Схема эпра для люминесцентных ламп

Лампы дневного света (ЛДС) в виде длинной трубки давно применяются как в быту, так и в офисах. Главное их преимущество, по сравнению с лампами накаливания, – большая светоотдача, долговечность и экономия электроэнергии.

В старых светильниках применяли тяжелые дроссели и стартеры, они долго и с миганием зажигали лампы, работали ненадежно, гудели, а лампы мигали. На смену им пришли электронные балласты. Они легче по весу, мгновенно зажигают лампу, не гудят, работают в широком диапазоне питающих напряжений, не мигают, так как работают на больших частотах, и по стоимости приблизились к светильникам с тяжелыми дросселями.

Фото. Внешний вид светильника

Внешний вид такого светильника китайского производства типа DL-3011 для ЛДС мощностью 36 Вт показан на фото. Его номинальное питающее напряжение 220…240 В/50 Гц, но при испытаниях показал работоспособность и в диапазоне напряжений 100…240 B. Сам электронный блок питания (балласт) помещается внутри светильника в пластмассовой коробке. Он смонтирован на монтажной плате размерами 107х27 мм (рис.1 ).

Рис 1. Электронный ПРА

Принципиальная схема ЭПРА нарисована по монтажной плате и показана на рис.2 Все элементы на ней обозначены так же, как и на монтажной плате.

Рис 2. Принципиальная схема ЭПРА

Вначале вспомним принцип зажигания люминесцентных ламп, в том числе и при применении электронных балластов. Для этого необходимо выполнить два условия: первое – разогреть обе ее нити накала, второе – приложить большое (около 600 В) напряжение. Величина напряжения зажигания прямо пропорциональна длине стеклянной люминесцентной лампы, т.е. для коротких (18 Вт) ламп оно меньше, а для длинных (36…40 Вт) ламп – больше.

Работа электронного балласта

Вначале сетевое напряжение выпрямляется до постоянного напряжения 260…270 В (измерено на работающем преобразователе при напряжении сети

220 В) и сглаживается электролитическим конденсатором С1 (15 мкФ/400 В).

Далее двухтактный полумостовой преобразователь, активными элементами которого являются два биполярных высоковольтных транзистора структуры n-p-n (MJE13005), называемыми ключами (рис.2 ), преобразует постоянное напряжение 260…270 В в высокочастотное напряжение частотой 38 кГц, что позволяет значительно уменьшить габариты и вес балласта. Нагрузкой и одновременно управляющим элементом преобразователя является трансформатор (обозначен на схеме как TU38Q2) со своими тремя обмотками, из них две – управляющие обмотки (каждая по 4 витка) и одна – рабочая, состоящая из двух витков (рис.2 см. прикрепленные данные). Цепь с рабочей обмоткой создает нагрузку на преобразователь.

Первоначальный запуск преобразователя обеспечивает симметричный динистор, обозначенный в схеме DB3. Он открывается, когда после включения электросети напряжение в точках его подключения превысит порог срабатывания. При открытии динистор подает импульс на базу транзистора, после чего преобразователь запускается.

Транзисторные ключи открываются противофазно от импульсов с управляющих обмоток. Для этого обмотки включены в базы транзисторов противофазно (на рис.2 начало обмоток обозначены точками). Открытие каждого ключа вызывает наводку импульсов в двух противоположных обмотках, в том числе и в рабочей обмотке (2 витка). Переменное напряжение с рабочей обмотки L1 подается на люминесцентную лампу через последовательную цепь, состоящую из обмотки L1, первой нити накала лампы, С5 (4700 пФ/1200 В), второй нити накала лампы, С4 (100 нФ/400 В). Величины индуктивностей и емкостей в этой цепи подобраны так, что в ней возникает резонанс напряжений при неизменной частоте преобразователя.

На конденсаторе С5 (470 пФ/1200 В), включенном в резонансную цепь (к лампе), происходит самое большее падение напряжение (так как у С5 самое большое реактивное сопротивление из всех элементов контура), оно зажигает лампу.

Следовательно, максимальный ток в резонансной цепи разогревает обе ее нити накала, а большое резонансное напряжение на конденсаторе С5 зажигает лампу.

