Каждая энергосберегающая и светодиодная лампа – это устройство, оснащенное источником вторичного электропитания. Специфика исполнения источника и его технические параметры определяются общесистемными требованиями к устройству в целом и условиями его эксплуатации. В общем случае источники вторичного электропитания – это преобразователи первичной энергии в энергию, пригодную для работы устройства, наделенного определенными пользовательскими функциями. Дополнительной, часто безусловно необходимой функцией источника электропитания может быть обеспечение гальванической развязки между источником первичного напряжения и нагрузочными цепями.

Промышленные настольные светильники с электронным запуском (балластом) довольно распространены и популярны из-за удобства регулировки угла наклона и устойчивости на струбцине. На моем рабочем столе светильник работает годами. Некоторые экземпляры на моей практике проработали более 10 лет с одной лампой – при частоте использования 2–3 часа в сутки.

Для примера рассмотрим настольный энергосберегающий светильник малой мощности с рефлектором.

 

2.1. Восстановление неисправных светильников

Внутри «черного ящика» (рис. 2.1), кроме энергосберегающей лампы 11 Вт (и силой светового потока 800 лм) фирмы Feron с цоколем G23 и размерами 19x32x237 мм, установлен электронный балласт (ЭПРА – электронный пускорегулирующий аппарат), который в некоторых случаях называют адаптером питания, или преобразователем напряжения.

ЭПРА представляет собой однотактный генератор на 2 транзисторах типа 13002 с частотой примерно 40 кГц, нагруженный на повышающий трансформатор. Такая частота мерцания практически не заметна на глаз, что становится дополнительным фактором удобства светильника.

Но когда лампа в таком светильнике самопроизвольно гаснет, невольно задумываешься, в чем тут дело, и начинаешь вникать.

В большинстве случаев (80 % от числа отказов) выявлялся один и тот же недостаток (причина неисправности) адаптера энергосберегающей лампы (ЭПРА) – обрыв ограничительного резистора на самом входе схемы.

Рис. 2.1. Вид настольного светильника фирмы Feron

Этот анализ часто повторяющихся неисправностей дал основание предполагать, что простым способом, без покупки и последующей замены дорогостоящих элементов схемы, таких как транзисторы 13002 и повышающий трансформатор на ферритовом сердечнике, можно вернуть такие светильники в исправное состояние. Раньше, когда мне приносили в ремонт такие светильники, я действительно выпаивал транзисторы 13002, составляющие вместе с элементами схемы и диоды типа 1N4007, проверяя их.

Однако с опытом пришел к тому, что этого вовсе делать не следует, ибо слабое звено данного светильника – вовсе не полупроводники и даже не повышающий трансформатор, а резистор, выявить который можно, проверив последовательно «прохождение» тока от места подключения проводов (напряжение осветительной сети 220 В).

После резистора, обозначенного на плате R1, напряжения нет. Проверка работоспособности элементов, установленных на печатной плате (см. рис. 2.2), осуществляется с помощью омметра. В моем случае был применен стрелочный тестер 7001, а для точного определения сопротивления вновь устанавливаемого резистора – цифровой (М830).

Также я неоднократно замечал, что при замене ламп разных фирм, производителей (разные названия, но все производства КНР) не всякая лампа с той же мощностью работает стабильно. К примеру, лампы Philips работают устойчиво, зажигаясь сразу после подачи питания, а лампы Ferron включаются с несколькими «фальш-стартами», мигая в течение 10…30 секунд.

Рис. 2.2. Открытый корпус светильника с печатной платой ЭПРА

И все это время нестабильного запуска со стороны цоколя лампы заметно слабое искрение.

Проверив с помощью нескольких разных ламп и полностью исключив возможность плохого контакта в цоколе, я подпаивал проводники непосредственно к контактам лампы и… получал тот же эффект. Значит, лампы разных производителей, формально подходящих под определения одной и той же мощности, размеров и светового потока, все же отличаются. И возможно, на электронный балласт действует разная нагрузка при подключении, казалось бы, аналогичных ламп, что и является причиной выхода из строя его отдельных (дискретных) элементов.

После выявления неисправного элемента его надо заменить.

