Электронный балласт стандартный. Баластник для люминесцентных ламп. Как устроена и работает ЛДС

Люминесцентная лампа (ЛЛ) – это источник света из стеклянной герметичной колбы, внутри которой создается электрический электродный разряд, протекающий в газовой среде. На ее внутренней поверхности находится фосфорсодержащий слой (люминофор). Внутри лампы находится инертный газ и 1% паров ртути. При действии на них электрического разряда они излучают невидимый визуально ультрафиолетовый свет, который заставляет светиться люминофор.

Балластники для люминесцентных ламп

Если в помещении разобьется даже одна люминесцентная лампа, пары ртути превысят допустимые показатели в 10 раз. Ее вредное влияние сохраняется в течение 1-2 месяцев.

Применение

Электропроводная газовая среда внутри ламп дневного света обладает отрицательным сопротивлением, проявляющимся в том, что с увеличением тока напряжение между электродами снижается.

Схема работы люминесцентной лампы

Поэтому в схему подключается ограничитель тока LL1 – балластник, как видно из рисунка. Устройство также служит для создания кратковременного повышенного напряжения зажигания ламп, которого недостаточно в действующей сети. Еще его называют дросселем.

Пускорегулирующее устройство также содержит небольшую лампу тлеющего разряда E1 – стартер . Внутри нее расположены 2 электрода, один из которых подвижный, он выполнен из биметаллической пластины.

В исходном состоянии электроды разомкнуты. При подаче на схему напряжения сети замыканием контакта SA1 в начальный момент через лампу дневного света ток не проходит, а внутри стартера между электродами образуется тлеющий разряд. От него нагреваются электроды, и биметаллическая пластина изгибается, замыкая контакт внутри стартера. В результате ток через балласт LL1 увеличивается и нагревает электроды люминесцентной лампы.

После замыкания разряд внутри стартера E1 прекращается, и электроды начинают остывать. При этом происходит их размыкание, и в результате самоиндукции дроссель создает значительный импульс напряжения, зажигающий ЛЛ. При этом через нее начинает проходить ток, равный по величине номинальному, который затем уменьшается в 2 раза из-за падения напряжения на дросселе. Этого тока недостаточно, чтобы в стартере появился тлеющий разряд, поэтому его электроды остаются разомкнутыми, пока горит лампа дневного света. Конденсаторы С1 и С2 позволяют уменьшить реактивные нагрузки и увеличить кпд.

Электромагнитный дроссель

Балласт ограничивает протекающий ток. Часть мощности нагревает устройство, что приводит к потерям энергии. По уровням потерь балласт для ламп может быть следующим:

• D – обычный;
• C – пониженный;
• B – особо низкий.

При включении балласта в сеть переменное напряжение опережает ток по фазе. В его обозначении всегда указывается косинус угла этого отставания, называемый коэффициентом мощности. Чем меньше его величина, тем больше потребляется реактивная энергия, являющаяся дополнительной нагрузкой. Чтобы увеличить коэффициент мощности до величины 0.85, параллельно сети подключается конденсатор с емкостью 3-5 мкф.

Любой электромагнитный дроссель создает шум. В зависимости от того, насколько его можно уменьшить, выпускают балласты с нормальным (Н), пониженным (П), очень низким (С, А) уровнями шума.

Мощности ламп и балластов должны подбираться в соответствии друг с другом (от 4 до 80 Вт), иначе светильник преждевременно выйдет из строя. Они поставляются в комплекте, но можно подобрать своими руками.

Классическое устройство запуска из электромагнитного балласта и пускателя (ЭмПРА) имеет следующие достоинства:

• относительная простота;
• высокая надежность;
• небольшая цена;
• не требуется ремонт, поскольку даже своими руками он обойдется дороже нежели, чем купить новый блок.

Кроме того, ему присуща целая масса недостатков:

• длительный запуск;
• потери энергии (до 15 %);
• шум при работе дросселя;
• большие габариты и вес;
• неудовлетворительный запуск при низкой температуре среды;
• моргание лампы.

Недостатки дросселей привели к необходимости создать новое устройство. Электронный балласт – это инновационное решение, повышающее качество работы ЛЛ и делающее ее долговечной. Схема ЭПРА (электронное пускорегулирующее устройство) – это единый электронный блок, формирующий последовательность изменения напряжения для зажигания.

Блок-схема запуска ламп с помощью ЭПРА

Преимущества электронных схем следующие:

• запуск может быть моментальным и с задержкой;
• нет необходимости в стартере для запуска;
• за счет высокой частоты отсутствует “моргание”, а светоотдача выше;
• конструкция легче и компактней;
• долговечность за счет оптимальных режимов пуска и работы.

Внешне ЭПРА выглядит, как показано на рисунке ниже.

ЭПРА для люминесцентных ламп

Недостатком ЭПРА является высокая цена из-за сложности схемы.

Запуск ламп

Электроды лампы разогреваются, после чего на них подается высокое напряжение через пускорегулирующее устройство. Его частота составляет 20-60 кГц, что дает возможность исключить мерцание и повысить кпд. В зависимости от схемы запуск может быть мгновенным или плавным – с нарастанием яркости до рабочей.

При холодном пуске период эксплуатации люминесцентных ламп значительно снижается.

К процессу разогрева электродов добавляется колебательный контур в цепи питания лампы, входящий в электрический резонанс перед разрядом. При этом значительно повышается напряжение, более интенсивно подогреваются катоды и в результате зажигание происходит легко. Как только начинается разряд в лампе, колебательный контур сразу выходит из резонанса и устанавливается рабочее напряжение.

У дешевых ЭПРА или собранных своими руками принцип действия аналогичен варианту с дросселем: зажигание ламп производится большим напряжением, а удерживание разряда – малым.

Схема электронного балласта

Как и на всех схемах ЭПРА, выпрямление напряжения производится диодами VD4-VD7, которое затем фильтруется конденсатором C1. Емкость фильтра выбирается из расчета 1 мкФ на 1 Вт мощности ламп. При меньших номиналах конденсатора свечение будет более тусклым.

