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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Радiоаматор №1, 2009г.

Список радиоэлементов

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

Очередная прогулка по магазинам завершилась покупкой балласта для ламп дневного освещения. Балласт на 40 ватт, способен питать одну мощную ЛДС или две маломощные по 20 ватт.

Интересно то, что цена такого балласта недорога, всего 2 доллара. Для некоторых, покажется, что все-таки 2$ за балласт дороговато, но после вскрытия, оказалось, что в нем использованы компоненты в разы дороже общей цены балласта. Одна только пара мощных высоковольтных транзисторов 13009 уже стоят более доллара каждый.

Кстати, срок службы ЛДС зависит от способа запуска лампы. Из графиков видно, что холодный старт резко сокращает срок службы лампы.

Особенно в случае применения упрощенных электронных балластов, которые резко выводят ЛДС в рабочий режим. Да и способ питания лампы постоянным током также снижает срок службы. Незначительно - но всё-таки снижает. Примеры - на схемах ниже:

Простая схема электронного балласта (без микросхемы управления) почти мгновенно зажигает лампу. И для долговечности лампы это плохо. За короткое время нить накала не успевает разогреться, а высокое напряжение, приложенное между ее нитями, вырывает из нити накала требуемое количество электронов, необходимое для зажигания лампы, и этим разрушает накал, понижая его эмиссионную способность. Типовая принципиальная схема электронного балласта:

Поэтому рекомендуется выбирать белее серьёзную схему, с задержкой подачи питания (клик для увеличения):
В схеме купленного балласта особенно порадовал сетевой фильтр - чего нет в электронных трансформаторов для галогенных ламп. Фильтр оказался не простой: дроссель, варистор, предохранитель (не резистор как в ЭТ, а самый настоящий предохранитель), емкости перед и после дросселя. Дальше идет выпрямитель и два электролита - это не похоже на китайцев.

После уже идет стандартная, но в разы улучшенная схема двухтактого преобразователя. Тут сразу на глаза бросаются две вещи - теплоотводы транзисторов и применение более мощных резисторов в силовых цепях, обычно китайцам без разницы, где ток в цепи больше или меньше, они используют стандартные резисторы 0,25вт.

После генератора идут два дросселя, именно благодаря им происходит повышение напряжения, тут тоже все очень аккуратно, никаких претензий. Даже в мощных электронных трансформаторах китайские производители редко используют теплоотводы для транзисторов, но здесь как видим они есть, и не только есть, но и очень аккуратны - транзисторы прикручены через дополнительные изоляторы и через шайбы.

С обратной стороны плата тоже сияет аккуратностью монтажа, никаких острых выводов и испорченных дорожек, олово так-же не пожалели, все очень красиво и качественно.

Подключил устройство - оно отлично работает! Я уже начал думать, что сборку делали немцы, под суровым контролем, но тут вспомнил цену и почти поменял свое мнение о китайских производителях - молодцы парни, поработали на славу! Обзор подготовил АКА КАСЬЯН.

Обсудить статью ЭЛЕКТРОННЫЙ БАЛЛАСТ ДЛЯ ЛАМП ЛДС

Освещение лампами дневного света имеет значительное преимущество перед лампами накаливания: экономичность, более длительный срок службы, высокий КПД, малое количество тепла рассеиваемого лампой, спектр света излучаемого данными лампами более близок к естественному, по сравнению со столь привычными накальными. И естественно имеют недостатки, это: сложность включения ламп дневного освещения, возникновение стробоскопических эффектов на движущихся механизмах, сравнительная дороговизна.
Несмотря на сильное развитие современных электронных балластов для питания ламп дневного освещения (ЛДС), стандартной схемой включения ЛДС принято считать схему изображенную на рисунке.

