Балласт против драйвера

Впринципе то, что я здесь опишу, много раз уже цитировалось в разных местах.

• Конденсаторный балласт использует реактивное сопротивление емкости для питания относительно низковольтной нагрузки непосредственно от сети переменного тока. То есть, если бы вместо конденсатора использовался подходящий резистор, то все было бы почти также, только на нем выделялось бы много тепла.
• Специализированный драйвер представляет собой электронный AC-AC/DC преобразователь с гальванической развязкой от сети. Обычно он мало чем отличается от импульсного блока питания.
• Конденсатор - максимально простое, дешевое и эффективное решение. Но оно означает гальваническую связь нагрузки с сетью, наличие низкочастотных сетевых пульсаций, наличие бросков тока, отсутствие стабилизации напряжения/тока. Есть явные ограничения по мощности и току. Так же конденсатор сдвигает фазу в сети переменного тока, увеличивая потери в проводах.
• Драйвер - более дорогое и сложное решение. Работает на высокой частоте, легко обеспечивает стабилизация напряжения/тока, обеспечивает гальваническую развязку нагрузки от сети. КПД драйверов обычно высок, но все же не настолько, чтобы его не учитывать.

Схема балласта и доработка

В качестве примера у меня была китайская лампа "кукуруза" E27 42 х 5630 LED 10Вт. Проблема этой лампы (кроме типичных) заключалась в том светодиоды оказались склонны перегорать при включении. Рассмотрим схему

Синим обозначены мои изменения.

Работа балластного конденсатора в нормальном режиме похожа на работу ограничивающего резистора. Но в момент включения ситуация может быть иная - незаряженный конденсатор моментально представляет собой резистор с сопротивлением равным ESR конденсатора. Это сопротивление для пленочного конденсатора C1 такой емкости может быть порядка 0.15 Ом, в то же время ESR сглаживающего электролитического конденсатора C2 может быть более 1 Ом. Это автоматически означает, что большая часть сетевого напряжения (в коротком промежутке времени конечно) уходит на цепочку светодиодов и создает бросок тока. Этот бросок тем выше, чем ближе к амплитудному значению переменное напряжение сети в момент включения.

Для борьбы с этим пагубным явлением я предлагаю дополнить выходной фильтр резистором Rf и конденсатором Cf, получив П-фильтр CRC. Выбор деталей очень прост - емкость конденсатора Cf не менее ёмкости балластного C1, сопротивление резистора Rf - больше ESR добавленного конденсатора Cf, но такой, чтобы мощность на нем не была велика. Так мы получим своеобразный делитель импульсного напряжения Rf - ESR Cf. Так же я добавил небольшой резистор Rx на вход для улучшения его импульсных свойств. Таким образом входной импульс амплитудой до 310в пройдёт 2 делителя: (провода, Rx, диоды, C1) - C2 и далее Rf - Cf. В итоге его амплитуда не должна существенно превышать рабочего напряжения светодиодов. Следует отметить, что резисторы, в особенности, Rx, работают в режиме высоких пиковых токов - некоторые экземпляры на 0.25Вт легко перегорают при включении схемы в "неудачный" момент. 

Желающие могут попробовать уменьшить мерцание на основе этой схемы. Для этого предлагаю увеличить емкость Cf до C2,а резистор заменить индуктивностью, получив гораздо более эффективный фильтр CLC. Но учитывая малую частоту, индуктивность, всего скорее, должна быть не менее 10мГн и быть рассчитана на рабочий ток. Я, учитывать тесный корпус решил не заниматься этим.

При желании повысить надежность в момент включения, можно увеличить Rx до 5-15 Ом, используя резистор мощностью от 0.5 Вт, либо , что еще лучше, использовать NTC термистор подобного сопротивления. Также можно установить стабилитрон ZD1 (лучше TVS) с напряжение чуть выше рабочего для гирлянды - так можно защитить "особо нежные" светодиоды от перегрузок. Кроме того, при установке TVS, напряжение на конденсаторе Cf будет ограничено и можно будет несколько снизить его рабочее напряжение. 

В моем случае светодиоды были соединены в последовательную гирлянду из 21 групп по 2 диода параллельно. На 7ми гетинаксовых платах размещено по 3 группы (6 светодиодов). Рабочее напряжение гирлянды около 60 - 65 в, ток - 100 ма (50 ма на диод). Соответственно мощность - чуть более 6 вт. Светодиоды, соответственно, выгорали парами.