Балласт для люминесцентных ламп: зачем нужен, как работает, виды + как подобрать

Балласты для компактных ламп

Люминесцентные лампы компактного типа представляют собой приборы, аналогичные традиционным лампам накаливания с резьбовым цоколем E14 и E27.

Могут размещаться в современных и раритетных люстрах, бра, торшерах и прочих осветительных приборах.

Из-за конструкционных особенностей компактных люминесцентов к электронной «начинке» предъявляются повышенные требования. Бренды всегда учитывают их при производстве, а неизвестные изготовители, с целью удешевления, меняют многие элементы на более простые. Это существенно снижает эффективность и срок службы модуля

Комплектуются приборы такого класса, как правило, прогрессивным электронным балластом, который встраивается непосредственно во внутреннюю конструкцию и обычно располагается на плате лампового изделия.

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.

Схема люминесцентной лампы

Все это ЛДС, работающие на одном принципе.

Для нормальной работы люминесцентного светильника необходимо выполнить два условия:

1. Обеспечить начальный пробой межэлектродного промежутка (запуск).
2. 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:

1. Электромагнитные (дроссельные).
2. 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

Повреждение электронного дросселя

А если балласт у вас электронный, как проверить его? ЭПРА как сокращенно их называют, уже не похож на индуктивную катушку.

Все современные модели выпускаются с электронными дросселями без стартеров.

ЭПРА расшифровывается как – электронная пуско-регулирующая аппаратура.
У нее множество электронных компонентов напаяны на плату и помещены в один корпус.

Прозвонить мультиметром всего лишь два конца здесь уже не получится. Придется последовательно шаг за шагом проверять все элементы схемы.

Начинать лучше с предохранителя. Вызваниваете его целостность в режиме прозвонки.

Далее осматриваете конденсаторы. У тех, которые в виде бочонков, можно определить повреждение даже визуально, по вздутию нижней части.

Еще внимательно проглядите все места пайки. Какие-то ножки могут отвалиться и контакт пропадет.

Диоды и транзисторы также проверяются мультиметром, после переключения его в соответствующий режим измерения.

Данные сопротивлений берите из таблиц в интернете, согласно их расцветки.

И сравнивайте с теми фактическими замерами, которые у вас получились.

В общем, чтобы проверить и отремонтировать электронный дроссель, понадобятся минимальные навыки радиолюбителя.

Вот очень хорошее и подробное видео по проверке каждого элемента на плате ЭПРА, с заменой поврежденных деталей на исправные. Тем более, что повреждений здесь оказалось не одно, а несколько.

Схемы ЭПРА

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

Схема электронного балласта для ламп дневного света на базе транзисторных ключей

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

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

Балласт с микросхемой ICB1FL02G и частотой 40 кГц

Люминесцентные лампы (они же лампы дневного света)

Люминесцентная лампа – это газоразрядный прибор, где источником света выступает разряд между анодом и катодом. Этот разряд, проходя через пары ртути, образует ультрафиолет, который под воздействием люминофора преобразуется в видимое свечение. Люминесцентные лампы пришли на замену малоэффективной лампе накаливания: при меньшем потреблении электроэнергии они создают равное количество света и служат до 70 раз дольше.

Внутри группы люминесцентные лампы делятся на подвиды – общего и специального назначения. Первые используют во внутренних и наружных системах освещения, вторые – в бактерицидных установках для дезинфекции воды, воздуха и поверхностей. Лампы выпускают мощностью от 5 до 80 Вт в колбах различного формата: витые, линейные, кольцевые и прочие. КПД вдвое превосходит показатели ламп накаливания, поскольку на выработку света приборы расходуют 70% получаемой энергии.

За счет низкого нагрева колбы люминесцентная лампа отличается пожарной безопасностью, а сами лампочки можно монтировать даже в светильники с ограничением по рабочей температуре. 20-ваттная люминесцентная лампа заменяет лампу накаливания 100 Вт, создавая равное количество света с улучшенной цветностью. В зависимости от модели, лампы работают от бытовой сети 220 В или подключаются через ПРА для стабилизации напряжения до заданных параметров. Служат от 5 до 70 тысяч часов.

