Оглавление
Схемы ЭПРА
Вряд ли имеет смысл собирать электронный балласт своими руками. Даже качественные модели стоят не так много, чтобы оправдать затраты времени на сборку. Разве что вам хочется сделать что-то самостоятельно. Работающая самостоятельно сделанная вещь, безусловно, приносит моральное удовлетворение. В сети есть масса схем, но многие из них абсолютно нерабочие. В этом пункте приведем рабочие — на базе микросхем или без них.
Схема электронного балласта для ламп дневного света на базе транзисторных ключей
ЭПРА на базе микросхемы IR2520D фирмы IR с диапазоном рабочей частоты от 35 кГц до 80 кГц
Схема электронного балласта на микросхеме UBA2021 фирмы NXP. Рабочая частота 39 кГц
Балласт с микросхемой ICB1FL02G и частотой 40 кГц
Использование транзисторов КТ872А
Принципиальная схема электронного балласта на транзисторах КТ872А предполагает использование только переменных преобразователей. Пропускная способность составляет около 5 мк, но рабочая частота может меняться. Трансивер для балласта подбирается с расширителем. У многих моделей используется несколько конденсаторов разной емкости. В начале цепи применяются элементы с обкладками. Также стоит отметить, что триод разрешается устанавливать перед дросселем. Проводимость в таком случае составит 6 мк, а рабочая частота не будет выше 20 Гц. При напряжении 200 В перегрузка у балласта составит около 2 А. Для решения проблем с пониженной чувствительностью используются стабилизаторы на расширителях.
Устройство ЭПРА
Электронный пускорегулирующий аппарат (electronic ballast) является сложным электронным устройством. В состав входят:
- Фильтр помех: необходим для нивелирования влияния помех из электросети и в нее;
- Выпрямитель: необходим для преобразования переменного тока в постоянный;
- Опционально: корректор мощности;
- Сглаживающий фильтр: служит для снижения пульсаций;
- Инвертор: повышает напряжение до необходимого;
- Балласт: аналог электро-магнитного дросселя.
В некоторых моделях инвертор может быть дополнен регулятором яркости. Для этого необходим внешний светорегулятор (либо ручной, либо автоматический на базе фоторезистора). Схем разработано очень много. Элементная база ЭПРА для дневных люминесцентных ламп весьма разнообразна: от мощных полевых транзисторов в мостовой схеме при нагрузках в сотни Ватт, до микросхем-драйверов в маломощных светильниках. Но тем не менее алгоритм работы един.
В упрощенном виде для одной лампы дневного света схема выглядит так:
Т.е. схема состоит всего из двух компонентов: люминесцентной лампы и электронного пускателя. С точки зрения электрика это намного проще классической схемы светильника при использовании электромагнитного дросселя и стартера. На клеммы N и L подается сетевое напряжение. Вывод ground – заземление. Для работы ЭПРА подключение заземляющего контакта не является обязательным и служит лишь для безопасной эксплуатации.
Схема подключения для двух ламп – аналогична.
В ней отсутствуют дополнительные элементы, схема дополнена разве что второй лампой, выводы которой подключены напрямую к электронному блоку.
Схемы ЭПРА сложны и состоят из множества электронных компонентов. Человеку без инженерного образования понять схему очень сложно. К тому же не каждый электрик сможет разобраться во внутреннем устройстве.
Один из вариантов принципиальной схемы ЭПРА
Это достаточно простая схема для инженера-электроника. В упрощенном понимании схема работает следующем образом. Выпрямление производится двухполупериодным выпрямителем – диодным мостом. Сглаживание пульсаций выполняется электролитическим конденсатором, рассчитанным на напряжение выше сетевого, так как амплитудное значение синусоиды для сети переменного тока примерно в полтора раза выше сетевого (√2*220В). Остальными процессами управляет микросхема. За подачу напряжения на лампы отвечают полевые транзисторы. Далее преобразователь работает автономно, частота не изменяется.