Как только происходит подключение к сети, сразу начинает заряжаться конденсатор С4. При достижении 30 В пробивается динистор CD1 и импульсом напряжения открывается транзистор T2, затем начинает работать полумостовой автогенератор из транзисторов T1, T2 и трансформатора TR1 c двумя противофазно включенными первичными и одной вторичной обмотками. Резонансная частота последовательного контура из конденсаторов С2, С3, дросселя L1 и генератора близки по величине (45-50 кГц). Когда напряжение на конденсаторе С3 поднимется до величины пуска, лампа зажигается. При этом снижаются частота генератора и напряжения, а дроссель ограничивает ток. Из-за высокой частоты его габариты небольшие.

Неисправности и ремонт

Сгоревшие детали в схеме часто видно. Как проверить электронный балласт? Чаще всего из строя выходят транзисторы. Перегоревшую деталь можно обнаружить визуально. Когда производится ремонт своими руками, рекомендуется проверить парный с ним транзистор и расположенные рядом резисторы. По ним не всегда видно сгоревшие. Вздутый конденсатор обязательно меняется. Если сгоревших деталей несколько, ремонт балласта не делается.

Иногда после выключения ЭПРА лампа продолжает слабо мерцать. Одной из причин может быть наличие потенциала на входе при отключении нуля. Схему надо проверить и сделать подсоединения своими руками, чтобы выключатель был установлен на фазу. Возможно, что остается заряд на конденсаторе фильтра. Тогда к нему следует подключить параллельно сопротивление для разрядки на 200-300 кОм.

Из-за скачков напряжения в сети часто необходим ремонт светильников с электронным балластом. При неустойчивом электроснабжении лучше применять электромагнитный дроссель.

Компактная лампа (КЛЛ) содержит ЭПРА, встроенный в цоколь. Ремонт ЛЛ низкой цены и качества производится по следующим причинам: сгорание нити накала, пробой транзисторов или резонансного конденсатора. Если сгорела спираль, ремонт своими руками ненадолго продлит срок службы и лампу лучше заменить. Ремонт ЛЛ, у которых обгорел слой люминофора (почернение колбы в области электродов), также производить нецелесообразно. При этом исправный балласт можно использовать как запасной.

Обгорание люминофора на люминесцентной лампе

Ремонт электронного балласта долго не потребуется, если модернизировать КЛЛ, установив своими руками NTS-термистор (5-15 Ом) последовательно с резонансным конденсатором. Деталь ограничивает пусковой ток и надолго защищает нити накала. Целесообразно также сделать вентиляционные отверстия в цоколе.

Устройство вентиляции своими руками для отвода тепла от балласта

Аккуратно сверлятся отверстия рядом с трубкой для ее лучшего охлаждения, а также около металлической части цоколя, чтобы отвести тепло от деталей балласта. Подобный ремонт возможен только в сухих помещениях. Посередине можно сделать третий ряд отверстий сверлом большего диаметра.

Ремонт с установкой термистора производится с выпаиванием проводника на нижней площадке с припоем. Затем отгибается выпуклая часть цоколя от стеклянной колбы и освобождается второй провод. После цоколь снимается и обеспечивается доступ к печатной плате. После того как ремонт будет закончен, цоколь устанавливается в обратной последовательности.

Изготовить своими руками

Трубчатые ЛЛ длиной 1200 мм недорого стоят и могут освещать большие площади. Светильник можно изготовить своими руками, например, из 2 ламп по 36 Вт.

1. Корпус – основание прямоугольной формы из негорючего материала. Можно использовать бывший в употреблении светильник, для которого ремонт уже не требуется.
2. ЭПРА подбирается под мощность светильников.
3. На каждую из ламп понадобится по 2 патрона G13, многожильный провод и крепеж.
4. Патроны для ламп крепятся на корпусе после выбора расстояния между ними.
5. ЭПРА устанавливается в зоне минимального нагрева от ламп (обычно ближе к центру) и подключается к патронам. Каждый блок выпускается со схемой подключений на корпусе.
6. Светильник крепится на стене или потолке с подключением к сети питания на 220 В через выключатель.
7. Для защиты ламп желательно применять прозрачный колпак.

Самодельный светильник

Замена. Видео

Как заменить электронный балласт в светильнике, наглядно расскажет это видео.

ЛЛ следует питать током высокой частоты, для чего хорошо подходит электронный балластник. Они содержат мало паров ртути, здесь требуется нормированный по времени и току подогрев нитей накала для выхода в рабочий режим.

Я уже не раз говорил что множество вещей которые нас окружают могли бы быть реализованы гораздо раньше, но почему-то вошли в наш быт совсем недавно. Все мы сталкивались с люминесцентными лампами – такими белыми трубками с двумя штырьками на торцах. Помните, как они раньше включались? Вы нажимаете клавишу, лампа начинает промаргивать и наконец, входит в свой обычный режим. Это реально раздражало, поэтому дома подобные штуковины не ставили. Ставили в общественных местах, на производстве, в офисах, в цехах заводов — они действительно экономичные по сравнению с обычными лампами накаливания. Вот только моргали они с частотой 100 раз в секунду и многие это моргание замечали, что раздражало еще больше. Ну и еще для запуска к каждой лампе полагался пускорегулирующий дроссель, такая себе, железячка с массой под килограмм. Если он был собран недостаточно качественно, то довольно мерзко жужжал, тоже с частотой 100 герц. А если в помещении где вы работаете таких ламп десятки? Или сотни? И все эти десятки синфазно включаются-выключаются 100 раз в секунду и дросселя жужжат, пусть и не все. Неужели это никак не воздействовало?

