Драйвер для лампы дневного света

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.

СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, СПОСОБЫ ДОРАБОТКИ

В настоящее время светильники с использованием люминесцентных ламп получают все большее распространение. С уменьшением цены и габаритов, а также улучшением характеристик стало целесообразным использование их для освещения бытовых помещений. Однако, несмотря на большое разнообразие подобной продукции, а также немалое количество информации по этой тематике, подобрать подходящий светильник бывает не так просто. В данной статье описываются некоторые особенности осветительных приборов на основе люминесцентных ламп, о которых почему-то редко где указывается, но которые могут быть полезны при выборе соответствующего светильника. Также приводится схема драйвера для управления лампами суммарной мощностью до 80Вт, и даются некоторые рекомендации по доработке, с целью повышения его надежности.
Известно, что люминесцентные лампы экономичнее и долговечнее ламп накаливания. Однако не все знают, что мощность потребления люминесцентного светильника зависит от схемы запуска и может превышать указанную на лампе более чем в два раза. Так, например, для тридцатишестиватных ламп ЛБ-36, импортной Philips TL-D36W/54 и им аналогичных, потребляемая мощность при запуске от дроссельно-старртерной схемы оказывается около 75Вт, здесь большая часть мощности рассеивается на дросселе. При питании этих же ламп от схемы высокочастотного электронного балласта потребляемая мощность составляет примерно 25Вт, при такой же световой отдаче.

Казалось бы, в настоящее время эта тема уже не актуальна, большинство иностранных производителей комплектуют светильники именно электронными балластами. Однако на деле это по большей части относится к малогабаритным бытовым энергосберегающим лампам малой мощности, с цоколем для вкручивания в патрон. Если же взять плоские светильники, где используются длинные лампы то, часто они комплектуются обычными дроссельно-стартерными схемами. Недостатки подобных схем общеизвестны крайне низкий КПД, мигание в момент запуска, низкочастотное мерцание при работе, утомляющее зрение. Поэтому часто приходится самостоятельно переделывать подобный светильник, устанавливая электронный балласт, взамен существующей схемы.

Так, например V-образная лампа «Delux S-11W», мощностью 11 Вт с отличной световой отдачей и цветопередачей в светильнике «LIVAL» (если верить надписи Финского производства), имеет почему-то дроссельно-стартерную схему запуска. Мерцание с частотой 100Гц, и массивная выносная вилка питания с дросселем в данном осветительном приборе создают весьма некомфортные условия работы. Найти подобный светильник с электронным балластом оказалось непросто. Энергосберегающие же лампы с цоколем, вкручивающимся в патрон, при освещении рабочего места, чаще всего дают значительно худший результат. Поэтому целесообразным, оказалось, установить в вышеуказанный светильник электронный балласт. Внутрь корпуса хорошо помещается драйвер соответствующей мощности от лампы (например, битой) с вкручивающимся цоколем, достаточно места на корпусе и для установки выключателя. Описание подобных схем электронных балластов и самих ламп можно найти в [1]. Мощность, потребляемая лампой Delux S-11W, с электронным балластом составляет 11Вт. Долговечность ее оказалась также высокой, указанная лампа отработала уже несколько лет, при весьма интенсивной эксплуатации. Не наблюдается, и сколь ни будь заметного снижения ее светоотдачи.
На рисунке 1 изображена схема драйвера EL-B 2X36W, предназначенного для управления двумя лампами мощностью по 36 или 40Вт. Нумерация и обозначение элементов соответствуют надписям на плате, ее внешний вид приведен на рисунке 2. На плату часто вместо предохранителя устанавливают токоограничивающий резистор номиналом в десятые доли Ома, мощностью 0,25Вт. Однако он не всегда сгорает при пробое транзисторов, в результате чего возможен чрезмерный нагрев и оправление корпуса прибора. Кроме того, столь малый номинал недостаточно ограничивает токи через диоды VD1-VD4 и конденсатор C2 в момент включения, что может приводить к преждевременному выходу их из строя. Для повышения надежности, в цепь питания схемы рекомендуется установить терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом CSK-053 мощностью три ватта, как показано на схеме см. рисунок 1, место под него предусмотрено на плате. Указанный термистор имеет сопротивление в холодном состоянии пять Ом, вместо него можно применить и другой, например, более мощный десятиомный пятиватный – CSK-105. В драйвере используют транзисторы MJE13007 на ток 8А, хотя в принципе могут работать и четырехамперные MJE13005. Лучше конечно не экономить но, в крайнем случае, поставить можно.

