Управление светодиодами с помощью балласта от люминесцентной лампы

Содержание

Управление светодиодами с помощью балласта от люминесцентной лампы

Благодаря развитию светодиодов повышенной яркости, SSL (Solid State Lighting – твердотельное освещение) начинает занимать лидирующие позиции на рынке. Для административных зданий и магазинов выбирается светодиодное освещение, а не люминесцентное, поскольку оно обладает высокой эффективностью, быстрым запуском, поддерживает диммирование, не требовательно к техническому обслуживанию и более стильное. Однако замена люминесцентного источника освещения будет включать не только стоимость новых светодиодных светильников, но и трудовых затрат.

Для снятия балласта люминесцентного источника освещения требуется длительное время, поэтому трудозатраты и время простоя оборудования будут занимать значительную часть общих затрат на модернизацию. В данной разработке нам необходимо управлять светодиодами напрямую от электронных балластов. В первой части документа описывается AC/DC преобразователь без активного токового управления светодиодами. Во второй части будет представлен метод по активному токовому управлению светодиодами.

Для управления люминесцентными лампами нужен источник переменного электрического тока. Если используется источник напряжения, схема будет нестабильной из-за характеристики отрицательного сопротивления лампы. Ток лампы определяется производителем лампы, и балласт должен быть изготовлен так, чтобы ток превышал диапазон напряжения лампы.

Для светодиодов нужен источник напряжения постоянного тока. Простая схема мостового выпрямителя позволит светодиодной ленте работать от выхода балласта, если ток и напряжение светодиода находятся в разумных пределах по отношению к характеристикам люминесцентной лампы. Ток высокой частоты от электронных балластов потребует использования импульсных диодов, таких как STTH102 или STTH1R02 от компании ST. Светодиоды самостоятельно будут ограничивать обратное напряжение диода. На Рисунке 1 показана общая схема.


Рисунок 1. Балласт, который преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока

Мост для каждого конца люминесцентной лампы отвечает за нить обмотки в некоторых типах балласта. Если балласт имеет только один выход для каждого конца, тогда одну пару диодов на каждом конце следует отключить.

Выходной ток балласта – это Iballast, обычно представляется как среднеквадратичная величина. Мы можем вычислить ток светодиода по следующей формуле:

Для длительного срока эксплуатации необходимо установить конденсатор для снижения пульсирующей компоненты постоянного тока, которая воздействует на светодиоды. Его номинал выбирается в зависимости от напряжения и тока светодиода. Для этой цели можно использовать небольшой пленочный конденсатор, поскольку балласт работает на частоте около 40 кГц.

Поскольку электронный балласт является источником тока, всегда существует проблема, когда светодиодная нагрузка обрывается. Напряжение значительно возрастает, что может повредить схему (в особенности на тестовом стенде, на стадии экспериментов …). Поэтому светодиодный драйвер должен иметь защиту от обрыва нагрузки. На Рисунке 2 показан один из методов решения данной проблемы. Если светодиодная лента отключена или оборвана, напряжение через тиристор SCR (кремниевый управляемый вентиль) будет превышать порог напряжения, установленный стабилитроном D5; при этом SCR сработает и цепь закоротится. Цепь останется закороченной, пока не отключится источник подачи питания. Балласт не будет поврежден, поскольку он защищен от короткого замыкания.


Рисунок 2. Схема защиты от обрыва нагрузки

В схеме используется трансформатор, который согласовывает низкое напряжение питания светодиодных лент с расчетным напряжением и током балласта. Чтобы избежать нарушения работы резонансного преобразователя балласта, индуктивность намагничивания (индуктивность холостого хода) стороны обмотки балласта должна быть больше 20 мГ. В данном случае, использование автотрансформаторов является оптимальным решением с точки зрения снижения общего размера.

Во второй части проекта рассматривается AC/DC преобразователь с активным токовым управлением светодиода, который учитывает гармонический входной ток и максимальную длину светодиодных лент для балластов подобного типа.

Непосредственная замена люминесцентной лампы на светодиодную сборку может привести к неравномерному освещению. Желательно управлять током светодиода так, чтобы согласовать с выходом менее мощных ламп. На Рисунке 3 показана схема регулировки тока.