Но, в наше время можно сказать, что эпоха жужжащих дросселей и моргающих (как при старте, так и при работе) ламп закончилась. Сейчас они включаются сразу и для человеческого глаза их работа выглядит совершенно статичной. Причина – вместо тяжелых дросселей и периодически залипающих стартеров в оборот вошли ЭПРА – электронные пускорегулирующие аппараты. Маленькие и легкие. Однако при одном лишь взгляда на их электрическую схему, возникает вопрос: а что мешало наладить их массовый выпуск еще в конце 70-начале 80х годов? Ведь вся элементная база была уже тогда. Собственно, кроме двух высоковольтных транзисторов там задействованы самые простые детали, буквально копеечной стоимости, которые были и в 40-е годы. Ну ладно СССР, тут производство слабо реагировало на технический прогресс (например, ламповые телеки были сняты с производства только в конце 80-х годов), но на Западе?

Итак, по порядку…

Стандартная схема включения люминесцентной лампы была, как и практически всё в ХХ веке, придумана американцами накануне Второй Мировой войны и включала в себя кроме лампы, уже упоминаемые нами дроссель и стартер. Да, еще параллельно сети вешали конденсатор для компенсации фазового сдвига вносимого дросселем или выражаясь еще более простым языком, для коррекции коэффициента мощности.

Дросселя и стартеры

Принцип работы всей системы довольно хитрый. В момент замыкания кнопки включения по цепи сеть-кнопка-дроссель-первая спирать-стартер-вторая спираль-сеть начинает течь слабый ток – примерно 40-50 мА. Слабый потому, что в начальный момент сопротивление промежутка между контактами стартера достаточно велико. Однако этот слабый ток вызывает ионизацию газа между контактами и начинает резко возрастать. От этого электроды стартера разогреваются, а поскольку один из них биметаллический, то есть состоит из двух металлов с разной зависимостью изменений геометрических параметров от температуры (разным коэффициентом теплового расширения — КТР) то при нагреве пластина из биметалла изгибается в сторону металла с меньшим КТР и замыкается с другим электродом. Ток в цепи резко возрастает (до 500-600 мА), но всё же его скорость роста и конечная величина ограничены индуктивностью дросселя, собственно индуктивность – это и есть свойство препятствовать мгновенному индуктивность тока. Поэтому дроссель в данной схеме официально называется «аппарат пускорегулирующий». Этот большой ток разогревает спирали лампы которые начинают излучать электроны и подогревать газовую смесь внутри баллона. Сама лампа наполнена аргоном и парами ртути – это важное условие возникновения стабильного разряда. Само собой, что при замыкании контактов в стартере прекращается разряд в нем. Весь описанный процесс на самом деле занимает доли секунды.

Теперь начинается самое интересное. Остывшие контакты стартера размыкаются. Но в дросселе уже запасена энергия равная половина произведения его индуктивности на квадрат тока. Она не может мгновенно исчезнуть (см. выше про индуктивность), а потому вызывает появление в дросселе ЭДС самоиндукции (проще говоря – импульса напряжения примерно в 800-1000 вольт для 36-ваттной ламы в 120 см. длиной). Складываясь с амплитудным сетевым напряжением (310 В), оно создает на электродах лампы напряжение достаточное для пробоя – то есть для возникновения разряда. Разряд в лампе создает ультрафиолетовое свечение паров ртути, а оно в свою очередь воздействует на люминофор и заставляет его светиться в видимом спектре. При этом еще раз напомним, дроссель, имея индуктивное сопротивление, препятствует неограниченному возрастанию тока в лампе, что привело бы к ее разрушению или срабатыванию защитного автомата в вашем жилище или другом месте где эксплуатируются подобные лампы. Заметим, что лампа не всегда зажигается с первого раза, иногда нужно несколько попыток чтобы она вошла в устойчивый режим свечения, то есть те процессы которые мы описали, повторяются 4-5-6 раз. Что, действительно, довольно неприятно. После того как лампа вошла в режим свечения ее сопротивление становится значительно меньшим чем сопротивление стартера поэтому его можно вытащить, лампа при этом будет продолжать светиться. Ну и еще, если вы разберете стартер, то увидите что параллельно его выводам подключен конденсатор. Он нужен для ослабление радиопомех создаваемых контактом.

Итак, если совсем кратко и без углубления в теорию, скажем, что включается люминесцентная лампа большим напряжением, а удерживается в светящемся состоянии значительно меньшим (например включается при 900 вольтах, светится при 150). То есть любое устройство включения люминесцентной лампы – это устройство создающее большое напряжение включения на ее концах, а после зажигания лампы уменьшающее его до определенной рабочей величины.

Эта американская схема включения была фактически единственной и только лет 10 назад ее монополия стала стремительно рушиться – на рынок массово вошли Электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА). Они позволили не просто заменить тяжелые жужжащие дроссели, обеспечить мгновенное включение лампы, но и ввести массу других полезных вещей таких как:

— мягкий пуск ламы – предварительный прогрев спиралей что резко увеличивает срок эксплуатации лампы

— преодоление мерцания (частота питания лампы значительно выше 50 Гц)

— Широкий диапазон входного напряжения 100…250 В;

— понижение энергопотребления (до 30%) при неизменном световом потоке;

— увеличение среднего срока службы ламп (на 50%);

— защиту от скачков напряжения;

— обеспечить отсутствие электромагнитных помех;

— отсутствие бросков коммутационных токов (важно, когда одновременно включается много ламп)

— автоматическое отключением дефектных ламп (это важно, устройства часто бояться работы на холостом ходу)

— КПД качественного ЭПРА — до 97%

— регулирование яркости ламп

Но! Все эти вкусняшки реализованы только в дорогих ЭПРАх. И вообще, не всё так безоблачно. Точнее – может быть всё и было бы безоблачно, если бы схемы ЭПРов сделать по-настоящему надежными. Ведь представляется очевидным, что электронный балласт (ЭПРА) должен быть во всяком случае не менее надежным чем дроссель, особенно если он стоит в 2-3 раза дороже. В «бывшей» схеме состоящей из дросселя, стартера и самой лампы как раз именно дроссель (пускорегулирующий элемент) был самым надежным и, в общем, при качественной сборке мог работать практически вечно. Советские дросселя 60-х годов работают до сих пор, они большие и намотаны довольно толстым проводом. Аналогичные по параметрам импортные дроссели даже таких известных фирм как «Philips» работают не столь надежно. Почему? Вызывает подозрение очень тонкий провод которым они намотаны. Ну и сам сердечник значительно меньше по объему чем у первых советских дросселей, оттого эти дросселя очень сильно нагреваются, что, наверное, тоже влияет на надежность.

