No Image

Электронный балласт для люминесцентных ламп 4х18 схема

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
10 марта 2020

Лампы дневного света (ЛДС) в виде длинной трубки давно применяются как в быту, так и в офисах. Главное их преимущество, по сравнению с лампами накаливания, – большая светоотдача, долговечность и экономия электроэнергии.

В старых светильниках применяли тяжелые дроссели и стартеры, они долго и с миганием зажигали лампы, работали ненадежно, гудели, а лампы мигали. На смену им пришли электронные балласты. Они легче по весу, мгновенно зажигают лампу, не гудят, работают в широком диапазоне питающих напряжений, не мигают, так как работают на больших частотах, и по стоимости приблизились к светильникам с тяжелыми дросселями.

Фото. Внешний вид светильника

Внешний вид такого светильника китайского производства типа DL-3011 для ЛДС мощностью 36 Вт показан на фото. Его номинальное питающее напряжение 220…240 В/50 Гц, но при испытаниях показал работоспособность и в диапазоне напряжений 100…240 B. Сам электронный блок питания (балласт) помещается внутри светильника в пластмассовой коробке. Он смонтирован на монтажной плате размерами 107х27 мм (рис.1).

Рис 1. Электронный ПРА

Принципиальная схема ЭПРА нарисована по монтажной плате и показана на рис.2 Все элементы на ней обозначены так же, как и на монтажной плате.

Рис 2. Принципиальная схема ЭПРА

Вначале вспомним принцип зажигания люминесцентных ламп, в том числе и при применении электронных балластов. Для этого необходимо выполнить два условия: первое – разогреть обе ее нити накала, второе – приложить большое (около 600 В) напряжение. Величина напряжения зажигания прямо пропорциональна длине стеклянной люминесцентной лампы, т.е. для коротких (18 Вт) ламп оно меньше, а для длинных (36…40 Вт) ламп – больше.

Работа электронного балласта

Вначале сетевое напряжение выпрямляется до постоянного напряжения 260…270 В (измерено на работающем преобразователе при напряжении сети

220 В) и сглаживается электролитическим конденсатором С1 (15 мкФ/400 В).

Далее двухтактный полумостовой преобразователь, активными элементами которого являются два биполярных высоковольтных транзистора структуры n-p-n (MJE13005), называемыми ключами (рис.2), преобразует постоянное напряжение 260…270 В в высокочастотное напряжение частотой 38 кГц, что позволяет значительно уменьшить габариты и вес балласта. Нагрузкой и одновременно управляющим элементом преобразователя является трансформатор (обозначен на схеме как TU38Q2) со своими тремя обмотками, из них две – управляющие обмотки (каждая по 4 витка) и одна – рабочая, состоящая из двух витков (рис.2 см. прикрепленные данные). Цепь с рабочей обмоткой создает нагрузку на преобразователь.

Первоначальный запуск преобразователя обеспечивает симметричный динистор, обозначенный в схеме DB3. Он открывается, когда после включения электросети напряжение в точках его подключения превысит порог срабатывания. При открытии динистор подает импульс на базу транзистора, после чего преобразователь запускается.

Транзисторные ключи открываются противофазно от импульсов с управляющих обмоток. Для этого обмотки включены в базы транзисторов противофазно (на рис.2 начало обмоток обозначены точками). Открытие каждого ключа вызывает наводку импульсов в двух противоположных обмотках, в том числе и в рабочей обмотке (2 витка). Переменное напряжение с рабочей обмотки L1 подается на люминесцентную лампу через последовательную цепь, состоящую из обмотки L1, первой нити накала лампы, С5 (4700 пФ/1200 В), второй нити накала лампы, С4 (100 нФ/400 В). Величины индуктивностей и емкостей в этой цепи подобраны так, что в ней возникает резонанс напряжений при неизменной частоте преобразователя.

На конденсаторе С5 (470 пФ/1200 В), включенном в резонансную цепь (к лампе), происходит самое большее падение напряжение (так как у С5 самое большое реактивное сопротивление из всех элементов контура), оно зажигает лампу.

Следовательно, максимальный ток в резонансной цепи разогревает обе ее нити накала, а большое резонансное напряжение на конденсаторе С5 зажигает лампу.

