Ballast électronique : principe de fonctionnement & schéma électrique
Qu'est-ce qu'un ballast électronique ?
Un ballast électronique, également appelé ballast électrique, est un composant d'équipement qui contrôle la tension et les courants de démarrage des luminaires.
Cela est réalisé en utilisant la technique de décharge gazeuse électrique. Pour démarrer la méthode de décharge gazeuse dans les lampes fluorescentes, un ballast électronique convertit la fréquence du réseau en une très haute fréquence en gérant la tension à travers l'ampoule et le courant à travers la lampe.
Schéma bloc d'un ballast électronique
Le schéma bloc de base d'un ballast électronique est montré ci-dessous.
Le schéma bloc du ballast électronique comporte cinq blocs, comme indiqué dans l'image ci-dessus. En général, tous les ballasts électroniques adhèrent à ce schéma bloc.
1). Filtre EMI
Le filtre d'interférence électromagnétique est représenté par le Bloc 1. Les filtres EMI sont fabriqués avec des inducteurs et des condensateurs qui bloquent ou minimisent les interférences électromagnétiques.
2). Redresseur
Le circuit redresseur est représenté par le Bloc 2. Le circuit redresseur convertit le courant alternatif en courant continu.
3). Filtre DC
Le circuit de filtre DC est représenté par le Bloc 3. Un condensateur est le composant du circuit de filtre DC responsable de filtrer le courant continu impur généré par le circuit redresseur.
4). Inverseur
Le circuit inverseur est représenté par le Bloc 4. Le courant continu est converti en courant alternatif de haute fréquence dans ce bloc, et un transformateur élévateur augmente le niveau de puissance.
5). Circuit de commande
Le circuit de commande, représenté par le Bloc 5, reçoit des retours de sortie et régule les circuits redresseur, filtre et inverseur. La majorité des ballasts électroniques n'ont pas ce bloc.
Schéma de circuit d'un ballast électronique
L'IC de contrôle de ballast IRS2526DS "Mini8" est le point central de la conception d'un circuit de ballast électronique de 26 W qui ne utilise pas de PFC. La lumière ainsi que l'étage de sortie résonnant à pont demi-ondes sont tous deux entièrement contrôlés par le circuit. La fréquence des broches 'HO' et 'LO', qui sont des sorties du pilote de porte à pont demi-ondes, est ajustée par la broche 'VCO'. Programmer les niveaux de tension VCO nécessaires requiert un diviseur de tension de résistance placé à la broche 'VCO'. La fréquence de l'oscillateur à tension contrôlée interne est déterminée par les valeurs de ces niveaux de tension. Le signal de l'oscillateur interne est ensuite envoyé dans la logique du circuit des pilotes de porte côté haut et côté bas. Cela permet de générer les fréquences de préchauffage, d'allumage et de fonctionnement nécessaires pour l'étage de sortie à pont demi-ondes & résonnant. Pour fournir une tension d'allumage constante de la lampe et identifier un défaut de fin de vie de la lampe, un diviseur de résistance de tension de lampe (REOL1, REOL2, REOL3, RIGN1) & un circuit de retour (CIGN1, DR1, DR2, DIGN, REOL, CEOL, DEOL+, DEOL-) sont utilisés.
Principe de fonctionnement du ballast électronique
Les ballasts électroniques ont besoin de puissance à 50 – 60 Hz. Il transforme initialement la tension de courant alternatif en tension de courant continu. Ensuite, la tension continue est filtrée à l'aide d'un arrangement de condensateurs. La tension continue filtrée est maintenant envoyée dans l'étage d'oscillation de haute fréquence, où l'oscillation est généralement en onde carrée et la plage de fréquence est de 20 kHz à 80 kHz.
En conséquence, la fréquence du courant de sortie est extrêmement élevée. Pour créer une valeur élevée, une petite quantité d'inductance est donnée pour être couplée avec un taux de variation élevé du courant à haute fréquence.
Plus de 400 V sont souvent nécessaires pour initier le processus de décharge gazeuse dans les tubes fluorescents. Lorsque l'interrupteur est activé, la tension initiale appliquée à travers l'ampoule atteint 1000 V en raison de la valeur élevée, et la décharge gazeuse se produit instantanément.
Lorsque le processus de décharge commence, la tension à travers l'ampoule est réduite de 230V à 125V, et le ballast électronique permet un courant restreint de circuler à travers la lumière.
L'unité de contrôle du ballast électronique contrôle la tension et le courant. Lorsque les lumières fluorescentes sont allumées, le ballast électronique fonctionne comme un variateur, limitant le courant et la tension.
Performance du ballast électronique
Différents indicateurs sont utilisés pour évaluer l'efficacité des ballasts électroniques.
Le facteur de ballast est le plus important. Il s'agit du rapport entre la sortie lumineuse de la lampe alimentée par le ballast examiné et la sortie lumineuse de la lampe alimentée par le ballast de référence.
Pour les ballasts électroniques, cette valeur est rapportée comme variant entre 0,73 et 1,50.
Un seul ballast peut fournir une grande variété de niveaux de sortie lumineuse, ce qui est la pertinence d'une telle large gamme.
Cela a de nombreuses applications dans les circuits de gradation. Cependant, il a été démontré que des facteurs de ballast excessivement élevés et excessivement faibles réduisent la durée de vie de la lampe en raison de la dégradation des lumens causée par des courants de lampe élevés et faibles, respectivement.
Facteur d'efficacité du ballast, qui est le rapport du facteur de ballast (en %) à la puissance, fournit une mesure relative de l'efficacité du système de la combinaison lampe-ballast, est souvent utilisé lors de la comparaison de ballasts électroniques du même modèle et du même fabricant.
L'efficacité opérationnelle du ballast est mesurée à l'aide de la métrique du facteur de puissance (PF). La capacité du ballast électronique à convertir la tension et le courant d'alimentation en puissance utilisable et à la livrer à la lumière est mesurée par son facteur de puissance, 1 étant la valeur optimale. En revanche, les ballasts à faible facteur de puissance nécessiteraient presque deux fois plus de courant que les ballasts à fort facteur de puissance, et donc soutiendraient moins de lumières dans un circuit. Cela n'indique cependant pas la capacité du ballast à fournir de la lumière.
Chaque dispositif électrique a une limite à laquelle il peut être linéaire, et lorsque le signal d'entrée dépasse cette limite, le signal est distordu, entraînant des distorsions non linéaires et harmoniques. La distorsion harmonique, qui est évaluée comme la distorsion harmonique totale, est dite avoir lieu lorsque la forme d'onde du signal s'écarte de la forme sinusoïdale typique.
Le courant harmonique ajouté par les ballasts électroniques au système de distribution de puissance, exprimé en pourcentage, est connu sous le nom de THD. Bien que les normes ANSI permettent une distorsion maximale de 32%, la plupart des fabricants s'efforcent de maintenir le THD en dessous de 20%. Il est plus simple de maintenir les distorsions à ces niveaux en utilisant des ballasts électroniques que des ballasts magnétiques ou hybrides.
Avantages du ballast électronique
La fiabilité du ballast diminue avec le temps ; plus il est utilisé, moins sa probabilité de panne est élevée. Comparé aux ballasts magnétiques, la puissance des lumières diminue plus progressivement lorsqu'ils sont utilisés avec des ballasts électroniques.
Ces appareils sont non seulement significativement plus légers et plus efficaces, mais aussi beaucoup plus silencieux.
Comparé aux ballasts magnétiques (ou) hybrides, la perte de puissance avec les ballasts électroniques est environ deux fois moindre.
De plus, en raison des besoins élevés en tension de la lampe, ils peuvent facilement alimenter des lumières qui ne peuvent pas être alimentées directement par un choke sur la ligne.
Dans les systèmes lampe-ballast, l'efficacité énergétique peut être améliorée principalement de trois manières : en réduisant les pertes de ballast, en fonctionnant à des fréquences plus élevées, et en réduisant les pertes aux électrodes de la lampe. Les ballasts électroniques sont plus économes en énergie car ils intègrent ces trois caractéristiques simultanément.
Inconvénients du ballast électronique
Les ballasts électroniques génèrent un courant harmonique fort provenant de pics de courant alternatif autour des maxima de tension. Cela peut créer des champs magnétiques parasites, la corrosion des tuyaux, les interférences radio et TV, et la panne d'équipements informatiques, en plus des problèmes de systèmes d'éclairage.
Un contenu harmonique élevé peut surcharger les transformateurs triphasés et les fils neutres. L'œil humain peut ne pas détecter un taux de clignotement plus élevé, mais les commandes infrarouges pour les équipements de divertissement domestiques comme les téléviseurs.
La documentation et la conception intelligentes des ballasts réduisent les interférences dans les gammes de fréquences d'application.
Cependant, il existe certaines niches inexplorées dans le spectre de fréquences qui ne sont pas utilisées dans aucune application, et la plupart des perturbations des ballasts dans cette zone sont ignorées, générant une image plus propre sur le papier que sa certitude.
Les ballasts électroniques ne peuvent pas gérer les surtensions et les surcharges.
Les ballasts électroniques ont également un coût initial élevé, ce qui peut décourager les acheteurs impulsifs, mais ils en valent plus que cela à long terme.
Applications du ballast électronique
1). Maintenir la puissance de sortie constante
Maintenir la puissance de sortie constante des lumières. La technique de conduite en courant d'onde carrée garantit qu'aucun phénomène de résonance acoustique ne se produit.
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