Электронный балласт: устройство, ремонт и схема подключения для люминисцентных ламп

Запуск ламп

Электроды лампы разогреваются, после чего на них подается высокое напряжение через пускорегулирующее устройство. Его частота составляет 20-60 кГц, что дает возможность исключить мерцание и повысить кпд. В зависимости от схемы запуск может быть мгновенным или плавным – с нарастанием яркости до рабочей.

При холодном пуске период эксплуатации люминесцентных ламп значительно снижается.

К процессу разогрева электродов добавляется колебательный контур в цепи питания лампы, входящий в электрический резонанс перед разрядом. При этом значительно повышается напряжение, более интенсивно подогреваются катоды и в результате зажигание происходит легко. Как только начинается разряд в лампе, колебательный контур сразу выходит из резонанса и устанавливается рабочее напряжение.

У дешевых ЭПРА или собранных своими руками принцип действия аналогичен варианту с дросселем: зажигание ламп производится большим напряжением, а удерживание разряда – малым.

Схема электронного балласта

Как и на всех схемах ЭПРА, выпрямление напряжения производится диодами VD4-VD7, которое затем фильтруется конденсатором C1. Емкость фильтра выбирается из расчета 1 мкФ на 1 Вт мощности ламп. При меньших номиналах конденсатора свечение будет более тусклым.

Как только происходит подключение к сети, сразу начинает заряжаться конденсатор С4. При достижении 30 В пробивается динистор CD1 и импульсом напряжения открывается транзистор T2, затем начинает работать полумостовой автогенератор из транзисторов T1, T2 и трансформатора TR1 c двумя противофазно включенными первичными и одной вторичной обмотками. Резонансная частота последовательного контура из конденсаторов С2, С3, дросселя L1 и генератора близки по величине (45-50 кГц). Когда напряжение на конденсаторе С3 поднимется до величины пуска, лампа зажигается. При этом снижаются частота генератора и напряжения, а дроссель ограничивает ток. Из-за высокой частоты его габариты небольшие.

Схемы электронного

В зависимости от типа конкретной лампочки элементы ЭПРА могут иметь различную реализацию, как по электронной начинке, так и по встраиваемости. Ниже будут рассмотрены несколько вариантов для приборов с различной мощностью и конструкцией.

Схема ЭПРА для ламп дневного света с мощностью 36 Вт

В зависимости от применяемых электронных деталей по типу и техническим показателям у балластников электрическая схема может существенно отличаться, однако выполняемые ими функции будут такими же.

На приведенном выше рисунке в схеме используются такие элементы:

диоды VD4–VD7 предназначены для выпрямления тока;
конденсатор С1 предназначен для фильтрации тока, проходящего через систему диодов 4-7;
конденсатор С4 начинает зарядку после подачи напряжения;
динистор CD1 пробивается в момент достижения напряжением показателя 30 В;
транзистор T2 открывается после пробития 1 динистора;
трансформатор TR1 и транзисторы T1, T2 запускаются в результате активации на них автогенератора;
генератор, дроссель L1 и последовательные конденсаторы С2, С3 на частоте примерно 45–50 кГц начинают резонировать;
конденсатор С3 включает лампу после достижения на нем пусковой величины заряда.

Схема ЭПРА на базе диодного моста для ЛДС с мощностью 36 Вт

В приведенной схеме есть одна особенность – колебательный контур встраивается в конструкцию самого осветительного прибора, что обеспечивает резонанс прибора до момента появления в колбе разряда.

Таким образом, частью контура будет выступать нить накала лампы, что в момент появления разряда в газовой среде сопровождается изменением в колебательном контуре соответствующих параметров. Это выводит его с резонанса, что сопровождается снижением до рабочего уровня напряжения.

Схема ЭПРА для ЛДС с мощностью 18 Вт

Лампы, которые оснащены Е27 и Е14 цоколем сегодня получили наибольшее распространение среди потребителей. В этом приборе балласт встраивается прямо в конструкции устройства. Выше приведена соответствующая схема.

Схема ЭПРА на базе диодного моста для ЛДС с мощностью 18 Вт

Необходимо учитывать особенность строения автогенератора, в основу которого входит пара транзисторов.

Из повышающей обмотки, обозначенной на схеме 1-1 трансформатора Тр, поступает питание. Частями последовательного колебательного контура выступает дроссель L1 и конденсатор С2, резонансная частота которого от генерируемой автогенератором существенно отличается. Приведенная выше схема используется для настольных осветительных приборов бюджетного класса.

