Энергосберегающие лампы. Изучение электроники КЛЛ (часть 2)

Окончание. Начало - здесь.
Предыдущие материалы: теоретическая часть, практическая часть,
стендовые испытания (часть 1), стендовые испытания (часть 2).

Оглавление

• Вступление
• Космос
• Старт
• OSRAM
• Philips
• Параметры резонансного контура и мощность лампы
• Пульсации
• Вывод

Вступление

Из-за значительного объема данная статья была поделена на две части.

В прошлый раз было рассказано об внутреннем устройстве ламп и технологиях их работы: электронной схеме, некоторых характеристиках основных электронных компонентов, резонансном конденсаторе, а также проводился разбор конкретных моделей «GamBiT» и «Экономка».

В окончании материала будут рассмотрены продукты Космос, Старт, OSRAM, Philips, параметры резонансного контура и мощность устройства, а также пульсации компактных люминесцентных ламп.

Космос

Лампы приобретались поштучно, в продаже какие-либо блоки отсутствовали.

Модель T2 SPC 9W E2727, спираль, 9 Вт, 2700К

С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.

Список основных элементов:

Схема запуска с использованием динистора. Причина выхода из строя – перегорание одной нити накала. Частота генерации 56.2 кГц (200 В) – 46.5 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Происходит что-то странное, рассмотрим поближе два интересных фрагмента – самое начало и повторный запуск:

Всплеск в самом начале уже встречался на других лампа. Странность заключается в том, что этот эффект присутствует только на отдельных лампах.

Повторный всплеск – это перезапуск преобразователя. В лампе явные проблемы с резонансным конденсатором. Нет проблем, проверим. Та же лампа, но резонансный конденсатор заменен на другой, к сожалению, большей емкости (4 нФ), но это не столь существенно.

В самом начале сохранился всплеск (и это при совсем другом резонансном конденсаторе!). Длительность переходного процесса на родном конденсаторе была около 18 мс, после смены на конденсатор большей емкости это время практически не изменилось (14 мс). Первичный всплеск для обоих вариантов примерно одинаков, 600 В, а напряжение переходного режима для большей емкости конденсатора немного ниже оригинальной схемы (300 В против 400 В). Из этого теста можно сделать два вероятных вывода:

• Первый всплеск при возникновении колебаний – это пробой плазмы и его характеристики зависят только от характеристик используемой колбы;
• Переходной процесс подчиняется тем же принципам, что и основной режим горения – чем больше ток через лампу, тем ниже напряжение на лампе.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Довольно необычно, напряжение на лампе всего лишь 100 В, тогда как на других моделях типичным является 140-150 В.

В этой схеме на резонансном конденсаторе возникают импульсы напряжения 750 В, что превышает его паспортные данные (700 В). Подобный конденсатор нельзя было устанавливать в КЛЛ, он может нарушить работоспособность балласта, как и случилось в данном случае.

Модель T2 SPC 15W E2742, спираль, 15 Вт, 4200К.

Лампа была на постоянном режиме горения, 2000 часов отработаны без нареканий.

Список основных элементов:

Схема запуска с использованием динистора. Частота генерации 57.5 кГц (200 В) – 50 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Явно присутствуют две стадии 300 В, 200 В и характерный всплеск 700 В в начале. Длительность процесса 30 мс, что очень быстро. Посмотрим на самое начало работы:

Ну да, пробой 700 В, потом резкий спад амплитуды колебаний с постепенным увеличением и стабилизацией на уровне 300 В.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Амплитуда 150 В, как у большинства ранее рассмотренных ламп, аномалий не прослеживается.

Модель T2 SPC 15W E2764, спираль, 15 Вт, 6400К.

Внешний вид электронного балласта полностью аналогичен предыдущей лампе, разница только в цветовой температуре свечения, а потому в повторении картинки смысл отсутствует.

Лампа была на постоянном режиме горения, 2000 часов отработаны без нареканий.

Список основных элементов:

Схема запуска с использованием динистора. Частота генерации 59.5 кГц (200 В) – 54.3 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Ваше мнение по поводу данной картинки? Колба с довольно редким цветом свечения и терять ее жалко, а потому резонансный конденсатор был заменен. Не вызывает удивления, что данная лампа вышла из строя.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение чуть больше, 160 В, а так ничего необычного. Попробуем ее «разогнать» самым простым способом – снижением резонансной частоты, что увеличит добротность контура и вызовет повышение напряжения на лампе. Для чего резонансный конденсатор будет увеличен с 2.2 нФ до 4 нФ.

Напряжение на лампе возросло до 180 В. Впрочем, такая лампа сгорит в пять раз быстрее обычной, не стоит оно того.

Модель T2 SPC 20W E2764, спираль, 20 Вт, 6400К, «без ртути».

Стоп! Что это там, около контактов к колбе? Неужели????

Да, оно самое. У продукта «Космос» есть PTC! Обычно его устанавливают параллельно резонансному конденсатору, но в этой лампе один конденсатор разбит на два и PTC включен параллельно одному из них. Такое включение широко распространено и применяется чаще всего на лампах повышенной мощности. Дело в том, что геометрические размеры PTC определяют скорость нагревания терморезистора PTC. При большой мощности лампы этого времени недостаточно для прогрева катодов и эффективность установки элементов защиты падает. Если разбить резонансный конденсатор на два и поставить терморезистор параллельно одному из них, то напряжение на нем будет меньше и скорость нагревания снизится.

