Для чего нужен конденсатор в люминесцентном светильнике

Необходимость подключить светодиод к сети – частая ситуация. Это и индикатор включения приборов, и выключатель с подсветкой, и даже диодная лампа.

Существует множество схем подключения маломощных индикаторных LED через резисторный ограничитель тока, но такая схема подключения имеет определённые недостатки. При необходимости подключить диод, с номинальным током 100-150мА, потребуется очень мощный резистор, размеры которого будут значительно больше самого диода.

Вот так бы выглядела схема подключения настольной светодиодной лампы. А мощные десяти ваттные резисторы при низкой температуре в помещении можно было бы использовать в качестве дополнительного источника отопления.

Применение в качестве ограничителя тока конде-ров позволяет значительно уменьшить габариты такой схемы. Так выглядит блок питания диодной лампы мощностью 10-15 Вт.

Что такое стартер

Газоразрядные источники света давно вошли в повседневную жизнь. Они применяются для освещения жилых и производственных помещений и дают устойчивое освещение. Оно достаточно стабильно, когда нет никакой деградации элементов в схеме.

В типичную схему входят осветительный прибор, катушка индуктивности и устройство запуска. Дроссель – обычная катушка индуктивности, также участвует в запуске. Но основная функция – защита. Катушка ограничивает напряжение при скачке. Она — самый долговечный элемент схемы.

Стартер нужен только для пуска схемы на газоразрядных лампах. Далее он не принимает участия в работе светильника.

Люминесцентная лампа (Она же газоразрядная или дневного света) является герметичной колбой. В ней расположены с разных сторон электроды. Внутренняя ее часть покрыта люминофором – веществом, которое светится при эмиссии электронов. Трубка содержит пары ртути.

Стандарт дает светильнику 10 секунд на включение с момента подачи напряжения.

Устройство стартера для лл (люминесцентной лампы)

Пусковое устройство – необходимый элемент схемы освещения на этом типе источника света. Это второй по важности элемент осветителя.

Классический стартер – вещь чувствительная к условиям эксплуатации, это самый недолговечный компонент системы. При его выходе из строя, осветительная система не может быть запущена.

Схема подключения стартера к лампам дневного света

При рассмотрении схемы становятся понятны функции, выполняемые стартером.

• Включается в момент подачи напряжения питания,
• В момент старта прогреваются катоды, так как без их прогрева эмиссия электронов не возможна.
• Размыкает цепь после прогрева.

Схема биметаллического стартера всегда одна и та же. Существуют различные варианты исполнения.

Внешний вид стартера

Корпус зачастую изготавлен из пластика, контакты размещаются на пластине из текстолита (может использоваться и другой диэлектрический материал). Некоторые изготовители снабжают стартеры прозрачным смотровым окошком. Стартеры времен СССР имели корпуса из алюминия. Внутри всего два элемента: колба с биметаллическими контактами и конденсатор. Они включены параллельно. Конденсатор стартера требуется для сглаживания высоких токов, гасит дуговой разряд между электродами, также необходим для размыкания электродов. Конденсатор снижает износ стартера. Если конденсатора нет, то электроды могут спаяться в момент дугового разряда между ними. Как долго после будет работать схема – непредсказуемо. Дроссель (катушка индуктивности) необходим для создания импульса.

В колбе находятся два электрода, сама она заполнена инертным газом. Обычно применяют неон, реже – водородно-гелиевая смесь. Электроды биметаллические, подвижные. Разработаны две конструкци: либо два подвижных контакта (симметричный), либо один (несимметричный). Первый более распространен. Он дешевле при производстве. Пускатели старого образца стабильно работали при разбросе питающего напряжения в пределах 20 процентов. При большем отклонении от номинала работа не гарантировалась. Новые такой проблемы не имеют.

Принцип работы стартера

Компоненты пускового устройства рассмотрены. Как он работает?