В некоторых схемах входной конденсатор C2 применяют на 400V однако, учитывая значительный размах пульсаций, особенно при повышенной мощности ламп, его лучше использовать на 450В. С целью облегчения режима работы этого конденсатора и уменьшения пульсаций напряжения желательно увеличить его емкость до 33Мкф. Указанный драйвер может быть использован и для питания одной лампы мощностью до 40Вт. Для этого следует уменьшить емкость конденсатора C6 до 0,1Мкф, при этом конденсатор C2 достаточно использовать на емкость 15Мкф. Транзисторы в таком варианте подойдут MJE13005, хотя как показала практика, вполне надежно работают и MJE13003, с максимальным током 1,5А. Дроссель L2 и конденсатор С11 при этом, разумеется, можно исключить из схемы. Трансформатор ТР1 намотан на ферритовом кольце 10х5х5мм. Обмотки 1 и 2 содержат по 5 витков монтажного одножильного провода диаметром 0,3-0,4мм в полихлорвинильной изоляции. Обмотка 3 содержит два витка такого же провода. Дроссели L1, L2 намотаны на Ш-образном ферритовом сердечнике 20х20х7мм (иногда используют и меньшего размера) с зазором. Катушки содержат приблизительно 100 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,3мм. В устройстве могут быть использованы конденсаторы С1, С7, С6 импортные металлопленочные или К73-17 на напряжение 100В, С3 – на напряжение 630В. Конденсаторы C9, C11 полипропиленовые на напряжение 1000В. Печатная плата имеет габариты 165х27,5мм ее разводка приведена на рисунке 3. Следует обратить внимание, что часто в продаваемых драйверах собранные платы, а нередко и обмотки дросселей оказываются непропитанными лаком. Если такой факт имеет место, то весьма целесообразно сделать это самостоятельно, например, с помощью кисточки, используя кремнийорганический лак. Благодаря этому может значительно повысится надежность и срок службы устройства, особенно при эксплуатации его в условиях с повышенной влажностью воздуха.

Читайте также  Чем заменить сгоревший светодиод в последовательной цепи?

1. Владимир Широков. Компактные электронные люминесцентные лампы. – Радиохобби 2001 №3 стр.48-52.

Микросхемы драйверов для электронных балластов люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы, которые по старой привычке называют «лампами дневного света» (ЛДС), широко применяются более полувека, но только в последние 15-20 лет в схемах их управления (балластах) начали массово применять специализированные микросхемы (МС). Некоторые радиолюбители используют эти МС в своих конструкциях «не по назначению». Например, в Интернете можно найти множество описаний миниатюрного индукционного паяльника на МС типа IR2153.

Об особенностях, схемах включения, корпусах и цоколевке или, как теперь говорят, распиновке наиболее распространенных микросхем драйверов для электронных балластов люминесцентных ламп пойдет речь в данной статье.

С момента изобретения люминесцентной лампы на протяжении десятилетий для ее поджига и поддержания устойчивого свечения в основном использовали стартер и дроссель в качестве балласта. Первый бросающийся в глаза недостаток этого балласта – большие габариты и вес дросселя. Упрощенная (типовая) схема такого включения люминесцентной показана на рис.1.Объяснять работу этой схемы не будем. Все это можно найти в школьном учебнике физики. Единственное, что нужно вспомнить, — это назначение стартера. Стартер необходим для того, чтобы обеспечить два условия для поджига лампы в момент включения, пока она холодная и в ее баллоне практически нет свободных носителей заряда:

  • Получение тока через нити нала лампы;
  • Накопление энергии в сердечнике дросселя за счет протекания этого тока через дроссель.

