Схема и ремонт люминесцентных энергосберегающих ламп
В настоящее время всё большее распространение получают так называемые люминесцентные энергосберегающие лампы. В отличие от обычных люминесцентных ламп с электромагнитным балластом, в энергосберегающих лампах с электронным балластом используется специальная схема.
Благодаря этому такие лампы легко установить в патрон взамен обычной лампочки накаливания со стандартным цоколем E27 и E14. Именно о бытовых люминесцентных лампах с электронным балластом далее и пойдёт речь.
Отличительные особенности люминесцентных ламп от обычных ламп накаливания.
Люминесцентные лампы не зря называют энергосберегающими, так как их применение позволяет снизить энергопотребление на 20 – 25 % . Их спектр излучения более соответствует естественному дневному свету. В зависимости от состава применяемого люминофора можно изготавливать лампы с разным оттенком свечения, как более тёплых тонов, так и холодных. Следует отметить, что люминесцентные лампы более долговечны, чем лампы накаливания. Конечно, многое зависит от качества конструкции и технологии изготовления.
Устройство компактной люминесцентной лампы (КЛЛ).
Компактная люминесцентная лампа с электронным балластом (сокращённо КЛЛ) состоит из колбы, электронной платы и цоколя E27 (E14), с помощью которого она устанавливается в стандартном патроне.
Внутри корпуса размещается круглая печатная плата, на которой собран высокочастотный преобразователь. Преобразователь при номинальной нагрузке имеет частоту 40 – 60 кГц . В результате того, что используется довольно высокая частота преобразования, устраняется “моргание”, свойственное люминесцентным лампам с электромагнитным балластом (на основе дросселя), которые работают на частоте электросети 50 Гц. Принципиальная схема КЛЛ показана на рисунке.
По данной принципиальной схеме собираются в основном достаточно дешёвые модели, к примеру, выпускаемые под брендом Navigator и ERA. Если вы используете компактные люминесцентные лампы, то, скорее всего они собраны по приведённой схеме. Разброс указанных на схеме значений параметров резисторов и конденсаторов реально существует. Это связано с тем, что для ламп разной мощности применяются элементы с разными параметрами. В остальном схемотехника таких ламп мало чем отличается.
Разберёмся подробнее в назначении радиоэлементов, показанных на схеме. На транзисторах VT1 и VT2 собран высокочастотный генератор. В качестве транзисторов VT1 и VT2 используются кремниевые высоковольтные n-p-n транзисторы серии MJE13003 в корпусе TO-126. Обычно на корпусе этих транзисторов указываются только цифровой индекс 13003 . Также могут применяться транзисторы MPSA42 в более миниатюрном корпусе формата TO-92 или аналогичные высоковольтные транзисторы.
Миниатюрный симметричный динистор DB3 (VS1) служит для автозапуска преобразователя в момент подачи питания. Внешне динистор DB3 выглядит как миниатюрный диод. Схема автозапуска необходима, т.к преобразователь собран по схеме с обратной связью по току и поэтому сам не запускается. В маломощных лампах динистор может отсутствовать вообще.
Диодный мост, выполненный на элементах VD1 – VD4 служит для выпрямления переменного тока. Электролитический конденсатор С2 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Диодный мост и конденсатор С2 являются простейшим сетевым выпрямителем. С конденсатора C2 постоянное напряжение поступает на преобразователь. Диодный мост может выполняться как на отдельных элементах (4 диодах), либо может применяться диодная сборка.
При своей работе преобразователь генерирует высокочастотные помехи, которые нежелательны. Конденсатор С1, дроссель (катушка индуктивности) L1 и резистор R1 препятствуют распространению высокочастотных помех по электросети. В некоторых лампах, видимо из экономии 🙂 вместо L1 устанавливают проволочную перемычку. Также, во многих моделях нет предохранителя FU1, который указан на схеме. В таких случаях, разрывной резистор R1 также играет роль простейшего предохранителя. В случае неисправности электронной схемы потребляемый ток превышает определённое значение, и резистор сгорает, разрывая цепь.
Дроссель L2 обычно собран на Ш-образном ферритовом магнитопроводе и внешне выглядит как миниатюрный броневой трансформатор. На печатной плате этот дроссель занимает довольно внушительное пространство. Обмотка дросселя L2 содержит 200 – 400 витков провода диаметром 0,2 мм. Также на печатной плате можно найти трансформатор, который указан на схеме как T1. Трансформатор T1 собран на кольцевом магнитопроводе с наружным диаметром около 10 мм. На трансформаторе намотаны 3 обмотки монтажным или обмоточным проводом диаметром 0,3 – 0,4 мм. Число витков каждой обмотки колеблется от 2 – 3 до 6 – 10.