1. Нет напряжения – электроды внутри колбы разомкнуты.
2. Подается напряжение питания. Между электродами стартера появляется тлеющий разряд, токи небольшие (обычно не более 50 мА).
3. Тлеющий разряд ведет к разогреву электродов. Под действием температуры происходит обратимая деформация электродов. Разряд завершается с замыканием этих биметаллических электродов.
4. Цепь замкнулась, начинается прогрев электродов для начала эмиссии.
5. Электроды внутри колбы стартера начинают остывать и возвращаются в исходное положение. Цепь разрывается.
6. Весь этот процесс приводил к появлению импульса высокого напряжения, проходящего через дроссель. Свет зажигается, яркость достигает нормативной.
7. Стартер подключается параллельно источнику света. На его контактах напряжение ниже номинального. Уже не возникает тлеющего разряда, биметаллические контакты внутри колбы не разогреты. Сработать он не может самопроизвольно. Необходимый ток уходит на обеспечение эмиссии между катодами, это необходимо для свечения.

Принцип работы схем на балластном конденсаторе

В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.

Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.

Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.

В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.

Схема подключения

Мощность источника света должна коррелировать с параметрами остальных компонентов. Если они не совпадают, то возможно либо, что схема вообще не запуститься, либо при запуске запуска электроды разрушатся из-за перегрева.

Для подключения двух лл не требуется дубляж схемы. Целесообразно сократить количество элементов. В этом случае высвобождается один из дросселей.

На второй схеме дополнительный газоразрядные лампы соединены последовательно, а стартеры включены в параллель. В остальном схемы идентичны. Различие будет в номинале дросселя. Он должен быть рассчитан на суммарную мощность ламп. Стартер должен соответствовать мощности лампы. Обычно, в схеме с двумя лампами, используют одинаковые мощности. Конденсатор желателен в параллели источнику переменного тока. Он предназначен для улучшения параметров питания. При мощностях ламп порядка 40 Ватт, обычно достаточно емкости от 2 до 10 мкФ. Напряжение конденсатора выбирается не ниже двукратного напряжения питания.

Как рассчитать емкость сглаживающего конденсатора?

Чтобы посчитать емкость сглаживающего конденсатора можно использовать приближенную формулу: C=3200*Iн/Uн*Kп, Где Iн – ток нагрузки, Uн – напряжение нагрузки, Kн – коэффициент пульсаций. Для большинства типов аппаратуры коэффициент пульсаций берется 0.01-0.001.

Интересные материалы:

Как должна стоять кровать в детской комнате? Как доставляется посылка? Как дозвониться оператору Газпромбанк? Как дублировать условное форматирование? Как дыня действует на кишечник? Как едет ласточка Краснодар Сочи? Как есть мангольд? Как это льстить? Как фамилия Тимура из книги Тимур и его команда? Как фармить золото в Варкрафте?

Виды стартеров, их основные параметры и маркировки.

Сейчас встречается новый вид – электронный. Это уже новинка. Конструктивно они выглядят точно также и полностью совместимы с «классикой». Можно заменить даже не задумываясь. Внутри вместо конденсатора и герметичных биметаллических пластин — электронная схема. Она выполняет аналогичные действия по запуску газоразрядного лампы. Изменять схему не потребуется. Из недостатков можно назвать только цену, она будет раз в пять выше, чем на «классику».

Конструкция стартера

Его преимущества:

• Срок службы много больше.
• При старении компонентов стартер не сработает, балластное устройство не перегреется.
• Более широкий температурный диапазон.
• Встроенная защита от перегрузки по току.
• Исключаются полностью электромагнитные помехи при старте осветителя.
• Фиксированного время прогрева электродов люминесцентной лампы, следовательно, повышается срок службы.
• Источник света включается сразу без мерцания.

Сейчас есть и полностью готовые инженерные решения. Это так называемые ЭПРА – электронные пускорегулирующие аппараты.

ЭПРА

Этот вид представляет собой металлический корпус, в котором размещена электронная схема, дополнительные элементы не потребуются. На вход приходит напряжение питания, выходы предназначены для подключения к электродам.

При необходимости легко выбрать устройство на требуемое количество ламп. Монтаж и схема существенно упрощаются. Применение ЭПРА существенно продлевает срок эксплуатации благодаря «теплому запуску». Отсутствие подвижных биметаллических контактов обеспечивает бесшумность старта. Свечение ламп будет ровным. ЭПРА обеспечивают стабилизацию параметров питания. Соответственно параметры электронного пускорегулирующего аппарата и ламп должны совпадать.

Такое решение сочетает достоинства электронных стартеров и простоту схемы подключения. Это полностью готовое решение. Одно устройство может применяют для нескольких ламп.

Из минусов – цена. Электронные компоненты дороже чем совокупная цена пускателя, конденсатора и дросселя. Что удобно, сама схема подключения как правило разрисована на самом устройстве, либо в инструкции. Также схемы всегда есть на сайтах заводов-изготовителей.

Маркировка однозначно идентифицирует стартер и прописана в ГОСТ Р МЭК 60155-99 «Стартеры тлеющего разряда для люминесцентных ламп».

Маркировка стартеров

Внешне стартера для ламп дневного света выглядят так:

Cтартер ST

Стартер S2

Стартер S10

Лампочка, которая работает более века, существует

Сегодня средняя лампа накаливания работает около 1500 часов, тогда как первоклассные светодиодные лампочки (ценой по 25 $ каждая) излучают свет около 30 000 часов. Независимо от того, имела ли столетняя лампочка секретную формулу работы или нет, она горела в течение 113 лет – то есть около 1 миллиона часов. Так почему же мы не можем создать точно такую же долговечную лампочку?

Такие ламповые компании, как The Shelby Electric Company гордились длительным сроком работы своих изделий, причем настолько, что долговечность их продукции постоянно была в центре внимания их маркетинговых кампаний. Но к середине 1920-х годов способы ведения бизнеса несколько изменились и в них начало преобладать новое правило:

«Продукты, которые не изнашиваются – трагедия для бизнеса». Это направление мысли называется «запланированное устаревание», в рамках которого производители намеренно сокращают период эксплуатации своих товаров, что приводит к их более быстрой замене.

До своего роспуска во время Второй мировой войны, картель якобы в течение двадцати лет останавливал все исследования, направленные на создания лампочек с более длительным сроком использования.

Как только появились более эффективные технологии (галогенные, светодиодные, компактные люминесцентные лампы, магнитные индукционные светильники), старые лампы с нитями накаливания постепенно превращаются в пережиток прошлого. Но свисающая с белого потолка пожарной станции Ливермора № 6 невероятно старая лампочка как никогда актуальна и по-прежнему отказывается выходить из строя.

Мнение эксперта

It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике

Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»

Драйвер На входе схемы имеется выпрямительный электролит конденсатор , после которого пульсации с частотой 100 Герц частично исчезают. Спрашивайте, я на связи!

Не горит светильник, проверка исправности стартера.

Так как все имеет конечный срок службы, то бывает, что светильник не загорается. «Кто виноват?». Точно уже не дроссель, межвитковые замыкания – это единичные случаи. Лампа или стартер?

Обычно ремонт производится на модульном уровне. Производится замена на заведомо исправный элемент. Ремонт на уровне компонентов – нецелесообразен.

При отсутствии компонентов придется выявить неисправность. Желательно просмотреть всю проводку светильника, так как если он не работает, то не обязательно виновник стартер или сам осветительный прибор. Не исключен вариант и плохого контакте, например в колодках или разъемах.

Если Вы решились на самостоятельный ремонт, то обязательно соблюдайте правила техники безопасности! Осветители используют высокое напряжение в своей работе. Есть риск получения электротравмы! Запрещается прикасаться к токоведущим частям схемы под напряжением.

Начинать надо с проверки напряжения в сети. При снижении более чем на 20 процентов не гарантируется устойчивая работа старых модификаций стартера для люминесцентных ламп.

Первоначально необходимо проверить проводку. При помощи тестера нужно замерить питающее напряжение. Предположим, что оно есть и в норме. Для очистки совести можно измерить еще и сопротивление обмотки дросселя, нет ли обрыва или межвиткового замыкания. Это очень редкий случай. Допустим, этот элемент рабочий. Остается либо лампа, либо стартер.

Для начала вскроем стартер, необходимо осмотреть его внутренности. Первым дело осматриваем целостность. Контакты в колбе не должны быть в спайке, визуально между ними должно быть расстояние. Конденсатор не должен иметь следов разрушения. Можно поступить иначе, соединить стартер с лампой накаливания мощностью от 40 до 60 Ватт (не более) и подать переменное напряжение 220 Вольт согласно схеме ниже.

Схема соединения лампы накаливания со стартером

Если нить накала не зажглась или горит постоянно, без кратковременных отключений, то такой стартер признается неработоспособным. Ремонтировать его экономически нецелесообразно, стоимость не велика. Если проверочная схема работает, то скорее всего неисправен осветительный прибор.

