Лампи розжарювання хоча і коштують дешево, але споживають багато електроенергії, тому багато країн відмовляються від їх виробництва (США, країни Західної Європи). Натомість їм приходять компактні люмінесцентні лампи денного світла (енергозберігаючі), їх закручують у ті ж патрони Е27, що і лампи розжарювання. Однак коштують вони в 15-30 разів дорожче, зате в 6-8 разів довше служать і в 4 рази менше споживають електроенергії, що й визначає їхню долю. Ринок переповнений різноманітністю таких ламп, в основному китайського виробництва. Одна з таких ламп, фірми DELUX, показана на фото.
Її потужність 26 Вт -220 У, а блок живлення, званий ще електронним баластом, розташований на платі розмірами 48x48 мм (рис.1) і знаходиться в цоколі лампи.
Її радіоелементи розміщені на монтажній платі навісним монтажем, без застосування ЧІП-елементів. Принципова схема намальована автором з огляду монтажної плати і показана на рис.2.
Спочатку доречно нагадати принцип запалювання люмінесцентних ламп, у тому числі і при застосуванні електронних баластів. Для запалювання люмінесцентної лампи необхідно розігріти її нитки розжарення і прикласти напругу 500...1000 В, тобто значно більше, ніж напруга електромережі. Величина напруги запалювання прямо пропорційна довжині скляної колби люмінесцентної лампи. Природно, для коротких компактних ламп вона менше, а для довгих трубчастих ламп - більше. Після запалювання лампа різко зменшує свій опір, а значить, треба застосовувати обмежувач струму для запобігання КЗ в колі. Схема електронного баласту для компактної люмінесцентної лампи являє собою двотактний полумостовой перетворювач напруги. Спочатку мережеве напруга з допомогою 2-полупериодного мосту випрямляється до постійної напруги 300...310 Ст.
Запуск перетворювача забезпечує симетричний діністор, позначений на схемі Z, він відкривається, коли, при включенні електромережі, напруга в точках підключення перевищить поріг спрацьовування. При відкриванні, через діністор проходить імпульс на базу нижнього за схемою транзистора, і перетворювач запускається. Далі двотактний полумостовой перетворювач, активними елементами якого є два транзистора n-p-n, перетворює постійну напругу 300...310, У високочастотну напругу, що дозволяє значно зменшити габарити блоку живлення.
Навантаженням перетворювача і одночасно його керуючим елементом є тороїдальний трансформатор (позначений на схемі L1) зі своїми трьома обмотками, з них дві керуючі обмотки (кожна по два витка) і одна робоча (9 витків). Транзисторні ключі відкриваються противофазно від позитивних імпульсів з керуючих обмоток. Для цього керуючі обмотки включені до бази транзисторів противофазно (на рис.2 початок обмоток позначені крапками). Негативні викиди напруги з цих обмоток гасяться діодами D5, D7. Відкриття кожного ключа викликає наводку імпульсів у двох протилежних обмотках, в тому числі і в робочій обмотці. Змінна напруга з робочої обмотки подається на люминесцентною лампу через послідовну ланцюг, що складається з: L3 - нитки розжарення лампи -С5 (3,3 нФ 1200) - нитки розжарення лампи - С7 (47 нФ/400 В). Величини індуктивностей і ємностей цього ланцюга підібрані так, що в ній виникає резонанс напруг при незмінній частоті перетворювача.
При резонансі напруг в послідовному ланцюзі, індуктивний і ємнісний опори рівні, сила струму в ланцюзі максимальна, а напруга на реактивних елементах L і С може значно перевищувати прикладається напруга. Падіння напруги на С5, у цій послідовної резонансної ланцюга, що в 14 разів більше, ніж на С7, так як ємність С5 в 14 разів менше і його ємнісне опір у 14 разів більше. Отже, перед запалюванням люмінесцентної лампи максимальний струм резонансної ланцюга розігріває обидві нитки розжарення, а велика резонансне напруга на конденсаторі С5 (3,3 нФ/1200), включеного паралельно лампі, запалює лампу. Зверніть увагу на максимально допустимі напруги на конденсаторах С5=1200 В і С7= 400 Ст. Такі величини підібрані не випадково. При резонансі напругу на С5 досягає близько 1 кВ і він повинен його витримувати.
Запалена лампа різко зменшує свій опір і блокує (закорачивает) конденсатор С5. З резонансною ланцюга виключається ємність С5, і резонанс напруги в ланцюзі припиняється, але вже запалена лампа продовжує світитися, а дросель L2 своєї індуктивністю обмежує струм в запаленої лампи. При цьому перетворювач продовжує працювати в автоматичному режимі, не змінюючи свою частоту з моменту запуску. Весь процес запалювання триває менше 1 с. Слід зазначити, що на люмінесцентну лампу весь час подається змінна напруга. Це краще, ніж постійне, так як забезпечує рівномірний знос емісійних здібностей ниток розжарювання і цим збільшує термін її служби. При живленні ламп від постійного струму термін її служби зменшується на 50%, тому постійне напруги на газорозрядні лампи не подають.