Рисунок 3. AC / DC преобразователь с активным токовым управлением светодиода

Балласт считается высокочастотным источником тока. Поскольку требуемый ток нагрузки меньше, чем ток на выходе балласта, необходимо выполнить регулировку путем закорачивания балласта для каждой части полуцикла.

Управляющий сигнал будет засинхронизирован с выходом от балласта. Важно синхронизировать переключение ключа Q2 с выходом балласта, в противном случае балласт может отключиться. Логика работы схемы управления очень простая. Когда ключ Q2 отключен, выходной ток балласта будет запитывать светодиодную нагрузку. Если ток светодиода выше установленного значения, тогда ключ Q2 сработает. При этом питание на светодиодную ленту подаваться не будет. Длительность “времени включения”, т.е. продолжительность включения, будет определять ток светодиода. Контроллер будет определять тока светодиода с помощью резистора Rsense, вычислять правильный коэффициент заполнения импульсов D, и передавать управляющий сигнал для включения ключа Q2. Если D – это коэффициент заполнения импульсов, тогда ток светодиода вычисляет по формуле:

В данной разработке можно использовать аналоговый контроллер или микроконтроллер. Подробная работа схемы указана в Ссылке патентной заявки (“Power Converter for Interfacing a Fluorescent Lighting Ballast to a Light Emitting Diode Lamp” US Provisional Patent Application No. 61/817,065 от 29 апреля 2013 года).

Если источник питающего тока запитывает любые электронные компоненты, тогда необходимо использовать защиту от обрыва нагрузки. Q1, тиристор SCR, сгорает при напряжении 82 вольта, если нагрузка не потребляет весь ток, подаваемый балластом, из-за коэффициента преобразования трансформатора.

Схема протестирована с тремя различными типами балласта, и регулирует ток светодиода в пределах долей процента всего диапазона напряжения светодиода. Длина светодиодной ленты, при которой балласты различного типа сохраняют работоспособность, указана в Таблице 1.

Таблица 1 – Длина светодиодной ленты для данного типа балласта

Балласт 4 Foot T8

Тип балластаБалласт 4 Foot T5Балласт 4 foot T8 с мгновенным запуском
Минимальная длина ленты9 светодиодов при токе 700 мА9 светодиодов при токе 700 мА9 светодиодов при токе 700 мА
Максимальная длина ленты6 светодиодов при токе 700 мА19 светодиодов при токе 700 мА22 светодиода при токе 700 мА

Фактически, ток светодиода находится в диапазоне от 0.697A до 0.698A свыше вышеуказанного диапазона. КПД от линии AC через балласт и регулятор к светодиодной нагрузке варьируется в пределах от 75.2% до 77.2% с нагрузкой из 16 светодиодов.


Рисунок 4. Типичные формы сигнала

Желтый: Входное напряжение
Малиновый: Входной ток, 100 мА/дел
Голубой: Напряжение светодиода
Зеленый: Ток светодиода, 200 мА/дел, эталон -3 дел

Гармонический спектр входного тока довольно высокий, что иногда приводит к ложному срабатыванию при переходе через нулевой уровень. Небольшая катушка (L1) на входе используется для снижения гармонического спектра. При больших значениях индуктивности катушки может произойти резонанс с выходным ограничительным конденсатором балласта на частоте инвертора, повреждая механизм ограничителя тока балласта. Если рабочая частота балласта известна, тогда вместо катушки нужно использовать параллельный резонансный заграждающий фильтр для 5ой гармоники, для общего прироста КПД порядка 1-2%.

Зачем нужен ЭПРА (электронный балласт) для люминесцентных ламп

Что такое ЭПРА и для чего он нужен

Применение электронной пуско-регулирующей аппаратуры или аппарата (сокращенно ЭПРА) дает существенную прибавку к сроку полезной эксплуатации осветительного оборудования этого вида.

ЭПРА – это очередной виток развития систем зажигания лампы. ЭПРА выпускается в виде отдельного модуля с контактами для подачи напряжения питания и контактами для подключения одной или нескольких ламп. Такой блок пришел на замену простой, но морально устаревшей схемы с дросселем и стартером. Такой конструкцией обычно оснащаются все современные светильники.