Вместо неисправного «штатного» резистора R1 (в обрыве) с сопротивлением 91 Ом и мощностью рассеяния 0,125 Вт устанавливается новый, с «повышенной» мощностью рассеяния 0,5 Вт и сопротивлением 47 Ом. Место нахождения R1 на стандартной плате ЭПРА настольного светильника показано на рис. 2.3.

После доработки настольный светильник стал еще более надежен.

Во-первых, мы установили резистор с «повышенной» мощностью рассеяния, что теперь дает дополнительную гарантию устройству при его длительной работе даже в круглосуточном режиме, во-вторых, незначительно уменьшив его сопротивление, мы увеличили ток в цепи, то есть повысили максимально возможную мощность электронного балласта (ЭПРА) данного светильника. Что не замедлило сказаться и при последующих экспериментах с лампами разных производителей.

Рис. 2.3. Резистор R1, подлежащий замене, выделен красным

Теперь все подключаемые на штатное место лампы с заявленной производителем мощностью 11 Вт зажигаются (не мигая) и работают стабильно.

Таким образом, предлагаемая простая доработка и как рацпредложение, и как способ ремонта имеет важный смысл.

На рис. 2.4 представлен вид после доработки с введением нового резистора взамен неисправного.

Но даже если отремонтировать настольный светильник с энергосберегающей лампой мощностью 11 Вт указанным способом не удастся, проверьте транзисторы, диоды и трансформатор; простая схема однотактного генератора вполне позволяет это сделать.

Трансформатор содержит две обмотки; на первичную воздействует импульсное напряжение с амплитудой около 6,6 В, а на вторичной, к которой двумя контактами непосредственно подключается энергосберегающая лампа, выходное напряжение составляет 230 В. Поэтому проверить обмотки на обрыв или короткое замыкание несложно.

Рис. 2.4. Плата с новым резистором

И в самом крайнем случае, если не помогло и это, но «старая» настольная лампа вам дорога как память, или ее необходимо сохранить по другим причинам, примените готовый преобразователь-адаптер из… другой энергосберегающей лампы с «классической» колбой. Такую (лампу с цоколем Е14 или Е27 с ЭПРА) без особого труда можно приобрести в магазине за 60-100 рублей, в то время как отдельная плата адаптера для рассмотренного типа светильника (по результату моего поиска в глобальной сети) вообще не продается, а сам светильник в магазине стоит более 700 рублей. В этой замене я вижу определенный экономический смысл, а кроме того, и применение своему радиотехническому опыту.

Причем у вышедшей из строя (не зажигающейся после нескольких лет эксплуатации) энергосберегающей лампы со стандартным цоколем Е27, освещавшей определенный участок и вашего жизненного пути, преобразователь (ЭПРА), скорее всего, исправен, поэтому не спешите выбрасывать «перегоревшие» энергосберегающие лампы в утиль.

Аккуратно разберите пластмассовый цоколь (как правило, он поддается с помощью отвертки и поворота на 10… 15° вокруг своей оси), отпаяйте проводники от цоколя и стеклянной трубки и вытаскивайте адаптер-преобразователь для дальнейшего использования в своем хозяйстве (или на детали). Этот же адаптер (ЭПРА с мощностью, рассчитанной на лампы 8-20 Вт, – эквивалент 60-100 Вт ламп накаливания).

На рис. 2.5 представлен корпус энергосберегающей лампы для бытового предназначения с электронным балластом, который можно подключить вместо рассмотренного выше и пришедшего в неисправность настольного светильника – замкнув на плате ЭПРА контакты для подключения одной колбы (там подключаются две колбы и схема ЭПРА организована с последовательным подключением).

Рис. 2.5. Внешний вид платы ЭПРА (электронного балласта) из обычной энергосберегающей лампы с цоколем Е27

Рекомендованную доработку сможет сделать практически каждый рачительный хозяин в своем доме, хоть немного знакомый с электротехникой.

Внимание, важно!

При разборе перегоревшей энергосберегающей лампы хотел бы предостеречь от опасности разбивания (нарушения целостности) стекла колбы: внутри стеклянной трубки ртуть, которая имеет свойство накапливаться в организме и вредит ему (опасна для человека). Но если стекло не повреждено – опасности нет.

Долговременность работы (и, косвенно, надежность лампы) связана с количеством включений/отключений и температурой окружающего воздуха.