Конечно, при этом уменьшится эффективность шунтирования, и на лампу будет подаваться более высокое напряжение в первый момент включения, нежели могло бы быть с одним резонансным конденсатором, что не хорошо. Но, с другой стороны, свечение лампы будет происходить без задержки на несколько секунд, как было бы при полном шунтировании резонансного конденсатора. То есть, ресурс лампы увеличивается, хоть и не так существенно, как могло бы быть, но и никаких дополнительных дефектов с замедленным включением не проявляется. К слову, пока не вскрыл эту лампу, я и не думал, что в ней есть что-то особенное.

Лампа была на постоянном горении, 2000 часов отработаны без нареканий. Жаль, надо было поставить ее на режим коммутации.

Список основных элементов:

Схема запуска с использованием динистора. Терморезистор PTC обладает сопротивлением 890 Ом при температуре 23 градуса. Частота генерации 40.3 кГц (200 В) –34.2 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Да уж, работа схемы защиты прослеживается весьма четко – постепенный разогрев терморезистора сопровождается плавным повышением напряжения от 100 В до 600 В и последующим переходом в нормальный режим горения. Какие-либо всплески не наблюдаются.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Рабочее напряжение 160 В, норма.

Модель T2 SPC 25W E2727, спираль, 25 Вт, 2700К, «без ртути».

Лампа была на постоянном режиме горения, 2000 часов отработаны без нареканий.

Список основных элементов:

Схема запуска с использованием динистора. Частота генерации 50 кГц (200 В) - 45.4 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Ну вот, PTC в лампе отсутствует и снова наблюдаются надоевшие уже дефекты. Начальный всплеск до 1 кВ, что рекорд для этого тестирования, хотя в последующее время амплитуда колебаний редко когда переваливала за 300 В, что также нетипично. Посмотрим подробнее самое начало:

Ой, что-то здесь не нормально с лампой, присутствуют какие-то колебательные процессы – это говорит о неустойчивом разряде в колбе.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

А, все понятно. Напряжение на лампе 220 вольт, что явно много. Это проблемы колбы, ее параметры вышли за разумные границы, что вызвало повышенный импеданс. Отсюда и странности при включении.

Модель T2 SPC 25W E2764, спираль, 25 Вт, 6400К.

Лампа была на постоянном режиме горения, но вышла из строя всего лишь через 890 часов работы.

Список основных элементов:

Схема запуска с использованием динистора. Частота генерации 50 кГц (200 В) - 45.4 кГц (300В).

Процесс зажигания:

В первый момент напряжение 800 вольт, затем снижается до 600 В. Время переходного процесса относительно мало, всего лишь 25 мс.

Самое начало подробнее:

Многократный пробой? Довольно необычно.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение в стационарном режиме также повышено, 200 В.

Модель T2 SPC 25W E2742, спираль, 25 Вт, 4200К.

Лампа находилась в режиме коммутации и была снята с диагнозом «не включается».

Внутренний вид предыдущей и этой ламп совпадают с другими моделями данной торговой марки. Лучше посмотрим на электронный балласт поближе. Слева расположен балласт этой лампы, справа предыдущей:

Разница только во времени работы, предыдущая (справа) работала в постоянном режиме горения, а эта (балласт слева) – на коммутации. Особенность - в тепловом режиме при обеспечении коммутации специально обращалось внимание на быстрое время остывания лампы в выключенном состоянии. В режиме постоянного горения устройства находились при постоянной температуре, причем довольно щадящей, всего на 15 градусов выше окружающей среды (23 градуса).

В обычном плафоне, даже с хорошей «продуваемостью», температура электронного блока всегда немного выше из-за нагрева от излучения и прохождения нагретого воздуха мимо зоны цоколя. При выполнении тестирования на стенде я отмечал повышенную температуру в зоне электроники ламп «Космос». А потому, потемнение печатной платы и электронных компонентов не вызывает удивления. Интересно, что подобных дефектов не наблюдается у КЛЛ других фирм, которые были на постоянном режиме горения. Выводы делать бессмысленно, они очевидны.

Список основных элементов:

Схема запуска с использованием динистора. Причина выхода из строя – перегорание одной нити накала. Частота генерации 50.5 кГц (200 В) - 45.4 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Вроде бы ничего необычного, вот только время процесса несколько дольше предыдущих моделей (45 мс) и само напряжение очень большое, 750 вольт, причем на протяжении всей начальной фазы. Хочется отметить, что не все запуски лампы выглядели так, попадались и такие случаи:

Срыв генерации, это не новость. Стоило увеличиться времени нахождения балласта в состоянии «разжигания», так резонансный конденсатор прогрелся и начал вызывать сбой.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение лампы 200 вольт, и это уже много!

При прохождении стресс-теста на работу в закрытом светильнике через 3 минуты начались скачки яркости (и мощности потребления 21-25 Вт), после чего лампа сгорела. Причина – колба.

Модель T2 SPC 15W E2727 E14, спираль, 9 Вт, 2700К.

Лампа находилась в режиме коммутации и была снята с диагнозом «не включается».

Список основных элементов:

Схема запуска с использованием динистора. Причина выхода из строя – перегорание одной нити накала. Частота генерации 61.7 кГц (200 В) – 53.8 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Уфффф… даже комментировать нечего. Опять резонансный конденсатор.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

В стационарном режиме ничего особенного не наблюдается, напряжение 150 В.

Внимательно посмотрим на резонансный конденсатор. В данной модели, как и в подавляющем большинстве ламп «Космос», устанавливается конденсатор на напряжение 1200 В с номинальной емкостью 2.2 нФ. И, как на большинстве продукции, этот конденсатор вызывает проблемы с включением лампы. Пробивается? Есть мегомметр, можно померить ток утечки на испытательном напряжении 1000 В. Увы, никаких отклонений, ток мизерный. Прогрев феном корпуса конденсатора до 100 градусов не оказал существенного влияния на результат. Полученные цифры примерно соответствуют тем, что приводились ранее для подобного конденсатора.

