Окончание.
Предыдущие материалы: теоретическая часть, практическая часть,
стендовые испытания (часть 1), стендовые испытания (часть 2).
В предыдущих частях, ссылки на которые приведены выше, были рассмотрены как общие технические характеристики, так и особенности конкретных компактных люминесцентных ламп. Но испытуемые сходят с тестирования случайным образом, да и свойства КЛЛ разных производителей несколько отличаются, что невольно поднимает интерес к внутреннему устройству ламп и детальному изучению технологии их работы. Данный материал рассчитан на подготовленного читателя, поэтому прошу извинить за возможные трудности с восприятием материала.
Преобразователи для питания КЛЛ могут быть построены по различной схемотехнике, от вибропреобразователей до... Впрочем, не стоит забивать себе голову мудреными словами, практически все КЛЛ целевого диапазона выполнены по одной и той же концепции тысяча девятьсот махрового года – на резонансном полумостовом автогенераторе. Разработано много контроллеров для люминесцентных ламп, с различными функциями и крайне аккуратным отношением к лампе, но все это не прижилось.
Причина? Не думаю, что денежная, микросхемы при крупносерийном выпуске быстро теряют в цене. Тогда что сдерживает развитие прогресса? Скорее всего, консерватизм мышления («схема работает, и никто не жалуется»), и отсутствие заинтересованности в повышении качества и времени работы устройства. Думаю, у вас уже сложилось собственное мнение по данному вопросу, а потому я скромно умолкаю и перехожу к «нашим баранам».
Чаще всего преобразователь выполняется по следующей топологии:
Здесь представлена неполная схема - отсутствует входной фильтр, подавляющий высокочастотные помехи, диоды для защиты транзисторов от обратного напряжения и прочие мелочи. В нормальных КЛЛ эти компоненты присутствуют, но речь идет о лампах бюджетного сегмента, а потому – что есть, то есть. Кроме того, чрезмерное количество элементов усложняет анализ схемы. Полные варианты построения преобразователей легко находятся через поиск.
Схему можно разделить на следующие части:
Теперь несколько подробнее. Схема действительно весьма интересная, хоть и выглядит простой.
Напряжение сети выпрямляется диодным мостом и сглаживается электролитическим конденсатором («С1» на представленной электрической схеме), напряжение с него обеспечивает работу силовой части. Оно подается на два ключа (Q1 и Q2) на биполярных транзисторах npn проводимости, которые преобразуют его в переменное напряжение и передают на узел согласования с колбой.
Вся конструкция электронного балласта - это автогенератор. Устройство работает на некоторой частоте, которая зависит от отдельных характеристик ряда компонентов. Я не собираюсь лукавить, действительно так и есть – работа автогенераторных схем зависит от массы характеристик и крайне неустойчива. В нормальной схеме выделенный контроллер управляет силовыми ключами, и получаемые характеристики работы (частота, скважность) напрямую определяются из условий правильной работы люминесцентной лампы. Здесь же налицо «тупой» автогенератор, который просто работает и все. Впрочем, я несколько забежал вперед.
Забудем пока о лампе и цепи запуска, это отдельный разговор. Силовая часть состоит из двух ключей на транзисторах Q1 и Q2, управляемых трансформатором TV1, форма напряжения которого формируется от тока, проходящего через колбу, последний в свою очередь зависит от частоты и величины напряжения с выхода ключевых транзисторов Q1/Q2.
Он ее любил.
Она съела кусок мяса,
Он ее убил.
В яму закопал,
И надпись написал,
Что:
У попа была собака,
и так далее.
Именно так и работает автогенератор, «сам от себя», и разорвать этот порочный круг нельзя. Налаживать такие устройства – проще сразу застрелиться, они или сразу работают или… хорошо, если не взрываются. Единственный способ разобраться в вопросе – это разделить устройство на части и анализировать их независимо. При отладке так и поступают, цепь положительной обратной связи отключают, а на управляющий трансформатор подают сигнал с отдельного генератора. Если полениться и пойти простым путем с «просто включить», то кончится все хлопком и поиском очередной пары транзисторов. Для уменьшения риска рекомендуют включать лампу через ЛН (лампу накаливания), которая выполнит функции предохранителя при «эксцессе» в электронике. Прием очень хороший, только от горелых транзисторов не спасает.
Итак, силовые транзисторы Q1 и Q2 открываются попеременно, что обеспечивается полярностью обмоток управляющего трансформатора. Если положить, что на началах обмоток (отмечено точкой) в какой-то момент действует импульс положительной полярности, то на вход транзистора Q1 будет поступать положительное напряжение, а на Q2 - отрицательное. Это означает, что транзистор Q1 будет открыт, Q2 закрыт, и на выходе сформируется уровень напряжения, близкий к напряжению питания (несколько меньше, на величину напряжения насыщения коллектор-эмиттер Q1). Если управляющее напряжение сменит знак, то аналогично сменится и состояние транзисторов – Q1 закроется, а Q2 откроется, таким образом на выходе установится низкий уровень, почти 0 вольт.
Значит, на выходе получается переменное напряжение с уровнями «ноль» - «все питание» и периодом, зависящим от управляющего сигнала, который формируется трансформатором TV1. В качестве задающей входной величины для него выступает ток нагрузки. Если предельно упростить силовую часть, то она будет выглядеть следующим образом:
Через правую обмотку трансформатора к выходу ключевого каскада на транзисторах Q1/Q2 подключена нагрузка, состоящая из дросселя L1 и лампы (с парой конденсаторов и терморезистором PTC). Это означает, что ток через лампу является той величиной, что задает форму сигнала, который в свою очередь включает транзисторы. Так и хочется добавить: «А открывающиеся транзисторы формируют напряжение, которое вызывает ток, которое, которое…», круг замкнулся.
В данном «круге» обязательно должен быть элемент, определяющий рабочую частоту всего устройства, иначе устойчивое функционирование окажется невозможным. Для автогенераторного балласта КЛЛ таким ключевым элементом является резонансный контур из дросселя L1, конденсатора C4 и эквивалентного сопротивления лампы - классический вариант RLC контура.
Резонансная частота для данного построения зависит не только от величин реактивных компонентов (L1 и C4), но и от приведенного активного сопротивления лампы. Формула выглядит следующим образом:
Подробнее о резонансном контуре с последовательной и параллельной нагрузкой можно почитать в WikipediA. Хочется отметить важный момент – при уменьшении номинала сопротивления нагрузки происходит снижение резонансной частоты системы.
Подобное построение схемы будет обеспечивать работоспособность лампы, но ни о какой стабилизации не может быть и речи – устройство всегда будет стараться работать на резонансной частоте с максимальной отдачей. Это чересчур плохо, автоматическую регулировку вводить надо, но как? Ставить датчик тока, формировать опорное напряжение и обрабатывать усилителем ошибки? Еще немного и до полного ШИМ-преобразователя можно дойти. Это будет здорово, только глупо – давно уже разработаны микросхемы преобразователей люминесцентных ламп, дублировать их на транзисторах – задача идиотская. Как выйти из ситуации?
Усложнение схемы приведет к ее нецелесообразности, и это при том, что такое построение «почти устраивает». И решение было найдено (причем очень давно), его успешно применяют в устройствах со схожим принципом действия. Идея состоит в том, что управляющий трансформатор изготавливают не с обычным сердечником из магнитомягкого материала (феррита), а используют материал с прямоугольной петлей гистерезиса перемагничивания.