Да, так вот, как мне представляется, ЭПРА, во всяком случае дешевые – то есть стоимостью до 5-7 долларов за штуку (что выше чем у дросселя), сделаны заведомо ненадежными. Нет, они могут работать годами и может даже будут работать вечно, но тут как в лотерее – вероятность проигрыша куда выше чем выигрыша. Дорогие ЭПРА сделаны условно-надежными. Почему «условно» мы расскажем чуть позже. Начнем же свой маленький обзор с дешевых. Как по мне, так они составляют 95% покупаемых балластов. А может и почти 100%.

Рассмотрим несколько таких схем. Кстати, все «дешевые» схемы практически одинаковы по конструкции, хотя есть нюансы.

Дешевые электронные балласты (ЭПРА). 95% продаж.

Подобного типа балласты стоимостью в 3-5-7 долларов просто включают лампу. В этом состоит их единственная функция. Никаких других полезных наворотов не имеют. Я срисовал пару схем чтобы объяснить как работает это новомодное чудо, хотя как мы говорили выше, принцип работы такой же как и в «классическом» дроссельном варианте — зажигаем большим напряжением, удерживаем малым. Вот только реализован он по-другому.

Все схемы электронных балластов (ЭПРА) которые я держал в руках – и дешевые и дорогие — представляли собой полумост – различались только варианты управления и «обвязка». Итак, переменное напряжение 220 вольт выпрямляестя диодным мостом VD4-VD7 и сглаживается конденсатором C1. Во входных фильтрах дешевых электронных балластов, из-за экономии цены и места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Гц, притом, что расчет примерно таков: 1 ватт лампы – 1 мкФ емкости фильтра. В этой схеме 5,6 мкФ на 18 ватт, то есть явно меньше чем надо. Оттого (хотя и не только поэтому), кстати, лампа светится визуально тусклее чем от дорогого балласта на ту же мощность.

Дальше через высоокоомный резистор R1 (1,6 МОм) начинает заряжаться конденсатор С4. Когда напряжение на нем превысит порог срабатывания двунаправленного динистора СD1 (примерно 30 вольт), он пробивается и на базе транзистора T2 появляется импульс напряжения. Открытие транзистора дает старт работе полумостового автогенератора образованного транзисторами Т1 и T2 и трансформатором TR1 c управляющими обмотками включенными противофазно. Обычно эти обмотки содержат по 2 витка, а выходная обмотка 8-10 витков провода.

Диоды VD2-VD3 гасят отрицательные выбросы возникающие на обмотках управляющего трансформатора.

Итак, генератор запускается на частоте близкой к резонансной частоте последовательного контура образованного конденсаторами С2, С3 и дросселем С1. Эта частота может быть равна 45-50 кГц, во всяком случае более точно у меня ее измерить не получилось, не было под рукой запоминающего осцилографа. Обратим внимание, что емкость конденсатора С3 включенного между электродами лампы примерно в 8 раз меньше чем емкость конденсатора С2, следовательно, скачек напряжения на нем во столько же раз выше (так как в 8 раз больше емкостное сопротивление – чем выше частота, тем больше емкостное сопротивление на меньшей емкости). Вот почему напряжение такого конденсатора всегда выбирается не менее 1000 вольт. Одновременно по этой же цепи идет и ток, разогревающий электроды. Когда напряжение на конденсаторе С3 достигнет определенной величины, происходит пробой и лампа зажигается. После зажигания ее сопротивление становится значительно меньшим сопротивления конденсатора С3 и он на дальнейшую работу никакого влияния не оказывает. Частота генератора также понижается. Дроссель L1 как и в случае с «классическим» дросселем теперь выполняет функцию ограничения тока, но поскольку лампа работает на высокой частоте (25-30 кГц), то размеры его во много раз меньше.

Внешний вид балласта. Видно, что в плату не впаяны некоторые элементы. Например там, куда я после ремонта впаял токоограничительный резистор, стоит проволочная перемычка.

Еще одно изделие. Неизвестного производителя. Здесь не пожертвовали 2 диода чтобы сделать «искусственный ноль».

«Севастопольская схема»

Есть такое мнение что дешевле чем сделают китайцы не сделает никто. Я тоже был в этом уверен. Уверен до тех пор, пока мне в руки не попали ЭПРА некоего «севастопольского завода» — во всяком случае человек который их продавал, сказал именно так. Рассчитаны они были на лампу 58 W то есть 150 см длины. Нет, не скажу что они не работали или работали хуже чем китайские. Они работали. Лампы от них светились. Но…

Даже самые дешевые китайские балласты (ЭПРА) – это пластмассовый корпус, плата с отверстиями, маска на плате со стороны печатного монтажа и обозначение — где какая деталь со стороны монтажа. «Севастопольский вариант» был лишен всех этих избыточностей. Там плата была одновременно и крышкой корпуса, в плате (по этой причине) не было никаких отверстий, не было никаких масок, никаких нанесенных обозначений, детали были размещены со стороны печатных проводников и всё что можно было выполнено из SMD-элементов, чего я никогда не видел даже в самых дешевых китайских устройствах. Ну и сама схема! Я пересмотрел их великое множество, но никогда не видел ничего похожего. Нет, вроде всё как у китайцев: обычный полумост. Вот только назначение элементов D2-D7 и странное подключение базовой обмотки нижнего транзистора мне решительно непонятно. И еще! Создатели этого чудо-устройства совместили трансформатор полумостового генератора с дросселем! Просто намотали обмотки на Ш-образный сердечник. До такого не додумался никто, даже китайцы. В общем, эту схему проектировали или гении или люди альтернативно-одаренные. С другой стороны, если они так гениальны, ну почему не пожертвовать пару центов для введения токоограничительного резистора предотвращающего бросок тока через конденсатор фильтра? Да и на варистор для плавного разогрева электродов (тоже центы) — могли бы разориться.