Устройство ЭПРА

Электронный пускорегулирующий аппарат (electronic ballast) является сложным электронным устройством. В состав входят:

  • Фильтр помех: необходим для нивелирования влияния помех из электросети и в нее;
  • Выпрямитель: необходим для преобразования переменного тока в постоянный;
  • Опционально: корректор мощности;
  • Сглаживающий фильтр: служит для снижения пульсаций;
  • Инвертор: повышает напряжение до необходимого;
  • Балласт: аналог электро-магнитного дросселя.

В некоторых моделях инвертор может быть дополнен регулятором яркости. Для этого необходим внешний светорегулятор (либо ручной, либо автоматический на базе фоторезистора). Схем разработано очень много. Элементная база ЭПРА для дневных люминесцентных ламп весьма разнообразна: от мощных полевых транзисторов в мостовой схеме при нагрузках в сотни Ватт, до микросхем-драйверов в маломощных светильниках. Но тем не менее алгоритм работы един.

В упрощенном виде для одной лампы дневного света схема выглядит так:

Т.е. схема состоит всего из двух компонентов: люминесцентной лампы и электронного пускателя. С точки зрения электрика это намного проще классической схемы светильника при использовании электромагнитного дросселя и стартера. На клеммы N и L подается сетевое напряжение. Вывод ground – заземление. Для работы ЭПРА подключение заземляющего контакта не является обязательным и служит лишь для безопасной эксплуатации.

Схема подключения для двух ламп – аналогична.

В ней отсутствуют дополнительные элементы, схема дополнена разве что второй лампой, выводы которой подключены напрямую к электронному блоку.

Схемы ЭПРА сложны и состоят из множества электронных компонентов. Человеку без инженерного образования понять схему очень сложно. К тому же не каждый электрик сможет разобраться во внутреннем устройстве.

Один из вариантов принципиальной схемы ЭПРА

Это достаточно простая схема для инженера-электроника. В упрощенном понимании схема работает следующем образом. Выпрямление производится двухполупериодным выпрямителем – диодным мостом. Сглаживание пульсаций выполняется электролитическим конденсатором, рассчитанным на напряжение выше сетевого, так как амплитудное значение синусоиды для сети переменного тока примерно в полтора раза выше сетевого (√2*220В). Остальными процессами управляет микросхема. За подачу напряжения на лампы отвечают полевые транзисторы. Далее преобразователь работает автономно, частота не изменяется.

Знание электроники позволяет создать и схему питания люминесцентной лампы от низковольтных источников. Схема получается достаточно компактна. Самое важно правильно намотать трансформатор.

Принципиальная схема питания люминесцентной лампы от низковольтного источника

Принцип работы пускателя

Какая бы ни была применена схема для пуска люминесцентной лампы. Общий принцип работы остается неизменным. В принципе, сходные процессы происходят при использовании дросселя и стартера. Всего три фазы:

  • Первоначальный прогрев электродов. В ЭПРА это происходит достаточно мягким повышением напряжения на вольфрамовые нити.
  • Поджиг. В этот момент схема подает высоковольтный импульс (обычно около полутора киловольт). Этого достаточно для электрического пробоя газа и паров ртути. Напряжение поджига у люминесцентных ламп существенно выше напряжения горения.
  • Горение. После высоковольтного импульса схема снижает напряжение до необходимого для поддержания тлеющего разряда. Частота переменного тока на электродах может достигать 38 кГц в зависимости от схемы.

В ЭПРА поджигающей импульс обеспечивается электронной схемой. В классической схеме – за счет энергии, накопленной дросселем. Прогрев электродов также обеспечивает ЭПРА. При стартерной схеме включения, электроды прогреваются в момент замыкания контактов стартера. Его можно заменить кнопкой без фиксации.

Схемы подключения

Разработка таких устройств велась для минимизации конструкции светильника и замещения крупногабаритного дросселя и стартера одним единственным модулем, который подключается к сети питания переменного тока и к электродам люминесцентной лампы.

ЭПРА лишены всех минусов классических схем подключения.

Существуют модули, предназначенные для одновременного подключения четырех ламп.

Подключение ЭПРА к четырем лампам

Как в случае с одной или двумя лампами, схема не требует никаких дополнительных элементов. Модуль ЭПРА соединяется напрямую с люминесцентной лампой.

Схема подключения ЭПРА с одной лампой

Схема подключения ЭПРА 4х18 Вт (Пример:Navigator NB-ETL-418-EA3)

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.