Зажженная лампа хотя и уменьшает свое сопротивление, но, как показали измерения, переменное напряжение на ней (и на конденсаторе С5) составляет около 295 В, а на дросселе L1 – около 325 В. Т.е. резонанс напряжений в цепи продолжается, из-за чего уже зажженная лампа и продолжает гореть. Дроссель L1 своей индуктивностью ограничивает ток в зажженной лампе, так как ее сопротивление после зажигания уменьшается. После зажигания лампы преобразователь продолжает работать в автоматическом режиме, не меняя свою частоту с момента запуска. Весь этот процесс зажигания длится менее 1 с.

При испытаниях светильник сохранял работоспособность в диапазоне питающего напряжения переменного тока от 220 В до 100 B, при этом частота преобразования увеличивалась с 38 кГц до 56 кГц, но яркость свечения лампы при напряжении 100 B заметно уменьшилась.

Следует отметить, что на люминесцентную лампу все время подается переменное напряжение, так как это обеспечивает равномерный износ эмиссионных способностей нитей накаливания и этим увеличивает срок службы лампы. При питании лампы постоянным током срок ее службы уменьшается на 50%.

Детали электронного балласта

Типы радиоэлементов указаны в принципиальной схеме (рис.2 см. прикрепленные данные). В состав устройства входят:

1. Т1, Т2 – транзисторные ключи MJE13005 китайского производства (аналог КТ8164А), структуры n-p-n, в корпусе TO-220 (400 В/4 A, в импульсе 8 А). Их можно заменить КТ872А (1500 В/8 A, корпус Т26а). Цоколевка MJE13005 показана на рис.2 (см. прикрепленные данные). При установке новых транзисторов всегда определяйте правильность выводов БКЭ, так как в аналогах она может не совпадать.
2. Трансформатор TU38Q2 с ферритовым кольцом, размер которого 11х6х4,5, его вероятная магнитная проницаемость около 2000. Трансформатор имеет 3 обмотки, две из них (управляющие) содержат по 4 витка и одна (рабочая) – 2 витка.
3. Диоды D1–D7 типа 1N4007 (1000 В/1 А). D1–D4 – выпрямительный мост, D6, D7 – демпферные диоды, а диод D5 разделяет источники питания.
4. Цепочка R1C2 обеспечивает задержку пуска преобразователя с целью его «мягкого» пуска и не допущения большого пускового тока.
5. Симметричный динистор типа DВ3 (U_зс.max =32 B; U_ос =5 В; U_{неотп.и.max} =5 B) обеспечивает первоначальный запуск преобразователя.
6. R3, R4 – ограничивающие резисторы в цепи эмиттера транзисторов. При экстремальных условиях сгорают, защищая более дорогие транзисторы.
7. R5, R6 – гасящие резисторы в цепи базы транзисторов.
8. D6, С3, R2 – демпферная цепочка, препятствующая выбросам напряжения на ключе в момент его запирания, демпферную функцию выполняет и диод D7, но на втором ключе. Кроме того, С3 уменьшает частоту преобразования.
9. Дроссель L1 состоит из двух склеенных между собой Ш-образных ферритовых половинок. L1 участвует в резонансе напряжений (совместно с С5 и С4) для обеспечения зажигания лампы и поддержки ее в рабочем состоянии, а также ограничивает ток в светящейся лампе.
10. С5 (4700 пФ/1200 B), С4 (100 нФ/400 B) – конденсаторы в цепи люминесцентной лампы, участвующие в ее зажигании (через резонанс напряжений), а после зажигания поддерживают ее в рабочем (светящемся) режиме. Максимально допустимое напряжения конденсатора С5=1200 В, такая величина подобрана неслучайно. При зажигании напряжение на С5 может превышать 600…700 В, и конденсатор должен выдержать его.
11. Конденсаторы 22 нФ/100 В (на схеме производители их не обозначили) предназначены для уменьшения частоты работы преобразователя. Напомним, что она равна 38 кГц при номинальном питающем напряжении.
12. С1 (15 мкФ/400 В) – единственный оксидный конденсатор в балласте, выполняющий функцию сглаживания выпрямленного напряжения питающей электросети.
13. F1 – мини-предохранитель в стеклянном корпусе номиналом 1 А.