В установившимся режиме дроссель-балласт ограничивает ток и напряжение на лампе. Долговечность люминесцентной лампы зависит не только от качества самой лампы, но и от качества стартера и правильно подобранной индуктивности дросселя. Лампа будет работать заметно меньше при недостаточной индуктивности дросселя, а также в том случае, если при включении она несколько раз «моргает», а включают лампу с этим дефектом достаточно часто. В технической литературе этот дефект называют по-спортивному: «фальстарт». Еще один недостаток такого включения люминесцентной лампы – это помаргивание с частотой 100 Гц («мерцание»). Большинство людей его не замечают, а оно повышает утомляемость нашего зрения.

Электронные балласты «заставляют» работать люминесцентные лампы на значительно более высоких частотах, при которых не происходит деионизации газа в баллоне, так как этот процесс имеет инерционность. Это значит, что лампа с электронным балластом работает без мерцаний.

До последнего времени схема включения люминесцентной лампы (рис.1) и ей подобные имели одно достоинство – небольшую себестоимость. Так как цены на специализированные микросхемы для электронных балластов снижаются, а себестоимость моточных изделий возрастает, то говорить о перспективности применения низкочастотных дросселей в качестве балласта не приходится. Справедливости ради, следует отметить, что даже самый современный электронный балласт не обходится без балластного дросселя. Правда, это высокочастотный балласт, рассчитанный на рабочие частоты приблизительно 12…50 кГц и выше, а это значит, что индуктивность, габариты и цена такого дросселя невелики.

Первые схемы электронных балластов представляли собой импульсные преобразователи напряжения, построенные на блокинг-генераторах.

Эти схемы для нас неинтересны, так как тоже уходят в прошлое.

Одним из первых и самым, пожалуй, популярным производителем микросхем (МС) для электронных балластов является фирма InternationalRectifier. Есть и другие производители, такие, как Unitrode, ST-Microelectronics (старое название SGS-THOMSONMicroelectronics) и Motorola. Первое поколение микросхем, широко применяемых в электронных балластах, — это серия шестивыводных микросхем IR2151 – IR2155 фирмы InternationalRectifier и их аналоги L6569, L6571 (ST-Microelectronics) И МС2151 (Motorola). Эти микросхемы рассчитаны на управление полумостовой схемой на высоковольтных МДП-транзисторах с n-каналом. Например, IRF720 или IRF730.

Наиболее распространены МС драйверов для электронных балластов IR2151 – IR2155 и их функциональные аналоги L6569, L6571 и МС2151.

Функциональная схема МС IR2151 – IR2155 показана на рис.2.

Левая часть микросхемы (по функциональной схеме) представляет собой генератор – полный аналог популярного таймера 555, который известен отечественным специалистам как микросхема КР1006ВИ1, а правая – это и есть драйвер управления высоковольтным МДП-транзистором.

Эти МС изготавливаются в корпусах PDIP-8 и SO8 (SOIC-8). Обозначение и название выводов этих микросхем приведено в табл.1

Принципиальная схема балласта на микросхемах IR2151 – IR2155 и их аналогах показана на рис.3.Назначение деталей этой схемы следующее:

  • C1L1C2 – цепь помехозащиты;
  • D1-D4 – мостовой диодный выпрямитель;
  • R1 – резистор, ограничивающий ток моста в момент поджига лампы;
  • С3 – накопительный конденсатор фильтра питания;
  • C4R2 – фильтр низковольтного напряжения питания;
  • R3C5 – времязадающая цепь;
  • R4, R5 – ограничивающие резисторы в цепи затворов выходных транзисторов;
  • D5C6 – цепь вольтодобавки (бустрепная цепь);
  • R6C8 – RC-цепь (snubber – демпфирующая цепь), увеличивающая время переключения, за счет чего происходит защита от «защелкивания», т.е. от срабатывания паразитного тиристора, который образуется в МДП-структурах при изготовлении;
  • С7 – разделительный конденсатор;
  • L2 – дроссель высокочастотного балласта;
  • С9 и позистор RV1 – схема поджига (вместо стартера).