Колба люминесцентной лампы имеет 4 вывода от 2 спиралей. Выводы спиралей подключаются к электронной плате методом холодной скрутки, т.е без пайки и прикручены на жёсткие проволочные штыри, которые впаяны в плату. В лампах малой мощности, имеющих малые габариты, выводы спиралей запаиваются непосредственно в электронную плату.
Ремонт бытовых люминесцентных ламп с электронным балластом.
Производители компактных люминесцентных ламп заявляют, что их ресурс в несколько раз больше, чем обычных ламп накаливания. Но, несмотря на это бытовые люминесцентные лампы с электронным балластом выходят из строя довольно часто.
Связано это с тем, что в них применяются электронные компоненты, не рассчитанные на перегрузки. Также стоит отметить высокий процент бракованных изделий и невысокое качество изготовления. По сравнению с лампами накаливания стоимость люминесцентных довольно высока, поэтому ремонт таких ламп оправдан хотя бы в личных целях. Практика показывает, что причиной выхода из строя служит в основном неисправность электронной части (преобразователя). После несложного ремонта работоспособность КЛЛ полностью восстанавливается и это позволяет сократить денежные расходы.
Перед тем, как начать рассказ о ремонте КЛЛ, затронем тему экологии и безопасности.
Опасность люминесцентных ламп и рекомендации по использованию.
Несмотря на свои положительные качества люминесцентные лампы вредны как для окружающей среды, так и для здоровья человека. Дело в том, что в колбе присутствуют пары ртути. Если её разбить, то опасные пары ртути попадут в окружающую среду и, возможно, в организм человека. Ртуть относят к веществам 1-ого класса опасности .
При повреждении колбы необходимо покинуть на 15 – 20 минут помещение и сразу же провести принудительное проветривание комнаты. Необходимо внимательно относиться к эксплуатации любых люминесцентных ламп. Следует помнить, что соединения ртути, применяемые в энергосберегающих лампах опаснее обычной металлической ртути. Ртуть способна оставаться в организме человека и наносить вред здоровью .
Кроме указанного недостатка необходимо отметить, что в спектре излучения люминесцентной лампы присутствует вредное ультрафиолетовое излучение. При длительном нахождении близко с включенной люминесцентной лампой возможно раздражение кожи, так как она чувствительна к ультрафиолету.
Наличие в колбе высокотоксичных соединений ртути является главным мотивом экологов, которые призывают сократить производство люминесцентных ламп и переходить к более безопасным светодиодным.
Разборка люминесцентной лампы с электронным балластом.
Несмотря на простоту разборки компактной люминесцентной лампы, следует быть аккуратным и не допускать разбития колбы. Как уже говорилось, внутри колбы присутствуют пары ртути, опасные для здоровья. К сожалению, прочность стеклянных колб невысока и оставляет желать лучшего.
Для того чтобы вскрыть корпус где размещена электронная схема преобразователя, необходимо острым предметом (узкой отвёрткой) разжать пластмассовую защёлку, которая скрепляет две пластмассовые части корпуса.
Далее следует отсоединить выводы спиралей от основной электронной схемы. Делать это лучше узкими плоскогубцами подхватив конец вывода провода спирали и отмотать витки с проволочных штырей. После этого стеклянную колбу лучше поместить в надёжное место, чтобы не допустить её разбития.
Оставшаяся электронная плата соединена двумя проводниками со второй частью корпуса, на которой смонтирован стандартный цоколь E27 (E14).
Восстановление работоспособности ламп с электронным балластом.
При восстановлении КЛЛ первым делом следует проверить целостность нитей накала (спиралей) внутри стеклянной колбы. Целостность нитей накала просто проверить с помощью обычного омметра. Если сопротивление нитей мало (единицы Ом), то нить исправна. Если же при замере сопротивление бесконечно велико, то нить накала перегорела и применить колбу в данном случае невозможно.
Наиболее уязвимыми компонентами электронного преобразователя, выполненного на основе уже описанной схемы (см. принципиальную схему), являются конденсаторы.
Если люминесцентная лампа не включается, то следует проверить на пробой конденсаторы C3, C4, C5. При перегрузках эти конденсаторы выходят из строя, т.к приложенное напряжение превосходит напряжение, на которое они рассчитаны. Если лампа не включается, но колба светиться в районе электродов, то возможно пробит конденсатор C5.
В таком случае преобразователь исправен, но поскольку конденсатор пробит, то в колбе не возникает разряд. Конденсатор C5 входит в колебательный контур, в котором в момент запуска возникает высоковольтный импульс, приводящий к появлению разряда. Поэтому если конденсатор пробит, то лампа не сможет нормально перейти в рабочий режим, а в районе спиралей будет наблюдаться свечение, вызываемое разогревом спиралей.