При ремонте платы под напряжением будьте осторожны, так как ее радиоэлементы находятся под фазным напряжением.

Перегорание (обрыв) накальных спиралей люминесцентной лампы, при этом блок питания остается исправным. Это типичная неисправность. Устраняется она простой заменой стеклянной лампы, которая продается в любом магазине электротоваров и стоит около 1,5 USD. Применять можно лампы мощностью 36 и 40 Вт.

Трещины в пайке монтажной платы

Причины их появления: периодическое нагревание и последующее, после выключения, остывание места пайки, а также низкокачественная пайка платы изготовителем. Нагреваются места пайки от элементов, которые греются, – это транзисторные ключи. Такие трещины могут проявиться после нескольких лет эксплуатации, т.е. после многократного нагревания и остывания места пайки. Устраняется неисправность повторной пайкой трещины. Иногда необходимо предварительно зачистить место пайки.

Повреждение отдельных радиоэлементов

Отдельные радиоэлементы могут повредиться от скачков напряжения в электросети. В первую очередь, это транзисторы MJE13005. Производители не предусмотрели защиты схемы от всплесков напряжений, например, варисторами. Скачки напряжений часто имеют место в сельских электросетях во время сильных ветров и молний, поэтому во время таких атмосферных явлений светильник лучше не включать. Имеющийся в схеме предохранитель (1А) не защитит радиоэлементы от скачков напряжений, а лишь при пробое радиоэлементов.

Электронный балласт: современное решение для качественной и экономной работы люминесцентных ламп

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

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

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

Устройство ЭПРА для люминесцентных ламп

Схемы электронных балластов для люминесцентных ламп выглядят следующим образом:

На плате ЭПРА находится:

1. Фильтр электромагнитных помех, который устраняет помехи, приходящие со стороны сети. А также гасит электромагнитные импульсы самой лампы, которые могут негативно влиять на человека и окружающие бытовые приборы. Например, создавать помехи в работе телевизора или радиоприёмника.
2. Задача выпрямителя — преобразовывать постоянный ток сети в переменный, подходящий для питания лампы.
3. Коррекция коэффициента мощности – схема, отвечающая за контроль сдвига по фазе переменного тока, проходящего через нагрузку.
4. Сглаживающий фильтр предназначен для снижения уровня пульсации переменного тока.

Как известно, выпрямитель идеально выпрямить ток не в состоянии. На выходе из него пульсация может составлять от 50 до 100 Гц, что неблагоприятно сказывается на работе лампы.

Принцип действия устройства

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

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

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

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

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

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

Чтобы оценить уровень эффективности применения диммера для ламп накаливания. необходимо проанализировать все плюсы и минусы использования такой схемы управления освещением. При покупке любых ламп, будет не лишним обратить внимание, могут ли они быть подвергнуты диммированию

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

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

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

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

Видео с примером работы люминесцентной лампы от ЭПРА

ЭПРА – что это такое, и как работает

Люминесцентные лампы напрямую от сети в 220 вольт не работают. Им необходим специальный переходник, который будет стабилизировать напряжение и сглаживать пульсацию тока. Этот прибор носит название пускорегулирующая аппаратура (ПРА), состоящая из дросселя, с помощью которого сглаживается пульсация, стартер, используемый как пускатель, и конденсатор для стабилизации напряжения. Правда, ПРА в этом виде – это старый блок, который постепенно выводится из оборота. Все дело в том, что ему на смену пришла новая модель – ЭПРА, то есть, тот же пускорегулирующий аппарат, только электронного типа. Итак, давайте разберемся в ЭПРА – что это такое, его схема и основные составляющие.

Конструкция и принцип работы ЭПРА

По сути, ЭПРА – это электронное плато, небольшого размера, в состав которого входит несколько специальных электронных элемента. Компактность конструкции дает возможность установить плато в светильник вместо дросселя, стартера и конденсатора, которые все вместе занимают больше места, чем ЭПРА. При этом схема подключения достаточно проста. О ней чуть ниже.

