Ballast Elettronico: Principio di Funzionamento & Diagramma del Circuito
Cosa si intende per ballast elettronico?
Un ballast elettronico, anche noto come ballast elettrico, è un componente dell'equipaggiamento che controlla la tensione e le correnti di accensione degli impianti di illuminazione.
Questo viene realizzato utilizzando la tecnica di scarica del gas elettrico. Per avviare il metodo di scarica del gas nelle lampade a fluorescenza, un ballast elettronico converte la frequenza di alimentazione in una frequenza molto alta gestendo la tensione attraverso la lampadina e la corrente attraverso la lampada.
Diagramma a blocchi del ballast elettronico
Il diagramma a blocchi di base del ballast elettronico è mostrato di seguito.
Il diagramma a blocchi del ballast elettronico ha cinque blocchi, come mostrato nell'immagine sopra. In generale, tutti i ballast elettronici aderiscono a questo diagramma a blocchi.
1). Filtro EMI
Il filtro di interferenza elettromagnetica (EMI) è rappresentato dal blocco 1. I filtri EMI sono costituiti da induttori e condensatori che bloccano o minimizzano l'interferenza elettromagnetica.
2). Raddrizzatore
Il circuito raddrizzatore è rappresentato dal blocco 2. Il circuito raddrizzatore converte la corrente alternata in corrente continua.
3). Filtro DC
Il circuito filtro DC è rappresentato dal blocco 3. Un condensatore è il componente del circuito filtro DC responsabile della filtrazione della corrente continua impura generata dal circuito raddrizzatore.
4). Invertitore
Il circuito invertitore è rappresentato dal blocco 4. La corrente continua viene convertita in corrente alternata ad alta frequenza in questo blocco, e un trasformatore elevatore aumenta il livello di potenza.
5). Circuito di controllo
Il circuito di controllo, rappresentato dal blocco 5, riceve feedback dall'uscita e regola i circuiti raddrizzatore, filtro e invertitore. La maggior parte dei ballast elettronici non ha questo blocco.
Schema di circuito del ballast elettronico
L'IRS2526DS "Mini8" Ballast Control IC è il punto focale del progetto per un circuito di ballast elettronico da 26 W che non utilizza PFC. La luce e lo stadio di uscita a ponte mezzo risonante sono entrambi completamente controllati dal circuito. La frequenza dei pin 'HO' e 'LO', che sono uscite dal driver di porta a ponte, è regolata dal pin 'VCO'. La programmazione dei livelli di tensione VCO richiede un divisore di tensione resistivo posizionato al pin 'VCO'. La frequenza dell'oscillatore a controllo di tensione interno è determinata dai valori di questi livelli di tensione. Il segnale dall'oscillatore interno viene quindi inviato nella logica del driver di porta lato alto e lato basso. Questo consente di generare le frequenze necessarie per il pre-riscaldamento, l'accensione e il funzionamento dello stadio a ponte mezzo e risonante. Per fornire una tensione di accensione costante della lampada e identificare un errore alla fine della vita della lampada, viene utilizzato un divisore di resistenza di tensione della lampada (REOL1, REOL2, REOL3, RIGN1) e un circuito di retroazione (CIGN1, DR1, DR2, DIGN, REOL, CEOL, DEOL+, DEOL-).
Principio di funzionamento del ballast elettronico
I ballast elettronici necessitano di energia a 50 - 60 Hz. Inizialmente, trasformano la tensione di corrente alternata in tensione di corrente continua. Successivamente, la tensione DC viene filtrata utilizzando un arrangiamento di condensatori. La tensione DC filtrata viene ora inviata nello stadio di oscillazione ad alta frequenza, dove l'oscillazione è normalmente a onda quadra e la gamma di frequenza è compresa tra 20 kHz e 80 kHz.
Come risultato di ciò, la frequenza della corrente di uscita è estremamente alta. Per creare un valore elevato, viene fornita una piccola quantità di induttanza da accoppiare con un tasso di cambiamento elevato della corrente ad alta frequenza.
Spesso sono necessari più di 400 V per avviare il processo di scarica del gas nelle lampade fluorescenti. Quando l'interruttore viene acceso, la tensione iniziale fornita alla lampadina raggiunge 1000 V a causa del valore elevato, e la scarica del gas si verifica istantaneamente.
Quando il processo di scarica inizia, la tensione sulla lampadina si riduce da 230V a 125V, e il ballast elettronico permette il flusso di una corrente limitata attraverso la luce.
L'unità di controllo del ballast elettronico controlla la tensione e la corrente. Quando le luci fluorescenti vengono accese, il ballast elettronico funziona come un dimmer, limitando corrente e tensione.
Prestazioni del ballast elettronico
Diverse metriche vengono utilizzate per valutare l'efficacia dei ballast elettronici.