Зажженная лампа хотя и уменьшает свое сопротивление, но, как показали измерения, переменное напряжение на ней (и на конденсаторе С5) составляет около 295 В, а на дросселе L1 – около 325 В. Т.е. резонанс напряжений в цепи продолжается, из-за чего уже зажженная лампа и продолжает гореть. Дроссель L1 своей индуктивностью ограничивает ток в зажженной лампе, так как ее сопротивление после зажигания уменьшается. После зажигания лампы преобразователь продолжает работать в автоматическом режиме, не меняя свою частоту с момента запуска. Весь этот процесс зажигания длится менее 1 с.

При испытаниях светильник сохранял работоспособность в диапазоне питающего напряжения переменного тока от 220 В до 100 B, при этом частота преобразования увеличивалась с 38 кГц до 56 кГц, но яркость свечения лампы при напряжении 100 B заметно уменьшилась.

Следует отметить, что на люминесцентную лампу все время подается переменное напряжение, так как это обеспечивает равномерный износ эмиссионных способностей нитей накаливания и этим увеличивает срок службы лампы. При питании лампы постоянным током срок ее службы уменьшается на 50%.

Детали электронного балласта

Типы радиоэлементов указаны в принципиальной схеме (рис.2 см. прикрепленные данные). В состав устройства входят:

  1. Т1, Т2 – транзисторные ключи MJE13005 китайского производства (аналог КТ8164А), структуры n-p-n, в корпусе TO-220 (400 В/4 A, в импульсе 8 А). Их можно заменить КТ872А (1500 В/8 A, корпус Т26а). Цоколевка MJE13005 показана на рис.2 (см. прикрепленные данные). При установке новых транзисторов всегда определяйте правильность выводов БКЭ, так как в аналогах она может не совпадать.
  2. Трансформатор TU38Q2 с ферритовым кольцом, размер которого 11х6х4,5, его вероятная магнитная проницаемость около 2000. Трансформатор имеет 3 обмотки, две из них (управляющие) содержат по 4 витка и одна (рабочая) – 2 витка.
  3. Диоды D1–D7 типа 1N4007 (1000 В/1 А). D1–D4 – выпрямительный мост, D6, D7 – демпферные диоды, а диод D5 разделяет источники питания.
  4. Цепочка R1C2 обеспечивает задержку пуска преобразователя с целью его «мягкого» пуска и не допущения большого пускового тока.
  5. Симметричный динистор типа DВ3 (Uзс.max=32 B; Uос=5 В; Uнеотп.и.max=5 B) обеспечивает первоначальный запуск преобразователя.
  6. R3, R4 – ограничивающие резисторы в цепи эмиттера транзисторов. При экстремальных условиях сгорают, защищая более дорогие транзисторы.
  7. R5, R6 – гасящие резисторы в цепи базы транзисторов.
  8. D6, С3, R2 – демпферная цепочка, препятствующая выбросам напряжения на ключе в момент его запирания, демпферную функцию выполняет и диод D7, но на втором ключе. Кроме того, С3 уменьшает частоту преобразования.
  9. Дроссель L1 состоит из двух склеенных между собой Ш-образных ферритовых половинок. L1 участвует в резонансе напряжений (совместно с С5 и С4) для обеспечения зажигания лампы и поддержки ее в рабочем состоянии, а также ограничивает ток в светящейся лампе.
  10. С5 (4700 пФ/1200 B), С4 (100 нФ/400 B) – конденсаторы в цепи люминесцентной лампы, участвующие в ее зажигании (через резонанс напряжений), а после зажигания поддерживают ее в рабочем (светящемся) режиме. Максимально допустимое напряжения конденсатора С5=1200 В, такая величина подобрана неслучайно. При зажигании напряжение на С5 может превышать 600…700 В, и конденсатор должен выдержать его.
  11. Конденсаторы 22 нФ/100 В (на схеме производители их не обозначили) предназначены для уменьшения частоты работы преобразователя. Напомним, что она равна 38 кГц при номинальном питающем напряжении.
  12. С1 (15 мкФ/400 В) – единственный оксидный конденсатор в балласте, выполняющий функцию сглаживания выпрямленного напряжения питающей электросети.
  13. F1 – мини-предохранитель в стеклянном корпусе номиналом 1 А.

