Устройство электронного балласта для люминесцентных ламп

Рассчитываем ёмкость необходимого напряжения

Для экономии используют конденсаторы с маленьким показателем ёмкости. Именно от них будет зависеть показатель пульсации входящего напряжения. Для снижения пульсации, необходимо увеличивать объём конденсаторов тоже делается для увеличения показателя пульсации только в обратном порядке.

Для снижения размеров и улучшения компактности, возможно, применять конденсаторы на электролитах. К примеру, можно использовать такие конденсаторы, которые вмонтированы в фототехнику. Они обладают ёмкостью 100µF х 350V.

Блок питания на двадцать ватт

Чтобы обеспечить бп показателем двадцать ватт, достаточно использовать стандартную схему от энергосберегающих светильников и вовсе не наматывая дополнительной намотки на трансформаторы. В случае, когда дроссель обладает свободным пространством и может дополнительно уместить витки, можно их добавить.

Таким образом, следует добавить два-три десятка витков обмотки, чтобы была возможность подзаряжать мелкие устройства или использовать ибп как усилитель для техники.

Схема блока питания на 20 ватт

Если вам требуется более эффективное увеличение показателя мощности, можно использовать самый простой провод из меди, покрытый лаком. Он специально предназначен для обмотки. Убедитесь что изоляция на стандартной обмотке дросселя достаточно качественная, так как эта часть будет находиться под значением входящего тока. Также следует оградить её от вторичных витков с помощью бумажной изоляцией.

Действующая модель БП мощность – 20 Ватт.

Для изоляции используем специальный картон толщиной 0.05 миллиметра или 0.1 миллиметра. В первом случае необходимо два слова, во втором достаточно одного. Сечение обмоточного провода используем из максимального больших, количество витков будет подбирать методом проб. Обычно витков необходимо достаточно мало.

Уменьшение поперечного диаметра используемого провода конечно увеличит численность витков, но на мощность это повлияет только в минус.

Стоваттный блок питания

Чтобы иметь возможность поднять мощность бп до сотни ватт, необходимо дополнительно докрутить импульсный трансформатор и расширить ёмкость фильтровочного конденсатора до 100 фарад.

Схема 100 ватт БП

Чтобы облегчить нагрузку и уменьшить температуру транзисторов, к ним следует добавить радиаторы для охлаждения. При такой конструкции, КПД получится в районе девяноста процентов.

Следует подключить транзистор 13003

К электронному балласту бп следует подключить транзистор 13003, который способен закрепляться с помощью фасонной пружины. Они выгодны тем, что с ними нет необходимости устанавливать прокладку из-за отсутствия металлических площадок. Конечно, их теплоотдача значительно хуже.

Лучше всего проводить закрепления с помощью винтов М2.5, с заранее установленной изоляцией. Также возможно использовать термопасту, которая не передаёт напряжение сети.

Подключение к сети 220 вольт

Подключение происходит с помощью лампы накаливания. Она будет служить защитным механизмом и подключается перед блоком питания.

В этом случае, лампа служит балластом, который имеет нелинейный показатель и отлично предохраняет ибп от неисправной работы сети. Значение мощности лампы необходимо подбирать таким же образом, как и мощность самого импульсного блока питания.

Так как, возможно, что блок питания будет пропускать сильное напряжение, позаботьтесь о том, чтобы все его соединения и контакты были качественно заизолированы. Тоже касается и всех транзисторов, их так же следует изолировать от внешней среды, ведь они могут пропускать ток через свой корпус.

Очень часто причиной поломки электроприбора становится неисправность аккумулятора. Вследствие этого нужен ремонт или же покупка нового оборудования. Но можно избежать больших затрат, сделав блок питания из энергосберегающей лампы своими руками. Все необходимые детали можно взять из обычной люминесцентной лампы, стоимость которой невелика.

Выбор ЭПРА.