Схема ЭПРА в более дорогих устройствах для ЛДС с мощностью 21 Вт

Необходимо отметить, что более простые схемы балласта, которые применяются для осветительных приборов типа ЛДС, не смогут гарантировать длительную эксплуатацию лампы, поскольку подвергаются большим нагрузкам.

ЭПРА для компактных ЛДС

Сравнительно недавно стали широко использоваться в быту люминесцентные энергосберегающие лампы, адаптированные под стандартные патроны для простых ламп накаливания – Е27, Е14, Е40. В этих устройствах электронные балласты находятся внутри патрона, поэтому ремонт этих ЭПРА теоретически возможен, но на практике проще купить новую лампу.

На фото показан пример такой лампы марки OSRAM, мощностью 21 ватт. Следует заметить, что в настоящее время позиции этой инновационной технологии постепенно занимают аналогичные лампы со светодиодными источниками. Полупроводниковая технология, непрерывно совершенствуясь, позволяет быстрыми темпами достигнуть цены на ЛДС, стоимость которых остается практически неизменной.

Лампа OSRAM с цоколем E27

Устройство ЭПРА

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

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

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

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

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

Схема подключения для двух ламп – аналогична.

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

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

Один из вариантов принципиальной схемы ЭПРА

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

Знание электроники позволяет создать и схему питания люминесцентной лампы от низковольтных источников. Схема получается достаточно компактна

Самое важно правильно намотать трансформатор

Принципиальная схема питания люминесцентной лампы от низковольтного источника

Разновидности

Первоначально в качестве ПРА для люминесцентной лампы использовались электромагнитные дроссели (балласты) со стартерами. Этот комплект назывался электромагнитным пускорегулирующим аппаратом – ЭмПРА. Позже появились электронные аналоги ЭмПРА на транзисторах и микросхемах, выполняющие ту же функцию. Они получили название ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат), или просто «электронный балласт». Рассмотрим конструкцию и принцип работы этих пускорегулирующих устройств.

Нередко под ЭмПРА подразумевают только электромагнитный дроссель, что не совсем верно. ЭмПРА – это дроссель и стартер – два отдельных узла.

Электромагнитный

ЭмПРА – это обычный дроссель – катушка, намотанная на магнитопроводе, и газоразрядная малогабаритная лампочка со встроенными биметаллическими контактами (рабочими электродами).

Рассмотрим процессы, происходящие в светильнике с ЭмПРА. При включении в колбе стартера зажигается разряд, который нагревает электроды из биметалла. В результате электроды замыкаются и подключают к питающей сети через дроссель спирали электродов ЛЛ. При этом тлеющий разряд в колбе лампочки-стартера гаснет.

Спирали люминесцентной лампы разогреваются, их способность испускать электроны многократно увеличивается. После остывания контактов стартера они размыкаются. В результате на электродах ЛЛ появляется импульс высокого (до 1 кВ) напряжения, создаваемого самоиндукцией дросселя.

На схеме буквами обозначены:

А – люминесцентная лампа.
В – сеть переменного тока.
С – стартер.
D – биметаллические электроды.
Е – искрогасящий конденсатор.
F – нити накала катодов.
G – электромагнитный дроссель (балласт).

Высокое напряжение пробивает газовый промежуток. В колбе ЛЛ начинается разряд. При этом ртуть переходит в парообразное состояние, сопротивление газового промежутка резко падает. Чтобы разряд не перешел в неуправляемый дуговой, ток через лампу ограничивается дросселем с большим индуктивным сопротивлением. Поэтому его называют балластом.

Электронный

Внешне электронный балласт для люминесцентных ламп похож на электромагнитный. У него серьезные конструктивные отличия и другой принцип работы.

Как видно на фото, в электронном балласте много радиоэлементов. Рассмотрим типовую структурную схему ЭПРА и узнаем, как он работает.

Переменное сетевое напряжение проходит через фильтр электромагнитных помех, выпрямляется, сглаживается и подается на инвертор. Задача инвертора – обеспечить напряжение для работы ЛЛ. Сформированное инвертором напряжение через схему ограничения тока (балласт) подается на лампу. Схема запуска служит только для пуска ЛЛ. После выполнения своей функции в дальнейшей работе она не участвует.

Узлы инвертора, балласта и пуска на структурной схеме разделены условно. Часто функции балласта выполняет инвертор, дополнительно являющийся стабилизатором тока. В некоторых схемах он играет роль стартера, самостоятельно принимая решение о подогреве спиралей лампы и о подаче на них запускающего высоковольтного импульса.