Вспомним, что транзисторы в двухтактной схеме работают поочередно. Причем если один транзистор открыт, то другой должен быть заперт. В противном случае, когда оба транзистора откроются одновременно, они будут пробиты, так называемым сквозным током. Для предотвращения этого явления в МС предусмотрена специальная задержка открывающих сигналов на затворах выходных транзисторов на 1,25 мкс. Эта задержка в англоязычной литературе называется DEAD TIME.

Разберемся как работает цепь «вольтодобавки» (бустрепная цепь). Когда верхний транзистор Q1 (рис.3) заперт, а нижний Q2 открыт, конденсатор «вольтодобавки» С6 заряжается через диод D5 от источника VCC. Когда транзистор Q1 откроется, а нижний Q2 закроется, то верхний драйвер микросхемы будет питаться повышенным напряжением с конденсатора С6.

Следует заметить, что микросхемы L6569, IR2153D и IR21531Dимеют встроенный внутрь бустрепный диод.

Усовершенствованные микросхемы драйверов для электронных балластов

Микросхемы IR2151, IR2152 и их аналоги считаются несколько устаревшими. Производитель рекомендует применять IR2153 (IR21531) и IR2154 (IR21541) вместо IR2151 и IR2152. Есть и более интересные решения.

Было бы логично объединить в одной микросхеме драйвер IR2151 или ему подобный с выходными высоковольтными МДП-транзисторами. Это сделано в гибридных микросхемах серии IR51хххх. В этой серии несколько микросхем: IR51H214, IR51H224, IR51H737, IR51H320, IR51H420.

Первые три микросхемы малоинтересны отечественному специалисту, так как они рассчитаны на работу от сети 110 В. Основные параметры остальных МС приведены в табл.2.Микросхемы серии IR51хххх изготавливаются в пластиковом девятиштырьковом корпусе с выводами с одной стороны SIP-9, в котором не установлены выводы 5 и 8.

Сокращенное обозначение и назначение МС этой серии сгруппировано в табл.3, принципиальная схема электронного балласта на одной из этих микросхем показана на рис.4, а назначение и номиналы деталей этой схемы для люминесцентных ламп разной мощности в табл.4.Заметим, что демпфирующая цепь R4C7, показана на схеме рис.4 пунктиром, может не устанавливаться.

Через диоды D6, D7, включенные встречно-параллельно и соединенные последовательно с дросселем L1, протекает ток люминесцентной лампы, который создает на этих диодах, как на стабисторах, ограниченное по амплитуде переменное падение напряжения. Оно приложено через С6 к выводу 3 микросхемы, что синхронизирует работу внутреннего генератора микросхемы в разных режимах, частота и фаза его, в некоторой степени, определяется параметрами контура C5L1. Это повышает надежность зажигания лампы и стабильность ее работы в разных режимах, а также при старении лампы и позволяет устанавливать в схему детали с большим разбросом номиналов. Все это позволяет создавать на базе микросхем серии IR51хххх надежные малогабаритные электронные балласты для питания люминесцентных ламп.

Следует отметить, что микросхемы IR51HDxxx имеют встроенный внутрь бустрепный диод. При применении этих микросхем диод D5 можно не устанавливать.

Кроме того, фирма InternationalRectifier производит микросхемы серии IR53хххх, которые рекомендуются для установки в новые изделия вместо IR51хххх. Микросхемы этой серии содержат в себе драйвер типа IR2153 с выходным полумостом на высоковольтных МДП-транзисторах.

Другое направление развития микросхем для электронных балластов – это улучшение качественных показателей и долговечности работы люминесцентных ламп.

Электронные балласты, как и импульсные источники питания, создают в питающей сети повышенный уровень высокочастотных помех. Поскольку стандарты МЭК IEC 555-2 и более поздний IEC 1000-3-2 жестко регламентируют уровень высших гармоник потребляемого тока из сети, разработчик вынужден применять специальные меры для его уменьшения. Простейшая из них хорошо известна – это использование помехозащищающих цепей на сетевом входе (рис.3). В некоторых случаях для выполнения требований стандарта IEC 1000-3-2 применяют специальное устройство, которое называют корректором коэффициента мощности (PFC – powerfactorcorrection).