В СССР

Приведенная выше «американская схема» (дроссель + стартер + люминесцентная лампа) работает от сети переменного тока частотой 50 герц. А если ток постоянный? Ну, например, лампу надо запитать от аккумуляторов. Тут уже электромеханическим вариантом не обойдешься. Нужно «лепить схему». Электронную. И такие схемы были, например в поездах. Мы все ездили в советских вагонах разной степени комфортности и видели там эти люминесцентные трубки. Но они питались постоянным током напряжением в 80 вольт, такое напряжение выдает вагонный аккумулятор. Для питания была разработана «та самая» схема – полумостовой генератор с последовательной резонансной цепью, а для предотвращения бросков тока через спирали ламп введен терморезистор прямого подогрева ТРП-27 с положительным температурным коэффициентом сопротивления. Схема, надо сказать, отличалась исключительной надежностью, а чтобы переделать ее в балласт для сети переменного тока и использовать в быту, нужно было по сути добавить диодный мост, сглаживающий конденсатор и немного пересчитать параметры некоторых деталей и трансформатора. Единственное «но». Такая штуковина получилось бы довольно дорогой. Я думаю, ее стоимость была бы не меньше 60-70 советских рублей, при стоимости дросселя в 3 рубля. В основном, из-за высокой стоимости в СССР мощных высоковольтных транзисторов. И еще эта схема издавала довольно неприятный высокочастотный писк, не всегда, но иногда его можно было услышать, возможно, со временем менялись параметры элементов (подсыхали конденсаторы) и частота работы генератора понижалась.

Схема питания люминесцентных ламп в поездах в хорошем разрешении

Дорогие электронные балласты (ЭПРА)

В качестве примера простого «дорогого» балласта можно привести изделие фирмы TOUVE. Он работал в системе освещения аквариума, проще говоря – от него питались две ламы зеленого свечения по 36 ватт. Хозяин балласта сказал мне, что эта штука какая-то особенная, специально разработанная для освещения аквариумов и террариумов. «Экологичная». В чем там экологичность я так и не понял, другое дело что этот «экологический балласт» не работал. Вскрытие и анализ схемы показал, что по сравнению с дешевыми она существенно усложнена, хотя принцип – полумост + запуск через тот самый динистор DB3 + последовательная резонансная цепь – сохранен в полном объеме. Поскольку лампы две, то мы видим два резонансных контура T4C22C2 и T3C23C5. Холодные спирали ламп от броска тока защищают терморезисторы PTS1, PTS2.

Правило! Если вы покупаете экономную лампу или вот электронный балласт, проверьте как включается эта самая лампа. Если мгновенно – балласт дешевый, что бы вам там про него не рассказывали. В более менее нормальных, лампа должна включаться после нажатия кнопки примерно через 0,5 секунд.

Дальше. Входной варистор RV защищает конденсаторы фильтра питания от броска тока. Схема оснащена фильтром питания (обведен красным) – он препятствует попаданию высокочастотных помех в сеть. Корректор коэффициента мощности (Power Factor Correction) обведен зеленым контуром, но в данной схеме он собран на пассивных элементах, что отличает ее от самых дорогих и навороченных, где коррекцией управляет специальная микросхема. Об этой важной проблеме (коррекции коэффициента мощности) мы поговорим в одном из следующих статей. Ну и еще добавлен узел защиты в аномальных режимах – в этом случае прекращается генерация путем замыкания тиристором SCR базы Q1 на землю.

Скажем, дезактивация электродов или нарушение герметичности трубки, приводят к возникновению «открытой схемы» (лампа не зажигается), что сопровождаются значительным ростом напряжения на пусковом конденсаторе и ростом тока балласта на частоте резонанса, ограниченными лишь добротностью контура. Длительная работа в этом режиме ведет к повреждению балласта за счет перегрева транзисторов. Вот в этом случае и должна сработать защита — тиристор SCR замыкает базу Q1 на землю прекращая генерацию.

Видно, что данное устройство по размерам гораздо больше чем дешевые балласты, но после ремонта (вылетел один из транзисторов) и восстановления, выяснилось что эти самые транзисторы нагреваются, как мне показалось, сильнее чем надо, примерно до 70 градусов. Почему бы не поставить небольшие радиаторы? Я не утверждаю что транзистор вылетел из-за перегрева, но возможно работа на повышенных температурах (в закрытом корпусе) послужила провоцирующим фактором. В общем, поставил я небольшие радиаторы, благо место есть.

Лампы накаливания хотя и стоят дешево, но потребляют много электроэнергии, поэтому многие страны отказываются от их производства (США, страны Западной Европы). Взамен им приходят компактные люминесцентные лампы дневного света (энергосберегающие), их закручивают в те же патроны Е27, что и лампы накаливания. Однако стоят они в 15-30 раз дороже, зато в 6-8 раз дольше служат и в 4 раза меньше потребляют электроэнергии, что и определяет их судьбу. Рынок переполнен разнообразием таких ламп, в основном китайского производства. Одна из таких ламп, фирмы DELUX, показана на фото.

Ее мощность 26 Вт -220 В, а блок питания, называемый еще электронным балластом, расположен на плате размерами 48x48 мм (рис.1 ) и находится в цоколе этой лампы.