Зачем нужен балласт для люминесцентных ламп

Электромагнитный или электронный балласт для люминесцентных ламп нужен для нормальной работы этого источника освещения. Главная задача пускорегулирующего аппарата – преобразовывать постоянное напряжение в переменное. У каждого из них есть свои плюсы и минусы.

Как работает ЛЛ с электромагнитным балластом?

Обратите внимание на эту схему подключения. Маркировка LL1 – это балластник. Внутри ламп дневного света находится газовая среда. С увеличением тока напряжение между электродами в лампе постепенно падает, а сопротивление отрицательное. Балласт используется как раз для того, чтобы ограничивать ток, а также создает повышенное кратковременное напряжение зажигания ламп, так как в обычной сети его не хватает. Этот элемент еще называют дросселем.

В подобном устройстве используется стартер – небольшая лампа тлеющего разряда (Е1). В ней находятся два электрода. Один из них – биметаллический (подвижный).

В исходном положении они разомкнуты. Замыкая контакт SA1 и подавая напряжение на схему, ток сначала не проходит через источник освещения, а вот в стартере между двумя электродами появляется тлеющий разряд. Происходит нагрев электродов, и биметаллическая пластина в результате выгибается, замыкая контакт. Проходящий через балласт ток возрастает, нагревая электроды люминесцентной лампы.

Далее электроды в стартере размыкаются. Возникает процесс самоиндукции. Дроссель создает высокий импульс напряжения, который и зажигает ЛЛ. Через нее проходит номинальный ток, но затем он падает в два раза из-за снижения напряжения на дросселе. Электроды стартера остаются в разомкнутом положении до того, пока горит лампочка. А конденсаторы С2 и С1 увеличивают КПД и уменьшают реактивные нагрузки.

Подключение люминесцентных ламп

Плюсы классического электромагнитного балласта:

  • низкая стоимость;
  • простота в использовании.
  • шум работающего дросселя;
  • мерцание ЛЛ;
  • долгое зажигание лампы;
  • вес и крупные габариты;
  • до 15 % потерь энергии из-за опережения переменного напряжения тока по фазе (коэффициент мощности);
  • плохое включение в среде с низкой температурой.

На заметку! Проблему энергопотерь можно решить подключением (параллельно сети) конденсатора с емкостью 3-5 мкФ.

Совет! Балласт надо подбирать строго в соответствии с мощностью лампы. В противном случае ваш светильник может сломаться преждевременно.

Самые распространенные причины неисправностей ЛЛ с электромагнитным балластом

Выделяют следующие проблемы:

  1. Отказ стартера. Признаки: светильник не включается, колба светится только по краям, светится стартер, но лампа не запускается, ЛЛ мигает стробоскопом. Решение: замена. На заметку! Проверить стартер на работоспособность можно с помощью обыкновенной лампы накаливания с патроном. Подключите один провод от патрона в розетку, а другой через стартер. С исправным стартером лампа «Ильича» должна работать. См. рисунок ниже.
  2. Отказ ЛЛ. Признаки: черные края колбы, мигание ЛЛ стробоскопом, слабое свечение, светильник не работает. Решение: замена. Совет! Часто дешевые светильники не включаются из-за потери контакта в ламподержателях. Из-за высокой температуры они плавятся. Поэтому можно отделаться лишь заменой гнезда или восстановлением контакта с лампой/стартером.
  3. Отказ дросселя. Признаки: сразу бросаются в глаза почернение обмотки и расплавленные клеммы. Проверить состояние дросселя своими руками можно с помощью мультиметра в режиме измерения сопротивления. У исправного оно составляет 30-40 Ом. Если мультиметр показывает меньше, дроссель закорочен, и его лучше заменить.

к содержанию ↑

Как работает ЛЛ с электронным балластом

Из-за массы недостатков электромагнитного балласта создали новый, более долговечный и технологичный ЭПРА. Это единый электронный блок питания. Сейчас он самый распространенный, так как лишен недостатков, имеющихся в ЭмПРА. К тому же он работает без стартеров.

Для примера, возьмем схему любого электронного балласта.

