Описание работы балласта люминесцентных ламп. Устройство электронного балласта для люминесцентных ламп. Применение векторных транзисторов

Занятий, с достаточным световым потоком и в тоже время экономичного, подвигло, можно даже сказать, на некоторые искания и пробу вариантов. Сначала использовал обычную небольшую лампу прищепку, поменял её на маленький настольный люминесцентный светильник, затем был 18 ваттный люминесцентный светильник «потолочно - настенного» варианта китайского производства. Последнее понравилось более всего, но крепление непосредственно самой лампы в арматуре было несколько занижено, буквально на два - три сантиметра, однако «для полного счастья» их и не хватало. Выход нашёл в том, чтобы сделать тоже самое, но по своему. Так как работа имевшегося ЭПРА нареканий не вызывала логично было схему повторить.

Схема принципиальная

Это большая часть данного ЭПРА, дроссель и конденсатор у китайцев сюда не вошли.

Собственно добросовестно срисованная с печатной платы схема. Номинал электронных компонентов, позволяющих это сделать, определялся не только «по внешнему виду», но и при помощи замеров, с предварительным выпаиванием компонентов из платы. На схеме номинал резисторов указан в соответствии с цветовой маркировкой. Только в отношении дросселя позволил себе не разматывать имеющийся для определения количества витков, а замерил сопротивление намотанного провода (1,5 Ом при диаметре 0,4 мм) - сработало.

Первая сборка на монтажной плате. Номиналы компонентов подбирал скрупулёзно, невзирая на габариты и количество, и был вознаграждён - лампочка зажглась с первого раза. Ферритовое кольцо (10 х 6 х 4,5 мм) от энергосберегающей лампочки, его магнитная проницаемость неизвестна, диаметр провода катушек на него намотанных 0,3 мм (без изоляции). Первый пуск в обязательнейшем порядке через лампочку накаливания в 25 Вт. Если она горит а люминесцентная первоначально мигает и тухнет - увеличивайте (постепенно) номинал С4, когда всё заработало и ничего подозрительного обнаружено не было, и убрал лампу накаливания, то уменьшил его номинал до первоначального значения.

В какой-то мере ориентируясь на печатную плату первоисточника, нарисовал печатку под имеющийся подходящий корпус и электронные компоненты.

Протравил платку и собрал схему. Уже предвкушал момент, когда буду доволен собой и рад бытию. Но, схема, собранная на печатной плате отказалась работать. Пришлось вникать и заниматься подбором резисторов и конденсаторов. На момент установки ЭПРА по месту эксплуатации С4 имел ёмкость 3n5, С5 - 7n5, R4 сопротивление 6 Ом, R5 - 8 Ом, R7 - 13 Ом.

Светильник «вписался» не только в дизайн, лампа, поднятая до упора вверх, дала возможность комфортно пользоваться полочкой внутри ниши секретера. Уют в «помещении» наводил Babay.

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.

Типовой электронный балласт состоит из таких узлов:

1. Диодный мост.

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 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.

Отступление:

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.

Источники освещения, называемые люминесцентными, в отличие от снабженных нитью накала аналогов, для работы нуждаются в пусковых устройствах, называемых балластом.

Что представляет собой балласт

Балласт для ЛДС (ламп дневного света) относится к категории пускорегулирующих устройств, которые используются в качестве ограничителя тока. Необходимость в них возникает, если электрической нагрузки недостаточно для эффективного ограничения потребляемого тока.

В качестве примера можно привести обычный источник света, относящийся к категории газоразрядных. Он представляет собой устройство, у которого отрицательное сопротивление.

В зависимости от реализации, балласт может представлять собой:

обычное сопротивление;
емкость (обладающую реактивным сопротивлением), а также дроссель;
аналоговые и цифровые схемы.

Рассмотрим варианты реализации, получившие наибольшее распространение.

Виды балласта

Наибольшее распространение получили электромагнитная и электронная реализация балласта. Расскажем подробно о каждой из них.

Электромагнитная реализация

В этом варианте работа основывается на индуктивном сопротивлении дросселя (он подключается последовательно лампе). Вторым необходимым элементом является стартер, регулирующий процесс, необходимый для «зажигания». Этот элемент представляет собой компактных размеров лампу, относящуюся к категории газоразрядных. Внутри ее колбы имеются электроды, изготовленные из биметалла (допускается один из них делать биметаллическим). Подключают стартер в параллель к лампе. Ниже показаны два варианта ПРА.

Работа осуществляется по следующему принципу:

при поступлении напряжения внутри лампы стартера производится разряд, что приводит к разогреву биметаллических электродов, в следствие чего они замыкаются;
замыкание электродов стартера приводит к возрастанию рабочего тока в несколько раз, поскольку его ограничивает лишь внутренне сопротивление катушки дросселя;
в следствие повышения уровня рабочего тока лампы, разогреваются ее электроды;
стартер остывает, и его электроды из биметалла размыкаются;
размыкание цепи стартером приводит к возникновению в катушке индуктивности импульса высокого напряжения, благодаря которому происходит разряд внутри колбы источника, что приводит к его «зажиганию».

После перехода осветительного прибора в штатный режим работы, напряжение на нем и стартере будет меньше сетевого примерно в половину, что недостаточно для срабатывания последнего. То есть он будет находиться в разомкнутом состоянии и не оказывать влияние на дальнейшую работу осветительного устройства.

Такой тип балласта отличается простотой реализацией и низкой стоимостью. Но не следует забывать о том, что данный вариант пускорегулирующих устройств обладает рядом недостатков, таких как :

на «зажигание» уходит от одной до трех секунд, причем, в ходе эксплуатации это время будет неуклонно расти;
источники с электромагнитным балластом мерцают в процессе работы, что вызывает усталость глаз и может стать причиной головной боли;
расход электроэнергии у электромагнитных устройств значительно выше, чем у электронных аналогов;
в процессе работы дросселем издается характерный шум.

Эти и другие недостатки электромагнитных пусковых устройств для ЛДС привели к тому, что в настоящее время такие ПРА практически не применяются. Им на смену пришли «цифровые» и аналоговые ЭПРА.

Электронная реализация

Балласт электронного типа, по своей сути, является преобразователем напряжения, при помощи которого осуществляется питание ЛДС. Изображение такого устройства показано на картинке.

Существует множество вариантов реализации электронных балластов. Можно представить характерную для многих устройств этого типа общую блок- схему, которая за небольшими исключениями, используется во всех ЭПРА. Ее изображение представлено на рисунке.

Многие производители добавляют в устройство блок коррекции коэффициента мощности, а также схему управления яркостью.

Существует два наиболее распространенных способа запуска источников, представляющих собой ЛДС, при помощи электронной реализации балласта:

перед подачей на катоды ЛДС зажигающего потенциала их предварительно подвергают разогреванию. Благодаря высокой частоте поступающего напряжения, достигается две задачи: существенное увеличение КПД и устраняется мерцание. Заметим, что в зависимости от конструкции балласта, зажигание может быть моментальным или постепенным (то есть яркость источника будет постепенно нарастать);
комбинированный метод, он характерен тем, что в процессе «зажигания» принимает участие колебательный контур, который должен войти в резонанс до того, как в колбе ЛДС произойдет разряд. Во время резонанса происходит повышение напряжения, поступающего на катоды, а рост тока обеспечивает их подогрев.