К сожалению, у меня отсутствует прибор, который мог бы измерять тангенс угла потерь на высоком испытательном напряжении, а изготавливать собственный измерительный прибор - вопрос крайне сложный. Впрочем, надо ли? Замена конденсатора на аналогичный по характеристикам (взятый из КЛЛ «GamBiT») устраняет проблему полностью.

Сравним визуально тот и другой конденсатор:

Слева конденсатор из КЛЛ «Космос», справа – всех других фирм. К слову, если вы читали подведение итогов стендовых испытаний ламп, то можете помнить, что лампы «Космос» выдержали в два раза меньшее количество включений, чем среднее число по всем лампам. Даже больше, КЛЛ «Космос» были единственными, результаты которых были существенно ниже средних показателей.

Если смотреть осциллограммы, то проблема с запуском присутствует у большинства ламп данной торговой марки, чего в столь массовом порядке не наблюдается у КЛЛ других производителей. Схема электронного балласта очень проста и источник неустойчивой работы выявить не составляет трудностей, причем его замена всегда приводит к устранению дефекта. Подобный «миниатюрный» конденсатор используется практически во всей продукции «Космос», а значит, вся она содержит данный дефект.

Гм. Пока производитель не заменит тип применяемого резонансного конденсатора, его продукция останется самой ненадежной по вине электроники.

Рекомендация – при приобретении ламп «Космос» в пару к ним сразу покупайте лампы «GamBiT» и переставляйте блок электронного балласта (достаточно перенести только конденсатор). Это обеспечит (относительно) долгий срок службы лампы. Вопрос разумности следования данной рекомендации оставляю на волю читателя. Только вначале сопоставьте ее с пожеланием приобретать продукцию «Космос».

Старт

Лампы этой торговой марки взяты из чулана, где провалялись довольно продолжительное время, полгода – год, уже и не помню. Это значит, что в них установлена не самая «новейшая» колба, да и схемное решение без «оптимизаций» последнего времени. Впрочем, ламп всего две, поэтому революционных выводов на их основе не сделать.

Модель 23SP, спираль, 23 Вт, 2700К.

Список ключевых элементов КЛЛ:

Схема запуска с использованием динистора. Причина выхода из строя - перегорание одной нити накала. Частота генерации 55.6 кГц (200 В) – 47.17 кГц (300В).

Довольно необычный набор: сглаживающий конденсатор Aishi, низкое сопротивление резонансного дросселя, наличие дополнительного дросселя фильтра по цепи питания, запуск с применением динистора. Знаете, этот набор признаков свойственен фирменной продукции класса OSRAM, откуда это здесь?

Может, марка «Старт» незаслуженно поставлена в ряды бюджетных?… Или просто время изменилось и теперь качественные решения не применяются в сериях «еще дешевле»? Трудно сказать, лампы уже устарели. Впрочем, может они и «старые», только качество работы у них на уровне лучших моделей - и сам световой поток, и мера его снижения от времени эксплуатации очень четко гармонируют с примененными элементами – весьма стабильно и на достойном уровне эффективности.

Процесс зажигания:

На осциллограмме запуска явно присутствуют три фазы:

• 800 В, 18 мс;
• 500 В, 16 мс;
• 350 В, 30 мс.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение на лампе в этом режиме работы 150 вольт, что является обычным значением.

Модель 26 3U, 26 Вт, 2700К.

Список ключевых элементов КЛЛ:

Схема запуска с использованием динистора. Причина выхода из строя - перегорание одной нити накала. Частота генерации 69 кГц (200 В) – 64 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Гм, причина выхода лампы из строя ясна. В оправдание могу лишь сказать, что она отработала в два раза больше нормы (среднего значения для всех протестированных устройств). Посмотрите на абсолютные цифры, напряжение доходит до 900 вольт, причем на протяжении всего процесса вхождения в рабочий режим, который выполняется очень долго, 220 мс. Взглянем на среднюю часть графика:

Те самые срывы генерации, которые наблюдались ранее, ничего необычного. К слову, конденсатору удается продержаться дольше, он почти выдерживает условия работы – лампа же, в конце концов, все-таки запускается. Повышенный износ диэлектрика конденсатора и вызванные этим повышенные потери - обычное явление.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение на колбе 250 вольт, это абсолютный рекорд! Я бы записал это в недостатки проектирования колбы, вот только… посмотрите на ее геометрические размеры – эта лампа «старого» образца с большой колбой. Сейчас таких не делают.

При стресс-тесте сгорел второй накал, резонансный конденсатор стал очень горячий. Закорачивание нитей не помогло – напряжение поджига больше 1.5 кВ, лампа не включается. Сильный нагрев конденсатора и остальной схемы. Вывод – колбу в мусор. Жаль.

OSRAM

К сожалению, из продукции данной фирмы только две КЛЛ находились в режиме коммутации, остальные стояли в постоянно включенном состоянии.

Модель DULUXSTAR, 3U, 16 Вт, 2700К, (блок из трех штук).

Внутренне устройство у всех ламп одинаково – два блока, колба и электронный балласт, соединяемый за счет защелок на корпусе. Это было бы обычно, только электрическое соединение между частями осуществляется не методом скрутки-пайки, а с использованием некоего подобия разъема.

