Сборник схем импульсных блоков питания светодиодных ламп. Самоделки из электронной части энергосберегающей лампы

Выход из строя батареи аккумуляторного шуруповерта или другого электроинструмента – событие не самое приятное, особенно если учесть, что стоимость замены этого элемента соизмерима с ценой нового прибора. Но быть может, незапланированных расходов удастся избежать?

Это вполне возможно, если заменить аккумулятор простеньким самодельным блоком питания импульсного типа, с помощью которого инструмент можно будет запитывать от сети. А комплектующие для него можно найти в доступном и повсеместно распространенном изделии – люминесцентной (иначе - энергосберегающей) лампе.

Согласно , в цоколе каждой из них предусмотрен так называемый электронный балласт – миниатюрная схема, предотвращающая мигание лампы во время включения и обеспечивающая постепенный разогрев катодных спиралей. Благодаря ей находящийся в колбе газ испускает свечение с частотой от 30 до 100 кГц.

КЛЛ в разобранном виде

Вид люминесцентной лампочки изнутри

Устройство энергосберегающей лампы на примере изделия от Camelon

Работа на столь высоких частотах значительно увеличивает коэффициент энергопотребления, доводя его практически до единицы, чем и обусловлена высокая экономичность ламп данного типа. Дополнительными преимуществами высокочастотного электричества является отсутствие воспринимаемого человеческим ухом шума и электромагнитного поля.

В зависимости от того, как спроектирован , она может сразу загораться с полным накалом, либо выходить на максимальную яркость постепенно. Иногда для этого требуется одна или две минуты, что, конечно, не очень удобно. Время разогрева лампы производителями не указывается, и покупатель имеет возможность проверить его, только начав пользоваться изделием.

Подавляющая часть балластных схем, по сути, являющихся преобразователями напряжения , собирается на полупроводниковых транзисторах. В дорогих лампах применена более сложная схема, в дешевых – упрощенная.

Вот чем можно поживиться, имея на руках годную или перегоревшую люминесцентную лампу:

• биполярные транзисторы, рассчитанные на напряжение до 700 В и токи до 4 А, часто уже с защитными диодами (D4126L или аналогичные);
• полевые транзисторы (встречаются довольно редко);
• импульсный трансформатор;
• дроссель;
• двунаправленный динистор, аналогичный сдвоенному динистору КН102;
• конденсатор на 10/50В.

Некоторые виды электронного балласта энергосберегающих ламп при сборке самодельного блока питания выступают не просто источником комплектующих, но представляют собой значительную часть схемы, которую остается только немного дополнить и изменить.

Не очень удачными считаются преобразователи, имеющие в своем составе электролитические конденсаторы. Именно эти элементы особенно часто становятся причиной поломок в электронных устройствах.

Неподходящим окажется балласт, в схему которого включена специализированная микросхема.

Импульсный блок питания и его особенности

В импульсный блок питания (ИБП) преобразование электрической энергии происходит по следующей схеме :

1. Выпрямитель входной (диодный мост + конденсатор) преобразует входной ток из переменного в постоянный.
2. Инвертор преобразует поступающий с входного выпрямителя постоянный ток снова в переменный, но уже с частотой выше 10 кГц, то есть исходная частота тока (50 Гц) повышается более, чем в 200 раз.
3. Переменный высокочастотный ток поступает на импульсный трансформатор, который понижает или повышает напряжение.
4. Выходной выпрямитель превращает переменный ток с требуемыми параметрами, но высокой частотой, в постоянный.

Главная особенность этого способа преобразования электроэнергии состоит в существенном увеличении частоты переменного тока, поступающего на трансформатор. Это позволяет сделать его значительно более компактным, чем он был бы при частоте в 50 Гц. Но малые размеры – это не единственное преимущество импульсных блоков перед линейными.

ИБП на IR2153/2155

ИБП, выполненные с применением современных технологий, практически не имеют энергопотерь, в то время как линейные блоки рассеивают определенную долю энергии на дырочно-электронном переходе транзистора.

Работа инвертора, преобразующего постоянный ток высокочастотный переменный, основана на применении MOSFET-транзисторов, для которых характерна высокая скорость переключения. Быстродействующими должны быть и диоды, устанавливаемые в мосту выходного выпрямителя.