В большинстве случаев при комбинированном методе запуска схема реализована таким образом, что нить накала катода ЛДС (после последовательного подключения через емкость) представляет собой часть контура. Когда происходит разряд в газовой среде люминесцентного источника, это приводит к изменению параметров колебательного контура. В результате он выходит из состояния резонанса. Соответственно, происходит падение напряжения до штатного режима. Пример схемы такого устройства показан на рисунке.

В данной схеме автогенератор построен на двух транзисторах. На ЛДС поступает питание с обмотки 1-1 (которая является повышающей у трансформатора Тр). При этом такие элементы как емкость С4 и дроссель L1 являются последовательным колебательным контуром, с резонансной частотой, отличной от генерируемой автогенератором. Подобные схемы электронного балласта широко распространены во многих бюджетных настольных светильниках.

Видео: как сделать балласт для ламп

Говоря об электронном балласте, нельзя не упомянуть про компактные ЛДС, которые рассчитаны под стандартные патроны Е27 и Е14. В таких устройствах балласт встроен в общую конструкцию.

В качестве примера реализации ниже показана схема балласта энергосберегающей ЛДС Osram мощностью 21Вт.

Необходимо заметить, что в связи с особенностями конструкции, к электронным элементам таких устройств предъявляются серьезные требования. В продукции неизвестных изготовителей, может использоваться более простая элементная база, что становится частой причиной выхода компактных ЛДС из строя.

Преимущества

Электронные устройства имеют много преимуществ перед электромагнитными ПРА, перечислим основные из них:

электронные пускорегулирующие устройства не вызывают мерцание ЛДС при ее работе и не создают постороннего шума;
схема на электронных элементах потребляет меньше энергии, легче весит и более компактна;
возможность реализации схемы, производящей «горячий старт», в этом случае происходит предварительный нагрев катодов ЛДС. Благодаря такому режиму включения срок службы источника значительно продлевается;
электронное пускорегулирующее устройство не нуждается в стартере, поскольку оно само отвечает за формирование необходимого для старта и работы уровней напряжения.

Люминесцентные лампы в свое время произвели настоящую революцию в освещении, так как по своей светоотдаче они превосходят обычные лампы накаливания в несколько раз. Например, одна лампа дневного света (это еще одно название люминесцентных ламп) мощностью 20 Вт дает такой световой поток, который доступен только лампе 100 Ваттной лампе накаливания. Если лампу накаливания просто можно подключить в сеть, используя только патрон выключатель и провода, то люминесцентной лампе, как «капризной даме», надо создать особые «комфортные условия». Ее надо вначале подготовить к пуску, потом запустить, а после того, как она загорится постоянно следить за ее «самочувствием». Этим занимаются пускорегулирующие аппараты (ПРА). Самым современным и эффективным ПРА является электронный ПРА (ЭПРА), который принято называть электронный балласт.

Слово «балласт» в названии этого устройства может вызвать у некоторых читателей определенный диссонанс, так как одним из его значений является бесполезный груз, который приходится нести. Однако, балласт не всегда бывает бесполезным, а иногда и необходимым. Например, без балласта любое судно не имело бы нужную посадку и остойчивость, а дирижабли и аэростаты не могут регулировать высоту своего полета. Кстати, происхождение слова «балласт» лингвисты отдают голландцам – нации мореплавателей и судостроителей. Поэтому мы предлагаем понятие электронного балласта воспринимать сугубо в положительном ключе, как то, что действительно необходимо.

Условия, необходимые для запуска и горения люминесцентной лампы

Рассмотрим кратко устройство лампы и узнаем какие процессы в ней происходят.

Люминесцентные лампы могут быть различной формы, но самыми распространенными являются линейные, которые имеют вид вытянутого герметичного цилиндра, сделанного из тонкого стекла. Воздух изнутри откачивают, но закачивают инертные газы и пары ртути. Смесь газов в лампе находится под пониженным давлением (приблизительно 400 Па).

С одного и другого конца лампы есть по электроду (катоду) сложной конструкции. Каждый катод имеет два штырьковых разъема снаружи, а внутри между ними размещена вольфрамовая спираль с особым эмиссионным покрытием. Если к противоположным катодам приложить напряжение в 220 В, то в лампе ничего не произойдет, так как разреженный газ просто так не проводит электрический ток. Известно, что для протекания электрического тока необходимо два условия:

Наличие свободных заряженных частиц (электронов и ионов).
Наличие электрического поля.

Когда мы подаем на катоды переменное напряжение в 220 В, то с электрическим полем в колбе будет все в порядке, так как оно существует в любой среде, даже в вакууме. Но основная «трудность» — это наличие свободных заряженных частиц. Газ в колбе нейтрален и на изменения поля никак не реагирует. Для получения тлеющего газового разряда существуют два способа:

Первый способ заключается в том, что на катоды лампы сразу подают очень высокое напряжение, которое принудительно «вырывает» электроны с катодов и «пробивает» газ в лампе, что вызывает его ионизацию и появление разряда. Такой пуск называется «холодным», он позволяет стартовать лампам очень быстро. Мало того, такой способ может заставить светиться те лампы, которые уже не работают в стандартных светильниках из-за перегоревших спиралей катодов (одной и даже двух).
Второй способ предполагает плавный нагрев спиралей, что вызывает электронную эмиссию (появление свободных зарядов), а затем поднятие напряжения на катодах до того порога, пока в лампе не возникнет разряд. Свободные электроны при этом разгоняются и ионизируют газ внутри колбы лампы.

Второй способ зажигания ламп предпочтительнее, так как при это срок их службы возрастает в разы. Метод быстрого холодного пуска очень популярен у радиолюбителей, которые делают, по их словам, «девайсы, реанимирующие дохлые лампы». Это, конечно, очень интересное экспериментальное поле для любителей посидеть с паяльником, но с точки зрения экономической целесообразности, такое занятие обычному человеку может показаться очень странным при цене новой лампы максимум в 100 рублей и сроке службы 12 000 часов. Не лучше ли новой лампе обеспечить плавный пуск и долгую службу, вместо «воскрешения» тех, что требуют утилизации. Если холодный пуск применять к новым лампам, то их катоды от «шокового» воздействия повышенным напряжением очень быстро станут негодными для работы в нормальных светильниках.

После того, как в лампе возникнет тлеющий разряд, ее сопротивление будет резко падать, и если оставить этот вопрос бесконтрольным, ток возрастет настолько, что в лампе зажжётся самая настоящая высокотемпературная плазменная электрическая дуга, которая приведет к быстрому выходу лампы из строя, которое может быть и с неприятными последствиями. Поэтому ПРА должны после зажигания лампы еще и ограничивать протекающий ток, сохраняя его таким, чтобы происходил именно тлеющий разряд.

На нашем портале есть статья, где подробно описываются все процессы, происходящие в люминесцентной лампе как во время старта, так и во время горения. Также в статье рассказано, как правильно подключить лампы с использованием электромагнитного балласта (ЭмПРА). Читаем: « ».

Исходя из всего вышеизложенного, можно отметить какие функции должны выполнять ПРА:

Плавный разогрев нитей накаливания катодов лампы, инициирующий термоэлектронную эмиссию.
Инициирование появления тлеющего разряда путем увеличения напряжения на катодах.
После появления разряда отключение накала, ограничение тока лампы и поддержание процесса горения даже при нестабильном сетевом напряжении.

В принципе, электромагнитные ПРА выполняют те же функции, но они очень чувствительны к сетевому напряжению и окружающей температуре.

