Электронный балласт компактной люминесцентной лампы дневного света
advertisement
1 2 Электронный балласт компактной люминесцентной лампы дневного света фирмы DELUX 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 ЧИПэлементов. Принципиальная схема нарисована автором из осмотра монтажной платы и показана на рис.2. 3 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 4 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) макальных 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 5 «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. Н.П. Власюк, г. Киев, Радiоаматор №1, 2009г. Рис. 1. Классическая Схема электромагнитного балласта с дросселем и стартером http://www.msevm.com/forums/index.php?showtopic=1047 http://msevm.com/2008/77/index.htm http://monitor.espec.ws/section8/topic111264.html http://www.electronshik.ru/pdf/IR/IR51H224.pdf http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=53100 http://cxem.net/house/1-173.php http://213.134.203.22/~kostik/doc/see.htm http://msevm.com/2008/77/index.htm ремонт http://www.radiokot.ru/forum/viewtop...f2b2f76fd3d23c 3 Swietlowka to MAX LUX 15W. Przylutowalem pozystor ale uklad statecznika elektoniczego mial za mala wydajnosc pradowa i bardzo dlugo ptrzebiegal zaplon (3 do 4 sekund) i slabo rozgrzewal skretki. Tu akurat mialem jeszcze pozystor 4.3 Kochma z ujemna rezystancja ( czyli jak sie nagrzewa to zmniejsza swój opór) Wpakowalem go w szereg z zasilaniem : I to byl strzal w 10. Wlaczenie pradu dawalo na uklad na poczatku okolo 110V które roslo do wartosci 230V w przedziale okolo 1.5 do 2 sekund. Jednoczesnie mialy czas skretki sie rozgrzac do mocnej czerwonosci. 6 Tylko ten pozystor ma ujemna rezystancje... taki moza by wpakowac w szereg z zasilaniem 220V... Pozystor ma taka wlasciwosc ze przepywajacy przez niego prad go rozgrzewa a on zwieksza swoja opornosc.. i mam w tez sposób zaplon na goraco w "miekki" sposób dla swietlowki.. Przy zaplonie na zimno jest tylko kondensator.. Termistor PTC 220R mozna kupic w elektronicznym ale nie wszystkie sklepy go maja. Montujesz go równolegle do kondesatora zaplonowego tak jak w schemacie swietlówki IKEA 7W kilka postów wyżej Ja użyłem zamiast tego pozystora PCT, startera od świetlówek liniowych. Do testów użyłem "Philips 6yr 20W". Na zdjęciach jest pokazana elektornika tej kompaktówki. A co do mojej przeróbki - na pierwszym filmie jest pokazany zapłon kompaktówki z użyciem całego startera (załącznik bitmetaliczny + kondensator ze startera, zamiast kondensatora wbudowanego do kompaktówki), a na drugim sam załącznik bitmetaliczny z kondensatorem wbudowanym w kompaktówke (załącznik bitmetaliczny podłączyłem tak jak ten termistor w tych droższych kompaktówkach w których one występują, czyli równolegle do kondensatora). 1 film: http://video.google.pl/videoplay?docid=9084132105079627521&hl=pl 2 film: http://video.google.pl/videoplay?docid=2432407853418179963&hl=pl Jak widać na drugim filmie (użycie załącznika bitmetalicznego + kondensator wbudowany w elektronike kompaktówki) na początku nastąpił zapłon zimny, a później zostają dopiero rozgrzane elektrod. Poniżej znajdują się zdjęcia elektroniki kompakówki: http://images23.fotosik.pl/131/234a15a0a054f78fm.jpg http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic791270-90.html Po wielu testach jednak zastosowałem sam załącznik bitmetaliczny, z kondensatorem wbudowanym w układ zapłonowy kompaktówki, ponieważ kondensator ze startera po kilku próbach się psuł. Narazie obudowa jest tymczasowa bo "troche" nie za estetycznie wygląda. Poniżej wklejam zdjęcie mojej kompaktówki oraz link do filmu przedstawiający zapłon. http://video.google.pl/videoplay?docid=-2607612951361860574&hl=pl Draco w mojej swietlowce zastosowałem 4.7Kochm z ujemna rezystancja. Przy właczeniu pradu mam zasilanie swietlowki na poziomie 115V i rosnie. U mnie ten pozystor ma spokojnie 1W i by napiecie uzyskało pełna wartos potrzeba około 3 sekund. Gdy spalił mi się żarnik wstawiałem opornik 15-20 OM/0.5W,gdy spalił się drugi,to następny opornik i działało. PTC. Myślę, że 200Ω i 80*C powinno być ok. Napięciowo 160V jest ok. Ja niejedną elektronikę uwaliłem przy testach, nic straconego bo naprawa tego to groszowe sprawy. Średnio wychodzi około 1.5zł za naprawienie płytki jednego kompaktu, za niecałe 20zł naprawiłem tego prawie 20szt Najdroższe elementy to tranzystory - MJE13001 (najmniejsze) - koło 1zł ale praktycznie nie do kupienia (przynajmniej tam gdzie się zaopatruję), ciężko też znaleźć odpowiednik - widziałem w świetlówkach podobne BU205 ale też nie da rady kupić, więc zawsze wstawiam te większe; MJE 13003 (średni) to koło 1,40zł; no i oczywiście okazjonalnie spotyka się też tranzystory większej mocy - np. jakieś z serii BU - tutaj wybór chyba jest największy i stosunkowo łatwo coś wybrać w cenie 2-3zł, ja wstawiałem BUT11AF bo były w sklepie tanie. Można spróbować daną parę elektrod zewrzeć (to konieczność), przełączyć na pole lutownicze/styk nie połączone z kondensatorem zapłonowym, po czym dla ciąglości obwodu dorzucić rezystor o wartości tak dobranej, żeby się nie spalił. Na przykład dla kompaktów o mocy 18-24W daje radę 4.7 do 6.8R. Jeśli elektrody nie są zbyt zdegradowane, jakiś czas jeszcze poświeci - do czasu aż padnie druga skrętka. 