Электронный балласт на 6113 схема. Устройство электронного балласта для люминесцентных ламп. Такие устройства обладают рядом достоинств

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.

Несмотря на то, что долговечные и надёжные люминесцентные лампы прочно вошли в нашу жизнь, усовершенствованный пускорегулирующий механизм к ним ещё не оценён потребителями по достоинству. Основная причина этого – высокая цена на электронные пускорегулирующие аппараты.

Главное преимущество схемы балласта для люминесцентных ламп заключается в экономии энергии, потребляемой источником света (до 20%) и увеличении срока её службы. Потратив деньги на покупку ЭПРА, мы экономим на электроэнергии и приобретении новых ламп в будущем. К преимуществам также можно отнести бесшумность, мягкость пуска и простоту установки.

Воспользовавшись прилагаемой к устройству инструкцией, компактную микросхему электронного балласта удастся без проблем установить в светильник. Заменив ею традиционный дроссель, стартер и конденсатор, мы позволим лампе стать более экономной.

Схемы электронных балластов для люминесцентных ламп выглядят следующим образом:

На плате ЭПРА находится:

Принцип действия устройства

вместе с балластом можно разделить на четыре основные фазы.

Частота тока падает до номинальной рабочей частоты. В процессе работы конденсаторы низкого напряжения постоянно заряжаются. Активируется упреждающее управление, которое регулирует частоту переключения полумоста.

Мощность лампы поддерживается в достаточно стабильном положении, даже если происходят перепады напряжения в сети.

Выводы:

Задействование схемы ЭПРА для люминесцентных ламп исключает сильное нагревание прибора, поэтому о пожарной безопасности светильника можно не беспокоиться.
Устройством обеспечивается равномерное свечение – глаза не устают.
С недавнего времени в офисных помещениях правилами охраны труда рекомендовано использовать ЭПРА совместно со всеми люминесцентными лампами.

Видео с примером работы люминесцентной лампы от ЭПРА

Несмотря на развитие технологий, обычные трубчатые лампы дневного света (ЛДС) до сих пор пользуются популярностью. Но если конструкция самих приборов так и остается практически неизменной, схемы подключения люминесцентных ламп постоянно меняются и дорабатываются. Взамен старым добрым дросселям приходят электронные балласты, а благодаря народной смекалке некоторые конструкции великолепно работают даже со сгоревшими спиралями запуска.

Как устроена и работает ЛДС

Конструктивно прибор представляет собой герметичную колбу, заполненную инертным газом и парами ртути. Внутренняя поверхность колбы покрыта люминофором, а в торцы ее впаяны электроды. При подаче напряжения на электроды, между ними возникает тлеющий разряд, создающий невидимое ультрафиолетовое излучение. Это излучение воздействует на люминофор, заставляя его светиться.

Как правило, форма колбы – трубчатая, но для улучшения эргономичности устройства трубку изгибают, придавая ей самую различную конфигурацию.

Все это ЛДС, работающие на одном принципе.

Для нормальной работы люминесцентного светильника необходимо выполнить два условия:

Обеспечить начальный пробой межэлектродного промежутка (запуск).
Стабилизировать ток через лампочку, чтобы тлеющий разряд не перешел в дуговой (работа).

Пуск лампы

В обычных условиях питающего напряжения недостаточно для электрического пробоя межэлектродного промежутка, поэтому пуск ЛДС возможет только с помощью дополнительных мер – разогрева электродов для начала термоэлектронной эмиссии или повышения напряжения питания до значений, достаточных для создания разряда.

До недавнего времени преимущественно использовался первый метод, для чего электроды делались (и делаются) в виде спиралей, наподобие тех, что стоят в обычных лампочках накаливания. В момент включения на спирали при помощи автоматических устройств (стартеров) подается напряжение, электроды разогреваются, обеспечивая зажигание светильника. После пуска системы стартер отключается и в процессе дальнейшей работы не участвует.

Стартеры для пуска ЛДС на различные напряжения

Позже начали появляться схемотехнические решения, не разогревающие электроды, а подающие на них повышенное напряжение. После пробоя межэлектродного промежутка напряжение автоматически снижается до номинального, и светильник переходит в рабочий режим. Для того чтобы ЛДС можно было использовать с любыми типами пусковых устройств, все они и по сей день выполняются с электродами в виде спиралей накаливания, имеющих по два вывода.

