Il ballast

Le lampade a scarica hanno bisogno di elettronica ausiliaria per fornire i corretti voltaggi di accensione, e per regolare il flusso elettrico all’interno del bulbo durante il funzionamento.

Tutti questi scopi sono svolti dal ballast, che:

inizialmente funge da accenditore per far partire l’arco voltaico, fornendo un impulso ad alto voltaggio (picco da 1-5 kV in fase di accensione);
in seguito funge da regolatore/limitatore di corrente all’interno del circuito, quando la lampada è a regime.

L’impiego del ballast si rende necessario in quegli apparecchi che presentano un differenziale negativo di resistenza nei confronti dell’alimentazione. Esempi di dispositivi a resistenza negativa sono le lampade a scarica. In tali apparecchi, la resistenza elettrica della lampada diminuisce all’aumentare del flusso di corrente passante al suo interno, con la conseguenza che un flusso di corrente ancor maggiore si produce dentro la lampada. Se un dispositivo del genere fosse collegato ad una sorgente di elettricità a voltaggio costante, esso assorbirebbe un ammontare sempre crescente di corrente, fino ad autodistruggersi. Il ballast fornisce un differenziale positivo di resistenza che stabilizza ad un livello appropriato il flusso di corrente all’interno del bulbo.

I ballast possono essere usati anche per ridurre il flusso di corrente in un normale circuito a resistenza positiva: questo è il caso delle lampade LED. Sebbene gli apparecchi per illuminazione basati su LED abbiano un differenziale positivo di resistenza, essi non riescono a regolare il loro consumo di corrente quando sono collegati ad una fonte di energia a voltaggio controllato, il che rende necessario l’impiego dei ballast per controllare il flusso di corrente attraverso il LED.

In passato, oltre ai due elettrodi tra i quali si forma l’arco elettrico, alcune lampade contenevano un terzo elettrodo che forniva l’impulso iniziale quando la lampada veniva accesa. Se l’elettrodo non era presente, l’impulso iniziale ad alto voltaggio veniva generato da un apposito accenditore (o starter) il quale causava il riscaldamento degli elettrodi della lampada fino a una temperatura di circa 1000°C, causando una sovratensione tale da generare una scarica elettrica con conseguente ionizzazione del gas, fino alla completa accensione della lampada.

Soluzioni più recenti, come il ballast elettronico (vedi sotto), hanno reso l'utilizzo dell’accenditore non più necessario.

Oltre alla presenza di un accenditore, gli apparecchi del passato erano dotati dei diffusissimi ballast magnetici, mentre nell’ultimo decennio quelli elettronici sono diventati più popolari e convenienti. I ballast magnetici erano più semplici ed economici di quelli elettronici, ma molto più ingombranti e pesanti. Inoltre emettevano un leggero ronzio e avevano il difetto di causare un tremolio nella luce emessa. Infine richiedevano (come detto sopra) la presenza di un accenditore separato che preriscaldava i connettori della lampada per 1 secondo prima dell’effettiva accensione.

I ballast elettronici utilizzano circuiti elettronici allo stato solido per trasformare la frequenza di esercizio da quella standard residenziale (50 Hz in Italia) ad una frequenza di 20.000 Hz o superiore, eliminando ogni sfarfallio della lampada. I ballast elettronici sono più precisi di quelli magnetici, oltre a includere l’accenditore e il ballast vero e proprio in un singolo componente. Rispetto ai ballast magnetici inoltre, quelli elettronici permettono di risparmiare energia e costi di manutenzione, producono fino al 40% di lumen/watt in più, aumentano la durata della lampada e generano minor calore.

Da ultimo, si sono diffusi i ballast digitali, che utilizzano un microprocessore per controllare e regolare la lampada HID. Il firmware del ballast digitale contiene degli algoritmi di controllo per fornire il corretto impulso iniziale durante l’accensione della lampada e poi il flusso elettrico necessario durante il pieno regime.