Более простые схемы запуска представляют собой обычный конденсатор, образующий со спиралями и выходными дросселями колебательный контур. Последний настроен на частоту работы инвертора. Возникающий при погашенной лампе резонанс повышает напряжение на электродах лампы до единиц и даже десятков киловольт и зажигает разряд в колбе без предварительного подогрева спиралей (холодный пуск).

Что даёт такая схема? Прежде всего, мерцание. Обычный электромагнитный дроссель питает лампу переменным током частотой 50 Гц. Люминофор имеет малую инерционность и в промежутках между полуволнами заметно теряет яркость свечения. В результате люминесцентная лампа заметно мерцает. Это плохо для зрения.

Особенно заметно мерцание на изношенных лампах, люминофор которых теряет свойства инерционности.

Инвертор, питающий ЛЛ, работает на частотах десятка и даже сотни кГц. При этом инерционности люминофора достаточно, чтобы «переждать» паузы между питающими импульсами без заметной потери яркости. То есть благодаря ЭПРА у люминесцентной лампы малый коэффициент пульсаций.

Далее электронная схема обеспечивает стабильным питанием лампу, даже если сетевое напряжение отличается от номинального. К примеру, ЭПРА POSVET (фото см. выше) позволяет работать ЛЛ при напряжении в сети от 195 до 242 В. У лампы, подключённой через ЭмПРА, при таких напряжениях либо сократится срок эксплуатации, либо она не запустится.

Пара ламп и один дроссель

Схема с одним дросселем

Стартеров здесь понадобится два, а вот дорогостоящий ПРА вполне можно использовать один. Схема подключения в этом случае будет чуть сложней:

Подсоединяем провод от держателя стартера к одному из разъемов источника света
Второй провод (он будет подлиней) должен проходить от второго держателя стартера к другому концу источника света (лампе)

Обратите внимание, что гнезд у него с обеих сторон два. Оба провода должны попасть в параллельные (одинаковые) гнезда, расположенные с одной стороны
Берем провод и вставляем его вначале в свободное гнездо первой, а затем второй лампы
Во второе гнездо первой подсоединяем провод с подключенной к нему розеткой
Раздвоенный второй конец этого провода подключаем к дросселю
Осталось подключить к следующему стартеру второй источник света

Подсоединяем провод в свободное отверстие гнезда второй лампы
Последним проводом соединяем противоположную сторону второго источника света к дросселю

Лучшие видеорегистраторы. ТОП-20:Рейтинг 2022 + Отзывы

Люминесцентные светильники

Разные источники света используют разные физические принципы для создания светового излучения. В лампочке накаливания ярко светится раскалённая электрическим током вольфрамовая проволока. Электричество превращается в тепло, а тепловая энергия – в световой поток. И всё это – в одной маленькой вольфрамовой спиральке. В люминесцентном светильнике в разных его элементах происходят разные физические процессы.

ФОТО: esklad59.ruЛюминесцентная лампа

Устройство и принцип действия

Люминесцентная лампа является представителем группы газоразрядных источников света. Внешне она изготовлена в виде стеклянного баллона произвольной формы – от трубки до спирали с завитушками. Баллон наполнен инертным газом и парами ртути. Если в этом объёме создать электрический разряд, то в парах ртути возникает ультрафиолетовое излучение.

На внутреннюю поверхность баллона нанесён слой люминофора. Это такое вещество, которое под действием ультрафиолета начинает светиться в видимом спектре. Техническая задача состоит в том, чтобы заставить лампу непрерывно светиться после нажатия кнопки «Пуск» и до момента нажатия кнопки «Стоп».

В конструкции лампы смонтированы два катода, выводные штыри, концевая панель, трубки для отвода инертного газа, ртуть, стеклянная штампованная ножка, дополненная электровводами, и другие детали. Катоды имеют вольфрамовую спираль.

ФОТО: avatars.mds.yandex.netУстройство люминесцентной лампы

Пуск лампы

Чтобы запустить лампу в работу, сначала нужно на её контакты подключить напряжение. Нить накала начнёт нагреваться, и с неё пойдёт поток частиц эмиттера. Частицы активируют смесь инертного газа и паров ртути, газовая смесь начнёт ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолет активирует люминофор, покрывающий внутреннюю поверхность колбы, и появляется свет видимого спектра. Лампа запущена.