Это позволяет легко переставлять колбы и блоки электроники из разных ламп. Очень удобно, только сам балласт заделан так хорошо, что процесс вытаскивания легким не назовешь.

Место с названием «PTC» видите? Ну и как вам этот «PTC»? А ведь они обещали наличие в лампе цепи предварительного прогрева катодов. Вы видите эти обещания прямо перед собой. Точнее - не видите.

Другой ракурс:

Отсутствие изолирующих трубочек на длинных выводах сглаживающего конденсатора выглядит жутко. К слову, после установки балласта обратно в корпус и последующей сборки лампа не запустилась. Вы уже могли оценить качество монтажа компонентов: что-то с чем-то замкнулось, балласт перестал работать. Не ведитесь на внешний вид платы – если снаружи она выглядела очень красиво (SMD элементы, красивая трассировка, разъем подключения к колбе), то обратная сторона платы… ну, видите сами, отвратительно. И то, что балласт перестал работать после сборки - прямое тому подтверждение. Гм, фирменная продукция?… Без комментариев, излишне.

Лампа №1.

С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.

Список ключевых элементов КЛЛ:

Схема запуска с использованием динистора. Причина выхода из строя - перегорание одной нити накала. Частота генерации 48 кГц (200 В) – 44 кГц (300В).

Довольно необычно встретить сглаживающий конденсатор с напряжением 350 вольт, да еще и у продукции OSRAM. Странно, но допустимо – в нормальной сети выпрямленное напряжение не доходит до такой цифры.

Изначально (на момент снятия лампы со стенда) перегоревшим был только один накал, при выполнении стресс-теста сгорел второй.

Уточнение – осциллограммы снимались с колбой от этой лампы, но ее балласт погиб при сборке, поэтому использовался балласт от следующей лампы. Поскольку эти КЛЛ были приобретены в виде блока, то электроника в них должна быть одинаковой.

Процесс зажигания:

С конденсатором беда. Напряжение 700 вольт, в начале присутствует всплеск. Время установления нормального режима горения около 80 мс.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение на колбе 110 вольт, что меньше обычных цифр. Ну, OSRAM виднее.

Лампа №2.

С теста лампа снята с диагнозом «не включается», ток потребления 0.

Список ключевых элементов КЛЛ:

Схема запуска с использованием динистора. С катодами повторяется история предыдущей лампы - изначально был один перегоревший накал, при выполнении стресс-теста сгорел второй. Частота генерации 49 кГц (200 В) – 44 кГц (300В).

Процесс зажигания:

На картинке присутствует тот же дефект, что и у предыдущей лампы – срыв генерации. В обоих случаях был один и тот же общий элемент – электронный балласт. Коль скоро дефект срыва колебаний одинаков для разных колб, то это еще одно подтверждение предположения о том, что источником проблемы является электронный балласт, а не колба. А именно, резонансный конденсатор. На всякий случай, взглянем на среднюю часть осциллограммы:

Ну да, видели уже многократно – перезапуск преобразователя. Как видите, в OSRAM тоже «отмирают» конденсаторы.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение на колбе столько же, как и у предыдущей лампы.

Лампа №3.

Лампа была на постоянном режиме горения, 2000 часов отработаны без нареканий.

Список ключевых элементов КЛЛ:

Схема запуска с использованием динистора. Частота генерации 48 кГц (200 В) – 44 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Чистая, красивая картинка, приятно смотреть. Эта лампа полностью работоспособна, в ней ничего не сломалось (2000 часов отработаны без нареканий), а потому вы видите перед собой примерно то, как выглядит нормальная лампа OSRAM. Напряжение не превышает 500 вольт (что уникально!), но вот процесс перехода в нормальный режим горения несколько великоват, 100 мс.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение 110 вольт, что характерно для предыдущих двух ламп этой модели. Несколько меньше «обычных» 140-150 В, но, повторюсь, OSRAM виднее.

Модель DULUXSTAR, 3U, 8 Вт, E14, 2700К.

Простите, а где же модульность, где разъем, который присутствовал у предыдущей модели? Впрочем, вы видели качество исполнения этого электронного балласта, лучше уж на скрутке.

Лампа была на постоянном режиме горения, 2000 часов отработаны без нареканий.

Список ключевых элементов КЛЛ:

Схема запуска с использованием динистора. В схеме присутствует PTC, что не должно вызывать удивления, ведь это указывается в документации, вот только удивление все же присутствует. Ба, поставили-таки! Терморезистор PTC подключен параллельно конденсатору 6.8 нФ, его сопротивление 594 Ом на 23 градусах. Частота генерации 52 кГц (200 В) – 43.1 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Процесс включения очень долгий (350 мс), что не является чем-то необычным при наличии PTC. Напряжение почти все время удерживается на уровне 500 В и это вряд ли хорошо. Ранее рассматривали работу PTC у лампы Космос, для нее процесс включения выглядел гораздо лучше, высокое напряжение на колбе устанавливалось только в конце фазы включения. Кроме того, на осциллограмме отчетливо видна вторая фаза включения (200 В, 50 мс).

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение на лампе типично для продукции OSRAM, 110 В.

Модель DULUXSTAR, 3U, 11 Вт, E14, 2700К.

Лампа была на постоянном режиме горения, 2000 часов отработаны без нареканий.

Список ключевых элементов КЛЛ:

Схема запуска с использованием динистора. Частота генерации 55 кГц (200 В) – 47.6 кГц (300В). Вот как странно, у предыдущей модели был PTC, а у этой отсутствует. Конденсатор 2.2 нФ (2.12) 1200 В слегка потемнел, есть проблемы с включением.