Ее радиоэлементы размещены на монтажной плате навесным монтажом, без применения ЧИП-элементов. Принципиальная схема нарисована автором из осмотра монтажной платы и показана на рис.2.

Примечание к схеме: на схеме отсутствует точка, обозначающая соединение динистора, диода D7 и базы транзистора EN13003A

Вначале уместно напомнить принцип зажигания люминесцентных ламп, в том числе и при применении электронных балластов. Для зажигания люминесцентной лампы необходимо разогреть ее нити накала и приложить напряжение 500...1000 В, т.е. значительно больше, чем напряжение электросети. Величина напряжения зажигания прямо пропорциональна длине стеклянной колбы люминесцентной лампы. Естественно, для коротких компактных ламп она меньше, а для длинных трубчатых ламп - больше. После зажигания лампа резко уменьшает свое сопротивление, а значит, надо применять ограничитель тока для предотвращения КЗ в цепи. Схема электронного балласта для компактной люминесцентной лампы представляет собой двухтактный полумостовой преобразователь напряжения. Вначале сетевое напряжение с помощью 2-полупериодного моста выпрямляется до постоянного напряжения 300...310 В. Запуск преобразователя обеспечивает симметричный динистор, обозначенный на схеме Z, он открывается, когда, при включении электросети, напряжение в точках его подключения превысит порог срабатывания. При открывании, через динистор проходит импульс на базу нижнего по схеме транзистора, и преобразователь запускается. Далее двухтактный полумостовой преобразователь, активными элементами которого являются два транзистора n-p-n, преобразует постоянное напряжение 300...310 В, в высокочастотное напряжение, что позволяет значительно уменьшить габариты блока питания. Нагрузкой преобразователя и одновременно его управляющим элементом является тороидальный трансформатор (обозначенный в схеме L1) со своими тремя обмотками, из них две управляющие обмотки (каждая по два витка) и одна рабочая (9 витков). Транзисторные ключи открываются противофазно от положительных импульсов с управляющих обмоток. Для этого управляющие обмотки включены в базы транзисторов противофазно (на рис.2 начало обмоток обозначены точками). Отрицательные выбросы напряжения с этих обмоток гасятся диодами D5, D7. Открытие каждого ключа вызывает наводку импульсов в двух противоположных обмотках, в том числе и в рабочей обмотке. Переменное напряжение с рабочей обмотки подается на люминесцентною лампу через последовательную цепь, состоящую из: L3 - нити накала лампы -С5 (3,3 нФ 1200 В) - нити накала лампы - С7 (47 нФ/400 В). Величины индуктивностей и емкостей этой цепи подобраны так, что в ней возникает резонанс напряжений при неизменной частоте преобразователя. При резонансе напряжений в последовательной цепи, индуктивное и емкостное сопротивления равны, сила тока в цепи максимальна, а напряжение на реактивных элементах L и С может значительно превышать прикладываемое напряжение. Падение напряжения на С5, в этой последовательной резонансной цепи, в 14 раз больше, чем на С7, так как емкость С5 в 14 раз меньше и его емкостное сопротивление в 14 раз больше. Следовательно, перед зажиганием люминесцентной лампы максимальный ток в резонансной цепи разогревает обе нити накала, а большое резонансное напряжение на конденсаторе С5 (3,3 нФ/1200 В), включенного параллельно лампе, зажигает лампу. Обратите внимания на максимально допустимые напряжения на конденсаторах С5=1200 В и С7= 400 В. Такие величины подобраны неслучайно. При резонансе напряжение на С5 достигает около 1 кВ и он должен его выдерживать. Зажженная лампа резко уменьшает свое сопротивление и блокирует (закорачивает) конденсатор С5. С резонансной цепи исключается емкость С5, и резонанс напряжений в цепи прекращается, но уже зажженная лампа продолжает светиться, а дроссель L2 своей индуктивностью ограничивает ток в зажженной лампе. При этом преобразователь продолжает работать в автоматическом режиме, не меняя свою частоту с момента запуска. Весь процесс зажигания длится меньше 1 с. Следует отметить, что на люминесцентную лампу все время подается переменное напряжение. Это лучше, чем постоянное, так как обеспечивает равномерный износ эмиссионных способностей нитей накаливания и этим увеличивает срок ее службы. При питании ламп от постоянного тока срок ее службы уменьшается на 50%, поэтому постоянное напряжения на газоразрядные лампы не подают.

Назначения элементов преобразователя.
Типы радиоэлементов указаны на принципиальной схеме (рис.2).
1. EN13003A- транзисторные ключи (на монтажной схеме производители их почему-то не обозначили). Это биполярные высоковольтные транзисторы средней мощности, n-p-n проводимости, корпус ТО-126, их аналоги MJE13003 или КТ8170А1 (400 В; 1,5 А; в импульсе 3 А), можно и КТ872А (1500 В; 8 А; корпус Т26а), но по габаритам они больше. В любом случае надо правильно определить выходы БКЭ, так как у разных производителей могут быть разные их последовательности, даже у одного и того же аналога.
2. Тороидальный ферритовый трансформатор, обозначенный производителем L1, размеры кольца 11x6x4,5, вероятная магнитная проницаемость 2000, имеет 3 обмотки, две из них по 2 витка и одна 9 витков.
3. Все диоды D1-D7 однотипные 1N4007 (1000 В, 1 А), из них диоды D1-D4 - выпрямительный мост, D5, D7 - гасят отрицательные выбросы управляющего импульса, a D6 - разделяет источники питания.
4. Цепочка R1СЗ обеспечивает задержку пуска преобразователя с целью «мягкого пуска» и не допущения броска пускового тока.
5. Симметричный динистор Z типа DB3 Uзс.max=32 В; Uoc=5 В; Uнеотп.и.max=5 В) обеспечивает первоначальный запуск преобразователя.
6. R3, R4, R5, R6 - ограничительные резисторы.
7. С2, R2 - демпферные элементы, предназначенные для гашения выбросов транзисторного ключа в момент его закрытия.
8. Дроссель L1 состоит из двух склеенных между собой Ш-образных ферритовых половинок. Вначале дроссель участвует в резонансе напряжений (совместно с С5 и С7) для зажигания лампы, а после зажигания своей индуктивностью гасит ток в цепи люминесцентной лампы, так как зажженная лампа резко уменьшает свое сопротивление.
9. С5 (3,3 нФ/1200 В), С7 (47 нФ/400 В) - конденсаторы в цепи люминесцентной лампы, участвующие в ее зажигании (через резонанс напряжений), а после зажигания С7 поддерживает свечения.
10. С1 - сглаживающий электролитический конденсатор.
11. Дроссель с ферритовым сердечником L4 и конденсатор С6 составляют заградительный фильтр, не пропускающий импульсные помехи преобразователя в питающую электросеть.
12. F1 - мини-предохранитель в стеклянном корпусе на 1 А, находится вне монтажной платы.