Схема электронного балласта для люминесцентных ламп

Входящее напряжение выпрямляется, как обычно, диодами VD4-VD7. Затем идет фильтрующий конденсатор С1. Его емкость зависит от мощности лампы. Обычно руководствуются расчетом: 1 мкФ на 1 Вт мощности потребителя.

Далее заряжается конденсатор С4 и пробивается динистор CD1. Образующийся импульс напряжения задействует транзистор Т2, после чего в работу подключается полумостовой автогенератор из трансформатора TR1 и транзисторов Т1 и Т2.

Электроды лампы начинают разогреваться. К этому добавляется колебательный контур, входящий в электрический резонанс перед разрядкой из дросселя L1, генератора и конденсаторов С2 и С3. Его частота составляет около 50 кГц. Как только конденсатор С3 заряжается до напряжения запуска, интенсивно нагреваются катоды, и происходит плавное зажигание ЛЛ. Дроссель сразу же ограничивает ток, а частота генератора падает. Колебательный контур выходит из резонанса, и устанавливается номинальное рабочее напряжение.

Плюсы электронных балластов:

  • малый вес и небольшие габариты за счет высокой частоты;
  • высокая светоотдача благодаря повышенному КПД;
  • нет миганий у ЛЛ;
  • защита лампы от перепадов напряжения;
  • отсутствие шума при работе;
  • долговечность благодаря оптимизации режима запуска и работы;
  • есть возможность установить моментальный пуск или с задержкой.

Минус электронных балластов – только лишь высокая стоимость.

Обратите внимание! Электронный дешевый балласт для люминесцентных ламп работает, как и ЭмПРА: лампа дневного света зажигается от большого напряжения, а горение поддерживается малым.

Причина поломок ламп с электронным балластом, а также их ремонт

Да, ничего вечного не бывает. Ломаются и они. А вот ремонт электронного балласта куда сложнее, нежели чем электромагнитного. Здесь нужны навыки в пайке и знания радиодела. И не помешает также знать, как проверить электронный балласт на работоспособность, если нет заведомо рабочей ЛЛ.

Снимите лампу со светильника. Замкните выводы нитей накала, например, скрепкой. И между ними подключите лампу накаливания. См. рисунок ниже.

При подаче питания исправный балласт зажжет лампочку.

Совет! После ремонта балласта, перед включением его в сеть, лучше подключить последовательно еще одну лампу накаливания (40 Вт). Это к тому, что если обнаружится короткое замыкание, она ярко засветится, а детали аппарата останутся невредимыми.

Чаще всего в электронном балласте «вылетают» 5 деталей:

  1. Предохранитель (резистор на 2-5 Ом).
  2. Диодный мост.
  3. Транзисторы. Вместе с ними по цепи могут сгореть и резисторы номиналом 30 Ом. Выходят из строя они в основном из-за скачков напряжения.
  4. Чуть реже обнаруживается пробой конденсатора, соединяющего нити накаливания. Его емкость – всего 4,7 нФ. В дешевых светильниках ставят такие пленочные конденсаторы с рабочим напряжением 250 – 400 В. Этого очень мало, поэтому лучше заменить их на конденсаторы той же емкости, только с напряжением 1,2 кВ, а то и 2 кВ.
  5. Динистор. Часто обозначается как DB3 или CD1. Проверить его без специального оборудования нельзя. Поэтому, если все элементы на плате целы, а балласт по-прежнему не работает, попробуйте поставить другой динистор.

Если у вас нет знаний и опыта в электронике, лучше просто замените свой балласт на новый. Сейчас каждый из них выпускается с инструкцией и схемой на корпусе. Внимательно ознакомившись с ней, вы сможете без труда подключить балласт самостоятельно.

Переделка энергосберегающей лампы в светодиодную

Энергосберегающие лампы активно позиционировались как замена низкоэкономичным и ненадежным лампам накаливания. Постепенное снижение цен на «экономки» привело к тому, что они получили практически повсеместное распространение.

Прогресс не стоит на месте и на смену энергосберегающим люминесцентным лампам приходят светодиодные источники света. Имея большую экономичность, они превосходят энергосберегающие лампы по экологичности, поскольку люминесцентные лампы содержат ядовитую ртуть, а светодиоды абсолютно безопасны (подробнее о вреде светодиодных ламп).