Ремонт

При ремонте платы под напряжением будьте осторожны, так как ее радиоэлементы находятся под фазным напряжением.

Перегорание (обрыв) накальных спиралей люминесцентной лампы, при этом блок питания остается исправным. Это типичная неисправность. Устраняется она простой заменой стеклянной лампы, которая продается в любом магазине электротоваров и стоит около 1,5 USD. Применять можно лампы мощностью 36 и 40 Вт.

Трещины в пайке монтажной платы

Причины их появления: периодическое нагревание и последующее, после выключения, остывание места пайки, а также низкокачественная пайка платы изготовителем. Нагреваются места пайки от элементов, которые греются, – это транзисторные ключи. Такие трещины могут проявиться после нескольких лет эксплуатации, т.е. после многократного нагревания и остывания места пайки. Устраняется неисправность повторной пайкой трещины. Иногда необходимо предварительно зачистить место пайки.

Читайте также:  Проект бани 6х4 из пеноблоков фото

Повреждение отдельных радиоэлементов

Отдельные радиоэлементы могут повредиться от скачков напряжения в электросети. В первую очередь, это транзисторы MJE13005. Производители не предусмотрели защиты схемы от всплесков напряжений, например, варисторами. Скачки напряжений часто имеют место в сельских электросетях во время сильных ветров и молний, поэтому во время таких атмосферных явлений светильник лучше не включать. Имеющийся в схеме предохранитель (1А) не защитит радиоэлементы от скачков напряжений, а лишь при пробое радиоэлементов.

Люминесцентные лампы представляют собой запаянные колбы с заключенным внутри газом. В результате включения на электродах создается заряд, который приводит к резкому лавинообразному возрастанию тока, что, в свою очередь, приводит к резкому снижению сопротивления в конструкции.

Если не будет организован балласт, то лампа перегревается, а электроды в результате перегрузки могут быстро перегорать. Для решения этой проблемы в схему вводится дроссель, который ограничивает до определенного значения ток.

Что такое

Балласт для ламп дневного света – это пускорегулирующий аппарат. Данное устройство подсоединяется между разрядными лампами и сетью. Это делается для ограничения подачи тока и его регулировки до нужного значения. Газоразрядный источник света с отрицательным сопротивлением – отличный пример данной схемы.

Общий принцип работы элемента

По сути, балласт для люминесцентных ламп представляет собой дроссель. Он регулирует силу подачи тока, ограничивая или разделяя разночастотные электрические сигналы. Ликвидирует пульсации постоянного тока. Происходит нагрев катодов люминесцентных ламп.

Далее, на них производится подача необходимого количества напряжения, которое активирует работу осветительного прибора. Напряжение корректируется с помощью особого регулятора, который впаян в инверторную схему. Именно он отлаживает диапазон напряжений. За счет вышеперечисленных особенностей работы балласта мерцание в источнике света полностью исключается.

В схему встроен и стартер. Его функции – трансляция напряжения и зажигание. При включении лампы, на микросхеме балласта происходит снижение силы тока. Данная особенность позволяет выстроить необходимый режим работы осветительного прибора.

Сегодня на рынке широко представлены такие виды балластных устройств, как:

  • электромагнитные;
  • электронные;
  • балласты для компактных ламп.

Представленные категории отмечены надёжной работой и обеспечивают длительное функционирование и простоту эксплуатации всех люминесцентных ламп. Все эти приборы имеют идентичный принцип действия, однако отличаются по некоторым пунктам.

Электромагнитные

Данные балласты применимы для ламп, подключенных к электросети при помощи стартера. Первично возникающий разряд интенсивно разогревает и замыкает биметаллические электродные элементы. Происходит резкое увеличение рабочего тока.

Электромагнитный балласт легко узнать по внешнему виду. Конструкция более массивная, по сравнению с электронным прототипом.

При выходе из строя стартера, в схеме электромагнитного балласта, возникает фальстарт. При поступлении питания лампа начинает мигать, впоследствии идёт ровная подача электроэнергии. Эта особенность значительно снижает рабочий ресурс источника освещения.

