В пику посту #15
Я не могу понять, почему снова стал вопрос применения умножителя напряжения для запуска и питания ЛДС. Пока не придумали электронные балласты, умножители были некоторой альтернативой. Но даже тогда, их применение было ограничено случаями, когда нужен свет без предъявления требований к экономичности и качеству освещения.
Вернее, понять то можно – электронные балласты с лампой дороги, а отдельно не продаются (почему бы ни начать мелкосерийное производство, а?), самостоятельное же изготовление сопряжено с некоторыми трудностями (в этом нужно разбираться).
Хотя, наверно, вопрос умножителей для ЛДС просто не снимался…
В принципе, я не против развития альтернативы стандартным устройствам запуска или электронным балластам, но только при некотором условии. Новое устройство должно обеспечивать потребительские качества не хуже стандартных устройств. Переплюнуть электронные балласты вряд ли удастся, по этому, альтернативные устройства питания и запуска ЛДС будут находиться между стандартным дросселем и электронным балластом.
Почему ЛДС не получили широкого распространения в быту, несмотря на экономичность, почти дневной спектральный состав света и отсутствие тени, не высокую температуру баллона лампы, увеличенный срок службы? Вы и сами знаете – мерцание, связанное с низкой инерционностью применяемых люминофоров. Оказывается, глаза тоже имеют низкую инерционность, а кажущаяся равномерность при мерцании с частотой выше 24 Гц обеспечивается мозгом. Мозг же, видит практически любое мерцание, даже на много более высоких частотах. При длительном воздействии мерцающего света мозг утомляется, и наступают психические расстройства. По этому, медицинскими нормами разрешено использовать ЛДС только для общего освещения. Частично, мерцание устраняется запитыванием соседних ламп в противофазе, увеличением количества светильников и подвеса их на высоте, не ниже некоторой (уже не помню сколько). При частоте питающей сети 50 Гц, частота мерцаний лампы – 100 Гц. Но только в середине баллона лампы. На краях, у спиралей, эта частота равна 50 Гц. Это не я заметил или вычислил, где-то прочитал.
При использовании стандартного дроссельного балласта, срок службы обычной ЛДС составляет (по данным разработчиков) примерно 5000 часов. Реально, он может быть как больше, так и меньше. Зависит от качества самой лампы, элементов балласта, условий эксплуатации и качества питающей сети.
Альтернатива стандартным балластам – преобразователи и умножители. Преобразователи применяются с автономными источниками тока, а умножители – как способ продлить жизнь лампы. Заметьте – не срок службы, а именно жизнь. Так как этот способ позволяет зажечь частично неисправную лампу – с оборванной одной или двумя спиралями или потерей эмиссии, но качество света, практически, теряется. С умножителем лампа работает на постоянном токе, точнее, на пульсирующем токе – напряжение на лампе имеет одну полярность, да ещё и меняется с частотой 50 Гц, а не 100 Гц, так как все умножители являются однополупериодными выпрямителями.
Использование умножителя для питания новой лампы резко сокращает её срок службы – официальная цифра 50%. К тому же, при питании постоянным током, уже через несколько часов работы появляется катодофорез – смещение светящейся области к краю лампы. Световой поток, и без того низкий, падает ещё больше, а потребляемая мощность остаётся на том же уровне. Да и вообще, экономичность ЛДС с умножителем смехотворна. Рекомендуемые балластные сопротивления в виде ламп накаливания или резисторов «съедают» львиную долю электроэнергии, а без них включать лампу нельзя.
В результате, ЛДС с умножителем имеет сокращённый на 50% срок службы (реально, ещё меньше), меньший световой поток при паспортном значении тока (а как же экономичность?), явно заметное мерцание.
Выходит, что обычная дроссельная схема проще и лучше, по качеству освещения, чем схема с умножителем. А недостаток мигания лампы при включении устраняется заменой обычного стартера электронным.
По этому, применение умножителя имеет смысл только с не рабочими (в обычном режиме) лампами в местах, где к качеству освещённости и экономичности не предъявляются вообще ни какие требования.
Схема, предложенная Vovik-ом, несколько лучше обычных умножителей. Она устраняет один из их недостатков – питание пульсирующим током. В результате – отсутствие катодофореза и увеличение до 100 Гц частоты мерцания светового потока. При этом, только за счёт двух дополнительных деталей (2 конденсатора). При этом, правда, в момент зажигания через лампу протекает импульс тока большой величины, практически ни чем не ограниченный. Амплитуда импульса зависит от напряжения, до которого был заряжен конденсатор, перед зажиганием лампы. Так как напряжение поджига холодной лампы находится в пределах 600 – 2000 В, а сопротивление ионизированного газа в лампе почти нулевое, то импульс тока через лампу может достигать сотен ампер. Одно радует – длительность импульса не превышает одной миллисекунды. Опять же, зависит от сопротивления лампы в момент пробоя в газе. Так как напряжение пробоя сильно зависит от температуры, влажности и давления окружающей среды, то при изменении этих параметров будет меняться и амплитуда броска тока.