Знание электроники позволяет создать и схему питания люминесцентной лампы от низковольтных источников. Схема получается достаточно компактна
Самое важно правильно намотать трансформатор
Принципиальная схема питания люминесцентной лампы от низковольтного источника
Общий принцип работы элемента
По сути, балласт для люминесцентных ламп представляет собой дроссель. Он регулирует силу подачи тока, ограничивая или разделяя разночастотные электрические сигналы. Ликвидирует пульсации постоянного тока. Происходит нагрев катодов люминесцентных ламп.
Далее, на них производится подача необходимого количества напряжения, которое активирует работу осветительного прибора. Напряжение корректируется с помощью особого регулятора, который впаян в инверторную схему. Именно он отлаживает диапазон напряжений. За счет вышеперечисленных особенностей работы балласта мерцание в источнике света полностью исключается.
В схему встроен и стартер. Его функции – трансляция напряжения и зажигание. При включении лампы, на микросхеме балласта происходит снижение силы тока. Данная особенность позволяет выстроить необходимый режим работы осветительного прибора.
Сегодня на рынке широко представлены такие виды балластных устройств, как:
- электромагнитные;
- электронные;
- балласты для компактных ламп.
Представленные категории отмечены надёжной работой и обеспечивают длительное функционирование и простоту эксплуатации всех люминесцентных ламп. Все эти приборы имеют идентичный принцип действия, однако отличаются по некоторым пунктам.
Электромагнитные
Данные балласты применимы для ламп, подключенных к электросети при помощи стартера. Первично возникающий разряд интенсивно разогревает и замыкает биметаллические электродные элементы. Происходит резкое увеличение рабочего тока.
Электромагнитный балласт легко узнать по внешнему виду. Конструкция более массивная, по сравнению с электронным прототипом.
При выходе из строя стартера, в схеме электромагнитного балласта, возникает фальстарт. При поступлении питания лампа начинает мигать, впоследствии идёт ровная подача электроэнергии. Эта особенность значительно снижает рабочий ресурс источника освещения.
| Плюсы | Минусы |
| Высококлассный уровень надежности, доказанный практикой и временем. | Долгий запуск — на первом этапе эксплуатации запуск осуществляется за 2-3 секунды и до 8 секунд к моменту завершения срока службы. |
| Простота конструкции. | Повышенный расход электроэнергии. |
| Удобство эксплуатации модуля. | Мерцание лампы с частотой 50 Гц (эффект стробирования). Негативно влияет на человека, который длительно находится в помещении с подобным видом освещения. |
| Доступная цена для потребителей. | Слышен гул работы дросселя. |
| Количество фирм производителей. | Значительный вес конструкции и громоздкость. |
Электронные
Сегодня применяются магнитные и электронные балластники, которые состоят в первом случае из микросхемы, транзисторов, динисторов и диодов, а во втором – из металлических пластин и медного провода. Посредством стартера лампы запускаются, причем в качестве единой функции этого элемента с балластником в одной схеме организовано явление в электронном варианте детали.
- малый вес и компактность;
- плавное быстрое включение;
- в отличие от электромагнитных конструкций, которым для работы требуется сеть 50 Гц, высокочастотные магнитные аналоги функционируют без шумов от вибрации и мерцания;
- снижены потери на нагревание;
- коэффициенты мощности в электронных схемах достигают 0,95;
- продленный срок эксплуатации и безопасность применения обеспечиваются несколькими видами защиты.
| Достоинства | Недостатки |
| Автоматическая настройка балласта под различные виды ламп. | Более высокая стоимость, по сравнению с электромагнитными моделями. |
| Моментальное включение осветительного прибора, без дополнительной нагрузки на устройство. | |
| Экономия потребления электроэнергии до 30%. | |
| Исключен нагрев электронного модуля. | |
| Ровная световая подача и отсутствие шумовых эффектов в процессе освещения. | |
| Увеличение срока службы люминесцентных ламп. | |
| Дополнительная защита гарантирует увеличение степени пожаробезопасности. | |
| Снижение рисков в процессе эксплуатации. | |
| Ровная подача светопотока исключает быструю утомляемость. | |
| Отсутствие негативных функций в условиях пониженных температур. | |
| Компактность и легкость конструкции. |
Для компактных люминесцентных ламп
Компактные типы ламп дневного света представлены приборами, аналогичным лампой накаливания типов Е27, Е40 и Е14. В таких схемах электронные балласты встраиваются вовнутрь патрона. В данной конструкции исключён ремонт в случае поломки. Дешевле и практичнее будет приобрести новую лампу.