Плюсы Минусы
Высококлассный уровень надежности, доказанный практикой и временем. Долгий запуск – на первом этапе эксплуатации запуск осуществляется за 2-3 секунды и до 8 секунд к моменту завершения срока службы.
Простота конструкции. Повышенный расход электроэнергии.
Удобство эксплуатации модуля. Мерцание лампы с частотой 50 Гц (эффект стробирования). Негативно влияет на человека, который длительно находится в помещении с подобным видом освещения.
Доступная цена для потребителей. Слышен гул работы дросселя.
Количество фирм производителей. Значительный вес конструкции и громоздкость.

Электронные

Сегодня применяются магнитные и электронные балластники, которые состоят в первом случае из микросхемы, транзисторов, динисторов и диодов, а во втором – из металлических пластин и медного провода. Посредством стартера лампы запускаются, причем в качестве единой функции этого элемента с балластником в одной схеме организовано явление в электронном варианте детали.

  • малый вес и компактность;
  • плавное быстрое включение;
  • в отличие от электромагнитных конструкций, которым для работы требуется сеть 50 Гц, высокочастотные магнитные аналоги функционируют без шумов от вибрации и мерцания;
  • снижены потери на нагревание;
  • коэффициенты мощности в электронных схемах достигают 0,95;
  • продленный срок эксплуатации и безопасность применения обеспечиваются несколькими видами защиты.
Достоинства Недостатки
Автоматическая настройка балласта под различные виды ламп. Более высокая стоимость, по сравнению с электромагнитными моделями.
Моментальное включение осветительного прибора, без дополнительной нагрузки на устройство.
Экономия потребления электроэнергии до 30%.
Исключен нагрев электронного модуля.
Ровная световая подача и отсутствие шумовых эффектов в процессе освещения.
Увеличение срока службы люминесцентных ламп.
Дополнительная защита гарантирует увеличение степени пожаробезопасности.
Снижение рисков в процессе эксплуатации.
Ровная подача светопотока исключает быструю утомляемость.
Отсутствие негативных функций в условиях пониженных температур.
Компактность и легкость конструкции.

Для компактных люминесцентных ламп

Компактные типы ламп дневного света представлены приборами, аналогичным лампой накаливания типов Е27, Е40 и Е14. В таких схемах электронные балласты встраиваются вовнутрь патрона. В данной конструкции исключён ремонт в случае поломки. Дешевле и практичнее будет приобрести новую лампу.

Как подобрать

  1. При выборе балласта для люминесцентной лампы необходимо обратить внимание на мощность модуля. Она должна совпадать с показателями мощности осветительного прибора. Если не соблюдать эти требования, то прибор не будет функционировать должным образом;
  2. Стоимость. Электромагнитные элементы уступают в цене электронным. Но, технически они устарели и в эксплуатации уступают дополнительными энергозатратами и громоздкостью;
  3. Стоимость на электронные балласты выше, но практичность и экономия электроэнергии перекрывает этот недостаток.

Брендовые производители включают в комплектацию качественные детали, способствующие корректной работе на протяжении долгого времени. Такие устройства смогут отработать срок гарантии.

Необходимо обратить внимание на наличие маркировки IP2, проставленной на изделиях. Это указывает на то, что прибор имеет нужный уровень защиты, а также защищен от попадания внутрь корпуса мелких элементов. Конструкция исключает прямой контакт пользователя с элементами, подводящими электроэнергию.

Температурный диапазон существенно расширен. Приборы могут функционировать при температуре от -20 °C до + 40 °C.

Лучшие производители электромагнитных аппаратов

По статистике лучшее электромагнитное устройств у известного бренда E.Next. Это неудивительно, данная компания выпускает высококлассные модули, отличающиеся своей надежностью и долговечностью. Продукция выполнена в соответствии со строгими требованиями, которые причисляются к товарам данного класса. На всю линейку товаров компания E.Next предоставляет гарантию, а также предлагает своим клиентам качественное обслуживание. Клиент может обратиться в один из множества call-центров и задать вопрос сотрудникам технической поддержки.

Европейская компания Philips не уступает своим коллегам по производству электромагнитных балластов. Изделия данной торговой марки считаются одними из самых надежных и эффективных на рынке. Поэтому выбрать необходимую модель для лампы накаливания не составит труда.

