Блок питания из балласта люминесцентных ламп: Nothing found for Ru Smps %233

Содержание

Мощный блок питания из энергосберегающей лампы

Привет, друзья. В эпоху светодиодных технологий многие все еще предпочитают для освещения использовать люминесцентные лампы (они же экономки). Это разновидность газоразрядных ламп, которые многие считают, мягко скажем, не очень безопасным видом освещения.

Но, вопреки всем сомнениям, они успешно висели в наших домах не одно десятилетие, поэтому у многих сохранились нерабочие эконом-лампы.

Как мы знаем, для работы многих газоразрядных ламп требуется высокое напряжение, порой в разы выше, чем напряжение в сети и обычная экономка тоже не исключение.

В такие лампы встроены импульсные преобразователи, или балласты. Как правило, в бюджетных вариантах применяется полумостовой автогенераторный преобразователь по очень популярной схематике. Схема такого блока питания работает довольно надежно, несмотря на полное отсутствие каких-либо защит, помимо предохранителя. Тут нет даже нормального задающего генератора.

Цепь запуска построена на базе симметричного диака.

Схема та же, что и у электронного трансформатора , только вместо понижающего трансформатора оттуда использован накопительный дроссель. Я намерен быстро и понятно показать вам, как можно такие блоки питания превратить в полноценный импульсный источник питания понижающего типа, плюс обеспечить гальваническую развязку от сети для безопасной эксплуатации.

Для начала хочу сказать, что переделанный блок может быть использован в качестве основы для зарядных устройств, блоков питания для усилителей. В общем, можно внедрить там, где есть нужда в источнике питания.

Нужно лишь доработать выход диодным выпрямителем и сглаживающей емкостью.

Подойдет для переделки любая экономка любой мощностью. В моем случае -это полностью рабочая лампа на 125 Ватт. Лампу сначала нужно вскрыть, достать блок питания, а колба нам больше не нужна. Даже не вздумайте ее разбивать, поскольку там содержатся очень токсичные пары ртути, которые смертельно опасны для живых организмов.

Первым делом смотрим на схему балласта.

Они все одинаковые, но могут отличаться количеством дополнительных компонентов. На плате сразу бросается в глаза довольно массивный дроссель. Разогреваем паяльник и выпаиваем его.

Дальше находим убитый блок питания от компьютера. Нам нужен только силовой импульсный трансформатор.

На плате у нас имеется также маленькое колечко.

Это трансформатор обратной связи потоку и он состоит из трех обмоток, две из которых являются задающими,

а третья является обмоткой обратной связи потоку и содержит всего один виток.

А теперь нам нужно подключить трансформатор от компьютерного блока питания так, как показано по схеме.

То есть один из выводов сетевой обмотки подключается к обмотке обратной связи.

Второй вывод подключается к точке соединения двух конденсаторов полумоста.

Да, друзья, на этом процесс завершен. Видите, насколько все просто.

Теперь я нагружу выходную обмотку трансформатора, чтобы убедиться в наличии напряжения.

Не забываем, начальный запуск балласта делается страховочной лампочкой. Если блок питания нужен на малую мощность, можно обойтись вообще без всякого трансформатора, и вторичную обмотку обмотать на непосредственно сам дроссель.

Не помешало бы установить силовые транзисторы на радиаторы. В ходе работы под нагрузкой их нагрев – это естественное явление.

Вторичную обмотку трансформатора можно сделать на любое напряжение.

Для этого нужно его перемотать, но если блок нужен, например, для зарядного устройства автомобильного аккумулятора, то можно обойтись без всяких перемоток. Для выпрямителя стоит использовать импульсные диоды, опять же, оптимальное решение – это наше КД213 с любой буквой.

В конце хочу сказать, что это только один из вариантов переделки таких блоков. Естественно, существует множество иных способов. На этом, друзья, все. Ну а с вами, как всегда, был KASYAN AKA. До новых встреч. Пока!

В этой статье Вы найдёте подробное описание процесса изготовления импульсных блоков питания разной мощности на базе электронного балласта компактной люминесцентной лампы.
Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить менее чем за час. На изготовление 100-ваттного блока питания понадобится несколько часов.

В настоящее время получили широкое распространение Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ). Для уменьшения размеров балластного дросселя в них используется схема высокочастотного преобразователя напряжения, которая позволяет значительно снизить размер дросселя.

В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама колба, то лампочку обычно выбрасывают.

Однако электронный балласт такой лампочки, это почти готовый импульсный Блок Питания (БП). Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного БП, это отсутствием разделительного трансформатора и выпрямителя, если он необходим.

В то же время, современные радиолюбители испытывают большие трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самоделок. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования большого количества медного провода, да и массо-габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не радуют. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных КЛЛ, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП

Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для предобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками А – А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно удалить.

Схема энергосберегающей лампы

А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе КЛЛ с использованием дополнительного импульсного трансформатора.

Для упрощения, удалена люминесцентная лампа и несколько деталей, которые были заменены перемычкой.

Как видите, схема КЛЛ не требует больших изменений. Красным цветом отмечены дополнительные элементы, привнесённые в схему.

Законченная схема импульсного блока питания

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

Мощность блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, если он используется.

Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя.

БП с вторичной обмоткой прямо на каркас уже имеющегося дросселя

В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если требуется построить блок питания мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то понадобится дополнительный импульсный трансформатор.

БП с дополнительным импульсным трансформатором

Если требуется получить блок питания мощностью свыше 100 Ватт, а используется балласт от лампы на 20-30 Ватт, то, скорее всего, придётся внести небольшие изменения и в схему электронного балласта.

В частности, может понадобиться установить более мощные диоды VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотать входной дроссель L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току окажется недостаточным, то придётся увеличить базовый ток транзисторов, уменьшив номиналы резисторов R5, R6. Кроме этого придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях.

Если частота генерации окажется не очень высокой, то возможно придётся увеличить емкость разделительных конденсаторов C4, C6.

Импульсный трансформатор для блока питания

Особенностью полумостовых импульсных блоков питания с самовозбуждением является способность адаптироваться к параметрам используемого трансформатора. А тот факт, что цепь обратной связи не будет проходить через наш самодельный трансформатор и вовсе упрощает задачу расчёта трансформатора и наладки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам прощают ошибки в расчётах до 150% и выше. Проверено на практике.

Не пугайтесь! Намотать импульсный трансформатор можно в течение просмотра одного фильма или даже быстрее, если Вы собираетесь выполнять эту монотонную работу сосредоточенно.

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения

Во входных фильтрах электронных балластов, из-за экономии места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Hz.

Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе БП, нужно увеличить ёмкость конденсатора входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый Ватт мощности БП приходилось по одной микрофараде или около того. Увеличение ёмкости С0 повлечёт за собой рост пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения БП. Чтобы ограничить этот ток, необходим резистор R0. Но, мощность исходного резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.

Если требуется построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяющиеся в лампах вспышках плёночных «мальниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

Блок питания мощностью 20 Ватт

Блок питания мощностью 20 Ватт

Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.

На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.

Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.

Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!

Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.

Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.

Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.

Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60ºC, а транзисторов – 42ºC. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.

На картинке действующая модель БП

Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт.
Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц
Температура трансформатора – 60ºС
Температура транзисторов – 42ºС

Блок питания мощностью 100 Ватт

Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор TV2. Кроме этого, я увеличил ёмкость конденсатора фильтра сетевого напряжения C0 до 100µF.

Блок питания мощностью 100 Ватт

Так как КПД блока питания вовсе не равен 100%, пришлось прикрутить к транзисторам какие-то радиаторы.

Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.

Мне не повезло, в моём электроном балласте были установлены транзисторы 13003 поз. 1 такой конструкции, которая, видимо, рассчитана на крепление к радиатору при помощи фасонных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не снабжены металлической площадкой, но и тепло отдают намного хуже. Я их заменил транзисторами 13007 поз.2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными винтами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз бо’льшие предельно-допустимые токи.

Если пожелаете, можете смело прикручивать оба транзистора на один радиатор. Я проверил, это работает.

Только, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.

Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.

Внимание! Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!

Действующий стоваттный импульсный блок питания

Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.
Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.
Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.
Температура транзисторов – 75ºC.
Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см².
Температура дросселя TV1 – 45ºC.
TV2 – 2000НМ (Ø28 х Ø16 х 9мм)

Выпрямитель

Все вторичные выпрямители полумостового импульсного блока питания должны быть обязательно двухполупериодным. Если не соблюсти это условие, то магинтопровод может войти в насыщение.

Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

1. Мостовая схема.
2. Схема с нулевой точкой.

Мостовая схема позволяет сэкономить метр провода, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.

Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.

Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

Пример.
Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме с нулевой точкой. При отдаваемой в нагрузку мощности 100 Ватт и напряжении 5 Вольт даже на диодах Шоттки может рассеяться 8 Ват.

100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

Если же применить мостовой выпрямитель, да ещё и обычные диоды, то рассеиваемая на диодах мощность может достигнуть 32 Ватт или даже больше.

100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности.

В низковольтных выпрямителях лучше использовать именно схему с нулевой точкой. Тем более что при ручной намотке можно просто намотать обмотку в два провода. Кроме этого, мощные импульсные диоды недёшевы.

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.

При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.

На этом чертеже изображена схема стенда для тестирования и наладки импульсных БП, отвечающая нормам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она снабжена разделительным трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку исследуемого ИБП от осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.

Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стекло-керамические» резисторы легко найти на радиорынке по зелёной раскраске. Красные цифры – рассеиваемая мощность.

Из опыта известно, что мощности эквивалента нагрузки почему-то всегда не хватает. Перечисленные же выше резисторы могут ограниченное время рассеивать мощность в два-три раза превышающую номинальную. Когда БП включается на длительное время для проверки теплового режима, а мощность эквивалента нагрузки недостаточна, то резисторы можно просто опустить в воду.

Будьте осторожны, берегитесь ожога!
Нагрузочные резисторы этого типа могут нагреться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!
То есть, ни дыма, ни изменения окраски Вы не заметите и можете попытаться тронуть резистор пальцами.

Как наладить импульсный блок питания?

Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.

Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.

Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.

Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.

Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60… 65ºС, то нужно уменьшить мощность нагрузки.

Не рекомендуется доводить температуру трансформатора выше 60… 65ºС, а транзисторов выше 80… 85ºС.

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

Схема импульсного блока питания

R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.

Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

ActionTeaser NEWS

Статистика

Как переделать преобразователь экономки в импульсный БП?

Если у вас завалялась лампа экономка с неисправной колбой, не торопитесь ее выбрасывать. Внутри цоколя у нее находится схема высокочастотного преобразователя, которая заменяет габаритный и тяжелый балластный дроссель, как в схемах подключения обычных ЛДС. На основе этого преобразователя можно изготовить импульсный блок питания ватт на 20, а при более тщательном подходе и более сотни выжать можно.

Ниже представлен один из самых распространенных вариантов схем преобразователя экономок:

Это схема энергосберегающей лампы Vitoone мощностью 25 ватт. Красным цветом на ней обозначены те элементы, которые нам не потребуются, поэтому их из схемы исключаем, а между точками А и А’ ставим перемычку. Осталось дело за малым, прикрутить на выход импульсный трансформатор и выпрямитель.

Вариант уже переделанной схемы “энергосберегайки” в импульсный блок питания приведен на рисунке ниже:

Как видно из схемы, R0 поставили в 2 раза меньшего номинала, но мощность его увеличили, С0 заменили на 100,0 mF, а на выходе добавили TV2 с выпрямителем на VD14, VD15, С9 и с10. Резистор R0 служит в качестве предохранителя и ограничителя тока зарядки при включении. Номинал емкости С0 выберите таким, чтобы он (примерно) численно был равен мощности БП, который вы делаете.

По поводу конденсатора С0: его можно “выдрать” из старого пленочного фотоаппарата типа Кодак, или любой другой пленочной мыльницы, там в схеме лампы вспышки как раз стоит такой, какой нам нужен, 100mF на 350V.

TV2 – импульсный трансформатор, от его габаритной мощности, а также от максимального допустимого тока ключевых транзисторов, зависит мощность самого блока питания. Для изготовления маломощного импульсного БП достаточно намотать на имеющийся дроссель вторичную обмотку, как показано на следующей схеме:

Чтобы запитать какое-либо низковольтное зарядное устройство или не очень мощный усилитель, намотайте витков 20 поверх имеющейся обмотки L5, этого будет достаточно.

На снимке выше представлен рабочий вариант блока питания без выпрямителя на 20 ватт. На холостом ходу частота автоколебаний 26 кГц, под нагрузкой 20W 32 кГц, трансформатор нагревается до 60 ºС, транзисторы до 42ºС.

Важно. На первичной обмотке при работе преобразователя присутствует сетевое напряжение, поэтому обязательно проложите слой бумажной изоляции, которая будет разделять первичную и вторичную обмотки, даже если на первичке уже имеется синтетическая защитная пленка.

Но бывает и так, что в окне имеющегося дросселя нет достаточного пространства для намотки вторичной обмотки, или в том случае, когда нам предстоит сотворить БП гораздо большей мощности, чем мощность переделываемой “энергосберегайки” – тут без применения дополнительного импульсного транса не обойтись (смотри вторую схему статьи).

Например, мы делаем импульсный БП более 100W мощности, а используем балласт от 20 ваттной лампочки. В этом случае потребуется замена VD1 – VD4 на более “токистые” диоды, а дроссель L0 мотнуть проводом потолще. При недостаточности коэффициента усиления VT1 и VT2 по току, увеличьте ток базы транзисторов путем уменьшения номиналов R5 и R6, а также увеличив мощность сопротивлений в цепях баз и эмиттеров.

При недостаточной частоте генерации увеличьте номиналы емкостей С4 и С6.

Практические испытания показали, что полумостовые импульсные БП не критичны к параметрам выходного трансформатора, потому как цепь ОС не проходит через него, поэтому допускаются погрешности расчета до 150 процентов.

Импульсный БП 100 Ватт.

Как уже писалось выше, для того чтобы получился мощный БП, наматывается дополнительный импульсный трансформатор TV2, заменяется R0, заменяется С0 на 100 mF, транзисторы 13003 желательно заменить на 13007, они рассчитаны на больший ток, и лучше поставить их на небольшие радиаторы через изолирующие прокладки (слюду например).

Разрез соединения транзисторов с радиаторами изображен на рисунке ниже:

Действующая модель импульсного БП, работающего на нагрузку 100 Вт изображена на снимке ниже:

Трансформатор намотан на кольце 2000HM, внешний диаметр 28мм, внутренний диаметр 16мм, высота кольца 9мм.
Из за недостаточности мощности нагрузочных резисторов, они помещены в блюдце с водой.
Генерация без нагрузки 29 кГц, под нагрузкой 100 Вт – 90 кГц.

По поводу выпрямителя.

Чтобы магнитопровод трансформатора TV2 не вошел в насыщение, выпрямители в полумостовых импульсных БП делайте двухполупериодными, т.е они должны быть мостовыми (1), или с нулевой точкой (2). Смотри рисунок ниже.

При мостовой схеме требуется немного меньше провода на обмотку, но при этом на VD1-VD4 рассеивается в 2 раза больше энергии. На втором фрагменте рисунка изображен вариант схемы выпрямителя с нулевой точкой, он более экономичен, но обмотки в этом случае должны быть абсолютно симметричные, иначе магнитопровод войдет в насыщение. Второй вариант используют, когда при небольшом напряжении на выходе нужно иметь значительный ток. Чтобы минимизировать потери, кремниевые диоды заменяют диодами Шоттки, на них напряжение падает меньше раза в 2 – 3.

Рассмотрим на примере:

При Р=100Вт , U=5В, TV1 со средней точкой, 100 / 5 * 0,4 = 8 , т. е. на диодах Шоттки рассеивается мощность 8 Вт.
При Р=100Вт , U=5В, TV1 с мостовым выпрямителем и обычными диодами, 100 / 5 * 0,8 * 2 = 32 , т.е. на VD1-VD4 будет рассеиваться мощность порядка 32 Вт.

Имейте это в виду, и не ищите потом половину исчезнувшей мощности.

Наладка импульсного БП.

Подключите ИБП к сети по ниже приведенной схеме (фрагмент 1). Тут HL1 будет выполнять роль балласта, имеющего нелинейную характеристику и будет защищать ваше устройство, если возникнет внештатная ситуация. Мощность HL1 должна быть примерно равна мощности того блока питания, которое вы испытываете.

Когда блок питания включен без нагрузки, или работает на малую нагрузку, нить накала HL1 имеет небольшое сопротивление, поэтому никакого влияния на работу БП не оказывает. Когда возникают какие то неполадки, токи VT1 и VT2 возрастают, лампа начинает светиться, сопротивление нити накала возрастает, тем самым уменьшая ток в цепи.

Если вы постоянно занимаетесь ремонтом и наладкой импульсных блоков питания, не лишним будет собрать специальный стенд (рисунок выше, фрагмент 2). Как видите, здесь присутствует разделительный трансформатор (гальваническая развязка между БП и бытовой сетью), а также имеется тумблер, позволяющий подавать напряжение на БП в обход лампы. Это нужно для того, чтобы испытывать преобразователь при работе на мощную нагрузку.

В качестве нагрузки можно использовать мощные стекло-керамические резисторы, обычно они зеленого цвета (смотри рисунок ниже). Красными цифрами на рисунке обозначена их мощность.

При длительных испытаниях, когда нужно проверить тепловой режим элементов схемы БП, и не достаточной мощности нагрузочных резисторов, последние можно опустить в блюдце с водой. Во время работы эквивалент нагрузки очень сильно греется, поэтому не хватайтесь за резисторы руками во избежание ожога.

Если вы все сделали аккуратно и правильно, и при этом использовали заведомо исправный балласт от энергосберегающей лампы, то и налаживать то особо нечего. Схема должна заработать сразу. Подключайте нагрузку, подавайте питание, и прикидывайте, способен ли ваш БП отдавать требуемую мощность. Следите за температурами VT1, VT2 (должна быть не выше 80-85 ºС) и выходного трансформатора (должна быть не больше 60-65 ºС).

При высоком нагреве трансформатора, увеличьте сечение провода, или намотайте трансформатор на магнитопроводе с большей габаритной мощностью, а может быть придется сделать и первое и второе.

При нагреве транзисторов – ставьте их на радиатор (через изолирующие прокладки).

Если вы изобретали маломощный ИБП, и при этом доматывали имеющийся дроссель, а он при работе греется выше допустимой нормы, попробуйте как он работает на нагрузку меньшей мощности.

Скачать программы расчета импульсных трансформаторов вы можете в статье:

Блок питания из балласта люминесцентных ламп

Блок питания из ЭПРА — полезное и очень важное устройство в радиолюбительской практике. Сейчас можно приобрести блок питания любой мощности (в пределах разумного), размера и цены, но иногда они значительным образом уступают самодельным блокам питания. В этой статье мы рассмотрим вариант изготовления самодельного блока питания из ЭПРА (балласта для энергосберегательной лампы).

Существует немало конструкций с применением ЭПРА. Конструкция такого блока достаточно проста, цена не превышает 2-2,5 американских долларов. Это импульсный блок питания, предназначенный для повышения сетевых 220 Вольт до более высокого номинала, который питает энергосберегающую лампочку. Схема балласта достаточно проста, из себя представляет повышающий преобразователь (чаще всего двухтактный).

Блок питания из ЭПРА — схема

В качестве силовых ключей используются импортные транзисторы MJE13003, MJE13007, в редких случаях MJE13009 и их аналоги. Транзисторы можно сказать,что создавались специально для работы в сетевых ИБП. Аналогичные транзисторы используются и в компьютерных блоках питания. Итак, для начала хочу представить основные достоинства такого блока питания.

Компактные размеры и легкий вес
Малые затраты и низкая стоимость
Надежность работы

Это лишь основные достоинства нашего самодельного блока, но у него есть и другие (скрытые) достоинства. Некоторые ИБП работают только под определенной нагрузкой, иными словами блок питания не сможет работать в холостую или с маломощной нагрузкой. Таким свойством обладают достаточно популярные ЭТ (электронные трансформаторы), которые предназначены для питания галогенных ламп с мощностью 12 вольт. Наш блок питания включается при подачи сетевого напряжения, способен питать нагрузки с мощностью от долей ватта (светодиоды и т.п.) до 40-50 ватт. Такой блок может использоваться в качестве лабораторного блока питания для начинающего радиолюбителя.

Блок питания не боится коротких замыканий на выходе (взамен электронный трансформатор выходит из строя после секундного КЗ), обладает высокой стабильностью работы и может работать в течении очень долгого времени без выключения. Суть переделки балласта заключается в ее доработке. Нам нужно мотать импульсный трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку от сети 220 вольт и понижает напряжение до нужного нам уровня.

Трансформатор можно мотать практически на любом ферритовом сердечнике (кольца, броневые чашки или Ш-образный сердечник). Сетевая обмотка содержит 130 витков провода 0,3-0,6 мм, понижающая должна содержать 8-9 витков, что соответствует выходному напряжению 12 Вольт.

Напряжение от балласта подается на обмотку трансформатора через конденсатор ( напряжение конденсатора подобрать в пределах 1000-3000 вольт, емкость 3300-6600 пкФ). Вторичную обмотку трансформатора желательно мотать несколькими жилами тонкого провода (4 жилы провода 0,5мм), на выходе получается порядка 3,5-4 Ампер. Возможно также применение готовых трансформаторов из ЭТ с мощностью 50-150 ватт.

Для выпрямления напряжения следует использовать мощные импульсные диоды или диодные сборки от компьютерных блоков питания. Из отечественного интерьера можно использовать КД213. При подборе диодов для блока питания из ЭПРА следите, чтобы максимально допустимый ток диода был в районе 8-12 Ампер, сам диод должен работать на частотах 100-150 кГц.