Самый большой минус светодиодов – их высокая стоимость. Не удивительно, что многие занимаются переделкой энергосберегающих ламп в светодиодные, используя по максимуму доступную и недорогую элементную базу.

Теоретическое обоснование

Светодиоды работают при низком напряжении – порядка 2-3В. Но самое главное, для нормальной работы требуется не стабильность напряжения, а стабильность тока, по ним протекающего. При понижении тока снижается яркость свечения, а превышение приводит к выходу из строя диодного элемента. Полупроводниковые устройства, к которым относятся светодиоды, имеют ярко выраженную зависимость от температуры. При нагреве сопротивление перехода падает и возрастает прямой ток.

Простой пример: источник стабильного напряжения выдает 3В, при токе потребления светодиода 20мА. При повышении температуры напряжение на светодиоде остается неизменным, а ток возрастает вплоть до недопустимых значений.

Для исключения описанной ситуации, источники света на полупроводниках запитывают от стабилизатора тока, он же драйвер. По аналогии с люминесцентными лампами драйвер иногда называют балластом для светодиодов.

Наличие входного напряжение 220В вместе с требованием стабилизации тока приводит необходимости создания сложной схемы питания светодиодных ламп.

Практическая реализация идеи

Простейший источник питания светодиодов от сети 220В имеет следующий вид:

Примитивный источник питания для светодиодов от сети 220В

На приведенном рисунке резистор обеспечивает падение излишка напряжения питающей сети, а диод, включенный параллельно, защищает LED элемент от импульсов напряжения обратной полярности.

Как видно из рисунка, что можно проверить расчетами, требуется гасящий резистор большой мощности, выделяющий во время работы много тепла.

Ниже приведена схема, где вместо резистора используется гасящий конденсатор

Схема с гасящим конденсатором

Использование в качестве балласта конденсатора позволяет избавиться от мощного резистора и повысить КПД схемы. Резистор R1 ограничивает ток в момент включения схемы, R2 служит для быстрого разряда конденсатора в момент выключения. R3 дополнительно ограничивает ток через группу светодиодов.

Конденсатор С1 служит для гашения излишков напряжения, а С2 сглаживает пульсации питания.

Диодный мост образован четырьмя диодами типа 1N4007, которые можно выпаять из негодной энергосберегающей лампы.

Расчет схемы произведен для светодиодов HL-654H245WC с рабочим током 20мА. Не исключено применение аналогичных элементов с таки током.

Так же, как и в предыдущей схеме, здесь не обеспечивается стабилизация тока. Чтобы исключить выход светодиодов из строя, в схеме балласта для светодиодных ламп емкость конденсатора С1 и сопротивление резистора R3 выбраны с запасом, чтобы при максимальном входном напряжении и повышенной температуре светодиодов, ток через них не превышал допустимых значений. В нормальном режиме ток через диоды несколько менее номинального, но на яркости лампы это практически не сказывается.

Недостаток подобной схемы заключается в том, что использование более мощных светодиодов потребует увеличение емкости гасящего конденсатора, имеющего большие габариты.

Аналогично выполняется питание светодиодной ленты от платы энергосберегающей лампы. Важно, чтобы ток светодиодной ленты соответствовал линейке светодиодов, то есть 20мА.

Используем драйвер энергосберегающей лампы

Более надежна схема, когда используется драйвер из энергосберегающей лампы с минимальными переделками. В качестве примера на рисунке показана переделка энергосберегающей лампы мощностью 20Вт для питания мощного светодиода с током потребления 0.9А.

Переделка светодиодной лампы для питания светодиодов

Переделка электронного балласта для светодиодных ламп в данном примере минимальна. Большая часть элементов в схеме оставлена от драйвера старой лампы. Изменениям подвергся дроссель L3 и добавлен выпрямительный мост. В старой схеме между правым выводом конденсатора С10 и катодом диода D5 была включена люминесцентная лампа.

Теперь конденсатор и диод соединены напрямую, а дроссель используется в качестве трансформатора.

Переделка дросселя заключается в намотке вторичной обмотки, с которой и будет сниматься напряжение для питания светодиода.

Не разбирая дроссель, на него нужно намотать 20 витков эмалированного провода диаметром 0.4мм. При включении напряжение холостого хода вновь выполненной обмотки должно составлять около 9.5–9.7В. После подключения моста и светодиода, амперметр, включенный в разрыв питания LED элемента, должен показывать около 830–850мА. Большее или меньшее значение требует коррекции количества витков трансформатора.