Холодный и горячий режим запуска люминесцентных ламп.
Бытовые люминесцентные лампы бывают двух типов:
С холодным запуском
С горячим запуском
Если КЛЛ загорается сразу после включения, то в ней реализован холодный запуск. Данный режим плох тем, что в таком режиме катоды лампы предварительно не прогреваются. Это может привести к перегоранию нитей накала вследствие протекания импульса тока.
Для люминесцентных ламп более предпочтителен горячий запуск. При горячем запуске лампа загорается плавно, в течение 1-3 секунд. В течение этих несколько секунд происходит разогрев нитей накала. Известно, что холодная нить накала имеет меньшее сопротивление, чем разогретая. Поэтому, при холодном запуске через нить накала проходит значительный импульс тока, который может со временем вызвать её перегорание.
Для обычных ламп накаливания холодный запуск является стандартным, поэтому многие знают, что они сгорают как раз в момент включения.
Для реализации горячего запуска в лампах с электронным балластом применяется следующая схема. Последовательно с нитями накала включается позистор (PTC — терморезистор). На принципиальной схеме этот позистор будет подключен параллельно конденсатору С5.
В момент включения в результате резонанса на конденсаторе С5, а, следовательно, и на электродах лампы возникает высокое напряжение, необходимое для её зажжения. Но в таком случае нити накала плохо прогреты. Лампа включается мгновенно. В данном случае параллельно С5 подключен позистор. В момент запуска позистор имеет низкое сопротивление и добротность контура L2C5 значительно меньше.
В результате напряжение резонанса ниже порога зажжения. В течение нескольких секунд позистор разогревается и его сопротивление увеличивается. В это же время разогреваются и нити накала. Добротность контура возрастает и, следовательно, растёт напряжение на электродах. Происходит плавный горячий запуск лампы. В рабочем режиме позистор имеет высокое сопротивление и не влияет на рабочий режим.
Нередки случаи, что выходит из строя как раз этот позистор, и лампа попросту не включается. Поэтому при ремонте ламп с балластом следует обратить на него внимание.
Довольно часто сгорает низкоомный резистор R1, который, как уже говорилось, играет роль предохранителя.
Активные элементы, такие как транзисторы VT1, VT2, диоды выпрямительного моста VD1 –VD4 также стоит проверить. Как правило, причиной их неисправности служит электрический пробой p-n переходов. Динистор VS1 и электролитический конденсатор С2 на практике редко выходят из строя.
Запуск люминесцентных ламп дроссельно-стартерными пусковыми устройствами снижают ресурс лампы, потому и являются одной их причин ее преждевременной кончины, обоснованной сильными бросками тока через холодную нить накала в момент запуска. На основании исследований, цель которых — увеличение ресурса работоспособности люминесцентных ламп, создан электронный балласт мягкого запуска .
В настоящее время светильники с использованием люминесцентных ламп получают все большее распространение. С уменьшением цены и габаритов, а также улучшением характеристик стало целесообразным использование их для освещения бытовых помещений. Однако, несмотря на большое разнообразие подобной продукции, а также немалое количество информации по этой тематике, подобрать подходящий светильник бывает не так просто. В данной статье описываются некоторые особенности осветительных приборов на основе люминесцентных ламп, о которых почему-то редко где указывается, но которые могут быть полезны при выборе соответствующего светильника. Также приводится схема драйвера для управления лампами суммарной мощностью до 80Вт, и даются некоторые рекомендации по доработке, с целью повышения его надежности.
Известно, что люминесцентные лампы экономичнее и долговечнее ламп накаливания. Однако не все знают, что мощность потребления люминесцентного светильника зависит от схемы запуска и может превышать указанную на лампе более чем в два раза. Так, например, для тридцатишестиватных ламп ЛБ-36, импортной Philips TL-D36W/54 и им аналогичных, потребляемая мощность при запуске от дроссельно-старртерной схемы оказывается около 75Вт, здесь большая часть мощности рассеивается на дросселе. При питании этих же ламп от схемы высокочастотного электронного балласта потребляемая мощность составляет примерно 25Вт, при такой же световой отдаче.
Казалось бы, в настоящее время эта тема уже не актуальна, большинство иностранных производителей комплектуют светильники именно электронными балластами. Однако на деле это по большей части относится к малогабаритным бытовым энергосберегающим лампам малой мощности, с цоколем для вкручивания в патрон. Если же взять плоские светильники, где используются длинные лампы то, часто они комплектуются обычными дроссельно-стартерными схемами. Недостатки подобных схем общеизвестны крайне низкий КПД, мигание в момент запуска, низкочастотное мерцание при работе, утомляющее зрение. Поэтому часто приходится самостоятельно переделывать подобный светильник, устанавливая электронный балласт, взамен существующей схемы.
