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

Из чего состоит люминесцентная лампа и для чего нужен балласт?

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

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

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

2. Сформировать зажигающий импульс;

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

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

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

Различают два вида балласта:

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

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

Типовой электронный балласт состоит из таких узлов:

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

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

4. Разжигающей силовой LC-цепи.

Типовая схема изображена ниже, рассмотрим каждый из её узлов:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

А это плата от энергосберегающей лампы:

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

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

Источник

Импульсный блок питания из ЭПРА

В данной статье мы рассмотрим простой вариант импульсного блока питания. Балласт от ЛДС в наше время стоит копейки, как и электронный трансформатор (ЭТ) от галогенных ламп. Мы знаем про основные недостатки ИБП для галогенок — работает слишком не стабильно, выходное напряжение может отклонятся в ту или иную сторону, не имеет сетевого фильтра.

Но все эти недостатки ничто, по сравнению с двумя основными — при даже секундном КЗ на выходе, схема буквально взрывается. Другой основной недостаток заключается в том, что устройство работает только под нагрузкой, то есть, если мы на выходе подключим светодиод с ограничительным резистором, то он светится не будет, что делает данный ИБП очень неудобным, для иных целей.

Балласт от ЛДС — по сравнению с блоками ЭТ они более стабильны, встречаются балласты с сетевыми фильтрами. Даже в дешевых блоках мы можем наблюдать дроссель, термистор и электролиты по питанию, предохранитель в них ставят почти всегда. Все это делает балласт долговечным и надежным.

Но давайте вспомним, что выходное напряжение балласта пригодно только для питания ЛДС. В моем случае был использован балласт ЛДС на 40 ватт.
Я решил объединить две эти схемы, для получения нового вида ИБП.

Китайский электронный трансформатор на 105 ватт был разобран, с платы был выпаян импульсный трансформатор.

Особых переделок делать не нужно, просто высокое напряжение от балласта подается на первичную обмотку импульсного трансформатора. Питание подается через конденсатор 3кВ 6800пФ (как емкость, так и напряжение конденсатора могут отклонятся в ту или иную сторону на 30-40%)
На вторичной обмотке трансформатора мы получаем как раз 12 вольт.

Мощность такого блока питания невелика, но вполне хватает для создания маломощных лабораторных ИБП. Дополнив схему выпрямителем, мы получим ИБП, который может использоваться как зарядное устройство или блок питания для усилителей мощности, область применения достаточно широка, ведь без блока питания не будет работать ни одна конструкция.

При дополнении диодным выпрямителем нужно использовать импульсные диоды, поскольку рабочая частота устройства 15-30кГц и более ( частота зависит от схемы устройства, ее мощности и производителя, у всех по-разному).

Также, следует учесть, что выходной ток может достигать до 3,5-4А, следовательно, диоды нужны мощные. Очень удобно использовать диодные сборки из компьютерных БП, из отечественного интерьера отлично подойдет КД213А.

Источник

Электронный балласт

Люминесцентные лампы, они же лампы дневного света, они же ЛДС известны всем. Они экономичнее ламп накаливания почти в 5 раз,дают более естественный, мягкий свет и излучают более мощный световой поток. Единственными их недостатками являются более высокая стоимость (что, впрочем, компенсируется увеличенным в 10-15 раз сроком службы в сравнении с лампой накаливания) и более сложная схема подключения. Стоимость, как уже было сказано компенсируется экономичностью и долговечностью, а схему мы сейчас детально рассмотрим и сможем подключать ее и даже устранять некоторые неисправности самостоятельно.

В общих чертах подключение люминесцентных ламп показано на рисунке 1. Как видно из него, ЛДС, в отличие от обычных ламп накаливания, включаемых непосредственно в сеть, через некое устройство, называемое пускорегулирующим, а попросту балластом. О секретах этого балласта – его устройстве, подключении, возможных неисправностях мы и будем разговаривать в сегодняшнем материале.

Схема электронного балласта для люминесцентной лампы

Как и сами люминесцентные лампы, пускорегулирующие устройства для них различаются по размерам, мощности, а также некоторыми особенностями конструкции. Как габариты, так и мощность зависят от типа ламп, для работы с которыми предназначен тот или иной балласт. Так, например, если в лампах классической конструкции (рис. 1) размер не критичен, то в компактных люминесцентных лампах (КЛЛ), балласт размещенный между цоколем и колбой лампы, просто обязан быть компактным (рис. 2)

Несмотря на эти различия, в целом работают они по одному и тому же принципу, который понятен из схемы, приведенной на рисунке 3.