Диоды 1N4007 или аналогичные, можно использовать от другой неисправной лампы. Диоды в экономках используются с большим запасом по току и напряжению, поэтому выходят из строя крайне редко.

Советы и предостережения

Все приведенные схемы светодиодных драйверов из энергосберегающей лампы, хоть и обеспечивают низковольтное питание, имеют гальваническую связь с сетью переменного тока, поэтому при работе по отладке нужно соблюдать меры предосторожности.

Наилучшим и самым безопасным будет использование при работе разделяющего трансформатора с одинаковыми первичной и вторичной обмотками. Имея на выходе те же самые 220В, трансформатор будет обеспечивать надежную гальваническую развязку первичной и вторичной цепей.

Электронный балласт для люминесцентных ламп

Любые типы ламп дневного света оборудуются пускорегулирующими устройствами, основной функцией которых является ограничение тока. Они необходимы в тех случаях, когда собственная электрическая нагрузка не способна в полной мере ограничивать потребляемый ток. Существует несколько типов подобных схем, куда входит и электронный балласт для люминесцентных ламп. По сравнению с электромагнитными схемами, этот вариант считается наиболее эффективным, обеспечивающим длительные сроки эксплуатации источников света с люминофором. Для того чтобы понять, как работает балласт, рассмотрим совместно с конструкцией люминесцентной лампы.

Основные функции балласта

Основным конструктивным элементом люминесцентной лампы служит стеклянная трубка, заполненная внутри одним из инертных газов – аргоном, неоном или криптоном. К газовому наполнителю добавляется небольшое количество ртути. Концы трубки оборудованы металлическими электродами, через которые подается напряжение. Под действием электрического поля возникает пробой газовой среды, появляется тлеющий разряд и далее – электрический ток в цепи устройства. Газовый разряд начинает излучать свет бледно-голубых тонов, слабо видимый в обычном диапазоне.

Однако, действующий электрический разряд переводит значительную часть энергии в диапазон ультрафиолетового света, невидимого человеческим глазом. Попадая на люминофорное покрытие, нанесенное на стенки колбы, ультрафиолет превращается в видимое свечение, которое и является основным источником света.

Путем изменения химического состава покрытия можно получить различную цветовую гамму свечения. В большинстве ламп используются оттенки белого цвета, а для оформления декора или дизайна интерьера применяются любые другие цвета. Данное свойство дает несомненное преимущество перед обычными лампами накаливания.

После появления в газовой среде тока, происходит его дальнейший лавинообразный рост, в результате чего внутреннее сопротивление резко падает. В этот момент может наступить перегрев, и лампа выйдет из строя. Чтобы не допустить этого, осуществляется последовательное включение дополнительной нагрузки, ограничивающей величину тока. Именно она служит балластом, известным также под названием дросселя.

В люминесцентных схемах используется балласт электромагнитного и электронного типа. В первом случае используется классическая трансформаторная схема, состоящая из металлических пластин, медных проводов и других компонентов. Первоначальный запуск или поджиг выполняется пусковым устройством – стартером.

Второй вариант – электронный балласт для люминесцентной лампы, создан на базе электроники с использованием диодов, транзисторов, динисторов и микросхем. Данная схема выполняет и функцию пуска, в результате которого возникает тлеющий разряд. Таким образом, электронные устройства – ЭПРА получаются легкими и компактными, что во многом упрощает и всю конструкцию люминесцентной лампы.

Разновидности пускорегулирующих устройств

В настоящее время в лампах дневного света используются электромагнитные пускорегулирую-щие устройства – ЭмПРА и более современные – электронные (ЭПРА). Каждый из них выполняет одну и ту же функцию и отличаются лишь конструкцией. Поэтому действие приборов происходит по-разному.

Схема ЭмПРА состоит из дросселя, поддерживающего лампу в рабочем режиме, стартера, производящего пуск и конденсатора, снижающего реактивные потери. Основные детали и дополнительные компоненты соединяются в общий блок, представляющий собой довольно громоздкую конструкцию, оказывающую заметное влияние на массу светильника в целом.