Актуальные электронные модули

Первое место данного типа оборудования, достается товарам от компании Osram. Стоимость продукции данной марки, будет значительно выше стоимости аналогов отечественного или китайского производства. Но модули этой фирмы уступают в цене конкурентам Vossloh-Schwabe или Philips.

Более бюджетный вариант,предлагает фирма Horos. Несмотря на низкие финансовые затраты, данные балласты демонстрируют хороший уровень КПД высокую степень рабочей эффективности.

Сравнительно молодая компания Feron уже успела положительно зарекомендовать себя среди множества постоянных потребителей. Важно отметить грамотное соотношение доступной цены и высокого качества изделий. В их комплектацию входит: надежный предохранитель, защищающий от внезапных перепадов напряжения и различных помех, исключается светомерцание и экономия энергозатрат до 30%.

Как проверить

Перед проверкой нужно снять трубку, после этого закоротить нити накала, а после, между ними, подключить к питанию лампу накаливания на 220 В. Специалисты рекомендуют не включать в сеть любую схему без лампочки. Работающая лампочка, после подключения системы к цепи, укажет на исправность балласта.

Основные неисправности

Как правило, причиной вышедшего из строя осветительного прибора могут стать разлады в схеме регулирующего запуск аппарата, а также износ деталей и перегорание лампы. Если грамотно определить причины поломки, то можно произвести самостоятельный ремонт прибора освещения.

Ремонт

В первую очередь стоит обратить внимание на состояние предохранителя, так как чаще всего именно его выход из строя является основной причиной неполадок в работе балласта. Однако, это может быть причиной более серьезных поломок пускорегулирующего аппарата.

Читайте также:  Размеры обложки на паспорт из кожи

Проверить диоды и транзисторы, нужно при помощи мультиметра. Специалисты рекомендуют выпаять их из платы, чтобы сопротивление других элементов не искажало показания. Важно! Новые элементы необходимо паять с осторожностью, они довольно чувствительны к перегреву.

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.

У дорогих изделий такой контур обеспечивает стабильное функционирование на протяжении всего эксплуатационного срока, поскольку все используемые элементы соответствуют более серьезным техническим требованиям.

Блок питания из балласта

Переоборудование балласта в блок питания заключается в следующем:

Демонтаж корпуса балласта происходит при помощи отвертки. Необходимо применять минимальное усилие, чтобы не увеличивать силу давления на колбу.
Разделить жилки контактов самой лампы от платы, отматывая их с четырех штырей.
После извлечения платы штырьки соединяют при помощи перемычек.
Далее стоит посмотреть, какой именно трансформатор будет использован в новой схеме, а именно: уже имеющийся дроссель, или новый трансформатор.

Чтобы грамотно подобрать нужный балласт для люминесцентной лампы, нужно :

  • понимать принцип устройства данного элемента и его функции;
  • при подборе балласта полагаться на проверенного производителя;
  • обратить внимание на стоимость и фирму;
  • мощность модуля должна совпадать с мощностью осветительного прибора.

В люминесцентных лампах используются электронные и магнитные балласты разной схемы. По большей части такие устройства определяют стоимость осветительного прибора, поскольку способные длительное время поддерживать работоспособность прибора.

В недорогих изделиях не только применяются упрощенные схемы, но и элементы несоответствующего качества, которые физически не способны выдержать создаваемые током цепи нагрузки. Поэтому выбор ламп должен основываться именно на схеме балласта, гарантийном сроке работы изделия и его качестве.

Электронные балласты, они же ЭПРА (электронный пускорегулирующий аппарат), служат для розжига и поддержания рабочего режима газоразрядных ламп (в данном случае – люминесцентных). Преимущества электронного балласта перед обычным дросселем и стартером очевидны, это и отсутствие мерцаний ламп при запуске и более высокий коэффициент мощности и значительно более низкий коэффициент пульсаций светового потока (для сравнения: у лампы, включенной с обычным дросселем и стартером пульсации светового потока составляют порядка 40÷60%, с дешевым электронным балластом около 15%), а также более низкая стоимость и тд. В наше время, практически каждый люминесцентный светильник, будь то офисный или домашний, оснащен электронным балластом.