Преимущества

• Люминесцентная лампа с ЭПРА включается быстро, но плавно.
• Она не моргает и не шумит.
• Коэффициент мощности – 0,95.
• Новый блок практически не греется по сравнению с устаревшим, а это прямая экономия электрического тока до 22%.
• Новый пусковой блок снабжен несколькими видами защиты лампы, что повышает ее пожарную безопасность, безопасность эксплуатации, а также продлевает в несколько раз срок службы.
• Обеспечение плавного свечения, без мерцания.

Внутреннее устройство ЭПРА

Внимание! Современные правила охраны труда предписывают использовать в рабочих помещениях люминесцентные лампы, снабженные именно этой новой аппаратурой.

Схема устройства

Начнем с того, что люминесцентные лампы – это газоразрядные источники света, которые работают по следующей технологии. В стеклянной колбе находятся пары ртути, в которые подается электрический разряд. Он-то и образует ультрафиолетовое свечение. На саму колбу изнутри нанесен слой люминофора, который преобразует ультрафиолетовые лучи в видимый глазами свет. Внутри лампы всегда находится отрицательное сопротивление, вот почему они не могут работать от сети в 220 вольт.

Но тут необходимо выполнить два основных условия:

1. Разогреть две нитки накала.
2. Создать большое напряжение до 600 вольт.

Внимание! Величина напряжения прямо пропорциональна длине люминесцентной лампы. То есть, для коротких светильников мощностью 18 Вт оно меньше, для длинных мощностью выше 36 Вт больше.

Теперь сама схема ЭПРА.

Начнем с того, что люминесцентные лампы, к примеру, ЛВО 4×18, со старым блоком всегда мерцали и издавали неприятный шум. Чтобы этого избежать, необходимо подать на нее ток частотой колебания более 20 кГц. Для этого придется повысить коэффициент мощности источника света. Поэтому реактивный ток должен возвращаться в специальный накопитель промежуточного типа, а не в сеть. Кстати, накопитель с сетью никак не связан, но именно он питает лампу, если случиться сетевой переход напряжения через ноль.

Как работает

Итак, сетевое напряжение в 220 вольт (оно переменное) преобразуется в постоянное с показателем 260-270 вольт. Сглаживание производится с помощью электролитического конденсатора С1.

После чего постоянное напряжение необходимо перевести в высокочастотное напряжение до 38 кГц. За это отвечает полумостовой преобразователь двухтактного типа. В состав последнего входят два активных элемента, которые собой представляют два высоковольтных транзистора (биполярных). Их обычно называют ключами. Именно возможность перевода постоянного напряжения в высокочастотное дает возможность уменьшить габариты ЭПРА.

Электронный пускорегулирующий аппарат

В схеме устройства (балласта) также присутствует трансформатор. Он является одновременно и управляющим элементом преобразователя, и нагрузкой для него. Этот трансформатор имеет три обмотки:

• Одна из них рабочая, в которой всего лишь два витка. Через нее происходит нагрузка на цепь.
• Две – управляющие. В каждой по четыре витка.

Особую роль во всей этой электрической схеме играет динистор симметричного типа. В схеме он обозначен, как DB3. Так вот этот элемент отвечает за запуск преобразователя. Как только напряжение в соединениях его подключения превышает допустимый порог, он открывается и подает импульс на транзистор. После чего происходит запуск преобразователя в целом.

Далее происходит следующее:

• С управляющих обмоток трансформатора импульсы поступают на транзисторные ключи. Эти импульсы являются противофазными. Кстати, открытие ключей вызывает наводку на двух обмотках и на рабочей тоже.
• Переменное напряжение с рабочей обмотки подается на люминесцентную лампу через последовательно установленные элементы: первая и вторая нить накала.

Внимание! Емкость и индуктивность в электрической цепи подбираются таким образом, чтобы в ней возникал резонанс напряжений. Но при этом частота преобразователя должна быть неизменной.

Обратите внимание, что на конденсаторе С5 будет происходить самое большое падение напряжения. Именно этот элемент и зажигает люминесцентную лампу. То есть, получается так, что максимальная сила тока разогревает две нити накала, а напряжение на конденсаторе С5 (оно большое) зажигает источник света.