Корректор коэффициента мощности устанавливают между выходом выпрямительного моста и накопительным конденсатором на входе фильтра питания. Наличие хорошего активного корректора и сетевого фильтра может обеспечить повышение коэффициента мощности со значения 0,6-0,7 практически до единицы.

Для большинства применений электронный балласт выдает в нагрузку постоянную мощность, но существуют балласты с управляемой выходной мощностью на лампе. Их называют диммерами, а сам процесс изменения мощности люминесцентной лампы диммингом. Об этом во второй части статьи.

Читайте также  Как рассчитать энергопотребление прибора?

Источник: Радиоаматор №6, 2014
Автор: Игорь Безверхний, г. Киев.

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. Электронный баласт выпускается в виде отдельного модуля с контактами для подачи напряжения питания и контактами для подключения одного или нескольких источников света. 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 люминесцентных ламп (лл) 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 подключение одной лампы дневного света выглядит так:

Схема подключения ЭПРА с одной лампой

Т.е. подключение состоит всего из двух компонентов: люминесцентного источника света и электронного балласта. С точки зрения электрика это намного проще классического подключения люминесцентного светильника при использовании электромагнитного дросселя и стартера. На клеммы N и L подается сетевое напряжение. Вывод ground – заземление. Для работы электронного балласта подключение заземляющего контакта не является обязательным и служит лишь для безопасной эксплуатации.

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 работа электронного балласта выполняется 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 лл 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 электронном баласте 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 такого электронного устройства велась для минимизации конструкции светильника и замещения крупногабаритного дросселя и стартера одним единственным модулем, который подключается к сети питания переменного тока и к электродам люминесцентного источника света.

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 лл.

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

Схема подключения ЭПРА 2х36 Вт (Пример:ELECTRONIC BALLAST ETL-236)

Как устроены и работают ЭПРА для люминесцентных ламп

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:

1. Разогреть спирали;

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.

Схема ЭПРА

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.

Читайте также  Как рассчитать мощность по сопротивлению и напряжению?

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:

Заключение

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.

Схемы энергосберегающих ламп

Статья содержит подборку электрических принципиальных схем энергосберегающих ламп и электронных балластов. Схемы понадобятся для ремонта энергосберегающих ламп, про который рассказано в статье Как и зачем ремонтировать энергосберегающие лампы.

Итак, перед тем, как браться за ремонт, рассмотрим принципиальные электрические схемы энергосберегающих (компактных люминесцентных) ламп. Схемы взяты из интернета, авторство я не знаю, если авторы откликнутся – буду рад.

Как обычно, все схемы и картинки можно увеличить, кликнув по ним мышкой.

1. Схема энергосберегающей лампы мощностью около 100 Вт.

Принцип действия всех схем одинаков.

Переменное напряжение 220 В с частотой 50 Гц поступает на двухполупериодный выпрямитель (диодный мост). Из переменного напряжения таким образом получается постоянное. Таким образом, на конденсаторе выпрямителя образуется напряжение около 310 В.

Это постоянное напряжение питает генератор, который выдает импульсное напряжение с частотой около 10 кГц. Генератор построен на двух высоковольтных транзисторах, даташиты на которые можно скачать в конце статьи. Также в схему обязательно входит трансформатор, который обеспечивает положительную обратную связь для обеспечения генерации.

Ниже приведены другие варианты схем ламп и электронных балластов, но принцип действия тот же. Если у кого есть другие варианты схем, присылайте, опубликую.

У светодиодных светильников источники питания совсем другие, просьба не путать. Если интересно, моя статья по схемам и ремонту светодиодных светильников и прожекторов.

2. Схема энергосберегающей лампы мощностью около 100 Вт. Вариант 2.

3. Схема энергосберегающей лампы мощностью 20 Вт.

4. Схема sinecan5 на 2 колбы или лампы.