Давайте разберем, для чего служит каждый из модулей, обозначенных на этой схеме. Первым у нас идет фильтр электромагнитных помех, который, как ясно из названия, убирает помехи, излучаемые балластом и мешающие работе других устройств. Кстати, следует отметить, что на работу самого балласта наличие/отсутствие этого фильтра не влияет, он предназначен для защиты от помех электроприборов, расположенных в непосредственный близости от него, из-за чего некоторые недобросовестные производители, в целях экономии могут просто выпускать пускорегулирующие устройства без этого фильтра. Поэтому приобретать балласт для люминесцентных ламп рекомендуется только у проверенных производителей.

Далее за фильтром помех следует выпрямитель, собранный по обычной мостовой схеме, и предназначенный для выпрямления переменного тока. Дело в том, что если запитать нашу лампу током сетевой частоты (50 Гц), то сама лампа может мерцать, а дроссель балласта издавать неприятный звук, что не просто доставляет дискомфорт, но также повышает утомляемость и может вызывать головную боль, поэтому питать нашу лампу мы будем током высокой частоты (35-40 кГц т.е 35-40 тысяч колебаний в секунду). Где связь между постоянным током и током такой высокой частоты (который по своей сути все-таки является переменным)? Все просто – такой ток может создать только генератор высокой частоты, который представляет собой электронное устройство и питается постоянным током.

За выпрямителем у некоторых моделей установлен корректор коэффициента мощности, предназначенный для снижения реактивной мощности. Что же это за мощность такая? сейчас разберем. Полная мощность любого электропотребителя делится на 2 слагаемых – это мощность активная (то есть полезная) и реактивная. Наглядно показано это на рисунке 4.

Из рисунка видно, что часть полной мощности забирают бесполезные потери на нагрев и излучение, которые можно снизить, зная причины возникновения и природу реактивной мощности. В данной схеме реактивная мощность появляется из-за наличия индуктивной нагрузки (дросселя), по вине которого происходит сдвиг фаз по току и напряжению. Вообще, возникновение реактивной мощности возможно только в цепях переменного тока и только при использовании индуктивных или емкостных нагрузок. Причем на индуктивных нагрузках происходит отставание тока по фазе, а на емкостных – наоборот – опережение (рисунок 5), сама же реактивная мощность рассчитывается по формуле, приведенной на рис.6.

То есть для уменьшения реактивной мощности нам нужно всего лишь уменьшить угол сдвига. Как уже говорилось, на индуктивных нагрузках наблюдается отставание тока, а на емкостных – опережение. Так как наша нагрузка индуктивная, то для компенсации сдвига, нам нужно просто добавить конденсаторы рассчитанной емкости, из которых, собственно и состоит блок коррекции мощности данного балласта.

За блоком коррекции мощности следует фильтр постоянного тока. Так как для выпрямления тока используется обычный мостовой выпрямитель, то напряжение на выходе будет пульсирующим. Сгладить его помогает конденсатор большой емкости.

Далее сглаженное напряжение попадает в инвертор. Он преобразует постоянный ток в переменный ток высокой частоты. Высокочастотный ток подается уже непосредственно на лампу.

В некоторых более дорогих моделях пускорегулирующих устройств предусмотрена обратная связь, то есть контроль наличия лампы. Такая связь не даст устройству запуститься при сгоревшей или отсутствующей лампе, что важно, так как импульсные источники питания недопустимо включать без нагрузки. Разобравшись с назначением каждого блока, давайте теперь рассмотрим его принципиальную электрическую схему (рис.7).

Здесь, как мы видим, фильтр электромагнитных помех, выпрямитель и фильтр постоянного тока объединены в один блок. Далее следует генератор высокой частоты и индуктивный балласт (дроссель). Его назначение – ограничивать ток, подаваемый на лампу, в противном случае тлеющий разряд в ней может перейти в плазменную электрическую дугу. Данная схема может несколько отличаться (особенностью конструкции, либо параметрами элементов) от иных схем, но в целом принцип их работы одинаков.

Принцип работы люминесцентных ламп

Глядя на вышеприведенную схему можно удивиться: зачем такие сложности, чтобы включить обычную лампочку? Но удивление проходит сразу после знакомства с принципом работы ЛДС. Все дело в том, что лампочка-то не совсем обычная, свет в ней излучает не раскаленная нить, как в лампе накаливания, а тлеющий разряд в газовой атмосфере. Люминесцентная лампа представляет собой трубку из кварцевого стекла, покрытую слоем люминофора (вещество, преобразующее поглощаемую им энергию в свет). Лампа заполнена смесью паров ртути и инертного газа. С торцов ее смонтированы катоды, представляющие собой нити накала (разогрев нитей происходит при запуске лампы). В момент запуска, нити разогреваются, излучая свободные электроны, под воздействием которых в лампе возникает тлеющий разряд, вызывающий свечение люминофора (рис. 8).