Энергосберегающие лампочки нашли широкое применение, как в бытовых, так и в производственных целях. Со временем любая лампа приходит в неисправное состояние. Однако при желании светильник можно реанимировать, если собрать блок питания из энергосберегающей лампы. При этом в качестве составляющих блока используется начинка вышедшей из строя лампочки.

Импульсный блок и его назначение

На обоих концах трубки люминесцентной лампы имеются электроды, анод и катод. В результате подачи электропитания компоненты лампы разогреваются. После нагрева происходит выделение электронов, которые сталкиваются со ртутными молекулами. Следствием происходящего становится ультрафиолетовое излучение.

За счет наличия в трубке люминофора осуществляется конвертация люминофора в видимое свечение лампочки. Свет появляется не сразу, а спустя определенный промежуток времени после подключения к электросети. Чем более выработан светильник, тем длительнее интервал.

Работа импульсного блока питания основывается на следующих принципах:

Преобразование переменного тока из электросети в постоянный. При этом напряжение не меняется (то есть остается 220 В).
Трансформация постоянного напряжения в прямоугольные импульсы за счет работы широтного импульсного преобразователя. Частота импульсов составляет от 20 до 40 кГц.
Подача напряжения на светильник посредством дросселя.

Далее представлена схема функционирования балласта люминесцентной лампочки.

Источник бесперебойного питания (ИБП) состоит из целого ряда компонентов, каждый из которых в схеме имеет свою маркировку:

R0 — выполняет ограничивающую и предохраняющую роль в блоке питания. Устройство предотвращает и стабилизирует чрезмерный ток, идущий по диодам в момент подключения.
VD1, VD2, VD3, VD4 — выступают в качестве мостов-выпрямителей.
L0, C0 — являются фильтрами передачи электрического тока и защищают от перепадов напряжения.
R1, C1, VD8 и VD2 — представляют собой цепь преобразователей, использующихся при запуске. В качестве зарядки конденсатора C1 используется первый резистор (R1). Как только конденсатор пробивает динистор (VD2), он и транзистор раскрываются, в результате чего начинается автоколебание в схеме. Далее прямоугольный импульс посылается на диодный катод (VD8). Возникает минусовой показатель, перекрывающий второй динистор.
R2, C11, C8 — облегчают начало работы преобразователей.
R7, R8 — оптимизируют закрытие транзисторов.
R6, R5 — образуют границы для электротока на транзисторах.
R4, R3 — используются в качестве предохранителей при скачках напряжения в транзисторах.
VD7 VD6 — защищают транзисторы БП от возвратного тока.
TV1 — является обратным коммуникативным трансформатором.
L5 — балластный дроссель.
C4, C6 — выступают как разделительные конденсаторы. Делят все напряжение на две части.
TV2 — трансформатор импульсного типа.
VD14, VD15 — импульсные диоды.
C9, C10 — фильтры-конденсаторы.

Обратите внимание! На схеме ниже красным цветом отмечены компоненты, которые нужно удалить при переделывании блока. Точки А-А объединяют перемычкой.

Только продуманный подбор отдельных элементов и правильная их установка позволит создать эффективно и надежно работающий блок питания.

Отличия лампы от импульсного блока

Схема лампы-экономки во многом напоминает строение импульсного блока питания. Именно поэтому изготовить импульсный БП несложно. Чтобы переделать устройство, понадобятся перемычка и дополнительный трансформатор, который станет выдавать импульсы. Трансформатор должен иметь выпрямитель.

Чтобы сделать БП более легким, удаляется стеклянная люминесцентная лампочка. Параметр мощности ограничивается наибольшей пропускной способностью транзисторов и размерами охлаждающих элементов. Для повышения мощности необходимо намотать дополнительную обмотку на дроссель.

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.

Обратите внимание! На выходе из БП будет постоянное напряжение. Получение переменного напряжения на частоте 50 Гц не представляется возможным.

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:

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

Обратите внимание! Мощность в блоке ограничивается габаритной мощностью задействованного трансформатора, а также максимально возможным током транзисторов.

Самостоятельное изготовление блока питания

ИБП можно изготовить своими руками. Для этого понадобятся небольшие изменения в перемычке электронного дросселя. Далее выполняется подключение к импульсному трансформатору и выпрямителю. Отдельные элементы схемы удаляются ввиду их ненужности.

Если блок питания не слишком высокомощный (до 20 Вт), трансформатор устанавливать необязательно. Хватит нескольких витков проводника, намотанных на магнитопровод, расположенный на балласте лампочки. Однако осуществить эту операцию можно только при наличии достаточного места под обмотку. Для нее подходит, к примеру, проводник типа МГТФ с фторопластовым изоляционным слоем.

Провода обычно нужно не так много, поскольку практически весь просвет магнитопровода отдается изоляции. Именно этот фактор ограничивает мощность таких блоков. Для увеличения мощности потребуется трансформатор импульсного типа.

Импульсный трансформатор

Отличительной характеристикой такой разновидности ИИП (импульсного источника питания) считается возможность его подстраивания под характеристики трансформатора. Кроме того, в системе нет цепи обратной связи. Схема подключения такова, что в особенно точных подсчетах параметров трансформатора нет необходимости. Даже если будет допущена грубая ошибка при расчетах, источник бесперебойного питания скорее всего будет функционировать.

Импульсный трансформатор создается на основе дросселя, на который накладывается вторичная обмотка. В качестве таковой используется лакированный медный провод.

Межобмоточный изоляционный слой чаще всего выполнен из бумаги. В некоторых случаях на обмотку нанесена синтетическая пленка. Однако даже в этом случае следует дополнительно обезопаситься и намотать 3-4 слоя специального электрозащитного картона. В крайнем случае используется бумага толщиной от 0,1 миллиметра. Медный провод накладывается только после того, как предусмотрена данная мера безопасности.

Что касается диаметра проводника, он должен быть максимально возможным. Количество витков во вторичной обмотке невелико, поэтому подходящий диаметр обычно выбирают методом проб и ошибок.

Выпрямитель

Чтобы не допустить насыщения магнитопровода в источнике бесперебойного питания, используют исключительно двухполупериодные выходные выпрямители. Для импульсного трансформатора, работающего на уменьшение напряжения, оптимальной считается схема с нулевой отметкой. Однако для нее нужно изготовить две абсолютно симметричные вторичные обмотки.

Для импульсного источника бесперебойного питания не подойдет обычный выпрямитель, функционирующий согласно схеме диодного моста (на кремниевых диодах). Дело в том, что на каждые 100 Вт транспортируемой мощности потери составят не менее 32 Вт. Если же изготавливать выпрямитель из мощных импульсных диодов, затраты будут велики.

Наладка источника бесперебойного питания

Когда собран блок питания, остается присоединить его к наибольшей нагрузке, чтобы проверить — не перегреваются ли транзисторы и трансформатор. Температурный максимум для трансформатора — 65 градусов, а для транзисторов — 40 градусов. Если трансформатор чересчур нагревается, нужно взять проводник с большим сечением или же увеличить габаритную мощность магнитопровода.

Перечисленные действия можно выполнить одновременно. Для трансформаторов из дроссельных балансов нарастить сечение проводника вероятнее всего не удастся. В этом случае единственный вариант — сокращение нагрузки.

ИБП высокой мощности

В некоторых случаях стандартной мощности балласта не хватает. В качестве примера приведем такую ситуацию: есть лампа мощностью 24 Вт и необходим ИБП для зарядки с характеристиками 12 B/8 A.

Для реализации схемы понадобится неиспользуемый компьютерный БП. Из блока достаем силовой трансформатор вместе с цепью R4C8. Данная цепочка защищает силовые транзисторы от чрезмерного напряжения. Силовой трансформатор соединяем с электронным балластом. В этой ситуации трансформатор заменяет дроссель. Ниже изображена схема сборки источника бесперебойного питания, основанная на лампочке-экономке.

Из практики известно, что данная разновидность блоков дает возможность получать до 45 Вт мощности. Нагревание транзисторов находится в рамках нормы, не превышая 50 градусов. Чтобы полностью исключить перегревание, рекомендуется вмонтировать в транзисторные базы трансформатор с большим сечением сердечника. Транзисторы ставят непосредственно на радиатор.

Потенциальные ошибки

Не рекомендуется использовать как выходной выпрямитель стандартный диодный мост на низких частотах. Особенно нежелательно это делать, если источник бесперебойного питания отличается высокой мощностью.

Нет смысла упрощать схему, накладывая базовые обмотки непосредственно на силовой трансформатор. В случае отсутствия нагрузки возникнут немалые потери, поскольку в транзисторные базы станет поступать ток большой величины.

Если используется трансформатор с возрастанием тока нагрузки, повысится и ток в транзисторных базах. Эмпирически установлено, что после того, как показатель нагрузки доходит до 75 Вт, в магнитопроводе наступает насыщение. Результатом этого является снижение качества транзисторов и их чрезмерный нагрев. Чтобы не допустить такого развития событий, рекомендуется самостоятельно обмотать трансформатор, используя большее сечение сердечника. Также допускается складывание вместе двух колец. Еще один вариант состоит в использовании большего диаметра проводника.

Базовый трансформатор, выступающий в качестве промежуточного звена, можно удалить из схемы. С этой целью токовый трансформатор присоединяют к выделенной обмотке силового трансформатора. Делается это с использованием высокомощного резистора на основе схемы обратной коммуникации. Минусом такого подхода является постоянное функционирование трансформатора тока в условиях насыщения.

Недопустимо подключение трансформатора вместе с дросселем (находится в преобразователе балласта). В противном случае из-за снижения общей индуктивности возрастет частота ИБП. Следствием этого станут потери в трансформаторе и чрезмерный нагрев транзистора выпрямителя на выходе.

Нельзя забывать о высокой отзывчивости диодов к повышенным показателям обратного напряжения и тока. К примеру, если поставить в схему на 12 вольт 6-вольтовый диод, данный элемент быстро придет в негодность.

Не следует менять транзисторы и диоды на низкокачественные электронные компоненты. Рабочие характеристики элементной базы российского производства оставляют желать лучшего, и результатом замены станет снижение функциональности источника бесперебойного питания.

Начнём с определения.

ЭПРА (Электронный Пуско Регулирующий Аппарат) – это устройство, предназначенное для поджига газоразрядных ламп и поддержания их в рабочем состоянии.

Соответственно, горение таких ламп без ЭПРА невозможно, а, значит, этот блок имеется во всех светильниках, которые работают с лампами на основе инертных газов, или даже в самих лампах (например, в энергосберегающих неоновых со стандартными цоколями).

Рассмотрение преимуществ и недостатков ламп мы оставим на потом, а сейчас остановимся подробнее на блоке их питания.

Основные компоненты ЭПРА

В составе подавляющего большинства таких устройств имеются:

Фильтр (могут отсекаться помехи из сети питания, или, наоборот, создаваемые самим блоком питания).
Выпрямитель.
Корректор мощности.
Выходной сглаживающий фильтр.
Инвертор.
Балласт.

Однако, в целях экономии (габаритов или конечной стоимости) некоторые производители могут убирать те или иные блоки.

Блоки могут реализовываться из самостоятельных радиоэлементов или на основе специальных микросхем.

Даже при беглом взгляде на состав ЭРПА становится понятно, что перед нами – готовый импульсный блок питания.

И, например, если светильник больше эксплуатироваться по назначению не будет, то почему бы не использовать из него пускорегулирующий блок в других целях?

Например, можно собрать компактный блок питания светодиодных лент с минимумом дополнительных деталей или зарядное устройство для аккумуляторов.

Переделка ЭПРА из энергосберегающей лампы

Так выглядит обычная люминесцентная лампа с цоколем Е27.

Рис. 1. Люминесцентная лампа с цоколем Е27

А так выглядит её принципиальная схема.

Рис. 2. Принципиальная схема л юминесцентной лампы с цоколем Е27

Красным выделены элементы, которые необходимы для запуска колбы (они нам не понадобятся).

Физически блок выглядит так (после разбора лампы).

Рис. 3. Блок лампы с элементами

Практически единственное отличие от ИБП – дроссель L5. Его нужно заменить на трансформатор. Сделать это можно двумя способами:

Намотать на него вторичную обмотку;
Выпаять и заменить на подходящий трансформатор (обязательно импульсный).

Здесь сразу необходимо оговориться о мощности такого ИБП.

Примечание. Все элементы схемы для достижения компактности готового изделия подобраны строго под определённые выходные параметры. А значит, без значительной переделки и применения радиаторов / других теплоотводов выходную мощность повысить не получится. Лучше всего, если она останется в пределах исходной мощности лампы!

То есть, если лампа на 15 Вт, то при выходном напряжении в 12 В сила тока на выходе не должна быть выше 1 А (12·1= 12 Вт).

Путь с минимальными трудозатратами — конечно, замена на подходящий.

Штатный дроссель имеет небольшие габариты, что существенно затрудняет перемотку. И даже после переделки впаять его на место вряд ли получится (габариты увеличатся). Хотя при должной сноровке можно-таки разобрать дроссель, изолировать первичную обмотку стеклотканью и намотать 10-20 витков (толщина провода до 0,5 мм отлично подойдёт).

Переделанная схема может иметь вид как на схеме ниже.

Рис. 4. Переделанная схема

Конденсаторы С9 – 0,1 мкФ, С10 – 470 мкФ. Диоды или диодный мост должны быть импульсными.

ЭРПА можно дополнить своим трансформатором. Например, как на схеме ниже.

Рис. 5. Схема дополненная трансформатором

Здесь не обошлось без мелких переделок основной схемы. Был заменён:

Резистор R0 (минимум 3 Вт, можно включить два по 10 Ом, 2 Вт параллельно).
Конденсатор C0 (напряжение – до 350 В).
Транзисторы 13007 (VT1 и 2, ставятся на радиаторы с площадью минимум 20 см 2 ).

Трансформатор можно взять готовый или намотать на основе дросселя из другой лампы, например, большей по мощности.

В качестве основы можно использовать ферритовое кольцо (2000НМ — 28 х 16 х 9мм или больше). В данной схеме использовалось кольцо с диаметрами 40 и 22 мм (внешний/внутренний), толщина – 20 мм. Первичная обмотка – 63 витка (ПЭЛ 0,85 мм2), вторичные – по 12 витков (провод тот же).

На схеме обозначена симметричная намотка вторичных обмоток. Её можно заменить одной, но на выходе должен быть диодный мост (как на первой схеме).

Схема 2 позволяет довести мощность блока питания до 100 Вт.

Больший ток может понадобиться для питания галогеновых ламп или для других задач.

Без подключённой нагрузки включать этот блок питания нельзя! Обратите внимание на показатели рассеиваемой мощности тестовой нагрузки.

Как посчитать витки трансформатора

Это, наверное, ключевой вопрос в переделке.

Алгоритм действий таков:

1. На дроссель необходимо намотать удобное количество витков (10/20/30 и т.п.).

2. Подключить нагрузку (это может быть резистор с рассеиваемой мощностью 30 Вт и больше).

3. Запитать схему и снять измерения на выходе (то есть на нагрузке).

4. Теперь легко понять какое напряжение приходится на 1 виток (имеющееся напряжение делите на количество намотанных витков).

5. Теперь можно рассчитать необходимое вам количество витков (требуемое напряжение делите на “цену” одного витка).

6. Наматываете своё количество витков.

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

Как сделать самостоятельно блок питания из энергосберегающих ламп

Люминесцентная лампа является довольно сложным механизмом. В конструкции энергосберегающих ламп находится множество разных мелких составляющих, которые в совокупности и обеспечивают то освещение, которое выдаёт такое устройство. Основой всей конструкции энергосберегающих устройств является стеклянная трубка, которая наполнена парами ртути и инертным газом.

Импульсный блок и его назначение

С обоих концов этой трубки установлены электроды, катод и анод. После подачи на них тока, они начинают нагреваться. Достигнув необходимой температуры они выпускают электроны, которые ударяются об молекулы ртути и та начинает излучать ультрафиолетовый свет.

Ультрафиолет конвертируется в видимый для человеческого глаза спектр благодаря люминофору, который находится в трубке. Таким образом, лампа зажигается спустя некоторое время. Обычно скорость загорания лампы зависит от срока её выработки. Чем дольше лампа работала, тем больше будет промежуток между включением и полным зажиганием.

Чтобы понять предназначение каждой из составляющих ибп, следует разобрать по отдельности какие функции они выполняют:

R0 – работает ограничителем и предохранителем блока питания. Он стабилизирует и останавливает излишний поток питания тока в момент включения, который протекает через диоды выпрямляющего устройства.
VD1, VD2, VD3, VD4 – используются как мостовые выпрямители.
L0, C0 – фильтруют подачу тока и делают её без перепадов.
R1, C1, VD8 и VD2 – запускная цепь преобразователей. Процесс запуска происходит следующим образом. Источник зарядки конденсатора С1 является первый резистор. После того как конденсатор набирает такой мощности, что способен пробить динистор VD2, он самостоятельно открывается и попутно открывает транзистор, что вызывает автоколебание в схеме. Затем прямоугольный импульс направляется на катод диода VD8 и возникающий минусовый показатель закрывает второй динистор.
R2, C11, C8 – делают стартовый процесс преобразователей более лёгким.
R7, R8 – Делают закрытие транзисторов более эффективным.
R6, R5 – создают границы для тока на базах каждого транзистора.
R4, R3 – работают как предохранители в случае резкого повышения напряжения в транзисторах.
VD7 VD6 – предохраняют каждый транзистор бп от возвратного тока.
TV1 – обратный трансформатор для связи.
L5 – дроссель балластный.
C4, C6 – конденсаторы разделения, где всё напряжение и питание разделяется пополам.
TV2 – трансформатор для создания импульсов.
VD14, VD15 – диоды, работающие от импульсов.
C9, C10 – фильтрующие конденсаторы.

Благодаря правильной расстановке и тщательному подбору характеристик всех перечисленных составляющих, мы и получаем блок питания необходимой нам мощности для дальнейшего использования.

Отличия конструкции лампы от импульсного блока

Схема энергосберегающей лампы очень похожа по строению импульсного блока питания, из-за чего сделать импульсный бп можно очень легко и быстро. Для переделки, необходимо установить перемычку и дополнительно установить трансформатор вырабатывающий импульсы и который оснащён выпрямителем.

Для облегчения ибп, удалена стеклянная люминесцентная лампа и некоторые составляющие конструкции, которые были заменены специальным соединителем. Вы могли заметить, что для изменения необходимо выполнить всего несколько простых операций, и этого будет вполне достаточно.

Плата с энергосберегающей лампы

Выдаваемый показатель мощности, ограничен размером используемого трансформатора, максимальным возможным пропускным показателем основных транзисторов и габаритами охлаждающей системы. Чтобы увеличить немного мощность, достаточно намотать ещё обмотки на дроссель.

Импульсный трансформатор

Основной ключевой характеристикой импульсного блока питания есть возможность адаптироваться к показателям трансформатора, который используется в конструкции. А то, что обратный ток не нуждается в проходке через трансформатор, который мы сами сделали, значительно облегчает нам расчёты номинальной мощности трансформатора.

Таким образом, большинство ошибок при расчёте становятся незначительными благодаря использованию такой схемы.

Рассчитываем ёмкость необходимого напряжения

Для экономии используют конденсаторы с маленьким показателем ёмкости. Именно от них будет зависеть показатель пульсации входящего напряжения. Для снижения пульсации, необходимо увеличивать объём конденсаторов тоже делается для увеличения показателя пульсации только в обратном порядке.

Для снижения размеров и улучшения компактности, возможно, применять конденсаторы на электролитах. К примеру, можно использовать такие конденсаторы, которые вмонтированы в фототехнику. Они обладают ёмкостью 100µF х 350V.

Блок питания на двадцать ватт

Чтобы обеспечить бп показателем двадцать ватт, достаточно использовать стандартную схему от энергосберегающих светильников и вовсе не наматывая дополнительной намотки на трансформаторы. В случае, когда дроссель обладает свободным пространством и может дополнительно уместить витки, можно их добавить.

Таким образом, следует добавить два-три десятка витков обмотки, чтобы была возможность подзаряжать мелкие устройства или использовать ибп как усилитель для техники.

Схема блока питания на 20 ватт

Если вам требуется более эффективное увеличение показателя мощности, можно использовать самый простой провод из меди, покрытый лаком. Он специально предназначен для обмотки. Убедитесь что изоляция на стандартной обмотке дросселя достаточно качественная, так как эта часть будет находиться под значением входящего тока. Также следует оградить её от вторичных витков с помощью бумажной изоляцией.

Действующая модель БП мощность – 20 Ватт.

Для изоляции используем специальный картон толщиной 0.05 миллиметра или 0.1 миллиметра. В первом случае необходимо два слова, во втором достаточно одного. Сечение обмоточного провода используем из максимального больших, количество витков будет подбирать методом проб. Обычно витков необходимо достаточно мало.

Проделав все необходимые действия, вы получаете мощность бп 20 ватт и рабочую температура трансформатора шестьдесят градусов, транзистора сорок два. Большую мощность сделать не получиться, так как размеры дросселя ограничены и сделать большее количество обмотки не получится.

Уменьшение поперечного диаметра используемого провода конечно увеличит численность витков, но на мощность это повлияет только в минус.

Стоваттный блок питания

Чтобы иметь возможность поднять мощность бп до сотни ватт, необходимо дополнительно докрутить импульсный трансформатор и расширить ёмкость фильтровочного конденсатора до 100 фарад.

Схема 100 ватт БП

Чтобы облегчить нагрузку и уменьшить температуру транзисторов, к ним следует добавить радиаторы для охлаждения. При такой конструкции, КПД получится в районе девяноста процентов.

Следует подключить транзистор 13003

К электронному балласту бп следует подключить транзистор 13003, который способен закрепляться с помощью фасонной пружины. Они выгодны тем, что с ними нет необходимости устанавливать прокладку из-за отсутствия металлических площадок. Конечно, их теплоотдача значительно хуже.