Ремонт.
Перед тем как ремонтировать электронный балласт, необходимо «добраться» до его монтажной платы, для этого достаточно ножом разъединить две составные части цоколя. При ремонте платы под напряжением будьте осторожны, так как ее радиоэлементы находятся под фазным напряжением!

Перегорание (обрыв) накальных спиралей люминесцентной лампы , при этом электронный балласт остается исправным. Это типичная неисправность. Восстановить спираль невозможно, а стеклянные люминесцентные колбы к таким лампам отдельно не продаются. Какой же выход? Или приспособить исправный балласт к 20-ватному светильнику, имеющему прямую стеклянную лампу, вместо его «родного» дросселя (светильник будет работать надежнее и без гула) или использовать элементы платы как запчасти. Отсюда рекомендация: закупайте однотипные компактные люминесцентные лампы - легче будет ремонтировать.

Трещины в пайке монтажной платы. Причина их появления - периодическое нагревание и последующее, после выключения, остывание места пайки. Нагревается место пайки от элементов, которые греются (спирали люминесцентной лампы, транзисторные ключи). Такие трещины могут проявиться после нескольких лет эксплуатации, т.е. после многократного нагревания и остывания места пайки. Устраняется неисправность повторной пайкой трещины.

Повреждение отдельных радиоэлементов. Отдельные радиоэлементы могут повредиться как от трещин в пайке, так и от скачков напряжения в питающей электросети. Хотя в схеме и есть предохранитель, но он не защитит радиоэлементы от скачков напряжений, как это мог бы сделать варистор. Предохранитель сгорит от пробоев радиоэлементов. Безусловно, самым слабым местом из всех радиоэлементов данного устройства являются транзисторы.

Радiоаматор №1, 2009г.

Список радиоэлементов

Модели между собой отличаются по номинальному напряжению, сопротивлению и перегрузке. Современные устройства способны работать в экономном режиме. Подключение балластов осуществляется через контроллеры. Как правило, они применяются электродного типа. Также схема подключения модели предполагает применение переходника.

Стандартная схема устройства

Схемы электронных балластов включают в себя набор трансиверов. Контакты у моделей применяются коммутируемого типа. Обычное устройство состоит из до 25 пФ. Регуляторы в устройствах могут применяться операционного либо проводникового типа. Стабилизаторы в балластах устанавливаются через обкладку. Для поддержания рабочей частоты в устройстве имеется тетрод. Дроссель в данном случае крепится через выпрямитель.

Устройства низкого КПД

Балласт электронный (схема 2х36) низкого КПД подходит для ламп на 20 Вт. Стандартная схема включает в себя набор расширительных трансиверов. Пороговое напряжение у них составляет 200 В. Тиристор в устройствах данного типа используется на обкладке. С перегрузками борется компаратор. У многих моделей используется преобразователь, который работает при частоте 35 Гц. С целью повышения напряжения применяется тетрод. Дополнительно используются переходники для подключения балластов.

Устройства высокого КПД

Электронный балласт (схема подключения показана ниже) имеет один транзистор с выходом на обкладку. Пороговое напряжение элемента равняется 230 В. Для перегрузок используется компаратор, который работает на низких частотах. Данные устройства хорошо подходят для ламп мощностью до 25 Вт. Стабилизаторы довольно часто применяются с переменными транзисторами.

Во многих схемах используются преобразователи, и рабочая частота у них равняется 40 Гц. Однако она может повышаться при возрастании перегрузок. Также стоит отметить, что у балластов используются динисторы для выпрямления напряжения. Регуляторы часто устанавливаются за трансиверами. Операционные налоги выдают частоту не более 30 Гц.

Устройство на 15 Вт

Балласт электронный (схема 2х36) для ламп на 15 Вт собирается с интегральными трансиверами. Тиристоры в данном случае крепятся через дроссель. Также стоит отметить, что есть модификации на открытых переходниках. Они выделяются высокой проводимостью, но работают при низкой частоте. Конденсаторы используются только с компараторами. при работе доходит до 200 В. Изоляторы используются только в начале цепи. Стабилизаторы применятся с переменным регулятором. Проводимость элемента составляет не менее 5 мк.

Модель на 20 Вт

Электрическая схема электронного балласта для ламп на 20 Вт подразумевает применение расширительного трансивера. Транзисторы стандартно используются разной емкости. В начале цепи они устанавливаются на 3 пФ. У многих моделей показатель проводимости доходит до 70 мк. При этом коэффициент чувствительности сильно не снижается. Конденсаторы в цепи используются с открытым регулятором. Понижение рабочей частоты осуществляется через компаратор. При этом выпрямление тока происходит благодаря работе преобразователя.

Если рассматривать схемы на фазовых трансиверах, то там имеется четыре конденсатора. Емкость у них стартует от 40 пФ. Рабочая частота балласта поддерживается на уровне 50 Гц. Триоды для этого используются на операционных регуляторах. Для понижения коэффициента чувствительности можно встретить различные фильтры. Выпрямители довольно часто используются на подкладках и устанавливаются за дросселем. Проводимость балласта в первую очередь зависит от порогового напряжения. Также учитывается тип регулятора.