В пусковую схему изначально поступает напряжение. Сначала ток не будет проходить через лампу, поскольку он ограничивается высоким сопротивлением внутренней среды. Он попадает на спирали катодов и производит их разогрев. Одновременно ток идёт на стартер и даёт толчок к образованию внутри него тлеющего разряда. После того как под действием тока контакты дросселя разогреются, наступает замыкание биметаллической пластины. В результате металл становится проводником и действие разряда прекращается. На следующем этапе происходит остывание биметаллического электрода, что приводит к размыканию контактов.

Поддержание рабочего режима

Режим «Включено» должен продолжаться до появления команды «Выключить». В составе люминесцентной лампы имеется два функциональных устройства – дроссель и стартер.

ФОТО: electricalschool.infoСхематическое изображение устройства стартера тлеющего разряда: 1 – выводы, 2 – металлический подвижный электрод, 3 – стеклянный баллон, 4 – биметаллический электрод, 6 – цоколь

Стартер – это стеклянный баллончик, наполненный инертным газом и содержащий два электрода – неподвижный и биметаллический. Стартер замыкает и размыкает электрическую цепь и запускает механизм розжига инертного газа, находящегося в колбе. Изменение температурного режима внутри стартера приводит к отрыву биметалической пластинки от неподвижного электрода.

В дросселе под влиянием самоиндукции возникает импульс повышенного напряжения, который пробивает газовый промежуток в колбе. Он даёт толчок к зажиганию лампы. Лампа будет продолжать свою работу. В этом смысл включения стартера и дросселя в схему управления лампой.

Возможности запуска при сгоревшем оборудовании

В ремонте люминесцентных ламп есть и свои небольшие хитрости. К примеру, срочно понадобилось запустить подобный световой прибор, а стартер вышел из строя, и нет никакой возможности его заменить. Сам по себе этот элемент схемы служит для разогрева нитей накаливания в люминесцентной трубке.

Ну а если, к примеру, вышел из строя дроссель? Его в наше время и в магазинах не во всех найти можно.

Бездроссельное включение

Продлить работу сгоревшего светового прибора вполне возможно. Есть способ, при котором можно включить люминесцентную лампу дневного света без дросселя и стартера (схема подключения на рисунке). Конечно, этот способ подойдет не всем, нужно хотя бы немного разбираться в электротехнике.

Схема бездроссельного включения

Напряжение подается после короткого замыкания нитей накаливания. Выпрямленное напряжение становится больше вдвое, чего вполне хватает для запуска лампы (эту функцию по идее и выполняет дроссель). Конденсаторы С1 и С2 (на схеме) необходимо подобрать для 600 В, а С3 и С4 – с номинальным напряжением в 1 000 В. По прошествии некоторого времени пары ртути, конечно, осядут в области одного из электродов, и свет от лампы станет намного менее ярким. Избавиться от этого можно будет, всего лишь изменив полярность, т. е. просто развернув реанимированную перегоревшую ЛЛ.

Бесстартерное включение

Существуют осветительные приборы, которые предусмотрены исключительно для работы без стартера. На таких лампах имеется маркировка RS. Если такую трубку установить в светильник, оборудованный прерывателем, лампа очень быстро сгорает. Происходит это по причине необходимости большего времени на разогрев спиралей таких люминесцентных трубок. Долговечность стартера небольшая, он часто перегорает, а потому имеет смысл рассмотреть возможность того, как включить люминесцентную лампу без него. Для этого понадобится установка вторичных трансформаторных обмоток. Если запомнить эту информацию, то уже не возникнет вопроса, как зажечь люминесцентный светильник, если произошло перегорание стартера (схема соединения ниже).

Таким образом без лишних затрат можно даже своими руками собрать люминесцентный светильник.

Схема включения без дросселя и стартера

Можно ли изменять яркость ЛЦЛ светорегулирующими регуляторами?

Нет нельзя. Электронные балласты с ними работать не будут. Такими регуляторами можно регулировать яркость ламп накаливания или температуру паяльников.

Что делать, если компактные ЛЦЛ не выдерживают заявленного производителем гарантийного срока эксплуатации, например, 1 год?

В таком случае, производители рекомендуют сдать их в тот магазин, где купили. Лучшая продукция в наше время, от торгового производителя Pelin https://inventrade.ru/info/brands/pelin/. Естественно, для этого вы должны сохранить упаковку и чек магазина. Обычно, магазины, меняют ЛЦ лампы, не выдержавшие гарантийного срока.