Дабы не наводить тень на плетень сразу перейдем к следствию замены обычного ферромагнитного материала на «особенный». Критерием переключения служит энергия (которая вызывает напряженность магнитного поля в магнитопроводе). Как только энергия превышает порог, за этим сразу следует переключение. Для данной схемы мерой накопления является количество витков первичной обмотки трансформатора и ток через нее. Данные характеристики являются ограничивающим фактором, регулирующим частоту импульсов для поддержания неизменного тока лампы.
Косвенно, на применение специального материала магнитопровода указывает соотношение числа витков – для нормальной работы «токового трансформатора» ток управления транзисторами должен быть примерно в десять раз меньше выходного тока, нельзя же загонять транзисторы в глубокое насыщение. В данном случае первичная обмотка состоит из восьми витков, а «вторичные» из трех, что означает коэффициент трансформации 2.7 и явно меньше озвученной ранее цифры. Подстройка характеристик преобразователя осуществляется не только количеством витков, но и номиналами резисторов в базах и эмиттерах транзисторов.
По счастью, нам не придется рассчитывать или оптимизировать блок преобразователя, поэтому весь этот «дремучий лес» я с радостью пропускаю. Отметим главное – схема как-то работает, и влезать в нее точно не стоит, это конструкция «сама в себе» и простой модернизации не приемлет.
Ладно, с преобразователем немного разобрались, но этот автогенератор может работать только в том случае, если он «уже» генерирует. Если импульсов нет, то нет тока через управляющий трансформатор и, как следствие, нет сигналов на открывание транзисторов, система «спит». Чтобы ее разбудить, применяется схема запуска, которая генерирует одиночный импульс для открывания нижнего транзистора (Q2), что вызывает запуск автогенератора.
Вернемся к первоначальной схеме. Блок запуска выделен синим прямоугольником, он состоит из резисторов R1 и R2, диодов D1 и D2, конденсатора С2. На этих элементах собран релаксационный генератор, работает он следующим образом: конденсатор С2 заряжается небольшим током через резистор R1 до напряжения пробоя динистора D2, обычно это около 30 вольт. При открывании D2 конденсатор С2 разряжается через базу транзистора Q2, что создает импульс запуска преобразователя КЛЛ. Через очень небольшое время напряжение на конденсаторе уменьшается до величины, при котором динистор выключается и далее цикл повторяется – напряжение на конденсаторе снова будет медленно расти до включения динистора.
Запускающий импульс есть, зачем же нужен диод D1? Дело в том, что релаксационный генератор будет генерировать свои импульсы постоянно. Они хоть и редки, но могут совпасть с моментом открытого состояния верхнего транзистора, что приведет к дополнительному открыванию и нижнего транзистора. В результате возникнет импульс тока большой величины через оба открытых ключа, подобный казус может закончиться только одним – сгоранием схемы. Таким образом, после выхода преобразователя в режим коммутации схему запуска надо блокировать от повторных попыток генерации, что и выполняется с помощью диода D1 – он разряжает конденсатор С2 в те моменты, когда транзистор Q2 открыт.
Остался резистор R2, и смысл его использования заключается в том, что он задает ненулевое напряжение на коллекторе транзистора Q2 (а точнее, на конденсаторе С3). Ну, сами посудите, какой смысл подавать запускающий импульс в базу нижнего транзистора, если на коллекторе нулевое напряжение и его включение никоим образом не скажется на состоянии других элементов. Резистор R2 гарантирует, что перед запуском напряжение на коллекторе «будет», в этом его смысл.
К слову, обычно подобных «фиксирующих» резисторов ставят не один, а два: первый – как изображено на схеме, второй – от коллектора Q2 на цепь «-» источника питания. Для полумостовой схемы вреден очень большой начальный импульс и применение пары резисторов позволяет снизить амплитуду в два раза. Впрочем, это мелочи.
Следующий элемент, на котором хочется остановить ваше внимание – узел сопряжения с лампой. Он состоит из конденсаторов С3 и С4, резистора R7 и самой лампы. Забудем на время о PTC, конденсаторе С3 и рассмотрим упрощенную схему блока лампы.
Под «V1» здесь понимается напряжение прямоугольной формы (меандр), которое создает узел преобразователя.
Для начала определимся с простым вопросом – что такое лампа? Это герметичная емкость с небольшим количеством ртути и заполненная инертным газом. По двум краям лампы установлены два катода прямого нагрева. К слову, его подогрев не обязательная функция, существуют разновидности люминесцентных ламп с «холодным» катодом (CCFL). После возникновения разряда между катодами возникает ток, который течет по спирали нити независимо от того, подано ли напряжение на выводы накала. Это значит, что даже при закороченных выводах накала его нить будет горячей. Впрочем, вопросы работы катода пока можно опустить, важны лишь два момента, касающиеся установившегося режима работы:
С самим накалом пока закончим и обратим взор на баллон лампы. Обычно он выполнен в виде тонкой трубки, завитой причудливым образом («U» или «спираль»). В ее недрах образуется разряд, который и вызывает столь ценное нам свечение. Для получения разряда между катодами требуется приложить высокое напряжение, что вызовет пробой с последующим переходом в тлеющий разряд. Этот режим характеризуется меньшим напряжением и большим током. Логично предположить, что у лампы два устойчивых состояния – пробой (высокое напряжение, малый ток) и нормальный режим (меньшее напряжение, относительно большой ток).
Пока оставим это здравое предположение под знаком вопроса и продолжим мысль дальше – а что произойдет, если преобразователь станет увеличивать напряжение на лампе? Больше напряжения – больше ток через нее, какие еще варианты? Проведем простую проверку – посмотрим ток через лампу. Я не привожу картинку, ввиду ее явной очевидности – форма тока полностью повторяет форму напряжения, подаваемого на лампу. Что ж, пока все сходится. Но «увы», внимательное чтение документации приносит некоторый диссонанс. В частности, в app. note # 880 (THE L6569: A NEW HIGH VOLTAGE IC DRIVER FOR ELECTRONIC LAMP BALLAST) содержится рисунок 15, который приведен ниже, дабы вы не тратили время на изучение всего документа.
Из этого графика следует, что по мере увеличения тока через лампу напряжение на ней уменьшается. Гм. Диссонанс усиливается. В установившемся режиме на высокой частоте преобразователя форма тока через лампу характеризуется чисто активным видом, без реактивных составляющих, а по долговременному изменению режимов средняя величина тока весьма нелинейна. Уменьшение напряжения при увеличении тока говорит об отрицательном внутреннем сопротивлении лампы, что явно подразумевает ее склонность к самовозбуждению. Впрочем, плазма в лампе уже находится в некотором режиме объемного колебательного процесса – наверняка вы замечали различные плавающие спрайты в ее теле. Весьма досадно, что график на рисунке ограничен столь малым диапазоном, 0.1-0.23 ампера.
Попробую предположить, что при снижении тока тенденция сохранится, но вот вопрос – будет ли она монотонной? Строить собственный преобразователь с регулируемыми характеристиками очень долгая история, можно обойтись обычной КЛЛ с автогенераторным преобразователем, но с одним дополнением - добавить регулятор величины напряжения питания. Электронная схема достаточно адекватно работает от 70 вольт переменного напряжения, что позволяет изменять мощность лампы в несколько раз.
