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.
Источники постоянного напряжения
Если вы не уверены, нужен ли вам источник постоянного тока, посмотрите на это, чтобы узнать. Если вы хотите установить это в своем автомобиле, вам не понадобится блок питания. Питание 12 В от аккумулятора будет полностью адекватным для ваших источников света.
Как правильно выбрать источник питания?
Есть много вещей, которые влияют на поиск правильного источника питания для ваших нужд. Во-первых, мы должны заблокировать требуемую мощность от источника питания. Чтобы начать, узнайте, сколько ватт потребляет ваш свет. Если вы надеетесь запустить более одного света от одного источника питания, вы должны суммировать мощность, чтобы найти общее количество используемых ватт. Это можно легко сделать, умножив общую мощность на 2, а затем найдя источник питания, рассчитанный на эту мощность.
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.
Простое их умножение покажет, что наша мощность системы должна быть около 48 Вт. Для этого проекта достаточно 60-ваттного источника питания. Обратите внимание, что вы всегда должны убедиться, что используемый драйвер низкого напряжения рассчитан на напряжение, которое вы хотите ввести. Узнайте больше о расчете напряжения в разных цепях.
Кроме того, убедитесь, что выбранный источник питания может обрабатывать входную мощность, которая у вас есть. Линейное напряжение будет меняться в зависимости от того, где вы находитесь в мире. В спецификациях источника питания следует указать, является ли источник питания диммируемым или нет, и какой тип управления диммером он использует.
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.
Чем выше частота, тем ярче они будут. Вы должны убедиться, что источник питания подходит для регулировки переменного тока, проверяя спецификации. Наши текущие продукты, которые предлагают регуляторы затемнения, такие как. Важным фактором, который нельзя игнорировать при выборе источника питания, является область и окружающая среда, в которых он будет использоваться. Источники питания работают наиболее эффективно, если они используются в их температурных параметрах. Спецификации источника питания должны включать безопасный диапазон рабочих температур.
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.
Отличия конструкции лампы от импульсного блока
Лучше всего работать в этом и не задерживать источник электропитания где-нибудь там, где тепло может накапливаться и превышать эту максимальную рабочую температуру. Как правило, это плохая идея вставить блок питания в крошечный корпус без системы вентиляции. Это позволит даже минимальное количество тепла, создаваемого источником, со временем нарастать и в конечном итоге готовить источник питания. Поэтому убедитесь, что область не слишком теплая или холодная, и что тепло не может нарастать до уровня повреждения.
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.
Первое число относится к размеру твердых веществ, которые может выдерживать устройство, тогда как второе число относится к количеству жидкости, которое может выдерживать устройство. По мере увеличения каждого номера уровень защиты тоже. По мере того, как первое число увеличивается, продукт становится защищенным меньшими и меньшими объектами, что делает его менее восприимчивым к чему-либо, что попадает и вредит ему. По мере того как второе число увеличивается, продукт переходит от защиты только от легкого дождевой воды, чтобы быть полностью защищенным.
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.
Чем выше процентная доля энергопотребления, тем больше энергии вы в итоге сохраняете. Если вы хотите поместить его внутрь продукта, который вы делаете, он должен быть достаточно мал, чтобы вписаться в предоставленное пространство. Если он находится вне приложения, у него должен быть способ установить соединение. Существуют различные источники питания, предлагаемые в разных размерах и формах в соответствии с вашими потребностями.
Найдите лучший источник питания для вас
Здесь вы должны определить, хотите ли вы использовать большую длину от одного источника питания или придерживаться безопасности источника питания класса 2, который защищен от пожара и поражения электрическим током. Существует множество вариантов выбора, поэтому найдите свое время и выберите тот, который лучше всего подходит для вашей ситуации, и имеет требование безопасности из области, окружающей его, чтобы оно было рассчитано на длительное время.
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.
Лампы, подобные этому, - отличное место для начала. В течение своей жизни типичная энергосберегающая лампа останавливает около одной тонны углекислого газа от входа в атмосферу и многократно оплачивает его. Так что это хорошо для вашего кармана и доброты для Земли. Какая разница между ними, как они работают, и что лучше?
Почему обычные лампы теряют энергию
Фото: типичная энергосберегающая компактная люминесцентная лампа. Свет поступает из двух люминесцентных ламп слева. Кубическое основание лампы содержит трансформатор и другую электронику, как описано ниже. Чтобы понять, что так хорошо об энергосберегающих лампах, нам сначала нужно понять, что так плохо для обычных.
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.
Добавляемые детали выделены красным цветом, это
Фото: лампа накаливания светится, когда нить накаляется. Трудно это увидеть, так как вы не можете долго смотреть на лампу, не причиняя вреда своим глазам. Но эта короткая экспозиционная фотография дает понять, что происходит. Это означает, что они дают свет, потому что они горячие. Типичная электрическая лампочка - это стеклянный глобус с очень тонким проводом внутри него. Тонкая проволока, называемая нитью, становится чрезвычайно горячей, когда через нее протекает электричество. Теперь горячие вещи часто выделяют свет.