Il Fattore di Ballast è il più importante. È il rapporto tra l'uscita luminosa della lampada quando alimentata dal ballast in esame e l'uscita luminosa della lampada quando alimentata dal ballast di riferimento.
Per i ballast elettronici, questo valore è riportato variare tra 0,73 e 1,50.
Un singolo ballast può fornire una vasta gamma di livelli di uscita luminosa, il che è la rilevanza di tale ampio intervallo.
Questo ha molte applicazioni nei circuiti di smorzamento. Tuttavia, è stato dimostrato che sia fattori di ballast eccessivamente alti che eccessivamente bassi riducono la durata della lampada a causa della degradazione dei lumen causata da correnti di lampada alte e basse, rispettivamente.
Fattore di efficacia del ballast, che è il rapporto tra il fattore di ballast (in %) e la potenza, fornisce una misurazione relativa dell'efficienza del sistema dell'intera combinazione lampada-ballast, ed è spesso utilizzato quando si confrontano ballast elettronici dello stesso modello e produttore.
Efficacia operativa del ballast è misurata utilizzando la metrica del fattore di potenza (PF). La capacità del ballast elettronico di convertire la tensione e la corrente di alimentazione in potenza utilizzabile e consegnarla alla luce è misurata dal suo fattore di potenza, con 1 essendo il valore ottimale. In contrasto, i ballast a basso fattore di potenza richiederebbero quasi il doppio di corrente rispetto ai ballast a fattore di potenza elevato e, pertanto, supporterebbero meno luci in un circuito. Questo, tuttavia, non indica la capacità del ballast di fornire luce.
Ogni dispositivo elettrico ha un limite alla sua linearità, e quando il segnale di ingresso supera quel limite, il segnale viene distorto, causando distorsioni non lineari e armoniche. La distorsione armonica, valutata come Distorsione Armonica Totale (THD), si dice che sia avvenuta quando la forma d'onda del segnale si discosta dalla forma sinusoidale tipica.
La corrente armonica aggiunta dai ballast elettronici al sistema di distribuzione di potenza, espressa in percentuale, è nota come THD. Sebbene gli standard ANSI consentano una distorsione massima fino al 32%, la maggior parte dei produttori cerca di mantenere la THD al di sotto del 20%. È più semplice mantenere le distorsioni a questi livelli utilizzando ballast elettronici rispetto a quelli magnetici o ibridi.
Vantaggi del ballast elettronico
La dipendenza del ballast diminuisce nel tempo; quanto più a lungo è in uso, tanto minore è la probabilità di guasto. Rispetto ai ballast magnetici, la potenza delle luci diminuisce più gradualmente quando utilizzata con ballast elettronici.
Questi dispositivi non solo sono significativamente più leggeri e efficienti, ma anche molto più silenziosi.
Rispetto ai ballast magnetici (o) ibridi, la perdita di potenza con i ballast elettronici è circa la metà.
Inoltre, a causa delle elevate esigenze di tensione della lampada, possono facilmente far funzionare luci che non possono essere alimentate direttamente da un soffocatore sulla linea.
Nel sistema lampada-ballast, l'efficienza energetica può essere migliorata principalmente in tre modi: riducendo le perdite del ballast, operando a frequenze più elevate e riducendo le perdite negli elettrodi della lampada. I ballast elettronici sono più efficienti energeticamente perché includono tutte e tre queste caratteristiche contemporaneamente.
Svantaggi del ballast elettronico
I ballast elettronici generano forti correnti armoniche da impulsi di corrente alternata intorno ai massimi di tensione. Ciò può creare campi magnetici dispersi, corrosione delle tubature, interferenze radio e TV, e malfunzionamenti di apparecchiature IT, oltre a problemi nei sistemi di illuminazione.
Un contenuto armonico elevato può sovraccaricare i trasformatori trifase e i cavi neutri. L'occhio umano potrebbe non rilevare una maggiore frequenza di lampeggio, ma i comandi a infrarossi per apparecchiature di intrattenimento domestico come televisori.
La documentazione e la progettazione intelligente del ballast riducono le interferenze nelle fasce di frequenza di applicazione.
Tuttavia, ci sono alcune nicchie non scoperte nello spettro di frequenza che non vengono utilizzate in alcuna applicazione, e la maggior parte delle perturbazioni del ballast in questa area vengono ignorate, generando un'immagine più pulita su carta della sua certezza.
I ballast elettronici non possono gestire picchi di potenza e sovraccarichi.
I ballast elettronici hanno anche un costo iniziale elevato, che potrebbe scoraggiare gli acquirenti impulsivi, ma costano di più nel tempo.
Applicazione del ballast elettronico
1). Mantieni costante la potenza di uscita
Mantieni costante la potenza di uscita delle luci. La tecnica di pilotaggio a corrente a onda quadra assicura che non si verifichino fenomeni di risonanza acustica.