Обычные диоды с током, имеющим частоту выше 10 кГц, работать не смогут. Широко используются диоды Шоттки, которые, в отличие от кремниевых диодов, теряют очень малую долю энергии, работая на высокой частоте.

При низком выходном напряжении роль выпрямителя может играть транзистор. Еще вариант – замена трансформатора дросселем. Подобные схемы встречаются в самых простых преобразователях.

ИБП из лампы своими руками

В большинстве случаев для сборки ИБП электронный дроссель следует лишь немного изменить (при двухтранзисторной схеме) за счет перемычки, а затем подключить к импульсному трансформатору и выпрямителю. Некоторые компоненты просто удаляются за ненадобностью.

Блок питания самодельный

Для слабых блоков питания (от 3.7 в до 20 ватт), можно обойтись без трансформатора. Достаточно будет добавить несколько витков провода на магнитопровод имеющегося в балласте лампы дросселя, если, конечно, там есть для этого место. Новую намотку можно делать прямо поверх существующей.

Для этого отлично подойдет провод марки МГТФ с изоляцией из фторопласта. Обычно провода требуется мало, при этом почти весь просвет магнитопровода занимает изоляция, что и обуславливает малую мощность таких устройств. Чтобы увеличить ее, понадобится импульсный трансформатор.

Импульсный трансформатор

Особенностью описываемого варианта ИБП является способность до некоторой степени подстраиваться под параметры трансформатора, а также отсутствие цепи обратной связи, проходящей через этот элемент. Такая схема подключения позволяет обойтись без особо точного расчета трансформатора.

Как показала практика, даже при грубых ошибках (допускались отклонения свыше 140%) ИБП получался работоспособным.

Трансформатор изготавливается на базе все того же дросселя, на котором наматывается вторичная обмотка из лакированного обмоточного медного провода. При этом важно уделить особенное внимание межобмоточной изоляции из бумажной прокладки, ведь «родная» обмотка дросселя будет работать под сетевым напряжением.

Даже если она покрыта синтетической защитной пленкой, поверх нее все-равно необходимо намотать несколько слоев электрокартона или хотя бы обычной бумаги общей толщиной 100 мкм (0,1 мм), а уже поверх бумаги можно укладывать лакированный провод новой обмотки.

Диаметр провода должен быть наибольшим из возможных. Витков во вторичной обмотке будет не много, поэтому их оптимальное количество можно будет подобрать опытным путем.

Используя указанные материалы и технологию можно получить блок питания мощность 20 или чуть более ватт. В данном случае ее значение ограничивается площадью окна магнитопровода и, соответственно, максимальным диаметром провода, который удается там разместить.

Выпрямитель

Во избежание насыщения магнитопровода в ИБП применяют только двухполупериодные выходные выпрямители. В том случае, если импульсный трансформатор работает на понижение напряжения, наиболее экономичной является схема с нулевой точкой, но для ее реализации понадобится сделать две полностью симметричные вторичные обмотки. При ручной намотке можно выполнить обмотку в два провода.

Стандартный выпрямитель, собранный по схеме «диодный мост» из обычных кремниевых диодов, для импульсного ИБП не подходит, поскольку из 100 Вт передаваемой мощности (при напряжении 5 В) на нем будет теряться около 32 Вт или более. Собирать же выпрямитель на мощных импульсных диодах будет слишком дорого.

Наладка ИБП

После сборки ИБП его необходимо подключить к максимальной нагрузке и проверить, насколько сильно греются транзисторы и трансформатор. Предел для трансформатора – 60 – 65 градусов, для транзисторов – 40 градусов. При перегреве трансформатора увеличивают сечение провода или габаритную мощность магнитопровода, либо выполняют оба действия совместно. Если трансформатор сделан из дросселя балласта лампы, увеличить сечение провода, скорее всего, уже не получится и придется ограничивать подключаемую нагрузку.

Вариант ИБП с повышенной мощностью

Иногда стандартной мощности электронного балласта лампы бывает недостаточно. Представим себе ситуацию: имеется лампа мощностью 23 Вт, а необходимо получить источник питания для зарядного устройства с параметрами 12В/8А.