Менять величину переменного напряжения хлопотно, тиристорные регуляторы вообще неприменимы, поэтому я воспользовался устройством плавной подачи напряжения, что длительное время используется у меня в комнате. Первоначально блок плавного управления напряжением замышлялся для снижения стресса включения КЛЛ при отсутствии в них предварительного прогрева и уменьшения неприятных эффектов резкого включения света в ночное время суток. Была снята фаза включения лампы (16 секунд, 452 Кбайт), можете посмотреть. Напряжение повышается довольно быстро, поэтому мне пришлось несколько разрядить кадры.
Уж не знаю, как это покажется вам, а я же наблюдаю несколько «рывков». Если посмотреть яркость в нескольких точках кадра и усреднить, то она будет меняться примерно следующим образом:
В начальный момент времени возникает разряд и начало свечения паров ртути, поэтому интервал до 200 мс не интересен, да и нет там ничего необычного. Но после 230 мс происходит резкое возрастание интенсивности с небольшой стабилизацией, после чего следует второй резкий скачок яркости. Напряжение питания повышается монотонно и довольно линейно, при разработке блока это было проверено, а потому резкое изменение свойств кажется странным. На данном графике наблюдаются два явных «рывка».
Можно было бы свалить все на прогрев ртути и образование паров, вот только включение этой же лампы при номинальном напряжении питания не показывает никаких необычных явлений. Погодите, где-то уже встречалось нечто подобное... В первой части статьи рассматривался случай включения холодной люминесцентной лампы и на графике наблюдалась одна странность, которую я не смог тогда объяснить.
Обратите внимание на середину графика зеленого цвета. Ничего похожего не наблюдаете?
Объяснение этому феномену простое, и я с ним уже сталкивался – у плазмы несколько устойчивых состояний. В древние советские времена у нас разрабатывался малогабаритный карманный телевизор, мне поручили вопрос подсветки. Полных данных о характеристиках той лампы не сохранилось, но примерные цифры я помню – напряжение пробоя 800 вольт, лампа находится в этом режиме до 0.8 мА. При увеличении тока выше этого порога напряжение резко снижается примерно до 200 вольт, это состояние сохраняется до тока 25 мА. При дальнейшем повышении тока напряжение падает до 45 В и в дальнейшем почти не изменяется.
Таким образом, преобразователь подсветки можно было строить на 45 вольт, но с обязательным обеспечением проскакивания состояния «200 В». Или же остаться в режиме горения «200 В», но с риском свалиться в низковольтовый режим. Телевизор питался от батареек НКГЦ-045, а потому избыточной мощности взяться неоткуда, пришлось ограничиться не особо устойчивым, но маломощным вариантом. К слову, пробовали и полноценный вариант, с обратноходовым преобразователем и накоплением энергии в конденсаторах, но конструкция получалась неудобной, да и советские конденсаторы не выдерживали работы при номинальном, но импульсном напряжении. Поставили обычный резонансный автогенератор, сейчас такое решение часто применяют в КЛЛ с питанием от 12 вольт. Впрочем, я отвлекся, извините.
Мораль сей басни такова – у плазмы в колбе есть «устойчивые» состояния, которые она может «занимать». Попробую предположить, что не только «занимать», но и переключаться между ними, коль скоро у нее отрицательное внутреннее сопротивление.
Подведем итог этого раздела – эквивалентное сопротивление лампы в режиме горения можно представить в виде резистора, только номинал этого «резистора» может принимать различные значения, в зависимости от величины тока через него.
Вернемся к схеме электронного балласта. Положим, схема работает, но за счет чего обеспечивается поддержание яркости свечения? Ранее высказывалось предположение, что стабилизирующую функцию выполняет особая конструкция управляющего трансформатора, который меняет длительность открытого состояния транзисторов, то есть рабочую частоту. Вот только преобразователь формирует прямоугольное напряжение (если говорить точнее - трапецеидальное), а на лампу приходит напряжение синусоидальной формы.
Дело в том, что между лампой и преобразователем стоит резонансный контур, образуемый последовательным дросселем и параллельным конденсатором. Эти элементы «поглощают» энергию преобразователя и формируют синусоидальное напряжение в нагрузке (то есть лампе), отдавая энергию в нее. Поэтому форма «возбуждающего» напряжения не важна, на выходе всегда будет «синус». Впрочем, небольшие искажения формы все равно присутствуют, добротность контура не слишком высока.
Возьмем некоторые «усредненные» параметры реактивных элементов для тестируемых ламп мощностью 15-25 Вт и сделаем симуляцию. При этом эквивалентное сопротивление лампы составит величину порядка 1 КОм, что позволит использовать ряд резисторов нагрузки и 1-2-4-8 КОм как характеристику работы системы в разных режимах горения.
Верхний рисунок показывает напряжение на лампе, нижний – ток через резонансный конденсатор.
Симулятор показывает результаты, сопоставимые с теоретическими выкладками – по мере снижения номинала резистора нагрузки также снижается резонансная частота, уменьшается напряжение, да и «резонансный» подъем становится меньше по величине (снижается добротность контура). Если очень утрировать, то случай с небольшой нагрузкой (8 КОм, красный график) можно приравнять к начальной фазе включения лампы, ей характерно высокое напряжение. Однако обратите внимание на ток через резонансный конденсатор (нижний рисунок). Если нагрузка нормальная (1-2 КОм, салатовый-синий графики), то ток через него относительно небольшой. Я не стал отмечать ток через сопротивление нагрузки, дабы не захламлять диаграмму. Для этих двух случаев ток через конденсатор меньше, чем через нагрузочное сопротивление. Если же номинал сопротивления повышать, то через конденсатор начинает протекать большой ток. А если учесть, что при этом на том же конденсаторе сильно возрастает напряжение, то реактивная мощность окажется просто огромной.
По симуляции выходит 0.92 ампера и 1.1 кВ, или 1 кВ*А. Термин «Вт» в данном случае не применим, мощность реактивная, а потому отмечается как «В*А». Понятно, что реальный преобразователь в КЛЛ не способен выработать такую мощность, даже на короткое время, но стрессовые условия функционирования обеспечены. Такой случай (небольшая нагрузка) возникает в момент включения лампы, поэтому неудивительно, что электроника так «любит» взрываться именно в момент включения. В решениях с использованием микросхем этот стрессовое состояние смягчают управлением частоты, не позволяя выставить рабочую частоту строго на порог резонанса (режим «разогрева»), что увеличивает срок службы всего устройства.
И здесь отметим крайне важный момент – если на лампе высокое напряжение (в момент возникновения разряда), то это означает крайне большую реактивную мощность, протекающую через резонансный конденсатор. Понятное дело, что та же мощность циркулирует и в резонансном дросселе, но они не «мрут как мухи» в КЛЛ, что столь «свойственно» резонансным конденсаторам.
Ранее рассматривался хоть и упрощенный, но достаточно функциональный вариант электронного балласта. Однако существует и еще более «дешевый» вариант исполнения той же схемы. Основные узлы остаются прежними, «упрощению» подвергается узел запуска. Если в первом варианте за запуск отвечал специальный элемент (динистор), стоимость которого… я не знаю точно, сколько стоит одна спичка? Но когда следует указание «экономить любой ценой!», то мы, покупатели, пожинаем плоды творчества «этих товарищей». Схема подобного исполнения выглядит примерно так:
На первый взгляд, схема стала несколько проще, убрались компоненты из центральной части.