Лучше всего проводить закрепления с помощью винтов М2.5, с заранее установленной изоляцией. Также возможно использовать термопасту, которая не передаёт напряжение сети.

Убедитесь что транзисторы надёжно заизолированы, так как через них проходит ток и при плохой изоляции возможно короткое замыкание.

Подключение к сети 220 вольт

Подключение происходит с помощью лампы накаливания. Она будет служить защитным механизмом и подключается перед блоком питания.

В этом случае, лампа служит балластом, который имеет нелинейный показатель и отлично предохраняет ибп от неисправной работы сети. Значение мощности лампы необходимо подбирать таким же образом, как и мощность самого импульсного блока питания.

Так как, возможно, что блок питания будет пропускать сильное напряжение, позаботьтесь о том, чтобы все его соединения и контакты были качественно заизолированы. Тоже касается и всех транзисторов, их так же следует изолировать от внешней среды, ведь они могут пропускать ток через свой корпус.

Блок питания из эпра 2х36 своими руками

Блок питания из ЭПРА — схема

Компактные размеры и легкий вес
Малые затраты и низкая стоимость
Надежность работы

Очень часто причиной поломки электроприбора становится неисправность аккумулятора. Вследствие этого нужен ремонт или же покупка нового оборудования. Но можно избежать больших затрат, сделав блок питания из энергосберегающей лампы своими руками. Все необходимые детали можно взять из обычной люминесцентной лампы, стоимость которой невелика.

Балласт люминесцентной лампы

В каждой энергосберегающей лампочке имеется небольшая схема, которая предотвращает мигание во время включения, а также способствует постепенному разогреву спиралей устройства. Её название — электронный балласт. Именно с помощью него газ может испускать свечение (частота 30−100 кГц, а иногда и 105 кГц).

Вследствие того, что устройство может иметь такие высокие показатели частот, коэффициент потребления энергии возрастает до единицы, а это, в свою очередь, делает энергосберегающие лампы экономично выгодными.

Значительным преимуществом таких устройств является отсутствие какого-либо шума во время работы, а также электромагнитного поля, который негативно воздействует на организм человека.

Важную роль в схеме балласта энергосберегающей лампы играет электронный дроссель. Именно он определяет, будет ли устройство загораться сразу же с полной силой или же разогреваться постепенно в течение нескольких минут. Стоит отметить, что производитель никогда на упаковке не указывает время разогрева. Проверить это можно лишь во время эксплуатации устройства.

Те балластные схемы, которые выполняют функцию преобразования напряжения (а таковых большая часть), собираются на полупроводниковых транзисторах. В дорогостоящих устройствах схема более сложная, чем в дешёвых лампочках.

Из сгоревшей энергосберегающей лампы можно сделать заготовки для будущего импульсного блока питания. Также для этого можно взять и работающее устройство.

В составе компактной люминесцентной лампочки (КЛЛ) имеются следующие элементы:

Биполярные транзисторы с защитными диодами. Как правило, они выдерживают напряжение в 700 В, а также силу тока до 4 А.
Трансформатор импульсного тока.
Электронный дроссель.
Конденсатор (10/50 В, а также 18В).
Двунаправленный триггерный неуправляемый диод (динистор).
Очень редко в устройстве содержится униполярный транзистор.

Во время изготовления БП из энергосберегающей лампы своими руками с использованием недешёвых экономок достаточно дополнить источник некоторыми деталями. Также в качестве основы будущего блока можно взять драйвер для светодиодов, которые зачастую устанавливают в фонарики.

Важно отметить, что для выполнения ИБП брать схему, имеющую электролитический конденсатор, не рекомендуется. Это связано с тем, что она в приборе в качестве блока питания прослужит недолго. Также для этой цели не подходят электронные балласты, в составе которых имеются специальные платы небольших размеров.

Особенности импульсного блока питания

ИБП — это инверторная система, в которой входное напряжение выпрямляется, а затем преобразуется в импульсы. Главная особенность ИБП заключается в значительном увеличении частоты тока, передающегося на трансформатор. Также стоит отметить небольшие габариты такого устройства. Ещё одним преимуществом является то, что БП во время работы не имеет никаких потерь энергии, в отличие от линейных, которые теряют значительную часть во время преобразования на трансформатор.

Принцип функционирования импульсного блока питания из энергосберегающей лампы заключается в следующем:

Входной выпрямитель, состоящий из диодного моста и конденсатора, превращает переменный ток (входной) в постоянный.
Инвертор, в свою очередь, трансформирует постоянный ток в переменный, но частота при этом возрастает с 50 Гц до 10 кГц, что является выше в 200 раз.
Такой ток передаётся на трансформатор. Он будет или повышать, или понижать напряжение.
Выходной выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, но при этом частота остаётся высокой.

Как правило, в современных схемах используются MOSFET — транзисторы. Их главная особенность — очень быстрая скорость переключения. Соответственно в таких балластах должны быть использованы и быстродействующие диоды. Они размещаются в выходном выпрямителе.

При изготовлении ИБП лучше использовать диоды Шоттки, поскольку они меньше всего теряют энергию во время работы на высокой частоте (в отличие от кремниевых, у которых этот показатель значительно выше).

Если же выходное напряжение очень низкое, тогда функцию выпрямителя может выполнять транзистор. Кроме того, можно вместо этого использовать дроссель. Такие простые преобразователи тока встречаются в схемах энергосберегающих ламп на 20 Вт.

Изготовление ИБП своими руками

Чаще всего во время изготовления импульсного БП требуется незначительно изменять строение дросселя, если для этой цели используется двухтранзисторная схема. Конечно же, некоторые элементы в устройстве нужно будет удалить.

Если же изготавливается БП, который будет иметь мощность 3,7−20 Ватт, в таком случае трансформатор не является основной составляющей. Вместо него лучше всего сделать несколько витков провода, которые закрепляются на магнитопровод. Для этого необязательно избавляться от старой намотки, их можно выполнить поверх.

Рекомендуется для этой цели использовать провод марки МГТФ, имеющий фторопластовую изоляцию. Понадобится небольшое его количество. Несмотря на это обмотка будет полностью покрыта, поскольку большая часть отводится на изоляцию. Из-за этого такие устройства имеют низкие показатели мощности. Для её увеличения требуется использовать трансформатор переменного тока.

Использование трансформатора

Главным преимуществом при изготовлении блока питания своими руками является то, что есть возможность подстраиваться под показатели трансформатора. Кроме этого, не потребуется цепь обратной связи, которая чаще всего является неотъемлемой частью в работе устройства. Даже если во время сборки были сделаны какие-либо ошибки, чаще всего такой блок будет работать.

Для того чтобы сделать собственноручно трансформатор, потребуется иметь дроссель, межобмоточную изоляцию, а также обмотку. Последнюю лучше всего выполнить из лакированного медного провода. Следует не забывать о том, что дроссель будет работать под напряжением.

Обмотку нужно тщательно изолировать даже тогда, когда она имеет заводскую специальную защитную плёнку из синтетического материала. В качестве изоляции можно использовать или электрокартон, или же обычную бумажную ленту, толщина которой должна быть не меньше 0,1 мм. Только после того, как будет сделана изоляция, можно поверх неё наматывать медный провод.

Что касается обмотки, то провод лучше всего выбрать как можно толще, а вот количество необходимых витков можно подобрать исходя из требуемых показателей работы будущего устройства.

Таким образом, можно сделать ИБП, который будет иметь мощность более 20 Вт.

Назначение выпрямителя

Для того чтобы в импульсном блоке не произошло насыщение магнитопровода, требуется использовать только двухполупериодный выходной выпрямитель. В том случае, если трансформатор должен понижать напряжение, рекомендуется использование схемы с нулевой точкой. Чтобы выполнить такую схему, нужно иметь две абсолютно одинаковые вторичные обмотки. Их можно сделать самостоятельно.

Следует учитывать то, что выпрямитель по типу «диодный мост» для этой цели не подходит. Это связано с тем, что значительное количество мощности во время передачи будет теряться, а значение электрического напряжения будет минимальным (менее 12В). Но если делать выпрямитель из специальных импульсных диодов, тогда стоимость такого устройства обойдётся значительно дороже.

Наладка устройства

После того как БП будет собран, требуется проверить его работу на максимальной мощности. Это необходимо для того, чтобы измерить температуру нагревания трансформатора и транзистора, значения которых не должны превышать 65 и 40 градусов соответственно. Чтобы избежать перегрева этих элементов, достаточно увеличить сечение провода обмотки. Также часто помогает изменение мощности магнитопровода в большую сторону (учитывается ЭПР). В том случае, если дроссель был взят из балласта светодиодного фонаря, увеличить сечение не получится. Единственным вариантом будет контролировать нагрузку на прибор.

Подключение к шу

Чтобы установить импульсный блок питания в шуруповёрт, потребуется разобрать электроинструмент. Как правило, его внешняя часть состоит из двух элементов. Следующим этапом требуется найти те провода, с помощью которых двигатель соединяется с аккумулятором. Именно их нужно соединить с блоком питания (самоделкой), используя термоусадочную трубку. Также можно спаять провода. Скручивать их настоятельно не рекомендуется.

Чтобы вывести кабель наружу, потребуется сделать отверстие в корпусе шуруповёрта. Также рекомендуется установить предохранитель, который защитит провод от повреждений у основания. Для этого можно сделать специальную клипсу из тонкой алюминиевой проволоки.

Таким образом, переделка схемы балласта в импульсный блок поможет заменить повреждённый аккумулятор у шуруповёрта. К тому же, если учитывать все нюансы из области экономики во время изготовления, то можно утверждать, что сделать ИБП своими руками выгодно.

Самодельный светодиодный светильник на старом балласте от КЛЛ

На улице лето в самом разгаре, но на блоге СамЭлектрик.ру начинается зимний Конкурс статей! Напоминаю, что Правила Конкурса, все статьи и итоги можно увидеть по этой ссылке. Данный Конкурс ориентировочно будет длиться пол года, голосование и награждение участников – в декабре 2017.

Данная статья целиком посвящена электронике, автор виртуозно обращается с транзисторами, диодами, светодиодами, и делает из них полезные устройства своими руками. В статье автор показывает, как можно легко, своими руками, сделать неплохой светильник, используя старый электронный балласт, выпрямитель на транзисторе, и светодиоды.

Уважаю таких увлеченных профессионалов и желаю успехов в творчестве, а также успешного участия в Конкурсе!

Итак, представляю автора! Это – Алексей Филиппов, г.Львов, Украина. Помогал в написании статьи друг, который творит под ником “Volodymyr Lenin”, вот его канал на Ютубе.

На самом деле, статья настолько обширная, что из неё можно сделать 2 полноценных статьи. Всех, кого заинтересует эта статья, прошу задавать вопросы (в том числе, каверзные) в комментарии. А также – всерьез задуматься, чтобы самому написать статью и прислать её на Конкурс на СамЭлектрик.ру.

Итак, статья Алексея Филиппова.

Эффективный синхронный выпрямитель. Или вторая жизнь электронному хламу

Выпрямление тока при помощи диода и транзистора: преимущества и недостатки.

Речь пойдет о схеме выпрямителя с применением транзисторов с изолированным затвором, англ. сокращённо Mosfet.

В схеме применён самый распространённый Mosfet с индуцированным каналом N-проводимости. Главным преимуществом из за которого широко применяются такие ключи в современных электронных устройствах в схемах питания – это малое сопротивление и падение напряжения в открытом состоянии (не более 0.1 В).

Вот классическая схема включения для проверки и изучения работы транзистора с N-каналом:

Схема включения для проверки транзистора Mosfet

Открытие ключа с N-каналом происходит когда приложить (зарядить затвор) положительное напряжение к затвору (Gate) относительно истока (Source), соответственно чтобы закрыть транзистор, нужно разрядить затвор, то есть потенциал на нём должен быть ниже напряжения открывания перехода. В открытом состоянии ключ проводит ток в обе стороны.

Напоминаю, что схема такого транзистора и цоколевка выводов такая:

Есть особенности, которые нужно учитывать при выпрямлении тока при помощи такого транзистора:

наличие паразитного диода между стоком и истоком.
затвор имеет емкость, что влияет на скорость срабатывания при повышении частоты.

Возникает вопрос: в чём заключается эффективность выпрямителя на этих транзисторах и зачем все эти сложности? Давно придуманы диоды Шоттки, прямое падение на переходе металл-полупроводник которых в два раза меньше чем на P-N переходе у обычного кремниевого диода, но когда необходимо питание с низким напряжением и большим током потребления, потери КПД даже на диодах Шоттки уже значительные!

Таблица потерь мощности на диодах Шоттки в при работе на разных напряжениях:

напряжение блока питания	падение на выпрямительном диоде Шоттки	мощность рассеиваемая на диоде	потери
12 В* 1 А=12 Ватт	0.4 В 1А	0.4 Ватт	4,8 %
5 В* 2 А=10 Ватт	0.4 В 2 А	0.8 Ватт	8 %
3.1 В* 3 А=9,3 Ватт	0.4 В 3 А	1.2 Ватт	11%

В современной компьютерной технике, где напряжения питания процессоров могут быть в пределах 1 В, блок питания всего компьютера делается на более высокое напряжение, при этом не страдает КПД из за потерь на выпрямителе, а уже в самой схеме напряжение блока питания преобразуется импульсными понижающими преобразователями с использованием схем синхронных выпрямителей на Mosfet.

Ниже приведена известная схема блока питания с низким выходным напряжением и с использованием Mosfet в качестве выпрямителя.

Выпрямитель с низким выходным напряжением с использованием Mosfet транзистора

Верхняя обмотка трансформатора – обмотка управления транзистора, нижняя – силовая, количеством её витков определяется выходное напряжение такого выпрямителя, а площадью сечения – ток. Подробности разберём ниже.

Вторая жизнь электронных балластов КЛЛ

Радиолюбители давно широко используют платы сгоревших “экономок” (КЛЛ) со схемой электронного балласта, а также похожих по схеме электронных трансформаторов для питания галогенных ламп в своих проектах. Сейчас это актуально из за перехода на более эффективное освещение на светодиодах, такие электронные трансформаторы и балласты становятся не нужны, а их можно применить как источник питания для других целей после несложной переделки.

Электронный балласт энергосберегающих ламп можно отремонтировать, об этом есть статья Ремонт энергосберегающих ламп.

В схеме стандартного балласта от КЛЛ, переделка состоит в том, чтобы поставить перемычку как показано по схеме:

А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру?

Подписывайся, и читай статью дальше:

Переделка схемы энергосберегающей лампы

По схемам электронных балластов КЛЛ есть отдельная статья, там приведены много вариантов таких схем к лампам различных мощностей и производителей.

Теперь вместо лиминесцентной колбы на выход балласта подключаем высокочастотный выпрямитель, схема которого была показана выше.

Блок питания из электронного балласта люминесцентной лампы

В результате получаем блок питания. Вторичную обмотку наматываем любым обмоточным проводом сложенным в несколько раз, чтобы суммарное сечение было достаточным для выбранного тока, один провод отмечаем (например облуживаем), он будет обмоткой для управления. Мотаем на катушку L 2 по верху существующей обмотки, количество витков подбирается опытным путем, обычно это 1 виток на 1 Вольт.

Обмотку для управления Mosfet нужно правильно сфазировать и напряжение на ней не должно быть более чем указано в спецификации на транзистор, это не менее 3-4 В и не более 10 В. Напряжение управляющей обмотки рассчитывается по количеству витков.

Mosfet взят из старой материнской платы, который стоял в цепи питания процессора, но его можно взять из видеокарты или другой цепи питания платы, или купить.

Транзистор из материнской платы

Любой такой транзистор спокойно работает на токах 10 А и более без существенного нагрева. Для примера: падение напряжения на открытом транзисторе PHB108N при токе 10 А составит всего 0.06 В, выделение тепла 0.6 ватт для постоянного тока, учесть что в нашем случае это импульсы, то нагрев будет ещё меньше.

К сожалению, синхронный выпрямитель по такой схеме годится только для схемы полумостового мультивибратора, где есть трансформатор для положительной обратной связи. Главная проблема – это вовремя открыть ключ и вовремя закрыть, наверно именно поэтому схема называется “синхронный выпрямитель” 🙂

Так как в открытом состоянии ключ проводит ток в обе стороны, настаёт момент, когда ключ еще не закрыт, а ток (напряжение) уже пошёл на спад, происходит разрядка фильтрующего конденсатора обратно на обмотку трансформатора, в таком случае никакого выигрыша в КПД не произойдет, а даже наоборот. Для других блоков питания схема синхронного выпрямителя гораздо сложнее, в них сделаны временные задержки и опережения для корректного управления. Существуют микросхемы “драйверы синхронного выпрямителя”, предназначенные для таких целей, но пока редко встречаются и имеют много деталей обвязки. Очень надеюсь на прогресс и появление специализированных микросхем, где всё в одном, и их просто будет использовать там, где сейчас используются выпрямители на диодах 🙂

Схема полумостового мультивибратора, такая как в электронном балласте, прекрасно работает с данной схемой синхронного выпрямителя.

В теории, в момент переключения транзисторов VT1 и VT2 мультивибратора в токовой обмотке трансформатора TV1 происходит перемагничивание и смена полярности сигнала, эффект от переходного процесса в момент закрытия полевого транзистора выпрямителя совсем не мешает работе мультивибратора, а даже наоборот, сокращает время переключения транзисторов VT1,VT2 в противоположное состояние, а также наводится ток в обмотке управления, тем самым ускоряя закрытие полевого транзистора выпрямителя.

Специально для измерений была сделана ещё одна обмотка на трансформаторе TV1, которая состоит из двух витков провода.

Осциллограммы работы выпрямителя на транзисторе

В начале измерим сигнал при подключенной пассивной нагрузке (резисторе), чтобы знать как работает мультивибратор электронного балласта.

Синий луч осциллографа показывает форму сигнала на этой дополнительной обмотке токового трансформатора TV1, а жёлтый луч показывает сигнал на выходе силового трансформатора, нагрузка в этот момент проволочный резистор 1 Ом.

На картинке ниже форма сигнала с выхода трансформатора уже с подключенным выпрямителем, нагрузкой выхода выпрямителя является тот же резистор 1 Ом. На практике оказалось, обратный ток который возникает в момент, когда Mosfet должен закрываться, очень мал.

Измерения, схема подклчения и осциллограммы

Падение напряжения (синий луч) на транзисторе выпрямителя в момент когда он открыт около 0. 05 В. В начале периода в момент открытия транзистора и в момент закрытия-видно переходные процессы в виде острого пика. На резисторе (жёлтый луч) 0.01 Ом датчике тока напряжение 0.07 В, максимальный ток в цепи можно рассчитать- получим 7А.

Большого обратного тока в момент закрытия транзистора не наблюдается из за высокой индуктивности трансформатора и дополнительного фильтра на катушке L, которая сделана из ферритового кольца взятого от трансформатора подобного электронного балласта. Продеваем провод который идет от транзистора на фильтрующий конденсатор через кольцо, получается 0.5 витка.

Преимущества данного схематического решения выпрямителя:

простота
доступность
хороший КПД выпрямителя
малые размеры

схема полумостового автогенератора с трансформатором тока в обратной связи рассчитана только для работы под нагрузкой
отсутствие защиты от короткого замыкания

Применение блока питания на электронном балласте и выпрямителе

Одно из применений – питание светодиодов, где соединение параллельное.

Такое соединение светодиодов упрощает их монтаж и повышает надежность всего светильника. Применение светодиодов в корпусе 5730 (могут быть любые другие) позволяет обойтись без отдельного радиатора, благодаря множеству источников тепловыделения небольшой мощности по большой площади. Тот же принцип охлаждения у светодиодных лент.

Светодиоды в таком включении питаются не совсем по феншую – правильное питание для светодиодов это стабилизированный ток. Ввиду дешевизны таких светодиодов, их можно применить гораздо больше чем нужно, таким образом средний ток через каждый светодиод получается меньше номинального, что хорошо сказывается на светоотдаче от каждого светодиода, повышении общей надежности и улучшает тепловой режим и охлаждение.

Самодельный светодиодный светильник

С этой схемой для питания светодиодов было сделано несколько светильников на лестничную клетку из жестяных коробок от печенья.

Приведу несколько фото светодиодного светильника, сделанного своими руками.

Вырезаем отверстие в крышке банки

Готовим прозрачный пластик

Монтируем электронику светильника

Вариант монтажа с датчиком освещенности

Другой вариант самодельного светильника. Плата (основание) для монтажа светодиодов – это кусок толщиной 1 мм из анодированного алюминия, вырезанного из cломаной крышки от ноутбука:

Сломанная крышка осталась после замены на новую. Алюминий крышки матрицы имеет прочное оксидное покрытие чёрного цвета, которое выступает изолятором, медную самоклеющуюся ленту наклеил непосредственно на пластину и припаял светодиоды на паяльную пасту, разогрев с низу феном. Получилась PCB плата и одновременно радиатор для охлаждения.

Медная лента и припой-крем можно купить в радиотоварах, или заказать на Али-Экспресс.

Монтаж светодиодов и электронного балласта, в процессе испытаний

Тот же вид, в включенным питанием, показан на фото в начале статьи.

Ещё был переделан светильник для люминесцентной лампы в светодиодный.

Переделка люминесцентного светильника в светодиодный

Как я монтировал светодиоды

Для монтажа светодиодов использована медная самоклеющаяся лента, которая после пайки светодиодов приклеивается на корпус светильника.

Пайка светодиодов на медную ленту

Медная самоклеющаяся лента после пайки светодиодов приклеивается на корпус светильника.

Светодиоды для этих светильников покупал на Али, это светодиоды 5730 и 5630.

Измерение КПД блока питания из балласта и зависимость КПД от нагрузки

Для данного светильника я применил электронный балласт от светильника 13 ватт.