Как изготовить светильник своими руками?
Сделать простейший светильник из двух ламп можно следующим образом:
- выбираем подходящие по цветовой температуре (оттенку белого цвета) лампы по 36 Вт;
- изготавливаем корпус из материала, который не воспламенится. Можно задействовать корпус от старого светильника. Подбираем ЭПРА под данную мощность. На маркировке должно быть обозначение 2 х 36;
- подбираем к лампам 4 патрона с маркировкой G13 (зазор между электродами составляет 13 мм), монтажный провод и саморезы;
- патроны необходимо закрепить на корпусе;
- место установки ЭПРА выбирают из соображения минимизации нагрева от работающих ламп;
- патроны подключаются к цоколям ЛДС;
- для предохранения ламп от механического воздействия желательно установить прозрачный или матовый защитный колпак;
- светильник закрепляется на потолке и подключается к сети питания 220 В.
Простейший светильник из двух ламп
Принцип работы электронного балласта
Действие электронных пускорегулирующих баластников напрямую связано с принципом работы самой люминесцентной лампы. Основным этапом считается ее пуск, при котором должны соблюдаться определенные условия. В первую очередь, осуществляется разогрев обеих нитей накала, после чего на них поступает высокое напряжение, порядка 600 вольт. Значение зажигающего напряжения находится в прямой зависимости с длиной стеклянной трубки. Чем короче лампа и ниже ее мощность, тем меньше будет требуемое пусковое напряжение.
На начальном этапе происходит выпрямление входного сетевого напряжения до постоянного значения в пределах 260-270 В и его последующее сглаживание при помощи электролитического конденсатора С1. Это хорошо видно на представленной схеме.
Затем начинается работа двухтактного полумостового преобразователя, состоящего из двух высоковольтных биполярных транзисторов со структурой п-р-п. Данные транзисторы выполняют функцию ключей, а вся схема осуществляет преобразование постоянного напряжения 260-270 В, в напряжение с высокой частотой до 38 кГц. За счет этот как раз и снижаются размеры и вес устройства.
Схема электронного балласта включает в себя трансформатор, выполняющий одновременно функции нагрузки и управления. Из его трех обмоток, две четырехвитковые являются управляющими, а одна двухвитковая – рабочей. Рабочая обмотка, включенная в цепь, создает необходимую нагрузку для преобразователя.
Изначально преобразователь запускается с помощью симметричного динистора, открывающегося в случае превышения напряжением порога срабатывания в местах подключения. Находясь в открытом состоянии, он посылает импульс на транзисторную базу, что приводит к запуску преобразователя. Конденсатор, находящийся в резонансной цепи и подключенный непосредственно к лампе, обеспечивает падение напряжения до уровня, при котором зажигается лампа.
Таким образом, с помощью максимального тока происходит разогрев обеих нитей накаливания, а непосредственное зажигание лампы происходит за счет высокого резонансного напряжения на конденсаторе. В зажженной лампе сопротивление уменьшается, однако сохраняющийся резонанс напряжений обеспечивает ее дальнейшее горение. Ограничение тока происходит за счет индуктивности дросселя. Несмотря на столь подробное описание, на зажигание люминесцентной лампы фактически требуется менее 1 секунды.
Принцип действия
Электронный балласт для люминесцентных ламп схема 36w получает питание при 50 — 60 Гц. Сначала он преобразует напряжение переменного тока в постоянный. После этого фильтрация этого постоянного напряжения осуществляется с помощью конфигурации конденсатора. Теперь отфильтрованное напряжение подается на каскад высокочастотных колебаний, они обычно представляют собой прямоугольные волны, а диапазон частот составляет от 20 кГц до 80 кГц.
