Elektronik Balastro: Çalışma Prensibi ve Devre Şeması

Rabert T

Alan: Elektrik Mühendisliği

Canada

Elektronik Balast Nedir?

Elektronik balast, ayrıca elektrik balast olarak da bilinir, aydınlatma cihazlarının başlangıç gerilimini ve akımını kontrol eden bir ekipman bileşenidir.

Bu, elektriksel gaz salınım tekniği kullanılarak gerçekleştirilir. Floresan lambalarda gaz salınım yöntemini başlatmak için, elektronik balast, lambanın üzerindenki gerilimi ve lambanın içinden geçen akımı yöneterek güç frekansını çok yüksek bir frekansa dönüştürür.

Elektronik Balast Blok Diyagramı

Elektronik balastın temel blok diyagramı aşağıda gösterilmiştir.

2-12 (1).jpg

Elektronik balastın blok diyagramı, yukarıdaki görüntüde gösterildiği gibi beş bloktan oluşur. Genel olarak, tüm elektronik balastlar bu blok diyagramına uymaktadır.

1). EMI Filtresi

Elektromanyetik interferans filtresi, Blok 1 ile temsil edilir. EMI filtreleri, elektromanyetik interferansı engellemek veya azaltmak için bobinler ve kondansatörlerden yapılmıştır.

2). Düzeltici

Düzeltici devre, Blok 2 ile temsil edilir. Düzeltici devre, değişken akımı sürekli akıma dönüştürür.

3). DC Filtresi

DC filtre devresi, Blok 3 ile temsil edilir. Kondansatör, düzeltici devre tarafından üretilen saf olmayan DC'yi filtreleme sorumluluğunu üstlenen DC filtre devresinin bileşenidir.

4). İnverter

İnverter devresi, Blok 4 ile temsil edilir. Bu blokta, DC yüksek frekansta AC'ye dönüştürülür ve adım arttırıcı bir transformatör güç seviyesini yükseltir.

5). Kontrol Devresi

Kontrol devresi, Blok 5 ile temsil edilir. Çıkıştan gelen geri bildirimi alır ve düzeltici, filtre ve inverter devrelerini düzenler. Çoğu elektronik balast, bu bloğa sahip değildir.

Elektronik Balast Devre Şeması

IRS2526DS "Mini8" Balast Kontrol IC'si, PFC kullanmayan 26 W elektronik balast devresi tasarımının odak noktasıdır. Işık ve yarı köprü rezonanslı çıkış aşaması, her ikisi de devre tarafından tamamen kontrol edilir. Yarı köprü kapısı sürücüsünden çıkan 'HO' ve 'LO' pinlerinin frekansı, 'VCO' pinine yerleştirilen direnç voltaj bölücü ile programlanan gereken VCO voltaj seviyeleriyle ayarlanır. Dahili voltaj kontrolü sarkacın frekansı, bu voltaj seviyelerinin değerlerine göre belirlenir. Dahili sarkacın sinyali, daha sonra yüksek taraf ve düşük taraf kapısı sürücülerinin mantıksal devresine gönderilir. Bu, yarı köprü ve rezonanslı çıkış aşaması için gerekli olan ön ısıtma, ateşleme ve çalışma frekanslarını oluşturmayı sağlar. Sabit bir lampa ateşleme gerilimi sağlamak ve bir lampa ömrü sonu hatası belirlemek amacıyla, lampa voltajı direnç bölücü (REOL1, REOL2, REOL3, RIGN1) ve geri bildirim devresi (CIGN1, DR1, DR2, DIGN, REOL, CEOL, DEOL+, DEOL-) kullanılır.

3-10 (1).jpg

Elektronik Balast Çalışma Prensibi

Elektronik balastlar, 50 - 60 Hz'de güç gerektirir. İlk olarak, değişken akım gerilimini sürekli akım gerilimine dönüştürür. Bunu takiben, DC gerilimi, bir kondansatör düzeni kullanılarak filtrelenir. Filtrelenmiş DC gerilimi, genellikle kare dalga ve frekans aralığı 20 kHz ila 80 kHz olan yüksek frekanslı osilasyon aşamasına gönderilir.

Bunun sonucunda, çıkış akımının frekansı oldukça yüksektir. Yüksek bir değeri yaratmak için, yüksek frekanslarda akım değişim hızının artmasıyla biraz endüktans verilir.

Floresan tüp ışıklarında gaz salınım sürecini başlatmak için genellikle 400 V'den fazla gereklidir. Anahtar açıldığında, lambanın üzerindenki ilk gerilim yüksek değer nedeniyle 1000 V'ye ulaşır ve gaz salınımı anında gerçekleşir.

Salınım süreci başladığında, lambanın üzerindenki gerilim 230V'den 125V'ye düşer ve elektronik balast, ışığa sınırlı bir akımın aktarılmasına izin verir.

Elektronik balastın kontrol birimi, gerilimi ve akımı kontrol eder. Floresan ışıklar açıldığında, elektronik balast, akımı ve gerilimi sınırlayan bir dimmer olarak işlev görür.