Если Вы решились на модернизацию светильников путем замены дросселя и стартера на современный электронный пускатель для люминесцентных ламп, то первый фактор который нужно учесть, это производитель. От неизвестных марок и подозрительно дешевых устройств лучше отказаться. Но и нельзя сразу сказать, что дешево – это плохо и недолговечно. Информация сегодня открыта вся, желательно ознакомиться и с отзывами по конкретной модели в Интернете. Среди производителей внимания заслуживают:

• Helvar,
• Philips,
• Osram,
• Tridonic

Виды ЭПРА

При выборе важно изучить документацию. Наиболее важны следующие характеристики:

• Тип источника света,
• Мощность источников света,
• Условия и режимы эксплуатации.

У некоторых моделей марок Tridonic, Philips, Helvar  имеется возможность подключения как переменного напряжения (~220), так и постоянного (=220).

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.

Устройство ЭПРА

Мостовая схема инвертора

Полумостовая схема инвертора Типичный ЭПРА состоит из следующих блоков:

1. Фильтр электромагнитных помех — отфильтровывает как входящие в ЭПРА из сети помехи, так и проникающие из ЭПРА в электросеть.
2. Выпрямитель.
3. Схема коррекции коэффициента мощности (опционально).
4. Сглаживающий фильтр.
5. Инвертор.
6. Балласт (дроссель).

Инвертор может оснащаться устройством плавного регулирования яркости, требующим использования внешнего светорегулятора, специально предназначенного для управления электронным балластом.

Схема ЭПРА может быть мостовой и полумостовой. Первая имеет вдвое большее количество ключевых элементов (как правило это мощные полевые транзисторы) и используется при больших мощностях ламп (сотни Ватт). Вторая схема применяется намного чаще и, хотя она имеет более низкий КПД по сравнению с мостовой, использование специальных микросхем-драйверов, управляющих ключевыми элементами ЭПРА (например, марки ICB1FL02G) в значительной степени компенсирует этот недостаток. Нужно отметить, что указанные микросхемы применяются и в мощных ЭПРА.

Качественные ЭПРА, помимо перечисленных выше элементов, содержат встроенную защиту от перепадов напряжения сети, импульсных помех и запуска в отсутствие лампы. Линейка продукции включает в себя: стандартные, аналоговые (1-10В) и цифровые (DALI) ЭПРА. Возможности энергосбережения с управляемыми ЭПРА до 85 % по сравнению с традициональными ПРА.

Что выбрать электромагнитные или электронные ПРА?

Электромагнитные пускорегулирующие аппараты (ЭМПРА) состоит как минимум из индуктивного балласта и импульсного зажигающего устройства (ИЗУ). Если в комплект входит компенсирующий конденсатор, то эффективность ЭМПРА повышается.

При покупке готового светильника со встроенным ЭМПРА для его подключения не нужны специальные навыки. А вот при совмещении светильника и ЭМПРА необходимы специальные электротехнические познания.

Величина светового потока и потребляемая мощность в светильниках с ЭМПРА зависят от напряжения питающей сети. При работе ЭМПРА может возникать шумовой фон, что может негативно сказываться на настроении покупателей. Еще один минус работы ЭМПРА — реальный срок службы лампы приблизительно в 2-2,5 раза меньше паспортного. И наконец, светильники с ЭМПРА довольно массивные. Например, если средняя масса светильника для лампы мощностью 70Вт около 2кг, то для светильника мощностью 400Вт уже около 9кг. Как правило, при монтаже такого светильника ЭМПРА не подвешивают вместе с лампой, а устанавливают внизу на значительном расстоянии или на специальных креплениях под потолком.

ЭМПРА хороши своей традиционностью, они выпускаются по отработанной в течение многих десятилетий технологии, обеспечивающей приличную надежность. Самым ненадежным элементом ЭМПРА является ИЗУ. Если смириться с перечисленными выше особенностями, то светильник с ЭМПРА обойдется относительно недорого.

В настоящее время реальной альтернативой ЭМПРА стали электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА), у которых эксплутационные характеристики и эффективность работы намного выше, чем у первых.