Для исследования применял вольтамперметр и измеритель мощности.

Блок питания из энергосберегающей лампы: переделка своими руками

Балласт люминесцентной лампы

Вследствие того, что устройство может иметь такие высокие показатели частот, коэффициент потребления энергии возрастает до единицы, а это, в свою очередь, делает энергосберегающие лампы экономично выгодными.

В составе компактной люминесцентной лампочки (КЛЛ) имеются следующие элементы:

Биполярные транзисторы с защитными диодами. Как правило, они выдерживают напряжение в 700 В, а также силу тока до 4 А.
Трансформатор импульсного тока.
Электронный дроссель.
Конденсатор (10/50 В, а также 18В).
Двунаправленный триггерный неуправляемый диод (динистор).
Очень редко в устройстве содержится униполярный транзистор.

Важно отметить, что для выполнения ИБП брать схему, имеющую электролитический конденсатор, не рекомендуется. Это связано с тем, что она в приборе в качестве блока питания прослужит недолго. Также для этой цели не подходят электронные балласты, в составе которых имеются специальные платы небольших размеров.

Особенности импульсного блока питания

Принцип функционирования импульсного блока питания из энергосберегающей лампы заключается в следующем:

Входной выпрямитель, состоящий из диодного моста и конденсатора, превращает переменный ток (входной) в постоянный.
Инвертор, в свою очередь, трансформирует постоянный ток в переменный, но частота при этом возрастает с 50 Гц до 10 кГц, что является выше в 200 раз.
Такой ток передаётся на трансформатор. Он будет или повышать, или понижать напряжение.
Выходной выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, но при этом частота остаётся высокой.

При изготовлении ИБП лучше использовать диоды Шоттки, поскольку они меньше всего теряют энергию во время работы на высокой частоте (в отличие от кремниевых, у которых этот показатель значительно выше).

Изготовление ИБП своими руками

Использование трансформатора

Таким образом, можно сделать ИБП, который будет иметь мощность более 20 Вт.

Назначение выпрямителя

Наладка устройства

Подключение к шу

руповёрту

Блок питания из ЭПРА своими руками

Начнём с определения.

Основные компоненты ЭПРА

В составе подавляющего большинства таких устройств имеются:

Фильтр (могут отсекаться помехи из сети питания, или, наоборот, создаваемые самим блоком питания).
Выпрямитель.
Корректор мощности.
Выходной сглаживающий фильтр.
Инвертор.
Балласт.

Блоки могут реализовываться из самостоятельных радиоэлементов или на основе специальных микросхем.

Применение

Даже при беглом взгляде на состав ЭРПА становится понятно, что перед нами – готовый импульсный блок питания.

Переделка ЭПРА из энергосберегающей лампы

Так выглядит обычная люминесцентная лампа с цоколем Е27.

Рис. 1. Люминесцентная лампа с цоколем Е27

А так выглядит её принципиальная схема.

Рис. 2. Принципиальная схема люминесцентной лампы с цоколем Е27

Красным выделены элементы, которые необходимы для запуска колбы (они нам не понадобятся).

Физически блок выглядит так (после разбора лампы).

Рис. 3. Блок лампы с элементами

Намотать на него вторичную обмотку;
Выпаять и заменить на подходящий трансформатор (обязательно импульсный).

Здесь сразу необходимо оговориться о мощности такого ИБП.

Путь с минимальными трудозатратами – конечно, замена на подходящий.

Перемотка

Переделанная схема может иметь вид как на схеме ниже.

Рис. 4. Переделанная схема

Конденсаторы С9 – 0,1 мкФ, С10 – 470 мкФ. Диоды или диодный мост должны быть импульсными.

Дополнительный трансформатор

ЭРПА можно дополнить своим трансформатором. Например, как на схеме ниже.

Рис. 5. Схема дополненная трансформатором

Здесь не обошлось без мелких переделок основной схемы. Был заменён:

Резистор R0 (минимум 3 Вт, можно включить два по 10 Ом, 2 Вт параллельно).
Конденсатор C0 (напряжение – до 350 В).
Транзисторы 13007 (VT1 и 2, ставятся на радиаторы с площадью минимум 20 см²).

В качестве основы можно использовать ферритовое кольцо (2000НМ – 28 х 16 х 9мм или больше). В данной схеме использовалось кольцо с диаметрами 40 и 22 мм (внешний/внутренний), толщина – 20 мм. Первичная обмотка – 63 витка (ПЭЛ 0,85 мм2), вторичные – по 12 витков (провод тот же).

Схема 2 позволяет довести мощность блока питания до 100 Вт.

Больший ток может понадобиться для питания галогеновых ламп или для других задач.

Как посчитать витки трансформатора

Это, наверное, ключевой вопрос в переделке.

Алгоритм действий таков:

1.На дроссель необходимо намотать удобное количество витков (10/20/30 и т.п.).

2.Подключить нагрузку (это может быть резистор с рассеиваемой мощностью 30 Вт и больше).

3.Запитать схему и снять измерения на выходе (то есть на нагрузке).

4.Теперь легко понять какое напряжение приходится на 1 виток (имеющееся напряжение делите на количество намотанных витков).

5.Теперь можно рассчитать необходимое вам количество витков (требуемое напряжение делите на “цену” одного витка).

6.Наматываете своё количество витков.

Автор: RadioRadar

Как сделать блок питания из энергосберегающих ламп

Энергосберегающие лампы широко применяются в быту и на производстве, со временем они приходят в негодность, а между тем многие из них после несложного ремонта можно восстановить. Если вышел из строя сам светильник, то из электронной «начинки» можно сделать довольно мощный блок питания на любое нужное напряжение.

Как выглядит блок питания из энергосберегающей лампы

В быту часто требуется компактный, но в то же время мощный низковольтный блок питания, сделать такой можно, используя вышедшую из строя энергосберегающую лампу. В лампах чаще всего выходят из строя светильники, а блок питания остается в рабочем состоянии.

Для того чтобы сделать блок питания, необходимо разобраться в принципе работы электроники, содержащейся в энергосберегающей лампе.

Достоинства импульсных блоков питания

В последние годы наметилась явная тенденция к уходу от классических трансформаторных блоков питания к импульсным. Это связано, в первую очередь, с большими недостатками трансформаторных блоков питания, таких как большая масса, малая перегрузочная способность, малый КПД.

Устранение этих недостатков в импульсных блоках питания, а также развитие элементной базы позволило широко использовать эти узлы питания для устройств с мощностью от единиц ватт до многих киловатт.

Схема блока питания

Принцип работы импульсного блока питания в энергосберегающей лампе точно такой же, как в любом другом устройстве, например, в компьютере или телевизоре.

В общих чертах работу импульсного блока питания можно описать следующим образом:

Переменный сетевой ток преобразуется в постоянный без изменения его напряжения, т.е. 220 В.
Широтно-импульсный преобразователь на транзисторах превращает постоянное напряжение в прямоугольные импульсы, с частотой от 20 до 40 кГц (в зависимости от модели лампы).
Это напряжение через дроссель подается на светильник.

Рассмотрим схему и порядок работы импульсного блока питания лампы (рисунок ниже) более подробно.

Схема электронного балласта энергосберегающей лампы

Сетевое напряжение поступает на мостовой выпрямитель(VD1-VD4) через ограничительный резистор R₀ небольшого сопротивления, далее выпрямленное напряжение сглаживается на фильтрующем высоковольтном конденсаторе (С₀), и через сглаживающий фильтр (L0) подается на транзисторный преобразователь.

Запуск транзисторного преобразователя происходит в тот момент, когда напряжение на конденсаторе С1 превысит порог открытия динистора VD2. Это запустит в работу генератор на транзисторах VT1 и VT2, благодаря чему возникает автогенерация на частоте около 20 кГц.

Другие элементы схемы, такие как R2, C8 и C11, играют вспомогательную роль, облегчая запуск генератора. Резисторы R7 и R8 увеличивают скорость закрытия транзисторов.

А резисторы R5 и R6 служат как ограничительные в цепях баз транзисторов, R3 и R4 предохраняют их от насыщения, а в случае пробоя играют роль предохранителей.

Диоды VD7, VD6 – защитные, хотя во многих транзисторах, предназначенных для работы в подобных устройствах, такие диоды встроены.

TV1 – трансформатор, с его обмоток TV1-1 и TV1-2, напряжение обратной связи с выхода генератора подается в базовые цепи транзисторов, создавая тем самым условия для работы генератора.

На рисунке выше красным цветом выделены детали, подлежащие удалению при переделке блока, точки А–А` нужно соединить перемычкой.

Переделка блока

Перед тем как приступить к переделке блока питания, следует определиться с тем, какую мощность тока необходимо иметь на выходе, от этого будет зависеть глубина модернизации. Так, если требуется мощность 20-30 Вт, то переделка будет минимальной и не потребует большого вмешательства в существующую схему. Если необходимо получить мощность 50 и более ватт, то модернизация потребуется более основательная.

Следует иметь в виду, что на выходе блока питания будет постоянное напряжение, а не переменное. Получить от такого блока питания переменное напряжение частотой 50 Гц невозможно.

Определяем мощность

Мощность можно вычислить по формуле:

P=I*U, где

Р – мощность, Вт;

I – сила тока, А;

U – напряжение, В.

Например, возьмем блок питания со следующими параметрами: напряжение – 12 В, сила тока – 2 А, тогда мощность будет:

Р=2*12=24 Вт

С учетом перегрузки можно принять 24-26 Вт, так что для изготовления такого блока потребуется минимальное вмешательство в схему энергосберегающей лампы мощностью 25 Вт.

Новые детали

Добавление новых деталей в схему

Добавляемые детали выделены красным цветом, это:

диодный мост VD14-VD17;
два конденсатора С₉, С₁₀;
дополнительная обмотка, размещенная на балластном дросселе L5, количество витков подбирается опытным путем.

Добавляемая обмотка на дроссель играет еще одну немаловажную роль разделительного трансформатора, предохраняя от попадания сетевого напряжения на выход блока питания.

Чтобы определить необходимое количество витков в добавляемой обмотке, следует проделать следующие действия:

на дроссель наматывают временную обмотку, примерно 10 витков любого провода;
соединяют с нагрузочным сопротивлением, мощностью не менее 30 Вт и сопротивлением примерно 5-6 Ом;
включают в сеть, замеряют напряжение на нагрузочном сопротивлении;
полученное значение делят на количество витков, узнают, сколько вольт приходится на 1 виток;
вычисляют необходимое число витков для постоянной обмотки.

Более детальный расчет приведен ниже.

При испытательных включениях рекомендуется применять схему, которая предохранит от выхода из строя блока питания, ее схематичное изображение приведено на рисунке ниже.

Испытательное включение переделанного блока питания

После этого легко вычислить необходимое число витков. Для этого напряжение, которое планируется получить от этого блока, делят на напряжение одного витка, получается количество витков, к полученному результату добавляют про запас примерно 5-10%.

W=U_вых/U_вит,где

W – количество витков;

U_вых – требуемое выходное напряжение блока питания;

U_вит – напряжение на один виток.

Намотка дополнительной обмотки на штатный дроссель

Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При намотке поверх нее дополнительной обмотки необходимо предусмотреть межобмоточную изоляцию, особенно если наматывается провод типа ПЭЛ, в эмалевой изоляции. Для межобмоточной изоляции можно применить ленту из политетрафторэтилена для уплотнения резьбовых соединений, которой пользуются сантехники, ее толщина всего 0,2 мм.

Мощность в таком блоке ограничена габаритной мощностью используемого трансформатора и допустимым током транзисторов.

Блок питания повышенной мощности

Для этого потребуется более сложная модернизация:

дополнительный трансформатор на ферритовом кольце;
замена транзисторов;
установка транзисторов на радиаторы;
увеличение емкости некоторых конденсаторов.

В результате такой модернизации получают блок питания мощностью до 100 Вт, при выходном напряжении 12 В. Он способен обеспечить ток 8-9 ампер. Этого достаточно для питания, например, шуруповерта средней мощности.

Схема модернизированного блока питания приведена на рисунке ниже.

Блок питания мощностью 100 Вт

Как видно на схеме, резистор R₀ заменен на более мощный (3-ваттный), его сопротивление уменьшено до 5 Ом. Его можно заменить на два 2-ваттных по 10 Ом, соединив их параллельно. Далее, С₀ – его емкость увеличена до 100 мкф, с рабочим напряжением 350 В. Если нежелательно увеличивать габариты блока питания, то можно подыскать миниатюрный конденсатор такой емкости, в частности, его можно взять из фотоаппарата-мыльницы.

Для обеспечения надежной работы блока полезно несколько уменьшить номиналы резисторов R₅и R₆, до 18–15 Ом, а также увеличить мощность резисторов R₇, R₈ и R₃, R₄. Если частота генерации окажется невысокой, то следует увеличить номиналы конденсаторов C₃ и C₄ – 68n.

Импульсный трансформатор

Самым сложным может оказаться изготовление трансформатора. Для этой цели в импульсных блоках чаще всего используют ферритовые кольца соответствующих размеров и магнитной проницаемости.

Расчет таких трансформаторов довольно сложен, но в интернете есть много программ, с помощью которых это очень легко сделать, например, «Программа расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT».

Как выглядит импульсный трансформатор

Расчет, проведенный с помощью этой программы, дал следующие результаты:

Для сердечника используется ферритовое кольцо, его внешний диаметр – 40, внутренний – 22, а толщина – 20 мм. Первичная обмотка проводом ПЭЛ – 0,85 мм² имеет 63 витка, а две вторичных тем же проводом – 12.

Вторичную обмотку необходимо наматывать сразу в два провода, при этом их желательно предварительно слегка скрутить между собой по всей длине, так как эти трансформаторы очень чувствительны к несимметричности обмоток. Если не соблюдать это условие, то диоды VD14 и VD15 будут нагреваться неравномерно, а это еще больше увеличит несимметричность что, в конце концов, выведет их из строя.

Зато такие трансформаторы легко прощают значительные ошибки при расчете количества витков, до 30%.

Транзисторы

Так как эта схема изначально рассчитывалась для работы с лампой мощностью 20 Вт, то установлены транзисторы 13003. На рисунке ниже позиция (1) – транзисторы средней мощности, их следует заменить на более мощные, например, 13007, как на позиции (2). Возможно, их придется установить на металлическую пластину (радиатор), площадью около 30 см².

Замена транзисторов

Испытание

Пробное включение стоит проводить с соблюдением некоторых мер предосторожности, чтобы не вывести из строя блок питания:

Первое пробное включение производить через лампу накаливания 100 Вт, чтобы ограничить ток на блок питания.
К выходу обязательно подключить нагрузочный резистор 3-4 Ома, мощностью 50-60 Вт.
Если все прошло штатно, дать поработать 5-10 мин., отключить и проверить степень нагрева трансформатора, транзисторов и диодов выпрямителя.

Если в процессе замены деталей не были допущены ошибки, блок питания должен заработать без проблем.

Если пробное включение показало работоспособность блока, остается испытать его в режиме полной нагрузки. Для этого сопротивление нагрузочного резистора уменьшить до 1,2-2 Ом и включить его в сеть напрямую без лампочки на 1-2 минуты. После чего отключить и проверить температуру транзисторов: если она превышает 60⁰С, то их придется установить на радиаторы.

В качестве радиатора можно использовать как заводской радиатор, что будет наиболее верным решением, так и алюминиевую пластину, толщиной не менее 4 мм и площадью 30 кв.см. Под транзисторы необходимо подложить слюдяную прокладку, крепить их к радиатору нужно с помощью винтов с изолирующими втулками и шайбами.

Блок из лампы. Видео

О том, как сделать импульсный блок питания из эконом лампы, видео ниже.

Импульсный блок питания из балласта энергосберегающей лампы можно сделать своими руками, имея минимальные навыки работы с паяльником.

Оцените статью:

Световод: люминесцентные балласты

Световод

Для работы всех газоразрядных ламп, в том числе люминесцентных, требуется балласт. Балласт обеспечивает высокое начальное напряжение для инициирования разряда, а затем быстро ограничивает ток лампы для безопасного поддержания разряда. Производители ламп указывают электрические входные характеристики лампы (ток лампы, пусковое напряжение, пик-фактор тока и т. Д.), Необходимые для достижения номинального срока службы лампы и характеристик выходного светового потока.Аналогичным образом, Американский национальный институт стандартов (ANSI) публикует рекомендуемые характеристики входной мощности для всех ламп типа ANSI. Балласты предназначены для оптимальной работы ламп уникального типа; однако некоторые пускорегулирующие устройства могут адекватно работать с несколькими типами ламп. В этих случаях оптимальные характеристики лампы обычно не достигаются при всех условиях. Менее чем оптимальные условия могут повлиять на пусковые характеристики лампы, светоотдачу и срок службы.

Тип цепи и режим работы

Люминесцентные балласты производятся для трех основных типов люминесцентных ламп: предварительного нагрева, быстрого запуска и мгновенного запуска.

Операция предварительного нагрева Электроды лампы нагреваются до начала разряда. «Выключатель стартера» замыкается, позволяя току течь через каждый электрод. Выключатель стартера быстро охлаждается, размыкая выключатель и вызывая напряжение питания на дуговой трубке, вызывая разряд. Во время работы на электроды не подается вспомогательное питание.

Операция быстрого запуска Электроды лампы нагреваются до и во время работы.Балластные трансформаторы имеют две специальные вторичные обмотки для подачи на электроды надлежащего низкого напряжения.

Операция мгновенного запуска Электроды лампы не нагреваются перед работой. Балласты для ламп мгновенного пуска предназначены для обеспечения относительно высокого пускового напряжения (по сравнению с лампами предварительного нагрева и быстрого пуска) для инициирования разряда на ненагретых электродах.

Быстрый запуск – самый популярный режим работы для 4-футовых 40-ваттных ламп и 8-футовых ламп высокой мощности.Преимущества быстрого запуска включают плавный запуск, длительный срок службы и возможность регулирования яркости. Лампы мощностью менее 30 Вт обычно работают в режиме предварительного нагрева. Лампы, работающие в этом режиме, более эффективны, чем режим быстрого запуска, поскольку для постоянного нагрева электродов не требуется отдельная мощность. Однако эти лампы имеют тенденцию мерцать при запуске и имеют более короткий срок службы. Восьмифутовые «тонкие» лампы работают в режиме мгновенного пуска. Мгновенный запуск более эффективен, чем быстрый запуск, но, как и в режиме предварительного нагрева, срок службы лампы короче.Лампа F32T8 высотой 4 фута 32 Вт – это лампа для быстрого пуска, обычно работающая в режиме мгновенного пуска с электронными высокочастотными балластами. В этом режиме работы эффективность лампы повышается с некоторым сокращением срока службы лампы.

Энергоэффективность

Люминесцентные лампы достаточно эффективны при преобразовании входной мощности в свет. Тем не менее, большая часть энергии, подаваемой в систему балласта люминесцентных ламп, производит ненужную тепловую энергию.

Есть три основных средства повышения эффективности системы балластных люминесцентных ламп:

Уменьшить балластные потери
Включите лампу (лампы) на высокой частоте
Снижение потерь на электроды лампы

Новые, более энергоэффективные балласты, как магнитные, так и электронные, используют один или несколько из этих методов для повышения эффективности системы балласта лампы, измеряемой в люменах на ватт.Потери в магнитных балластах были уменьшены за счет замены алюминиевых проводов на медные и за счет использования магнитных компонентов более высокого качества. Потери балласта также могут быть уменьшены за счет использования одного балласта для управления тремя или четырьмя лампами вместо одной или двух. Тщательная схемотехника увеличивает эффективность электронных балластов. Кроме того, электронные балласты, которые преобразуют частоту источника питания 60 Гц в высокую частоту, работают с люминесцентными лампами более эффективно, чем это возможно при 60 Гц. Наконец, в схемах быстрого запуска некоторые магнитные балласты повышают эффективность за счет отключения питания электродов лампы после запуска.

Балластный фактор

Одним из наиболее важных параметров балласта для проектировщика / инженера по свету является коэффициент балласта. Балластный коэффициент необходим для определения светоотдачи конкретной балластной системы лампы. Фактор балласта – это мера фактического светового потока для конкретной системы балласта лампы по сравнению с номинальным световым потоком, измеренным с эталонным балластом в условиях испытаний ANSI (на открытом воздухе при 25 ° C [77 ° F]). Для балласта ANSI для стандартных 40-ваттных ламп F40T12 требуется балластный коэффициент равный 0.95; такой же балласт имеет балластный коэффициент 0,87 для 34-ваттных энергосберегающих ламп Ф40Т12. Однако многие балласты доступны как с высоким (в соответствии со спецификациями ANSI), так и с низким балластным коэффициентом (от 70 до 75%). Важно отметить, что значение балластного фактора является характеристикой не просто балласта, а балластной системы лампы. Балласты, которые могут работать с несколькими типами ламп (например, балластный блок F40 мощностью 40 Вт может работать с лампами F40T12 мощностью 40 Вт, F40T12 на 34 Вт или F40T10 мощностью 40 Вт), как правило, будут иметь различный балластный коэффициент для каждой комбинации ( е.g., 95%, <95% и> 95% соответственно).

Балластный фактор не является показателем энергоэффективности. Хотя более низкий балластный коэффициент уменьшает световой поток лампы, она также потребляет пропорционально меньшую входную мощность. Таким образом, тщательный выбор системы балласта лампы с определенным балластным коэффициентом позволяет дизайнерам лучше минимизировать потребление энергии за счет «настройки» уровней освещения в помещении. Например, в новом строительстве, как правило, лучше всего использовать высокий балластный коэффициент, поскольку для удовлетворения требований к уровню освещенности потребуется меньше светильников.При модернизации или в областях с менее важными визуальными задачами, таких как проходы и коридоры, балласты с более низким балластным фактором могут быть более подходящими.