Поддержание рабочего режима

Если ЛДС напрямую включить в розетку, то начавшийся после поджига тлеющий разряд тут же перейдет в дуговой, поскольку ионизированный межэлектродный промежуток имеет очень малое сопротивление. Чтобы избежать этой ситуации, ток через прибор ограничивается специальными устройствами – балластами. Разделяются балласты на два типа:

Электромагнитные (дроссельные).
Электронные.

Работа электромагнитных пускорегулирующих аппаратов (ЭмПРА) основана на принципе электромагнитной индукции, а сами они представляют собой дроссели – катушки, намотанные на незамкнутом железном сердечнике. Такая конструкция обладает индуктивным сопротивлением переменному току, которое тем больше, чем выше индуктивность катушки. Дроссели различаются по мощности и рабочему напряжению, которые должны равняться мощности и напряжению используемой лампы.

Электромагнитные дроссели (балласты) для ЛДС мощностью 58 (вверху) и 18 Вт.

Электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА) выполняют ту же функцию, что и электромагнитные, но ограничивают ток при помощи электронной схемы:

Электронное пускорегулирующее устройство для люминесцентной лампы

Преимущества балластов разных типов

Прежде чем выбрать и, тем более, купить балласт того или иного типа, имеет смысл разобраться в их отличиях друг от друга. К преимуществам ЭмПРА можно отнести:

умеренную стоимость;
высокую надежность;
возможность подключения двух ламп половинной мощности.

Электронные балласты появились много позже своих дроссельных собратьев, а значит, и список преимуществ у них больше:

небольшие габариты и вес;
при той же светоотдаче энергопотребление на 20% ниже, чем у ЭмПРА;
почти не нагреваются;
работают абсолютно бесшумно (ЭмПРА нередко гудит);
отсутствие мерцания лампы с частотой сети;
срок службы лампы на 50% выше, чем с дросселем;
лампа запускается мгновенно, без «мигания».

Но за все эти преимущества, естественно, придется заплатить – стоимость электронного устройства ощутимо выше, чем цена дроссельного, а надежность, увы, пока еще ниже. Кроме того, если мощность электронного балласта ниже мощности лампы, то в отличие от электромагнитного он просто сгорит.

Включение ламп дневного света

Хотя люминесцентную лампу нельзя просто воткнуть в розетку, запустить ее совсем несложно и под силу каждому, кто знаком с электрикой. Для этого достаточно обзавестись соответствующим пускорегулирующим устройством того или иного типа и собрать несложную схему.

Использование электромагнитного дросселя и стартера

Это, пожалуй, самый простой и бюджетный вариант. Для создания люминесцентного светильника понадобится лампа дневного света, электромагнитный балласт (дроссель), мощность которого соответствует мощности лампы, и стартер с рабочим напряжением 220 В (указано на корпусе). Схема подключения дросселя для люминесцентных ламп будет выглядеть так:

Работает схема следующим образом. При подключении светильника к сети лампа не горит – напряжения на ее электродах недостаточно для зажигания. Но одновременно это же напряжение поступает через спирали лампы на стартер, представляющий собой газоразрядную лампу со встроенной биметаллической пластиной.

Возникающий на электродах стартера тлеющий разряд разогревает биметаллическую пластину, но этого тока пока недостаточно для разогрева спиралей ЛДС.

Нагревшаяся пластина замыкает стартер накоротко, и возросший ток разогревает спирали лампы дневного света. Через некоторое время биметаллическая пластина остывает и разрывает цепь подогрева. За счет обратной самоиндукции дросселя на уже разогретых катодах ЛДС происходит бросок напряжения, поджигающий лампу. Благодаря возникшему тлеющему разряду напряжения на стартере уже не хватает для его срабатывания, и в дальнейшей работе он не участвует. Дроссель же ограничивает ток через колбу ЛДС, обеспечивая ей номинальный рабочий ток.

При необходимости один дроссель может питать и две лампочки, но здесь необходимо выполнить три условия:

Мощность лампочек должна быть одинаковой.
Мощность дросселя должна равняться суммарной мощности лампочек.
Напряжение срабатывания стартеров (оно указано на корпусе устройства) должно быть 127 В.

Обратите внимание: соединение ламп должно быть последовательным и ни в коем случае не параллельным.