Призначення елементів перетворювача:
Типи радіоелементів указані на принциповій схемі (рис.2).
1. EN13003A - транзисторні ключі (на монтажній схемою виробники їх чомусь не позначили). Це біполярні високовольтні транзистори середньої потужності, n-p-n провідності, корпус ТО-126, їх аналоги MJE13003 або КТ8170А1 (400 В, 1,5 А; в імпульсі 3 А), можна і КТ872А (1500 В; 8 А; корпус Т26а), але за розмірами вони більші. У будь-якому випадку треба правильно визначити виходи БКЭ, так як у різних виробників можуть бути різні їх послідовності, навіть у одного і того ж аналога.
2. Тороїдальний феритовий трансформатор, визначений виробником L1, розміри кільця 11x6x4,5, ймовірна магнітна проникність 2000, має 3 обмотки, дві з них по 2 витка і одна 9 витків.
3. Всі діоди D1-D7 однотипні 1N4007 (1000 В, 1 А), з них діоди D1-D4 - випрямний міст, D5, D7 - гасять негативні викиди керуючого імпульсу, a D6 - поділяє джерела живлення.
4. Ланцюжок R1СЗ забезпечує затримку пуску перетворювача з метою «м'якого пуску" та не допущення кидка пускового струму.
5. Симетричний діністор Z типу DB3 Uзс.max=32; Uoc=5; Uнеотп.і.max=5) забезпечує початковий запуск перетворювача.
6. R3, R4, R5, R6 - обмежувальні резистори.
7. С2, R2 - демпферні елементи, призначені для гасіння викидів транзисторного ключа в момент його закриття.
8. Дросель L1 складається з двох склеєних між собою Ш-образних феритових половинок. Спочатку дросель бере участь в резонансі напруг (спільно з С5 і С7) для запалювання лампи, а після запалювання своєї індуктивністю гасить струм в ланцюзі люмінесцентної лампи, так як запалена лампа різко зменшує свій опір.
9. С5 (3,3 нФ/1200 В), 7 (47 нФ/400 В) - конденсатори в ланцюзі люмінесцентної лампи, які беруть участь у її запаленні (через резонанс напруг), а після запалювання С7 підтримує свічення.
10. С1 - згладжує електролітичний конденсатор.
11. Дроселі з феритовою серцевиною L4 і конденсатор С6 складають загороджувальний фільтр, що не пропускає імпульсні перешкоди перетворювача в живильну електромережу.
12. F1 - міні-запобіжник в скляному корпусі на 1 А, знаходиться поза монтажної плати.
Ремонт
Перед тим як ремонтувати електронний баласт, необхідно "дістатися" до його монтажної плати, для цього достатньо ножем роз'єднати дві складові частини цоколя. При ремонті плати під напругою будьте обережні, так як її радіоелементи знаходяться під фазною напругою!
Перегорання (обрив) макальных спіралей люмінесцентної лампи, при цьому електронний баласт залишається справним. Це типова несправність. Відновити спіраль неможливо, а скляні люмінесцентні колби до таких ламп окремо не продаються. Який же вихід? Або пристосувати справний баласт до 20-ватному світильника, має пряму скляну лампу, замість його "рідного" дроселя (світильник буде працювати надійніше і без гулу) або використовувати елементи плати як запчастини. Звідси рекомендація: закуповуйте однотипні компактні люмінесцентні лампи - легше буде ремонтувати.
Тріщини в пайку монтажної плати. Причина їх появи - періодичне нагрівання і наступне, після виключення, остигання місця пайки. Нагрівається місце пайки від елементів, які гріються (спіралі люмінесцентної лампи, транзисторні ключі). Такі тріщини можуть проявитися після декількох років експлуатації, тобто після багаторазового нагрівання і охолодження місця пайки. Несправність усувається повторною пайкою тріщини.
Пошкодження окремих радіоелементів. Окремі радіоелементи можуть пошкодитися як від тріщин в пайку, так і від стрибків напруги в електромережі. Хоча в схемі і є запобіжник, але він не захистить радіоелементи від стрибків напруги, як це міг би зробити варистор. Згорить запобіжник від пробоїв радіоелементів. Безумовно, найбільш слабким місцем з усіх радіоелементів даного пристрою є транзистори.
Автор: Н.П. Власюк, Київ р.; Публікація: www.cxem.net