Так, например V-образная лампа «Delux S-11W», мощностью 11 Вт с отличной световой отдачей и цветопередачей в светильнике «LIVAL» (если верить надписи Финского производства), имеет почему-то дроссельно-стартерную схему запуска. Мерцание с частотой 100Гц, и массивная выносная вилка питания с дросселем в данном осветительном приборе создают весьма некомфортные условия работы. Найти подобный светильник с электронным балластом оказалось непросто. Энергосберегающие же лампы с цоколем, вкручивающимся в патрон, при освещении рабочего места, чаще всего дают значительно худший результат. Поэтому целесообразным, оказалось, установить в вышеуказанный светильник электронный балласт. Внутрь корпуса хорошо помещается драйвер соответствующей мощности от лампы (например, битой) с вкручивающимся цоколем, достаточно места на корпусе и для установки выключателя. Описание подобных схем электронных балластов и самих ламп можно найти в [1]. Мощность, потребляемая лампой Delux S-11W, с электронным балластом составляет 11Вт. Долговечность ее оказалась также высокой, указанная лампа отработала уже несколько лет, при весьма интенсивной эксплуатации. Не наблюдается, и сколь ни будь заметного снижения ее светоотдачи.
На рисунке 1 изображена схема драйвера EL-B 2X36W, предназначенного для управления двумя лампами мощностью по 36 или 40Вт. Нумерация и обозначение элементов соответствуют надписям на плате, ее внешний вид приведен на рисунке 2. На плату часто вместо предохранителя устанавливают токоограничивающий резистор номиналом в десятые доли Ома, мощностью 0,25Вт. Однако он не всегда сгорает при пробое транзисторов, в результате чего возможен чрезмерный нагрев и оправление корпуса прибора. Кроме того, столь малый номинал недостаточно ограничивает токи через диоды VD1-VD4 и конденсатор C2 в момент включения, что может приводить к преждевременному выходу их из строя. Для повышения надежности, в цепь питания схемы рекомендуется установить терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом CSK-053 мощностью три ватта, как показано на схеме см. рисунок 1, место под него предусмотрено на плате. Указанный термистор имеет сопротивление в холодном состоянии пять Ом, вместо него можно применить и другой, например, более мощный десятиомный пятиватный – CSK-105. В драйвере используют транзисторы MJE13007 на ток 8А, хотя в принципе могут работать и четырехамперные MJE13005. Лучше конечно не экономить но, в крайнем случае, поставить можно.
В некоторых схемах входной конденсатор C2 применяют на 400V однако, учитывая значительный размах пульсаций, особенно при повышенной мощности ламп, его лучше использовать на 450В. С целью облегчения режима работы этого конденсатора и уменьшения пульсаций напряжения желательно увеличить его емкость до 33Мкф. Указанный драйвер может быть использован и для питания одной лампы мощностью до 40Вт. Для этого следует уменьшить емкость конденсатора C6 до 0,1Мкф, при этом конденсатор C2 достаточно использовать на емкость 15Мкф. Транзисторы в таком варианте подойдут MJE13005, хотя как показала практика, вполне надежно работают и MJE13003, с максимальным током 1,5А. Дроссель L2 и конденсатор С11 при этом, разумеется, можно исключить из схемы. Трансформатор ТР1 намотан на ферритовом кольце 10х5х5мм. Обмотки 1 и 2 содержат по 5 витков монтажного одножильного провода диаметром 0,3-0,4мм в полихлорвинильной изоляции. Обмотка 3 содержит два витка такого же провода. Дроссели L1, L2 намотаны на Ш-образном ферритовом сердечнике 20х20х7мм (иногда используют и меньшего размера) с зазором. Катушки содержат приблизительно 100 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,3мм. В устройстве могут быть использованы конденсаторы С1, С7, С6 импортные металлопленочные или К73-17 на напряжение 100В, С3 – на напряжение 630В. Конденсаторы C9, C11 полипропиленовые на напряжение 1000В. Печатная плата имеет габариты 165х27,5мм ее разводка приведена на рисунке 3. Следует обратить внимание, что часто в продаваемых драйверах собранные платы, а нередко и обмотки дросселей оказываются непропитанными лаком. Если такой факт имеет место, то весьма целесообразно сделать это самостоятельно, например, с помощью кисточки, используя кремнийорганический лак. Благодаря этому может значительно повысится надежность и срок службы устройства, особенно при эксплуатации его в условиях с повышенной влажностью воздуха.
1. Владимир Широков. Компактные электронные люминесцентные лампы. – Радиохобби 2001 №3 стр.48-52.