Принцип ЭБ
Следовательно, выходной ток имеет очень высокую частоту. Небольшая индуктивность обеспечена, чтобы быть связанной с высокой скоростью изменения тока на большой частоте. Как правило, более 400 В требуется для запуска процесса газового разряда в свете люминесцентных светильников. Когда переключатель включен, начальное напряжение на лампе становится равным 1000 В из-за высокого значения, следовательно, разряд газа происходит мгновенно.
Как только процесс разрядки начат, напряжение на светильнике падает с 230 В до 125 В, балласт для ламп позволяет ограниченному току течь через нее. Это управление напряжением и током осуществляется блоком управления ЭБ. В рабочем состоянии люминесцентного светильника ЭБ действует, как диммер для ограничения тока и напряжения.
Простейший ЭБ использует общий принцип выпрямления входной мощности и сглаживания формы волны, пропуская его через простой фильтр, такой как электролитический конденсатор. Схемы электронных балластов для люминесцентных ламп демонстрируют принцип их работы.
Схема построения электронного балласта
Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный сигнал. Первым шагом является выпрямление входной мощности, а затем сигнал прерывается для увеличения частоты. Этот тип балластов работает от 20 до 60 кГц. Другие типы, такие как магнитные балласты, обычно работают на частоте линии, которая составляет около 50-60 Гц. Они страдают от таких проблем, как мерцание и жужжащий звук, который иногда создает неудобства для окружающих.
Обоснование увеличения частоты в ЭБ заключается в том, что эффективность лампы быстро возрастает при изменении частоты от 1 кГц до 20 кГц, а затем постепенно повышается до 60 кГц. По мере того как рабочая частота устройства увеличивается, величина тока, необходимого для создания такого же количества света, уменьшается по сравнению с линейной частотой. Таким образом, повышая эффективность лампы.
График эффективности лампы
Важно! Повышенная производительность на более высоких частотах заключается в том, что период времени цикла переменного тока становится короче, чем время релаксации между последовательной ионизацией и деионизацией газа переменным током. Таким образом, плотность ионизации в лампе поддерживается практически постоянной вблизи оптимальных условий работы в течение всего периода переменного тока. Следовательно, он действует как омический резистор, который увеличивает коэффициент мощности
В то время как на низких частотах плотность ионизации колеблется больше относительно оптимального уровня, вызывая плохие средние условия разряда
Следовательно, он действует как омический резистор, который увеличивает коэффициент мощности. В то время как на низких частотах плотность ионизации колеблется больше относительно оптимального уровня, вызывая плохие средние условия разряда.
Подключение ЭПРА
Подсоединение ЭПРА (электронного пускового механизма)
Дроссели являются довольно шумными устройствами. Поэтому их последние годы подключают в систему люминесцентного освещения нечасто, заменяя их ЭПРА, цифровыми или аналоговыми.
В стартере подобные устройства уже не нуждаются. По сути, электронные пусковые устройства – это небольшие электронные платы. Они сами способны регулировать уровень напряжения и обеспечивают ровный свет, без мерцания. Плюс они более безопасны и менее пожароопасны в эксплуатации и имеют больший срок службы.
Вариантов реализации ЭПРА может быть немало, но основных способов запуска два:
- источники предварительно разогревают; это помогает увеличить КПД прибора и снизить его мерцание
- с использованием колебательного контура; нить накала в этом случае является его частью; при прохождении разряда параметры контура меняются, в результате напряжение падает до требуемого уровня
Избавиться от надоедливого гудения и моргания можно, заменив старый дроссель на современный электронный пускорегулирующий механизм. Для этого следует:
- Разобрать старую схему, удалив из нее дроссель, стартер, а также конденсаты. Внутри должны остаться лишь источник света и провода
- Прикрепляем подобранный по мощности ЭПРА к корпусу саморезами. Если ламп две, то мощность электронного механизма должна быть выше в 2 раза
- Соединяем его проводами с гнездами ламп
- Если сборка произведена правильно, оба источника света должны засветиться одновременно, ровным ярким светом. Гудения, естественно, быть уже не должно.