5. Схема maxilux 15w

6. Схема osram 21w

7. Схема eurolite 23w

8. Схема philips 11w

9. Схема osram 11w

10. Схема polaris 11w

11. Схема luxtek 8w

12. Схема isotronic 11w

13. Схема ikea 7w

14. Схема luxar 11w

15. Схема maway 11w

16. Схема browniex 20w

17. Схема bigluz 20w

Вот такая подборка схем.

Дополнение от 27 февраля 2016 г

Публикую схему и фото от читателя по имени Икром из солнечного Ташкента. Его вопрос и мой ответ см. в комментариях за эту дату.

Схема лампы. Знаки + и – на выводах диодного моста D1-D4 поменять местами.

Новый балласт (сечение проводов тороидального трансформатора 0,37мм2)

Скачать справочные данные на транзисторы для люминесцентных ламп

Как и в смежной статье по ремонту ламп, выкладываю файлы по теме. Всё можно скачать бесплатно и свободно. Пользуйтесь на здоровье, и пишите отзывы и благодарности в комментарии.

• mje13001 / Даташит на транзистор mje13001, pdf, 88.67 kB, скачан: 7085 раз./

• MJE13002 (УКТ9145Б),MJE13003 (УКТ9145Б)_40W / Даташит на транзисторы, pdf, 187.82 kB, скачан: 9608 раз./

• MJE13004 MJE13005_75W / Даташит на транзисторы NPN, pdf, 184.15 kB, скачан: 4193 раз./

• mje13005_on_75W / Даташит на транзисторы к энергосберегающим лампам., pdf, 135.38 kB, скачан: 4153 раз./

• mje13006 mje13007_80W / Даташит на транзисторы к энергосберегающим лампам., pdf, 192.8 kB, скачан: 3744 раз./

• MJE13007-On_80W / Даташит на NPN транзисторы к энергосберегающим лампам., pdf, 127.07 kB, скачан: 10418 раз./

• mje13008 mje13009_100W / Даташит на NPN транзисторы к энергосберегающим лампам. Собраны несколько даташитов разных производителей в один файл., pdf, 1.07 MB, скачан: 4909 раз./

Скачать книги

• В.В.Федоров. Люминесцентные лампы / Подробно рассмотрены принципы работы люминесцентных ламп. Процесс производства, схемы включения, параметры. Много теории, хороший учебник, djvu, 2.72 MB, скачан: 12029 раз./

• П.А.Дормакович. Газосветная реклама. / Вопросы эксплуатации, монтажа и разработки трубчатых разрядных ламп с холодным катодом., djvu, 2.86 MB, скачан: 3982 раз./

• Пособие по ремонту энергосберегающих ламп / Пособие по ремонту энергосберегающих ламп. Рассказано, как можно дать вторую жизнь энергосберегающей лампе. Или из двух-трех собрать одну., doc, 25.62 MB, скачан: 27138 раз./

Напоминаю, что много книг по электронике, электрике можно скачать также со страницы Скачать.

В заключении хочу сказать, что схемы энергосберегающих ламп постоянно совершенствуются и меняются, поэтому на данной странице приведено далеко не всё.

Видео

Ниже – пример ремонта энергосберегайки:

Напоминаю для тех, кто хочет заняться ремонтом КЛЛ: вам сюда.

здравствуйте,большое спасибо за схемы ламп,но,если можно,пожалуйста ,перезалейте книгу Федорова-там всего 18 страниц-остальное-пусто -Ренад

Скачал здесь, проверил – всё нормально.
Просто может, не докачалось. Может, проблема в низкой скорости интернет.
Попробуйте ещё раз, или с другого браузера.

спасибо большое,книгу норм ально перезакачал,возник еще (пока 1) вопрос-как можно распечатать схему балласта с экрана-комп пишет,что принтер занят,или.что не нашел изображения?……….помогите,если это не криминал пож

Нажимаете на схему, чтобы увеличить изображение, затем правой кнопкой, “Сохранить как…”.
Сохраняете к себе на компьютер, открываете файл, как обычно, и распечатываете.
Удачи!