Его тоже можно проверить. Так как в какой-то момент у исправного пускателя происходит замыкание контактов, то газоразрядную лампу можно зажечь «вручную». Применяется механическая кнопка без фиксации вместо устройства запуска. При подаче питания на такую схему, при нажатии на кнопку, лампа дневного света должна зажечься, это будет говорить о неисправности стартера. Если этого не происходит, то придется заменить газоразрядную лампу. Случаи одновременного выхода из строя двух элементов достаточно редки.

Если применено электронное пускорегулирующее устройство, то стоит проверить сам осветительный прибор. Если новый работает и дает ровное свечение, то прежний подлежит замене.

Сделать ремонт пускорегулирующего устройства возможно. Они обычно ремонтопригодны. Но это уже потребует знаний электроники. Необходима будет измерительная аппаратура. Без необходимой квалификации такой ремонт невозможен.

Похожие записи
• Кварцевая лампа для дезинфекции дома
• Причины моргания ленты
• Современное офисное освещение (идеи и рекомендации)

Обсуждение: 2 комментария

1. Егор:
   Проверяли с другом пачку стартеров этим методом. В процессе меня ударило током. Замкнутый напрямую в 220 стартер успешно сдетонировал, оставив на сетчатке послание из потустороннего мира, спалив провода питания и окалив розетку.

   P.S. как человек, который видел эту молнию хочу сказать, что повторять такое следует только в случае полного безделья и отсутствия инстинкта самосохранения.

   P.P.S. это прикольное зрелище, но метод рабочий, часть стартеров проверить успели.

   Ответить

   Vamfaza:

   Здравствуйте, Егор. Рад что все обошлось, с током шутки плохи. Для данного метода лучше всего использовать лампу накаливания не более 40 Вт, убедиться в изоляции проводов и правильности сборки схемы. И ,конечно, для начала следует визуально осмотреть сам стартер, не подключайте стартер имеющий деформацию, места расплавления и гари.

   Ответить

Немного об основах схемотехники светодиодных ламп

Судя по комментариям, многих людей интересуют не только параметры светодиодных ламп, но и теория их внутреннего устройства. Потому я решил немного поговорить об основах схемотехнических решений, чаще всего применяемых в этой области.

Итак, ядром и главным компонентом светодиодной лампочки является светодиод. С точки зрения схемотехники светоизлучающие диоды ничем не отличаются от любых других, разве только тем, что в смысле применения их как собственно диодов они обладают ужасными параметрами – очень маленьким допустимым обратным напряжением, относительно большой емкостью перехода, огромным рабочим падением напряжения (порядка 3.5 В для белых светодиодов – например, для выпрямительного диода это был бы кошмар) и т.д.

Однако мы понимаем, что главная ценность светодиодов для человечества состоит в том, что они светятся, причем порой достаточно ярко. Чтобы светодиод светился долго и счастливо, ему необходимо два условия: стабильный ток через него и хороший теплоотвод от него. Качество теплоотвода обеспечивается различными конструкционными методами, потому сейчас мы не будем останавливаться на этом вопросе. Поговорим о том, зачем и как современное человечество достигает первой цели – стабильного тока.
К слову, о белых светодиодах
Понятное дело, что для освещения более всего интересны белые светодиоды. Делаются они на основе кристалла, излучающего синий свет, залитого люминофором, переизлучающим часть энергии в желто-зеленой области. На заглавной картинке хорошо видно, что токоведущие проволочки уходят в нечто желтое — это и есть люминофор; кристалл расположен под ним. На типичном спектре белого светодиода хорошо виден синий пик:

Спектры светодиодов с разными цветовыми температурами: 5000K (синий), 3700K (зеленый), 2600K (красный). Подробнее тут.

Мы уже разобрались, что в схемотехническом смысле светодиод отличается от любого другого диода только значениями параметров. Здесь надо сказать, что прибор это принципиально нелинейный; то есть, знакомому со школы закону Ома он совершенно не подчиняется. Зависимость тока от приложенного напряжения на таких устройствах описывается т.н. вольт-амперной характеристикой (ВАХ), причем для диода она носит экспоненциальный характер. Из этого следует, что самое незначительное изменение приложенного напряжения приводит к огромному изменению тока, но и это еще не все – при изменении температуры (а также старении) ВАХ смещается. Кроме этого, положение ВАХ слегка разное для разных диодов. Оговорю отдельно – не только для каждого типа, но для каждого экземпляра, даже из одной партии. По этой причине распределение тока через диоды, включенные параллельно, обязательно будет неравномерным, что не может хорошо сказаться на долговечности конструкции. При изготовлении матриц стараются либо использовать последовательное включение, что решает проблему в корне, либо выбирать диоды с примерно одинаковым прямым падением напряжения. Чтобы облегчить задачу, производители обычно указывают так называемый «бин» — код выборки по параметрам (по напряжению в том числе), в которую попадает конкретный экземпляр.