Достоинства и недостатки люминесцентных источников света
Использование ламп для тепличного выращивания растений
ПЛЮСЫ:
- Первым значительным плюсом таких устройств является существенная экономия электроэнергии. Источники света последнего поколения, работающие по этому принципу, тратят ее в 4-5 раз меньше, чем обычные лампы накаливания.
- Кроме высокой светоотдачи, положительным моментом является длительный срок службы. Он может составлять 12-25 тыс. часов. Подобные устройства часто используют для контрастного освещения помещений большой площади (офисов, торговых центров, школ) или уличного освещения. Используют их на транспорте, в уличных фонарях, туннелях.
МИНУСЫ:
- Необходимость подключения дополнительных устройств (стартеров и дросселей)
- Доминирование в спектре желтого света и искажение цветопередачи освещаемых предметов
- Значительные габариты колбы, из-за чего становится сложно равномерно перераспределить поток света
- На силу света в таких источниках способна влиять температура окружающей среды
- Разогрев лампы происходит не сразу; полную яркость она набирает спустя некоторое время, иногда оно может длится 10-15 минут
- значительная пульсация света, что может сказаться отрицательно на зрении
- Наличие, пусть в минимальных количествах ртути, опасной для здоровья человека, растений и животных
Последними разработками ученых стали компактные люминесцентные источники освещения, внешне схожие с обычными лампами накаливания. Они снабжены стандартным патроном, и их можно легко вкрутить в любую люстру или торшер. Никакой модернизации при этом не требуется.
Вся пускорегулирующая аппаратура (ПРА) в них расположена в самом патроне или выносится отдельно в небольшие блоки. Подобные устройства часто называют энергосберегающими.
Сравнение параметров разных источников освещения
Но все же последние годы пользователи предпочитают подключать вместо люминесцентных ламп современные светодиодные. Принцип работы этих устройств существенно отличается. Люминесцентные колбы заполняются газом и парами ртути, и световое излучение образуется за счет разогревания вольфрамовой спирали. В светодиодных устройствах излучателем света является группа диодов или единичный светодиод. Именно он преобразует ток в световые лучи при протекании его через полупроводник.
Подобные устройства не только более прочны и менее опасны (повреждение люминесцентных же грозит попаданием в организм человека ртути). КПД светодиодных источников освещения гораздо больше, поэтому они более экономичны. Схема подключения люминесцентной или светодиодной лампы в обеих случаях максимально проста – достаточно лишь вкрутить ее патрон в цоколь.
Подробно о способах подключения люминесцентных ламп смотрите на следующем видео:
Принцип действия
Принцип действия люминесцентных ламп
Опишем кратко схему взаимодействия стартера, балласта и светильника:
- При подаче питания ток, проходя через ПРА, проходит через контакты стартера по вольфрамовым спиралям, раскаляя их и далее уходит в сторону нуля
- Стартер оснащается парой контактов: подвижным и неподвижным. При поступлении тока подвижный контакт (биметаллический), нагреваясь, изменяет свою форму и соединяется с первым
- При этом сила тока тут же значительно увеличивается до предела, ограничиваемого дросселем. Происходит разогревание электродов
- Пластина стартера, напротив, начинает остывать и рассоединяет контакты. В этот момент происходит резкий скачек напряжения и пробивка электронами газа. При превращении ртути в пар источник света переходит в рабочий режим
- Стартер в процессе уже не участвует – его контакты разомкнуты.
Интересные идеи для украшения любимой дачи своими руками | 150+ оригинальных фото подсказок для умельцев
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.
Схема балласта на 36 Вт
Балласт электронный (схема 2х36) для ламп на 36 Вт имеет расширительный трансивер. Подключение устройства происходит через переходник. Если говорить про показатели балластов, то номинальное напряжение равняется 200 Вт. Изоляторы для устройств подходят низкой проводимости.
Также схема электронного балласта 36W включает в себя конденсаторы емкостью от 4 пФ. Тиристоры довольно часто устанавливаются за фильтрами. Для управления рабочей частотой имеются регуляторы. У многих моделей используется два выпрямителя. Рабочая частота у балластов данного типа максимум равняется 55 Гц. При этом перегрузка может сильно возрастать.