Электронные ПРА являются более дорогими по сравнению с электромагнитным ПРА устройствами, однако начальные затраты компенсируются их высокой экономичностью, которая характеризуется:

• уменьшенным на 30 % энергопотреблением (при сохранении светового потока) за счет повышения светоотдачи лампы на повышенной частоте и более высокого КПД;
• увеличенным на 50% сроком службы ламп благодаря щадящему режиму работы и пуска;
• снижением эксплуатационных расходов за счёт сокращения числа заменяемых ламп и отсутствия необходимости замены стартеров;
• дополнительным энергосбережением до 80% при работе в системах управления светом;
• возможностью создания систем управления светом.

В связи с повышающимися тарифами на электроэнергию использование ЭПРА для люминесцентных ламп становится все более и более целесообразным. Даже при нынешних ценах на ЭПРА, которые в 5 — 10 раз выше, чем на электромагнитный ПРА и стартёр, ЭПРА окупается за счёт экономии электроэнергии и увеличения срока службы ламп. Специалисты крупнейших светотехнических фирм (Osram, Philips, Motorola и др.) посчитали, что при нынешнем уровне цен электроэнергии и аппаратов срок окупаемости ЭПРА составляет от 1 до 2,5 лет в зависимости от времени работы ламп.

Общий принцип работы элемента

По сути, балласт для люминесцентных ламп представляет собой дроссель. Он регулирует силу подачи тока, ограничивая или разделяя разночастотные электрические сигналы. Ликвидирует пульсации постоянного тока. Происходит нагрев катодов люминесцентных ламп.

Далее, на них производится подача необходимого количества напряжения, которое активирует работу осветительного прибора. Напряжение корректируется с помощью особого регулятора, который впаян в инверторную схему. Именно он отлаживает диапазон напряжений. За счет вышеперечисленных особенностей работы балласта мерцание в источнике света полностью исключается.

В схему встроен и стартер. Его функции – трансляция напряжения и зажигание. При включении лампы, на микросхеме балласта происходит снижение силы тока. Данная особенность позволяет выстроить необходимый режим работы осветительного прибора.

Сегодня на рынке широко представлены такие виды балластных устройств, как:

• электромагнитные;
• электронные;
• балласты для компактных ламп.

Представленные категории отмечены надёжной работой и обеспечивают длительное функционирование и простоту эксплуатации всех люминесцентных ламп. Все эти приборы имеют идентичный принцип действия, однако отличаются по некоторым пунктам.

Электромагнитные

Данные балласты применимы для ламп, подключенных к электросети при помощи стартера. Первично возникающий разряд интенсивно разогревает и замыкает биметаллические электродные элементы. Происходит резкое увеличение рабочего тока.

Электромагнитный балласт легко узнать по внешнему виду. Конструкция более массивная, по сравнению с электронным прототипом.

При выходе из строя стартера, в схеме электромагнитного балласта, возникает фальстарт. При поступлении питания лампа начинает мигать, впоследствии идёт ровная подача электроэнергии. Эта особенность значительно снижает рабочий ресурс источника освещения.

Плюсы	Минусы
Высококлассный уровень надежности, доказанный практикой и временем.	Долгий запуск — на первом этапе эксплуатации запуск осуществляется за 2-3 секунды и до 8 секунд к моменту завершения срока службы.
Простота конструкции.	Повышенный расход электроэнергии.
Удобство эксплуатации модуля.	Мерцание лампы с частотой 50 Гц (эффект стробирования). Негативно влияет на человека, который длительно находится в помещении с подобным видом освещения.
Доступная цена для потребителей.	Слышен гул работы дросселя.
Количество фирм производителей.	Значительный вес конструкции и громоздкость.

Электронные

Сегодня применяются магнитные и электронные балластники, которые состоят в первом случае из микросхемы, транзисторов, динисторов и диодов, а во втором – из металлических пластин и медного провода. Посредством стартера лампы запускаются, причем в качестве единой функции этого элемента с балластником в одной схеме организовано явление в электронном варианте детали.

• малый вес и компактность;
• плавное быстрое включение;
• в отличие от электромагнитных конструкций, которым для работы требуется сеть 50 Гц, высокочастотные магнитные аналоги функционируют без шумов от вибрации и мерцания;
• снижены потери на нагревание;
• коэффициенты мощности в электронных схемах достигают 0,95;
• продленный срок эксплуатации и безопасность применения обеспечиваются несколькими видами защиты.