Процесс зажигания:

Гм. Я ничего не перепутал, это действительно OSRAM, а не Космос. Лампа на последнем издыхании и должна сгореть при очередном включении. Взглянем подробнее:

Без замены резонансного конденсатора она не жилец. Может, ставить этот конденсатор на панельку и менять раз в год?

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

В стационарном режиме нет никаких особенностей. Напряжение, правда, чуть побольше, 120 вольт.

Philips

Лампы дорогие, было приобретено только две штуки.

Модель Tornado 8W, спираль, 2700К.

Деталей что-то немного, где же они? Взглянем с обратной стороны платы балласта:

А вот и терморезистор PTC! Впрочем, его наличие было видно и без разбора лампы – при подаче напряжения питания она включалась с большой задержкой (1-4 секунды).

Лампа была на режиме коммутации, единственная, которая прошла все 2000 часов (12000 циклов коммутации). Также это единственный участник с явно присутствующей схемой предварительного прогрева катодов.

Список ключевых элементов КЛЛ:

Схема запуска с использованием динистора. Довольно необычно для данного тестирования, но в этой лампе терморезистор PTC подключен параллельно резонансному конденсатору, а не одному из пары, как было в предыдущих случаях. Сопротивление терморезистора 716 Ом. Частота генерации 43 кГц (200 В) – 39.7 кГц (300В).

Процесс зажигания:

А что, все логично – вначале терморезистор холодный и шунтирует колбу. По мере его разогрева напряжение растет до пороговой величины, после чего лампа переходит в стационарный режим горения. Напряжение на колбе не поднимается выше 400 вольт, что, пожалуй, является рекордом для всех протестированных ламп. Время переходного процесса около 350 мс, но для моделей с PTC это типично. Что-то странное происходит перед переходом в нормальный режим горения, посмотрим крупнее:

Раз-два-три, видно три фазы, длительность второй и третьей примерно одинакова и выполняется примерно за 25 мс каждая.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение на лампе 140 вольт, обычная цифра.

Модель Genie 14W, 3U, 14 Вт, 2700К.

С теста лампа снята с режима коммутации с диагнозом «не включается», ток потребления 0.

Список ключевых элементов КЛЛ:

Схема запуска с использованием динистора. Причина выхода из строя – сгорели обе нити накала. Странно, уничтожение обеих нитей я видел только на отдельных моделях «GamBiT». Может, случайность? Необычно встретить комбинацию из 13003 и TO-92. Но это хорошая «смесь», в отличие от вариаций «13002+…». Частота генерации 50 кГц (200 В) – 40 кГц (300В).

Процесс зажигания:

Да уж. Теперь нет никаких вопросов о причине перегорания нитей накала. Впрочем, посмотрим поближе, может присутствует что-то особенное?

Все то же, что уже встречалось во множестве у продукции «Космос». А вдруг постоянное напряжение питания 300 вольт чрезмерно и лампа будет устойчивее запускаться при пониженном напряжении питания? Стоит проверить, поставив 200 вольт:

Стало еще хуже. К слову, я многократно проверял КЛЛ предыдущих моделей на запуск при пониженном напряжении питания и постоянно наблюдал только ухудшение картинки запуска, по сравнению с напряжением питания 300 вольт.

Посмотрим на эти импульсы подробнее, последняя лампа обзора и можно позволить себе немного расслабиться:

Всплеск пробоя, преобразователь начинает работать, потом срыв.

Стационарная работа при напряжении питания 300 В (слева) и 200 В (справа):

Напряжение на лампе 110 вольт, ничего необычного не наблюдается.

Параметры резонансного контура и мощность лампы

Нам известны характеристики резонансных элементов ламп, из этих данных можно вычислить расчетную мощность балласта устройства. Ранее обсуждались характеристики резонансного контура типа RLC, из чего можно сделать несколько наблюдений, если говорить о работе на резонансной частоте:

• Напряжение на нагрузке возрастает по мере увеличения сопротивления нагрузки;
• Чем больше номинальное сопротивление нагрузки, тем больший ток протекает в резонансных элементах контура.

Первый случай интересен только в начальном режиме пробоя, в дальнейшем на колбе устанавливается напряжение относительно небольшой величины. Второе наблюдение просто вредно для схемы - большие ток и напряжение на резонансных элементах вызовет их сильный нагрев и поломку, я уж не говорю про рабочие мощности на транзисторах. А значит, сопротивление нагрузки должно как-то гармонировать с номиналами реактивных элементов. В этом случае проще вести разговор о добротности контура, а именно - о соотношении сопротивления нагрузки к импедансу контура (R / Z).

При расчетах обычно закладывается добротность, равная единице, то есть сопротивление нагрузки совпадает с импедансом контура. Но люминесцентная лампа является нелинейным элементом и напряжение на ней уменьшается по мере увеличения тока. Для простоты расчетов (все равно они весьма условны) можно заложить типичное напряжение горения люминесцентной лампы в 120 вольт. Для маломощных ламп с небольшой колбой это напряжение несколько меньше, а для мощных больше и, чаще всего, укладывается в диапазон 90-140 В.

Для наглядности я собрал данные по реактивным элементам протестированных ламп в одной таблице. Здесь же размещены и столбцы с вычислениями некоторых величин (отмечены знаком «*»).

Если взять «фирменные» лампы, то расчеты предполагаемой мощности довольно точно совпадают с реальными мощностями ламп. Среднее расхождение составляет десять процентов, максимальное не выше двадцати.