Чтобы избежать резкого сокращения срока службы лампы, балласты с низким балластным коэффициентом (<70%) должны работать с лампами только в режиме быстрого запуска. Это особенно актуально для 32-ваттных ламп F32T8, работающих на высокой частоте.

Найти балластный коэффициент для комбинаций лампы и балласта может быть непросто, так как немногие производители балластов предоставляют эту информацию в своих каталогах.Однако, если входная мощность для конкретной системы балласта лампы известна (обычно ее можно найти в каталогах), можно оценить балластный коэффициент.

Мерцание

Электромагнитные балласты предназначены для согласования входного напряжения 60 Гц с электрическими требованиями ламп. Магнитный балласт изменяет напряжение, но не частоту. Таким образом, напряжение лампы пересекает ноль 120 раз в секунду, что приводит к колебаниям светоотдачи 120 Гц. Это приводит к мерцанию около 30% для стандартных галофосфорных ламп, работающих при 60 Гц.Мерцание обычно незаметно, но есть свидетельства того, что мерцание такой силы может вызывать побочные эффекты, такие как напряжение глаз и головная боль.

Большинство электронных балластов, с другой стороны, работают на высоких частотах, что снижает мерцание лампы до практически незаметного уровня. Процент мерцания конкретного балласта обычно указывается производителем. Для данного балласта процент мерцания будет функцией типа лампы и состава люминофора.

Слышимый шум

Одной из характеристик электромагнитных балластов с железным сердечником, работающих на частоте 60 Гц, является создание слышимого шума.Шум может увеличиваться при высоких температурах, и он усиливается некоторыми конструкциями светильников. В лучших балластах используются высококачественные материалы и обработка для снижения шума. Уровень шума оценивается A, B, C или D в порядке убывания предпочтения. Балласт с рейтингом «А» будет тихо гудеть; балласт с рейтингом «D» будет издавать громкое жужжание. Количество балластов, их уровень шума и характер окружающего шума в комнате определяют, будет ли система создавать звуковые помехи.

Практически все энергоэффективные магнитные балласты для ламп F40T12 и F32T8 имеют рейтинг «А», за некоторыми исключениями, такими как низкотемпературные балласты.Тем не менее, шум магнитных балластов может быть заметен в особенно тихой среде, например в библиотеке. С другой стороны, хорошо спроектированные электронные балласты высокой частоты не должны издавать заметного гула. Все электронные балласты имеют рейтинг «А» по звуку.

Затемнение

В отличие от ламп накаливания, люминесцентные лампы не могут быть должным образом затемнены с помощью простого настенного устройства, такого как те, которые используются для ламп накаливания. Чтобы люминесцентная лампа могла регулировать яркость во всем диапазоне без сокращения срока службы лампы, необходимо поддерживать напряжение нагревателя ее электрода, в то время как ток дуги лампы снижается.Таким образом, лампы, работающие в режиме быстрого запуска, являются единственными люминесцентными лампами, подходящими для широкого диапазона диммирования. Мощность, необходимая для поддержания постоянного напряжения на электродах во всех условиях диммирования, означает, что диммирующие балласты будут менее эффективными при работе ламп на пониженных уровнях.

Диммирующие балласты доступны как в магнитной, так и в электронной версиях, но использование электронных диммирующих балластов дает явные преимущества. Для регулирования яркости ламп магнитным пускорегулирующим устройствам требуется ПРА, содержащее дорогостоящие устройства переключения большой мощности, которые регулируют входную мощность, подаваемую на пускорегулирующие устройства.Это экономически целесообразно только при управлении большим количеством балластов в одной ответвленной цепи. Кроме того, светильники должны управляться в больших зонах, которые определяются схемой системы распределения электроэнергии. Поскольку система распределения фиксируется на ранних этапах процесса проектирования, системы управления, использующие балласты с магнитным регулированием яркости, негибкие и неспособны приспосабливаться к изменениям в схемах использования.

Диммирование ламп с электронным балластом, с другой стороны, осуществляется внутри самого балласта.Электронные балласты изменяют выходную мощность ламп с помощью сигнала низкого напряжения в выходной цепи. Переключающие устройства большой мощности для кондиционирования входной мощности не требуются. Это позволяет управлять одним или несколькими балластами независимо от системы распределения электроэнергии. В системах электронного балласта с регулируемой яркостью можно использовать низковольтную сеть управления для группирования балластов в зоны управления произвольного размера. Эта сеть управления может быть добавлена во время ремонта здания или даже, в некоторых случаях, во время модернизации освещения.Низковольтную проводку не нужно прокладывать в кабелепроводе, что помогает снизить затраты на установку. Кроме того, менее затратно изменить размер и протяженность зон освещения путем перенастройки низковольтной проводки при изменении схемы использования. Низковольтная проводка также совместима с фотоэлементами, датчиками присутствия и входами системы управления энергопотреблением (EMS).

Диапазон диммирования балластов сильно различается. С большинством электронных диммируемых балластов уровни освещенности могут варьироваться от полной мощности до минимум примерно 10% от полной мощности.Тем не менее, также доступны электронные балласты с полным диапазоном диммирования, которые работают с лампами при световом потоке до 1%. Балласты с магнитным диммированием также предлагают множество вариантов диммирования, включая диммирование во всем диапазоне.

Адаптировано из Advanced Lighting Guidelines: 1993 (второе издание), первоначально опубликованного Комиссией по энергетике Калифорнии.

Дополнительные световоды

Что зажигает ваш свет? Балласты и драйверы

Что зажигает ваш свет?

(Балласт vs.Драйверы)

В отличие от простой нагреваемой нити накаливания, как для светодиодов, так и для люминесцентных ламп требуется буфер между лампами и исходным источником питания. Флуоресцентные лампы используют балласты, а светодиоды – драйверы. (Драйверы светодиодов также могут считаться балластами, но в большей части документации предпочтительны «драйверы» или «источники питания», чтобы избежать путаницы с люминесцентными балластами.) И балласты, и драйверы делают больше, чем просто заряжают соответствующие лампы. Они являются важным элементом для запуска и управления вашими осветительными приборами, от первого щелчка переключателя до десятков тысяч часов работы.

Чем они занимаются

Флуоресцентные балласты обеспечивают начальный всплеск высокого напряжения, генерируя дугу, которая проходит от катода к аноду внутри разрядной трубки. Когда загорается свет, балласт действует как регулятор тока. Драйверы светодиодов преобразуют переменный ток высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения, для работы от которого предназначены светодиоды. И балласты люминесцентных ламп, и драйверы светодиодов защищают свет от колебаний в электросети. Нерегулярные падения или скачки напряжения могут повлиять на качество света и сократить длину лампы.

В то время как светодиодные осветительные приборы появились сравнительно недавно, люминесцентные лампы были представлены в 1939 году. За почти 80 лет разработки появилось множество вариаций конструкции и сложности балласта. Старые магнитные балласты состояли из катушек индуктивности, конденсаторов и последовательного резистора. Этого было достаточно, чтобы люминесцентные лампы стали предпочтительными осветительными приборами для коммерческих приложений, но они заработали репутацию из-за производимого ими жужжащего шума и мерцания, которые сигнализировали об окончании их продуктивной жизни.Современные твердотельные электронные балласты в значительной степени устранили эти проблемы, одновременно сократив потребление энергии.

Внутренние и внешние драйверы и балласты

Бытовые лампы обычно включают в себя внутренний драйвер (светодиоды) или твердотельный балласт (CFL), чтобы их можно было вкрутить в стандартную розетку E26. Без этой части обратной совместимости ни один из форм-факторов, вероятно, не понравился бы потребителям.

Аналогичным образом, светодиодные ламповые лампы, разработанные для замены люминесцентных ламп, часто имеют встроенный драйвер, позволяющий легко вставлять лампочки в существующие светильники.Это огромный аргумент для владельцев коммерческой недвижимости и управляющих объектами, поскольку он сокращает капитальные вложения, необходимые для перехода от существующей системы освещения.

На противоположном конце спектра от встроенных драйверов удаленные балласты и драйверы могут быть расположены довольно далеко от реальных ламп и часто используются для питания более чем одного источника одновременно.

Светодиодные индикаторы температуры

Светодиоды

работают при очень низкой физической температуре, поскольку лампы не нагреваются так же, как лампы накаливания.Однако сами светильники выделяют изрядное количество тепла. Если приспособление установлено неправильно, неправильная вентиляция может вызвать резкое повышение внутренней температуры. Хотя это почти никогда не является проблемой безопасности, повышение температуры может привести к высыханию электролитного геля внутри конденсаторов драйвера, что резко сократит срок службы лампы.

Затемнение и цвет

И драйверы светодиодов, и электронные люминесцентные балласты доступны в моделях с регулируемой яркостью.Для уменьшения яркости люминесцентные балласты должны поддерживать внутреннюю температуру разрядной трубки, чтобы обеспечить возбуждение газа при изменении напряжения. Для светодиодов процесс намного проще; при понижении напряжения яркость ламп соответственно просто падает без потери эффективности. Эта более простая технология означает, что драйверы светодиодов с регулируемой яркостью имеют более низкую цену, чем флуоресцентные.

Подобно устройствам с регулируемой яркостью, светодиоды с изменением цвета максимально используют драйверы светодиодов.Независимо от того, выполняется ли изменение цвета путем уменьшения яркости определенного процента цветных светодиодов, организованных в массив, или путем использования красного, синего и зеленого для создания спектра цветов, светодиоды являются универсальными инструментами для диапазона оттенков. А поскольку светодиоды относительно легко интегрируются с печатными платами, их можно настроить так, чтобы они следовали заранее запрограммированным последовательностям или настраивали на лету.

Вопросы безопасности

Как упоминалось ранее, люминесцентные балласты увеличивают стандартные напряжения для начального зажигания дуги, а драйверы светодиодов снижают их до низкого уровня (UL Class 2).Это означает, что на уровне лампы практически отсутствует риск возгорания или поражения электрическим током.

И светодиоды, и люминесцентные лампы могут использоваться для наружного применения, если светильники предназначены для наружного использования. Люминесцентным лампам требуется немного больше начального усиления для освещения при низких температурах, и оба типа ламп должны быть установлены с соответствующими внешними драйверами или балластами.

Наконец, некоторые вставки для светодиодных трубок для существующих люминесцентных светильников поставляются в «ударопрочном» варианте.Хотя эти лампы все еще можно разбить, их кожухи из пластика и стали означают, что не будет кучи осколков стекла, которые можно было бы подметать, если обслуживающий персонал уронит один во время установки.

Обладая четким пониманием того, как люминесцентные балласты и драйверы светодиодов вписываются в вашу общую систему освещения, вы сможете лучше принимать решения относительно обновлений, замен и выделения бюджетных средств на обслуживание освещения.

Обладая более чем десятилетним опытом строительства, Дэн Стаут пишет статьи, которые помогают демистифицировать отрасль как для подрядчиков, так и для клиентов.Посетите его по телефону www.DanStout.com .

Все, что вам нужно знать о балластах – блог 1000Bulbs.com

Если в вашем офисе, на складе или в здании используются люминесцентные лампы или светодиодные ламповые лампы Plug and Play, для бесперебойной работы вам необходим балласт. Вы знаете, что балласт – важная часть приспособления, но знаете, почему и как он работает?

Что такое балласт?

Проще говоря, балласт – это сердце люминесцентной лампы, которая передает энергию (перекачивает кровь) через лампу.Балласт обеспечивает правильное количество напряжения для запуска ламп и регулирует величину тока, протекающего к ним при включении. Чтобы запустить люминесцентную лампу, необходимо создать дугу между двумя электродами в лампе. Эта дуга возникает, когда балласт быстро подает нужное количество напряжения и электрического тока для зажигания дуги. Затем он сразу же ограничивает потребляемое напряжение и ток до уровня, достаточного для получения стабильного светового потока. Без этого регулирования люминесцентная лампа, получающая энергию непосредственно от источника питания высокого напряжения, неконтролируемо увеличивала бы потребление тока.Это приведет к перегреву лампы и ее возгоранию в течение нескольких секунд. ПРА предназначены для работы с определенным количеством ламп определенного типа при определенном напряжении. Это означает, что не все балласты совместимы со всеми люминесцентными лампами.

Какие типы балластов?

Люминесцентные балласты двух типов: магнитные и электронные. Магнитные балласты – это более старая технология, которая обычно используется либо в методах предварительного нагрева, либо в методах быстрого запуска.Эти балласты, как правило, дешевле других, но имеют тенденцию гудеть и мерцать примерно 120 раз в секунду. Методы предварительного нагрева и быстрого запуска нагревают катоды лампы до того, как балласт подает напряжение для запуска лампы. Электронные балласты работают относительно тихо, устраняя мерцание, характерное для магнитных балластов, и более энергоэффективны. Этот тип балласта может быть быстрым, мгновенным или запрограммированным.

Балласты мгновенного пуска зажигают свет быстрее всего.Однако они разработаны, чтобы оставаться включенными или выключенными в течение более длительных циклов. Частое включение и выключение может сократить срок службы лампы в долгосрочной перспективе. Их называют мгновенным запуском, потому что они запускают лампу мгновенно, пропуская через лампу около 600 Вольт, чтобы запустить катоды. Запрограммированный запуск, также известный как запрограммированный быстрый запуск, пускорегулирующие устройства запускаются медленнее, но не имеют разрушительного эффекта мгновенного пускового балласта при использовании с более частыми циклами включения-выключения. Этот тип балласта представляет собой интеллектуальный балласт для быстрого пуска.Этот тип балласта определяет температуру катодов лампы и использует достаточно энергии, необходимой для их зажигания. Поскольку холодные катоды требуют больше энергии для зажигания, эти балласты более энергоэффективны, чем другие балласты. Они разработаны для помещений с частыми циклами включения / выключения, таких как лестничные клетки, коридоры или ванные комнаты, оборудованные датчиками присутствия / отсутствия людей.

Когда мне следует заменять балласт?

Хотя замена не является обычной потребностью, примерно по прошествии трех лет можно увидеть некоторое снижение эффективности балласта приспособления.Они имеют тенденцию выходить из строя постепенно, поэтому лампы переходят от незначительных проблем с поддержанием полной светоотдачи до полного отказа от освещения. Все балласты в какой-то момент выходят из строя, поэтому важно знать признаки отказа. Если ваш свет кажется тусклым, гудящим, быстро мерцающим или меняющим цвет, возможно, пришло время отремонтировать ваш прибор.

Мы что-нибудь пропустили? Оставьте любые другие вопросы о балластах в разделе комментариев ниже или свяжитесь с одним из наших специалистов по освещению по телефону 1-800-624-4488, с понедельника по пятницу, с 7:00 до 19:00 по центральному поясному времени.

Прочие ламповые технологии – характеристики

Для светодиодных ламп см. Светодиодное освещение.

Лампы накаливания

Лампы накаливания с прямым питанием

Из-за очень высокой температуры нити накала во время работы (до 2500 ° C) ее сопротивление сильно варьируется в зависимости от того, включена лампа или нет. Поскольку холодное сопротивление низкое, при зажигании возникает пик тока, который может в 10-15 раз превышать номинальный ток в течение нескольких миллисекунд или даже нескольких миллисекунд.

Это ограничение влияет как на обычные лампы, так и на галогенные лампы: оно налагает сокращение максимального количества ламп, которые могут получать питание от таких устройств, как переключатели дистанционного управления, модульные контакторы и реле для шинопровода.

Некоторые галогенные лампы малой мощности питаются напряжением 12 или 24 В через трансформатор или электронный преобразователь. В трансформаторе явление намагничивания сочетается с явлением изменения сопротивления нити при включении.Пусковой ток может превышать номинальный ток в 50–75 раз за несколько миллисекунд. Использование диммерных переключателей, расположенных выше по потоку, значительно снижает это ограничение.
Электронные преобразователи с той же номинальной мощностью дороже, чем решения с трансформатором. Этот коммерческий недостаток компенсируется большей простотой установки, поскольку их низкое тепловыделение означает, что они могут быть закреплены на легковоспламеняющейся опоре. Более того, они обычно имеют встроенную термозащиту.

Новые галогенные лампы ELV теперь доступны с трансформатором, встроенным в их цоколь. Они могут питаться напрямую от сети низкого напряжения и могут заменять обычные лампы без какой-либо специальной адаптации.

Диммирование ламп накаливания

Это можно получить, изменяя напряжение, подаваемое на лампу.

Это изменение напряжения обычно выполняется таким устройством, как диммерный переключатель симистора, путем изменения его угла включения в период линейного напряжения.Форма волны напряжения, приложенного к лампе, показана на рис. N57a. Этот метод, известный как «управление включением», подходит для подачи питания на резистивные или индуктивные цепи.

Другая технология, подходящая для питания емкостных цепей, была разработана с использованием электронных компонентов MOS или IGBT. Этот метод изменяет напряжение путем блокировки тока до конца полупериода (см. рис. N57b) и известен как «управление отсечкой».

Рис. N57 – Форма напряжения, подаваемого светорегулятором при 50% максимального напряжения с помощью следующих методов:

Постепенное включение лампы также может уменьшить или даже устранить пик тока при зажигании.

Поскольку ток лампы искажается электронным переключением, возникают гармонические токи. Порядок гармоник 3 ^rd является преобладающим, а процент гармоники тока 3 ^rd, относящейся к максимальному току основной гармоники (при максимальной мощности), представлен на рис. N58.

Рис. N58 – Процент тока 3-й гармоники в зависимости от мощности, подаваемой на лампу накаливания с помощью электронного регулятора освещенности

Обратите внимание, что на практике мощность, подаваемая на лампу переключателем диммера, может изменяться только в диапазоне от 15 до 85% максимальной мощности лампы.

В соответствии со стандартом IEC 61000-3-2, устанавливающим пределы излучения гармоник для электрических или электронных систем с током ≤ 16 A, применяются следующие меры:

Независимые диммеры для ламп накаливания с номинальной мощностью менее или равной 1 кВт, для которых не применяются ограничения
В противном случае или для осветительного оборудования накаливания со встроенным диммером или диммером, встроенным в кожух, максимально допустимый гармонический ток 3 ^rd равен 2.30 A

Люминесцентные и газоразрядные лампы с магнитным балластом

Люминесцентные лампы и газоразрядные лампы требуют ограничения силы дуги, и эту функцию выполняет дроссель (или магнитный балласт), установленный последовательно с самой лампой (см. Рис. N59).

Рис. N59 – Магнитные балласты

Эта конструкция чаще всего используется в домашних условиях с ограниченным количеством трубок. К переключателям не применяется никаких особых ограничений.

Диммерные переключатели несовместимы с магнитными балластами: снятие напряжения на часть периода прерывает разряд и полностью гасит лампу.

Стартер выполняет двойную функцию: предварительный нагрев электродов трубки и последующее создание перенапряжения для зажигания трубки. Это перенапряжение возникает в результате размыкания контакта (контролируемого термовыключателем), который прерывает ток, циркулирующий в магнитном балласте.

Во время работы стартера (ок.1 с), ток, потребляемый светильником, примерно вдвое превышает номинальный ток.

Поскольку ток, потребляемый сборкой трубки и балласта, является по существу индуктивным, коэффициент мощности очень низкий (в среднем от 0,4 до 0,5). В установках, состоящих из большого количества трубок, необходимо предусмотреть компенсацию для улучшения коэффициента мощности. двойная серия, также называемая «дуэт», и области их применения

Компенсационные конденсаторы рассчитаны таким образом, чтобы общий коэффициент мощности был больше 0.85. В наиболее распространенном случае параллельной компенсации ее емкость составляет в среднем 1 мкФ на 10 Вт активной мощности для любого типа лампы. Однако эта компенсация несовместима с переключателями яркости.

Ограничения, влияющие на компенсацию

Схема параллельной компенсации создает ограничения на зажигание лампы. Поскольку конденсатор изначально разряжен, включение вызывает перегрузку по току. Также возникает перенапряжение из-за колебаний в цепи, состоящей из конденсатора и индуктивности источника питания.

Следующий пример можно использовать для определения порядков величины.

Предполагая сборку из 50 люминесцентных ламп по 36 Вт каждая:

Суммарная активная мощность: 1800 Вт
Полная мощность: 2 кВА
Суммарный действующий ток: 9 А
Пиковый ток: 13 А

При:

Общая емкость: C = 175 мкФ
Линейная индуктивность (соответствует току короткого замыкания 5 кА): L = 150 мкГн

Максимальный пиковый ток при включении равен:

Ic = VmaxcL = 2302175 × 10−6150 × 10−6 = 350A {\ displaystyle Ic = V_ {max} {\ sqrt {\ frac {c} {L}}} = 230 {\ sqrt {2}} { \ sqrt {\ frac {175 \ times 10 ^ {- 6}} {150 \ times 10 ^ {- 6}}}} = 350A}

Таким образом, теоретический пиковый ток при включении может достигать 27 раз в пикового тока во время нормальной работы.

Форма напряжения и тока при зажигании указана на Рисунок N60 для включения переключателя при пике напряжения сети.

Рис. N61 – Напряжение питания при включении и пусковой ток

Следовательно, существует риск контактной сварки в электромеханических устройствах управления (дистанционный переключатель, контактор, автоматический выключатель) или разрушения твердотельных переключателей с полупроводниками.

В действительности ограничения обычно менее жесткие из-за импеданса кабелей.

Групповое зажигание люминесцентных ламп предполагает одно конкретное ограничение. Когда группа ламп уже включена, компенсационные конденсаторы в этих лампах, которые уже находятся под напряжением, участвуют в пусковом токе в момент зажигания второй группы ламп: они «усиливают» пик тока в контрольном переключателе в момент зажигания. момент возгорания второй группы.

Таблица на Рисунок N62, полученная в результате измерений, определяет величину первого пика тока для различных значений предполагаемого тока короткого замыкания Isc.Видно, что пик тока можно умножить на 2 или 3, в зависимости от количества трубок, уже используемых на момент подключения последней группы трубок.

