Elektronikus izzó: Működési elv és áramkör-diagram

Mit jelent az elektronikus ballast?

Az elektronikus ballast, amit gyakran elektrikus ballastnak is neveznek, a fényszórók indítási feszültségét és áramát szabályozó berendezés része.

Ez a gázkiadásos technika alkalmazásával történik. A fluoreszcens lámpák esetében az elektronikus ballast a hálózati frekvenciát nagyon magas frekvenciára alakítja át, kezelve a lámpa által áthatolt feszültséget és áramot.

Az elektronikus ballast blokkdiagramja

Az elektronikus ballast alapvető blokkdiagramja az alábbi képen látható.

Az elektronikus ballast blokkdiagramja öt blokkból áll, ahogy a fenti képen látható. Általánosságban minden elektronikus ballast ezt a blokkdiagramot követi.

1). EMI szűrő

Az elektromágneses interferencia szűrője a 1. blokkot jelöli. Az EMI szűrők induktorokból és kondenzátorokból készülnek, amelyek blokkolják vagy minimalizálják az elektromágneses interferenciát.

2). Fényképalkotó

A fényképalkotó áramkör a 2. blokkot jelöli. A fényképalkotó áramkör váltakozó áramot egyenmértékű árrá alakít.

3). DC szűrő

A DC szűrő áramkör a 3. blokkot jelöli. A kondenzátor a DC szűrő áramkörben felelős az impuritásokat tartalmazó DC szűréséért, amelyet a fényképalkotó áramkör generál.

4). Invertáló

Az invertáló áramkör a 4. blokkot jelöli. A DC itt magas frekvenciájú AC-ra alakítódik, és egy léptető transzformátor növeli a teljesítményt.

5). Vezérlő áramkör

A vezérlő áramkör, amit a 5. blokk jelöl, visszacsatolást kap a kimenetről, és szabályozza a fényképalkotó, szűrő és invertáló áramköreit. A legtöbb elektronikus ballast nem rendelkezik ezzel a blokkal.

Az elektronikus ballast áramkör diagramja

Az IRS2526DS „Mini8” Ballast Control IC a 26 W-os elektronikus ballast áramkör tervezésének központi elemét képezi, amely nem használ PFC-t. A fény és a félhíd rezgő kimeneti szakasz mindkettő teljesen az áramkör által irányított. A félhíd kapcsoló vezérlő kimenetei, a 'HO' és 'LO' csapágyok frekvenciája a 'VCO' csapágyon keresztül van beállítva. A szükséges VCO feszültségi szintek programozásához ellenállásos feszültségosztó kell a 'VCO' csapágyhoz. A belső feszültségvezérelt oszcillátor frekvenciája ezeknek a feszültségi szinteknek a értékeitől függ. A belső oszcillátor jelét a felső és alsó oldali kapcsoló vezérlő logikai áramkörébe küldik, így lehetővé téve a szükséges előmelegítési, indítási és működési frekvenciák generálását a félhíd és rezgő kimeneti szakasz számára. A konzisztens lámpa indítási feszültség biztosítása és a lámpa élettartam vége hibabeállításának felismerése érdekében lámpafeszültség-ellenállásos osztót (REOL1, REOL2, REOL3, RIGN1) és visszacsatolási áramkört (CIGN1, DR1, DR2, DIGN, REOL, CEOL, DEOL+, DEOL-) használnak.

Az elektronikus ballast működési elve

Az elektronikus ballast 50-60 Hz-es hívószükséglettel működik. Először a váltakozó áramfeszültséget egyenmértékű feszültséggé alakítja. Ezután a DC feszültséget kondenzátorrendszerrel szűrik. A szűrt DC feszültséget a magasfrekvenciás rezgésszakaszba küldik, ahol a rezgések általában négyzetes hullámúak, és a frekvenciasugár 20 kHz és 80 kHz között van.

Ennek eredményeként a kimeneti áram frekvenciája nagyon magas. A magas érték létrehozásához egy kis mennyiségű induktancia adódik, amely egy magas frekvencián a nagy áramváltozási sebességgel párosul.

A fluoreszcens cserépfények gázkiadásos folyamatának indításához gyakran 400 V-nál több feszültség szükséges. Amikor a kapcsolót bekapcsolják, a kezdeti feszültség a cserepön 1000 V-ra emelkedik a magas érték miatt, és a gázkiadás azonnal bekövetkezik.

Amikor a kiadási folyamat elkezdődik, a cserepön átmenő feszültség 230 V-ról 125 V-ra csökken, és az elektronikus ballast korlátozott áramot enged át a fényen.