Достоинства	Недостатки
Автоматическая настройка балласта под различные виды ламп.	Более высокая стоимость, по сравнению с электромагнитными моделями.
Моментальное включение осветительного прибора, без дополнительной нагрузки на устройство.
Экономия потребления электроэнергии до 30%.
Исключен нагрев электронного модуля.
Ровная световая подача и отсутствие шумовых эффектов в процессе освещения.
Увеличение срока службы люминесцентных ламп.
Дополнительная защита гарантирует увеличение степени пожаробезопасности.
Снижение рисков в процессе эксплуатации.
Ровная подача светопотока исключает быструю утомляемость.
Отсутствие негативных функций в условиях пониженных температур.
Компактность и легкость конструкции.

Для компактных люминесцентных ламп

Компактные типы ламп дневного света представлены приборами, аналогичным лампой накаливания типов Е27, Е40 и Е14. В таких схемах электронные балласты встраиваются вовнутрь патрона. В данной конструкции исключён ремонт в случае поломки. Дешевле и практичнее будет приобрести новую лампу.

Принцип работы электронного балласта

Действие электронных пускорегулирующих баластников напрямую связано с принципом работы самой люминесцентной лампы. Основным этапом считается ее пуск, при котором должны соблюдаться определенные условия. В первую очередь, осуществляется разогрев обеих нитей накала, после чего на них поступает высокое напряжение, порядка 600 вольт. Значение зажигающего напряжения находится в прямой зависимости с длиной стеклянной трубки. Чем короче лампа и ниже ее мощность, тем меньше будет требуемое пусковое напряжение.

На начальном этапе происходит выпрямление входного сетевого напряжения до постоянного значения в пределах 260-270 В и его последующее сглаживание при помощи электролитического конденсатора С1. Это хорошо видно на представленной схеме.

Затем начинается работа двухтактного полумостового преобразователя, состоящего из двух высоковольтных биполярных транзисторов со структурой п-р-п. Данные транзисторы выполняют функцию ключей, а вся схема осуществляет преобразование постоянного напряжения 260-270 В, в напряжение с высокой частотой до 38 кГц. За счет этот как раз и снижаются размеры и вес устройства.

Схема электронного балласта включает в себя трансформатор, выполняющий одновременно функции нагрузки и управления. Из его трех обмоток, две четырехвитковые являются управляющими, а одна двухвитковая – рабочей. Рабочая обмотка, включенная в цепь, создает необходимую нагрузку для преобразователя.

Изначально преобразователь запускается с помощью симметричного динистора, открывающегося в случае превышения напряжением порога срабатывания в местах подключения. Находясь в открытом состоянии, он посылает импульс на транзисторную базу, что приводит к запуску преобразователя. Конденсатор, находящийся в резонансной цепи и подключенный непосредственно к лампе, обеспечивает падение напряжения до уровня, при котором зажигается лампа.

Таким образом, с помощью максимального тока происходит разогрев обеих нитей накаливания, а непосредственное зажигание лампы происходит за счет высокого резонансного напряжения на конденсаторе. В зажженной лампе сопротивление уменьшается, однако сохраняющийся резонанс напряжений обеспечивает ее дальнейшее горение. Ограничение тока происходит за счет индуктивности дросселя. Несмотря на столь подробное описание, на зажигание люминесцентной лампы фактически требуется менее 1 секунды.

Применение векторных транзисторов

Векторные транзисторы в электронных балластах применяются очень редко. Однако в современных моделях они все-таки встречаются

Если говорить про характеристики компонентов, то важно отметить, что отрицательное сопротивление они способы держать на уровне 40 Ом. Однако с перегрузками они справляются довольно плохо

В данном случае большую роль играет параметр выходного напряжения.

Если говорить про транзисторы, то для указанных трансформаторов они подходят больше ортогонального типа. Стоят они на рынке довольно дорого, однако расход электроэнергии у моделей крайне низок. В данном случае модели с векторными трансформаторами по компактности значительно проигрывают конкурентам с понижающими конфигурациями.