Рис. N62 – Величина пика тока в контрольном выключателе момента зажигания второй группы ламп

Количество уже используемых трубок	Количество подключенных трубок	Пик пускового тока (A)
Количество уже используемых трубок	Количество подключенных трубок	Isc = 1500 А	Isc = 3000 А	Isc = 6000 А
0	14	233	250	320
14	14	558	556	575
28	14	608	607	624
42	14	618	616	632

Тем не менее, рекомендуется последовательное зажигание каждой группы ламп, чтобы уменьшить пик тока в главном выключателе.

Самые последние магнитные балласты известны как «малые потери». Магнитная цепь была оптимизирована, но принцип работы остался прежним. Это новое поколение балластов находит широкое распространение под влиянием новых правил (Европейская директива, Закон об энергетической политике – США).

В этих условиях, вероятно, увеличится использование электронных балластов в ущерб магнитным балластам.

Люминесцентные и газоразрядные лампы с ЭПРА

Электронные балласты используются вместо магнитных балластов для питания люминесцентных ламп (включая компактные люминесцентные лампы) и газоразрядных ламп.Они также выполняют функцию «стартера» и не нуждаются в какой-либо компенсирующей способности.

Принцип работы электронного балласта (см. Рис. N63) заключается в подаче дуги лампы через электронное устройство, которое генерирует переменное напряжение прямоугольной формы с частотой от 20 до 60 кГц.

Рис. N63 – Электронный балласт

Подача на дугу высокочастотного напряжения может полностью устранить явление мерцания и стробоскопические эффекты. Электронный балласт абсолютно бесшумный.

Во время периода предварительного нагрева газоразрядной лампы этот балласт подает на лампу возрастающее напряжение, создавая почти постоянный ток. В установившемся режиме он регулирует напряжение, подаваемое на лампу, независимо от колебаний сетевого напряжения.

Поскольку дуга подается в условиях оптимального напряжения, это приводит к экономии энергии от 5 до 10% и увеличению срока службы лампы. Более того, КПД электронного балласта может превышать 93%, тогда как средний КПД магнитного устройства составляет всего 85%.

Коэффициент мощности высокий (> 0,9).

Электронный балласт также используется для функции затемнения света. Фактически, изменение частоты изменяет величину тока в дуге и, следовательно, силу света.

Пусковой ток

Основным ограничением, которое электронные балласты вносят в сетевое питание, является высокий пусковой ток при включении, связанный с начальной нагрузкой сглаживающих конденсаторов (см. рис. N64).

Рис.N64 – Порядки максимальных значений пускового тока в зависимости от используемых технологий

Технологии	Макс. Пусковой ток	Продолжительность
Выпрямитель с PFC	от 30 до 100 дюймов	≤ 1 мс
Выпрямитель с дросселем	от 10 до 30 дюймов	≤ 5 мс
Магнитный балласт	≤ 13 дюймов	от 5 до 10 мс

В действительности, из-за импеданса проводки, пусковые токи для сборки ламп намного ниже этих значений, порядка от 5 до 10 In в течение менее 5 мс.В отличие от магнитных балластов этот бросок тока не сопровождается перенапряжением.

Гармонические токи

Для балластов, связанных с разрядными лампами большой мощности, ток, потребляемый от сети, имеет низкий общий коэффициент гармонических искажений (<20% в целом и <10% для самых сложных устройств).

И наоборот, устройства, связанные с лампами малой мощности, в частности компактные люминесцентные лампы, потребляют очень искаженный ток (см. Рис. N65).Общее гармоническое искажение может достигать 150%. В этих условиях среднеквадратичный ток, потребляемый от сети, в 1,8 раза превышает ток, соответствующий активной мощности лампы, что соответствует коэффициенту мощности 0,55.

Рис. N65 – Форма тока, потребляемого компактной люминесцентной лампой

Чтобы сбалансировать нагрузку между различными фазами, цепи освещения обычно соединяются между фазами и нейтралью сбалансированным образом. В этих условиях высокий уровень третьей гармоники и гармоник, кратных 3, может вызвать перегрузку нейтрального проводника.Наименее благоприятная ситуация приводит к нейтральному току, который может в 3 {\ displaystyle {\ sqrt {3}}} раз превышать ток в каждой фазе.

Пределы излучения гармоник для электрических или электронных систем установлены стандартом IEC 61000-3-2. Для упрощения ограничения для осветительного оборудования приведены здесь только для гармоник порядка 3 и 5, которые являются наиболее актуальными (см. рис. N66).

Рис. N66 – Максимально допустимый гармонический ток

Порядок гармоник	Активная входная мощность> 25 Вт	Активная входная мощность ≤ 25 Вт Применяется один из двух наборов ограничений:
	% от основного тока	% от основного тока	% Гармонический ток относительно активной мощности
3	30	86	3.4 мА / Вт
5	10	61	1,9 мА / Вт

Токи утечки

У электронных балластов обычно есть конденсаторы, помещенные между проводниками источника питания и землей. Эти подавляющие помехи конденсаторы отвечают за циркуляцию постоянного тока утечки порядка 0,5–1 мА на балласт. Следовательно, это приводит к ограничению количества балластов, которые могут быть запитаны дифференциальным защитным устройством остаточного тока (УЗО).

При включении начальная нагрузка этих конденсаторов может также вызвать циркуляцию пика тока, величина которого может достигать нескольких ампер в течение 10 мкс. Этот пик тока может вызвать нежелательное отключение неподходящих устройств.

Высокочастотное излучение

Электронные балласты отвечают за высокочастотные наведенные и излучаемые излучения.

Очень крутые нарастающие фронты выходных проводников балласта вызывают циркуляцию токовых импульсов в паразитных емкостях относительно земли.В результате в заземляющем проводе и проводниках источника питания циркулируют блуждающие токи. Из-за высокой частоты этих токов возникает еще и электромагнитное излучение. Чтобы ограничить эти высокочастотные излучения, лампу следует размещать в непосредственной близости от балласта, таким образом уменьшая длину наиболее сильно излучающих проводов.

Колебания напряжения и дуговые разрядные лампы

1 марта 1999 г., 12:00, Джозеф Р. Книсли, старший консультант по редактированию

Как скачки напряжения в сети влияют на регулировку балласта HID и люминесцентных ламп и работу лампы? Отличаются ли эффекты для двух систем лампы / балласта?

Конечно, производители проектируют свои дуговые разрядные лампы так, чтобы они работали лучше всего при работе от сетевого напряжения в пределах диапазона балластной конструкции (указанного на заводской табличке балласта).Но как насчет скачков напряжения в сети? Как они влияют на HID и люминесцентные лампы / балластные системы? Будут ли эффекты различаться для каждого типа лампы и / или балласта? Можете ли вы устранить проблемы на основе поведенческих симптомов? Читайте и узнайте.

Поведение балласта флуоресцентного излучения во время скачков напряжения. Если напряжение питания слишком низкое для люминесцентной лампы, у нее будут проблемы с запуском, особенно при высокой влажности. Это состояние может привести к тому, что лампа начнет мигать и включаться без запуска, что может медленно повредить электроды лампы.Кроме того, из-за пониженного уровня энергии ртутной дуги вы получите меньше видимого света.

А как насчет слишком высокого напряжения? С лампой предварительного нагрева или быстрого пуска она иногда работает как лампа мгновенного пуска. В результате катодное покрытие лампы ухудшится из-за высоковольтных импульсов, подаваемых на катод. Поддержание просвета также пострадает. В то же время более высокие рабочие токи лампы могут вызвать преждевременный выход лампы из строя и перегрев балластов.

Временное падение напряжения (проседание) в системе питания даже на несколько циклов вызовет «отключение» люминесцентной лампы. Если напряжение падает ниже 80% от номинального уровня балласта с быстрым пуском (и большинства других балластов), поток дуги внутри лампы становится нестабильным и гаснет. К счастью, лампа снова загорится почти сразу после восстановления полного напряжения.

Новые и старые люминесцентные балластные системы. Старые электронные люминесцентные балласты могут быть более чувствительны, чем их магнитные аналоги, к скачкам или выбросам.Эти скачки напряжения (и плохой теплоотвод транзисторов) были основными причинами отказов электронного балласта в начале 80-х годов. В настоящее время в конструкциях используются фильтры и ограничители напряжения на входе для защиты внутренних транзисторов и выпрямителей от скачков напряжения в сети.

Производители проектируют современные блоки с жесткой регулировкой, поэтому практически нет изменений светоотдачи во всем диапазоне 610% входного напряжения на балласт. Этот регламент гарантирует, что балласт поддерживает заданные уровни освещения.

HID поведение балласта во время скачков напряжения. Для балластов реактора изменение линейного напряжения на +/- 5% вызывает изменение на +/- 10% в мощности лампы. Вы можете использовать этот тип балласта только при указанном сетевом напряжении – обычно 240 В или 277 В для ламп мощностью от 100 до 400 Вт; и 480 В для ламп мощностью 700 Вт и 1000 Вт. Убедитесь, что вы используете этот балласт только в цепях, где вы уверены, что поддерживаете +/- 5% линейного напряжения. При использовании пускорегулирующих аппаратов изменение напряжения сети на +/- 13% приводит к изменению мощности лампы на 2 или 3%.Вы можете установить его в любой цепи, не беспокоясь о колебаниях или просадках напряжения. С балластами с авторегулятором регулировка высока: изменения линейного напряжения на +/- 10% могут привести к изменению мощности лампы примерно на 5%.

С запаздывающим реактором или балластами автотрансформатора с высоким реактивным сопротивлением регулирование мощности лампы плохое: изменение напряжения в сети на 5% может привести к изменению мощности лампы на 12%.

Опции HID системы для прерывания напряжения. Любое прерывание подачи питания или даже серьезное падение напряжения на несколько циклов приводит к тому, что любая лампа HID гаснет.Лампа перезапустится через несколько минут, потому что дугогасительная трубка должна остыть, а внутреннее давление пара должно снизиться до точки, при которой дуга может возобновиться. Это время повторного включения вместе с периодом разогрева означает период ожидания от 8 до 15 минут, прежде чем вернется полный свет.

Чтобы решить эту проблему, NEC требует наличия некоторой формы резервной системы освещения, которая немедленно доступна на случай, если у вас возникнут перебои в подаче электроэнергии с системами HID освещения.

Дополнительная вольфрамовая галогенная лампа. Вы можете заказать промышленный светильник HID со встроенной вольфрамовой галогенной лампой. Здесь вы предоставляете отдельный источник питания для галогенной лампы (который обычно работает от 120 В переменного тока), например аварийный источник питания. Когда балласт осветительного прибора обнаруживает потерю тока лампы, включается галогенный источник. Задержка по времени после восстановления нормальной мощности поддерживает свечение вольфрамовой лампы до тех пор, пока лампа HID не вернется на полную мощность.

Опция горячего перезапуска. Компонент балласта, называемый устройством горячего повторного зажигания, который обеспечивает более высокий, чем обычно, импульс зажигания, может быть указан для некоторых одно- и двусторонних ламп MH.Функция горячего повторного зажигания подает импульс высокого напряжения на один из электродов, аналогично методу пуска лампы HPS. Таким образом, аксессуар с горячим перезапуском может перезапустить дугу лампы MH почти сразу после кратковременного провала напряжения. Вы можете найти эту функцию в лампах MH высокой мощности (обычно 1000 или 1500 Вт) на спортивных аренах и других объектах с высокой загруженностью.

Двойная дуговая лампа HPS. Чтобы обеспечить почти немедленную светоотдачу после падения напряжения или кратковременного отключения в системе освещения HPS, вы можете использовать специальную лампу с двойной дуговой трубкой.Когда вы включаете эту лампу, загорается только одна из ее дуговых трубок, а параллельная дуговая трубка остается в режиме ожидания. Когда потеря мощности достаточной продолжительности гасит первую дуговую трубку, вторая дуговая трубка немедленно зажигается с частичной выходной мощностью, как только мощность восстанавливается. Он быстро достигнет полной яркости. С надбавкой на 50% по сравнению со стандартной лампой HPS, лампа с двойной дуговой трубкой находит применение в тюрьмах и связанных с ними учреждениях.

Боковая панель: Основные сведения о скрытых лампах и балластной системе

Есть три разрядные лампы высокой интенсивности (HID): пары ртути (MV), металлогалогенные (MH) и натриевые лампы высокого давления (HPS).Их способ пуска полностью отличается от разрядных (люминесцентных) ламп малой интенсивности.

Лампы. Лампы MV и MH имеют отдельный стартовый электрод вместе с двумя рабочими электродами дуговой трубки.

Когда вы включаете балласт HID, он прикладывает напряжение между пусковым электродом и соседним рабочим электродом, создавая эмиссию электронов, которая вызывает локальное свечение. Это заставляет ртуть внутри лампы медленно испаряться, позволяя дуге зажигать между двумя рабочими электродами.

