Електронний баласт: принцип роботи та схема електричних кіл

Що таке електронний баласт?

Електронний баласт, або електричний баласт, — це компонент обладнання, який керує початковим напругою та струмом освітлювальних приладів.

Це досягається за допомогою електричної газової розрядної техніки. Для запуску газового розрядного методу в літодиодних лампах електронний баласт перетворює частоту живлення на дуже високу частоту, керуючи напругою на лампі та струмом через лампу.

Блок-схема електронного баласту

Основна блок-схема електронного баласту наведена нижче.

Блок-схема електронного баласту має п'ять блоків, як показано на зображенні вище. Загалом, всі електронні баласту відповідають цій блок-схемі.

1). Фільтр ЕМІ

Фільтр електромагнітних завад (ЕМІ) представлений Блоком 1. Фільтри ЕМІ виготовляються з індукторів та конденсаторів, які блокують або мінімізують електромагнітні завади.

2). Випрямляч

Випрямляч представлений Блоком 2. Схема випрямляча перетворює черговий струм на прямий струм.

3). Фільтр DC

Схема фільтра DC представлена Блоком 3. Конденсатор є компонентом схеми фільтра DC, який відповідає за фільтрацію непурістого DC, який генерується схемою випрямляча.

4). Інвертор

Схема інвертора представлена Блоком 4. DC перетворюється на високочастотний AC у цьому блоку, а трансформатор підвищення піднімає рівень потужності.

5). Контрольна схема

Контрольна схема, представлена Блоком 5, отримує відгуки від виходу і регулює схеми випрямляча, фільтра та інвертора. Більшість електронних баластів не мають цього блоку.

Схема електронного баласту

Інтегральна схема керування баластом IRS2526DS "Mini8" є ключовим елементом проекту для електронного баласту 26 Вт, який не використовує PFC. Світло, а також півмостова резонансна вихідна частина повністю контролюються схемою. Частота пінів "HO" та "LO", які є виходами від півмостового шлюзового драйвера, налаштовується піном "VCO". Програмування необхідних рівнів напруги VCO вимагає розташування резисторного дільника напруги на піні "VCO". Частота внутрішнього напружнікого контролюваного осцилятора визначається значеннями цих рівнів напруги. Сигнал від внутрішнього осцилятора надсилається в логічну схему верхнього та нижнього шлюзових драйверів. Це дозволяє генерувати необхідні частоти переднагріву, запалення та роботи для півмостової та резонансної вихідної частини. Для забезпечення постійної напруги запалення лампи та виявлення аварійних станів кінця терміну служби лампи використовується дільник напруги лампи (REOL1, REOL2, REOL3, RIGN1) та схема зворотного зв'язку (CIGN1, DR1, DR2, DIGN, REOL, CEOL, DEOL+, DEOL-).

Принцип роботи електронного баласту

Електронні баласту потребують живлення з частотою 50 – 60 Гц. Спочатку чергова напруга перетворюється на пряму напругу. Після цього пряма напруга фільтрується за допомогою конденсаторної схеми. Відфільтрована пряма напруга тепер подається в етап високочастотних коливань, де коливання зазвичай є квадратним сигналом, а діапазон частот становить 20 кГц до 80 кГц.

Як результат, частота вихідного струму дуже висока. Для створення високого значення надається невелика кількість індуктивності, яка з'єднується з підвищеною швидкістю зміни струму на високій частоті.

Часто для запуску процесу розряду газу в люмінесцентних трубках потрібно більше 400 В. Коли вмикається перемикач, початкова напруга на лампі досягає 1000 В завдяки високому значенню, і газовий розряд відбувається миттєво.

Коли починається процес розряду, напруга на лампі зменшується з 230 В до 125 В, і електронний баласт дозволяє обмежений струм протікати через світло.

Керуючий модуль електронного баласту керує напругою та струмом. Коли вмикаються люмінесцентні лампи, електронний баласт функціонує як димер, обмежуючи струм та напругу.

Ефективність електронного баласту

Для оцінки ефективності електронних баластів використовуються різні метрики.

Найважливішим є баластний фактор. Це співвідношення світлового виводу лампи, коли вона працює з перевіряемим баластом, до світлового виводу лампи, коли вона працює з референтним баластом.

Для електронних баластів це значення зазвичай знаходиться в діапазоні від 0,73 до 1,50.

Один баласт може забезпечити широкий діапазон рівнів світлового виводу, що є важливим для такого широкого діапазону.

Це має багато застосувань в схемах димінгу. Однак, було доведено, що як надто високі, так і надто низькі баластні фактори зменшують тривалість життя лампи через зниження люменів, спричинене високими та низькими струмами лампи відповідно.

Фактор ефективності баласту, який є співвідношенням баластного фактору (у %) до потужності, надає відносне вимірювання системної ефективності всього комбінації лампа-баласт, часто використовується при порівнянні електронних баластів одного моделі та виробника.

Ефективність роботи баласту вимірюється за допомогою метрики коефіцієнту потужності (PF). Способність електронного баласту перетворювати напругу живлення та струм на корисну потужність та передавати її до світла вимірюється його коефіцієнтом потужності, де 1 є оптимальним значенням. Насупно, баласту з низьким коефіцієнтом потужності потрібно буде близько удвічі більший струм, ніж баласту з високим коефіцієнтом потужності, і тому вони підтримують менше світла в цепі. Але це не означає спроможності баласту надавати світло.

Кожен електричний пристрій має обмеження, наскільки він може бути лінійним, і коли вхідний сигнал перевищує це обмеження, сигнал деформується, що призводить до нелінійних та гармонічних деформацій. Гармонічна деформація, яка оцінюється як загальна гармонічна деформація, вважається виниклою, коли форма сигнальної хвилі відхиляється від типової синусоїдальної форми.

Гармонічний струм, доданий електронними баластами до системи розподілу електроенергії, відсотками відомий як THD. Хоча стандарти ANSI дозволяють максимальну деформацію до 32%, більшість виробників прагнуть зберігати THD нижче 20%. Простіше зберігати деформації на цих рівнях за допомогою електронних баластів, ніж за допомогою магнітних або гібридних баластів.

Переваги електронного баласту

• Залежність баласту з часом зменшується; чим довше він використовується, тим менша його ймовірність відмови. При використанні електронних баластів, порівняно з магнітними, потужність світла зменшується набагато повільніше.

• Ці пристрої не тільки значно легші та більш ефективні, але й набагато тиші.

• При використанні електронних баластів втрати енергії становлять приблизно половину від втрат при використанні магнітних (або) гібридних баластів.

• Крім того, завдяки високим вимогам до напруги лампи, вони легко можуть працювати з лампами, які не можна запустити безпосередньо через друк на лінії.

• У системах лампа-баласт енергоефективність може бути покращена в основному трьома способами: зменшення втрат баласту, робота на високих частотах, та зменшення втрат на електродах лампи. Електронні баласті більш енергоекономічні, оскільки включають всі три ці особливості одночасно.