Технические характеристики ламп

Люминесцентные лампы – это всем знакомые о офисному освещению трубчатые линейные лампы, дающие ровный дневной свет. Технически они являются газоразрядными ртутными лампами низкого давления, что накладывает некоторые особенности на условия эксплуатации. Так, они не любят работать в холодной среде, им требуется дополнительное оборудование для запуска и работы (ЭПРА), и они содержат ртуть, а потому требуют специальной утилизации.

Однако преимущества таких ламп перекрывают все их недостатки – они легкие, дешевые, имеют энергоэффективность в 10 раз больше ламп накаливания и такую же, как у светодиодов, и для освещения больших тёплых пространств (офисы и магазины) являются наиболее выгодным источником света.

Существует две разновидности – линейные и компактные люминесцентные лампы, которые различают по типу конструкции, цоколя и имеющие разное применение. Линейные виды лампочек выпускают в трех форматах: кольцевидные, U-образные, в виде прямой трубки.

Виды люминесцентных ламп:

Все виды линейных ламп оснащают штырьковым цоколем типа «G», расположенным по обеим сторонам или с одной стороны прибора. Для подключения к сети питания лампы нуждаются в пускорегулирующей аппаратуре, которая отвечает за стабильный запуск и, регулируя параметры напряжения, продлевает эффективный срок их службы. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) насчитывают больше разновидностей, и в быту имеют более распространённое название – энергосберегающие:

• витые; • грушеобразные; • шаровидные; • по форме лотоса; • лампы-таблетки; • свеча и свеча на ветру.

КЛЛ оснащают двумя типами цоколей – винтовым (Е14, Е27), штырьковым (G23, GX53 и другие). Корпус компактных источников оборудован встроенным дросселем, поэтому их можно подключать напрямую к сети напряжения. То есть изначально их проектировали как прямую замену лампы накаливания – чтобы энергосберегающие лампы можно быть установить в то же место и просто включить. Несмотря на то, что энергосберегающие лампы дл сих пор являются наиболее выгодным источником света для дома, морально они считаются устаревшими, и под натиском производителей светодиодов их выпускается всё меньше и меньше.

Переделка блока

Прежде чем начинать переделку БП, необходимо выбрать выходную мощность тока. От этого показателя зависит степень модернизации системы. Если мощность будет находиться в пределах 20-30 Вт, не понадобятся глубокие изменения в схеме. Если же запланирована мощность свыше 50 Вт, модернизация нужна более системная.

Определение мощности

Вычисление мощности осуществляется согласно формуле:

В качестве примера рассмотрим ситуацию с блоком питания, имеющим следующие характеристики:

• напряжение — 12 В;
• сила тока — 2 А.

P = 2 × 12 = 24 Вт.

Конечный параметр мощности будет больше — примерно 26 Вт, что позволяет учесть возможные перегрузки. Таким образом, для создания блока питания потребуется достаточно незначительное вмешательство в схему стандартной эконом-лампы на 25 Вт.

Новые компоненты

На схеме, представленной далее, показан порядок добавления новых деталей. Все они обозначены красным цветом.

В число новых электронных компонентов входят:

• диодный мост VD14-VD17;
• 2 конденсатора C9 и C10;
• обмотка на балластном дросселе (L5), количество витков которой определяется эмпирически.

Дополнительная обмотка выполняет еще одну важную функцию — является разделяющим трансформатором и защищает от проникновения напряжения на выходы ИБП.

Чтобы вычислить нужное количество витков в дополнительной обмотке, выполняются такие действия:

1. Временно наносим обмотку на дроссель (приблизительно 10 витков провода).
2. Стыкуем обмотку с сопротивлением нагрузки (мощность от 30 Вт и сопротивление 5-6 Ом).
3. Подключаемся к сети и делаем замер напряжения при нагрузочном сопротивлении.
4. Полученный результат делим на число витков и узнаем, сколько вольт приходится на каждый виток.
5. Выясняем нужное количество витков для постоянной обмотки.

Более подробно порядок расчета показан ниже.

Для вычисления нужного количества витков планируемое напряжение для блока делим на напряжение одного витка. В результате получаем число витков. К итоговому результату рекомендуется прибавить 5-10 %, что позволит иметь определенный запас.