ВАХ белого светодиода.

Соответственно, чтобы все работало хорошо, светодиод необходимо подключать к устройству, которое вне зависимости от внешних факторов будет с высокой точностью автоматически подбирать такое напряжение, при котором в цепи протекает заданный ток (например, 350 мА для одноваттных светодиодов), причем контролировать процесс непрерывно. Вообще, такое устройство называется источником тока, но в случае светодиодов в наши дни модно употреблять заморское слово «драйвер». В целом, драйвером часто называют решения, главным образом предназначенные для работы в конкретном применении – например, «драйвер MOSFET» — микросхема, предназначенная для управления конкретно мощными полевыми транзисторами, «драйвер семисегментного индикатора» — решение для управления конкретно семисегментниками, и т.д. То есть, называя источник тока драйвером светодиодов, люди намекают, что этот источник тока по задумке предназначен именно для работы со светодиодами. Например, он может иметь специфичные функции – что-нибудь в духе наличия светового интерфейса DMX-512, определения обрыва и короткого замыкания на выходе (а обычный источник тока, вообще, должен без проблем работать и на короткое замыкание), и т.п. Тем не менее, понятия часто путают, и, например, называют драйвером самый обычный адаптер (источник напряжения!) для светодиодных лент.

Кроме того, устройства, предназначенные для задания режима осветительного прибора, часто называют балластом.

Итак, источники тока. Самым простым источником тока может быть сопротивление, включенное последовательно со светодиодом. Так делают при малых мощностях (где-то до полуватта), например, в тех же светодиодных лентах. С увеличением мощности потери на резисторе становятся слишком велики, а требования к стабильности тока повышаются, и потому возникает необходимость в более продвинутых устройствах, поэтичный образ которых я нарисовал выше. Все они строятся по одинаковой идеологии – в них имеется регулирующий элемент, контролируемый обратной связью по току.

Стабилизаторы тока разделяются на два типа – линейные и импульсные. Линейные схемы – родственники резистора (сам резистор и его аналоги также относятся к этому классу). Особого выигрыша в КПД они обычно не дают, зато повышают качество стабилизации тока. Импульсные схемы являют собой наилучшее решение, однако они сложнее и дороже.

Давайте теперь кратко пробежимся по тому, что в наши дни можно увидеть внутри светодиодных ламп или рядом с ними.

Конденсаторный балласт

Конденсаторный балласт являет собой развитие идеи насчет включения сопротивления последовательно со светодиодом. В принципе, светодиод можно подключить в розетку прямо так:

Встречновключенный диод необходим для того, чтобы не допустить пробоя светодиода в момент, когда сетевое напряжение сменит полярность – я уже упоминал, что светодиодов с допустимым обратным напряжением в сотни вольт не встречается. В принципе, вместо обратного диода можно поставить еще один светодиод.

Номинал резистора в схеме выше рассчитан для тока светодиода около 10 – 15 мА. Поскольку напряжение сети гораздо больше падения на диодах, последнее можно не учитывать и считать прямо по закону Ома: 220/20000 ~ 11 мА. Можно подставить пиковое значение (311 В) и убедиться, что даже в предельном случае ток диода не превысит 20 мА. Все выходит замечательно, кроме того, что на резисторе будет рассеиваться мощность около 2.5 Вт, а на светодиоде – около 40 мВт. Таким образом, КПД системы составляет порядка 1.5% (в случае одного светодиода будет еще меньше).

Идея рассматриваемого метода заключается в том, чтобы заменить резистор конденсатором, ведь известно, что в цепях переменного тока реактивные элементы обладают способностью ограничивать ток. Кстати, использовать дроссель тоже можно, более того, так делают в классических электромагнитных балластах для люминесцентных ламп.