Вся схема представляет собой усилитель с положительной обратной связью выход-вход, а потому генерировать он просто обязан, проблема заключается лишь в запуске. В ранее рассмотренном варианте схемы за этот момент отвечал узел на динисторе, здесь же он отсутствует. Для запуска используется перевод транзисторов из ключевого в слаботочный линейный режим работы. А именно, получается «как бы» обычный усилитель, который не может не возбудится. Для перевода транзисторов в усилительный режим необходимо обеспечить хотя бы небольшой ток коллектора в состоянии покоя, что осуществляется установкой резистора R1 между коллектором и базой транзистора Q2.
На рисунке представлен «упрощенный» вариант схемы с автозапуском, но существует и более «полный» вариант с переводом обоих транзисторов в усилительный режим. Впрочем, у него есть недостаток – приходится устанавливать большее количество деталей, а потому встречается реже. Коль скоро верхний транзистор (Q1) не проводит ток в состоянии покоя, то в схему требуется добавить резистор для создания такого тока. В данной реализации эту функцию выполняет резистор R2.
Если сравнивать первый и второй вариант исполнения балласта, то можно отметить, что:
Короче говоря, второй вариант явно хуже. И, что интересно, не обязательно дешевле – динистор заменяется электролитическим конденсатором, и кто из них меньше стоит?
Схемы с автозапуском отмечены в продукции торговой марки «GamBiT», поэтому я рассказал о существовании подобного схемного решения, а так… неприятно. Как разработчик аппаратуры, я крайне негативно отношусь к автогенераторным «штучкам» – они или работают или не работают, «и все». А автогенератор с автозапуском – это уже предел. К слову, подобное схемное решение уже применялось серийно, вспомните компьютерные блоки питания АТ (не путайте с ATX!). В них для запуска оба транзистора в полумосте переводились в слабый активный режим, что облегчало возникновение генерации. Одно «но», после запуска подавалось напряжение на микросхему управления, и она перехватывала контроль за коммутацией транзисторов. Здесь же чистый автогенератор. Что ж, бюджетнейшее решение, дальше некуда. И, конечно же, в ущерб качеству.
Электронный балласт выполняется практически по одной и той же схеме, отличия не столь существенны, что позволяет достаточно быстро оценивать «запас прочности» каждой модели КЛЛ. Основные различия в электронике между лампами существуют в следующих элементах:
По конденсаторам и дросселям все более-менее непонятно, но коль скоро справочные данные отсутствуют, то и рассуждать не о чем. А вот на транзисторы существует техническая документация и их можно сравнить довольно четко. Типичные представители:
| Параметр | 13001 | 13002 | 13003 | 6822 |
| Предельное напряжение К-Э, В |
400 | 300 | 400 | 400 |
| Максимальный ток, А |
0.2 | 1.5 | 1.5 | 0.8 |
| Максимальная рассеиваемая мощность, Вт |
0.75 | 1.4 | 1.4 | 0.75 |
| Тип корпуса |
TO-92 | TO-92/TO-126 | TO-126 | TO-92 |
Внешний вид транзисторов и их типичный корпус:
По упаковке транзисторов хочется сказать пару слов. Иногда я слышу рассуждения, что транзистор в маленьком корпусе гораздо слабее тех, которые исполнены в корпусе большего размера. Отчасти это верно, но только отчасти. Если транзистор обладает маркировкой 13002, то, вне зависимости от размера корпуса, будет использоваться одна и та же пластинка кремния. То есть его электрические характеристики практически не изменятся, кроме одного и по очевидной причине – в большем корпусе транзистор может рассеять большее количества тепла без чрезмерного нагрева. Корпус работает как радиатор – чем он больше, тем лучше отводится тепло, что означает повышение мощности.
Взглянем на упаковку TO-126, в ней явно присутствует теплорассеивающая медная пластинка, которая позволяет равномерно распределить тепловой поток от кристалла по поверхности корпуса. Для TO-92 подобный элемент может отсутствовать, что повысит тепловое сопротивление «кристалл-корпус» и негативно скажется на рабочих температурах. К слову, TO-126 предназначен для отвода большого количества тепла, а TO-92 нет. Для рассматриваемого случая, в преобразователях электронного балласта КЛЛ, мощность рассеивания транзисторов не столь велика, а потому специальные радиаторы на транзисторы не устанавливаются и им приходится обходиться лишь тем, что есть у них самих.
Откуда же берется такой странный вариант, как «13002+ TO-92»? Применение транзистора с несколько избыточной мощностью позволяет получить меньшие потери (то есть нагрев), а корпус TO-92 – сэкономить деньги. Для производства транзистора в такой упаковке требуется меньше пластика и меди, да и сам он меньшего размера – все это позволяет значительно снизить стоимость транзистора, а для КЛЛ цена является «определяющей» характеристикой, ведь лампу с завышенной ценой никто не возьмет.
Ряд «1300х» включает три номера. Впрочем, нумерация продолжается и дальше, только в КЛЛ с цоколем Е27 они не находят своего применения. Можно предположить, что номер «1» характеризуется самой низкой мощностью, «2» - несколько большей, а «3» - еще более высокой. Ан нет, модель с окончанием на «1» действительно обладает самыми слаботочными характеристиками, но последующие модели «*2» и «*3» представляют собой один и тот же транзистор, но с разбраковкой по предельному напряжению «коллектор-эмиттер».
Транзисторы с маркировкой «*1» подходят для маломощных КЛЛ, «*3» для довольно мощных, а что использовать в схемах балластов ламп 15-20 Вт? Можно поставить «*1» и надеяться, что они не сгорят от перегрузки или теплового перегрева. Как бы «типичное» решение для «бюджетных» типов КЛЛ. Впрочем, я сразу хочу отметить – за все время тестирования ламп ни одного транзистора не сгорело, что говорит о достаточно корректно примененных типах транзисторов. Конечно, я исключаю случаи, когда балласты «погибали» умышленно и/или исключительно по моей вине.
Для ламп средней мощности нет подходящего транзистора в ряде «1300х», а потому в них устанавливают другую марку, чаще всего 6822. Его характеристики (400В, 0.8 А) находится как раз посередине между моделями «*1» (0.2 А) и «*3» (1.5 А). Если все хорошо, то зачем я затеял эту глупую дискуссию о транзисторах? Увы, причина есть. Обратите внимание на данные в строке «Предельное напряжение К-Э». Если в схеме отсутствует эмиттерное управление (а здесь «его и рядом не стояло»), то максимальное безопасное напряжение питание полумостового преобразователя определяется из приведенного параметра.
Какое напряжение в сети? 220 вольт, после выпрямления получается чуть больше 300 В. Если учесть, что стандарт на эту сеть устанавливает нормальный диапазон как +10/-15%, то максимальное напряжение в сети, которое может быть в доме, и при этом считаться абсолютно нормальным (а значит, вся аппаратура с питанием от сети обязана корректно работать на этом напряжении) составляет 242 В. После выпрямления и сглаживания переменного напряжения получается уже 242/0.7=345 В. Вернемся к таблице, смогут ли транзисторы работать при данном напряжении? Все, кроме «13002», у которого есть полное право сгореть. Итак, если подобные транзисторы установлены в лампе, то такую КЛЛ следует донести до ближайшего пункта приема переработки и оставить на недобрую память.
Я не хочу сказать, что подобные лампы не смогут работать. Если учесть тот момент, что модель «*2» получается при отбраковке «*3», как не удовлетворяющая условию «400 В», то полученные транзисторы обладают предельным напряжением «до» 400 В. А в действительности, «почти» 400 В (скажем 350-399 В). В ряде «1300х» существует только две градации – выше 400 В и ниже 400 В (но больше 300 В), а потому транзисторы с предельным напряжением в приведенном диапазоне попадают во вторую группу, хоть и обладают не столь «ужасными» характеристиками – просто при разбраковке мало позиций отбора.