Не стоит забывать, что оригинальная дроссельная обмотка находится под сетевым напряжением. Если нужно намотать на нее новый слой обмотки, позаботьтесь о межобмоточном изоляционном слое

Особенно важно соблюдать данное правило, когда наносится провод типа ПЭЛ в эмалевой изоляции. В качестве межобмоточного изоляционного слоя подойдет политетрафторэтиленовая лента (толщина 0,2 миллиметра), которая позволит повысить плотность резьбовых соединений

Такую ленту используют сантехники.

Достоинства и недостатки

Благодаря прогрессу в технологических особенностях электронных балластов, эти аксессуары стали широко использоваться в люминесцентных лампах (ЛЛ).

Блок подключения ЭБ

Важные преимущества:

• Гибкость конструкции и отличные характеристики управления. Существуют различные типы балластов с регулируемыми функциями, которые могут работать с ЛЛ на разных выходных уровнях. Есть балласты для слабой освещенности и снижения энергопотребления. Для более высокой освещенности имеются балласты с высокой светоотдачей, которые можно использовать с меньшим количеством ламп и более высоким коэффициентом мощности.
• Большая эффективность. Электронные дроссели редко выделяют много внутреннего тепла, и поэтому они считаются более продуктивными. Эти ЭБ обеспечивают флуоресцентные лампы без мерцания и постоянной мощности, что является одним из наиболее заметных преимуществ.
• Меньшая охлаждающая нагрузка. Поскольку ЭБ не включают в себя катушку и сердечник, выделяемое тепло сводится к минимуму и, следовательно, охлаждающая нагрузка уменьшается.
• Способность одновременно эксплуатировать больше устройств. Один ЭБ может использоваться для управления 4 светильниками.
• Легче по весу. Благодаря использованию электронных балластов светильники имеют меньший вес. Поскольку он не включает в себя сердечник и катушку, он сравнительно легкий по весу.
• Меньшее мерцание лампочки. Одним из величайших преимуществ использования этих компонентов является уменьшение этого фактора.
• Тихая работа. Еще одна полезная особенность — ЭБ работают тихо, в отличие от магнитных балластов.
• Превосходные сенсорные возможности — ЭБ обладают сенсорными возможностями, так как они обнаруживают окончание срока службы лампы и выключают ее до того, как она перегреется и выйдет из строя.
• Электронные дроссели доступны в огромном ассортименте во многих онлайн магазинах электроники по доступным ценам.

К недостаткам можно отнести тот факт, что у электронных балластов переменные токи могут генерировать пики тока вблизи максимумов напряжения, создавая высокий гармонический ток. Это проблема не только для системы освещения, но также может вызвать дополнительные проблемы, такие как паразитные магнитные поля, коррозия труб, помехи от радио и телевизионного оборудования и даже неисправность ИТ-оборудования.

Высокое содержание гармоник также вызывает перегрузку трансформаторов и нейтральных проводов в трехфазных системах. Более высокая частота мерцания может оставаться незамеченной человеческим глазом, тем не менее, она вызывает проблемы с инфракрасными пультами дистанционного управления, используемыми в домашних мультимедийных устройствах, например, таких как телевизоры.

Дополнительная информация! Электронные балласты не имеют схемы, чтобы выдержать скачки напряжения и перегрузки.

Назначение и виды устройства

Основное назначение балласта заключается в поддерживании постоянного напряжения на определенном уровне, чтобы не происходило снижение эффективности свечения. В связи с назначением этот элемент относится к пускорегулирующим элементам газоразрядных ламп дневного света. Кроме этого, при необходимости, балласт выполняет функцию ограничителя тока (как пускового, так и рабочего).

В зависимости от того, какая схема была реализована при сборке балласта, эти пусковые устройства разделяют на два типа. Рассмотрим их подробнее.

Электромагнитное исполнение

Схема, по которой работает электромагнитный балласт, заключается в использовании дросселя, последовательно подключенного к колбе лампы. Также для процесса пуска необходим стартер. Этот компактный прибор в своем корпусе имеет биметаллические электроды. Стартер подключается параллельно по отношению к газоразрядной лампе.

