Elektronický zážih: Princip fungování & schéma obvodu

Co je elektronický balast?

Elektronický balast, také nazývaný elektrický balast, je součástí zařízení, která ovládá spouštěcí napětí a proudy osvětlovacích přístrojů.

Toto se dosahuje použitím elektrického plynového výboje. K zapnutí plynového výboje ve fluorescenčních lampách elektronický balast převede frekvenci síťového proudu na velmi vysokou frekvenci správou napětí na žárovce a proudu procházejícího lampou.

Blokové schéma elektronického balastu

Základní blokové schéma elektronického balastu je zobrazeno níže.

Blokové schéma elektronického balastu má pět bloků, jak je znázorněno na obrázku výše. Obecně platí, že všechny elektronické balasty dodržují toto blokové schéma.

1). EMI filtr

Elektromagnetický rušivý filtr je reprezentován blokem 1. EMI filtry jsou vyrobeny z cívek a kondenzátorů, které blokují nebo minimalizují elektromagnetické rušení.

2). Usměrňovač

Usměrňovací obvod je reprezentován blokem 2. Usměrňovací obvod převádí střídavý proud na stejnosměrný proud.

3). DC filtr

DC filtrační obvod je reprezentován blokem 3. Kondenzátor je komponentou DC filtračního obvodu, který je odpovědný za filtrování nečistého stejnosměrného proudu vygenerovaného usměrňovacím obvodem.

4). Inverzní obvod

Inverzní obvod je reprezentován blokem 4. V tomto bloku je stejnosměrný proud převeden na vysokofrekvenční střídavý proud a transformátor s krokem nahoru zvyšuje výkon.

5). Ovládací obvod

Ovládací obvod, reprezentován blokem 5, přijímá zpětnou vazbu z výstupu a reguluje usměrňovací, filtrační a inverzní obvody. Většina elektronických balastů tento blok nemá.

Cirkuitové schéma elektronického balastu

Kontrolní čip balastu IRS2526DS "Mini8" je klíčovým prvkem návrhu 26 W elektronického balastového obvodu, který nepoužívá PFC. Světlo a rezonanční výstupní stupeň polomostu jsou plně řízeny tímto obvodem. Frekvence pinů 'HO' a 'LO', které jsou výstupy z polomostového bránového řadiče, je upravena pomocí pinu 'VCO'. Pro programování požadovaných úrovní napětí VCO je potřeba umístit dělič napětí rezistoru na pinu 'VCO'. Frekvence interního napěťově řízeného oscilátoru je určena hodnotami těchto napěťových úrovní. Signál z interního oscilátoru je pak poslán do logického obvodu horního a dolního bránového řadiče. To umožňuje generovat nutné frekvence pro predoplnění, zapalování a provozní frekvence pro polomostový a rezonanční výstupní stupeň. Pro poskytnutí konzistentního zapalovacího napětí světla a identifikaci konce životnosti světla se používají dělič napětí světla (REOL1, REOL2, REOL3, RIGN1) a zpětnovazební obvod (CIGN1, DR1, DR2, DIGN, REOL, CEOL, DEOL+, DEOL-).

Princip fungování elektronického balastu

Elektronické balasty potřebují energii s frekvencí 50 – 60 Hz. Nejprve převádí střídavé napětí na stejnosměrné napětí. Poté je stejnosměrné napětí filtrováno pomocí kapacitního uspořádání. Filtrované stejnosměrné napětí je nyní odesláno do vysokofrekvenčního oscilačního stupně, kde oscilace bývá obvykle čtvercová vlna a frekvenční rozsah je 20 kHz až 80 kHz.

Jako výsledek toho je frekvence výstupního proudu extrémně vysoká. K vytvoření vysoké hodnoty je přidána malá množství indukčnosti, která je spojena s zvýšenou rychlostí změny proudu při vysoké frekvenci.

Pro iniciování procesu vypouštění plynu v fluorescenčních trubkách je často potřeba více než 400 V. Když je zapnutí přepnutí, počáteční dodávka napětí na žárovce dosáhne 1000 V kvůli vysoké hodnotě a vypouštění plynu proběhne okamžitě.