По схемотехнике существующие ЭПРА можно поделить на две группы. Первая – это балласты с холодным стартом, т.е. без предварительного подогрева катодов ламп. Представляют собой полумостовой преобразователь с автозапуском на двух мощных высоковольтных транзисторах ZEN13007 и пассивным корректором мощности. Таких балластов подавляющее большинство. Некоторые самые дешевые модели, обычно китайского производства, могут не иметь даже входного помехоподавляющего фильтра и схемы защиты от перегрузок. Вторая группа – балласты с теплым стартом и активным корректором мощности. Построены они на специализированных микросхемах, например на распространённом семействе микросхем от International Rectifier IR2166, IR2168 и др. Отличаются очень низким коэффициентом пульсаций светового потока – 2÷5% и высоким коэффициентом мощности до 0,98. О варианте такого устройства и пойдет речь в этой статье. При его разработке стояла задача разработать универсальный балласт c теплым стартом для люминесцентных ламп Т8 с характеристиками, не уступающими дорогим промышленным образцам и возможностью подключения разного числа ламп различной мощности. В этом его основная отличительная особенность – семь конфигураций (вариантов) подключения ламп: 1х18 (1 люминесцентная лампа типа Т8 мощностью 18Вт), 1х36, 1х58, 2х18, 2х36, 3х18, 4х18. Все промышленные аналоги позволяют не более двух вариантов подключения, например 1х36 и 2х36. Схема устройства на приведена на рис.1


Рис.1. Схема универсального ЭПРА с теплым стартом на ICB1FL02G

Основные характеристики:
Входное переменное напряжение, В………………………………110÷250
Максимальный потребляемый ток (4 лампы по 18Вт), мА………330÷350
Коэффициент мощности (4 лампы по 18Вт), не менее. …………0,98
Коэффициент пульсаций светового потока не более, %. 5
КПД не менее………………………………. 0,9
Частота предварительного прогрева, кГц………………………….55
Частота розжига, кГц………………………………………………..48
Рабочая частота, кГц………………………………………………. 41

Балласт построен на специализированной микросхеме-контроллере электронного балласта люминесцентных ламп – ICB1FL02G, разработанной фирмой Infineon, подробное описание работы микросхемы в [1]. ICB1FL02G по сравнению с IR2166 и IR2168 более функциональна, требует меньшего числа внешних элементов и как показала практика, более стабильна и надежна (это субъективное мнение автора). Работу схемы можно разделить на три этапа: предварительный прогрев катодов лампы, розжиг и рабочий режим. Предварительный прогрев реализован следующим образом. Сразу же после включения, тактовый генератор микросхемы начинает работать на частоте около 125кГц. Через 10мс его частота плавно уменьшится до 65кГц – это частота предварительного прогрева, которая задается резистором R13. Это значение гораздо выше резонансной частоты выходного балластного контура L2С16, поэтому, прикладываемое к катодам ламп напряжение будет недостаточным для их розжига. Начинается предварительный прогрев ламп, длительность которого задается резистором R14 и может быть выбрана от 0 до 2с (в данном случае выбрана 1с.). В течение этого времени частота остается неизменной. За время предварительного прогрева катоды ламп достаточно прогреются высокочастотным током, а газ в лампах начнет частично ионизироваться. В итоге последующий розжиг пройдет в менее стрессовом режиме для нитей ламп и с меньшими бросками тока через силовые ключи VT2, VT3. Функция предварительного прогрева значительно, иногда в несколько раз, увеличивает срок службы люминесцентной лампы. По истечении времени предварительного прогрева, в следующие 40 мс, частота тактового генератора микросхемы снова начнет понижаться. По мере ее приближения к резонансной частоте контура L2С16, напряжение, прикладываемое с обкладок конденсатора С16 к катодам ламп, начнет резко возрастать и при достижении 600÷800В произойдет розжиг. Если в этот момент времени напряжение на токовом резисторе R23 достигнет порога 0,8В, а это может произойти, например, при попытке включить балласт без нагрузки или при неисправности одной из ламп, контроллер микросхемы прекратит дальнейшее снижение частоты преобразователя и вновь начнет повышать ее, что в свою очередь вызовет уменьшение напряжения на С16. Это делается с целью избежать чрезмерного скачка тока и напряжения на выходе преобразователя. При уменьшении падения напряжения ниже 0,8В на R23, частота вновь начнет понижаться. Этот процесс может повториться несколько раз, пока не будет получен сигнал об успешном розжиге. Сигналом об успешном розжиге служит появление синусоидального тока амплитудой не более 2,5мА на выв. 13 D1 и напряжения трапецеидальной формы размахом не более 3,2В на выв.12 D1. Максимальное время розжига может составлять 235мс. В случае неудачного розжига ламп, микросхема перейдет в аварийный режим и прекратит коммутацию выходных ключей VT2 и VT3. При успешном розжиге, D1 перейдет в рабочий режим, частота тактового генератора опустится до рабочего значения, которое задается резистором R12. Все три этапа работы балласта: прогрев, розжиг и рабочий режим иллюстрирует осциллограмма на рис.2 (осциллограф подключен к контактам 3, 9 разъема XT2). На рис.3 осциллограмма напряжения в рабочем установившемся режиме с подключенными 4-мя 18Вт лампами.

