Схемотехника компактных люминисцентных ламп

Вступление

Как известно, в нашей стране решено повсеместно переходить на экономичные источники света, такие, как компактные люминисцентные лампы или КЛЛ. КЛЛ имеют некоторые преимущества по стравнению с обычными лампами накаливания (ЛН), низкое потребление электроэнергии, примерно на 80% меньше чем у ЛН и больший срок службы, от 5 до 15 раз дольше чем ЛН. Но есть у них и недостатки - медленное включение, особенно у дорогих экземпляров, невозможность регулировки яркости и цена.

Люминисцентные лампы обычно делаятся на 3 группы по цветовой температуре испускаемого света:

• Тёплый белый (2700К)
• Холодный белый (4000К)
• Дневного света (6000К)

В быту наиболее часто используются лампы "теплого белого" цвета как наиболее близние к цвету обычных ламп накаливания, этот свет наиболее приятен человеческому глазу. В КЛЛ используется вакуумная трубка, которая заполнена парами Аргона и Ртути и на обоих концах имеет электроды из Бария. Катод разогревается до температуры около 900°С и испускает электроны, которые ускоряются электромагнитным полем между электродами и в движении ударяются об атомы Аргона и Ртути. От этого соударения возникает низкотемпературная плазма. Излучение энергии происходит в ультрафиолетовом диапазоне. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором который преобразует энергию ультрафиолетового излучения в видимый свет. Трубка питается переменным током, по-этому функции электродов (катод и анод) постоянно меняются. Т.к. в КЛЛ используется импульсный преобразователь напряжения, который работает на частоте в десятки килогерц, лампа не мерцает, как это происходило в обычных трубчатых лампах "дневного света".

Внутреннее устройство

Принципы функционирования мы рассмотрим на примере лампы LUXAR 11W, мощностью 11Вт. Схема содержит секцию питания, в которую входят: дроссель L2, предохранитель F1, мостовой выпрямитель на диодах 1N4007 и фильтрующий электролитический конденсатор C4. Секция включения лампы содержит компоненты D1, C2, R6 и динистор(diac) ST083. D2, D3, R1, R3 выполняют защитные функции.

Включение лампы

После включания лампы напряжение сети переменного тока выпрямляется диодным мостом и фильтруется конденсатором С4. Далее, выпрямленное напряжение через резистор R6 начинает заряжать конденсатор C2 до напряжения пробоя динистора, около 30В. В момент пробоя динистора происходит открывание транзистора Q2. Открывшийся транзистор Q2 разряжает конденсатор C2 через диод D1. После этого конденсатор уже не может зарядиться до напряжения необходимого для повторного открывания динистора. Одновременно с этим транзистор начинает работать на  трансформатор TR1. Этот трансформатор намотан на ферритовом кольце и имеет 3 обмотки по 5-10 витков. После первого открывания транзистора в колебательном контуре, образованном компонентами L1, TR1, C3, C6 и накальными цепями лампы, возникает генерация. Резонансная частота колебаний определяется конденсатором С3, поэтому он имеет в несколько раз меньшую емкость , чем С6. В этот момент напряжение на С3 достигает порядка 600 вольт и происходит ионизация газа в трубке лампы. Во время включения пиковый коллекторный ток транзистора Q2 в 3-5 раз превышает ток нормальной работы.

Режим нормального горения

После того как газ в трубке ионизировался, конденсатор С3 оказывается шунтирован ионизированным газом внутри трубки лампы и частота колебаний уменьшается. Теперь частота определяется емкостью конденсатора С6 и напряжение на лампе уменьшается, но остается достаточным для поддержания горения лампы. В нормальном режиме работы транзистор Q2 открывается и происходит насыщение сердечника трансформатора TR1, напряжение обратной связи, поступающее с обмотки 7-8 в базу транзистора уменьшается и он закрывается. Затем открывается транзистор Q1, т.к. он управляется обмоткой 5-6, включенной в противофазе с обмоткой 7-8. Затем процесс повторяется.

Возможные неисправности

Наиболее частая проблема - выход из строя конденсатора С3. Это, обычно, происходит в дешевых лампах, т.к. там используются более дешевые компоненты, расчитанные на меньшие рабочие напряжения. Если лампа не загорается, то существует риск выхода из строя транзисторов Q1 и Q2, а затем и резисторов R1, R2, R3 и R5. Во время зажигания лампы преобразователь сильно перегружен и транзисторы не выдерживают и выходят из строя от перегрева. Поэтому, если лампа не работает совсем, то электроника, обычно, тоже выходит из строя. Если лампа старая, то у нее могут быть перегоревшие нити накала и лампа тоже не будет гореть, но в этом случае электроника, как правило, выживает. Иногда лампа трескается из-за наличия внутренних напряжений в стекле и температурного расширения. Наиболее часто лампы выходят из строя в момент включения.

Ремонт электроники лампы

Ремонт электроники, обычно, заключается в замене конденсатора С3. Затем следует замена перегоревшего предохранителя, так же нужно проверить исправность транзисторов Q1, Q2 и резисторов R1, R2, R3, R5. Предохранитель можно заменить на резистор в 0,5 Ома. Неисправности могут накладываться друг на друга, например, пробитый конденсатор вызывает перегрев и выход из строя транзисторов. Для замены можно использовать оригинальные транзисторы типа MJE13003, но их трудно найти. Можно так же использовать транзисторы BD129, 2SC2611, 2SC2482, BD128, BD127, если Вас не смущает размер корпуса TO220, то можно использовать транзистор MJE13007.

Механическая конструкция лампы

Лампа состоит из двух частей. Одна часть - это крышка с отверстиями под вакуумную трубку и защелками. Трубка вклеена в крышку. Вторая часть содержит ответные части защелок, внутри устанавливается печатная плата и укладываютсяя провода от вакуумной трубки. Обе части соединяются на защелках, а иногда приклеиваются. Разъединить части можно аккуратно просовывая маленькую отвертку в щель между крышкой и корпусом лампы. Пройдя по кругу, необходимо отделить клей, если он там есть, затем, надавить сильнее чтобы разъединить защелки. Чтобы собрать лампу, надо просто соединить половинки, чтобы защелки защелкнулись. Конструкцию защелок можно посмотреть ниже на фото открытых ламп.

Обзор

Большинство компактных люминисцентных ламп одинаковы по конструкции. Более дорогие лампы сделаны чуть сложнее, напимер, они могут иметь цепи предварительного подогрева, благодаря этому они имеют увеличенный срок службы. Ремонт таких ламп не окупается, потому что цена недорогих ламп относительно низка по сравнению с временем, которое требуется затратить на ремонт. Приведенные ниже схемы ламп были сделаны во время ремонтов и могут использоваться для обучения и восстановления ламп. Часть информации была получена от изучения ремонтируемых ламп, часть получена по ссылкам которые приведены в конце статьи.