На рисунке мы видим общее устройство лампы и поведение ее в момент запуска через электронный балласт. Теперь, узнав, как работает сама лампа, балласт, и для чего этот балласт нужен, стоит рассмотреть вопрос как быть, если лампа вдруг перестала работать. Скажу сразу – отремонтировать можно, как балласт, так и саму лампу. Скажу более – такую лампу можно запустить даже если она перегорела. Способы ремонта мы сейчас как раз и рассмотрим.

Проверка балластов люминесцентных ламп и их ремонт

Но в любом ремонте самое сложное – не сам ремонт, а диагностика. Любая диагностика начинается с проверки менее сложных и трудноустранимых причин, постепенно переходя ко все боле и более сложным. Так при поиске неисправностей в ЛДС, в первую очередь проверяется сама лампа путем замены на заведомо рабочую. Если это ни к чему не привело, следует проверить сам балласт. Самый простой способ – замкнуть между собой контакты, подключаемые к нитям накала ламп и подключить туда обычную лампу накаливания, как показано на схеме (рис. 9), а для тех кто читать схемы еще только учится, предлагаем более наглядное фото (рис. 10).

Если лампа горит, значит балласт работает и причину неисправности следует искать в лампе, если же лампа не загорается, значит балласт вышел из строя. Для обнаружения неисправности первым делом стоит разобрать корпус балласта и произвести визуальный осмотр. В случае обнаружения ярко выраженных следов перегорания деталей (рис. 11), либо сильного запаха гари, чинить этот балласт смысла не имеет.

Если же визуально детали целые, а запаха гари нет, то стоит обратить внимание на дорожки печатной платы. При обнаружении обрыва, устраняем эту неисправность путем припаивания куска обычного изолированного провода к любой из точек каждого участка оборванной дорожки. Также стоит подключить к проверяемому балласту рабочую лампу и посмотреть в темноте на ее поведение. В случая слабого накала нитей, причина в пробое одного из конденсаторов, соединяющих нити лампы. Если все эти проверки ни к чему не привели – вышел из строя один из электронных компонентов схемы. В первую очередь обращаем внимание на диоды и предохранитель (его роль тут часто играет маломощный резистор с небольшим – до 5-ти Ом – сопротивлением). Далее проверяем транзисторы. Если все эти элементы целы, то стоит также проверить динистор (заменив его на заведомо целый). Все детали для замены и проверки можно брать из балластов компактных люминесцентных ламп – у них нередко разрушается колба, либо перегорает нить накала, оставляя целым балласт. В дополнение к сказанному выложу схемку – шпаргалку, детали, чаще всего выходящие из строя, обведены на ней красным (рис. 12). Схема, на первый взгляд, немного отличается от нашей, но принцип и детали в общих чертах одни и те же, так что серьезных затруднений в их определении не должно возникнуть.

Видео – Ремонт электронного балласта

Ремонт люминесцентных ламп

После ремонта либо замены балласта, вновь устанавливаем лампы на место и включаем ток. Если они по-прежнему не горят, а балласт исправен, то дело в самих лампах причин неисправности тут всего 3 – перегорание нитей накала, старение лампы либо утечка газа (такое случается, если плохо пропаяны штыревые контакты цоколя). Если со вторыми двумя вариантами сделать что-либо невозможно, то первый вполне даже излечим. Для этого нужно просто подключить лампу по альтернативной схеме (рис. 13). Сразу оговорюсь – с новыми лампами так поступать не рекомендуется – способ довольно агрессивный и при его применении лампа быстро приходит в негодность. Схема достаточно простая и состоит всего из 4-х деталей – индуктивного (не путайте с электронным это просто катушка, не содержащая радиоэлементов) балласта, конденсатора 1-4 мкФ х 400 в, кнопочного выключателя, ну и, конечно же, самой лампы.

Принцип работы этой схемы предельно прост – при нажатии на кнопку, в лампу через конденсатор подается высокое напряжение, достаточное для ее зажигания. После зажигания лампы кнопку отпускают, она вместе с конденсатором нужна только для разогрева лампы и возникновения в ней тлеющего разряда, после чего лампа работает в обычном режиме. Такая схема подключения, конечно же не делает лампу вечной, но позволяет продлить ей жизнь на пару-тройку месяцев.

Видео – Ремонт и переделка люминесцентных ламп

Электронный балласт: где купить?

