電子バラスト：動作原理と回路図

Rabert T

フィールド: 電気工学

Canada

電子バラストとは何ですか？

電子バラスト（または電気バラスト）は、照明器具の起動電圧と電流を制御する装置の部品です。

これは、電気ガス放電技術を使用して達成されます。蛍光灯のガス放電法を開始するためには、電子バラストがバルブ間の電圧とランプを通る電流を管理することで、電力周波数を非常に高い周波数に変換します。

電子バラストのブロック図

電子バラストの基本的なブロック図を以下に示します。

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電子バラストのブロック図は上記の画像に示すように5つのブロックで構成されています。一般的に、すべての電子バラストはこのブロック図に従います。

1). EMIフィルター

電磁干渉フィルターはブロック1で表されます。EMIフィルターは、インダクタとコンデンサで構成され、電磁干渉をブロックまたは最小限に抑えます。

2). 整流器

整流器回路はブロック2で表されます。整流器回路は交流を直流に変換します。

3). DCフィルター

DCフィルター回路はブロック3で表されます。キャパシタは、整流器回路によって生成された不純なDCをフィルタリングするDCフィルター回路の部品です。

4). インバータ

インバータ回路はブロック4で表されます。このブロックでは、DCが高周波ACに変換され、昇圧トランスフォーマーが電力レベルを上げます。

5). 制御回路

ブロック5で表される制御回路は、出力からのフィードバックを受け取り、整流器、フィルター、およびインバータ回路を制御します。多くの電子バラストはこのブロックを持ちません。

電子バラストの回路図

IRS2526DS “Mini8” バラスト制御ICは、PFCを使用しない26W電子バラスト回路の設計の中心点です。ライトと半橋共振出力ステージは両方とも完全に回路によって制御されます。半橋ゲートドライバーからの出力である‘HO’および‘LO’ピンの周波数は‘VCO’ピンによって調整されます。必要なVCO電圧レベルをプログラムするには、‘VCO’ピンに抵抗電圧分割器を配置する必要があります。これらの電圧レベルの値により、内部電圧制御振動子の周波数が決定されます。内部振動子からの信号は、高側および低側ゲートドライバーの論理回路に送られます。これにより、半橋および共振出力ステージの必要な予熱、点火、および動作周波数が生成されます。一貫したランプ点火電圧を提供し、ランプ寿命終了障害設定を識別するために、ランプ電圧抵抗分割器（REOL1、REOL2、REOL3、RIGN1）およびフィードバック回路（CIGN1、DR1、DR2、DIGN、REOL、CEOL、DEOL+、DEOL-）が使用されます。

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電子バラストの動作原理

電子バラストは50〜60Hzの電力を必要とします。最初に、交流電圧を直流電圧に変換します。その後、直流電圧はキャパシタ配列を使用してフィルタリングされます。フィルタリングされた直流電圧は、通常は矩形波で周波数範囲が20kHzから80kHzまでの高周波振動段階に送られます。

その結果、出力電流の周波数は非常に高くなります。高値を生成するために、高周波での電流の変化率が高くなるように少しのインダクタンスが与えられます。

蛍光管ライトのガス放出プロセスを開始するには、通常400V以上が必要です。スイッチがオンになると、バルブ間の初期供給電圧は高値のために1000Vに達し、ガス放出が即座に発生します。

放出プロセスが始まったら、バルブ間の電圧は230Vから125Vに低下し、電子バラストは制限された電流をライトに流すことを許可します。

電子バラストの制御ユニットは、蛍光灯がオンになったときに電圧と電流を制御します。電子バラストはディマーよりも電流と電圧を制限する機能があります。

電子バラストの性能

電子バラストの効果を評価するために異なる指標が使用されます。

バラスト係数が最も重要です。これは、検査中のバラストによって駆動されるときのランプの光出力と基準バラストによって駆動されるときのランプの光出力の比です。

電子バラストの場合、この値は0.73から1.50の範囲内にあると報告されています。

単一のバラストは多様な光出力レベルを提供できるため、このような広い範囲が関連性を持ちます。

これは調光回路で多くの用途がありますが、過度に高いバラスト係数と過度に低いバラスト係数は、それぞれ高いランプ電流と低いランプ電流によるルメン劣化によってランプ寿命を短縮することが示されています。

バラスト効率係数は、バラスト係数（％）と電力との比であり、全体のランプ・バラスト組み合わせのシステム効率の相対的な測定値を提供します。これは、同じモデルとメーカーの電子バラストを比較する際に頻繁に使用されます。

バラスト操作効率は、パワーファクター（PF）メトリックを使用して測定されます。電子バラストが供給電圧と電流を使用可能な電力に変換し、それをライトに供給する能力は、パワーファクターによって測定されます。最適値は1です。一方、低パワーファクターのバラストは、高パワーファクターのバラストよりもほぼ2倍の電流を必要とし、それゆえ回路内のライトの数が少ないことが示されています。しかし、これはバラストが光を提供する能力を示しているわけではありません。

すべての電気機器には線形性の限界があり、入力信号がその限界を超えると、信号が歪み、非線形および高調波歪みが発生します。高調波歪みは、信号波形が典型的な正弦波形状から逸脱したときに全高調波歪みとして評価されます。

電子バラストによって電力分配システムに追加される高調波電流の割合はTHDとして知られています。ANSI規格では最大32%の歪みを許容していますが、ほとんどの製造者はTHDを20%未満に保つよう努力しています。電子バラストを使用してこれらのレベルでの歪みを維持することは、磁気またはハイブリッドバラストを使用するよりも簡単です。

電子バラストの利点

バラストの信頼性は時間とともに低下します。使用時間が長くなるほど、故障の可能性が低くなります。磁気バラストと比較して、電子バラストを使用すると、光の強度がより徐々に低下します。
これらのデバイスは、大幅に軽量かつ効率的であり、さらに非常に静かです。
磁気またはハイブリッドバラストと比較して、電子バラストの電力損失は約半分です。
また、高電圧が必要なため、チョークを使用して直接駆動できないランプでも容易に動作させることができます。
ランプ・バラストシステムのエネルギー効率は、主に3つの方法で向上できます：バラスト損失の削減、高い周波数での動作、ランプ電極損失の削減。電子バラストはこれら3つの特性を同時に備えているため、よりエネルギー効率が高いです。

電子バラストの欠点

電子バラストは、電圧最大値付近の交流スパイクから強い高調波電流を生成します。これは、迷走磁場、配管の腐食、ラジオやテレビの干渉、IT機器の故障、さらには照明システムの問題を引き起こす可能性があります。
高調波含有量が多いと、三相トランスフォーマーや中性線が過負荷になることがあります。人間の目はより高い点滅率を認識できませんが、テレビなどのホームエンターテイメント機器の赤外線リモコンは影響を受けます。
高度なバラスト文書と設計により、アプリケーション周波数範囲での干渉が減少します。
ただし、一部の周波数スペクトルには未発見の領域があり、これらの領域ではほとんどのバラストの干渉が無視され、紙面上ではクリアなイメージが得られるかもしれませんが、実際にはそうではありません。
電子バラストは、電力スパイクや過負荷に対応できません。
電子バラストは初期コストが高いため、衝動買いを抑制する可能性がありますが、長期的にはその費用以上の価値があります。