Устройство электронного балласта для люминесцентных ламп

Электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА) – это сложное электронное устройство, работу которого по принципиальной схеме поймет не каждый. Поэтому мы вначале покажем структурную схему, объясним назначение всех элементов, а потом уже кратко рассмотрим принципиальную.

На входе ЭПРА должен присутствовать фильтр электромагнитных помех задача которого подавлять электромагнитные помехи, которые генерируются в электронном балласте. Если фильтра не будет, то помехи могут нарушить работу электронных устройств, находящихся рядом. Кроме этого, от ЭПРА в электросеть могут «просачиваться» высокочастотные помехи. Некоторые производители из страны с самым большим населением не впаивают на печатной плате элементы, относящиеся к фильтру, хотя места для них предусмотрены. Такое «жульничество» трудно заметить, так как ЭПРА работать будет. Только «вскрытие» и осмотр специалистом поможет выяснить – есть в электронном балласте фильтр или нет? Поэтому стоит выбирать ЭПРА только известных производителей.

После фильтра помех следует выпрямитель , собранный по обычной диодной мостовой схеме. Для питания лампы сетевая частота в 50 Гц нас не устраивает, так как она вызывает мерцание лампы и хорошо слышимый шум дросселей. Для того чтобы этих неприятных вещей не происходило, в ЭПРА генерируют напряжение высокой частоты 35-40 кГц. Но для того чтобы можно было его получить необходимо иметь «исходное сырье» в виде постоянного напряжения. С ним легче делать различные преобразования.

Схема коррекции коэффициента мощности нужна для того, чтобы уменьшить влияние реактивной мощности. ЭПРА имеет индуктивный характер нагрузки, следовательно, ток отстает от напряжения на некоторый угол φ. Коэффициент мощности - это не что иное, как cosφ. Если отставания по фазе нет, то нагрузка активная, ток и напряжения полностью синфазны и поэтому φ=0°. А значит cosφ=1. Мощность вычисляется по формуле P=I*U* cosφ (I – это ток в Амперах, а U – это напряжение в Вольтах). Чем больше будет отставание по фазе тока, тем меньше будет коэффициент мощности cosφ и тем меньше будет полезная активная мощность и больше реактивная, которая бесполезна. Для того чтобы скорректировать отставание тока в схеме коррекции применяются конденсаторы, емкость которых точно рассчитана. В результате cosφ способен в хороших ЭПРА достигать значения 0,95. Это достаточно много!

Одно из лучших объяснений реактивной мощности (Q — это именно она)

Фильтр постоянного тока предназначен для сглаживания пульсаций, которые неизменно присутствуют после выпрямления диодным мостом. В результате получается постоянное напряжение 260-270 В, которое не совсем идеальное, так как небольшие пульсации все равно присутствуют, но совершенно достаточное для дальнейшего преобразования. Фильтр постоянного тока – это чаще всего электролитический конденсатор большой емкости, который подключается параллельно. Графики напряжения в зависимости от времени показаны на рисунке.

Далее, постоянное напряжение поступает на самую сложную часть ЭПРА – инвертор . Именно в нем постоянное напряжение преобразуется в высокочастотное переменное. Большинство электронных балластов собраны по полумостовой схеме, обобщенный вид которой показан на следующем рисунке.

Между входными клеммами с выпрямителя и фильтра на инвертор подается постоянное напряжение примерно 300 В. На схеме обозначена нижняя клемма 300 В. Одними из главных элементов являются ключи К1 и К2, которые управляются с логического блока управления БУ. Когда замкнут один ключ, то другой разомкнут, они не могут находиться в одинаковом состоянии. Например, БУ подал команду на замыкание К1 и размыкание К2. Тогда ток потечет по следующему пути: верхняя клемма входа, Ключ К1, дроссель, нить накала одного катода лампы, конденсатор (параллельно лампе), блок защиты, конденсатор C2 и минусовая нижняя клемма. Затем замыкается ключ К2, а К1 размыкается и ток потечет по следующему пути (от плюса к минусу): верхняя клемма, конденсатор C1, блок защиты, спираль одного катода лампы, конденсатор (параллельный лампе), спираль другого катода лампы, дроссель, ключ К2 и нижняя клемма. Переключение ключей происходит с частотой примерно 40 кГц, то есть 40 000 раз в 1 секунду.

Электрический ток, протекая по таким траекториям, вызывает прогрев спиралей лампы и термоэлектронную эмиссию у катодов. Емкость конденсатора, подключенного параллельно лампе, подбирают такой, чтобы частота колебательного контура, образованного совместно с дросселем, совпадала с частотой переключения ключей. От этого возникает резонанс и на катодах лампы появляется повышенное напряжение – около 600 В, которого при такой частоте вполне достаточно, чтобы лампа зажглась. После того как это произошло, сопротивление лампы резко уменьшается и ток через конденсатор и спирали катодов уже не протекает. Лампа шунтирует конденсатор. Ключи продолжают работать, но на лампу уже подается более низкое напряжение, так как резонанса нет. Дроссель ограничивает ток в лампе, а блок защиты следит за всеми параметрами. Если в светильнике не будет лампы или она окажется неисправной, то блок защиты остановит генерацию переменного напряжения ключами К1 и К2, так как без нагрузки инверторы выходят из строя.

Обратная связь и управление яркостью есть не во всех ЭПРА, а только в самых лучших. Назначение обратной связи – следить за состоянием нагрузки и реагировать на это. Например, предпринята попытка запустить ЭПРА без лампы. Импульсные блоки питания от этого выходят из строя, но при наличии обратной связи просто на инвертор не будет дана команда о запуске. А также обратная связь позволяет менять частоту генерации инвертора. При запуске лампы она может быть 50 кГц, а после этого снижаться до 38-40 кГц.

Примерно по такому алгоритму работают все ЭПРА. В качестве ключей применяются высоковольтные биполярные транзисторы. В самых лучших инверторах применяют полевые транзисторы, которые еще называют MOSFET. Они имеют лучшие характеристики, но и цена на них существенно выше. Представим типичную принципиальную схему простого ЭПРА.

Подробно разбирать работу этой схемы не будем, понимая, что большинство читателей не поймет. Просто проведем аналогию с предыдущей схемой. Роль ключей К1и К2 выполняют транзисторы Т1 и Т2. Частоту переключения определяет симметричный динистор DB3, конденсатор C2 и резистор R1. Когда на вход устройства подается напряжение 220 В, то оно после выпрямления начинает заряжать конденсатор С2. Скорость заряда определяет резистор R1, чем больше его сопротивление, тем дольше будет заряжаться конденсатор. Как только напряжение на конденсаторе превысит порог открывания динистора (примерно 30 В), он открывается и подает импульс на базу транзистора T2. Он открывается и через него начинает протекать ток. Как только конденсатор C2 разрядится и напряжение на нем упадет ниже 30 В, динистор закроется, соответственно и транзистор T2, но откроется транзистор T1, так как его база подключена к трансформатору TU38Q2, который согласует синхронную работу ключей и нагрузки. Если открыт один транзистор, то будет закрыт другой. Как только транзистор закрывается, возникающее в обмотке другого транзистора ЭДС самоиндукции открывает его. Так происходит автогенерация переменного напряжения в инверторе.