Итак, могут ли транзисторы «13002» работать на напряжении 300-350 В? Наверняка смогут, но так делать нельзя. Если устройство сгорит, то вина будет лежать на изготовителе оборудования, целиком и полностью. Есть ли подобные транзисторы в тестируемых лампах? Гм, а зачем бы я тогда затеял этот разговор?…
Компактные люминесцентные лампы не вечные и когда-нибудь обязательно сломаются. Из наиболее типичных поломок электронного балласта выступает пробой резонансного конденсатора. В начальный момент работы преобразователя на колбу подается очень большое напряжение и пока не последует пробой тлеющего разряда, через резонансный конденсатор перекачивается огромная реактивная мощность. Действующее напряжение и ток через него весьма большие, а мощность (произведение V*I) просто сумасшедшая, особенно для элемента столь малого размера. Поэтому к конденсатору предъявляются повышенные требования:
| 1. | Большое рабочее напряжение на частоте работы преобразователя. |
| 2. | Низкие потери на рабочей частоте (и при столь высоком напряжении). |
| 3. | Высокая стабильность номинальной емкости. |
Первый и второй пункт означают обязательность применения высококачественного конденсатора с низким уровнем потерь, а третий пункт - его хорошую термостабильность. Всем этим условиям удовлетворяют пленочные конденсаторы специальных серий.
Что можно использовать при ремонте? Только то, что указано выше - пленочные конденсаторы, и лучше с двойной металлизацией. Если найдена подходящая марка, то останется только выбрать удобный корпус с достаточным напряжением, ведь емкость конденсатора жестко задана другими элементами КЛЛ. Подбор конденсатора не входит в данную статью, ибо этот вопрос скорее зависит от доступной элементной базы, а завел я речь о ремонте с несколько иной целью - может можно поставить вместо пленочного конденсатора керамический? Практически в любом блоке питания стоят «Y» конденсаторы как раз подходящей емкости с высоким предельным напряжением.
В зависимости от маркировки оно может составлять:
Напряжение в 5-8 кВ всяко больше 1-1.2 кВ, которые используют в резонансных конденсаторах, в чем же тогда подвох? У них высокий уровень искажений, что вызывает повышенные потери. Кроме того, фраза «выдерживают импульсное напряжение» означает однократный испытательный импульс, а не постоянно действующее напряжение. Да, один-два импульса конденсатор выдержит и не разорвется на составляющие, но не более того. Кроме того, на такие конденсаторы или вовсе не указывают тепловой коэффициент изменения емкости, или он жуткой величины. Специально не измерял, но при прикосновении руками его емкость уже ощутимо уходит, а что же будет при нагреве до тех температур, при которых свойственно работать электронному балласту?
Нет, в качестве средства ремонта «Y» конденсаторы использовать нельзя. Впрочем, ничего не мешает поставить подобный конденсатор в работающий балласт и посмотреть результаты. Некоторое количество ламп оказались с пробитыми конденсаторами, для их ремонта я использовал аналогичные конденсаторы из «убитых» ламп. Но их было слишком много и на последние балласты поставить было нечего. Пришлось попробовать идею с установкой «Y» конденсаторов. Увы, полный провал - на картинке включения сразу появились характерные всплески и срывы генерации. Картинок почему-то не сохранилось, поэтому прошу извинить и поверьте на слово – керамические конденсаторы в балласте не живут. Только «пленка».
Впрочем, перейдем от частного к общему, к исследованию электроники КЛЛ.
Через 2000 часов все оставшиеся КЛЛ были сняты со стенда и произведены замеры их характеристик. Для вышедших из строя ламп предпринимались соответствующие меры по восстановлению их работоспособности, хотя бы временной. Теперь переходим к конкретным моделям.
Внутреннее устройство.
Все три лампы из одного блока, а потому схемное решение не отличается. Для данного случая стоит привести только одну картинку внешнего вида, повторение не принесет ничего нового. При этом характеристики электронных компонентов будут измеряться для каждой лампы.
Как можете заметить по следам на колбе, это была первая лампа из блока.
Обычное бюджетное решение, односторонняя печатная плата. Электронная схема запуска построена по принципу автогенератора, это хорошо видно по наличию небольшого электролитического конденсатора на плате, его светлая алюминиевая верхушка бросается в глаза.
Лампа №1.
Колба болтается в креплении, сильно перекошена. С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.
Ключевые электронные компоненты:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD268H 400 В | 3.3 мкФ | 2.99 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 кВ | 2.2 нФ | 2.053 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 15х16х5 мм | - | 9.39 мГн, 14.29 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | f13001, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорели обе нити накала. Частота генерации 38 кГц (200 В) – 36 кГц (300В).
В данной схеме используются транзисторы с маркировкой «f13001», что означает модель MJE13001. В других КЛЛ могут устанавливаться транзисторы, в наименовании которых присутствуют другие буквы, а цифры окажутся такими же. Это означает применение таких же полупроводниковых приборов, только изготовленных другой фирмой. Технические характеристики у них одинаковые, поэтому – обращайте внимание на цифры и забудьте про буквы.
Впрочем, если быть точным, то следует указать – в зависимости от маркировки может меняться «цоколевка» (соответствие выводов в корпусе) и присутствовать встроенный защитный диод. Поэтому, если собираетесь ремонтировать конкретную лампу, то позаботьтесь о получении четкой информации по конкретно установленным наименованиям транзисторов. Для данной статьи это не столь важно, поэтому несущественные подробности опускаются. Да и потом, ремонтировать КЛЛ глупо – вы сами это поймете, читая статью дальше.
Довольно смешно исследовать работу электронных устройств исключительно по внешнему виду, а потому никак нельзя пройти и не посмотреть напряжения на основных элементах лампы. Самой ценной информацией служит напряжение на колбе в различных стадиях – при включении и работе при минимальном/максимальном напряжении питания. В данной статье будет подробно рассмотрен как режим включения, так и работа устройства при двух фиксированных напряжениях питания постоянного тока - 300 и 200 вольт, что соответствует максимуму и минимуму напряжения питания лампы при ее работе от нормальной сети 220 вольт.
Можно было бы взять и больший диапазон величин, только это бы вышло за рамки «нормы», а потому обнаруженные особенности не проявили бы себя при работе у конечных покупателей данной продукции. Проблема всех стресс-тестов в том, что они должны эмулировать нормальную (типичную) работу устройств, а не являться тестом сферического коня.
К сожалению, даже после попытки ремонта данная колба пришла в полное нерабочее состояние и провести измерения не представляется возможным. Извините, осциллограммы начнутся на следующей лампе.
Лампа №2.
С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.
Электроника:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD268H 400 В | 3.3 мкФ | 3.203 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 кВ | 2.2 нФ | 2.243 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 15х16х5 мм | - | 9.323 мГн, 13.97 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | f13001, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорели обе нити накала. Частота генерации 38.4 кГц (200 В) – 32.8 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Гм, отмечается довольно долгий процесс пробоя, порядка 490 мс, затем следует непонятная стадия горения со сниженным напряжением 480 В и длительностью 50 мс, после чего лампа переходит в стационарный режим горения. Напряжение на лампе в начальной фазе 750 вольт (пиковая величина).
