Балласт балласту рознь...

А. Русак

Балласт балласту рознь...

    "Да будет свет! сказал монтер и перерезал провода..." С этой банальной цитаты и начнем сегодня разговор о лампах дневного света, а именно, об устройстве балласта для этих злополучных ламп. Итак... где же вы, разработчики, радиолюбители, технари-кустари, "ботаники" и т. п., в общем, вся техногвардия, с которой начинается нормальное конструирование электронных устройств, двигающих вперед мало-помалу наше собственное Российское производство!? Помните, как в детстве взял лампу дневного света, неизвестно какую, нашел на помойке балластный дроссель, тоже неизвестно какой, у дяди Пети выпросил стартер, все это собрал, включил в 220 В и... ура засветилось, засветилось, потому, что не могла не заработать такая простая схема, изображенная на рис. 1.
    Конечно, с той первой детской радости утекло немало воды, многое изменилось в схемотехнике, но основополагающие принципы сохранились.

Рис. 1. Типовая схема балласта лампы дневного света

    Принцип работы такой схемы одновременно и сложен и прост, но вкратце постараемся еще раз осветить основные моменты. Итак... Когда схема первоначально подключается к сети (220 В, 50 Гц), изначально холодная лампа дневного света (далее по тексту ЛДС) представляет собой высокий импеданс для 220 В, т. к. газ в ней еще не ионизирован. Поэтому весь ток, пройдя через низковольтные витки накальных элементов, поступает на стартер, газ в баллоне которого, обладающего гораздо меньшим импедансом по отношению к лампе, быстро ионизируется и нагревается, в результате чего один из контактов биметаллик сгибается и замыкает цепь. С этого момента начинается нагрев накальных элементов и ионизация газа внутри ЛДС, а дроссель-балласт накапливает энергию. Биметаллический лепесток стартера остыв, размыкает цепь, в результате чего энергия, накопленная в Балласте, высвобождается и замыкается через малое сопротивление сети непосредственно на ЛДС, приводя к ее зажиганию. В дальнейшем функция Балласта заключается в поддержании некоторого более-менее постоянного значения RMS на концах лампы.
Недостатки и достоинства схемы

    Недостатки:
Немалый вес и габариты балласта и стартера.
Мерцание (стробоскопический эффект); при частоте сети в 50 Гц газ в лампе успевает деионизироваться между циклами синусоидального напряжения, т. е. в моменты перехода синусоиды через "0".
"Фальш-старт" вспыхивание и моргание лампы в течение некоторого промежутка времени с момента поджига; поскольку отсутствует синхронизация между срабатыванием стартера и синусоидальным напряжением питающей сети, сетевое напряжение питания может уменьшать энергию дросселя, не обеспечивая должного уровня в момент старта на концах ЛДС. Это вызывает повторные срабатывания стартера.
Нагрев балласта в результате потерь на его относительно высоком резистивном сопротивлении приводит к лишним затратам электроэнергии.

    Достоинства:
Низкая себестоимость.

    Вышеуказанные недостатки существенны и с лихвой перекрывают единственное достоинство. Особенно вредным является "фальш-старт". При повторных включениях стартера накальные элементы ЛДС перегреваются и быстро выходят из строя. Иными словами "фальш-старт" резко сокращает срок службы ЛДС скупой платит дважды. Неприятен и визуальный эффект "фальш-старта".
Электронный балласт

    В схеме на рис. 2 напряжение сети 220 В 50 Гц сначала выпрямляется, а затем подается на схему высоковольтной и высокочастотной коммутации,где частота переключений тока уже не 50 Гц, а десятки килоГерц. Вместо стартера используется уже не схема прерывания, а термистор или просто конденсатор большой емкости, который обеспечивает работу накальных элементов ЛДС в течение какого-то промежутка времени. Функции же управления коммутацией дросселя в момент поджига лампы сосредоточены в "схеме запуска".