В самых лучших современных моделях ЭПРА кроме MOSFET транзисторов также используются интегральные микросхемы (ИМС), которые специально предназначены для управления лампами. От их применения габариты устройства уменьшаются, а функциональные возможности сильно увеличиваются. Приведем пример схемы ЭПРА с ИМС.

Главной деталью этого ЭПРА является интегральная микросхема UBA2021, «отвечающая» абсолютно за все происходящие в лампе и электронном балласте процессы. Лампы, которые будут работать с таким ЭПРА с такой ИМС будут служить очень долго.

Видео: Электронный балласт

Преимущества и недостатки электронного балласта

В настоящее время объем выпуска ЭПРА уже превысил выпуск электромагнитных балластов. И дальнейшая тенденция четко обозначена – электронные устройства заменят электромагнитные. В продаже уже практически невозможно найти светильники с классическими дросселями и стартерами и при ремонте чаще отдают предпочтение именно ЭПРА. Разберемся в чем же их преимущества?

Запуск лампы с ЭПРА производится по правильному и щадящему алгоритму, но тем не менее очень быстро – не более 1 секунды.
Частота, генерируемая ЭПРА, составляет 38-50 кГц, поэтому у люминесцентных ламп нет мерцания, утомляющего зрение, а также отсутствует стробоскопический эффект, характерный для электромагнитных ПРА.
Срок службы ламп, работающих с ЭПРА, увеличивается вдвое.
При перегорании люминесцентной лампы качественный ЭПРА сразу перестает генерировать переменное напряжение, что влияет на экономию и безопасность.
Применение ЭПРА исключает холодный пуск люминесцентных ламп, а это предотвращает эрозию катодов.
Электронные балласты работают абсолютно бесшумно, поэтому в жилых помещениях, больницах и школьных классах следует применять только ЭПРА.
Подключить ЭПРА очень легко, так как на них всегда есть очень понятная схема, с которой разберутся даже те, кто ни разу в жизни ничего не делал по электрике.
ЭПРА при работе не так сильно нагреваются, как электромагнитные балласты. Благодаря этому экономится электроэнергия. Экономия составляет примерно 30%.
Коэффициент мощности (cosφ) хороших ЭПРА может достигать 0,98. Для такого рода нагрузки - это очень хороший показатель.
Качественные ЭПРА могут работать при сниженном или завышенном напряжении в сети (160-260 В).
Электронные балласты имеют более высокий КПД, чем электромагнитные. Он может достигать 95%.
Для работы ЭПРА не требуются стартеры и конденсаторы, все необходимое для запуска и работы ламп уже предусмотрено в схеме.
ЭПРА по сравнению с ЭмПРА имеют сравнимые габариты, но гораздо меньшую массу.

При таком внушительном перечне достоинств мы можем сказать только о двух недостатках. Это более высокая цена и бо́льшая, чем у ЭмПРА вероятность выхода из строя при скачках напряжения в сети. Правда, последний недостаток относится только к тем электронным балластам, которые низкие как по качеству, так и по цене.

Как выбрать качественный электронный балласт

Электронные ПРА привыкли воспринимать отдельными блоками – коробочками прямоугольной формы, на которых имеются клеммы или разъемы для подключения ламп и сетевого напряжения. но не стоит забывать, что электронные балласты есть в каждой компактной люминесцентной лампе (КЛЛ) или как их любят называть – энергосберегающей лампе. Всю схему ЭПРА конструкторы ламп умудряются разместить на круглой монтажной плате, которую каким-то образом «запихивают» в корпус между светящейся частью и цоколем. Конечно, в такой тесноте этим балластам приходится несладко. Очень сильно стоит проблема отвода тепла от платы ЭПРА, которую каждый производитель решает по-разному. Точнее, можно сказать, что пока одни решают, другие не решают вовсе.

Проконтролировать что находится в корпусе лампы, естественно, никто до покупки не даст, а сам вид платы и наличие на ней определенных элементов может многое рассказать специалисту. Некоторые производители, пользуясь скрытностью ЭПРА в КЛЛ, желают сэкономить на каких-то элементах, что отражается на работе лампы и сроке ее службы. Получается, что покупка КЛЛ по своей сути идентична покупке «кота в мешке»? К сожалению, это в большинстве случаев так. Известные мировые бренды, конечно, «грешат» этим меньше, но на них много подделок, поэтому стоит найти продавца, которому делают официальные поставки от производителя.

Существует способ, позволяющий судить о качестве ЭПРА в КЛЛ. Он не объективный, а субъективный, то, тем не менее им давно пользуются и уже он доказал свою состоятельность. В чем он заключается?

В хороших КЛЛ запуск лампы делают плавным, на катоды подают повышенное напряжение для зажигания тлеющего разряда только после прогрева. Эти процессы занимают какое-то время, поэтому при включении хорошей лампы всегда есть пауза между включением и ее зажиганием. Она небольшая, но ощутимая. Если же лампа зажигается холодной, то высокое напряжение, подают сразу и это вызывает мгновенный пробой и зажигание. Если пауза после включения не ощущается, то с большой долей вероятности можно сказать, что электронный балласт «упрощенный» и такую лампу лучше не приобретать. Некоторые производители «совершенствуют» схему ЭПРА, «выкидывая» с их точки зрения «лишние» детали.

При покупке электронного балласта в виде отдельного блока прежде всего надо узнать для каких именно ламп он предназначен. Все линейные люминесцентные лампы выпускаются с различными диаметрами трубок: T4 – 12,7 мм, T5 – 15,9 мм и T8 – 25,4 мм. Лампы T4 и T5 имеют цоколь G5 (расстояние между контактными штырьками 5 мм), а лампы T8 имеют цоколю G13 (расстояние 13 мм). от размеров люминесцентной лампы зависит ее мощность: чем она длиннее, тем мощность больше:

Лампе длиною в 450 мм соответствует мощность 15 Вт;
Лампе длиною в 600 мм, которые широко используются в подвесных потолках типа «Армстронг», соответствует мощность 18-20 Вт;
Лампе длиною 900 мм – 30 Вт
Лампе длиною в 1200 мм – 36 Вт;
И лампе длиною в 1500 мм соответствует мощность 58 Вт или 70 Вт.

О том соответствует ли электронный балласт какому-либо светильнику, предназначенному для определенного вида ламп узнать очень легко, так как вся необходимая информация уже есть в маркировке ЭПРА. Рассмотрим конкретный пример и узнаем, что означают те или иные цифры и символы. В общем виде маркировка образца ЭПРА выглядит так.

«Расшифруем» общую информацию об устройстве, которая находится в левой части ЭПРА.

Эта модель ЭПРА произведена компанией Vossloh-Schwabe Group, штаб-квартира которой находится в Германии. Однако Vossloh-Schwabe Group входит в состав японской группы Panasonic Electric Works. Продукция этого производителя выгодно отличается безупречным качеством и надежностью. А также из маркировки видно, что этот ЭПРА предназначен для работы с лампами T8, произведен в Сербии, где у Vossloh-Schwabe Group есть филиал. Рассмотрим еще то, что является важным в маркировке.

Вход сетевого напряжения 220 В 50 Гц обозначается на корпусе откуда можно понять где расположены клеммы. Полярность не указана, значит, к этому ЭПРА фазу и ноль можно подключать произвольно. Провод заземления должен подключаться к корпусу, для этого на нем должен быть специальный винт. Переходим ближе к центру ЭПРА и смотрим на обозначения.