Александр ,доброе утро,спасибо .у меня получилось

скажите пожалуйста,нормально ли то,что после выключения энергосберегающей лампы наблюдаются проблески света? Может ли в лампе накапливаться заряд или что-то ,что дает эти проблески?

Да, есть такой неприятный эффект, когда лампа вспыхивает после выключения.
Эта проблема, и способы её решения подробно изложена и обсуждена в моей статье .

Удалите подсветку из выключателя!

Если на лампу подключена фаза, лампа будет давать импульсное загорание, поэтому на лампе должен подключён ноль а на выключатель должна приходить фаза.

Это когда в выключателе стоит светодиод или неоновая лампочка.

очень подробно. спасибо за схемы.

Уважаемые добрый вам вечер. Помогите найти схему люминисцентного китайского светильника PLF 10 8w.

Более полной инфы по вопросу на одном сайте – не встречал.Огромное благодарю, за труды.
Р.С.Еще бы моточные данные и цены Вам бы не было.Еще раз благодарю.

А транзистор dd127d внутри имеет защитный диод? У меня такие стоят, но нигде о них толком не сказано

Даташит можно легко найти. Это биполяр, npn, с диодом.

Спасибо, много полезного !

Уважаемый автор! На Вашей статье я прочитал много очень полезного. Особенно для тех кто только начинает изучать устройство и принцип работы балластов. Благодарю за труд. У меня возник один вопрос.
Недавно мне в руки попала одна модель балласта КЛЛ. В нем кроме всех основных компонентов, еще и присутствуют некие детали как Предохранитель от перенапряжение (в виде плоской веритикальной катушки, “видиар” помоему называется) и два лишних диодов. Что непонятно, то это те самые две диоды расположены между двумя проводами каждого выхода на лампу. т.е. если для каждой стороны лампы по два выходного провода, то между этими проводами расположен диод IN4007. Удаление или противоположное подключение этих диодов – на работу балласта никак не влияет.
ВОПРОС: В чем же заключается их функция? Заранее спасибо за ответ.

Предохранитель от перенапряжения – это варистор. Он в некоторой степени защищает схему от скачков напряжения и в целом повышает надежность лампы.

Диоды – я думаю, что они предохраняют схему лампы от переходных процессов при включении. Переходные процессы могут быть связаны с тем, что катушка лампы имеет некоторую индуктивность, и при быстром включении-выключении может возникнуть паразитная противоЭДС, которая приведёт к поломке схемы.

Пусть всё стоит. Раз китайцы не сэкономили, значит, это действительно нужно.

Доброго времени сутки. Внимательно и с радостью прочел Ваши ответы. Огромное благодарность за Ваше внимание и время, которое уделили.
Вы правильно обо всем догадались. Да, к сожалению, Я не могу провозгласить имя производителя (мол не хочу их расстроить или обидеть…. узбекский менталитет, как понимаете ))) ). А лампы мы брали как 85 Ваттные. На них 6 мес. гарантии.
Лампы используются в супермаркете с хорошей вентиляцией (в кол-ве премерно 1000 шт.). Они прикручены во внутрь алюминиевых колпаков, установленных на горизонтальных металлических профилях.
Я, как бы, предугадал Ваши рекомендации, и уже успел провести пару тестов.
1. Измерил пиковую температуру нагрева деталей балласта.
– транзисторы – 105ᵒС.
– полярные конденсаторы и тороидальный трансформатор – по 105ᵒС.
2. Перемотал катушку трансформатора проводов с сечением 0,45мм2 с лаковой изоляцией (с макс. теплостойкостью 180ᵒС).
– нагрев не уменьшился (измерял китайским лабораторным прибором с 8-ми гибкими термопарами), но думаю продлил жизнь лампу хотя бы еще на 2 месяца.
3. Пробовал использовать в этом же помещении 65 Ваттные КЛЛ тоже данного производителя. Как удивительно, они и не греются, и не перегорают. хотя висят уже почти месяц. А ранние успевали перегорать даже за 5 суток.
Я реально замешен. помогите с выводами…..

На схеме Икрома поменяйте, пожалуйста, “+” и “-” диодного моста. Статья полезная, спасибо.