Схема балласта на 36 Вт

Балласт электронный (схема 2х36) для ламп на 36 Вт имеет расширительный трансивер. Подключение устройства происходит через переходник. Если говорить про показатели балластов, то номинальное напряжение равняется 200 Вт. Изоляторы для устройств подходят низкой проводимости.

Также схема электронного балласта 36W включает в себя конденсаторы емкостью от 4 пФ. Тиристоры довольно часто устанавливаются за фильтрами. Для управления рабочей частотой имеются регуляторы. У многих моделей используется два выпрямителя. Рабочая частота у балластов данного типа максимум равняется 55 Гц. При этом перегрузка может сильно возрастать.

Балласт Т8

Электронный балласт Т8 (схема показана ниже) имеет два транзистора с низкой проводимостью. У моделей используются только контактные тиристоры. Конденсаторы в начале цепи имеются большой емкости. Также стоит отметить, что балласты производятся на контакторных стабилизаторах. У многих моделей поддерживается Коэффициент тепловых потерь составляет около 65 %. Компаратор устанавливается с частотой 30 Гц и проводимостью 4 мк. Триод для него подбирается с обкладкой и изолятором. Включение устройства осуществляется через переходник.

Использование транзисторов MJE13003A

Балласт электронный (схема 2х36) с транзисторами MJE13003A включает в себя только один преобразователь, который находится за дросселем. У моделей используется контактор переменного типа. Рабочая частота у балластов составляет 40 Гц. При этом пороговое напряжение при перегрузках равняется 230 В. Триод в устройствах применяется полюсного типа. У многих моделей имеется три выпрямителя с проводимостью от 5 мк. Недостатком устройства с транзитами MJE13003A можно считать высокие тепловые потери.

Использование транзисторов N13003A

Балласты с данными транзисторами ценятся за хорошую проводимость. У них малый коэффициент тепловых потерь. Стандартная схема устройства включает проводной преобразователь. Дроссель в данном случае используется с обкладкой. У многих моделей низкая проводимость, но рабочая частота равняется 30 Гц. Компараторы для модификаций подбираются на волновом конденсаторе. Регуляторы подходят только операционного типа. Всего в устройстве имеется два реле, а контакторы устанавливаются за дросселем.

Использование транзисторов КТ8170А1

Балласт на транзисторе КТ8170А1 состоит из двух трансиверов. У моделей имеется три фильтра для импульсных помех. За включение трансивера отвечает выпрямитель, который работает при частоте 45 Гц. У моделей используются преобразователи только переменного типа. Они работают при пороговом напряжении 200 В. Данные устройства замечательно подходят для ламп на 15 Вт. Триоды в контроллерах используются выходного типа. Показатель перегрузки может меняться, и это в первую очередь связано с пропускной способностью реле. Также надо помнить о емкости конденсаторов. Если рассматривать проводные модели, то вышеуказанный параметр у элементов не должен превышать 70 пФ.

Использование транзисторов КТ872А

Принципиальная схема электронного балласта на транзисторах КТ872А предполагает использование только переменных преобразователей. Пропускная способность составляет около 5 мк, но рабочая частота может меняться. Трансивер для балласта подбирается с расширителем. У многих моделей используется несколько конденсаторов разной емкости. В начале цепи применяются элементы с обкладками. Также стоит отметить, что триод разрешается устанавливать перед дросселем. Проводимость в таком случае составит 6 мк, а рабочая частота не будет выше 20 Гц. При напряжении 200 В перегрузка у балласта составит около 2 А. Для решения проблем с пониженной чувствительностью используются стабилизаторы на расширителях.

Применение однополюсных динисторов

Электронный балласт (2х36 схема) с однополюсными динисторами способен работать при перегрузке свыше 4 А. Недостатком таких устройств является высокий коэффициент тепловых потерь. Схема модификации включает в себя два трансивера низкой проводимости. У моделей рабочая частота составляет около 40 Гц. Кондукторы крепятся за дросселем, а реле устанавливается только с фильтром. Также стоит отметить, что у балластов имеется проводниковый транзистор.

Конденсатор используется низкой и высокой емкости. В начале цепи применяются элементы на 4 пФ. Показатель сопротивления на этом участке составляет около 50 Ом. Также надо обратить внимание на то, что изоляторы используются только с фильтрами. Пороговое напряжение у балластов при включении равняется примерно 230 В. Таким образом, модели можно использовать для ламп разной мощности.

Схема с двухполюсным динистором

Двухполюсные динисторы в первую очередь обеспечивают высокую проводимость у элементов. Электронный балласт (2х36 схема) производится с компонентами на коммутаторах. При этом регуляторы используются операционного типа. Стандартная схема устройства включает в себя не только тиристор, но и набор конденсаторов. Трансивер при этом используется емкостного типа, и у него высокая проводимость. Рабочая частота элемента составляет 55 Гц.

Основной проблемой устройств является низкая чувствительность при больших перегрузках. Также стоит отметить, что триоды способны работать только при повышенной частоте. Таким образом, лампы часто мигают, а вызвано это перегревом конденсаторов. Чтобы решить эту проблему, на балласты устанавливаются фильтры. Однако они не всегда способны справиться с перегрузками. В данном случае стоит учитывать амплитуду скачков в сети.

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 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:

1. Для перехода люминесцентного устройства в рабочий режим требуется около 3 секунд.
2. Осветительные приборы с электромагнитным балластом во время работы мерцают, что негативно влияет на органы зрения.
3. Расход энергии у этих устройств значительно выше по сравнению с электронным балластом.
4. 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:

1. До момента подачи на катоды лампы зажигающего напряжения они предварительно нагреваются. Это позволяет избавиться от мерцания, а также увеличить КПД осветительного прибора.
2. 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 .