Принцип действия прост, но всё таки требует определённых условий для нормального эксплуатирования ЛДС. Для зажигания люминесцентной лампы и ее нормальной работы требуется стартер (пусковое устройство), дроссель (ПРА - пускорегулирующий аппарат), конденсаторы. Стартер служит для автоматического включения и выключения предварительного накала электродов. Он представляет собой баллон из стекла, наполненный инертным газом, в котором находятся металлический и биметаллический электроды, выводы которых соединены с выступами в цоколе для крепления в схеме лампы. При включении лампы согласно вышеуказанной схеме, а на электроды лампы и стартера подается напряжение сети, которое достаточно для образования тлеющего разряда между электродами стартера. Поэтому в цепи протекает ток тлеющего разряда стартера, примерно 0,01... 0,04 А. Тепло, выделяемое при протекании тока через стартер, нагревает биметаллический электрод, который выгибается в сторону другого электрода. Через промежуток времени тлеющего разряда 0,2... 0,4 с контакты стартера замыкаются, и по цепи начинает течь пусковой ток, величина которого определяется напряжением сети и сопротивлениями дросселя и электродов лампы. Этого тока не достаточно для нагревания электродов стартера, и биметаллический электрод стартера разгибается, разрывая цепь пускового тока. Предварительно пусковой ток разогревает электроды лампы. Благодаря наличию в цепи индуктивности, при размыкании контактов стартера в цепи возникает импульс напряжения зажигающий лампу. Время разогрева электродов лампы составляет 0,2... 0,8 секунд что в большинстве случаев недостаточно, и лампа может не загореться с первого раза, и весь процесс может повториться. Общая длительность пускового режима лампы составляет 5... 15 с. Длительность пускового импульса при размыкании контактов стартера составляет 1... 2 мкс, что недостаточно для надежного зажигания лампы, поэтому параллельно контактам стартера включают конденсатор емкостью 5... 10 пФ. Дроссель, представляющий собой обмотку, намотанную на сердечник из листовой электротехнической стали, облегчает зажигание лампы, а также ограничивает ток и обеспечивает ее устойчивую работу (иногда дроссель заменяют компенсирующим конденсатором, лампочкой накаливания небольшой мощности). На рисунке 1, приведена простейшая схема стартерного зажигания люминесцентной лампы, включенной в сеть 127-220 В. Проблема рассматриваемой схемы в том что в момент размыкания стартера не всегда совпадает с полуволной напряжения сети, и срабатывание стартера происходит вхолостую. Схема конечно куда проще, чем те которые будут описываться ниже. Но всё таки схемы рассматриваемые далее находят своё применение в действительно качественных и экономичных системах освещения.
И так...

Электронный балласт на микросхеме IR2153

Что же относительно конкретных схемных решений, то я постараюсь осветить решения на основе микросхем фирмы-производителя International Rectifier.
Схема представленная на рисунке, представляет собой преобразователь сетевого напряжения 220 В, 50 Гц в 160 В 33 кГц. Именно полученные выходные параметры и являются теми факторами, значительно повышающими эксплуатационные характеристики источников света на основе ЛДС.
Первый фактор: Полностью исключается беспорядочное мерцание лампы в момент первоначального запуска.
Второй: Возникающий во время старта потенциал, достаточный для гарантированного поджога лампы с первого раза. Время запуска составляет примерно 0,5 сек.
Третий: Благодаря высокочастотной коммутации, газ в лампе не успевает деионизироваться в периодах спадания синусоиды питающего тока до нуля, а значит для нормальной работы лампы требуется меньшее напряжение. Это основная экономия электроэнергии.
Четвёртый: Полное отсутствие стробоскопического эффекта на движущихся механизма, вследствии отсутствия 100Гц (удвоенной частоты сети) пульсаций света.
Пятый: Требуется дроссель с меньшей индуктивностью, а значит и с меньшими размерами, весом, тепловыми, омическими потерями и стоимость.
Перед выше перечисленым можно смело ставить знак "+"
Ну и куда же деться от недостатков, они у нас таковы:
Первый: Относительная сложность схемы.
Второй: Относительно высокая стоимость изготовления такого аппарата (если речь идёт о питании одной лишь лампы).
Третий: Высокий уровень ЭМИ.

Схема состоит из основных узлов: фильтр питающего напряжения, выпрямитель сетевого напряжения, генератор-драйвер управления высоковольтными MOSFET транзисторами, полумост ключей и нагрузка в роли которой выступает лампа с балластным дросселем.
Ничего особо необычного схема не содержит и не является сложной.
Сетевое напряжение подаётся через сетевой фильтр L1, C2. Поступает на выпрямитель VD1, C3. Сформированные на конденсаторе С3 310В напрямую запитывают полумост транзисторов VT1, VT2 и через гасящий резистор R2 получаем необходимые для работы микросхемы 9-10В.
После подключения к сети примерно через 0,5 секунды на выходе схемы (правая по схеме обкладка конденсатора С8) появляется меандр в 165В с небольшой "полочкой" между открытыми состояниями транзисторов. Поданное на лампу ВЧ напряжение в течении ещё примерно 0,5 сек. прогревает катоды. Проявляется это в виде кратковременного тусклого оранжевого свечения катодов, после достаточной ионизации газа в колбе лампы, за счёт высоковольтных выбросов с дросселя L2, газовый промежуток пробивается. И, как же без последствий - лампа зажглась! Дальнейшая работа сопровождается прогревом лампы и индуктивности в результате чего яркость несколько увеличивается.
"Двигателем" схемы является микросхема генератор-драйвер. В содержимом которой можно разобраться исходя из вот этого рисунка:

Микросхема содержит подобие 555-го таймера, фазорасщепляющий триггер, формирователь "мёртвого" промежутка позволяющий избежать сквозного тока в выходных ключах, схему питания драйвера верхнего ключа, схему контроля заниженного напряжения, стабилитрон основного питания и даже цепь задержки, позволяющая выровнять время распространения сигналов по каналам верхнего и нижнего ключа, а также ещё несколько дополнительных узлов, в которых разбираться нет смысла.

О использованных компонентах

Элемент	Номинал	Примечание
		0,125Вт
		2Вт
R3, R4	36Ом	0,125Вт
С1, С2, С8		Плёнка
	47,0 x 400V	Электролитический
	1nF (1000пФ)	Только плёнка!
	220,0 х 25В	Электролитический
	2700... 4000пФ х 1кВ	Только керамика
	22,0 х 25В	Электролит. Можно зашунтировать керамикой 0,1мкФ

Если кто-то не знает, как работают люминесцентные лампы, то важным моментом здесь является электрический ток, но не в плане питания, а в плане его вида. Люминесцентные лампы работают от постоянного тока, поэтому в электрическую схему светильника устанавливается так называемый регулируемый высокочастотный инвертор или по-другому электронный балласт. По сути, это обычный выпрямитель, только от стандартного прибора его отличает небольшие размеры, а соответственно и небольшой вес. Как приятное добавление инвертор не издает шума при работе. Давайте рассмотрим в этой статье, что собой представляет электронный балласт – схема его внутренней начинки.

В первую очередь необходимо отметить тот факт, что прибор отвечает не только за выпрямление переменного тока, но и за пуск самой лампы. То есть, его можно сравнить с обычным (стандартным) дроссельным контактом. Правда, надо быть до конца откровенным и сказать, что электронный балласт для люминесцентных ламп является прибором капризным, поэтому его срок годности оставляет желать лучшего.

Разновидности и назначение

В настоящее время производители предлагают два основных типа:

• Одиночные.
• Парные.

Здесь все понятно. Одиночные предназначаются для включения одной лампы, парные для нескольких, соединенных в единую сеть. Самое важно, выбирая инвертор, необходимо учитывать общую яркость светильника в целом, потому что именно по этому показателю и подбирается балласт для люминесцентных ламп.

Итак, кроме вышеописанных функций, для чего еще необходим электронный балласт.

1. Установленный в схему инвертор должен обеспечить подачу постоянного тока, тем самым обеспечить источник света равномерным излучением без мерцания.
2. При помощи него производится быстрое включение лампы. Без него она загорится тоже, но только через несколько секунд и при работе будет обязательно гудеть.
3. Скачки напряжения – враг номер один для системы освещения. Так вот балласт сглаживает данные скачки за счет выпрямления тока в независимости от его амплитуды.
4. В схеме электронного балласта есть специальный регулятор. Он фиксирует неисправности внутри самого светильника. Если поломка обнаружена, регулятор тут же отключает источник света от подачи электрического тока.

Внимание! Многие производители в схемах используют различные детали и элементы, с помощью которых можно экономить потребляемую электроэнергию. Во многих моделях данный показатель составляет 20%. Неплохой результат.

Как работает балласт

Как уже было сказано выше, балласт для люминесцентных ламп – это практически дроссель. Поэтому данный прибор и выпрямляет электрический ток, и тут же нагревает катоды люминесцентных ламп. После чего на них поступает то количество напряжения, которое быстро включает осветительный прибор. Напряжение выставляется специальным регулятором, который установлен в схеме инвертора, именно им устанавливается диапазон напряжений. Вот почему мерцание источника света отсутствует.

В схеме также присутствует свой собственный стартер. Он отвечает за передачу напряжения и за зажигание. Когда включается лампа, на микросхеме балласта напряжение падает, соответственно снижается и сила тока. Это дает возможность найти оптимальный режим работы светильника.

В настоящее время люминесцентные светильники комплектуются двумя видами балластов:

• С плавным запуском – это так называемый холодный вариант.
• Быстрый запуск – горячий. Сюда в основном относятся дроссели ПРА.