Для того чтобы осуществить задуманное, придется раздобыть компьютерный блок питания, оказавшийся по каким-либо причинам невостребованным. Из этого блока следует изъять силовой трансформатор вместе с цепочкой R4C8 , которая выполняет функцию защиты силовых транзисторов от перенапряжения. Силовой трансформатор следует присоединить к электронному балласту вместо дросселя.

Схема сборки ИБП из энергосберегающей лампочки

Опытным путем было установлено, что данный тип ИБП позволяет снимать мощность до 45 Вт при незначительном перегреве транзисторов (до 50 градусов).

Чтобы избежать перегрева, в базах транзисторов необходимо установить трансформатор с увеличенным сечением сердечника, а сами транзисторы установить на радиатор.

Возможные ошибки

Как уже говорилось, включение в схему в качестве выходного выпрямителя обычного низкочастотного диодного моста нецелесообразно, а при повышенной мощности ИБП делать этого тем более не стоит.

Также бессмысленно пытаться ради упрощения схемы наматывать базовые обмотки непосредственно на силовом трансформаторе. В отсутствие нагрузки будут иметь место значительные потери из-за того, что в базы транзисторов будет поступать ток максимальной величины.

Применяемый трансформатор с увеличением тока нагрузки увеличивает и ток в базах транзисторов. Практика показывает, что при достижении мощностью нагрузки значений в 75 Вт в магнитопроводе трансформатора имеет место насыщение. Это приводит к ухудшению характеристик транзисторов и их перегреву.

Во избежание этого можно самому намотать трансформатор тока, в два раза увеличив сечение сердечника или сложив вместе два кольца. Также можно в два раза увеличить диаметр провода.

Существует способ избавиться от базового трансформатора, выполняющего промежуточную функцию. Для этого токовый трансформатор через мощный резистор подключают к отдельной обмотке силового, реализуя схему обратной связи по напряжению. Недостатком данного варианта является то, что токовый трансформатор при этом постоянно работает в режиме насыщения.

Нельзя подключать трансформатор параллельно с имеющимся в балластном преобразователе дросселем. Вследствие уменьшения суммарной индуктивности будет увеличена частота блока питания. Такое явление приведет к увеличению потерь в трансформаторе и перегреву транзисторов выходного выпрямителя.

Следует учитывать повышенную чувствительность диодов Шоттки к превышению значения обратных напряжения и тока. Попытка установить, скажем, 5-вольтовый диод в 12-вольтовую схему, скорее всего, приведет к выходу элемента из строя.

Не пытайтесь заменить транзисторы и диоды отечественными, например, КТ812А и КД213. Это однозначно приводит к ухудшению рабочих характеристик устройства.

Подключение ИБП к шуруповерту

Электроинструмент необходимо разобрать, отвинтив все шурупы. Обычно корпус шуруповерта состоит из двух половинок. Далее следует найти провода, которыми двигатель подключается к батарее. Соединить эти провода с выходом ИБП можно с помощью пайки или термоусадочной трубки, вариант со скрутками нежелателен.

Для ввода провода от блока питания в корпусе инструмента необходимо выполнить отверстие. Важно предусмотреть меры, предотвращающие вырывание провода в случае неосторожных движений или случайных рывков. Самый простой вариант – обжать провод внутри корпуса у самого отверстия клипсой из сложенного пополам коротенького отрезка мягкой проволоки (подойдет алюминий). Имея превосходящие диаметр отверстия размеры, клипса не даст проводу оторваться и выпасть из корпуса в случае рывка.

Как видно, энергосберегающая лампочка, даже отработавшая положенный ей срок, может принести немалую пользу своему владельцу. Собранный на базе ее комплектующих ИБП может с успехом применяться в качестве источника энергии для аккумуляторного электроинструмента или зарядного устройства.

Бум люминесцентных энергосберегающих ламп постепенно подходит к своему завершению. На смену им уже пришли светодиодные лампы, обладающие неоспоримыми преимуществами: лучшая экономичность, моментальный выход в рабочий режим, большой срок службы, они не содержат паров ртути и не излучают ультрафиолет после выгорания люминофора внутри колбы. Единственная заминка - это пока ещё высокая стоимость светодиодных ламп. Но если имеется вышедшая из строя люминесцентная энергосберегающая лампа, то её можно легко переделать в светодиодную, используя приведенные ниже способы.

