источниками света, но и с галогенными и светодиодными лампами. При этом нельзя использовать один аппарат, предназначенный для одного вида ламп, к другой лампе. Во-первых, не подойдут по параметрам. Во-вторых, у них разные схемы.

При выборе ЭПРА необходимо учитывать мощность лампы, в которую он будет устанавливаться.

Оптимальный вариант модели – это аппараты с защитой от нестандартных режимов работы источника света и от деактивации их.

Обязательно обратите внимание на позицию в паспорте или инструкции, где указано, в каких погодных климатических условиях электронный ПРА может работать. Это влияет и на качество эксплуатации, и на срок службы.