Рис. 2. Электронный балласт

    Такая схема имеет тройную эффективность:
    Во-первых, полностью исключается "фальш-старт", т. к. дроссель коммутируется при поджиге высоковольтным коммутатором не на переменную сеть, как это было ранее, а на постоянное напряжение. При этом оба напряжения (напряжение индукции дросселя и выпрямленное напряжение сети) складываются друг с другом со знаком "+". Возникает потенциал, достаточный для гарантированного поджига лампы с первого раза.
    Во-вторых, благодаря высокочастотной коммутации, газ в лампе не успевает деионизироваться между токовыми циклами, а значит для нормальной работы лампы требуется меньшее напряжение (примерно 70 % в отличие от варианта с 50 Гц). Это прямая экономия элект-роэнергии. Примечательно и отсутствие "стробоскопического" эффекта.
    В-третьих, поскольку частота коммутации выше требуется дроссель с меньшей индуктивностью, а значит и с меньшими размерами и весом, чем в варианте на рис. 1. Уменьшение его резистивного сопротивления также экономит электроэнергию.
Практическая реализация

    Каковы же конкретные схемотехнические решения от конкретных производителей? Здесь хотелось бы выделить SGS-Thomson (с недавних времен STMicroelectronics) и International Rectifier. STMicroelectronics для управления ЛДС предлагает чип BCD-технологии L6569, блок-схема которого приведена на рис. 3.

Рис. 3. Блок-схема L6569

    Pin-to-Pin аналогом ИС L6569 являются микросхемы фирмы International Rectifier IR2151... IR2155. Схема содержит программируемый осциллятор, частота которого устанавливается элементами Rf и Cf, работающий в диапазоне 25100 кГц, два буфера с выходной нагрузкой 275 мA для управления высоковольтными MOSFET, схему контроля и управления. Максимальное высоковольтное напряжение питания схемы (V BOOT) колеблется в пределах 600 В, как утверждает производитель; специалисты International Rectifier показали более скромную величину 500 В. Последнее, конечно, несущественно, т. к. и при 500 В схема работает. Практическая реализация схемы электронного балласта на этих ИС приведена на рис. 4.

Рис. 4. Пример практической схемы электронного балласта с использованием L6569 или IR215X

    У International Rectifier в качестве MOSFET используются транзисторы IRF720. Конкретную топологию печатной платы устройства и расположение элементов можно почерпнуть из технического описания микросхем L6569, а у International Rectifier из Design Tip "DT-94-9" и 10. Есть и более новые разработки в этой области, например, гибридные схемы фирмы International Rectifier IR51HXXX. В качестве конкретного примера рассмотрим микросхему IR51H420 (рис. 5).

Рис. 5. Блок-схема ИС IR51H420

    Схема содержит упомянутый выше ЧИП управления IR2151 и два высоковольтных MOSFET-транзистора. При таком подходе практическая реализация схемы электронного балласта выглядит намного проще, как это показано на рис. 6.

Рис. 6. Практическая схема электронного балласта с применением IR51H420

    Элементы, помеченные двумя звездочками (**), являются табличными величинами и зависят от мощности применяемой ламы. В этой схеме применяется ЛДС 18W. Однако, если у производителя возникнет интерес к данной схеме с применением другой лампы, он может почерпнуть табличные значения из Design Tip DT95-3 International Rectifier.
    В заключение хочется добавить, что невозможно в короткой статье изложить всю информацию по данной теме, поэтому разработчикам рекомендуем использовать весь имеющийся арсенал информации: Internet-сайты: , , обычные CD-ROM.

Литература:
Data Sheets STMicroelectronics, International Rectifier.
IR Design Tips DT94-9,10, DT95-3.
STM "Power Devices for Lighting".

ООО "ПетроИнТрейд"
Тел. (812) 310-1778, 310-2959
Тел./факс (812) 310-5151
E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2020 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.