Приятно, что на корпусе этого ЭПРА присутствует информация о проводе, которым можно делать коммутацию, его площади поперечного сечения и на какую длину снимать изоляцию, чтобы он хорошо расположился в клеммах.

Индекс энергоэффективности EEI является оценкой того насколько полно расходуется входная мощность именно на получение света от лампы. Вычисляется показатель КПД, который определяется отношением мощности лампы ко входной мощности Pл/Pвх, а затем по таблице 6.3, размещенной на странице 61 в документе, ссылка на который находится ниже, находится соответствие ЭПРА индексу энергоэффективности.

В Европе действует определенный свод правил и норм, которому должны отвечать все применяемые устройства и материалы. Как в России действуют СНиПы, ПУЭ, СанПин, так «за бугром» у соседей действуют правила, которые обозначаются буквами EN и цифровым кодом. Этот список недаром присутствует в маркировке, так как при сдаче какого-либо объекта в эксплуатацию требуется документальное подтверждение оправданности применения того или иного устройства.

Основные характеристики этого ЭПРА прямо на корпусе напечатаны в виде таблицы:

Вся информация, представленная в таблице максимально точная и лаконичная, не требующая никаких пояснений, кроме положения точки tc, где максимальная температура не должна превышать в этом ЭПРА 60°C. Эта точка обозначена на корпусе балласта (справа от верхней части таблицы), она находится как раз в месте расположения транзисторных ключей – самых нагреваемых деталей электронного балласта.

Если нет в распоряжении электронного балласта, но есть светильник с известным типом ламп, применяемым в нем, то можно подобрать ЭПРА по каталогам производителей, которые легко найти в интернете. Приведем выдержку из каталога электромагнитных дросселей компании Helvar из Финляндии, продукция которой качественная и надежная. Для примера возьмем электронные балласты для ламп T8 из серии EL-ngn. Эти ЭПРА характеризуются: энергоэффективностью, «теплым» запуском люминесцентных ламп, отсутствием мерцания, хорошей электромагнитной совместимостью, малыми помехами, минимальными потерями и стабильными режимами работы.

Электронные балласты для T8 люминесцентных ламп Helvar EL-ngn

*PлК-во ламп**	Модель балласта	EEI	*Размеры, ДШВ, мм*	Масса, г	Мощн. Цепи, Вт	Ток цепи, A	P на лампу, Вт	Цена, руб
14*1	EL1x15ngn	A2	1903021	120	15	0,09-0,07	13	415
15*1	EL1x15ngn	A2	1903021	120	15.5	0,09-0,07	13.5	415
18*1	EL1x18ngn	A2	2803028	190	19	0,09-0,08	16	594
18*2	EL2x18ngn	A2 BAT	2803028	200	37	0,16-0,15	16	626
18*4	EL4x18ngn	A2 BAT	2803028	200	72	0,33-0,30	16	680
30*1	EL2x30ngn	A2 BAT	1903021	120	26.5	0,14-0,11	24	626
36*1	EL1*36ngn	A2	2803028	191	36	0,16-0,15	32	594
36*2	EL2x36ngn	A2 BAT	2803028	205	71	0,32-0,29	32	626
58*1	EL1x58ngn	A2	2803028	193	55	0,26-0,23	50	594
58*2	EL2x58ngn	A2 BAT	2803028	218	108	0,50-0,45	50	626

Кроме того, что показано в таблице, электронные балласты серии Helvar EL-ngn еще обладают общими для всех характеристиками. Перечислим их в следующей таблице.

Характеристика	Показатель
Максимальная температура точки «tc», °С	75
Максимальная окружающая температура, °C	-20…+50
Температура хранения, °C	-40…+80
Максимально допустимая влажность	Без конденсации
Минимальное число пусков лампы	>50 000
Переменное напряжение, В	198-264
Постоянное напряжение (для старта >190 В)	176-280
Максимальное перенапряжение, В	320 В, 1 час
Коэффициент мощности (λ, cosφ)	0,98
Ток утечки на землю, мА
Максимальное выходное напряжение, В	350
Срок жизни (до 10% отказов)	50 000 час при tc
Максимальная длина проводов к лампе	1,5 v
Время прогрева ламп, сек

Кроме этих балластов, характеристики которых мы показали в таблице в ассортименте Helvar есть еще много моделей электронных балластов, которые предназначены для других типов ламп. Из линейных это T5 и T5-eco, а из компактных это: TC-L, TC-F, TC-DD, TC-SE, PL-R, TC-TE. Мы сделали краткий обзор классических электронных балластов для ламп T8, но у Helvar еще есть управляемые аналоговым сигналом 1-10 В ЭПРА, которые могут менять свою яркость и управляться всего одной кнопкой как на включение и отключение, так и на изменение яркости свечения люминесцентных ламп.

И также у этого производителя есть полностью цифровые балласты iDIM, которые могут иметь внешнее управление по шине (DALI) и ручное управление от всего одной кнопки (Switch-Control). Посмотреть весь ассортимент электронных балластов можно в каталоге Helvar, который откроемся по следующей ссылке. Каталог на английском языке, цены в нем не указаны.

Подобные альбомы со всей технической информацией об ЭПРА, есть у всех хороших производителей на их официальных сайтах. У читателей может возникнуть вопрос – какие ЭПРА можно считать хорошими? Мы бы рекомендовали прежде всего обращать внимание на следующие бренды: Helvar, Vossloh-Schwabe, Tridonic, Osram, Philips, Sylvania.

Порядок замены электромагнитного дросселя и стартера на электронный балласт

Все новые светильники с люминесцентными лампами по умолчанию оборудуются ЭПРА и в случае выхода их из строя замена очень проста: «выкидывается» один блок и на его место ставится другой. Если же стояла «классика» - электромагнитный балласт и стартеры, то их лучше поменять на электронный балласт. При этом светильник должен подвергнуться некоторой несложной модернизации. Рассмотрим этот процесс детально.

Из инструмента понадобятся набор отверток, нож, кусачки, стриппер для снятия изоляции (опционально) и мультиметр. А также может понадобиться монтажный провод ПВ-1 с площадью поперечного сечения от 0,5 до 1,5 мм², которого есть в этом диапазоне 4 вида: 0,5 мм², 0,75 мм², 1 мм² и 1,5 мм². Если в светильнике был применен алюминиевый провод, то его лучше сразу поменять на медный.

Бывает, что в светильниках применяют , но с медным напылением. При зачистке возникает иллюзия медного провода, а на срезе провод белый. От таких «гибридов» лучше сразу избавляться.