В лампах
HPS используется дуговая трубка малого диаметра, в которой нет места для отдельного пускового электрода. Вместо этого балласт создает высокий импульс напряжения каждые полупериод со своей встроенной специальной пусковой схемой. Эти высоковольтные импульсы, достигающие максимального значения 2500 В и продолжающиеся одну микросекунду, ионизируют ксенон, позволяя дуге зажигаться между электродами. После удара пусковые импульсы прекращаются.
Несмотря на то, что лампа MH похожа на лампу MV, есть два отличия: лампа MH требует более высокого балластного напряжения холостого хода для зажигания дуги, а также более высокого напряжения повторного зажигания.Во время прогрева возникает низкая проводимость дуги. Это означает, что повторное зажигание, необходимое для установления / восстановления дуги после каждого полупериода, больше, чем обычно обеспечивает стандартный ртутный балласт.
Балласты. Балласт реактора – это простейший магнитный балласт, состоящий из дроссельной катушки, намотанной на железный сердечник (для ограничения тока).
Запаздывающий балласт объединяет в одной обмотке реактор и автотрансформатор. Обычно он используется в цепях на 120 В.К запаздывающему балласту не добавлен конденсатор для коррекции коэффициента мощности 50%. Однако он имеет те же характеристики, что и балласт реактора. Вы можете использовать его, когда напряжение в сети ниже или выше требуемого пускового напряжения.
Балласт регулятора (как для ламп среднего, так и для среднего напряжения) состоит из конденсатора, включенного последовательно с лампой, а также последовательно или параллельно с двумя отдельными обмотками.
Авторегулятор или балласт автотрансформатора постоянной мощности объединяет схему регулятора с автотрансформатором.Часть первичной обмотки соединяется со вторичной обмоткой, уменьшая размер балласта. Это самый популярный вариант, поскольку он предлагает лучший компромисс между стоимостью и производительностью.
Балласт MH имеет заостренную или свинцовую заостренную конструкцию. По сути, он такой же, как и тип авторегулятора среднего напряжения, с той разницей, что балласт пикового вывода имеет один или несколько пазов для сердечника на вторичной обмотке.
Балласт HPS имеет вспомогательную пусковую цепь для зажигания дуги. Схема выдает высоковольтный импульс от 2500 В до 3000 В.Типы балласта ТНС: реактор, регулятор и саморегулятор.
Электроника | Бесплатный полнотекстовый | Электронный балласт источника питания для безэлектродных люминесцентных ламп
1. Введение
Использование систем освещения составляет значительную часть мирового потребления энергии [1]. По этой причине продолжается поиск новых технологий освещения, которые были бы более эффективными и продлевали срок службы, что позволяло бы лучше использовать энергоресурсы. Газоразрядные лампы высокой интенсивности (HID) представляют большой коммерческий интерес, особенно в наружном освещении, из-за они обладают хорошими характеристиками: высокая энергоэффективность, компактный размер, хорошая цветопередача и долгий срок службы [2,3,4,5,6].В настоящее время светодиодные технологии и индукционные лампы, также известные как безэлектродные люминесцентные лампы (EFL), заменяют традиционно используемые лампы HID, такие как натриевые лампы высокого давления (HPS) и металлогалогенные лампы (MH), в основном из-за того, что они имеют более длительный срок службы [7,8,9], как показано на рисунке 1. Лампы EFL сопоставимы со светодиодными лампами по светоотдаче (лм / Вт), цветопередаче, сроку службы и соотношению скотопическое / фотопиксельное (соотношение S / P). . Источникам света присваивается соотношение S / P, которое представляет собой расчет количества световых люменов, производимых лампой, деленных на световые люмены.Если соотношение равно 1, источник света в скотопических условиях работает так же хорошо, как и в фотопикселях. Чем выше это число, тем лучше человеческий глаз работает под источником света. На рис. 2 показано соотношение S / P для различных ламп, приведенное в [7]. Однако следует отметить, что источники электрического света сильно влияют на циркадные ритмы физиологии, метаболизма и поведения. Например, недавние экспериментальные данные на людях показали, что освещения, обычно используемого в типичных домах в вечернее время, достаточно, чтобы задержать появление мелатонина и ослабить его ночной пик [10].Было доказано, что синий свет в диапазоне 450 ~ 480 нм вызывает депрессию мелатонина. Лампы EFL излучают свет за пределами этого диапазона, в отличие от света, излучаемого важной группой светодиодных ламп. В случае светодиодов освещение с коррелированной цветовой температурой ниже 4000 K способствует эмиссии мелатонина и хороших условиях сна, в то время как светодиодное освещение с коррелированной цветовой температурой выше 4000 K вызывает снижение уровня мелатонина и плохое качество сна. Принцип известен из экспериментов Тесла [9].EFL, как и другие газоразрядные лампы, имеют возрастающий отрицательный импеданс, что делает необходимым использование балласта, ограничивающего ток через них [9]. Развитие силовой электроники привело к созданию компактных балластов для этих ламп и повсеместному их применению. В настоящее время они используются в системах наружного освещения и внутри больших помещений, таких как терминалы аэропортов, рынки и промышленные предприятия. Существует два типа EFL: лампы с внутренней катушкой возбуждения [9] и рабочей частотой около 2.65 МГц и с внешними катушками возбуждения и рабочей частотой около 250 кГц. Резонансные инверторы обеспечивают подходящий привод для газоразрядных ламп [11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. Их высокий выходной импеданс стабилизирует мощность лампы даже без необходимости использования контура управления, поддерживая высокую эффективность. Кроме того, они позволяют включать лампу, используя высокий коэффициент усиления ненагруженного резонансного контура. Промышленность требует полностью управляемых электронных балластов, которые соответствуют стандарту, снижают потребление электроэнергии и продлевают срок службы лампы.Вариант управления мощностью лампы состоит в изменении частоты или фазы резонансного инвертора; однако это может изменить рабочую точку и тем самым изменить производительность преобразователя и температуру компонентов. Кроме того, управление RI будет зависеть от частоты переключения и резонанса [11], которые, в свою очередь, будут зависеть от старения лампы. Другая возможность – управлять мощностью или током [2] на предыдущем этапе. Обычно для электронных балластов, приводящих в действие лампы средней и большой мощности, есть каскад PFC, соответствующий стандарту IEC 61000-3-2, класс C для электронного освещения. оборудование [3].Типичный электронный балласт показан на рисунке 3. Управление мощностью в лампе, P _{, лампа}, может быть реализовано непосредственно путем измерения напряжения и тока в лампе, как описано в [4]. Обычно в качестве каскада коррекции коэффициента мощности используется повышающий преобразователь, с помощью которого достигается единичный коэффициент мощности с высокими характеристиками. Однако, чтобы уменьшить реактивную составляющую в резонансном баке RI и иметь возможность управлять лампой P _{с помощью V _dc [5], необходимо использовать преобразователь, такой как PFC, который может увеличивать или уменьшать входное напряжение. , д.g., повышающий-понижающий преобразователь. В резонансных преобразователях перенапряжение, необходимое для зажигания ламп EFL, обычно достигается путем установки частоты переключения, близкой к резонансной частоте без нагрузки, где коэффициент усиления по напряжению является максимальным [20]. Однако это решение создает высокое напряжение и ток нагрузки на балластные устройства и лампу. Альтернативой, использованной в этой работе, является постепенное приближение частоты переключения к резонансной частоте, что приводит к так называемому мягкому зажиганию, т.е.е. энергия возбуждения в газе прогрессивно увеличивается, так что воспламенение достигается при более низком перенапряжении, что снижает нагрузку на компоненты [12]. Известны следующие методы уменьшения яркости ламп EFL: частотная модуляция (FM) [14, 17], пакетное регулирование яркости (BMD) [13,14,15] и модуляция напряжения на шине (BVM) [14,17,20]. В методе BMD или широтно-импульсной модуляции (PWM) напряжение и ток возбуждения лампы периодически активируются и сбрасываются путем включения и выключения преобразователя. Частота ШИМ для диммирования, хотя и намного ниже, чем частота переключения, достаточно высока, чтобы предотвратить полное выключение лампы, так что эффект модуляции ШИМ заключается в уменьшении средней мощности и яркости лампы.Если частота ШИМ низкая, этот метод может привести к восприятию мерцания и проблемам со здоровьем. В этой работе предлагается новый метод снижения постоянной мощности (CPR) с использованием концепции балласта источника питания, представленной в [5,6]. В отличие от метода ШИМ, CPR регулирует опорный сигнал лампы} P _{в секции PFC с последующим регулированием напряжения на шине. Таким образом, этот метод является косвенным BVM, который использует мощность лампы, более близкую к уровню света лампы, в качестве регулирующей переменной, избегая скачков напряжения и тока, которые могут повредить компоненты балласта, а также любого эффекта мерцания. В этой статье управление лампой P _{достигается с помощью каскада PFC, используемого в качестве источника питания, в то время как каскад RI работает в разомкнутом контуре с постоянной частотой переключения, действуя как пассивная нагрузка вместе с лампой. Представлен практический случай, в котором каскад PFC работает в пределе между непрерывной и прерывистой проводимостью, и для реализации управления режимом мощности больше не требуются датчики.}
Предлагаемый электронный балласт позволяет зажигать лампы EFL. Кроме того, путем установки соответствующего задания мощности в соответствии с потребностями освещения, потребление электроэнергии может быть уменьшено.Этот документ организован следующим образом: Раздел 2 описывает характеристики ламп EFL. В разделе 3 анализируются этапы, образующие электронный балласт. Далее в разделе 4 представлены экспериментальные результаты и, наконец, сделаны некоторые выводы. 2. Характеристики индукционных или безэлектродных люминесцентных ламп (EFL)
EFL – это газоразрядные лампы, для которых не требуются электроды для ионизации внутреннего газа вакуумной трубки, что достигается с помощью магнитных элементов. Они образованы одним или несколькими электромагнитными сердечниками, окружающими газоразрядную трубку.Балласт возбуждает электромагнитное поле, возбуждающее внутренний газ в газоразрядной трубке, которое в конечном итоге становится проводящим [12,13,14,15,16,17,18,19,20]. Из-за отсутствия электродов лампы EFL имеют срок службы около 100000 часов, что превышает часы работы других технологий, как показано на рисунке 1. Существуют две коммерческие версии ламп EFL: первые характеризуются наличием внутренних катушек возбуждения и работой на частотах выше 2 МГц. Лампы этого типа можно встретить мощностью до 100 Вт.EFL большей мощности имеют внешние катушки возбуждения [9], а их рабочая частота составляет около 250 кГц. В данной статье представлена конструкция балласта для питания ламп EFL этого второго типа, который имеет две внешние катушки возбуждения, работающие на частоте 250 кГц. Изображение используемой лампы показано на рисунке 4. Некоторые из наиболее важных производителей ламп, такие как Osram, Sylvania, Philips или General Electric, имеют свои версии EFL. Стоимость лампы мощностью 150 Вт составляет около 120 евро, а светодиодный массив аналогичной мощности стоит около 50 евро.Первоначальная чрезмерная стоимость компенсируется более длительным сроком службы. Модель схемы лампы показана на рисунке 5а. В предлагаемой конструкции балласт генерирует синусоидальное напряжение на частоте 250 кГц, удовлетворяющее требованиям производителя для питания лампы, которое подается на клеммы A, и трансформатор BA используется для этой модели, первичная обмотка которой соответствует катушкам возбуждения (N витков). вторичная обмотка которого представляет собой вакуумную лампу [12]. Схема, показанная на рисунке 5b, используется для упрощения, включая эквивалентное сопротивление лампы R _p и эквивалентную индуктивность магнитных сердечников L _p, полученную из уравнений (1) и (2), соответственно: Когда лампы EFL выключены, они имеют эквивалентное сопротивление близко к разомкнутой цепи, поэтому необходимо, чтобы балласт обеспечивал высокий уровень напряжения, пик выше 1 кВ [20], для достижения ионизации внутреннего газа вакуумная трубка.Как только дуга образовалась, EFL за короткое время достигают установившегося состояния. В следующем разделе описывается предлагаемое балластное решение и система управления, используемая для питания лампы EFL в ее различных режимах работы. 3. Балластные ступени и контроль
На рисунке 6 представлена схема предлагаемого балласта. В этом случае каскад PFC представляет собой повышающий преобразователь, работающий в режиме критической проводимости (CrCM) [6]. Преобразователь предназначен для работы в сетях электроснабжения Северной Америки и Европы: 85–265 В среднеквадратического значения, 50–60 Гц.Максимальное выходное напряжение PFC ограничено до _{постоянного тока} = 400 В. В соответствии со спецификациями устройств RI. A RI Class D LC _p C _s управляет лампой. Этот преобразователь разработан для достижения следующих условий: (1) работа при постоянной частоте переключения, минимизация реактивной составляющей в резонансном резервуаре в конце срока службы лампы и (2) изменение напряжения, V _dc на рисунке 6, будет минимумом, необходимым для поддержания постоянного значения P _лампы в установившемся режиме с учетом изменения эквивалентного сопротивления R _лампы в течение срока ее службы [6].Управление электронным балластом осуществляется микроконтроллером PIC18F2220, который выбирает и регулирует режимы работы балласта. Каскад PFC имеет два различных режима работы: (1) режим источника напряжения ограничивает V _dc до 400 В, чтобы обеспечить надлежащее зажигание и прогрев лампы EFL. Этот режим защищает компоненты преобразователя и сокращает время достижения установившегося состояния. (2) режим источника питания, сохраняет P _лампы постоянным, позволяя пользователю изменять P _лампы и, следовательно, световой поток.Микроконтроллер генерирует управляющие сигналы РУ в двух режимах работы: (1) определение последовательности плавного запуска зажигания во время зажигания лампы и (2) установка постоянной частоты во время прогрева лампы и в установившемся режиме. . Эта рабочая частота определяется производителем лампы, в данном случае f _s = 250 кГц. Кроме того, этот балласт снабжен возможностью регулирования светового потока [17] запрограммированным временем или внешними сигналами.Алгоритм управления, реализованный в микроконтроллере, и режимы работы двух ступеней кратко представлены на рисунке 7, во время зажигания и в установившемся режиме, соответственно. Повышающий-понижающий преобразователь работает в режиме CrCM как PFC со схемой, показанной на рисунке 8. Микроконтроллер производит выборку выходных и входных напряжений и входного тока PFC, получая V _dc _sample, v _in _sample и i _в _sample соответственно. Измеренное значение входной мощности, P _в, получается из произведения выборок входного напряжения и тока.Микроконтроллер выбирает, является ли V _{dc_sample} (режим источника напряжения) или P _в (режим источника питания) сигналом, который необходимо регулировать, и, следовательно, сравнивает его с опорным напряжением компенсатора контроллера, в данном случае V _ref = 2,5 В. Таким образом, ошибка будет равна нулю, когда V _dc = 400 В в режиме источника напряжения или P _в = P _ref в режиме источника питания, где P _ref является опорным:
где η _bal – полная балластная эффективность.Последовательность плавного запуска зажигания представляет собой качание частоты от низких значений усиления до частоты с достаточным усилением напряжения для зажигания, близкой к резонансу. Этот метод обеспечивает постепенный рост напряжения и тока во время переходного процесса, что составляет безопасный режим работы; достижение зажигания лампы с более низким уровнем напряжения, чем другие методы [12,20]. Во время пуска и прогрева лампы V _dc и P _лампы следуют кривым, показанным на рисунке 9. Ступень PFC начинает работать как источник ограниченного напряжения при V _dc = 400 В и остается в этом режиме до Р _лампа = 150 Вт.Когда мощность достигает этого значения, балласт переходит на работу в режиме источника питания. В установившемся режиме напряжение V _dc регулируется для поддержания постоянного значения P _лампы, а микроконтроллер изменяет значение P _ref для регулирования яркости. Схема управления RI показана на рисунке 10. Микроконтроллер генерирует сигнал управления RI , RI_SIGNAL, переводя его в рабочий режим. Первоначально, когда лампа выключена, микроконтроллер генерирует последовательность мягкого запуска до тех пор, пока микроконтроллер не обнаружит, что лампа включается с сигналом LAMP_ON_INV и не изменит режим работы RI на постоянную частоту f _s = 250 кГц, пока лампа достигает своей номинальной мощности в соответствии с кривыми, показанными на Рисунке 9.Отклонение резонансной частоты из-за индуктивности намагничивания лампы показано при моделировании зажигания лампы на рис. 11. 4. Результаты экспериментов
В других газоразрядных лампах наиболее коротким сроком службы являются электроды. , серьезно ограничивая срок службы лампы. Электрические параметры EFL не сильно изменяются при старении, поэтому лампа R увеличивается медленнее, чем у других газоразрядных ламп [12,13,14,15,16,17,18,19,20]. В таблице 1 приведены электрические параметры. параметры внешней индуктивности лампы EFL (Inducled, Валенсия, Испания) типа GS-150W.Эта лампа, показанная на рисунке 4, устанавливает установившееся напряжение, V _RMSlamp = 180 V, при I _RMSlamp = 0,8 A. Значение V _dc для новой лампы рассчитано для конструкции RI. для достижения постоянного P _лампы в течение срока службы лампы при минимальном изменении V _dc [6]. Резонансный контур LC _p C _s спроектирован так, чтобы иметь практически нулевую задержку по току в конце своего срока службы [5], что обеспечивает режим ZVS; для этой лампы с частотой переключения, f _s = 250 кГц, V _dc = 340 В, L = Z _p / ω _p = 134 мкГн, C _p = 1 / ω _p Z _p = 3.33 нФ и C _s = 33 нФ, с параллельным импедансом Z _p = 300 Ом. Для новой лампы коэффициент качества установлен на Q _pN = 0,8, и эта конструкция гарантирует работу в этих условиях в течение ∆Q _p / Q _pN = 2. Таким образом, режим работы ZVS гарантируется в течение всего периода. полезный срок службы. Лампа зажигается с частотой, близкой к ω _p = 2π (270 кГц). В таблице 2 приведены параметры резонансного инвертора. Компоненты коррекции коэффициента мощности на рисунке 6: L _c = 1.2 мГн, C _o = 68 мкФ, C _в = 1 мкФ. Предполагая, что балластная эффективность η _bal = 90%, целевая входная мощность балласта составляет P _в = 170 Вт в установившемся режиме. PFC работает в режиме источника напряжения, V _dc = 400 В, до P _в = P _ref = 170 Вт, а затем он переходит в режим источника питания. Измеренный КПД PFC составляет η _PFC = 94%. Основные параметры ступени коррекции коэффициента мощности и балластная эффективность приведены в Таблице 3 и Таблице 4, соответственно.Кроме того, в таблице 5 показано сравнение зажигания ламп EFL с балластом в ссылках [12,20], коммерческом решении Inducled и предложенном в этой статье. Точно так же в таблице 6 представлена информация о возможности регулирования яркости, в которую коммерческое решение не входит, поскольку оно не позволяет регулировать яркость. Схема измерения показана на рисунке 12 вместе с лампой EFL и лабораторным прототипом. Рисунок 13 и рисунок 14 показывают схему измерения. захват напряжения лампы (v _{, лампа}) и тока (i _{, лампа}) в процессе зажигания с помощью предлагаемой конструкции и промышленного балласта соответственно.Подтверждено, что зажигание лампы с предложенным балластом происходит при более низких уровнях напряжения и тока, чем в коммерческой альтернативе и других [20]. На рисунке 15 показаны формы сигналов лампы (v _лампа, i _лампа, p _лампа) в установившемся режиме работы при номинальной мощности, P _лампа = 150 Вт. Измеренные среднеквадратичные значения напряжения и тока лампы составляют 172 В. и 0,875 А соответственно. На рисунке 16 показаны те же формы сигналов во время диммирования до P _лампы = 110 Вт.Измеренные среднеквадратичные значения напряжения и тока лампы составляют 195 В и 0,616 А соответственно. 5. Выводы
Представлен двухступенчатый электронный балласт, управляемый в режиме источника питания и ограниченный по напряжению для ламп EFL. Стоимость освещения с использованием ламп EFL явно больше, чем с использованием светодиодов. Однако их использование оправдано, когда важными характеристиками являются надежность и рабочие характеристики, такие как срок службы, световая эффективность с точки зрения соотношения лм / Вт, цветопередачи и отношения сигнал / шум.Они особенно подходят для наружного применения, где решения на основе светодиодов могут иметь отрицательное биологическое воздействие.
Последовательность плавного запуска зажигания является более предпочтительным решением, чем другие методы для ламп EFL, поскольку она снижает уровни напряжения и тока, необходимые для зажигания, защищая компоненты источника питания и лампы. Сравнение с другими описанными решениями показывает, что это предложение снижает напряжение и ток.
Электронный балласт в режиме мощности с ограничением напряжения зажигания и прогрева оказался надежным решением для управления лампами EFL с высоким КПД и низким уровнем электромагнитных помех, поскольку плавное переключение происходит в течение всего срока службы.Режим мощности с возможностью диммирования предотвращает ускорение старения, вызванное перегрузкой лампы и чрезмерным потреблением энергии. Это делает эту лампу подходящей альтернативой светодиодам, особенно в наружном освещении.
Некоторые измерения люминесцентной лампы и ее магнитного балласта
Некоторые измерения флуоресцентной лампы и ее магнитного балласта
Введение
Люминесцентные лампы повсюду; они надежны и энергоэффективны.Даже если сегодня (2017) светодиоды заменяют многие источники света, лампы все еще остаются
рентабельны и имеют почти такой же хороший КПД, если не лучше.
Старый магнитный (индуктивный) балласт в настоящее время часто заменяют на
электронный для большей эффективности, но есть еще очень много старых
балласты, которые я думаю, стоит взглянуть на этот простой и
эффективная схема.

Подземный паркинг с большим количеством люминесцентных ламп (нажмите для увеличения).
Найти подробные данные о люминесцентных лампах очень сложно и удивительно.
достаточно, поисковые системы в Интернете мало помогают.
Несмотря на то, что подавляющее большинство электронных компонентов
производители детально указывают все электрические характеристики,
для люминесцентных ламп трудно найти какое-либо техническое описание с более чем
номинальная мощность и механические размеры.
Поэтому очень сложно ответить на такие вопросы, как: что бросается в глаза?
Напряжение?
Какое напряжение горения лампы?
Как выглядит ток при включенной лампе?
Эти вопросы были у меня в голове много лет, пока я не решил подключить
лампу к пробнику высоковольтного осциллографа и сам посмотрю, что
происходит.
Чтобы провести эти измерения с помощью осциллографа, некоторые необычные
оборудование чрезвычайно полезно (если не обязательно), например, высокое напряжение
дифференциальный зонд и токовый зонд.
Поскольку не у всех есть доступ к этим инструментам, я решил поделиться своими
измерения на этой странице, потому что я думаю, что они могут быть интересны.
Прямое подключение осциллографа к сети крайне плохое и
опасная идея, всегда используйте подходящие и безопасные пробники высокого напряжения.
На этой странице вы не найдете никаких ракетостроительных технологий, а только некоторые
измерения и некоторые мысли о люминесцентных лампах, пускателях и их
старые индуктивные балласты.
Здесь обсуждаются только люминесцентные лампы с «горячими электродами»; эти
лампы в основном используются для освещения.
У них есть по две клеммы с каждой стороны, чтобы обеспечить циркуляцию тока в
электроды для их нагрева.
С другой стороны, трубки с «холодными электродами», также называемые CCFL (Cold
Катодные люминесцентные лампы) вроде тех, что используются в “неоновых вывесках”.
имеют только одну клемму с каждой стороны: у них разные электрические
характеристики, требуют другой системы питания и не
обсуждается на этой странице.
Базовая схема
Базовая схема показана на схеме ниже.
Его поведение неоднократно описывалось в литературе и в Интернете.
поэтому здесь я дам лишь краткий обзор, чтобы прояснить, о чем я говорю
о.

Принципиальная схема.
Схема очень проста и состоит только из люминесцентной лампы,
стартер и индуктивный балласт.
Важно отметить, что данная схема типична для сети 230 В.
В сети 120 В пиковое напряжение обычно недостаточно велико, чтобы
лампы горения и балласты часто проектируются как автотрансформаторы с
немного другая схема.
Соображения относительно напряжения и тока лампы, вероятно, все еще будут применяться, но
схема, балласт и возможно также характеристики стартера
разные.
Поскольку у меня никогда не было возможности поиграть с люминесцентным оборудованием на 120 В,
Я не буду обсуждать это здесь, а все соображения на этой странице только
действительно для сети 230 В.
В этой схеме отсутствует фазирующий конденсатор и она будет иметь значительную индуктивную
реактивное сопротивление.
Это было сделано специально, чтобы измерить его cos (φ) .
Конечно, в нормальных ситуациях добавляется подходящая схема для
компенсация и приведение cos (φ) очень близко к 1.
Часто бывает достаточно конденсатора, подключенного параллельно к сети.
Лампа
Люминесцентная лампа обычно состоит из стеклянной трубки с низким
смесь газов под давлением, обычно паров ртути и некоторого количества аргона.Давление составляет порядка 5 мбар.
Добавление небольшого количества благородного газа к ртути значительно снижает
поражающее напряжение (эффект Пеннинга).
На концах трубки расположены две вольфрамовые нити, похожие на нити обычных
лампы накаливания, которые действуют как электроды для передачи тока в газ
и часто называются катодами.
Нити часто покрываются веществами с высоким коэффициентом излучения электронов, такими как
соединения бария.
Ток, протекающий в этих нитях, будет нагревать их, увеличивая их
способность испускать электроны еще больше и, следовательно, снижение напряжения
требуется для ионизации газа и зажигания лампы.Вот почему эти элкотроды
есть два терминала.
Когда лампа включена, нити накаливания остаются достаточно горячими, даже если лампа включена.
ток, и нет необходимости форсировать дополнительный ток, поэтому другой
конец каждой нити накала можно отсоединить.

Внутренняя структура люминесцентной лампы хорошо видна в
эта маленькая прозрачная УФ-лампа (нажмите, чтобы увеличить).
Внимательно посмотрев на большую версию изображения, можно заметить, что маленькие капельки
ртуть на внутренней стенке стакана хорошо видна, особенно в
близость электродов.
Ток, протекающий через газ, – очень сложное явление, но вкратце
Короче говоря, если газ не ионизирован, он ведет себя как изолятор.
Если между электродами приложить достаточно большое напряжение, газ ионизируется.
и ток течет из-за свободных электронов и положительных ионов (атомов, потерявших
один электрон) подпрыгивает.
Препятствия между электронами, ионами и нейтральными атомами передают часть кинетической
энергия атомам, которые «возбуждаются».Затем энергия переизлучается в виде фотонов, когда они расслабляются вскоре после этого.
Активным газом практически любых обычных люминесцентных ламп являются пары ртути:
излучает невидимый и вредный свет в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне
для наших глаз и кожи.
Покрытие из флуоресцентных материалов внутри трубки поглощает УФ-свет и
преобразует его в видимый свет.
Тщательно подобрав подходящее флуоресцентное покрытие, можно получить практически любой цвет
свет можно получить.Кроме того, стекло, из которого состоит трубка, непрозрачно для УФ-излучения.
радиации и не дает ей выйти наружу.

Трубка, использованная для этих тестов, IBV L36W 4200K, (щелкните, чтобы увеличить).
Для этих измерений я использовал трубку IBV T8 (Ø25,4 мм), 4 фута.
(1,2 м) в длину, 36 Вт, холодный белый.
На этой конкретной лампе сопротивление постоянному току двух нитей нити равно
5,9 Ом и 5,3 Ом в холодном состоянии.
Я также измерил кучу других трубок и нашел аналогичные значения: несколько
Ω.
Два следующих графика показывают напряжение и ток в горящем напольная лампа.
Это трубка IBV 4 ‘(1,2 м) T8 (Ø25,4 мм) 36 Вт.
Конечно, индуктивный балласт включен последовательно.
Обратите внимание, что эта лампа уже горит и ее нити горячие (из-за
ток лампы).
На первом графике, где представлены напряжение и ток
отдельно интересно отметить, что оба находятся в фазе, даже если не
идеально синусоидальной формы.Это показывает, что лампа эффективно поглощает активную мощность.
Также стоит отметить, что напряжение близко к прямоугольной.
Это типично для газоразрядных трубок, поведение которых очень похоже на поведение газоразрядных трубок.
Стабилитрон, где напряжение примерно постоянное независимо от тока.
Присмотревшись, можно увидеть, что на самом деле напряжение немного падает, так как
ток увеличивается (прямоугольная волна не совсем плоская, но немного понижается
посередине, когда ток максимален).Это показывает поведение отрицательного сопротивления, еще одну типичную характеристику
газоразрядная трубка.
В нормальном резисторе при увеличении тока падение напряжения также
увеличивается; здесь все наоборот.

Напряжение лампы (Ch2) и ток лампы (Ch3) горящей трубки 4 ‘(1,2 м) T8 (Ø25,4 мм) 36 Вт.
В конце каждого полупериода ток падает до нуля и лампа
гаснет.Как только это произойдет, лампа снова загорится, импульс противоположной полярности
появляется на графике, и цикл повторяется.
Этот импульс не из-за индуктивного балласта (поскольку ток уже был
ноль), это просто напряжение сети, которое повторно пробивает лампу: это работает
потому что нити еще горячие (подробнее
здесь).
Форма волны напряжения не идеально гладкая: есть небольшие колебания
колебания, в данном случае около 20 В _pp при 4 кГц.Это еще одно типичное поведение отрицательного сопротивления и газа.
разрядная трубка.
Даже если я не буду проводить никаких дальнейших измерений, это не должно быть
проблема для этой схемы как амплитуда и частота
колебания достаточно низки, чтобы беспокоить электромагнитные
совместимость.
То же измерение может быть показано в режиме XY (ниже), где по оси X
есть напряжение лампы, а по оси Y – ток лампы.Точка с нулевым напряжением и нулевым током находится в центре сетки.
Когда лампа горит, напряжение составляет около 100 В (положительное или отрицательное).
Также видны паразитные колебания.
Следует отметить один интересный факт: ток лампы немного увеличивается.
еще до того, как загорится лампа.
На сюжете не идеально горизонтальная линия, а скорее наклонная.
«S»: при увеличении напряжения небольшой ток течет прямо
прочь.Я не уверен в этом, но я думаю, что это из-за горячих электродов и
газ все еще частично ионизирован, что позволяет протекать току.
Затем, конечно, когда загорается лампа, ток внезапно увеличивается, и
напряжение падает примерно на 100 В.