Сначала небольшое предисловие.

Приобретённые несколько лет назад энергосберегающие лампы фирмы ECOLIGHT довольно таки быстро стали выходить из строя. Сначала перегорела нить накала в колбе одной лампы, но эта неисправность была оперативно устранена путём установки перемычки на печатной плате параллельно оборванной нити накала. Лампа замечательно зажигалась и от оставшейся целой нити накала. Затем та же участь постигла вторую лампу. После ремонта, поработав ещё где-то с полгода, перегорели и оставшиеся нити накала сначала в одной лампе, а через месяц и в другой. Связываться с люминесцентными лампами больше не захотелось, и возникла мысль о переделке вышедших из строя ламп в светодиодные.

Первая лампа имела мощность 18 Вт и довольно широкий корпус диаметром 55 мм, что натолкнуло на мысль установить в нём несколько десятков ультраярких белых светодиодов с рабочим током 20 мА, включив их в сеть последовательно через диодный мост, а в качестве гасящего балласта использовать конденсатор. В результате получилась схема, показанная на рисунке ниже:

Всего было использовано 40 светодиодов HL-654H245WC ø4.8 мм с яркостью 1,5 Cd и углом 140°. Схема собрана на двух печатных платах из одностороннего фольгированного стеклотекстолита:

Между собой платы скреплены при помощи одной стойки по центру. Вот что получилось в итоге:

Субъективно яркость свечения этой лампы оказалась примерно такая же, как и у 30-ваттной лампы накаливания, а потребляемая мощность - всего 1,1 Вт:

Оттенок лампы по сравнению с лампой накаливания получился намного холоднее.

Что интересно, однотипные и одинаковые по яркости светодиоды тёплого и холодного оттенка, имеющиеся в продаже, отличаются по цене в 4 раза, но даже применённые светодиоды тёплого свечения (более дорогие) по сравнению с лампой накаливания имеют синеватый оттенок. Что касается получившейся стоимости изготовленной светодиодной лампы, то она оказалась на уровне готовой покупной с аналогичным количеством светодиодов. Правда неизвестно, есть ли в этих готовых лампах на 220 В выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Скорее всего, нет, ведь проще и дешевле соединить последовательно пары встречно включённых светодиодов и добавить балластный конденсатор. И пусть себе мигает лампа с удвоенной частотой сети, ведь китайскому производителю нет никакого дела до зрения потребителя.

Учитывая довольно высокую стоимость сорока светодиодов (0.125$ * 40 = 5$), для переделки второй лампы мощностью 9 Вт в корпусе диаметром 38,5 мм

было решено использовать один мощный трёхваттный светодиод. Выбор пал на EDEX-3LA1-E1 стоимостью 1.875$, имеющий следующие характеристики:

цветовая температура...............................3200 К;

световой поток (при токе 700 мА)..............130 лм;

угол свечения...........................................135°;

рабочий ток.............................................700 мА;

напряжение..............................................4 В.

К этим светодиодам в продаже имеются готовые радиаторы “STAR” стоимостью 0.156$:

Чтобы получить ток величиной до 700мА для запитки такого мощного светодиода было решено использовать уже имеющийся преобразователь в перегоревшей люминесцентной лампе. Замкнув все выводы колбы лампы и намотав на имеющийся на плате дроссель дополнительную обмотку, такой преобразователь можно превратить источник питания с минимальными затратами. По сути, из лампы получается готовый электронный трансформатор, необходимо только обеспечить стабилизированный ток для питания светодиода.

Вот схема энергосберегающей лампы, срисованная прямо с платы:

Для переделки её в электронный трансформатор достаточно выпаять колбу, замкнуть между собой точки 2 и 4 платы и намотать дополнительную обмотку на дроссель L2. К дополнительной обмотке подключается выпрямитель с фильтром.