Принцип работы такого балласта довольно прост и основывается на использовании индуктивного сопротивления:

• При подаче напряжения на электроды стартера, они вследствие разряда замыкаются;
• Это приводит к многократному возрастанию тока, что, в свою очередь, разогревает электроды самой лампы;
• Выдав разряд, стартер остывает, а электроды размыкаются. При этом образуется достаточный импульс, чтобы внутри колбы произошел разряд, который зажжет газ.

Выведя лампу в рабочий режим, электромагнитный балласт остается разомкнутым, что не мешает устойчивой работе осветительного прибора.

Электронный вариант

Электронный балласт является обыкновенным преобразователем входного напряжения. При этом схема запуска источника дневного света может быть различной:

• Один из методов подразумевает предварительный разогрев катодов газоразрядной колбы перед подачей на них пускового импульса. Благодаря этому решаются две проблемы: практически убирается мерцание разряда, а также повышается КПД лампы. Этот метод позволяет применять несколько вариантов запуска: моментальный или плавный, с постепенным увеличением яркости свечения;
• При комбинированном методе для запуска используют колебания контура. При входе контура в резонанс, происходит разряд и рост напряжения, что обеспечивает подогрев катодов люминесцентной колбы.

Такая схема подразумевает выход колебательного контура из резонанса за счет изменения параметров вследствие разряда в колбе осветительного прибора. Следовательно, напряжение падает до рабочего состояния, а электронный балласт остается разомкнутым.

Использование электронной схемы запуска способствовало значительному уменьшению пусковой конструкции в размерах. Это привело к разработке и внедрению таких технологий в энергосберегающей компактной лампе.

Преимущества

Электронная «начинка» ЛДС имеет неоспоримые преимущества перед дроссельными пусковыми устройствами:

• Упрощение схемы: балласт включает в себя все функции других устройств;
• Более компактная схема подключения, которая, к тому же потребляет меньше электроэнергии;
• Отсутствие мерцания и постороннего шума в процессе работы;
• Возможность горячего старта, что продлевает срок эксплуатации.

Ремонт ЭПРА

Если отсутствует свечение, появилось мерцание – это признаки наличия проблем, устранить которые можно самостоятельно. Для начала нужно найти поломку. Она может быть в осветительном элементе или балласте. Для проверки нужно удалить линейную лампочку, а электроды замкнуть, затем подсоединить обычную лампочку. Если она горит, в пускорегулирующем аппарате проблем нет, значит, поломка в балласте. Для определения проблемы требуется «прозвонить» каждый элемент, начинаем с предохранителя. Если элемент сломался – меняем его. На нем можно узнать параметры.

Чтобы отремонтировать, необходимо уметь пользоваться паяльником. Проверять нужно конденсатор, диоды, расположенные возле него. Конденсатор не должен иметь напряжение ниже определенного значения. Если все элементы исправны, нет повреждений – проверяем обмотку дросселя. При ремонте нужно разобрать корпус, проверить нити накала и искать проблему на плате ПРА.

Принцип действия устройства

Схему включения люминесцентной лампы вместе с балластом можно разделить на четыре основные фазы.

Из выпрямителя ток поступает на буфер конденсатора, где сглаживается частота пульсации. Затем высокое постоянное напряжение попадает на полумостовой инвертор. Конденсаторы низкого напряжения электрода лампы и микросхемы заряжаются.

Как только напряжение достигает 5,5 В, микросхема сбрасывается. Транзисторы регулируют зарядку конденсатора компенсационной обратной связи. Напряжение растёт. И когда оно достигает 12 В микросхема начинает генерировать колебания – система входит в фазу предварительного нагрева.

Если лампы нет, цепь разрывается на этапе зарядки конденсаторов низкого напряжения.

После генерирования колебаний ток течёт через центральную часть полумоста и электроды лампы. Частота колебаний постепенно снижается, а напряжение тока растёт. Весь процесс нагрева в среднем занимает до 1,8 секунды с момента включения. При этом напряжение довольно низкое, что не позволяет лампе включиться раньше положенного срока. Лампа за это время успевает прогреться. Так называемый холодный поджиг портит лампы – их концы темнеют. ЭПРА создан, чтобы надёжно защитить лампу от такого неправильного пуска.