Читайте также:  Недорогой водонагреватель для душа


Рис.2. Прогрев, розжиг и рабочий режим


Рис.3. Рабочий режим

В рабочем режиме активируются дополнительные защитные функции: EOL (End Of Life) – окончание срока службы лампы, защита от работы в емкостном режиме, защита от выпрямительного эффекта ламп. В случае резкого увеличения тока через лампу, что может произойти к окончанию срока ее службы, увеличится до 215мкА ток в цепи: плюс источника питания, R25…R29, нить лампы, R20…R17, внутренний датчик тока D1. Это вызовет срабатывание защиты EOL и балласт отключится. Если положительный и отрицательный полупериоды тока, текущего по этой цепи не равны по амплитуде, это означает, что лампа работает в выпрямительном режиме. То есть ток через лампу в одну сторону больше, чем в другую. Такой эффект вызывается преждевременным износом одного из катодов лампы. В этом случае балласт также переходит в аварийный режим. Если во время работы балласта нарушится контакт в цепи ламп, например, неисправный ламподержатель или перегорит одна из нитей, сопротивление цепи резко возрастет и выходной каскад перейдет в емкостной режим работы, что в свою очередь может вызвать резонанс. В этом случае напряжение на выв.12 D1 превысит уровень 1,6В и вызовет срабатывание защиты, балласт отключится. Также выводы 13 (LVS – Lamp Voltage Sense) и 12 (Res–restart) D1 служат для контроля подключения ламп в течение всего времени работы балласта. Если во время работы балласта вывернуть одну из ламп – балласт отключится.

Активный корректор мощности собран на элементах T1,VT1,VD2,C3. Его назначение – максимально приблизить форму потребляемого тока к форме напряжения, тем самым свести к минимуму реактивную мощность. Подробно принцип его работы описан в [1] и[2]. Особенность данного корректора – возможность работы как в режиме критической проводимости (Critical Conduction Mode – CCM), так и в режиме прерывистой проводимости (Discontinuous Conduction Mode – DCM). Делитель R8…R11С5 служит для контроля мгновенного значения напряжения питания и определения времени закрытия VT1. Вторичная обмотка Т1, подключенная через ограничивающий резистор R6 к выв.7 D1, необходима для определения момента, когда ток через Т1 достигнет нулевого значения. Как только это произойдет, на затвор VT1 будет подан открывающий импульс. Обе обмотки Т1 должны быть обязательно синфазны.

Питание микросхемы в первый момент времени осуществляется от цепочки R1…R3. В дальнейшем – от выходного каскада через стабилизатор С9С10R24VD4VD5C8.