К примеру, могу ответственно констатировать на моем экспериментальном примере, что при температуре воздуха ниже -10 °C световой поток снижался почти в 2 раза (фиксировалось визуально).

Очевидно также, что применение таких ламп на улице, для освещения придомовой территории и подсобных помещений, где температура мало отличается от уличной, неэффективно в условиях суровых зим, поэтому сегодня для уличного освещения применяют экономичные светодиодные, а также «неэнергосберегающие» ртутные и натриевые лампы. Бесспорным «плюсом» можно считать лишь то, что энергосберегающие лампы пожаробезопасны относительно ламп накаливания, поскольку температура их колбы при работе не превышает 60 °C.

В качестве электронных ключей (усилителей тока) в балластах небольшой мощности (до 15 Вт) применяются мощные биполярные транзисторы с минимальным уровнем потерь мощности (до 0,5 Вт на транзистор). Это транзисторы BUL45D2, BUL38D, BUL39D, MJE18004D2, MJE13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009.

Мощные биполярные транзисторы типов MJE18004D2, MJE13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009 (последние – фирмы Motorola) выпускают многие зарубежные фирмы-производители, поэтому вместо аббревиатуры MJE могут присутствовать в маркировке транзистора символы ST, РНЕ, KSE, НА, MJF и др.

Типичная неисправность ЭПРА заключается в том, что если эксплуатировать такой светильник с лампой даже небольшой мощности (8 Вт) для подсветки аквариума в режиме 12 часов в сутки, он выходит из строя через полгода-год эксплуатации. А между тем и ЭПРА, и сами энергосберегающие лампы могли бы служить дольше…

 

2.2. Восстановление перегоревших энергосберегающих ламп

 

Как правило, большинство «перегоревших» энергосберегательных ламп «больше не зажигается» из-за перегорания одной или обеих разогревающих нитей (накала) – контактов на торцах стеклянной трубки; такую неисправность можно выявить обычной «прозвонкой» с помощью тестера. Но на практике они перегорают не одновременно.

С большой вероятностью на практике можно утверждать, что часто перегорает одна из спиралей (нитей) накала.

Установив обрыв тестером, на плате электронного балласта – ЭПРА – надо замкнуть контакты, идущие к неисправной спирали (поскольку в электрической схеме нити накала энергосберегающей лампы соединены последовательно); и лампу, и балласт, подав питание, можно использовать дальше в течение довольно длительного времени, что также экономит семейный бюджет.

 

2.2.1. Конструктивные недостатки типовых схем

Недостатком ЭПРА является наличие сквозных токов через силовые транзисторы. Во время работы транзистор периодически открывается одновременно с началом закрывания второго открытого транзистора в момент насыщения трансформатора. Поскольку открывание транзистора происходит быстрее, чем его закрывание, в переходный момент времени (длительностью примерно 1 мкс) оба транзистора, включенных в разные плечи моста ЭПРА, оказываются открытыми.

Ограничительные резисторы в эмиттерных цепях транзисторов MJE13003 (и аналогичных) защищают их, но, как показала практика, не всегда… Устанавливать же вместо транзисторов MJE13003 другие возможные аналоги с малым сопротивлением насыщения, более мощные, к примеру MJE13007, нецелесообразно, так как такая замена скажется на надежности устройства в еще худшую сторону.

Я сталкивался и с другими типичными неисправностями ЭПРА:

1) выход из строя одного (или обоих) ключевых транзисторов типа MJE13003. Пробой транзисторов влечет за собой пробой двух из четырех элементов выпрямителя, реализованного на диодах типа 1N4007;

2) пробой, потеря емкости или обрыв оксидного конденсатора, установленного в схеме для фильтрации питающего напряжения. Напряжение на обкладках оксидного конденсатора в данном случае порядка 200 В, емкость в диапазоне 2–6 мкФ.

Китайский производитель (VITO, Ferron и др.) устанавливает, как правило, самые дешевые пленочные конденсаторы, не сильно заботясь ни о температурном режиме, ни о надежности устройства. Оксидный конденсатор в данном случае применяется в устройстве ЭПРА в качестве высоковольтного фильтра питания (установлен параллельно), поэтому должен быть высокотемпературным (105 °C).

При цене светильника в 200 рублей (вместе с ЭЛ, отдельно она стоит от 20 до 50 рублей) проще заменить его полностью, купив такой же новый, нежели выкраивать время для поездки в магазин радиотоваров, покупать оксидный конденсатор соответствующего номинала за 50 рублей, ехать домой, тратить время на ремонт…

Несмотря на рабочее напряжение, указанное на таком конденсаторе, – 250–400 В (с запасом, как и положено), он все равно «сдает»…

Что можно рекомендовать?

Транзисторы MJE13003 рассчитаны на максимальное напряжение Umax= 400 В, максимальный постоянный ток коллектора Imax k= 1,5 А, максимальный импульсный ток коллектора = 3 А, напряжение насыщения коллектор-эммитер Uнкэ = 5 В. Ток, потребляемый энергосберегающей лампой мощностью 8 Вт, составляет 180 мА. Поэтому очевидно, что транзисторы данного типа выходят из строя не от теплового пробоя, а в момент зажигания лампы, при импульсном броске тока.

Гораздо лучшими заменами в данном случае, обеспечивающими запас надежности ЭПРА или электронного балласта, является замена данных транзисторов на (как ни странно) отечественные аналоги КТ8175А, КТ8181А, КТ8182А, КТ8108А, КТ8136А, КТ859АМ1. Особенно рекомендую замены КТ8108А, КТ8136А, так как эти мощные биполярные транзисторы заметно превосходят устанавливаемые в ЭПРА производителем MJE13003 по всем важнейшим электрическим характеристикам.

Вышедшие после пробоя транзисторов диоды выпрямителя типа 1N4007 можно заменить такими же или аналогичными по электрическим характеристикам, например отечественными диодами КД105В, КД105Г.

 

2.2.2. Практика замены платы для лампы с перегоревшей спиралью

Как уже было отмечено выше, важной и полезной отличительной чертой энергосберегающих ламп относительно «старых» ламп накаливания считается то, что первые будут работать и при обрыве нити подогрева (накала). Главное, что необходимо для зажигания газа внутри лампы, – это относительно высокое напряжение 200–300 В.

На рис. 2.6 представлена электрическая схема ЭПРА (электронного балласта) светильника для энергосберегающей лампы (11 Вт), которой можно заменить неисправный ЭПРА (если вы не сумели его восстановить приведенным выше простым способом); такой схемы также достаточно для подсветки в салоне автомобиля и в сумерки на природе. Устройство пригодится везде, где отсутствует сетевое напряжение 220 В.

Рис. 2.6. Электрическая схема преобразователя

Схема проста в повторении и содержит минимум деталей.

Принцип работы

Устройство состоит из генератора прямоугольных импульсов, реализованного на популярном таймере КР1006ВИ1. Микросхема включена по стандартной схеме автогенератора; частота импульсов около 30 кГц.

На выход микросхемы D1 нагружен мощный полевой транзистор, работающий в ключевом режиме и повышающий трансформатор. Транзистор открывается с каждым положительным фронтом импульсов с выхода микросхемы D1. В качестве Т1 используется промышленно изготовленный трансформатор HDBKEE2201A. Вместо указанного на схеме типа Т1 можно применить другой, с аналогичными электрическими характеристиками. Первичная обмотка должна иметь сопротивление постоянному току 110–300 Ом, а вторичная обмотка – соответственно 12–15 Ом. Соотношение сопротивления обмоток 1:20. Можно подбирать трансформатор для этой схемы по другому пути.

О деталях и налаживании

Среди трансформаторов на рабочее напряжение 220 В нужно выбрать ток, который на вторичной понижающей обмотке без нагрузки выдаст переменное напряжение 6…8 В.

Потребляемый от источника питания ток не превышает 200 мА. Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,5.

Конденсатор С1 типа К50-29. С2, СЗ типа КМ. Конденсатор С4 марки КБП-Ф или К73-11.

Схема в настройке не нуждается, и при исправных элементах и правильном монтаже устройство начинает работать сразу В процессе эксплуатации трансформатор Т1 будет издавать тихий свист и может нагреваться до температуры 30…40 °C.

Паять полевой транзистор VT1 следует, соблюдая меры предосторожности; пайка каждого вывода не более 2 секунд; паяльник необходимо заземлить.

Элементы схемы монтируются на макетной плате. Напряжение питания схемы (11–14 В) подключается через разъем типа РП10-5 или аналогичный.