Если же посмотреть «бюджетные» лампы, то можно наблюдать довольно интересные вещи:

• Старт: Для модели 23 Вт - расчетное 17, получено 22.4; модель 26 Вт - расчетное 20, получено 23. А что, логично - 17 в 22.4, ровно как 20 в 23. Эта арифметика вообще-то не слишком удачная и будет работать только в том случае, если на колбе последует повышенное напряжение. Если посмотреть осциллограммы ламп этой торговой марки, то там действительно напряжение несколько больше обычного.
• Космос: В основном, расчетная мощность колеблется около цифры 12 Вт и только одна лампа, самая маломощная (9 Вт), с рабочей мощностью меньше означенной цифры – но только на ней удается получить мощность потребления, заявленную производителем (даже немного больше). К слову, на этой лампе значительно снижено рабочее напряжение (пиковое 100 В), это подтверждает приведенные выкладки. Что до остальных ламп, то они недобирают мощность до номинальной. Причем, чем больше отличается рабочая мощность лампы и расчетная от параметров реактивных компонентов, тем выше степень потери реальной мощности. Или я ничего не понимаю, или кто-то совсем не стал считать балласт при проектировании.
• Экономка: Расчетная мощность 14 Вт, на лампе удалось получить только 11 Вт. Одно из двух - или колба рассчитана не на 120 вольт, а на меньшее напряжение, или начинают сказываться какие-то другие факторы, например сдвиг рабочей частоты преобразователя с резонансной. Впрочем, между «14» и «11» разница всего лишь 27 процентов, а проводимые расчеты довольно условны.
• GamBiT. Собственно, ради него и затевался весь этот разговор.

По моделям GamBiT:

• RF 051 (9 Вт): Расчетная мощность 6.9 Вт, реальная 6.5 Вт.
• RF 049 (13 Вт): Расчетная мощность 7.7 Вт, реальная 7.6 Вт.

Остальные модели не столь интересны, у них не наблюдается столь фатальное падение мощности. Ну и о чем говорят произведенные вычисления? Лампы 9 Вт не могут светить на свои 9 Вт просто потому, что балласт рассчитан только на 7. То же относится и к модели 13 Вт, но сами цифры выглядят еще «веселее».

Пульсации

Лампы работают от электронного балласта, из этого факта некоторые обозреватели делают вывод, что КЛЛ излучают свет без какого-либо мерцания. То есть их яркость неизменна. Это было бы здорово, но почему из факта наличия электроники делается столь сильный вывод? Потому, что вокруг нас куча блоков питания на сеть 220 вольт и устройства работают только от стабильного напряжения? Увы, КЛЛ работают вовсе не от «напряжения питания компьютера», например, и за его стабильность никто не отвечает.

Будет оно пульсировать, ну и что? Кроме как вреда зрению, других последствий не будет, зато экономия на некоторых компонентах сразу принесет выгоду производителю. А проблемы покупателя - это их личные проблемы и производителя не интересуют. Если взять «Постановление № 602», то там про уровень пульсаций светового потока сказано «». Я процитировал всё, что приведено по данному вопросу, правда, содержательно? Коль скоро в требованиях ничего нет, то исполнять производитель ничего не обязан. Мало того, что «не обязан», так еще и сэкономить можно на электронике... думаю, дальше фразу можно не продолжать.

Кроме высказанных рассуждений есть и четкие ограничения, которые оказывают влияние на уровень пульсаций светового потока. А именно, в «Постановлении №602» содержится следующий текст:

5. Установить следующие минимально допустимые значения коэффициента мощности: [...]
в отношении компактных люминесцентных ламп мощностью от 5 до 25 Вт - не менее 0,5;

И далее:

в отношении компактных люминесцентных ламп мощностью более 25 Вт - не менее 0,85.

В обычных КЛЛ с мощностью до 25 Вт для выпрямления переменного сетевого напряжения используют диодный мост со сглаживающим конденсатором. Такое схемное решение надежно, обеспечивает заданные характеристики устройства и просто в реализации, но вот беда – характеризуется посредственным коэффициентом мощности, чуть больше 0.5. Причем, чем больше емкость сглаживающего конденсатора, тем ниже коэффициент мощности, а потому производителю невыгодно увеличивать емкость сглаживающего конденсатора - в итоге лампа может не удовлетворить требованиям нормативов и ее нельзя будет продать.

Дабы не быть голословным, посчитаем отношение емкости на ватт для представленных ламп. Последний столбец расчетный и показывает предполагаемый уровень пульсаций напряжения питания электронного балласта. Если опустить несущественные нюансы, то примерно такой величины должен быть уровень мерцания ламп.

GamBiT

Экономка

Космос

Старт

OSRAM

Philips

Гм, наглядное подтверждение высказанного ранее предположения - фирменные лампы хуже относятся к уровню мерцания. Для продукции «GamBiT» уровень пульсаций колеблется около отметки в 20%; «Космоса» - уже 26% (для более новых моделей 33%); «Экономка» - «OSRAM» - «Philips» - 28-33%. Все довольно логично, но как оказалась «Экономка» в одном строю с именитыми фирмами?

Продукция «Старт» обеспечивает относительно низкий уровень пульсаций, порядка 20% (как и у «GamBiT») и, скорее всего, данное свойство определяется тем, что это уже относительно старые лампы и болезнь «высокого коэффициента мощности» их тогда еще не затронула.

Расчеты показывают довольно высокий уровень пульсаций, а что же в реальности?

Измерение общих характеристик КЛЛ выполнялось на лампе с предполагаемым уровнем пульсаций 27% (Космос, 25 Вт, 4200К), нет никаких препятствий провести измерение стабильности светового потока. Для чего берется фотодиод с резистивной нагрузкой (для преобразования фототока в напряжение) и подключается к осциллографу.

Были получены следующие результаты:

Слева приведены данные замера КЛЛ, cправа – лампы накаливания 100 Вт. Величина пульсаций примерно одинакова, но у люминесцентной лампы явно присутствует характерная нелинейная форма колебаний, у лампы накаливания получился нормальный синусоидальный сигнал. Вообще-то, так и должно быть - уровень излучения КЛЛ пропорционален напряжению питания преобразователя, а ему свойственен быстрый заряд сглаживающего конденсатора от выпрямленного синусоидального напряжения сети с последующим медленным спадом из-за разряда.

В лампе накаливания нет каких-либо электронных компонентов и снижение интенсивности мерцания связано с тем обстоятельством, что нить накала обладает большой инерционностью и не успевает значительно остынуть/нагреться при изменении питающего напряжения. При разговоре о люминесцентных лампах и уровне мерцания принято вспоминать об инерционности люминофора. Никаких проблем, осциллограф способен показать и более высокочастотные колебания интенсивности светового потока, если он есть. После отключения в приборе фильтрации ВЧ-составляющих получаем следующую картинку:

Ну что же, частота сигнала (13 мкс) как раз соответствует рабочей частоте преобразователя, амплитуду колебаний хорошо видно на картинке. Коль скоро наблюдаются столь высокочастотные колебания, то о существенной роли послесвечения люминофора в борьбе с мерцанием можно не беспокоиться.

Что до самого уровня пульсаций, то осциллограмма показывает их уровень как 19 процентов. Гм, предполагалось 27, а измерено 19 – значит, в вычислениях или логике самих расчетов содержится ошибка. Или все же нет? При выполнении расчетов за мощность потребления преобразователя электронного балласта бралась цифра, декларируемая производителем. В действительности же реальная мощность потребления этой лампы 18 Вт, вместо заложенной в расчетах «25», а потому уровень пульсаций должен быть несколько меньше: 27 * (18/25) = 19.5 (%). Так что, цифры совпадают, это не ошибка.

Коль скоро за уровень мерцания отвечает величина емкости сглаживающего конденсатора, то можно проверить меру его влияния путем увеличения частоты напряжения питающей сети. Если частота сети будет выше, то пропорционально этому снизятся пульсации напряжения питания электронного балласта. Наверно, стоит заснять пульсации света в динамике, ведь цифры – это одно, а запись реально происходящего действия - совсем другое. Я сделал два видеофрагмента, построенных по одному и тому же принципу – первую половину частота питающей сети сильно повышена (500 Гц), а по прошествии этого интервала времени она возвращается в свое номинальное значение (50 Гц).

Пожалуйста, приведу видеофрагменты лампы накаливания (13 секунд, 190 Кбайт) 100 Вт и КЛЛ (24 секунды, 249 Кбайт). Вид и заметность мерцания у лампы накаливания и данной люминесцентной лампы примерно одинаковы (у КЛЛ скорее чуть меньше), что совпадает с измерениями, выполненными ранее. Хочу отметить, что видеокамера сильно «приукрашивает» заметность мерцания из-за отличия частоты захвата кадров (30 Гц) от частоты сети (50 Гц), что вызывает массу субгармоник вида 50-30, 50*2-30, 50*2-30*2, 50*30*3…, которые повышают заметность мерцаний. Глаз человека не обладает явной (и низкой) частотой захвата изображения, а потому субгармоники не проявляются столь сильно. Но, эти мерцания существуют, мозг их воспринимает. Поэтому свет КЛЛ всегда не такой «хороший», как, например, у низковольтных «галогенок», у которых очень толстая нить накала, а потому уровень мерцания крайне низок.

Кстати, в начале видеороликов, пока частота сети была очень высокой, вы наблюдаете какие-нибудь мерцания или другое изменение яркости свечения? Я не вижу. Это говорит о том, что «сама по себе» колба излучает свет довольно стабильно без явных флуктуаций.

На этом можно было бы завершить вопрос мерцания, но мы разбирается в вопросе устройства КЛЛ, а не выпускаем обзор. Коль подняли вопрос, то его надо рассмотреть полностью. Итак, с обычными схемными решениями всё ясно – емкость сглаживающего конденсатора определяет уровень пульсаций, причем номинал этой емкости становится все меньше и меньше, уровень мерцания - соответственно. Мне кажется, будь воля производителя, их бы вообще не ставили, но плазма может погасать при переходе синусоидального напряжения сети через 0. Электроника-то работать будет, посмотрите схему электронных балластов для «галогенок» - схема «1 в 1» повторяет балласт КЛЛ, только на выходе поставили трансформатор вместо дросселя и убрали сглаживающий конденсатор после выпрямительного диодного моста.

Собственно, ради шутки, я переделал балласт от «умершей» КЛЛ (Старт 26 Вт) для питания «галогенки» (12 В, 35 Вт) и всё работало без каких-либо проблем. Но, увы, это была лишь шутка, светоотдача «галогенки» ниже КЛЛ и получившийся внешний вид лампы, особенно ее точечный характер источника света, плохо вписывался в интерьер. Все же, под КЛЛ требуется свой тип люстр, а под «галогенки» свой. Впрочем, я опять отвлекся, извините.