На рынках, самые «добросовестные» продавцы дают «гарантию» на ЛЦЛ. максимум две недели, т.е. только в течение этого времени они согласны поменять сгоревшую лампу. В любом случае, при покупке компактной ЛЦЛ вам необходимо обговорить этот вопрос с продавцом. Устанавливая в люстру новою компактную ЛЦЛ, напишите карандашом на ее пластмассовом стакане (цоколе) дату ввода в эксплуатацию, после, когда она повредится, вам легко будет вычислить время ее эксплуатации.

Для чего нужны драйверы?

Основное назначение драйверов – это стабилизация тока, который проходит через светодиод. Причем нужно учесть, что сила тока, который проходит по кристаллу полупроводника, должна быть точно такой же, как и у светодиода по паспорту. Благодаря этому обеспечивается устойчивое освещение. Кристалл в светодиоде намного дольше прослужит. Чтобы узнать напряжение, необходимое для питания светодиодов, нужно воспользоваться вольт-амперной характеристикой. Это график, показывающий зависимость между напряжением питания и током.

Если планируется проводить освещение светодиодными лампами жилого или офисного помещения, то драйвер должен питаться от бытовой сети переменного тока с напряжением 220 В. Если же светодиоды используются в автомобильной или мототехнике, нужно использовать драйверы, питающиеся от постоянного напряжения, значение 9-36 В. В некоторых случаях (если светодиодная лампа небольшой мощности и питается от сети 220 В) допускается убрать схему драйвера светодиода. От сети если запитано устройство, достаточно включить в схему постоянный резистор.

Схемы ЭПРА

Вряд ли имеет смысл собирать электронный балласт своими руками. Даже качественные модели стоят не так много, чтобы оправдать затраты времени на сборку. Разве что вам хочется сделать что-то самостоятельно. Работающая самостоятельно сделанная вещь, безусловно, приносит моральное удовлетворение. В сети есть масса схем, но многие из них абсолютно нерабочие. В этом пункте приведем рабочие — на базе микросхем или без них.

Схема электронного балласта для ламп дневного света на базе транзисторных ключей

ЭПРА на базе микросхемы IR2520D фирмы IR с диапазоном рабочей частоты от 35 кГц до 80 кГц

Схема электронного балласта на микросхеме UBA2021 фирмы NXP. Рабочая частота 39 кГц

Балласт с микросхемой ICB1FL02G и частотой 40 кГц

Схемы электронного

В зависимости от типа конкретной лампочки элементы ЭПРА могут иметь различную реализацию, как по электронной начинке, так и по встраиваемости. Ниже будут рассмотрены несколько вариантов для приборов с различной мощностью и конструкцией.

Схема ЭПРА для ламп дневного света с мощностью 36 Вт

В зависимости от применяемых электронных деталей по типу и техническим показателям у балластников электрическая схема может существенно отличаться, однако выполняемые ими функции будут такими же.

На приведенном выше рисунке в схеме используются такие элементы:

диоды VD4–VD7 предназначены для выпрямления тока;
конденсатор С1 предназначен для фильтрации тока, проходящего через систему диодов 4-7;
конденсатор С4 начинает зарядку после подачи напряжения;
динистор CD1 пробивается в момент достижения напряжением показателя 30 В;
транзистор T2 открывается после пробития 1 динистора;
трансформатор TR1 и транзисторы T1, T2 запускаются в результате активации на них автогенератора;
генератор, дроссель L1 и последовательные конденсаторы С2, С3 на частоте примерно 45–50 кГц начинают резонировать;
конденсатор С3 включает лампу после достижения на нем пусковой величины заряда.

Мнение эксперта

Виктор Гольштейн

Эксперт по медицинскому оборудованию. Начинающий блогер.

СПРАВКА: Резонанс нужен для стабильного функционирования схемы, а в результате пуска дросселем ограничивается ток при снижении в генераторе напряжения и регулирующей частоты.

Схема ЭПРА на базе диодного моста для ЛДС с мощностью 36 Вт

В приведенной схеме есть одна особенность – колебательный контур встраивается в конструкцию самого осветительного прибора, что обеспечивает резонанс прибора до момента появления в колбе разряда.

Таким образом, частью контура будет выступать нить накала лампы, что в момент появления разряда в газовой среде сопровождается изменением в колебательном контуре соответствующих параметров. Это выводит его с резонанса, что сопровождается снижением до рабочего уровня напряжения.