Elektronik Balast Performansı

Elektronik balastların etkinliğini değerlendirmek için farklı metrikler kullanılır.

Balast faktörü en önemlidir. Bu, incelenen balast tarafından sürdürüldüğünde lambanın ışık çıkışı ile referans balast tarafından sürdürüldüğünde lambanın ışık çıkışı arasındaki oranıdır.

Elektronik balastlar için, bu değer 0.73 ile 1.50 arasında değişmektedir.

Tek bir balast, geniş bir ışık çıkış düzeyi çeşitliliği sağlayabilir, bu da geniş bir aralığın öneminidir.

Bu, dimming devrelerinde birçok kullanım alanına sahiptir. Ancak, hem çok yüksek hem de çok düşük balast faktörlerinin, sırasıyla yüksek ve düşük lampa akımları nedeniyle lümen bozulması yüzünden lampa ömrünü azalttığı gösterilmiştir.

Balast etkinlik faktörü, balast faktörünün (yüzde cinsinden) gücün ve tedarik edilen güç ile ışığa aktarılan güç arasındaki orandır. Aynı model ve üreticiden elektronik balastları karşılaştırmak için sıkça kullanılır.

Balast işlem etkinliği, Güç faktörü (PF) metriği kullanılarak ölçülür. Elektronik balastın, tedarik edilen gerilim ve akımı kullanılabilir güce dönüştürme ve bunu ışığa teslim etme yeteneği, güç faktörü ile ölçülür. En iyi değer 1'dir. Bunun aksine, düşük güç faktörlü balastlar, daha yüksek güç faktörlü balastlardan neredeyse iki kat daha fazla akım gerektirir ve bu nedenle bir devrede daha az ışık destekler. Ancak, bu, balastın ışık sağlama kapasitesini göstermez.

Her elektrikli cihaz, ne kadar doğrusal olabileceğine bir sınırı vardır. Giriş sinyali bu limiti aştiğında, sinyal bozulur ve doğrusal olmayan ve harmonik bozulmalar meydana gelir. Harmonik bozulma, toplam harmonik bozulma olarak değerlendirilir ve sinyal dalga formu tipik sinüzoidal şekilden sapar olduğunda meydana geldiği söylenir.

Elektronik balastlar tarafından güç dağıtım sistemine eklenen harmonik akımın yüzdesi THD olarak bilinir. ANSI standartları, maksimum %32'ye kadar bozulmayı izin vermesine rağmen, çoğu üretici THD'nin %20 altında tutulmasını hedefler. Elektronik balastlar, manyetik veya hibrit balastlara kıyasla bu seviyede bozulmaları korumak daha kolaydır.

Elektronik Balastın Avantajları

Balast güvenilirliği zamanla azalır; kullanımı ne kadar uzun sürerse, başarısızlık olasılığı o kadar düşer. Elektronik balastlarla kullanıldığında, manyetik balastlara kıyasla lambaların gücü daha yavaş azalır.
Bu cihazlar, sadece önemli ölçüde daha hafif ve etkilidir, aynı zamanda çok daha sessizdir.
Manyetik (veya) hibrit balastlara kıyasla, elektronik balastlarda güç kaybı yaklaşık yarısı kadardır.
Ayrıca, yüksek lampa gerilim gereksinimleri nedeniyle, doğrudan bir zımba ile çalıştırılamayan ışıkları kolayca çalıştırabilirler.
Lamba-balast sistemlerinde, enerji verimliliği, balast kayıplarını azaltarak, daha yüksek frekanslarda çalıştırarak ve lampa elektrot kayıplarını azaltarak üç ana yolla artırılabilir. Elektronik balastlar, bu üç özelliği bir arada içerdiği için daha enerji verimlidir.

Elektronik Balastın Dezavantajları

Elektronik balastlar, gerilim zirvelerinde alternatif akım zirvesi nedeniyle güçlü harmonik akım üretir. Bu, sadece aydınlatma sistemi sorunlarına değil, alsoy manyetik alanların, boru erime, radyo ve TV interferansı, ve IT ekipmanı arızalarına neden olabilir.
Yüksek harmonik içerik, üç fazlı transformatorları ve nötr kablosunu aşırı yükleyebilir. İnsan gözünün daha yüksek titreşim hızını fark etmemesi mümkün olsa da, ev eğlence ekipmanı (TV vb.) için kızılötesi uzaktan kumandalar etkilenebilir.
Akıllı balast belgeleri ve tasarımı, uygulama frekans aralıklarındaki interferansı azaltır.
Ancak, hiçbir uygulamada kullanılan bazı frekans spektrumu bölgeleri vardır ve bu bölgelerdeki çoğu balast rahatsızlığı göz ardı edilir, kağıt üzerinde daha temiz bir görüntü oluşturur.
Elektronik balastlar, güç zirvelerini ve aşırı yükleri yönetemez.
Elektronik balastlar ayrıca yüksek bir başlangıç maliyetine sahiptir, bu impulsive alıcıları caydırabilir, ancak zaman içinde daha fazla maliyetlidir.