Az elektronikus ballast vezérlő egysége a feszültséget és az áramot szabályozza. Amikor a fluoreszcens fények bekapcsolódnak, az elektronikus ballast dimmerként működik, korlátozva az áramot és a feszültséget.

Az elektronikus ballast teljesítménye

Különböző metrikák használhatók az elektronikus ballastok hatékonyságának értékelésére.

A ballast faktor a legfontosabb. Ez a vizsgált ballast által meghajtott lámpa fénykimenetének és a referencia ballast által meghajtott lámpa fénykimenetének aránya.

Az elektronikus ballastok esetében ez az érték 0,73 és 1,50 között mozog.

Egyetlen ballast is sokféle fénykimeneti szintet tud nyújtani, ami ennek a széles tartománynak a relevanciája.

Ez sok hasznos alkalmazást talál a dimmer áramkörökben. Ugyanakkor kimutatott, hogy mind a túl magas, mind a túl alacsony ballast faktorok csökkentik a lámpa élettartamát, mivel a lumen romlását okozzák a magas és alacsony lámpaáramok.

Ballast hatékonysági faktor, amely a ballast faktor (%-ban) és a teljesítmény aránya, a teljes lámpa-ballast kombináció rendszerhatékonyságának relatív mérését adja. Gyakran használják ugyanazon modell és gyártó elektronikus ballastjainak összehasonlítására.

A ballast működési hatékonysága a teljesítményfaktor (PF) metrika segítségével mért. Az elektronikus ballast képessége, a hálózati feszültséget és áramot hasznosítható energiává alakítani, és azt a fényhez továbbítani, a teljesítményfaktora által mérhető, ahol 1 a legoptimálisabb érték. Ellenben, a alacsony teljesítményfaktorú ballastok majdnem kétszer annyi áramot igényelnek, mint a magas teljesítményfaktorú ballastok, és így kevesebb lámpát támogatnak egy áramkörben. Ez azonban nem jelzi a ballast képességét, fényt szolgáltatni.

Minden elektromos eszköznek van egy határ, ameddig lineáris lehet, és amikor a bemeneti jel meghaladja ezt a határt, a jel torzul, ami nemlineáris és harmonikus torzulásokat eredményez. A harmonikus torzulás, amit teljes harmonikus torzulásként értékelnek, akkor mondják, hogy bekövetkezett, ha a jel hullámképe eltér a tipikus szinusz alakult hullámtól.

A harmonikus áram, amit az elektronikus ballastok hoznak a villamosenergia-elosztási rendszerbe százalékban, THD-nek ismert. Bár a ANSI normák legfeljebb 32%-os torzulást engedélyeznek, a legtöbb gyártó arra törekszik, hogy a THD 20% alatt maradjon. Egyszerűbb fenntartani a torzulásokat ezen szinteken elektronikus ballastokkal, mint magnétes vagy hibrid ballastokkal.

Az elektronikus ballast előnyei

• A ballast megbízhatósága idővel csökken; minél hosszabb ideig használják, annál valószínűbb a meghibásodás. Az elektronikus ballastok használatával a lámpák teljesítménye lassabban csökken, mint a magnétes ballastoknál.

• Ezek a készülékek nem csak jelentősen könnyebbek és hatékonyabbak, de sokkal csendesebbek is.

• Az elektronikus ballastok használatával a teljesítményveszteség a magnétes (vagy) hibrid ballastokhoz képest körülbelül a fele.

• Továbbá, a magas lámpafeszültség miatt, könnyen lehetséges olyan lámpákat futtatni, amelyeket közvetlenül a vonalchoke nem tudna meghajtani.

• A lámpa-ballast rendszerek energiahatékonyságának javítása főleg három módon lehetséges: a ballastveszteségek csökkentése, a magasabb frekvenciák használata, és a lámpaelektrodveszteségek csökkentése. Az elektronikus ballastok jobb energiahatékonyságot biztosítanak, mivel mindhárom tulajdonságot egyszerre tartalmazzák.

Az elektronikus ballast hátrányai

• Az elektronikus ballastok erős harmonikus áramot generálnak a feszültség maximumok körül fellépő váltakozó áramok miatt. Ez szórási mágneses mezőket, csöppelést, rádió és TV zavarokat, illetve IT-eszközök meghibásodását okozhat, mellett a világítási rendszerek problémái.

• A magas harmonikus tartalom túlterhelheti a háromfázisú transz