Изображение	Описание процесса
	Предстоит модернизация светильника на 4 лампы T8 по 18 Вт. В нем установлено 2 электромагнитных дросселя, 2 конденсатора и 4 стартера.
	Вместо них будет устанавливаться ЭПРА OSRAM QTZ8 4X18/220-240 VS20, которому не нужны ни стартеры, ни конденсаторы.
	Светильник отключается, затем проверяется отверткой-индикатором отсутствие фазы на входной клемме и на корпусе, отсоединяются входные провода, светильник демонтируется и помещается на стол для удобства работы с ним.
	Со светильника демонтируется лицевая панель и снимаются все люминесцентные лампы.
	Со своего посадочного места снимается входная винтовая клемма и из нее убираются все провода.
	Демонтируются электромагнитные дроссели и конденсаторы.
	Снимается гнездо стартера. Это делается очень просто, так как оно крепится к корпусу светильника на пластиковых защелках.
	Провода, идущие к стартеру обрезаются возле него. Те же операции производятся со всеми стартерами.
	Выбирается место размещения ЭПРА. Лучше, если оно будет с краю светильника, чтобы все провода, ведущие к балласту можно было провести возле бортов, так они будут меньше заметны. Затем согласно схемы подключения, изображенной на корпусе ЭПРА «назначается» положение каждой лампы. Те, что на схеме слева в светильнике будут по центру, а те, что справа – по краям.
	Каждый патрон для люминесцентной лампы имеет клеммы с двумя парами пружинных контактов. Каждая пара соединена с одним их гнезд для штырьков лампы T8 с цоколем G13. Это очень удобно, так как для того, чтобы сделать ответвление не надо ничего паять или скручивать. Зачищенный на 9 мм провод просто вставляется в клемму до упора, где его зажимает пружинный контакт.
	Проводится разводка проводов согласно принципиальной схемы, изображенной на ЭПРА. К тем концам проводов, которые будут подключаться к балласту приклеиваются бирки из кусочков малярного скотча и на них пишется номер клеммы. Это позволит избежать путаницы.
	После того, как закончена разводка проводов, ЭПРА помещается близко к тому месту. Где он будет установлен и все пронумерованные провода подключаются к соответствующим клеммам. Для этого отверткой нажимается механизм контакта, а затем зачищенный на 9 мм провод вставляется в отверстие клеммы до упора. Механизм контакта отпускается и проверяется надежность соединения провода.
	Входные клеммы L, N, PE (фаза, ноль рабочий, заземление) соединяются проводами со входной винтовой клеммой светильника.
	После того, как все провода соединены с электронным балластом, он устанавливается на место и закрепляется винтами к корпусу, в котором есть специальные отверстия. В случае необходимости отверстие можно просверлить.
	Проложенные провода в светильнике группируются и помещаются как можно ближе к краю. В корпусе светильника могут быть выштампованные усики. В случае необходимости для организации проводов можно воспользоваться пластиковыми стяжками.
	После проверки всех соединений светильнику устраивают пробный запуск на столе и в случае его успеха монтируют на свое штатное место.

Читатели наверняка заметили, что установка электронного балласта – это несложное мероприятие, не требующее участия электрика высшей квалификации. Можно сказать, что с этим справится любой. Чтобы не ошибиться при подключении мы предлагаем от руки нарисовать схему, а потом после соединения каких-то контактов в светильнике отмечать это в своем рисунке. Проверено – помогает.

Все современные светильники оборудованы так, что их для монтажа не требуется паяльник, нет нужды делать скрутки. Все соединения должны быть только в клеммах. Если провода, оставшегося от старой схемы подключения, не хватает, то ни в коем случае не надо делать скрутку или пайку. Лучше поменять этот участок на цельный провод. 1 метр прекрасного монтажного провода ПВ-1 с жилой 1 мм² стоит 7 рублей. Соединение с клеммой занимает несколько секунд, а для пайки уже нужны десятки минут.

Видео: Замена двух электромагнитных балласта на один электронный

Ремонт неисправного электронного балласта

Электронный балласт – замечательное устройство, которое очень бережно относится к люминесцентной лампе, но, к сожалению, не может иногда сберечь само себя. Электромагнитный балласт в этом отношении гораздо надежнее, чтобы его «спалить» надо очень сильно «постараться». Диагностировать неисправность ЭПРА достаточно сложно для человека незнакомого с электроникой, но, тем не менее несколько советов мы дадим.

Если при включении светильника с электронным балластом ничего не происходит, то надо попробовать поменять лампу, может, дело в ней. Для этого надо иметь заведомо исправную лампу, которую надо вставить в патроны светильника и попробовать запустить. Если опять ничего не происходит, то свое внимание уже надо переключать на ЭПРА, так как кроме него и ламп в светильнике ничего то и нет. Если нет под рукой исправной лампы, то можно в режиме прозвонки проверить целостность спиралей. Если они целые и колба лампы целая, то, скорее всего, она исправна, если только возле катодов не будет наблюдаться сильное почернение слоя люминофора.

Электроника – это наука контактов. Так говорят специалисты. И прежде чем «лезть» в сложное устройство балласта, надо прозвонить все электрические соединения в светильнике, который, разумеется, должен быть отключен от сети. А также полезно прозвонить соединения при вставленной лампе. Чтобы убедиться, что штырьки ее цоколя входят в контакт с патроном. Если же и эти действия не выявили ничего «криминального», то пора посмотреть на «внутренний мир» электронного балласта.

ЭПРА необходимо достать из корпуса, предварительно отключив разъемы или вынув провода из клемм. Если провода не промаркированы, то перед тем, как их отсоединять, надо их промаркировать каким-либо способом. Самым простым является наклеивание полосок малярного скотча с номером клеммы на провод. После этого балласт можно демонтировать из корпуса светильника.

Внешний осмотр ЭПРА может тоже о много рассказать. Если было сильное термическое воздействие, то оно обязательно оставит следы. Можно отметить в каком именно месте был сильный нагрев, чтобы потом посмотреть какие элементы схемы могли его спровоцировать.

После вскрытия корпуса балласта надо внимательно осмотреть плату. Бывает, что даже осматривать ничего и не надо, так как бо́льшая часть элементов черные, с явными признаками перегрева. Ремонт такого ЭПРА будет экономически нецелесообразен, поэтому после выпаивания целых элементов (если они есть) плату можно выбросить.

Слабым местом любого электронного устройства являются электролитические конденсаторы, которые легко узнаются по «бочкообразному» виду. При несоблюдении их номиналов, при низком качестве, при превышении напряжения, при перегреве может произойти их вздутие и даже разрыв, который происходит из-за закипания электролита. Такие признаки явно говорят о неисправности, поэтому конденсатор выпаивается и проверяются все соседние элементы. Новый конденсатор стоит выбирать с бо́льшим рабочим напряжением, например, был на 250 В, а новый надо ставить уже на 400 В. Очень часто нечестные производители впаивают в плату ЭПРА элементы с более низким рабочим напряжением, что со временем и приводит к поломке.

После конденсаторов надо внимательно осмотреть все другие элементы, которые тоже могут своим внешним видом показать свою неисправность. Обычно очень явно «говорят» о себе сгоревшие резисторы – они темнеют, становятся черными как уголь, а иногда просто разрываются. Естественно, такие детали также надо менять, но при этом лучше выбирать по уровню рассеиваемой мощности на ступень или даже две больше, чем номинальное.

Резисторы можно прозванивать прямо в схеме, не выпаивая их, так как основная их неисправность – это перегорание, что равнозначно обрыву. Другие элементы – конденсаторы, диоды и транзисторы перед проверкой лучше выпаять из схемы, а потом воспользоваться специальным универсальным прибором для проверки.

Сгоревшие или «пробитые» диоды тоже очень часто можно легко увидеть по характерному потемнению, если они в пластиковом корпусе. Диоды в стеклянном корпусе часто разрывает на две части либо колба трескается. Прозвонить диоды очень легко. После выпаивания из печатной платы (можно только одну «ногу»), берется мультиметр и ставится на измерение сопротивления или на специальный режим, обозначенный диодом (если таковой есть). В прямом направлении диод должен хорошо проводить электрический ток. Для проверки этого красный щуп мультиметра соединяется с анодом, а черный с катодом (на диодах в пластиковом корпусе у катода есть полоска). Если мультиметр будет показывать какие-то значения сопротивления, то ток протекает. Поменяв щупы местами надо убедиться, что в обратном направлении диод не пропускает электрический ток, сопротивление его бесконечно. Если это так, то диод исправен. Во всех других случаях – неисправен.

Одной из самых «проблемных» деталей в ЭПРА являются транзисторы. Они работают в самых непростых условиях – им надо 40 тыс. в секунду включать и выключать большие токи, отчего транзисторы сильно нагреваются. При их перегреве свойства полупроводников меняются и может произойти «пробой», что сделает транзистор бесполезным. В итоге по цепи начинают «гулять» бесконтрольно большие токи, которые попутно выжигают и другие близкорасположенные элементы, имеющие наименьшее сопротивление. То есть транзистор не сгорает никогда в «гордом одиночестве», он «тянет» за собой и другой транзистор, и другие элементы. Для того чтобы транзистор не перегревался, его устанавливают на радиатор, рассеивающий тепло. И в хороших ЭПРА так и делают.

Если радиаторов на транзисторах нет, то их можно установить самостоятельно, купив их в магазине радиотоваров и прикрутив винтом через отверстие в корпусе. При этом между транзистором и радиатором должна быть термопаста типа КПТ 8, что применяется для кулеров процессоров компьютеров.

Внешне транзистор может не подавать никаких признаков своей неисправности и на вид быть абсолютно «здоровым». Может, это и так, но транзисторы в электронных балластах надо проверять всегда. Они – одно из слабых мест. Хоть некоторые источники в интернете и утверждают, что транзистор можно проверить, не выпаивая его из платы, но на самом деле это не так. Рассмотрим еще один вариант схемы ЭПРА.

Видно, что транзисторы буквально «обвешаны» различными элементами, которые хорошо проводят Это означает, что прозвонка транзисторов прямо в схеме будет просто некорректной. Поэтому наш совет — транзисторы надо выпаять из платы полностью, так как в 80% случаев они будут все равно неисправны, если ЭПРА не рабочий. Проверить мультиметром транзистор проще простого, надо представить его в виде двух диодов, а потом проверить каждый из них.

Если обнаружится хоть один сгоревший транзистор, то все равно надо менять оба, в любом случае. После выхода из строя одного из транзисторов по схеме, в том числе и по второму транзистору начинают бесконтрольно протекать немаленькие токи, которые могут вызвать какие-то изменения в кристалле полупроводника. И они, скорее всего, проявятся в дальнейшем.

Дроссели и трансформаторы очень редко выходят из строя, но тем не менее проверить их стоит просто прозвонив обмотки мультиметром. Особого внимания к себе требует высоковольтный конденсатор, подключаемый параллельно катодам лампы. Бывает, что производители устанавливают конденсатор с рабочим напряжением не 1200 В, а с меньшим. Учитывая, что этот конденсатор участвует в запуске лампы, напряжение на нем может достигать 700-800 В, что может вызвать его пробой. Поэтому его проверять надо обязательно и в случае замены подбирать номиналом рабочего напряжения не меньше 1,2 кВ, а лучше 2 кВ.

При проверке и диагностировании неисправностей в электронном балласте все равно лучше проверить абсолютно все элементы. Единственным «крепким» орешком, который невозможно проверить мультиметром является динистор. Его проверяют только на специальном стенде. Его пробой обычно виден, так как колба у этого элемента стеклянная. Но бывает, что при отсутствии внешних признаков выхода из строя в «молчании» ЭПРА виноват именно он. Поэтому лучше иметь под рукой новый динистор, тем более что цена на них копеечная.
Диагностика и ремонт электронных балластов с интегральными микросхемами уже не может быть проведена Для этого требуется специальное лабораторное оборудование и услуги специалиста.

Видео: Ремонт электронного балласта светильника

Видео: Ремонт электронного балласта

Заключение

Массовое внедрение электронных балластов в схемы управления люминесцентных ламп позволила улучшить комфортность этого вида освещения, увеличить срок службы ламп, добиться солидной экономии электроэнергии. С ЭПРА люминесцентное освещение буквально получило «второе рождение» так как, кроме простого включения и отключения, «умная» электроника позволила еще и регулировать яркость в очень приличном диапазоне.

Возросший интерес к электронным балластам, к сожалению, повысил активность нелегальных и нечестных производителей, которые наводняют рынок продукцией низкого качества. Это сильно портит репутацию ЭПРА в целом, но умные люди как понимали раньше, так и понимают сейчас, что лучше приобрести один хороший электронный балласт на 10 лет, пускай даже заплатив за него в два раза дороже, чем каждый год или два менять более дешевый. Поэтому стоит доверять только тем производителям, которую свою хорошую репутацию зарабатывали многие десятки лет.

Лампы накаливания хотя и стоят дешево, но потребляют много электроэнергии, поэтому многие страны отказываются от их производства (США, страны Западной Европы). Взамен им приходят компактные люминесцентные лампы дневного света (энергосберегающие), их закручивают в те же патроны Е27, что и лампы накаливания. Однако стоят они в 15-30 раз дороже, зато в 6-8 раз дольше служат и в 4 раза меньше потребляют электроэнергии, что и определяет их судьбу. Рынок переполнен разнообразием таких ламп, в основном китайского производства. Одна из таких ламп, фирмы DELUX, показана на фото.

Ее мощность 26 Вт -220 В, а блок питания, называемый еще электронным балластом, расположен на плате размерами 48x48 мм (рис.1 ) и находится в цоколе этой лампы.

Ее радиоэлементы размещены на монтажной плате навесным монтажом, без применения ЧИП-элементов. Принципиальная схема нарисована автором из осмотра монтажной платы и показана на рис.2.

Примечание к схеме: на схеме отсутствует точка, обозначающая соединение динистора, диода D7 и базы транзистора EN13003A