7 Do tego między katodą D1 a anodą D4 kondensator 0,47µF/1000V - bez niego świetlówki gorszej kondycji czasami przygasają żeby za chwilę ponownie się zapalić. Działa dobrze i po rozgrzaniu nawet bardzo zniszczone świetlówki świecą całkiem nieźle. Póki się nie nagrzeją, czasami widać jakieś falowanie światła w środku. Rezystor trzeba dobrać pod konkretną świetlówkę - jeśli ma mocno zdegradowane elektrody, będą pojawiały się dziwne wyładowania przy zbyt dużym prądzie i szybko szlag ją trafi trzeba patrzeć czy nie widać fioletowych wyładowań obok elektrod. Ja wstawiłem potencjometr drutowy 270R 5W bo akurat taki miałem pod ręką z demontażu. Niestety układ ma widoczną wadę: migotanie 50/100Hz dość widoczne. Lekarstwem na to byłby pewnie duży kondensator podlutowany bezpośrednio do świetlówki, tylko musi mieć napięcie przebicia co najmniej z 800V... epszej jakości nie będzie, takie już znalazłem w necie. Jak to mawia mój znajomy 'nikt z tego nie będzie strzelał'. C1 i C4 głównie ograniczają prąd, ja dałem 1.5µF/400V bo akurat takie miałem pod ręką. Na schemacie masz podane 1µF (w nawiasie 10µF dla świetlówki większej mocy). C2,C3 - te muszą być na wyższe napięcie (nie schodziłbym raczej poniżej 630V), wartość zakresu 1nF-6.3nF z tego co widzę. Dałem 2.2nF bo akurat innych nie mialem i świeci. Co ciekawe, po odpowiednim dobraniu rezystora (ważne żeby prąd nie był zbyt duży) świecą nawet prawie całkowicie zniszczone rury. Mam taką która zanim się rozgrzeje, potrafi przygasać albo gasnąć całkiem co kilka sekund. Jednak po nagrzaniu twardo świeci prawie jak nowa. W sam raz na korytarz gdzie włączona jest po 18h na dobę. EDIT: Dodatkowy kondensator o którym napisałem wyżej nie jest potrzebny - po prostu niektóre świetlówki są jakoś tak uszkodzone, że bez niego ciągle gasną. Jeśli świeci bez, to lepiej nie wkładać - przeszkadza on z kolei w zapłonie. EDIT2: Jest jeszcze jedna dobra opcja. Porządna elektronika od kompaktu i rezystory dużej mocy w szereg ze świetlówką. Właśnie sprawdzałem i działa nie gorzej od wyżej zademonstrowanego rozwiązania. Problem tylko taki, 8 że moc tracona na rezystorach jest niestety spora - u mnie rezystor 200R 10W po kilkudziesięciu minutach sam się odlutował. Świetlówka świeci ładnie, pytanie tylko jak ma się te 10W tracone na rezystorach do mocy traconej normalnie na skrętkach. EDIT3: dodatkowy komentarz do EDIT2: nadmierne grzanie się rezystorów oznacza, że ich rezystancja jest zbyt duża i nie następuje pełny zapłon świetlówki. Po zmniejszeniu rezystora w moim przypadku z 200 do 130R nastąpiła skokowa poprawa jasności świecenia i przy tym moc wydzielana na rezystorze spadła tak na oko do 2-3W, co jest chyba akceptowalną wartością. Dalej obniżać już nie mam zamiaru, bo taki rezystor jednocześnie zabezpiecza elektronikę na wypadek 'cudów'. W latach 80-tych ub wieku też robiłem takie powielaczowe układy zapłonu świetlówek, było tego tak dużo, że nie chciałem na nowo przeliczać kondensatorów i oporników to napisałem nawet wzór - podawało się moc świetlówki i wyliczało się C (C1 i C4 do rysunku powyżej) i R. Wzór może gdzieś jeszcze jest w moich archiwach, ale ważniejsze od wzoru to zrozumienie tego typu sposobu zasilania. Każda świetlówka liniowa jest jak dioda zenera - ma swoje napięcie pracy. Układ zapłonowy: C + diody to zwykły prostownik, a kondensatory w nim robią za opornik (impedancję), czyli U zasilania (230V) - Un swietlówki (w zaleznosci od dlugosci rury, rożne wartości np. 100V) = wartość 130V odkładane na C, znając prąd znamionowy dla mocy świetlówki wyliczamy Xc, a z tego pojemność C. Kondensatory dajemy 2 x wieksza pojemność, bo w ukladzie zasilania pracują szeregowo, gdy damy za małe C, swietlówka swiecić bedzie słabiej. R służy tylko do tego, żeby ograniczył prąd uderzeniowy w chwili zapłonu świetlówki, C (Uc=ok. 800V) rozładowuje się przez "diodę zenera" czyli naszą świetlówkę). Gdy swietlówka pracuje, R jest nie potrzebne Zamiast R można wstawić PTC, w tamtych czasach tego PTC jeszcze nie było. Na rynku sa teraz swietlówki z luminoforem z długa poświatą i trudno zaobserwować efekt migotania. edycja: Przepraszam za pomyłke z tym PTC, powinien być NTC, czyli ze wzrostem temp. R maleje. 9