По сути, светящаяся лампа должна снизить свое сопротивление. Так оно и есть, но снижение происходит незначительно, поэтому резонансное напряжение все еще присутствует в цепи. Это и есть причина, по которой лампа продолжает светиться. Хотя дроссель L1 создает ограничения тока на показатель разницы сопротивлений.

Преобразователь продолжает после запуска работать в автоматическом режиме. При этом его частота не меняется, то есть, идентична частоте запуска. Кстати, сам запуск длится меньше одной секунды.

Тестирование

Перед тем как запустить ЭПРА в производство проводились всевозможные тесты, которые показатели, что встроенный люминесцентный светильник может работать в достаточно широком диапазоне подаваемых на него напряжений. Диапазон составил 100-220 вольт. При этом оказалось, что частота преобразователя изменяется в следующей последовательности:

• При 220 вольт она составила 38 кГц.
• При 100 вольтах 56 кГц.

Но необходимо отметить, что при снижении напряжения до 100 вольт яркость свечения источника света явно уменьшилась. И еще один момент. На люминесцентный светильник всегда подается ток переменного типа. Это создает условия его равномерного износа. А точнее сказать, износа его нитей накаливания. То есть, увеличивается срок эксплуатации самой лампы. При тестировании лампы постоянным током, срок ее службы снизился в два раза.

Причины неисправностей

Итак, по каким причинам люминесцентная лампа может не гореть?

• Трещины в местах пайки на плате. Все дело в том, что при включении светильника плата начинает нагреваться. После того как он будет включен, происходит остывание блока ЭПРА. Перепады температуре негативно влияют на места пайки, поэтому появляется вероятность обрыва схемы. Исправить неполадку можно пайкой обрыва или даже обычной его чисткой.
• Если произошел обрыв нити накаливания, то сам блок ЭПРА остается в исправном состоянии. Так что эту проблему можно решить просто – заменить сгоревшую лампу новой.
• Скачки напряжения являются основной причиной выхода из строя элементов электронного ПРА. Чаще всего выходит из строя транзистор. Производители пускорегулирующей аппаратуры не стали усложнять схему, поэтому варисторов в ней нет, который бы и отвечали за скачки. Кстати, и установленный в цепь предохранитель также от скачков напряжения не спасает. Он срабатывает лишь в том случае, если один из элементов схемы будет пробит. Поэтому совет – скачки напряжения обычно присутствуют в непогоду, поэтому не стоит включать люминесцентную лампу, когда за окном сильный дождь или ветер.
• Неправильно проведена схема подключения аппарата к лампам.

Это интересно

В настоящее время ЭПРА устанавливаются не только с газоразрядными источниками света, но и с галогенными и светодиодными лампами. При этом нельзя использовать один аппарат, предназначенный для одного вида ламп, к другой лампе. Во-первых, не подойдут по параметрам. Во-вторых, у них разные схемы.

При выборе ЭПРА необходимо учитывать мощность лампы, в которую он будет устанавливаться.

Оптимальный вариант модели – это аппараты с защитой от нестандартных режимов работы источника света и от деактивации их.

Обязательно обратите внимание на позицию в паспорте или инструкции, где указано, в каких погодных климатических условиях электронный ПРА может работать. Это влияет и на качество эксплуатации, и на срок службы.

Подключение

И последнее – это схема подключения. В принципе, ничего сложного. Обычно производитель прямо на коробке указывает эту самую схему подключения, где точно по клеммам указаны и номера, и контур подключения. Обычно для вводного контура – три клеммы: ноль, фаза и заземление. Для выходного на лампы – по две клеммы, то есть попарно, на каждую лампу.

Для чего нужна пускорегулирующая аппаратура для люминесцентных ламп

Как работает электронный балласт и его схема

Как работает стартер для ламп дневного света

Источники: http://www.ascerdfg2.narod.ru/electronics/epra.html, http://elektrik24.net/osvetitelnye-pribory/lampy/energosberegayushhie/lyuminescentnye/elektronnyj-ballast.html, http://onlineelektrik.ru/osveshhenie/sdiod/epra-chto-eto-takoe-i-kak-rabotaet.html