Стационарная работа при напряжении питания 300 В:
Напряжение в пике до 150 вольт, форма сигнала похожа на синусоиду, но присутствуют явные искажения формы – типичные признаки работы резонансного контура с низкой добротностью и частотой ниже резонанса. Ничего необычного.
Лампа №3.
С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.
Электроника:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD26JH 400 В | 3.3 мкФ | 3.172 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 КВ | 2.2 нФ | 2.167 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 15х16х5 мм | - | 9.176 мГн, 14.02 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | f13001, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорели обе нити накала. Частота генерации 38.4 кГц (200 В) – 32.1 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Никаких принципиальных отличий от предыдущей модели – те же 750 В в начальной стадии, такое же долгое ее продолжение, 550 мс. Единственно что – у предыдущей лампы существовало какое-то странное состояние после режима пробоя, а здесь его не наблюдается. Впрочем, он может и есть, только с тем же напряжением, поэтому сливается с первой фазой.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
Хорошо видно, что снижение питающего напряжения приближает частоту преобразователя к резонансной, обратите внимание на улучшение формы сигнала.
Выяснение причин выхода из строя.
Это первые лампы, которые попали на вскрытие, поэтому стоит детально разобраться в истинном источнике проблемы.
Если в колбе сгорают обе нити накала, то это может быть вызвано двумя причинами – или большой ток тлеющего разряда лампы или пробой резонансного конденсатора. Вариант с естественным старением накала из-за стресса от включения я пока опускаю, из анализа электроники его проверить невозможно.
Повторю схему блока лампы, посмотрите на рисунок еще раз.
Если резонансный конденсатор пробивается или налицо высокий коэффициент искажений на высокой частоте, то это приводит к слишком большому току накала и он сгорает. Последнее подразумевает необходимость проведения тщательной проверки характеристик резонансного конденсатора.
Измерение характеристик резонансного конденсатора.
В данной модели применен «типичный» конденсатор, используемый в электронных балластах люминесцентных ламп. Именно такой конденсатор чаще всего встречается в КЛЛ, а потому будет интересно узнать, не он ли является причиной перегорания обеих нитей накала.
Измерение емкости не показало существенных отличий от номинального значения 2.2 нФ:
| Номер лампы |
Измеренная емкость, нФ |
| 1 | 2.053 |
| 2 | 2.243 |
| 3 | 2.167 |
Что ж, можно выбрать один из них и провести стресс-тест. Возьмем конденсатор от первой лампы, у него оказалась самая «аномальная» емкость.
Для начала его характеристики в нормальных условиях:
Конденсатор в КЛЛ работает на повышенной температуре, потому измерение характеристик при комнатной температуре не отражает реальное положение дел. Повысим температуру до 100 градусов и выдержим его при этих условиях достаточно длительное время. Данные, полученные через 10 минут:
С учетом того, что температура корпуса конденсатора была явно завышена, в его характеристиках нельзя найти что-то необычное. Впрочем, можно взять резонансный конденсатор с аналогичными параметрами из КЛЛ «Космос» для сравнения:
Нормальная температура (примерно 23 градуса):
100 градусов:
Наблюдаются существенные отличия только в сопротивлении утечки, но их величина столь мала, что не является сколь-нибудь значимой. Нет, лампа вышла из строя не из-за него. Или я что-то упустил в измерениях.
Переходим к следующему кандидату на источник проблемы.
Измерение характеристик резонансного дросселя.
Раздел будет очень коротким, здесь много параметров не померишь, ведь основным является «максимальный ток».
Прибора, который может измерять характеристики индуктивностей на столь большом токе, у меня нет и для измерения предельного тока был применен косвенный способ – на индуктивность подается смесь небольшого переменного напряжения высокой частоты и регулируемый ток. При увеличении тока выше пороговой величины индуктивность дросселя начинает уменьшаться, что вызывает снижение величины переменного напряжения на нем.
Возьмем резонансный дроссель первой лампы, его характеристики:
Измерение по вышеприведенной методике показало, что при токе в 0.3 ампера следует снижение напряжения, то есть максимальный ток дросселя 0.3 А.
Для лампы в 9 Вт при рабочем напряжении на колбе в 90 вольт рабочая величина тока составит 9/90=0.1 ампера. С учетом того, что данная цифра относится к средней величине тока, а необходимо именно пиковое значение, то его следует умножить на 1.4. То есть, пиковый ток дросселя будет в районе 0.2 А (к потреблению колбы следует добавить ток резонансного конденсатора). Полученная цифра явно меньше максимального тока дросселя (0.3 А), хоть и без запаса. Впрочем, ожидать установку компонентов с большим запасом прочности в бюджетные лампы было бы весьма самонадеянно.
Итак, дроссель тоже не является причиной выхода лампы из строя.
Продолжаем поиски причины.
Первая лампа была с обеими сгоревшими нитями накала, поэтому существовал только один способ ее запуска – с попарно закороченными выводами накала. Первый запуск показал неустойчивое горение, скачкообразно меняющееся от яркого до тусклого свечения. Особенность – мощность потребления экземпляра доходила до 12.5 Вт, что почти в два раза больше обычного потребления продукта, снятого на новой лампе.
Через небольшое время лампа сгорела (вышли из строя силовые транзисторы) и какие-либо данные снять не удалось. В дальнейшем последовали попытки установления истинной причины повышенного потребления и самого сгорания, но что-то определенное найти не удалось. После чего колба была пересажена на заведомо исправный балласт от другой КЛЛ примерно такой же мощности (Космос, 13 Вт) и эффект был достигнут – лампа начала точно так же «моргать»! Причем, совершенно четко отмечалось, что при изменении яркости свечения иногда менялся и цвет. Даже больше, если установить сильно пониженное напряжение питания, то лампа светила нормальным «желтым» цветом, свойственным ее цветовой температуре 2700 К, без характерного ей фиолетового оттенка.
При попытке снять фото для получения спектра балласт сгорел. Повторный поиск исправного балласта из бывшей в наличии кучки «трупиков» выявил пару чудом сохранившихся транзисторов и пострадавшая схема была восстановлена. Увы, последующее включение повторило моргание лампы с дополнением в виде стройного столбика дыма из свежеустановленных транзисторов. Ну уж нет, хватит! Транзисторы не сгорели (вот ведь бывает), но возиться с этой колбой я больше не стал. Думаю, что причина именно в ней, а в чем именно – об этом поговорим попозже, предстоит еще разборка других ламп.
Краткий вывод – проблема в колбе, ремонт данной КЛЛ бессмысленен.
Переходим к следующей лампе.
Модель: RF 049, 2U, 13 Вт 2700К (блок из пяти штук).
Схемное решение на всех лампах одинаковое, поэтому привожу снимок первой лампы из группы:
Никаких особых отличий от предыдущей модели – такая же плата, такой же набор компонентов. Переходим к измерению параметров ключевых компонентов электронного балласта и характеристик ламп.
Лампа №1.
С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD268H 400 В | 3.3 мкФ | 2.97 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 кВ | 2.2 нФ | 2.083 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 15х16х5 мм | - | 7.767 мГн 12.88 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорел один накал с более черной стороны колбы. Частота генерации 40.3 кГц (200 В) – 34.7 кГц (300В).
На колбе присутствуют потеки белого вещества. Впрочем, вопросы эстетики рассматривались в предыдущих частях статьи.
Процесс зажигания:
Процесс пробоя происходит 250 мс, затем идет плавный переход ко второй стадии. Для этой лампы он продолжается несколько дольше, порядка 75 мс. Напряжения аналогичны предыдущим испытуемым этой торговой марки, 750 В для пробоя и 500 В во второй фазе. Гм, один нюанс я не учел. Ранее были рассмотрены лампы и с пробитыми нитями накала, а потому процесс зажигания проходил «неправильно». У этого экземпляра одна нить осталась целой, поэтому процесс зажигания получался почти «правильно». Сгоревшее починить нельзя, осциллограммы предыдущих ламп не удастся снять с работающим нагревом, но можно сделать обратное – в этой лампе закоротить работоспособную нить накала и привести колбу к состоянию, аналогичному рассмотренным ранее.
Итак, лампа без накала вовсе:
Гм. Процесс пробоя стал «чуть-чуть» дольше, раза в четыре, а так отличий нет.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В:
Напряжение и форма сигнала повторяет предыдущие устройства, ничего необычного.
Что творится на колбе уже известно, но какая форма сигнала на выходе преобразователя, до резонансного контура? Интересно же.
Прямоугольник со скошенными краями, как и ожидалось. Размах 150 В, что логично, ведь напряжение питания преобразователя 300 В.
Лампа №2.
С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD268H 400 В | 3.3 мкФ | 2.91мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 кВ | 2.2 нФ | ПРОБИТ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 15х16х5 мм | - | 7.85 мГн, 12.87 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – пробой резонансного конденсатора и перегорание одного накала с более черной стороны колбы. Частота генерации 39.1 кГц (200 В) – 32.8 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Начальная стадия характеризуется меньшим напряжением, всего 600 В, продолжаются те же 260 мс, как и у первой лампы блока.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
В стационарном режиме работы нет ничего особенного, пиковое напряжение 150 вольт – это типично для ламп «GamBiT».
Лампа №3.
С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD268H 400 В | 3.3 мкФ | 2.24 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 кВ | 2.2 нФ | 2.05 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 15х16х5 мм | - | 7.57 мГн, 12.55 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорел один накал с более черной стороны колбы. Частота генерации 39.7 кГц (200 В) – 32.8 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Напряжение первой стадии чуть больше предыдущей лампы, а так – все то же.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
В стационарном режиме пиковое напряжение 150 вольт, типично.
Лампа №4.
С теста лампа снята с диагнозом «крайне низкая яркость свечения».
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD268H 400 В | 3.3 мкФ | 2.89 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 кВ | 2.2 нФ | 2.05 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 15х16х5 мм | - | 7.58 мГн, 12.72 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – точно неизвестна, будем разбираться. Частота генерации 38.5 кГц (200 В) – 30.4 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Напряжение 700 вольт, длительность процесса около 200 мс. Все, как у предыдущей лампы.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
Установившийся режим горения также не вызывает беспокойства. Хотя… я неправ. Во-первых, какая-то глупость с формой сигнала, во-вторых, амплитуда мала, всего лишь 110 вольт.
Что делать? Давайте пересадим эту колбу на другой балласт аналогичной модели и посмотрим отличия в работе. Одна из ламп была испорчена при установке на стенд, а потому ее балласт сохранился в первозданной свежести, без какой-либо наработки и деградации свойств. Если виновата электроника, то изменения будут четко различимы.
Процесс стал на 50 мс дольше, а так ничего особенного не произошло.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
Опять же, ничего не изменилось. Источник проблемы не в электронике, а в колбе. Отмечу две странности:
Все эти особенности свойственны люминесцентным лампам с чрезмерно низким содержанием ртути. Так что в выходе из строя виновата вовсе не электроника.
Следующая модель.
Модель RF 064, 3U, 13 Вт, 2700К.
Внутреннее устройство лампы:
Лампа была на постоянном режиме горения, 2000 часов отработаны без нареканий.
Список ключевых элементов КЛЛ:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD268JH 400 В | 4.7 мкФ | 4.25 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 кВ (слегка потемнел) | 2.7 нФ | 2.76 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 15х16х5 мм | - | 5 мГн, 6.52 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 6822, TO-92 | - | - |
Схема запуска с использованием динистора. Частота генерации 36.2 кГц (200 В) – 30 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Напряжение первой стадии стало гораздо меньше, порядка 400 вольт. Довольно четко наблюдается несколько фаз пробоя, но сказать что-то осмысленное по этому поводу я затрудняюсь. Сам процесс длится всего лишь 120 мс, что кардинально отличается от данных предыдущих ламп этой торговой марки. Да уж, с «GamBiT» не соскучишься. Однако здесь наблюдается что-то странное, возьмем крупнее самое начало работы устройства:
Интересно. Первая вспышка – с амплитудой порядка 600 вольт, последующий режим работы установился с размахом амплитуды лишь 400 В.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
Размах амплитуды (140 В) и форма сигнала типичны. Единственное отличие – форма сигнала более похожа на синус, даже при питании 300 В. Если прибавить к этому сниженный диапазон частот при работе от 200-300 В, то это, скорее всего, говорит о повышенной добротности LC контура из-за большего сопротивления колбы в режиме горения. Плохо это или хорошо – я не могу сказать, просто так есть. Если накопится статистика, можно сделать какой-то осмысленный вывод, но пока рано об этом говорить.
Модель RF 066, 3U, 20 Вт, 2700К.
Лампа была на постоянном режиме горения, 2000 часов отработаны без нареканий.
Список основных элементов:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD268JH 400 В | 6.8 мкФ | 6.69 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 кВ | 2.7 нФ | 2.7 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 15х16х5 мм | - | 4.44 мГн, 6.38 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13003, TO-126 | - | - |
Схема запуска с использованием динистора. Частота генерации 39.7 кГц (200 В) – 31.2 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Стоп, что это? Ну ладно, с самым началом разберемся позже, пока общее впечатление от запуска лампы – напряжение 400 вольт, четко наблюдается две фазы:
Ранее такого не наблюдалось. Самое начало подробнее:
Напряжение 750 вольт, две попытки. Такое ощущение, что преобразователь стартовал дважды, а в первый раз генерация сорвалась по непонятной причине. Данный нюанс обязательно следует исследовать, но вначале посмотрим на другие лампы. Я мог бы попробовать эмулировать работу устройства и получить больше информации, но работать с такими напряжениями на автогенераторной схеме преобразователя крайне сложно. К тому же, такие эксперименты почти всегда оканчиваются сгоранием электронных компонентов, а для ремонта у меня нет подходящего ассортимента деталей. Отметим этот дефект и вернемся к нему позже.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
Напряжение на колбе немного больше обычного, 180 В.
Модель RF 067, 3U, 25 Вт, 2700К.
Лампа была на постоянном режиме горения, одна из двух, проваливших данный тест.
Список основных элементов:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
Sunion CD268JH 400 В | 6.8 мкФ | 6.5 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1 кВ | 3.3 нФ | 3.47 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 16х19х5 мм | - | 2.99 мГн, 2.66 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | HB123D, TO-126 | - | - |
Схема запуска с использованием динистора. Причина снятия с теста – едва заметная яркость свечения. Частота генерации 34 кГц (200 В) – 30 кГц (300В).
Процесс зажигания:
М-да, вышла какая-то «бочка», в процессе работы напряжение несколько повышается и доходит до 700 вольт, длительность 70 мс. Самый первый момент выглядит следующим образом:
Вот тут уже «веселее», напряжение подпрыгивает до 900 В.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
Для стационарного режима чего-то необычного не наблюдается, напряжение 140 В, типично.