Если вам не нравится видеть уровень мерцания 33 процента для качественных КЛЛ, то вынужден вас расстроить – это еще очень хорошие цифры. Вроде бы «Постановление №602» должно стоять на страже интересов потребителей, но, в действительности, эти требования подталкивают производителей на некрасивые действия. Одно из них вы уже наблюдаете – емкость сглаживающих конденсаторов снижается, что прямо вредит нашим глазам! В «Постановлении №602» игнорирован параметр «мерцание», зато прописан мало кому интересный «коэффициент мощности». Потребитель платит только за активную мощность, поэтому «коэффициент мощности» интересует только компании поставщиков электроэнергии. Впрочем, тогда все ясно, эти компании что-то значат для государства, а здоровье населения – это прибыль индустрии медицины. Я понимаю, но… но все так.

В требованиях «Постановления №602» оговаривается, что мощные КЛЛ должны быть с коэффициентом мощности не хуже 0.85 (цитату я приводил ранее). Это явно подразумевает наличие в таких лампах какой-либо разновидности PFC. Статью читают люди грамотные, поэтому сокращение «PFC», как и что это такое, разъяснять нет необходимости. Сдается мне, что «Постановление» рассчитывает на то, что производители стройными рядами будут ставить APFC. Ну да, это будет просто здорово – блок APFC на специализированном контроллере и автогенераторный преобразователь балласта. Или что полностью переходить на интегральное решение? А увеличение стоимости (и цены!) лампы в два-три раза не хотите? Впрочем, я уже как-то встречал application note, в которых предлагается использовать для мощных ламп PPFC. Типичное схемное решение выглядит следующим образом:

Диоды D1-4 – обычный диодный мост, выпрямляющий переменное сетевое напряжение в однополярное пульсирующее. А вот следом за ним собрано нечто необычное. В схеме присутствует два конденсатора вместо одного и некоторый набор диодов. Всё это сделано для того, чтобы обеспечить повышенный коэффициент мощности. А именно, заряд конденсаторов С1 и С2 происходит при их последовательном подключении, обратите внимание на проводимость диода D6. Это означает, что каждый конденсатор заряжается только до половины от величины напряжения сети (то есть 150 вольт). Разряд конденсаторов в нагрузку выполняется одновременно, для чего используются диоды D5 и D7, причем совместно. Такой прием применен с целью снижения тока заряда конденсаторов и снижения их емкости.

Дело в том, что большую часть времени схема работает прямо от выпрямленного напряжения сети без использования сглаживающих конденсаторов, и лишь небольшой промежуток времени, когда синус питающего напряжения опускается ниже 150 вольт, открываются диоды D5, D7, и сглаживающие конденсаторы начинают отдавать запасенную энергию в блок преобразователя. Попробуем прикинуть уровень пульсаций данного решения. Коль скоро напряжение на сглаживающих конденсаторах не может быть больше половины максимального выпрямленного напряжения сети, то девиация напряжения питания преобразователя будет никак не меньше двух раз. А с учетом конечной емкости устанавливаемых конденсаторов и явного отсутствия места в КЛЛ, этот коэффициент можно смело увеличить до двух с половиной-трех раз.

Если напряжение питания балласта меняется в три раза, то какой уровень мерцания будет у данной КЛЛ? Сделайте к тому поправку, что при снижении энергии в колбе может изменяться режим горения, что предполагает еще больший коэффициент мерцания. Как вам такая борьба за интересы поку… извините, оговорился, производителя?

Но и это не всё. Издевательства на тему *PFC могут быть только в мощных лампах, «Постановление №602» оговаривает это требование для КЛЛ с мощностью потребления больше 25 Вт. Если брать менее яркие лампы, то по поводу мерцания можно особо не беспокоиться? Увы, бывают и проколы, причем в дорогих решениях. Существует ряд КЛЛ, которые адаптированы для работы с обычными (тиристорными) светорегуляторами.

Для этого применяют довольно сложное схемное решение, разбирать которое ни к чему ввиду его очевидной ненужности, но у данного решения есть один нюанс, который важен для рассматриваемого вопроса – практически отсутствует сглаживающий конденсатор. Никто не будет воспринимать серьезно емкость 1-2 мкФ для КЛЛ 25 Вт в качестве элемента сглаживания мерцания и да устанавливается она только для того, чтобы преобразователь не останавливался при переходе напряжения сети через 0. Впрочем, я не хочу сказать, что все КЛЛ с возможностью работы на обычных светорегуляторах построены по подобной технологии, но – что есть, то есть. А именно, польстились на спецификации, купили дорогую фирменную лампу и… вот вам по глазам.

Пока всё.

Вывод

К сожалению, КЛЛ это наше настоящее, и с этим приходится жить. Светодиодные решения не панацея, причем автор этих строк относится с крайним пессимизмом к тем светодиодным технологиям, что присутствуют на рынке.

Что до анализа электроники и прочего – думаю, вы, уважаемый читатель, сами уже сделали свой вывод, а потому мне добавить нечего. Ремонт КЛЛ бесполезен, зачастую источник проблемы находится в колбе. Исключение составляют модели «Космос», где устанавливают заведомо неподходящий резонансный конденсатор, а потому их продукция не может выдержать сколь-нибудь значительное количество включений априори.

Стоит упомянуть «GamBiT» – их хорошо приобретать ради деталей для ремонта, не более того. Причем, колбу следует сразу выбрасывать – это просто брак. Наверно, занимательно будет смотреться процесс покупки в магазине – взял лампы, отошел от кассы, отковырнул колбы и покидал в загончик для утилизации. Электронный балласт у них весьма неплох, чего не скажешь о «Космос и сотоварищи». Почему я завел об этом речь? Я как-то посмотрел стоимость транзисторов «13001-13003» в нормальных магазинах радиодеталей и был неприятно поражен. Дешевле купить одну лампу GamBiT, чем два транзистора. Примите к сведению.