Считая по формуле из учебника, легко получить, что в нашем случае требуется конденсатор емкостью 0.2 мкФ, либо катушка индуктивностью около 60 Гн. Здесь становится ясно, почему в подобных балластах светодиодных ламп никогда не встречаются дроссели – катушка такой индуктивности представляет собой серьезное и дорогое сооружение, а вот конденсатор на 0.2 мкФ добыть гораздо проще. Разумеется, он должен быть рассчитан на пиковое сетевое напряжение, причем лучше с запасом. На практике применяются конденсаторы с рабочим напряжением не менее 400 В. Немного дополнив схему, получаем то, что уже видели в предыдущей статье.

Лирическое отступление

«Микрофарад» сокращется именно как «мкФ». Я останавливаюсь на этом потому, что достаточно часто вижу людей, пишущих в этом контексте «мФ», в то время как последнее — сокращение от «миллифарад», то есть 1000 мкФ. По-английски «микрофарад», опять же, пишется отнюдь не как «mkF», но, напротив, «uF». Это потому, что буква «u» напоминает букву «μ» с оторванным хвостиком. Итак,
1 Ф/F = 1000 мФ/mF = 1000000 мкФ/uF/μF
, и никак иначе!

Кроме того, «Фарад» — мужского рода, так как назван в честь великого физика-мужчины. Так что, «четыре микрофарада», но не «четыре микрофарады»!

Как я уже говорил, преимущество у такого балласта только одно – простота и дешевизна. Подобно балласту с резистором, здесь обеспечивается не слишком хорошая стабилизация тока, и, что еще хуже, присутствует значительная реактивная составляющая, что не особо хорошо для сети (особенно при заметных мощностях). Кроме того, при увеличении желаемого тока будет расти необходимая емкость конденсатора. Например, если мы хотим включить одноваттный светодиод, работающий при токе 350 мА, нам потребуется конденсатор емкостью около 5 мкФ, рассчитанный на напряжение 400 В. Это уже дороже, больше по габаритам и сложнее в конструкционном плане. С подавлением пульсаций здесь тоже все непросто. В целом можно сказать, что конденсаторный балласт простителен только для небольших ламп-маячков, не более того.

Бестрансформаторная понижающая топология

Это схемотехническое решение относится к семейству бестрансформаторных преобразователей, включающему в себя понижающую, повышающую и инвертирующую топологии. Кроме того, к бестрансформаторным преобразователям также относится SEPIC, преобразователь Чука и другая экзотика, вроде переключаемых конденсаторов. В принципе, драйвер светодиодов можно построить на основе любой из них, однако на практике в этом качестве они встречаются гораздо реже (хотя повышающая топология применяется, например, во многих фонариках).

Один из вариантов драйвера на основе бестрансформаторной понижающей топологии приведен на рисунке ниже.

В живой природе такое включение можно наблюдать на примере ZXLD1474 или варианта включения ZXSC310 (которая в исходной схеме включения, кстати, как раз повышающий преобразователь).

Здесь светодиод включается последовательно с катушкой. Схема управления отслеживает ток с помошью измерительного резистора R1 и управляет ключом T1. Если ток через светодиод падает ниже заданного минимума, транзистор открывается, и катушка с включенным последовательно с ней светодиодом оказывается подключенной к источнику питания. Ток в катушке начинает линейно нарастать (красный участок на графике), диод D1 в это время заперт. Как только схема управления регистрирует достижение током заданного максимума, ключ закрывается. В соответствии с первым законом коммутации катушка стремится поддержать ток в цепи за счет энергии, накопленной в магнитном поле. В этот момент ток протекает через диод D1. Энергия поля катушки расходуется, сила тока линейно убывает (зеленый участок на графике). Когда ток падает ниже заданного минимума, схема управления регистрирует это и снова открывает транзистор, подкачивая энергию в систему – процесс повторяется. Таким образом, ток поддерживается в заданных пределах.

Отличительная особенность понижающей топологии – возможность сделать пульсации светового потока сколь угодно малыми, поскольку в таком включении ток через светодиод никогда не прерывается. Путь приближения к идеалу лежит через увеличение индуктивности и повышение частоты коммутации (сегодня существуют преобразователи с рабочими частотами до нескольких мегагерц).

На основе такой топологии был сделан драйвер лампы Gauss, рассмотренной в предыдущей статье.