Když začíná proces vypouštění, napětí na žárovce se sníží z 230 V na 125 V a elektronický balast umožní omezený proud procházet světlem.

Řídicí jednotka elektronického balastu ovládá napětí a proud. Když jsou zapnuté fluorescenční světlo, elektronický balast funguje jako dimmer, omezující proud a napětí.

Výkon elektronického balastu

Různé metriky jsou používány k hodnocení efektivity elektronických balastů.

Faktor balastu je nejdůležitější. Je to poměr světelného výkonu lampy, když je řízena zkoumaným balastem, k světelnému výkonu lampy, když je řízena referenčním balastem.

Pro elektronické balasty se tato hodnota uvádí v rozsahu od 0,73 do 1,50.

Jeden balast může poskytnout širokou škálu úrovní světelného výkonu, což je význam tak širokého rozsahu.

To má mnoho použití v dimovacích obvodech. Nicméně bylo ukázáno, že jak příliš vysoké, tak i příliš nízké faktory balastu zkracují životnost lampy kvůli degradaci lumenů způsobené buď vysokým, nebo nízkým proudem lampy.

Faktor efektivity balastu, který je poměrem faktoru balastu (v %) k výkonu, poskytuje relativní měření systémové efektivity celé kombinace lampa-balast, a je často používán při porovnávání elektronických balastů ze stejného modelu a výrobce.

Efektivita provozu balastu se měří pomocí metriky koeficientu využití (PF). Schopnost elektronického balastu převést dodávací napětí a proud na použitelný výkon a doručit ho ke světlu se měří jeho koeficientem využití, přičemž optimální hodnota je 1. Naopak, balasty s nízkým koeficientem využití by potřebovaly téměř dvakrát větší proud než balasty s vyšším koeficientem využití, a tedy podporovaly méně světel v obvodu. To však neznamená, že balast má menší kapacitu poskytovat světlo.

Každé elektrické zařízení má limit, jak lineární může být, a když vstupní signál překročí tento limit, signál je zkreslen, což vede k nelineárním a harmonickým zkreslením. Harmonické zkreslení, které se hodnotí jako celkové harmonické zkreslení, se říká, že nastane, když tvar signálu odchází od typické sinusoidy.

Harmonický proud přidaný elektronickými balasty do distribučního systému energie v procentech se nazývá THD. Ačkoli ANSI standardy umožňují maximální zkreslení až 32%, většina výrobců se snaží udržovat THD pod 20%. Je jednodušší udržovat zkreslení na těchto úrovních pomocí elektronických balastů než s magnetickými nebo hybridními balasty.

Výhody elektronického balastu

• Spolehlivost balastu klesá s časem; čím déle je využíván, tím nižší je pravděpodobnost selhání. Porovnáním s magnetickými balasty se výkon světel při použití s elektronickými balasty snižuje mnohem pomaleji.

• Tyto zařízení nejsou jen výrazně lehčí a efektivnější, ale také mnohem tišší.

• Porovnáním s magnetickými (nebo) hybridními balasty je ztráta energie s elektronickými balasty přibližně poloviční.

• Dále, díky vysokým požadavkům na napětí žárovky, mohou snadno provozovat světla, která nelze přímo pohánět chokem na lince.

• Energetická efektivita v systémech lampa-balast může být zlepšena především třemi způsoby: snížením ztrát balastu, provozem na vyšších frekvencích a snížením ztrát na elektrodách lampy. Elektronické balasty jsou energeticky efektivnější, protože obsahují všechny tři tyto vlastnosti současně.

Nevýhody elektronického balastu

• Elektronické balasty generují silný harmonický proud z výpadků střídavého proudu kolem maximálních hodnot napětí. To může způsobit vedlejší magnetická pole, korozí trubek, rušení rádia a televize a selhání IT zařízení, kromě problémů s osvětlovacím systémem.

• Vysoký obsah harmonik může přetížit třífázové transformátory a neutrální vodiče. Člověčí oko nemusí detekovat vyšší frekvenci blikání, ale infračervené dálkové ovládání pro domácí zábavní zař