Для подключения к балласту 4-х ламп, производитель микросхемы рекомендует использовать два выходных балластных контура, включенных параллельно, в каждом контуре по две, последовательно соединенные лампы [1]. Но тогда возникает следующая проблема. При даже незначительном разбросе параметров выходного LC-контура пары ламп могут разжигаться неодновременно, что не очень приятно для восприятия. С другой стороны, четыре последовательно соединенные лампы разжечь довольно проблематично, так как они не успевают достаточно прогреться во время предварительного прогрева и для розжига потребуется гораздо большая энергия. К тому же нельзя забывать и о потерях на соединительных проводах. Решением стало оставить один выходной контур, но добавить маломощный вспомогательный понижающий трансформатор Т2. Он компенсирует потери в местах соединения ламп, улучшает прогрев ламп и облегчает их розжиг. Экспериментально было установлено, что мощность Т2 должна составлять 8÷10% от общей мощности ламп и коэффициент трансформации должен быть 20÷30. При подключении к балласту ламп 1х18, 2х18, 1х36, трансформатор Т2 и разделительные конденсаторы С17, С20 и С21 необходимо удалить, чтобы избежать приложения к лампам излишней мощности.

В документации [1] приводится расчет всех основных элементов балласта, за исключением расчета выходного контура L2C16. Элементы L2 и С16 рассчитывались следующим образом. Максимальная мощность ламп (4х18 или 2х36) составляет P=72Вт, рабочая частота выбрана f = 41кГц, частота розжига fign= 48кГц [1], с использованием теплого старта оптимальное напряжение розжига Uign700В. Из соотношения энергии получим:

Из имеющихся был выбран конденсатор 6,8 нФ. Теперь определяем индуктивность L2:

С другой стороны индуктивность балластного дросселя должна соответствовать условию:

Uin напряжение питания; Ulamp – рабочее напряжение на лампах, т.к. рабочее напряжение 18Вт лампы составляет около 56В, то Ulamp=4*56B=224B; ton – время открытого ключа, при f = 41кГц, ton 11,5мкс (согласно [1]); Ilamp 0,33A– рабочий ток ламп. Отсюда:

Определяем максимальный ток дросселя L2, он будет равен току конденсатора С16 в момент резонанса:

Выбираем подходящий по габаритной мощности сердечник, например EV25/13/13.

Оценим требуемый зазор g (mm):

Примем индукцию В = 0,22Тл. Имеем:

Рассчитаем число витков N дросселя L2:

где: AL – индуктивность на виток (сердечник с зазором), (Г); AL – индуктивность на виток (сердечник без зазора, справоч.), ); le – длина средней линии сердечника, (мм); µe – начальная магнитная проницаемость сердечника, справоч. Для сердечника EV25/13/13, материал N87: AL = 2400 нГ, le = 59 мм; µe = 1520. Отсюда:

Проверим максимальную индукцию:

Дроссель намотан проводом 4х0,2мм. При возможности обмотку желательно разделить на секции.

Печатная плата балласта односторонняя, все выводные элементы на верхней стороне, smd – на нижней. Чертеж печатной платы на рис.4, рис.5. 3D модель печатной платы на рис.6. Фото готового устройства на рис.7, рис.8. Конденсатор С16 – металлопленочный, на напряжение 1600В. С17, С19, С10 – металлопленочные или дисковые керамические на 1000В. С20, С21 – 100В. Диоды VD2, VD3 – быстродействующие на обратное напряжение не менее 600В. VT1…VT3 можно заменить на SPP03N60C3 или аналогичные. Трансформатор Т1 намотан на сердечнике Е25/13/7, материал N27, немагнитный зазор 1.6мм. Первичная обмотка содержит 184 витка проводом 4х0.2мм, вторичная – 14 витков проводом 0.3мм. Т2 намотан на сердечнике Е16/8/5, материал N27, без зазора. Обмотка 1-2 содержит 208 витков; обмотки 11-14, 6-7, 10-13 по 24 витка; обмотки 4-5, 8-9 по 12 витков. Диаметр провода всех обмоток Т2 – 0.18мм. Частотозадающие резисторы R12…R14 желательно выбрать с допуском 0.5÷1%. Помехоподавляющий дроссель L1, любой стандартный с индуктивностью 20мГн и рассчитанный на ток не менее 0,5А. Правильно собранное устройство обычно начинает работать сразу и никаких настроек не требуется.


Рис.4. Печатная плата, верхняя сторона.


Рис.5. Печатная плата, нижняя сторона (отзеркалено).


Рис.6. 3D модель печатной платы (Altium Designer).


Рис.7. Внешний вид готового балласта.


Рис.8. Внешний вид готового балласта.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector