Схема балласта люминесцентной лампы

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.

Электронный балласт компактной люминесцентной лампы дневного света фирмы DELUX

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 48×48 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.

Схема балласта люминесцентной лампы

Современные электронные балласты своми руками.

Автор: Анисимов Иван
Опубликовано 01.01.1970

Освещение лампами дневного света имеет значительное преимущество перед лампами накаливания: экономичность, более длительный срок службы, высокий КПД, малое количество тепла рассеиваемого лампой, спектр света излучаемого данными лампами более близок к естественному, по сравнению со столь привычными накальными. И естественно имеют недостатки, это: сложность включения ламп дневного освещения, возникновение стробоскопических эффектов на движущихся механизмах, сравнительная дороговизна.
Несмотря на сильное развитие современных электронных балластов для питания ламп дневного освещения (ЛДС), стандартной схемой включения ЛДС принято считать схему изображенную на рисунке.

Принцип действия прост, но всё таки требует определённых условий для нормального эксплуатирования ЛДС. Для зажигания люминесцентной лампы и ее нормальной работы требуется стартер (пусковое устройство), дроссель (ПРА — пускорегулирующий аппарат), конденсаторы. Стартер служит для автоматического включения и выключения предварительного накала электродов. Он представляет собой баллон из стекла, наполненный инертным газом, в котором находятся металлический и биметаллический электроды, выводы которых соединены с выступами в цоколе для крепления в схеме лампы. При включении лампы согласно вышеуказанной схеме, а на электроды лампы и стартера подается напряжение сети, которое достаточно для образования тлеющего разряда между электродами стартера. Поэтому в цепи протекает ток тлеющего разряда стартера, примерно 0,01. 0,04 А. Тепло, выделяемое при протекании тока через стартер, нагревает биметаллический электрод, который выгибается в сторону другого электрода. Через промежуток времени тлеющего разряда 0,2. 0,4 с контакты стартера замыкаются, и по цепи начинает течь пусковой ток, величина которого определяется напряжением сети и сопротивлениями дросселя и электродов лампы. Этого тока не достаточно для нагревания электродов стартера, и биметаллический электрод стартера разгибается, разрывая цепь пускового тока. Предварительно пусковой ток разогревает электроды лампы. Благодаря наличию в цепи индуктивности, при размыкании контактов стартера в цепи возникает импульс напряжения зажигающий лампу. Время разогрева электродов лампы составляет 0,2. 0,8 секунд что в большинстве случаев недостаточно, и лампа может не загореться с первого раза, и весь процесс может повториться. Общая длительность пускового режима лампы составляет 5. 15 с. Длительность пускового импульса при размыкании контактов стартера составляет 1. 2 мкс, что недостаточно для надежного зажигания лампы, поэтому параллельно контактам стартера включают конденсатор емкостью 5. 10 пФ. Дроссель, представляющий собой обмотку, намотанную на сердечник из листовой электротехнической стали, облегчает зажигание лампы, а также ограничивает ток и обеспечивает ее устойчивую работу (иногда дроссель заменяют компенсирующим конденсатором, лампочкой накаливания небольшой мощности). На рисунке 1, приведена простейшая схема стартерного зажигания люминесцентной лампы, включенной в сеть 127—220 В. Проблема рассматриваемой схемы в том что в момент размыкания стартера не всегда совпадает с полуволной напряжения сети, и срабатывание стартера происходит вхолостую. Схема конечно куда проще, чем те которые будут описываться ниже. Но всё таки схемы рассматриваемые далее находят своё применение в действительно качественных и экономичных системах освещения.
И так.

Электронный балласт на микросхеме IR2153

Что же относительно конкретных схемных решений, то я постараюсь осветить решения на основе микросхем фирмы-производителя International Rectifier.
Схема представленная на рисунке, представляет собой преобразователь сетевого напряжения 220 В, 50 Гц в 160 В 33 кГц. Именно полученные выходные параметры и являются теми факторами, значительно повышающими эксплуатационные характеристики источников света на основе ЛДС.
Первый фактор: Полностью исключается беспорядочное мерцание лампы в момент первоначального запуска.
Второй: Возникающий во время старта потенциал, достаточный для гарантированного поджога лампы с первого раза. Время запуска составляет примерно 0,5 сек.
Третий: Благодаря высокочастотной коммутации, газ в лампе не успевает деионизироваться в периодах спадания синусоиды питающего тока до нуля, а значит для нормальной работы лампы требуется меньшее напряжение. Это основная экономия электроэнергии.
Четвёртый: Полное отсутствие стробоскопического эффекта на движущихся механизма, вследствии отсутствия 100Гц (удвоенной частоты сети) пульсаций света.
Пятый: Требуется дроссель с меньшей индуктивностью, а значит и с меньшими размерами, весом, тепловыми, омическими потерями и стоимость.
Перед выше перечисленым можно смело ставить знак “+”
Ну и куда же деться от недостатков, они у нас таковы:
Первый: Относительная сложность схемы.
Второй: Относительно высокая стоимость изготовления такого аппарата (если речь идёт о питании одной лишь лампы).
Третий: Высокий уровень ЭМИ.

Схема состоит из основных узлов: фильтр питающего напряжения, выпрямитель сетевого напряжения, генератор-драйвер управления высоковольтными MOSFET транзисторами, полумост ключей и нагрузка в роли которой выступает лампа с балластным дросселем.
Ничего особо необычного схема не содержит и не является сложной.
Сетевое напряжение подаётся через сетевой фильтр L1, C2. Поступает на выпрямитель VD1, C3. Сформированные на конденсаторе С3 310В напрямую запитывают полумост транзисторов VT1, VT2 и через гасящий резистор R2 получаем необходимые для работы микросхемы 9-10В.
После подключения к сети примерно через 0,5 секунды на выходе схемы (правая по схеме обкладка конденсатора С8) появляется меандр в 165В с небольшой “полочкой” между открытыми состояниями транзисторов. Поданное на лампу ВЧ напряжение в течении ещё примерно 0,5 сек. прогревает катоды. Проявляется это в виде кратковременного тусклого оранжевого свечения катодов, после достаточной ионизации газа в колбе лампы, за счёт высоковольтных выбросов с дросселя L2, газовый промежуток пробивается. И, как же без последствий — лампа зажглась! Дальнейшая работа сопровождается прогревом лампы и индуктивности в результате чего яркость несколько увеличивается.
“Двигателем” схемы является микросхема генератор-драйвер. В содержимом которой можно разобраться исходя из вот этого рисунка:

Микросхема содержит подобие 555-го таймера, фазорасщепляющий триггер, формирователь “мёртвого” промежутка позволяющий избежать сквозного тока в выходных ключах, схему питания драйвера верхнего ключа, схему контроля заниженного напряжения, стабилитрон основного питания и даже цепь задержки, позволяющая выровнять время распространения сигналов по каналам верхнего и нижнего ключа, а также ещё несколько дополнительных узлов, в которых разбираться нет смысла.

{SOURCE}