В заключение, по продукции данной торговой марки хочется отметить очень длительный процесс включения лампы, который может доходить до 1 секунды при отключенном накале. И это при том, что некоторые модели этой же фирмы переходят в стационарный режим работы уже через 50-70 мс. Сдается мне, что в некоторые лампы льют мало ртути, видимо отсюда и характерный фиолетовый оттенок свечения (пары ртути создают зеленую часть спектра излучения). Впрочем, я могу ошибаться в своих выводах.
На тестировании были КЛЛ одной и той же модели, но приобретенные в разное время. Первая лампа была куплена намного ранее и явно относится к другой партии, нежели остальные пять, которые продавались в виде блока, а потому должны (бы) быть произведены в одно время.
Первая лампа находилась в режиме постоянного горения, остальные – в режиме коммутации.
Лампа №1.
Обращаю ваше внимание, эта лампа из другой партии, в отличие от всех последующих КЛЛ этой фирмы.
Лампа была на постоянном режиме горения, 2000 часов отработаны без нареканий.
Список основных элементов:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
PchwL 105C 400 В | 3.3 мкФ | 3.13 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1.2 кВ | 2.2 нФ | 2.22 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 13х13х5.5 мм | - | 3 мГн, 5.29 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001S, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Частота генерации 59.5 кГц (200 В) – 53.2 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Красивое ровное зажигание, 500 В, 250 мс. Довольно долго, а так все хорошо.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
В этом режиме работы все обычно, амплитуда напряжения 130 В. Несимметричная форма сигнала при напряжении питания 300 В вызывает недоумение, но не более того. От автогенераторной схемы можно ждать любых чудес.
Лампа №2.
С точки зрения внешнего вида – по сравнению с первой лампой (из другой партии) никаких особых отличий не наблюдается.
Список основных элементов:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
PchwL 105C 400 В | 3.3 мкФ | 2.95 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1.2 кВ | 2.2 нФ | - |
| Резонансный дроссель |
Феррит 13х13х5.5 мм | - | 3.39 мГн, 7.53 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001S, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – пробой резонансного конденсатора. Частота генерации 43.8 кГц (200 В) – 41 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Процесс включения протекает 100 мс, что в два с половиной раза быстрее предыдущей лампы (сказывается то, что это другая партия?). Напряжение доходит до 600 В, что лишь чуть больше данных предыдущей лампы.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
В стационарном режиме напряжение на лампе ниже, чем в предыдущем случае. Похоже, при смене партий выпуска колба подверглась модернизации – уменьшилось время зажигания и снизилось напряжение горения.
Знаете, «Экономка» отличается от марки «GamBiT», поэтому проверим форму выходного напряжения преобразователя КЛЛ данной торговой марки:
Собственно, такие же прямоугольные импульсы с затянутыми фронтами. Единственное отличие – по концам фронтов следует выброс, что говорит об отсутствии защитных диодов у транзисторов. Это плохо, поскольку снижает ресурс работы устройства. Но коль скоро за все время тестирования не сгорело ни одного транзистора, то данный нюанс схемного решения нельзя засчитать за явный недостаток лампы.
Лампа №3.
Список основных элементов:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
PchwL 105C 400 В | 3.3 мкФ | 2.91 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1.2 кВ | 2.2 нФ | 2.30 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 13х13х5.5 мм | - | 3.43 мГн, 7.57 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001S, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорел один накал. После его закорачивания при первом же включении перегорела вторая нить. Частота генерации 42.3 кГц (200 В) – 40.3 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Ну вот, и тут подарки. Три стадии, первая с напряжением 650 В. Хорошо, что хоть общее время перехода в стационарный режим осталось прежним, 100 мс, а то бы я подумал, что мне лампу подменили.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
Стационарный режим повторяет предыдущую лампу.
Лампа №4.
Список основных элементов:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
PchwL 105C 400 В | 3.3 мкФ | 2.91 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1.2 кВ | 2.2 нФ | 2.25 нФ |
| Резонансный дроссель |
Феррит 13х13х5.5 мм | - | 3.39 мГн, 7.54 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001S, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – сгорел один накал. Частота генерации 41.7 кГц (200 В) – 39.7 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Напряжение 650 вольт, время переходного процесса 50 мс, три стадии. Да, каждый раз что-то новое.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
Стационарный режим аналогичен другим лампам блока.
Лампа №5.
Список основных элементов:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
PchwL 105C 400 В | 3.3 мкФ | 2.96 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1.2 кВ | 2.2 нФ | - |
| Резонансный дроссель |
Феррит 13х13х5.5 мм | - | 3.44 мГн, 7.64 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001S, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – перегорание одной нити накала. Частота генерации 43.9 кГц (200 В) – 41 кГц (300В).
Процесс зажигания:
Что-то подобное уже было, вспоминаете? Отчетливо виден срыв колебаний.
Через непродолжительное время работы резонансный конденсатор балласта пробился в КЗ. Замена его на аналогичный (снят с другой КЛЛ) показал нормальный режим запуска, схожий с работой других ламп этой группы.
Впрочем, на этом «бракованном» конденсаторе я успел снять стационарный режим работы до момента его пробоя:
Для этого состояния нет ничего необычного, форма сигнала и амплитуда аналогична другим лампам этого блока. Это значит, что дефектный конденсатор проявляет свою деструктивную деятельность только в момент включения. Логично – большие напряжения, большие мощности, а сам конденсатор весьма малого размера.
Кстати, скорее всего, из-за этого конденсатора лампа и вышла из строя – пробой конденсатора означает очень большой ток через нити накала, хотя и малой длительности. С первого раза он может и не привести к перегоранию, но «метод молотка» когда-нибудь, да сработает. К слову, эта лампа проработала на стенде в полтора раза меньше других устройств этой торговой марки (а представлена была только одна модель, то есть все лампы одинаковы).
Лампа №6.
Список основных элементов:
| Название компонента |
Модель, корпус, напряжение |
Номинал | Измерено |
| Сглаживающий конденсатор |
PchwL 105C 400 В | 3.3 мкФ | 3 мкФ |
| Резонансный конденсатор |
1.2 кВ | 2.2 нФ | - |
| Резонансный дроссель |
Феррит 13х13х5.5 мм | - | 3.36 мГн, 7.55 Ом |
| Дроссель фильтра питания |
Отсутствует | - | - |
| Транзисторы | 13001S, TO-92 | - | - |
Схема автогенераторная, конденсатор в нижнем транзисторе, динистор отсутствует. Причина выхода из строя – пробой резонансного конденсатора и перегорание одной нити накала. Частота генерации 48 кГц (200 В) – 43 кГц (300В), данные сняты после установки резонансного конденсатора меньшей величины, 2 нФ вместо пробитого 2.2 нФ.
Процесс зажигания:
Ничего необычного, все довольно хорошо – время переходного процесса 65 мс, напряжение до 600 В. Единственная поправка – осциллограмма снималась уже после ремонта и замены резонансного конденсатора на исправный. На пробитом что-то измерить весьма проблематично.
Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):
Стационарный режим типичен другим лампам группы.
Небольшое наблюдение по всем лампам этой группы – электрические характеристики первой лампы весьма существенно отличаются от всех других. Например, рабочая частота преобразователя составляет 52 кГц против 42 кГц у ламп 2-6. Похоже, при смене партии сменились и параметры элементов.
Из-за значительного объема данная статья была поделена на две части.
В продолжении материала будут изучены продукты Космос, Старт, OSRAM, Philips, параметры резонансного контура и мощность устройства, а также пульсации компактных люминесцентных ламп.
Продолжение следует...