Зажигание холодной лампы резко сокращает срок её службы. Это недостаток всех умножителей. Данная схема не лишена этого недостатка. Наоборот, ни чем не ограниченный бросок тока при поджиге лампы, только усугубляет ситуацию, сокращая ещё больше срок её службы. Возможно, энергии импульса не достаточно для повреждения лампы, но спираль будет испытывать большие физические нагрузки.
Ещё один недостаток холодного поджига ЛДС – односторонняя проводимость. Это когда при синусоидальном напряжении на лампе, через неё протекает ток только в один из полупериодов – ЛДС работает как диод. Пульсации светового потока лампы увеличиваются и имеют частоту 50 Гц. При увеличении тока до номинального, или с прогревом лампы, эффект пропадает. То есть, в обычном режиме, стандартной схемой включения и исправной лампе, такой эффект не возникает. Он может проявиться при потере эмиссии или выгорании одного из электродов лампы (видимо, из за нарушения симметричности электродов). При этом, световой поток лампы уменьшается.
Выходит, что данная схема, хотя и лучше обычных схем с умножителем, хуже стандартной дроссельной схемы – сложнее и значительно сокращает срок службы даже новой ЛДС, почти приближаясь к ресурсу хорошей лампы накаливания.
Схему, правда, можно упростить, удалив два диода и два конденсатора (те, что справа).
После этого умножитель обеспечивает 1100В. Это больше чем было.
Упрощённая схема приводится.
Конденсатор 0,5 мкФ нужен только для обеспечения синусоидальных тока и напряжения питания лампы. Уменьшение номиналов всех конденсаторов (кроме 2,0 мкФ) до 0,01 мкФ уменьшает напряжение умножителя до 600 В.
После зажигания, ток лампы определяет конденсатор 2,0 мкФ (130 мА). Ток умножителя не превышает 10 мА (действующее значение).
А теперь возьмём схему электронного балласта, какой ни будь, дешевой китайской лампы.
Её инвертор работает на частоте не менее 25 кГц. Такие пульсации уже ни один глаз не уловит. Да и ловить уже нечего. Инерционность люминофора на такой частоте очень большая. Он просто светит без мерцания. При этом световой поток лампы возрастает, примерно, на 30%, при том же рабочем токе. В основном, за счёт приэлектродных областей. Лампа светит более равномерно по всей площади баллона.
Лампа включается так, что её ток протекает и через спирали (хотя бы одну). Этим обеспечивается хоть кратковременный прогрев, и облегчается поджиг. Правда, на высоких частотах газ ионизируется при более низких напряжениях и, даже, при отрицательных температурах. По этому, лампа даже с закороченными обеими спиралями испытывает значительно меньшие нагрузки при зажигании, что положительно сказывается на её сроке службы. Правда, закорачивать обе спирали не рекомендуется, так как в случае потери эмиссии лампой, или при включении электронного балласта без лампы, возможен пробой некоторых элементов схемы.
В более сложных инверторах, с применением специализированных микросхем, такая ситуация исключается, так как схема следит за током в цепи лампы, определяет её отсутствие, и выключает инвертор. В таких балластах, дополнительно реализуется специальный алгоритм включения – сначала прогрев, затем поджиг при пониженном напряжении, затем плавный, в течение 1-2 минут, выход на рабочий режим. Срок службы таких ламп достигает 15000 часов с качественными лампами, и не менее 5000 часов с обычными.
Лампы с электронным балластом, действительно, экономичны. Лампа питается от инвертора через резонансную цепь. КПД такой схемы может быть не менее 90%.
Мгновенное включение и возможность регулирования яркости, зажигание при пониженном напряжении сети и независимость светового потока от колебаний напряжения питания только улучшают потребительские качества таких светильников. Получается, что электронный балласт полностью устраняет недостатки стандартной схемы включения, улучшает характеристики, добавляет новые качества.
Всё упирается в сложность схемы. Отдельно, электронные балласты не производятся, а продаваемые вместе с лампами стоят дорого. Самому собрать – нужно уметь. Стоимость же деталей не превышает 3-5 американских рублей. Применение специализированных микросхем немного удорожает схему, но облегчает сборку даже неопытному.