Частота полумоста снижается до минимума и приближается к показателям резонансной частоты контура, образованного электродами лампы. Минимальное значение напряжения зажигания лампы 600 Вольт. Дроссель способствует преодолению током этого значения – повышает напряжение и лампа зажигается. Поджиг происходит в среднем за 1,7 секунды.

Чтобы оценить уровень эффективности применения диммера для ламп накаливания. необходимо проанализировать все плюсы и минусы использования такой схемы управления освещением

При покупке любых ламп, будет не лишним обратить внимание, могут ли они быть подвергнуты диммированию

Установка блока защиты может продлить срок службы лампочек накаливания путем их плавного включения. Для бытовых галогенок в этих же целях используют электронный понижающий трансформатор.

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.

• 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.

Схемы со стартером

Самыми первыми появились схемы со стартерами и дросселями. Это были (в некоторых вариантах и есть) два отдельных устройства, под каждое из которых имелось свое гнездо. Также в схеме есть два конденсатора: один включен параллельно (для стабилизации напряжения), второй находится в корпусе стартера (увеличивает длительность стартового импульса). Называется все это «хозяйство» — электромагнитным балластом. Схема люминесцентного светильника со стартером и дросселем — на фото ниже.

Схема подключения люминесцентных ламп со стартером

Вот как она работает:

• При включении питания, ток протекает через дроссель, попадает на первую вольфрамовую спираль. Далее, через стартер попадает на вторую спираль и уходит через нулевой проводник. При этом вольфрамовые нити понемногу раскаляются, как и контакты стартера.
• Стартер состоит из двух контактов. Один неподвижный, второй подвижный биметаллический. В нормальном состоянии они разомкнуты. При прохождении тока биметаллический контакт разогревается, что приводит к тому, что он изгибается. Согнувшись, он соединяется с неподвижным контактом.
• Как только контакты соединились, ток в цепи мгновенно вырастает (в 2-3 раза). Его ограничивает только дроссель.
• За счет резкого скачка очень быстро разогреваются электроды.
• Биметаллическая пластина стартера остывает и разрывает контакт.
• В момент разрыва контакта возникает резкий скачок напряжения на дросселе (самоиндукция). Этого напряжения достаточно для того, чтобы электроны пробили аргоновую среду. Происходит розжиг и постепенно лампа выходит на рабочий режим. Он наступает после того, как испарилась вся ртуть.

Рабочее напряжение в лампе ниже сетевого, на которое рассчитан стартер. Потому после розжига он не срабатывает. В работающем светильнике его контакты разомкнуты и он никак в ее работе не участвует.

Эта схема называется еще электромагнитный балласт (ЭМБ), а схема работы электромагнитное пускорегулирующее устройство — ЭмПРА . Часто это устройство называют просто дросселем.

Один из ЭмПРА

Недостатков у этой схемы подключения люминесцентной лампы достаточно:

• пульсирующий свет, который негативно сказывается на глазах и они быстро устают;
• шумы при пуске и работе;
• невозможность запуска при пониженной температуре;
• длительный старт — от момента включения проходит порядка 1-3 секунд.

Две трубки и два дроссели

В светильниках на две лампы дневного света два комплекта подключаются последовательно:

• фазный провод подается на вход дросселя;
• с выхода дросселя идет на один контакт лампы 1, со второго контакта уходит на стартер 1;
• со стартера 1 идет на вторую пару контактов той же лампы 1, а свободный контакт соединяют с нулевым проводом питания (N);

Так же подключается вторая трубка: сначала дроссель, с него  — на один контакт лампы 2, второй контакт этой же группы идет на второй стартер, выход стартера соединяется со второй парой контактов осветительного прибора 2 и свободный контакт соединяется с нулевым проводом ввода.

Схема подключения на две лампы дневного света

Та же схема подключения двухлампового светильника дневного света продемонстрирована в видео. Возможно, так будет проще разобраться с проводами.

https://youtube.com/watch?v=8fF5KQk4L2k

Схема подключения двух ламп от одного дросселя (с двумя стартерами)

Практически самые дорогие в этой схеме — дросселя. Можно сэкономить, и сделать двухламповый светильник с одним дросселем. Как — смотрите в видео.