Вначале уместно напомнить принцип зажигания люминесцентных ламп, в том числе и при применении электронных балластов. Для зажигания люминесцентной лампы необходимо разогреть ее нити накала и приложить напряжение 500...1000 В, т.е. значительно больше, чем напряжение электросети. Величина напряжения зажигания прямо пропорциональна длине стеклянной колбы люминесцентной лампы. Естественно, для коротких компактных ламп она меньше, а для длинных трубчатых ламп - больше. После зажигания лампа резко уменьшает свое сопротивление, а значит, надо применять ограничитель тока для предотвращения КЗ в цепи. Схема электронного балласта для компактной люминесцентной лампы представляет собой двухтактный полумостовой преобразователь напряжения. Вначале сетевое напряжение с помощью 2-полупериодного моста выпрямляется до постоянного напряжения 300...310 В. Запуск преобразователя обеспечивает симметричный динистор, обозначенный на схеме Z, он открывается, когда, при включении электросети, напряжение в точках его подключения превысит порог срабатывания. При открывании, через динистор проходит импульс на базу нижнего по схеме транзистора, и преобразователь запускается. Далее двухтактный полумостовой преобразователь, активными элементами которого являются два транзистора n-p-n, преобразует постоянное напряжение 300...310 В, в высокочастотное напряжение, что позволяет значительно уменьшить габариты блока питания. Нагрузкой преобразователя и одновременно его управляющим элементом является тороидальный трансформатор (обозначенный в схеме L1) со своими тремя обмотками, из них две управляющие обмотки (каждая по два витка) и одна рабочая (9 витков). Транзисторные ключи открываются противофазно от положительных импульсов с управляющих обмоток. Для этого управляющие обмотки включены в базы транзисторов противофазно (на рис.2 начало обмоток обозначены точками). Отрицательные выбросы напряжения с этих обмоток гасятся диодами D5, D7. Открытие каждого ключа вызывает наводку импульсов в двух противоположных обмотках, в том числе и в рабочей обмотке. Переменное напряжение с рабочей обмотки подается на люминесцентною лампу через последовательную цепь, состоящую из: L3 - нити накала лампы -С5 (3,3 нФ 1200 В) - нити накала лампы - С7 (47 нФ/400 В). Величины индуктивностей и емкостей этой цепи подобраны так, что в ней возникает резонанс напряжений при неизменной частоте преобразователя. При резонансе напряжений в последовательной цепи, индуктивное и емкостное сопротивления равны, сила тока в цепи максимальна, а напряжение на реактивных элементах L и С может значительно превышать прикладываемое напряжение. Падение напряжения на С5, в этой последовательной резонансной цепи, в 14 раз больше, чем на С7, так как емкость С5 в 14 раз меньше и его емкостное сопротивление в 14 раз больше. Следовательно, перед зажиганием люминесцентной лампы максимальный ток в резонансной цепи разогревает обе нити накала, а большое резонансное напряжение на конденсаторе С5 (3,3 нФ/1200 В), включенного параллельно лампе, зажигает лампу. Обратите внимания на максимально допустимые напряжения на конденсаторах С5=1200 В и С7= 400 В. Такие величины подобраны неслучайно. При резонансе напряжение на С5 достигает около 1 кВ и он должен его выдерживать. Зажженная лампа резко уменьшает свое сопротивление и блокирует (закорачивает) конденсатор С5. С резонансной цепи исключается емкость С5, и резонанс напряжений в цепи прекращается, но уже зажженная лампа продолжает светиться, а дроссель L2 своей индуктивностью ограничивает ток в зажженной лампе. При этом преобразователь продолжает работать в автоматическом режиме, не меняя свою частоту с момента запуска. Весь процесс зажигания длится меньше 1 с. Следует отметить, что на люминесцентную лампу все время подается переменное напряжение. Это лучше, чем постоянное, так как обеспечивает равномерный износ эмиссионных способностей нитей накаливания и этим увеличивает срок ее службы. При питании ламп от постоянного тока срок ее службы уменьшается на 50%, поэтому постоянное напряжения на газоразрядные лампы не подают.

Назначения элементов преобразователя.
Типы радиоэлементов указаны на принципиальной схеме (рис.2).
1. EN13003A- транзисторные ключи (на монтажной схеме производители их почему-то не обозначили). Это биполярные высоковольтные транзисторы средней мощности, n-p-n проводимости, корпус ТО-126, их аналоги MJE13003 или КТ8170А1 (400 В; 1,5 А; в импульсе 3 А), можно и КТ872А (1500 В; 8 А; корпус Т26а), но по габаритам они больше. В любом случае надо правильно определить выходы БКЭ, так как у разных производителей могут быть разные их последовательности, даже у одного и того же аналога.
2. Тороидальный ферритовый трансформатор, обозначенный производителем L1, размеры кольца 11x6x4,5, вероятная магнитная проницаемость 2000, имеет 3 обмотки, две из них по 2 витка и одна 9 витков.
3. Все диоды D1-D7 однотипные 1N4007 (1000 В, 1 А), из них диоды D1-D4 - выпрямительный мост, D5, D7 - гасят отрицательные выбросы управляющего импульса, a D6 - разделяет источники питания.
4. Цепочка R1СЗ обеспечивает задержку пуска преобразователя с целью «мягкого пуска» и не допущения броска пускового тока.
5. Симметричный динистор Z типа DB3 Uзс.max=32 В; Uoc=5 В; Uнеотп.и.max=5 В) обеспечивает первоначальный запуск преобразователя.
6. R3, R4, R5, R6 - ограничительные резисторы.
7. С2, R2 - демпферные элементы, предназначенные для гашения выбросов транзисторного ключа в момент его закрытия.
8. Дроссель L1 состоит из двух склеенных между собой Ш-образных ферритовых половинок. Вначале дроссель участвует в резонансе напряжений (совместно с С5 и С7) для зажигания лампы, а после зажигания своей индуктивностью гасит ток в цепи люминесцентной лампы, так как зажженная лампа резко уменьшает свое сопротивление.
9. С5 (3,3 нФ/1200 В), С7 (47 нФ/400 В) - конденсаторы в цепи люминесцентной лампы, участвующие в ее зажигании (через резонанс напряжений), а после зажигания С7 поддерживает свечения.
10. С1 - сглаживающий электролитический конденсатор.
11. Дроссель с ферритовым сердечником L4 и конденсатор С6 составляют заградительный фильтр, не пропускающий импульсные помехи преобразователя в питающую электросеть.
12. F1 - мини-предохранитель в стеклянном корпусе на 1 А, находится вне монтажной платы.

Ремонт.
Перед тем как ремонтировать электронный балласт, необходимо «добраться» до его монтажной платы, для этого достаточно ножом разъединить две составные части цоколя. При ремонте платы под напряжением будьте осторожны, так как ее радиоэлементы находятся под фазным напряжением!

Перегорание (обрыв) накальных спиралей люминесцентной лампы , при этом электронный балласт остается исправным. Это типичная неисправность. Восстановить спираль невозможно, а стеклянные люминесцентные колбы к таким лампам отдельно не продаются. Какой же выход? Или приспособить исправный балласт к 20-ватному светильнику, имеющему прямую стеклянную лампу, вместо его «родного» дросселя (светильник будет работать надежнее и без гула) или использовать элементы платы как запчасти. Отсюда рекомендация: закупайте однотипные компактные люминесцентные лампы - легче будет ремонтировать.

Трещины в пайке монтажной платы. Причина их появления - периодическое нагревание и последующее, после выключения, остывание места пайки. Нагревается место пайки от элементов, которые греются (спирали люминесцентной лампы, транзисторные ключи). Такие трещины могут проявиться после нескольких лет эксплуатации, т.е. после многократного нагревания и остывания места пайки. Устраняется неисправность повторной пайкой трещины.

Повреждение отдельных радиоэлементов. Отдельные радиоэлементы могут повредиться как от трещин в пайке, так и от скачков напряжения в питающей электросети. Хотя в схеме и есть предохранитель, но он не защитит радиоэлементы от скачков напряжений, как это мог бы сделать варистор. Предохранитель сгорит от пробоев радиоэлементов. Безусловно, самым слабым местом из всех радиоэлементов данного устройства являются транзисторы.

Радiоаматор №1, 2009г.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
	Биполярный транзистор	MJE13003A	2	N13003A, КТ8170А1, КТ872А	В блокнот
D1-D7	Выпрямительный диод	1N4007	7		В блокнот
Z	Динистор		1		В блокнот
C1	Электролитический конденсатор	100 мкФ 400 В	1		В блокнот
C2, C3	Конденсатор	27 нФ 100 В	2		В блокнот
C5	Конденсатор	3.3 нФ 1200 В	1		В блокнот
C6	Конденсатор	0.1 мкФ 400 В	1		В блокнот
C7	Конденсатор	47 нФ 400 В	1		В блокнот
R1, R2	Резистор	1.0 Ом	2