Электронные дросселя
Электро́нный пу́скорегули́рующий аппара́т (ЭПРА, электронный балласт) — электронное устройство, осуществляющее пуск и поддержание рабочего режима газоразрядных осветительных ламп.
A — люминесцентная лампа;
B — сеть переменного тока (~220 вольт);
C — стартёр;
D — ключ — биметаллический термостат;
E — конденсатор;
F — нити накала катодов;
G — дроссель
Недостатками классического пускорегулирующего аппарата (ПРА) люминесцентных ламп являются:
- громоздкий шумный дроссель с ненадёжным стартером;
- мерцание с частотой сети (эффект стробирования);
- вышедший из строя стартер вызывает фальстарт лампы (визуально определяется несколько вспышек перед стабильным зажиганием), сокращая срок службы нитей накала.
- довольно высокие потери (низкий КПД)
В связи с наличием недостатков классического ПРА, применяемого для включения газоразрядных ламп, начались разработки альтернативного пускорегулирующего устройства на полупроводниковых элементах. Первые ЭПРА появились в 1980-х, а широкое их применение началось в 1990-е годы.
Помимо отсутствия перечисленных выше недостатков классических пускорегулирующих аппаратов, ЭПРА обладают рядом преимуществ — стабильность освещения в широком диапазоне питающих напряжений, увеличение срока службы ламп (путём обеспечения стабильного «тёплого» старта) и возможность плавного регулирования их яркости (как дополнительная опция) при помощи внешнего регулятора. Коэффициент мощности даже без корректора намного выше, чем у стартерно-дроссельной схемы; с корректором мощности же ЭПРА по этому параметру сравниваются с резистивной нагрузкой с КМ стремящимся к 1.
Типичный ЭПРА состоит из следующих блоков:
- Фильтр электромагнитных помех — отфильтровывает как входящие в ЭПРА из сети помехи, так и проникающие из ЭПРА в электросеть.
- Выпрямитель.
- Схема коррекции коэффициента мощности (опционально).
- Сглаживающий фильтр.
- Инвертор.
- Балласт (дроссель).
Инвертор может оснащаться устройством плавного регулирования яркости, требующим использования внешнего светорегулятора, специально предназначенного для управления электронным балластом.
Схема ЭПРА может быть мостовой и полумостовой. Первая имеет вдвое большее количество ключевых элементов (как правило это мощные полевые транзисторы) и используется при больших мощностях ламп (сотни Ватт). Вторая схема применяется намного чаще и, хотя она имеет более низкий КПД по сравнению с мостовой, использование специальных микросхем-драйверов, управляющих ключевыми элементами ЭПРА (например, марки ICB1FL02G) в значительной степени компенсирует этот недостаток. Нужно отметить, что указанные микросхемы применяются и в мощных ЭПРА.
Качественные ЭПРА, помимо перечисленных выше элементов, содержат встроенную защиту от перепадов напряжения сети, импульсных помех и запуска в отсутствие лампы. Линейка продукции включает в себя: стандартные, аналоговые (1-10В) и цифровые (DALI) ЭПРА. Возможности энергосбережения с управляемыми ЭПРА до 85 % по сравнению с традициональными ПРА.
Работа ЭПРА делится на три фазы:
- Предварительный разогрев электродов лампы. Делает запуск лампы мгновенным, мягким (продлевает срок службы лампы) и возможным при низких температурах окружающей среды.
- Поджиг — ЭПРА генерирует импульс высокого (до 1,6 кВ) напряжения, вызывающего пробой газа, наполняющего колбу лампы.
- Горение — на электродах лампы поддерживается небольшое напряжение, достаточное для поддержания её горения.
Схема ЭПРА для люминесцентной лампы чаще представляет собой двухтактный полумостовой преобразователь напряжения (реже встречается мостовая схема). В начале напряжение сети выпрямляется двухполупериодным диодным мостом и сглаживается фильтрующим конденсатором до постоянного напряжения 300…310 вольт (амплитудное значение сети 220·√2 вольт для синусоиды). Далее двухтактный полумостовой инвертор на двух n-p-n-транзисторах преобразует постоянное напряжение с диодного моста в высокочастотное напряжение. Нагрузкой преобразователя является тороидальный трансформатор с тремя обмотками, две из которых являются управляющим элементом, противофазно открывающим транзисторные ключи, а третья — рабочей, подающей на люминесцентную лампу переменное резонансное напряжение (значительно превышающее напряжение питающей сети). Следовательно, перед зажиганием люминесцентной лампы максимальный ток в резонансной цепи разогревает обе нити накала, а большое резонансное напряжение на конденсаторе, включённом параллельно лампе, зажигает её. Зажжённая лампа резко уменьшает своё сопротивление, закорачивая конденсатор — резонанс напряжений в цепи прекращается, однако уже зажженная лампа продолжает светиться. Преобразователь продолжает работать в автоматическом режиме, не меняя частоты с момента запуска, ограничивая своей индуктивностью ток в зажжённой лампе. Весь процесс зажигания длится меньше 1 с.