Работа люминесцентного светильника с ЭПРА

Если вы будете использовать в своем светильнике электронный балласт, то стартер не понадобится (он входит в ЭмПРА, хотя и выполнен отдельным узлом). Дело в том, что для пуска осветителя электронный балласт использует не подогрев спирали, а высокое напряжение (до киловольта), обеспечивающее разряд между электродами. Единственное условие, которое нужно соблюдать – мощность балласта должна равняться номинальной мощности осветителя. Схема же такого светильника будет совсем простая:

Включение электронного балласта для люминесцентных ламп (схема 36w)

Поскольку обычные ЭПРА не могут работать в двухламповых светильниках, выпускаются двухканальные приборы. По сути, это два обычных ЭПР в одном корпусе.

Схема светильника 2×36 с электронным балластом.

Приведенная схема не является единственной и зависит как от типа пускорегулирующего устройства, так и от производителя. Обычно она наносится прямо на корпус прибора:

Схема подключения и мощность осветителей(2х36) нередко наносится на корпус балласта.

Включение приборов со сгоревшими спиралями

Если в вашей кладовке покрываются пылью сгоревшие люминесцентные лампы, которые вы никак не соберетесь утилизировать, не торопитесь их выбрасывать. Такие устройства смогут послужить еще, если вы умеете держать в руках паяльник. Для реализации этой идеи понадобятся два абсолютно недефицитных диода и два конденсатора:

Как работает такая схема? Мост, собранный на диодах VD1, VD2, С1, С2 представляет собой простейший умножитель, увеличивающий напряжение вдвое. Для того чтобы при 400 – 450 В начался тлеющий разряд, совсем необязательно разогревать электроды. Как только светильник запустится, балласт L1 ограничит ток через лампу до рабочего уровня.

Если вы решили повторить эту схему, то обратите внимание на то, что конденсаторы должны быть бумажными неполярными, а диоды рассчитаны на обратное напряжение не ниже 300 В. В качестве балласта используется обычный дроссель, мощность которого равна мощности светильника. В случае если с дросселем совсем туго, но освещение нужно организовать любой ценой, можно в качестве балласта применить обычную лампочку накаливания, мощность которой равна мощности ЛДС. Но такая замена сильно снизит КПД всего устройства, а потому не всегда оправдана.

Следующий вариант светильника пригодится на тот случай, если в вашем распоряжении оказалось две однотипные ЛДС, у которых сгорело по одной спирали (обычно так и бывает). Для его реализации вам понадобятся дроссель, имеющий мощность вдвое большую, чем номинал каждой лампочки, и стандартный стартер на 220 В:

Включение двух ЛДС со сгоревшими спиралями

Здесь стартер подогревает по одной спирали в каждой лампе, которые включены последовательно. Этого вполне достаточно для пуска большинства газоразрядных приборов. Есть и еще одно применение такой схемы. Она удобна в том случае, если у вас нет двух дросселей на нужную мощность, зато есть один на удвоенную. Вполне очевидно, что в этой схеме будут работать и ЛДС с исправными спиралями.

Энергосберегающая лампочка – та же ЛДС

Практически каждый видел, а многие и пользовались так называемыми энергосберегающими лампочками, которые вворачиваются в обычный осветительный патрон. Сходство их с люминесцентными просто поражает – та же трубочка, только маленькая и скрученная.

Это тоже ЛДС, только компактнее и удобнее.

Сходство это не случайно, поскольку «энергосберегайка» - обычная ЛДС с электронным пускорегулирующим устройством. Убедиться в этом можно просто разобрав вышедшую из строя «сберегайку»:

Разобранная энергосберегающая лампочка

Даже на фото отлично видно, что колба имеет 4 вывода – по 2 на каждую спираль – и подключается хоть и к компактному, но самому обычному ЭПРА. В том, что пускорегулирующее устройство самое обычное, вы можете даже убедиться экспериментально. Возьмите обычную трубчатую ЛДС с той же мощностью, что указана на цоколе «энергосберегайки», и подключите ее вместо родной. Ни лампа, ни электронный балласт даже не заметят подмены.

Такая гибридная сборка может быть полезна, если энергосберегающая лампочка разбилась или в ней сгорели спирали. Зачем же выбрасывать вполне исправную электронику, когда трубчатая ЛДС стоит совсем недорого?

Трубчатая газоразрядная лампа, включенная через балласт «энергосберегайки». Если разобраться в разных схемах подключения, можно сделать все самостоятельно, сэкономив и время, и средства.

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.