Недостатком метода является отсутствие гальванической развязки – когда транзистор открыт, схема оказывается напрямую соединенной с источником напряжения, в случае сетевых светодиодных ламп – с сетью, что может быть небезопасно.

Обратноходовый преобразователь

Несмотря на то, что обратноходовый преобразователь содержит нечто, похожее на трансформатор, в данном случае эту деталь правильнее называть двухобмоточным дросселем, поскольку ток никогда не течет через обе обмотки одновременно. В действительности по принципу действия обратноходовый преобразователь похож на бестрансформаторные топологии. Когда T1 открыт, ток в первичной обмотке нарастает, энергия в запасается в магнитном поле; при этом полярность включения вторичной обмотки сознательно подбирается такой, чтобы диод D3 на этом этапе был закрыт и тока на вторичной стороне не текло. Ток нагрузки в этот момент поддерживает конденсатор С1. Когда T1 закрывается, полярность напряжения на вторичной обмотке становится обратной (поскольку производная тока в первичной обмотке меняет знак), D3 открывается и накопленная энергия передается на вторичную сторону. В смысле стабилизации тока все то же самое – схема управления анализирует падение напряжения на резисторе R1 и подстраивает временны

е параметры так, чтобы ток через светодиоды оставался постоянным. Чаще всего обратноходовый преобразователь применяется при мощностях не более 50 Вт; далее он перестает быть целесообразным из-за возрастающих потерь и необходимых габаритов трансформатора-дросселя.

Надо сказать, что существуют варианты обратноходовых драйверов без оптоизолятора (например). Они полагаются на тот факт, что токи первичной и вторичной обмоток связаны, и при определенных оговорках можно ограничиться анализом тока первичной обмотки (или, чаще, отдельной вспомогательной обмотки) – это позволяет сэкономить на деталях и, соответственно, удешевить решение.

Обратноходовый преобразователь хорош тем, что он, во-первых, обеспечивает изоляцию вторичной части от сети (выше безопасность), а, во-вторых, позволяет относительно легко и дешево изготавливать лампы, совместимые со стандартными диммерами для ламп накаливания, а также устраивать коррекцию коэффициента мощности.

Лирическое отступление

Обратноходовый преобразователь называется так потому, что изначально подобный метод применялся для получения высокого напряжения в телевизорах на основе электронно-лучевых трубок. Источник высокого напряжения был схемотехнически объединен со схемой горизонтальной развертки, и импульс высокого напряжения получался во время
обратного хода
электронного луча.

Немного о пульсациях

Как уже было упомянуто, импульсные источники работают на достаточно высоких частотах (на практике – от 30 кГц, чаще около 100 кГц). Потому ясно, что сам по себе исправный драйвер не может быть источником большого коэффициента пульсаций – прежде всего потому, что на частотах выше 300 Гц этот параметр просто не нормируется, ну и, кроме того, высокочастотные пульсации в любом случае достаточно легко отфильтровать. Проблема заключается в сетевом напряжении.

Дело в том, что, разумеется, все перечисленные выше схемы (кроме схемы с гасящим конденсатором) работают от постоянного напряжения. Потому на входе любого электронного балласта прежде всего стоит выпрямитель и накопительный конденсатор. Предназначением последнего является питать балласт в те моменты, когда сетевое напряжение уходит ниже порога работы схемы. И здесь, увы, необходим компромисс – высоковольтные электролитические конденсаторы большой емкости, во-первых, стоят денег, а, во-вторых, занимают драгоценное место в корпусе лампы. Здесь же коренится причина проблем с коэффициентом мощности. Описанная схема с выпрямителем имеет неравномерное потребление тока. Это приводит к возникновению высших гармоник оного, что и является причиной ухудшения интересующего нас параметра. Причем чем лучше мы будем пытаться отфильтровать напряжение на входе балласта, тем более низкий коэффициент мощности мы получим, если не предпринимать отдельных усилий. Этим объясняется тот факт, что почти все лампы с низким коэффициентом пульсаций, которые мы видели, показывают очень посредственный коэффициент мощности, и наоборот (разумеется, введение активного корректора коэффициента мощности скажется на цене, потому на нем пока что предпочитают экономить).

Пожалуй это все, что в первом приближении можно сказать на тему электроники светодиодных ламп. Надеюсь, что этой статьей я в какой-то мере ответил на все вопросы схемотехнического толка, которые были заданы мне в комментариях и личных сообщениях.