Для стабилизации тока через светодиод первоначально был опробован способ, предложенный в . Суть его заключается в намотке дополнительной обмотки на управляющий трансформатор T1 и шунтировании её открывающимися полевыми транзисторами для срыва колебаний преобразователя при превышении выходного напряжения (тока). Однако ничего путного из этого не вышло. Как показал анализ работы приведенной выше схемы, для восстановления колебаний преобразователя необходимо время около 3 мс для заряда конденсатора C3 до напряжения пробоя динистора DB3 (30 В). Даже при очень кратковременном шунтировании дополнительной обмотки на Т1 время повторного запуска преобразователя составляло около 3 мс. В результате регулировочная характеристика преобразователя получается неполной. При попытке лишь “слегка” уменьшить выходное напряжение, к примеру до 90…95 %, на выходе фильтра выпрямителя (с дополнительной силовой обмотки дросселя) вместо постоянного напряжения сразу появлялись короткие положительные импульсы с относительно длительными провалами 3 мс. Т.е. пределы регулирования были возможны лишь на начальном небольшом участке работы преобразователя.

Поэтому было применено другое схемное решение, показанное на рисунке ниже:

Дополнительная схема представляет собой импульсный стабилизатор тока, собранный без применения специализированных микросхем на широко распространённой дешевой элементной базе. На дроссель лампы наматывается дополнительная обмотка, напряжение с которой подаётся на диодный мост VD1…VD4 с конденсаторами фильтра C1, C3. Использование мостовой схемы вызвано сложностью намотки на дроссель L2 вдвое большого числа витков с отводом от середины ввиду ограниченного места.

На микросхеме DA1 выполнен стабилизатор напряжения +2,5 В для питания компаратора DA2 и резистивного формирователя опорного напряжения R5, R6. Резистор R7 сопротивлением 0,1 Ом выполняет функцию датчика тока. На транзисторах VT1, VT2 собран силовой ключ. В исходном состоянии при подаче питания, пока ток через светодиод HL1 ещё не протекает, на выходе компаратора DA2 высокий уровень, VT1 закрыт а VT2 открыт через R4. Через дроссель L1 в нагрузку протекает нарастающий ток. При превышении на инвертирующем входе компаратора DA2 опорного напряжения последний переключается в состояние с низким уровнем на выходе. VT1 резко открывается и шунтирует переход з-и VT2, закрывая последний и вызывая ток самоиндукции в цепи VD5, L1, C4, C5, HL1, R7. После уменьшения напряжения на инвертирующем входе компаратора DA2 по мере разряда C4, C5, последний опять переходит в состояние с высоким уровнем на выходе. VT1 закрывается, VT2 открывается и весь процесс повторяется заново. Частота колебаний при входном напряжении 7 В составляет 50…70 кГц. Измеренный КПД импульсного стабилизатора тока составил 86%.

Величина тока через светодиод выбрана равной 0,6 А для более щадящего режима работы и меньшего его нагрева.

Процедура переделки энергосберегающей лампы

Вскрывается корпус лампы при помощи плоской отвёртки (крепление на защёлках). Верхняя часть с колбой осторожно утилизируется (Внимание! В колбе пары ртути! При повреждении колбы необходимо провести обработку окружающих контактировавших предметов раствором марганцовки ). Из платы конденсатор C5 можно выпаять, т.к. в работе он не участвует. Закорачиваются точки 2 и 4 на плате. Выпаивается дроссель L2 и проводом МГТФ-0,1 наматывается дополнительная обмотка из 14 витков (практически до полного заполнения зазора). Лучше использовать именно МГТФ для хорошей гальванической развязки.

Дроссель впаивается на место. Не помешает проверить ESR-метром электролит C3. При возможности его лучше заменить на новый ёмкостью 4,7…10 мкФ х 400 В (105°С). Это уменьшит пульсации частотой 100 Гц на выходе преобразователя.

После этого изготавливается плата из одностороннего фольгированного стеклотекстолита:

Для изготовления дросселя L1 использован готовый ДП2-0,1 на 100 мкГн. С него ножом снята штатная обмотка и намотана новая проводом ПЭВ2 ø0,3 мм в равномерно по всей длине сердечника в 3 слоя. Индуктивность дросселя 51 мкГн. Можно использовать и покупной дроссель подходящих габаритов с индуктивностью 47 мкГн и рассчитанный на ток не менее 1,5…2 А.

Транзистор VT2 IRLML6401 можно попробовать заменить на IRLML6402.

Диоды VD1…VD4 SS14 можно заменить на любые подходящие SMD-диоды Шоттки, рассчитанные на ток не менее 1А и обратное напряжение 30…40В, например SM5818, SM5819.

Диод VD5 SS24 (2А, 40В) заменим на SS22, 10BQ015 или аналогичные.

Как было сказано выше, светодиод распаивается на готовый радиатор “STAR”, который в свою очередь устанавливается на более массивный радиатор. В данном случае использован радиатор со старой материнской платы. С отрезанными “ушками” крепления его габариты 37,5 х 37,5 х 6 мм. Радиатор крепится к дополнительной плате на 3-х стойках М3х15. Сама плата крепится к верхней части корпуса лампы несколькими витками изоленты. Между штатной и дополнительной платами необходимо проложить изоляционную прокладку, вырезанную, например, из нефольгированного стеклотекстолита.

Первое включение доработанной лампы желательно производить с нагрузкой в виде 5-ваттного резистора сопротивлением 5…6 Ом с последовательно включённым амперметром. К сети 220 В лампу безопаснее включать через обычную лампочку накаливания на 40…60 Вт. В нормальном режиме работы её спираль светиться не должна. На катоде VD5 должны присутствовать прямоугольные импульсы частотой 50…70 кГц. Напряжение на C3 должно быть 5…8 В, ток через нагрузку 0,6 А. Более точно величину тока можно выставить подбором сопротивления резистора R5. После этого можно подключать светодиод.

Субъективно яркость свечения доработанной таким образом лампы соответствует лампе накаливания мощностью 30 Вт. Оттенок тёплый, но по сравнению с лампой накаливания немного холоднее. Измеренная потребляемая мощность составила 3,3 Вт:

Себестоимость второго варианта светодиодной лампы составила около 3.2 $.

Литература :

1) Как стабилизировать электронный трансформатор. А.Е.Шуфотинский. Радиоаматор №1/2010.

ID: 1371

Как вам эта статья?

Пока учёные укрощают скорость света, я вот решил укротить ненужные люминесцентные лампы, переделывая их в светодиодные. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) по немного уходят в прошлое, по понятным всем причинам: меньшая эффективность относительно светодиодных, экологическая небезопасность (ртуть), ультрафиолетовое излучение опасное для глаз человека, да и недолговечность.

Как и у многих радиолюбителей, накопилась целая коробка этого «добра». Менее мощные можно использовать как запчасти, ну а те что по мощнее, начиная с 20W можно переделать и источники питания. Ведь электронный балласт, это дешевый преобразователь напряжения, то есть простой и доступный импульсный блок питания которым можно питать приборы мощностью до 30-40W (зависит от КЛЛ), и даже больше если менять выходной дроссель и транзисторы. Тем радиолюбителям которые проживают в отдалённых местах, или в определённых ситуациях, эти «энергосберегалки» окажутся полезными. Так что, не спешите их выбрасывать после выхода из строя - а работают они не долго!

В моём случае, примерно год назад (весной 2014г.), начав экспериментировать с электронным балластом, в поисках корпуса под переделку в светодиодную лампу, возвращаясь вечером домой с работы, меня осенило - увидев на тротуаре банку из под колы. Ведь алюминиевый корпус из под 0,25L напитка, как раз подходит в качестве радиатора для рассеивания тепла светодиодной ленты. А также, идеально садится под корпус КЛЛ «Vitoone» с цоколем Е27, на 25 W. Да и в эстетике неплох!

Изготовив несколько переделанных LED-ламп, я начал их испытывать в разных условиях эксплуатации. Одна из них работает в подсобном помещении в жаре и морозе (с вентиляционными отверстиями), другая в жилом помещении (без отверстии в пластмассовом цоколе). Ещё одна подключена к трёхметровой светодиодной ленте. Прошел почти год, и они до сих пор безотказно служат! Ну, и учитывая то, что на тему светодиодов, статьей появляется все больше и больше, пришлось наконец-то написать и о моей испытанной временем идеи.

Обсудить статью ЛАМПА СВЕТОДИОДНАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ

В этой статье Вы найдёте подробное описание процесса изготовления импульсных блоков питания разной мощности на базе электронного балласта компактной люминесцентной лампы.
Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить менее чем за час. На изготовление 100-ваттного блока питания понадобится несколько часов.

В настоящее время получили широкое распространение Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ). Для уменьшения размеров балластного дросселя в них используется схема высокочастотного преобразователя напряжения, которая позволяет значительно снизить размер дросселя.

В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама колба, то лампочку обычно выбрасывают.

Однако электронный балласт такой лампочки, это почти готовый импульсный Блок Питания (БП). Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного БП, это отсутствием разделительного трансформатора и выпрямителя, если он необходим.

В то же время, современные радиолюбители испытывают большие трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самоделок. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования большого количества медного провода, да и массо-габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не радуют. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных КЛЛ, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП

Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для предобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками А – А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно удалить.

А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе КЛЛ с использованием дополнительного импульсного трансформатора.

Для упрощения, удалена люминесцентная лампа и несколько деталей, которые были заменены перемычкой.

Как видите, схема КЛЛ не требует больших изменений. Красным цветом отмечены дополнительные элементы, привнесённые в схему.

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

Мощность блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, если он используется.

Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя.

В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если требуется построить блок питания мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то понадобится дополнительный импульсный трансформатор.

Если требуется получить блок питания мощностью свыше 100 Ватт, а используется балласт от лампы на 20-30 Ватт, то, скорее всего, придётся внести небольшие изменения и в схему электронного балласта.

В частности, может понадобиться установить более мощные диоды VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотать входной дроссель L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току окажется недостаточным, то придётся увеличить базовый ток транзисторов, уменьшив номиналы резисторов R5, R6. Кроме этого придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях.

Если частота генерации окажется не очень высокой, то возможно придётся увеличить емкость разделительных конденсаторов C4, C6.

Импульсный трансформатор для блока питания

Особенностью полумостовых импульсных блоков питания с самовозбуждением является способность адаптироваться к параметрам используемого трансформатора. А тот факт, что цепь обратной связи не будет проходить через наш самодельный трансформатор и вовсе упрощает задачу расчёта трансформатора и наладки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам прощают ошибки в расчётах до 150% и выше. Проверено на практике.

Не пугайтесь! Намотать импульсный трансформатор можно в течение просмотра одного фильма или даже быстрее, если Вы собираетесь выполнять эту монотонную работу сосредоточенно.

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения

Во входных фильтрах электронных балластов, из-за экономии места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Hz.

Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе БП, нужно увеличить ёмкость конденсатора входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый Ватт мощности БП приходилось по одной микрофараде или около того. Увеличение ёмкости С0 повлечёт за собой рост пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения БП. Чтобы ограничить этот ток, необходим резистор R0. Но, мощность исходного резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.

Если требуется построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяющиеся в лампах вспышках плёночных «мальниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.

На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.

Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.

Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!

Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.

Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.

Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.

Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60ºC, а транзисторов – 42ºC. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.

Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт.
Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц
Температура трансформатора – 60ºС
Температура транзисторов – 42ºС

Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор TV2. Кроме этого, я увеличил ёмкость конденсатора фильтра сетевого напряжения C0 до 100µF.

Так как КПД блока питания вовсе не равен 100%, пришлось прикрутить к транзисторам какие-то радиаторы.

Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.

Мне не повезло, в моём электроном балласте были установлены транзисторы 13003 поз.1 такой конструкции, которая, видимо, рассчитана на крепление к радиатору при помощи фасонных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не снабжены металлической площадкой, но и тепло отдают намного хуже. Я их заменил транзисторами 13007 поз.2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными винтами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз бо’льшие предельно-допустимые токи.

Если пожелаете, можете смело прикручивать оба транзистора на один радиатор. Я проверил, это работает.

Только, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.

Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.

Внимание! Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!

Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.
Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.
Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.
Температура транзисторов – 75ºC.
Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см².
Температура дросселя TV1 – 45ºC.
TV2 – 2000НМ (Ø28 х Ø16 х 9мм)

Выпрямитель

Все вторичные выпрямители полумостового импульсного блока питания должны быть обязательно двухполупериодным. Если не соблюсти это условие, то магинтопровод может войти в насыщение.

Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

1. Мостовая схема.
2. Схема с нулевой точкой.

Мостовая схема позволяет сэкономить метр провода, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.

Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.

Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

Пример.
Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме с нулевой точкой. При отдаваемой в нагрузку мощности 100 Ватт и напряжении 5 Вольт даже на диодах Шоттки может рассеяться 8 Ват.

100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

Если же применить мостовой выпрямитель, да ещё и обычные диоды, то рассеиваемая на диодах мощность может достигнуть 32 Ватт или даже больше.

100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности.

В низковольтных выпрямителях лучше использовать именно схему с нулевой точкой. Тем более что при ручной намотке можно просто намотать обмотку в два провода. Кроме этого, мощные импульсные диоды недёшевы.

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.

При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.

На этом чертеже изображена схема стенда для тестирования и наладки импульсных БП, отвечающая нормам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она снабжена разделительным трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку исследуемого ИБП от осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.

Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стекло-керамические» резисторы легко найти на радиорынке по зелёной раскраске. Красные цифры – рассеиваемая мощность.

Из опыта известно, что мощности эквивалента нагрузки почему-то всегда не хватает. Перечисленные же выше резисторы могут ограниченное время рассеивать мощность в два-три раза превышающую номинальную. Когда БП включается на длительное время для проверки теплового режима, а мощность эквивалента нагрузки недостаточна, то резисторы можно просто опустить в воду.

Будьте осторожны, берегитесь ожога!
Нагрузочные резисторы этого типа могут нагреться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!
То есть, ни дыма, ни изменения окраски Вы не заметите и можете попытаться тронуть резистор пальцами.

Как наладить импульсный блок питания?

Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.

Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.

Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.

Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.

Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60… 65ºС, то нужно уменьшить мощность нагрузки.

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.

Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.

TV2 – импульсный трансформатор.

VD14, VD15 – импульсные диоды.

C9, C10 – конденсаторы фильтра.

Одним из самых простых способов изготовления импульсного блока питания своими руками из «подручных средств» является переделка энергосберегающей лампы под такой блок питания. Так как основной причиной выхода из строя компактных люминесцентных ламп является перегорание одной из нитей накала колбы, то практически их все можно переделать под импульсный блок питания с нужным напряжением. В данном конкретном случае я переделывал схему электронного балласта 15 ваттной лампочки в импульсный блок питания 12 вольт 1 ампер. Такая переделка не требует огромных усилий и большого количества деталей, т.к. предполагаемая нагружаемая мощность меньше мощности самой энергосберегающей лампочки.

Каждый производитель ламп имеет свои собственные наборы деталей с определенными номиналами в схемах изготавливаемых электронных балластов, но все схемы типовые. Поэтому у себя на схеме я не приводил всю схему лампы, а указал только ее типовое начало и обвязку колбы лампы. Схема электронного балласта нарисована черным и красным цветом. Красным – выделены колба и конденсатор, подсоединенный к двум нитям накала. Их следует удалить. Зеленым цветом на схеме указаны элементы которые нужно добавить. Конденсатор С1 – следует заменить большей емкости, например, 10-20u 400v.

В левой части схемы добавлен предохранитель и входной фильтр. L2 выполнен на кольце от материнской платы, имеет две обмотки по 15 витков проводом от витой пары Ø – 0.5 мм. Кольцо имеет наружный диаметр 16мм, внутренний – 8,5мм, ширину – 6,3мм. Дроссель L3 имеет 10 витков Ø – 1 мм, выполнен на кольце от трансформатора другой энергосберегающей лампы. Следует выбирать лампу с бОльшей пустотой окна дросселя Tr1, так как его необходимо будет переделать в трансформатор. У меня получилось намотать по 26 витков Ø – 0.5 мм на каждую из половины вторичной обмотки. Такой вид намотки требует идеально симметричных половин обмотки. Чтобы добиться этого, рекомендую мотать вторичную обмотку сразу в два провода, каждый из которых будет служить симметричной половиной друг друга. Транзисторы оставил без радиаторов, т.к. предполагаемое потребление схемы меньше мощности, которую потребляла лампа. В качестве теста было подключено на максимальное свечение на 2 часа 5 метров RGB светодиодной ленты, потреблением 12v 1A.