Электромагнитное пускорегулирующее устройство подключается очень просто. Каждая люминесцентная лампа оборудована с торцов четырьмя электродами. Первая пара имеет контакты 1 и 2, а вторая пара – 3 и 4. Подключение стартера выполняется к контактам 1 и 3, обмотка дросселя соединяется с контактом 2, к 4-му контакту подключается один из проводов питания. Другой провод соединяется со второй обмоткой дросселя.

В отличие от электромагнитной аппаратуры, электронная схема является достаточно сложным устройством, с множеством рабочих элементов. Принцип действия ЭПРА остался точно таким же, поскольку конструкция самих ламп не изменилась. Просто сам рабочий процесс выполняется совершенно по-другому. Благодаря легким и компактным деталям, заметно снизился общий вес и размеры прибора.

Подключение устройства осуществляется с помощью специальных контактных колодок, разделенных между собой. К первой группе колодок подключается внешнее питание, а ко второй – сама лампа. Все компоненты ЭПРА располагаются на специальной плате и включают в себя:

  • Выпрямитель. Выполняет преобразование постоянного тока в переменный.
  • Фильтр, ограничивающий электромагнитные помехи.
  • Сглаживающий фильтр, защищающий от скачков и перепадов напряжения.
  • Дроссель.
  • Корректор коэффициента мощности.
  • Инвертор, выполненный по полумостовой схеме.

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.

Как подключить

Внешний вид электронной пускорегулирующей аппаратуры напоминает блок с наружными клеммами, внутри которого установлена печатная плата. В зависимости от типа этой платы, подключается и определенное количество ламп дневного света.

Сам процесс подключения достаточно простой и не требует каких-либо специальных знаний. Он состоит из нескольких этапов:

  • Первый и второй выходные коннекторы прибора подключаются к соответствующей контактной паре на приборе освещения.
  • Далее на вход подается питающее напряжение.

Если же требуется выполнить соединение по отдельной схеме, следует помнить, что дроссель должен быть включен в разрыв питающего провода. Параллельно с ним, к электродам подключается стартер. Электронный балластник, коннекторы стартера и нити накаливания в обязательном порядке соединяются последовательно.

Зная, как подключить люминесцентный светильник, значительно легче провести проверку его схемы в случае какой-либо неисправности. Если нити накаливания едва заметно светятся в темноте, то вполне вероятна неисправность электронного балласта, в том числе и пробой конденсатора.

Для проверки нужно демонтировать стеклянную трубку и соединить нити накаливания с обычной лампочкой на 220 вольт малой мощности. При исправной аппаратуре она должна загореться, в противном случае придется последовательно выявлять детали, вышедшие из строя.

Преимущества электронной пускорегулирующей аппаратуры

Рассмотрев работу электронного балласта для люминесцентных ламп, и сравнив его с электромагнитными устройствами, можно с уверенностью отметить явные преимущества данных схем:

  • Более продолжительные сроки эксплуатации ламп дневного света, достигающие 35 тысяч часов за счет так называемого мягкого пуска. Тут отсутствует эффект выпрямления, импульсы перенапряжения, а сама лампа не перезагружается при повышенном сетевом напряжении. Нагрузка на лампу никогда не превышает ее номинальной мощности, независимо от сроков эксплуатации и износа.
  • Стабильный световой поток в течение всего периода работы.
  • Возможность работы в широком диапазоне входных напряжений, в пределах 160-264 В. При этом величина суммарного потребляемого тока на линии не превысит установленного значения даже при самом низком рабочем напряжении.
  • Энергопотребление снижается до 30%. Это происходит за счет более высокого КПД, достигающего 98% в зависимости от мощности того или иного устройства. Кроме того, существует возможность ограничения номинальной мощности ламп до 20% с сохранением нормативного уровня освещенности.
  • Полностью отсутствует пусковой реактивный ток за счет особенностей конструкции ЭПРА. В лампах дневного света используется только активная мощность тока, поступающего из сети.
  • Сохранение работоспособности светильника в случае неисправности или отсутствии одной из ламп в течение неограниченного времени. Это стало возможным благодаря зажигающему устройству, интегрированному в схему.
  • Улучшенное качество света, без мерцаний и колебаний яркости вследствие перепадов сетевого напряжения.
Читайте также:  Кодовый замок на тиристорах
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector