Балласты 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.

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.

Балласт для газоразрядной лампы (люминесцентные источники света) применяется с целью обеспечения нормальных условий работы. Другое название – пускорегулирующий аппарат (ПРА). Существует два варианта: электромагнитный и электронный. Первый из них отличается рядом недостатков, например, шум, эффект мерцания люминесцентной лампы.

Второй вид балласта исключает многие минусы в работе источника света данной группы, поэтому и более популярен. Но поломки в таких приборах тоже случаются. Прежде чем выбрасывать, рекомендуется проверить элементы схемы балласта на наличие неисправностей. Вполне реально самостоятельно выполнить ремонт ЭПРА.

Разновидности и принцип функционирования

Главная функция ЭПРА заключается в преобразовании переменного тока в постоянный. По-другому электронный балласт для газоразрядных ламп называется еще и высокочастотным инвертором. Один из плюсов таких приборов – компактность и, соответственно, небольшой вес, что дополнительно упрощает работу люминесцентных источников света. А еще ЭПРА не создает шум при работе.

Балласт электронного типа после подключения к источнику питания обеспечивает выпрямление тока и подогрев электродов. Чтобы люминесцентная лампа зажглась, подается напряжение определенной величины. Настройка тока происходит в автоматическом режиме, что реализуется посредством специального регулятора.

Такая возможность исключает вероятность появления мерцания. Последний этап – происходит высоковольтный импульс. Поджиг люминесцентной лампы осуществляется за 1,7 с. Если при запуске источника света имеет место сбой, тело накала моментально выходит из строя (перегорает). Тогда можно попытаться сделать ремонт своими руками, для чего требуется вскрыть корпус. Схема электронного балласта выглядит так:

Основные элементы ЭПРА люминесцентной лампы: фильтры; непосредственно сам выпрямитель; преобразователь; дроссель. Схема обеспечивает еще и защиту от скачков напряжения питающего источника, что исключает необходимость ремонта по данной причине. А, кроме того, балласт для газоразрядных ламп реализует функцию коррекции коэффициента мощности.

По целевому назначению встречаются следующие виды ЭПРА:

• для линейных ламп;
• балласт, встроенный в конструкцию компактных люминесцентных источников света.

ЭПРА для люминесцентных ламп подразделяются на группы, отличные по функциональности: аналоговые; цифровые; стандартные.

Схема подключения, запуск

Пускорегулирующий аппарат подключается с одной стороны к источнику питания, с другой – к осветительному элементу. Нужно предусмотреть возможность установки и крепления ЭПРА. Подключение производится в соответствии с полярностью проводов. Если планируется установить две лампы через ПРА, используется вариант параллельного соединения.

Схема будет выглядеть следующим образом:

Группа газоразрядных люминесцентных ламп не может нормально работать без пускорегулирующего аппарата. Его электронный вариант конструкции обеспечивает мягкий, но одновременно с тем и практически мгновенный запуск источника света, что дополнительно продлевает срок его службы.

Поджиг и поддержание функционирования лампы осуществляется в три этапа: прогрев электродов, появление излучения в результате высоковольтного импульса, поддержание горения осуществляется посредством постоянной подачи напряжения небольшой величины.

Определение поломки и ремонтные работы

Если наблюдаются проблемы в работе газоразрядных ламп (мерцание, отсутствие свечения), можно самостоятельно сделать ремонт. Но сначала необходимо понять, в чем заключается проблема: в балласте или осветительном элементе. Чтобы проверить работоспособность ЭПРА, из светильников удаляется линейная лампочка, электроды замыкаются, и подсоединяется обычная лампа накаливания. Если она загорелась, проблема не в пускорегулирующем аппарате.

В противном же случае нужно искать причину поломки внутри балласта. Чтобы определить неисправность люминесцентных светильников, необходимо «прозвонить» все элементы по очереди. Начинать следует с предохранителя. Если один из узлов схемы вышел из строя, необходимо заменить его аналогом. Параметры можно увидеть на сгоревшем элементе. Ремонт балласта для газоразрядных ламп предполагает необходимость использования навыков владения паяльником.

Если с предохранителем все в порядке, далее следует проверить на исправность конденсатор и диоды, которые установлены в непосредственной близости к нему. Напряжение конденсатора не должно быть ниже определенного порога (для разных элементов эта величина разнится). Если все элементы ПРА в рабочем состоянии, без видимых повреждений и прозвон также ничего не дал, осталось проверить обмотку дросселя.

В некоторых случаях проще купить новую лампу. Это целесообразно сделать в случае, когда стоимость отдельных элементов выше ожидаемого предела или при отсутствии достаточных навыков в процессе пайки.

Ремонт компактных люминесцентных ламп выполняется по сходному принципу: сначала разбирается корпус; проверяются нити накала, определяется причина поломки на плате ПРА. Часто встречаются ситуации, когда балласт полностью исправен, а нити накаливания перегорели. Починку лампы в этом случае произвести сложно. Если в доме имеется еще один сломанный источник света сходной модели, но с неповрежденным телом накала, можно совместить два изделия в одно.

Таким образом, ЭПРА представляет группу усовершенствованных аппаратов, обеспечивающих эффективную работу люминесцентных ламп. Если было замечено мерцание источника света или он и вовсе не включается, проверка балласта и его последующий ремонт позволят продлить срок службы лампочки.

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.

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.