Зависимость тока лампы (по вертикали) от напряжения (по горизонтали) горящей трубки 4 ‘(1,2 м) T8 (Ø25,4 мм) 36 Вт.
Было бы интересно провести такие же измерения с холодной лампой и
посмотрите, что нужно, чтобы ударить по нему без предварительного нагрева нитей.К сожалению, у меня нет подходящего источника переменного тока высокого напряжения, достаточного для
зажгите лампу.
Дроссель индуктивный
Индуктивный балласт – это просто большой индуктор, намотанный на многослойный железный сердечник.
Он выполняет две функции: ограничивает ток и генерирует высокое напряжение для
зажгите лампу.
Люминесцентные лампы имеют отрицательные характеристики сопротивления и, следовательно,
нельзя напрямую подключать к сети.Другими словами, если ток в лампе увеличивается, эквивалент
сопротивление уменьшается, дополнительно увеличивая ток.
Балласт ограничивает ток и предотвращает самоуничтожение лампы.
Индуктивные балласты являются индукторами и поэтому зависят от частоты.
Балласт, рассчитанный на 50 Гц, будет иметь слишком большое реактивное сопротивление при 60 Гц.
наоборот.
В лампах малой мощности (несколько ватт) можно также использовать простой резистор; в этом
случай, когда импульс высокого напряжения возникает из-за сбоя в электросети
индуктивность.Как ни странно, это работает.
Обратной стороной является то, что резистор преобразует в тепло примерно такое же количество тепла.
мощность как у лампы, что приводит к очень низкому КПД.
Емкостные балласты будут иметь значительно меньшие потери, но из-за
нелинейное поведение лампы, это приведет к очень высоким пикам в лампе.
Текущий.
Кроме того, конденсаторы не могут генерировать пик высокого напряжения, необходимый для
зажгите лампу.
Емкостные балласты используются только (и часто) в высокочастотной электронике.
балласты.

Изображение индуктивного балласта, используемого здесь, IBV 230 В переменного тока 50 Гц 40/36 Вт (2 × 18) 0,43 А (щелкните, чтобы увеличить).
Используемый здесь балласт рассчитан на 230 В, 50 Гц, 40/36 Вт,
0,43 А.
Я измерил индуктивность 1,097 Гн и последовательное сопротивление
36,8 Ом в холодном состоянии.
С этим сопротивлением, если короткое замыкание в сети (предполагается, что 230 В
50 Гц), этот балласт будет ограничивать ток на уровне 0.66 А рассеивающий
16,2 Вт.
Это выходит за рамки технических характеристик и может перегреться, но наверняка этого не произойдет.
мертвый короткий.
Стартер

Куча старых стартеров. Здесь для тестирования используется тот, который находится на
внизу слева, FZ FS-U 180-250V ~ 4-65W (щелкните, чтобы увеличить).
Стартер представляет собой небольшую стеклянную трубку, заполненную смесью низких
благородные газы под давлением, обычно аргон, неон и гелий под давлением
порядка 50 мбар.Внутри трубки два биметаллических электрода, которые изгибаются навстречу друг другу.
когда жарко.
В холодном состоянии два электрода находятся близко друг к другу, но не соприкасаются.
При приложении достаточно высокого напряжения газ ионизируется, ток около
30 мА начинает течь, и газ светится.
Примерно через полсекунды тепло, выделяемое свечением, мягко сгибает
электроды, которые соприкасаются, закорачиваются вместе, и свечение гаснет.
В горячем состоянии стартер ведет себя как при коротком замыкании.Так как закороченный стартер больше не светится, он остывает и
контакты снова размыкаются примерно через полсекунды.

Посмотрите фильм, показывающий, как стартер светится, а электроды замыкаются:
светящийся-стартер.mp4
(1870811 байт, 14 с, h364,
640 × 480, 15 кадров в секунду).
С помощью стартера и лампочки можно сделать очень красивый и грубый
мигалка.
Используемый здесь стартер – FZ FS-U, мощностью 180-250 В ~ 4-65 Вт.Чтобы лучше понять характеристики стартера, его ток как функция
приложенного напряжения было измерено и видно на графике ниже:

Зависимость тока стартера (по вертикали) от напряжения (по горизонтали) для пускателя FZ FS-U.
По горизонтальной оси отложено приложенное напряжение, по вертикальной оси –
результирующий ток.
Ноль для обеих осей находится в центре экрана.Начиная с нуля по мере увеличения напряжения (в положительном или отрицательном
отрицательное направление), ток через пускатель не течет, в результате
горизонтальная линия.
Как только напряжение станет достаточно высоким (скажем, +220 В или –240 В
в этом случае) газ ионизируется и становится проводником; напряжение падает на
около 50 В и начинает течь ток (наклонные участки).
Если теперь напряжение уменьшается, ток также уменьшается до минимума.
напряжение горения пересекается (скажем, ± 180 В в этом случае), где
ток падает до нуля (снова на горизонтальной линии).
Для выполнения этого измерения вы должны действовать быстро: как только стартер
горячий, он замкнется, и вы будете измерять только вертикальную линию.
Вы должны сделать снимок экрана, пока стартер еще светится (нагрев
вверх).
Поведение этого (и почти любого стартера, которое мне удалось измерить) является
не симметричный.
Пороговые напряжения и динамическое сопротивление (наклон наклонных участков)
не одинаковы для положительной и отрицательной полярностей.Думаю, из-за несимметричной формы электродов.
Очень часто конденсатор из полистирола подключается параллельно к
стартер, который помогает снизить коммутационный шум.
К сожалению, я ни разу не видел маркировки на этих конденсаторах, но они
обычно измеряют около 5 или 6 нФ.
Для проведения вышеуказанного измерения этот конденсатор был временно удален,
в противном случае сегменты больше похожи на эллипсы.
Поразительная последовательность
Газ в лампе обычно является изолятором.Чтобы включить его, электроды предварительно нагревают в течение нескольких секунд, затем
Импульс напряжения ионизирует газ внутри трубки и запускает лампу.
Этот процесс состоит из следующих шагов:
Шаг нулевой
Выключатель питания SW1 разомкнут, лампа выключена и холодная.
И лампа LN1, и стартер ST1 не ионизируются и ведут себя как
изоляторы.
Пока не очень интересно …
Теперь мы замыкаем SW1 и подаем питание на схему.
Шаг первый
SW1 замыкается и через балласт L1 появляется напряжение сети.
лампа и стартер, которые работают параллельно (через нагреватель
нити).
Напряжение в сети недостаточно велико для ионизации газа в лампе, который
по-прежнему ведет себя как изолятор, но этого достаточно, чтобы ионизировать газ внутри
стартер, который ведет себя примерно как неоновое свечение
напольная лампа.
Теперь в цепи протекает небольшой ток, который нагревает стартер.Это часто можно наблюдать, поскольку стартер обычно светится слабым синим светом.
свет.

Стартер светится при нагреве (нажмите, чтобы увеличить).
На этом этапе был измерен ток 38,5 мА.
Слишком низкий для предварительного нагрева электродов в трубке, которые остаются темными; только
стартер светится.
Из-за индуктивности балласта этот ток является реактивным: cos (φ) из 0.79 было измерено, что соответствует углу φ 38 °.
При сетевом напряжении 237 В полная полная мощность составляет 9,1 ВА.
а активная мощность – 7,2 Вт.
Продолжительность этой фазы непостоянна и зависит от многих факторов, таких как
напряжение в сети, температура окружающей среды, возраст стартера и т. д., но это
полсекунды диапазона.
Измеренная здесь длина составила 550 мс.

Напряжение и ток лампы (стартера) при разогреве стартера
(светится).
Кривые выше показывают напряжение на пускателе (и, следовательно, также
поперек лампы) на этом этапе.
Сбои в синусоиде напряжения указывают на каждом цикле, когда именно
стартер начинает светиться и при выключении.
Здесь стартер ионизируется примерно при 230 В и деионизируется примерно при
180 В.
Конечно, каждую половину цикла переменного тока напряжение падает до нуля, и газ в
стартер деионизируется.
Он снова будет ионизироваться в следующем полупериоде, как только напряжение станет высоким.
довольно.График тока (синий) показывает, что проводимость стартера не нарушена.
симметричный: положительные пики имеют более высокий ток, чем отрицательные.
Я не знаю точно, почему это происходит, полагаю, это из-за
несимметричная форма электродов внутри стартера.
В любом случае этот ток небольшой и используется только для нагрева стартера: он
не обязательно быть симметричным.
Шаг второй
Стартер нагревается, и биметаллический переключатель внутри него в конце концов замыкается.Теперь у стартера произошло короткое замыкание, он перестает светиться и начинает остывать.
Когда стартер замыкается, через нити лампы протекает больший ток, который
теперь подключены последовательно, хотя пускатель закорочен, и они нагреваются.
Нагревание электродов трубки значительно снижает напряжение зажигания лампы.
Кстати, по этой причине запускать холодные лампы в холодную среду не рекомендуется.
намного сложнее, чем повторно зажигать горячие лампы.
Итак, нити теперь раскалены докрасна, и этот красноватый свет часто может быть
наблюдается на концах трубки во время этой фазы.Из-за высокой излучательной способности электродов (белое) свечение
Также часто наблюдается флуоресцентное покрытие концов трубок.
Во время этой фазы ток составляет 589 мА.
Было измерено cos (φ) , равное 0,23, что соответствует углу φ 77 °.
При сетевом напряжении 236 В полная полная мощность составляет 139 ВА.
и полная активная мощность 31,5 Вт.

Напряжение и ток лампы при нагреве (короткое замыкание стартера), измеренные
через обе нити последовательно.
Обе нити теперь включены последовательно и имеют одинаковый ток и половину
Напряжение.
Среднеквадратичное значение напряжения на каждой нити накала составляет около 11 В.
Каждая нить накала получает около 6,5 Вт, поэтому из 31,5 Вт
13 Вт нагревают электроды, а 18,5 Вт теряется в балласте.
Ток и напряжение в нити совпадают по фазе, низкий общий cos (φ) возникает только из-за реактивного сопротивления балласта.
Как и раньше, продолжительность этой фазы также в какой-то степени неустойчива и зависит от
много факторов, но это также в диапазоне полсекунды.Измеренная здесь длительность составила 400 мс.
Шаг третий
Когда стартер остывает, биметаллический переключатель снова размыкается, прерывая
Текущий.
Поскольку катушки индуктивности не «любят» резкие изменения тока, балласт
отвечает на это прерывание с помощью всплеска высокого напряжения, который
вероятно, ионизируйте лампу и зажгите ее.
Поскольку точным моментом открытия стартера в этой
контура (определяется охлаждением стартера, его возрастом, общим
температура ,…), это может произойти в неподходящий момент цикла переменного тока, когда
ток уже довольно низкий; произойдет скачок низкого напряжения и лампа
может не ударить.
В этом случае на пускателе снова появится полное сетевое напряжение.
и весь процесс начнется снова с первого шага.
Старые и холодные лампы также требуют более высокого напряжения, и их сложнее
забастовка.

Пусковой импульс высокого напряжения (–2,78 кВ).
Некоторые паразитные импульсы высокого напряжения также видны до того, как лампа загорится и
возникают из-за плохих контактов стартера.
Яркие плюсы очень разнообразны.
Они не всегда попадают в лампу, могут быть положительными или отрицательными и сильно
зависят от времени фазового соотношения при открытии, которое является термомеханическим
процесс и не синхронизирован с частотой сети.
Другими факторами, влияющими на амплитуду импульсов, являются скорость, с которой
биметаллические электроды ломаются, газ, заполняющий стартер, его возраст и
возможно другие.Показанный здесь – –2,78 кВ, но импульсы от 1 до 3 кВ,
как положительные, так и отрицательные стороны наблюдались с помощью одной и той же установки (лампа,
стартер и балласт).
Шаг четвертый
Когда лампа загорается, напряжение на ней падает, и именно в этом
Трубка держит напряжение около 100 В.
Каждую половину цикла переменного тока ток падает до нуля, и лампа должна снова загореться.
каждый раз.
Из-за фазового сдвига, вносимого индуктивным балластом, когда
ток пересекает ноль и меняется на противоположное, напряжение не равно нулю, так что лампа
может немедленно возобновить зажигание только с помощью сетевого напряжения, пока лампа
горячий и газ не деионизируется слишком долго, нет дополнительного высокого напряжения
необходимы импульсы.Если лампу выключить, электроды остынут и почти все
ионы в газе рекомбинируют: теперь требуется новая последовательность запуска, чтобы
снова зажгите лампу.

Напряжение на стартере (а также на лампе) и ток лампы при включенной лампе.
Кривая на рисунке выше показывает, что ток лампы и напряжение лампы находятся в
фаза, что имеет смысл, поскольку лампа потребляет активную мощность.Напряжение в сети здесь не показано (к сожалению, у меня нет двух высоких
датчики напряжения), но не в фазе из-за реактивного сопротивления балласта.
Другими словами, ток лампы и напряжение лампы совпадают по фазе, но из-за
балласта, тока лампы и сетевого напряжения нет.
Каждый раз, когда лампы выключаются (ток падает до нуля),
напряжение сразу же подскакивает до значения более 300 В при противоположной полярности.
Это просто напряжение сети, которое появляется на лампе.Из-за значительного фазового сдвига балласта сетевое напряжение составляет
близко к пику, когда это происходит, что объясняет внезапный всплеск.
Поскольку трубка теперь горячая (и, вероятно, также имеет более низкое напряжение зажигания, чем
стартер), он сработает первым, быстро вернув напряжение к
напряжение горения (около 100 В) и предотвращение накала стартера.
Если лампа погаснет, напряжение повысится, и стартер ионизируется.
начиная с первого шага.Вот что происходит со старыми или поврежденными лампами, которые постоянно мерцают.
“надежда” снова включиться в один прекрасный день.

Напряжение и ток сети при включенной лампе. Фазовый сдвиг хорошо виден.
При сетевом напряжении 236 В общий ток составляет 385 мА и cos (φ) составляет 0,49, что соответствует углу φ 60 °.
Полная мощность составляет 90,9 ВА, а активная мощность – 44.9 Вт.
Мощность, теряемая в балласте, составляет 5,5 Вт, а трубка поглощает 39,4 Вт.
приводит к КПД 88%: неплохо для такой простой схемы.
Более высокая эффективность может быть достигнута с помощью лучшего индуктивного балласта (встроенный
с большим количеством меди и большего количества железа, чтобы минимизировать его потери) или с электронным
балласт.
Конечно (и к сожалению) лампа не может преобразовать всю энергию в
свет.
Поразительное резюме последовательности
Теперь, когда мы прошли все этапы поразительной последовательности, давайте
резюмируйте это и посмотрите, что происходит в более общем плане.На графике ниже можно наблюдать напряжение на пускателе:

Напряжение на стартере (а также на лампе) при всех пусках
процесс.
Поскольку это измерение проводится на стороне запуска нитей,
напряжение нагрева не видно и появляется как короткое замыкание.
Хорошо видны различные шаги.
На нулевом шаге (лампа не горит) нет напряжения.
Когда SW1 замкнут (первый шаг), стартер ионизируется и
начать нагреваться.Примерно через полсекунды происходит короткое замыкание стартера (шаг
два) и электроды лампы начинают нагреваться, пока стартер остывает
вниз.
Поскольку лампа закорочена стартером, напряжение на стороне стартера
нити, измеренные здесь, показывают ноль.
Конечно, на нити накала, которые сейчас светятся, есть напряжение, но они не могут
соблюдать здесь.
Еще через полсекунды стартер снова остывает и открывается.
(шаг 3) создание скачка высокого напряжения, который
зажигает и включает лампу (шаг четвертый).
Также интересно посмотреть напряжение на балласте (внизу), где
эти же шаги можно наблюдать снова.
Обратите внимание, что это измерение было проведено на том же оборудовании, но
несколько минут спустя, поэтому продолжительность различных шагов будет
разные.

Напряжение на балласте во время всего процесса пуска.
Амплитуда этого напряжения дает приблизительное представление о токе, протекающем в
схема.
Присутствуют паразитные импульсы, когда предполагается, что стартер закорочен.
Это означает, что его контакты не совсем надежны, и иногда он открывается для
крошечная доля секунды.
Даже если эти импульсы достаточно сильны, чтобы поразить лампу, этого не происходит.
потому что при повторном замыкании контактов лампа закорачивается и не может включиться.
Он включится только после последнего импульса, когда стартер наконец откроется.
и остается открытым.Блуждающие импульсы не вредят, и схема работает нормально.

Посмотрите фильм, в котором показана полная поразительная последовательность:
люминесцентная лампа.mp4
(3781910 байт, 11 с, h364,
960 × 540, 24 кадра в секунду).
Прочие соображения
До сих пор мы обсуждали, как запускается лампа и ее электрические
характеристики.
Давайте теперь посмотрим на некоторые другие соображения, такие как коэффициент мощности или
спектр света.
Фазирующий конденсатор
Из-за индуктивности балласта эта схема имеет плохое питание.
коэффициент: я измерил cos (φ) , равный 0,49.
Поскольку все нагрузки, подключенные к сети, должны иметь cos (φ) как
как можно ближе к 1, нужно что-то улучшить.
Есть несколько разных решений этой проблемы, но самое простое
(и единственное, что здесь обсуждается) – просто подключить подходящий конденсатор в
параллельно с электросетью.
Чтобы узнать требуемую емкость, нам сначала нужно рассчитать реактивную
мощность, которую нам нужно компенсировать.
Ранее мы обнаружили, что полная мощность S составляет 90,9 ВА, в то время как
Активная мощность P составляет 44,9 Вт.
Если вам интересно, как их измерить, определение кажущейся мощности довольно
просто: просто измерьте среднеквадратичный ток сети (здесь I = 385 мА ) и напряжение (здесь U = 236 V ) мультиметром и умножьте их
вместе: S = U · I = 90.9 ВА .
Определить активную мощность сложнее: если у вас есть измеритель мощности переменного тока, он
сразу даст вам P , и это то, что я сделал.
В противном случае вы можете измерить фазовый угол φ либо с помощью
осциллографом (как и я) или кософиометром (если он у вас есть) и
затем вычислить P = S · cos (φ) .
Но если у вас нет этого модного оборудования, вы все равно можете использовать
метод трех вольтметров.
Зная S и P , можно рассчитать реактивную мощность Q по формуле ниже.Жалко, что в электронике le буквенное обозначение Q используется как для
реактивная мощность цепи переменного тока и добротность цепи LC:
на этой странице Q – реактивная мощность.
Это не что иное, как теорема Пифагора, где S – это
гипотенуза и P и Q – две другие стороны правой
треугольник.
Со значениями S и P , которые были измерены ранее, мы находим Q = 79.0 var .
Напоминаем, что активная мощность P измеряется в ваттах (Вт),
полная мощность S измеряется в вольт-амперах (ВА), а реактивная
мощность Q измеряется в реактивных вольт-амперах (вар).
Это просто для того, чтобы различать их и избежать путаницы, даже если физически
все эти три единицы имеют измерение силы.
Чтобы компенсировать эту индуктивную реактивную мощность, мы вводим равное количество
емкостная реактивная мощность, с конденсатором, включенным параллельно сети.Реактивное сопротивление X , создающее такую реактивную мощность, определяется как:
Где U – напряжение сети.
Находим X = 705 Ом .
Наконец, с определением необходимой емкости C со следующими
уравнение:
Где f – частота сети (в данном случае 50 Гц).
Находим 4,5 мкФ.
Этот конденсатор должен быть рассчитан на прямое подключение к сети:
используйте только конденсаторы класса X (или Y).
ПРА прочие
Доступны не только индуктивные балласты.
Индуктор простой серии работает только при напряжении сети 230 В.
В странах с сетевым напряжением 120 В, в зависимости от длины трубки и
мощность, напряжение может быть слишком низким, чтобы лампа продолжала гореть, поэтому балласты
немного отличается и работает как автотрансформатор для увеличения напряжения и
ограничить ток в то же время.
Некоторые балласты автотрансформаторного типа могут также работать без стартера, с или
без подогрева электродов.Импульс высокого напряжения, необходимый для зажигания лампы, может генерироваться
резонансный контур, состоящий из дополнительного конденсатора.
Дополнительные обмотки в балласте могут использоваться для предварительного нагрева нитей, если
требуется.
Запуск трубки без предварительного нагрева нитей возможен, но чем выше
требуемое напряжение обычно вызывает разбрызгивание электродов, которое изнашивается
преждевременно.
В настоящее время электронные балласты заменяют старые индуктивные,
особенно из-за их более высокой эффективности, лучших пусковых характеристик и
возможность приглушить свет.Кстати, диммирование люминесцентных ламп индуктивным балластом возможно.
до некоторой степени, но когда яркость ниже заданного порога, основной ток
слишком низкий, чтобы нити оставались достаточно горячими, и дополнительный ток нагрева
должны циркулировать в электродах, например, с дополнительным
трансформатор.
К сожалению, снижение яркости до 0% невозможно.
Взгляд на спектр света
Как объяснялось выше, свет, излучаемый флуоресцентными
трубки обычно преобразуются из ультрафиолетового в видимое излучение за счет сочетания
флуоресцентные пигменты.При наблюдении с помощью светового спектрометра излучаемый спектр не меняется.
непрерывен, как лампа накаливания, но состоит из
несколько пиков, каждый из которых более или менее соответствует определенному пигменту.
Это объясняет, почему некоторые объекты при флуоресцентном освещении выглядят другого цвета.
освещение.

Спектр излучаемого света, пики различных флуоресцентных материалов
хорошо видны.
Свет кажется холодным белым и имеет температуру 4 200 К.
По горизонтальной оси отложена длина волны в нанометрах, по вертикальной оси.
интенсивность света в произвольной, но линейной единице.
Эта конкретная трубка имеет холодное белое покрытие и рассчитана на
цветовая температура
4’200 тыс.
Заключение
Некоторые измерения и рекомендации по люминесцентным лампам (с горячим катодом)
были представлены.На этой странице нет ракетостроения, но есть только некоторые
необычная электрическая информация о люминесцентных лампах и их свечении
закуски.}