Помимо обычных специализированных магазинов имеются также интернет – порталы (свой сай сейчас имеет практически каждый производитель), где можно заказать интересующее устройство. Где лучше? А это уж кому как удобнее – свои плюсы и минусы есть в обоих вариантах – если в одном случае можно подержать устройство в руках, проверить, при необходимости легко обменять, то в другом можно сравнить цены различных компаний, почитать отзывы, вживую пообщаться с людьми уже купившими балласт именно такого типа, модели и мощности, какой нужен именно Вам… Так что где покупать – дело сугубо личное. Единственное непременное условие в обоих случаях – мощность балласта должна соответствовать мощности используемых ламп, в противном случае что-то из них (то устройство, чья мощность ниже) сгорит. Решив, где покупать, можно задуматься и о том, какой покупать.

Ниже я сейчас приведу небольшую подборку с Яндекс-Маркета с хорошим рейтингом и приемлемой ценой:

1. ЭПРА для люминесцентных ламп Foton Lighting 4х18W цена 429 р.
2. Электронный ПРА для люминесцентных ламп OSRAM QTP8 3×18/4×18 цена 676 р.
3. Балласт В-18 для 1х10w цена 350 р.
4. Электронный ПРА для люминесцентных ламп OSRAM QT-FIT8 1X58-70 цена 826 р.
5. Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) Elektrostandard BLS-01 T4 8W цена 189 р.
6. ЭПРА Navigator 94 429 NB-ETL-158-EA3 цена 629 р.
7. Электронный балласт HELVAR 1x58W цена 300 р.
8. Аппарат пускорегулирующий электронный (балласт), 1*30W T8/G13 230V, EB51S цена 457 р.

В этот список вошли балласты с оценкой в 5 звезд и ценой до 1000 рублей различных производителей. Это текущая обстановка на Яндекс Маркете. А для того, чтобы эта информация не стала актуальной как можно дольше, посмотрим как по возможности сберечь от выхода из строя имеющиеся у нас лампы.

Цены на электронные балласты

Причины поломок ламп с электронным балластом

Причин этих на самом деле не так много и если с первой из них – детали низкого качества, мы уже ничего не можем сделать, то сберечь наши светильники от прочих факторов, нам вполне по силам. Итак, перегрев – вторая по распространенности причина выхода их строя как электронного балласта, так и самих ламп. Вызван перегрев чаще бывает не внешним теплом, а перепадами напряжения либо неправильной эксплуатацией. Также вредны для ламп частые включения – выключения, нестабильное напряжение в электросети и повышенная влажность в помещении. Все эти факторы негативно сказываются на долговечности ламп, но предотвратить их в наших силах.

Видео – Почему может не работать светодиодная лампа

Как работает ЛЛ с электромагнитным балластом

А напоследок немного углубимся в историю и вспомним все такие же лампы, но с электромагнитным (индуктивным) балластом – именно такой был рассмотрен на рисунке 13. Для начала рассмотрим схему нормального включения такой лампы (она, собственно, мало отличается от схемы экстремального включения (все тот же рисунок 13), но некоторые отличия все-таки есть). Так, например, конденсатор теперь должен сглаживать пульсацию, а не создавать скачок напряжения, поэтому из параллельного подключения переключен на последовательное, а кнопка заменена на стартер – теперь, когда нити накала целы, он отлично справляется со своей задачей – разогревом и зажиганием лампы. Это, собственно, и все изменения в схеме (рис.14)

Теперь сравним принцип и качество работы с принципом и качеством ЛЛ с электронным балластом. Принцип приблизительно такой же – зажигается лампа высоким напряжением, после возникновения тлеющего разряда напряжение падает. Зато что касается качества – свет лампы, питаемой током низкой частоты неровный – пульсирующий, прослушивается гудение дросселя, ломается чаще, нежели ЛЛ с электронным устройством пуска. Правда нельзя не отметить и одного плюса – чинится такая лампа в считанные минуты по той простой причине, что перегореть в ней могут только стартер (чаще всего), сама лампа (довольно редко) и дроссель, он же электромагнитный балласт (крайне редко, на моей памяти ни разу). Вот такая простота как конструкции, так и ремонта.

Видео – Дроссель 40 Вт и куда его можно применить

Вот мы и разобрались немного с устройством электронных балластов и принципом работы ЛЛ двух разных поколений, узнали о их слабых и сильных сторонах и даже узнав о тонкостях их ремонта. Как всегда приглашаю всех заходить почаще, так как ресурс постоянно обновляется и мы всегда рады делиться с вами новой интересной и полезной информацией.

Источник