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.
Например, пожары выглядят красными, оранжевыми, желтыми или белыми, потому что они горячие. Нить накаливания в лампе выглядит белой, потому что она светится белой. Горячее железо выглядит красным, желтым или белым, потому что оно выделяет свет, но почему оно должно давать свет вообще? Когда вы нагреваете железо, атомы внутри него поглощают тепловую энергию, которую вы поставляете. Электроны внутри атомов выходят дальше от ядра, чтобы впитать эту дополнительную энергию. Но это делает их неустойчивыми, поэтому они быстро возвращаются в свое первоначальное или «основное» состояние.
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.
Когда они это делают, им приходится избавляться от некоторой энергии и делать это, отдавая крошечный пакет света, называемый фотоном. В зависимости от того, сколько энергии они избавляются, фотон появляется как свет определенного цвета. Вы можете подумать, что нагревание немного проволоки - довольно неэффективный способ сделать свет - и вы будете правы. Огонь, горячий железный брусок и проволочная нить в лампе дают свет, но они также выдают Если бы свет был нашей единственной целью, любая жара, которую мы производим, была потрачена впустую.
Вариант ИБП с повышенной мощностью
Если вы когда-нибудь положили руку на обычную лампу накаливания, вы узнаете, что она становится невероятно горячей - слишком горячей для прикосновения, Попробуй! Фактически, лампа накаливания тратит около 90 процентов электроэнергии, которую она использует, нагреваясь.
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.
Как работают компактные люминесцентные лампы
Традиционно энергосберегающие огни экономят энергию, делая свет без тепла, используя совершенно другой процесс, называемый флуоресценцией. Это трюк, подобный тому, который используется существами, такими как светлячки и светящиеся черви, чьи тела содержат химикаты, которые делают «холодный свет» без тепла. Общее название света, сделанное таким образом, - люминесценция.
У вас, вероятно, были длинные флуоресцентные лампочки в вашем доме или офисе в течение многих лет. Современные компактные флуоресцентные лампы работают точно так же, как только они «сжаты», чтобы вместить примерно такой же объем, что и традиционная лампочка. С внешней стороны компактная люминесцентная лампа выглядит достаточно просто, с двумя основными частями: квадратным основанием, из которого выходят две или более белых стеклянных труб. Подключите основание, и лампы загорятся. Внутри все немного сложнее!
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.
Только внутри базы, где расширяется корпус, есть небольшая электронная схема, содержащая трансформатор, который повышает напряжение входящего электричества. Это означает, что лампа может производить больше света, чем в противном случае, а также помогает уменьшить мерцание Схема электричества соединена с несколькими электрическими контактами, называемыми электродами. Когда электричество течет в электроды, электроны кипят с поверхности и отстреливают тонкие белые трубки, содержащие ртутный газ, показанные здесь как более синие точки. Столкновения дают энергию атомов ртути, поэтому их электроны переходят на более высокие энергетические уровни. Но это делает атомы ртути неустойчивыми, поэтому электроны быстро возвращаются к своим основным состояниям. Когда они это делают, они выделяют фотоны невидимого ультрафиолетового света, показанные здесь как фиолетово-волнистые линии. Если флуоресцентные лампы делают невидимый свет, почему светится белым? Тонкие стеклянные трубки флуоресцентного света покрыты химическими веществами белого цвета, называемыми люминофорами. Когда ультрафиолетовый свет поражает атом люминофоров, он возбуждает свои электроны точно так же, как возбуждаются атомы ртути. Это делает неустойчивые атомы люминофора, поэтому они выделяют свою избыточную энергию в виде фотонов, которые на этот раз становятся видимыми, белый свет.
- Вы подключаете базу к розетке.
- Когда электроны мчатся по трубам, они сталкиваются с атомами ртути.
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.
Что внутри компактной люминесцентной лампы?
Черный цилиндр слева - это конденсатор. Четыре серебряных контакта на крайнем правом углу находятся там, где установлены электроды. Итак, короче говоря, флуоресцентные лампы делают свою энергию в трехэтапном процессе. Электроды берут электрическую энергию от источника питания и генерируют движущиеся электроны. Движущиеся электроны сталкиваются с атомами ртути в трубах, чтобы сделать ультрафиолетовый свет. Белое люминофорное покрытие труб преобразует ультрафиолетовый свет в видимый свет. В случае, если вам интересно, вот как выглядит компактный флуоресцентный свет внутри.
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.
Техническая информация
: → Из сгоревшей энергосберегающей лампы изготовить блок питания
В этой публикации размещен материал для ремонта или изготовления импульсных блоков питания разной мощности на базе электронного балласта компактной люминесцентной лампы.
Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить за короткое. На изготовление 100-ваттного блока питания может понадобится до нескольких часов.
Построить блок питания будет несложно, умеющим паять. И несомненно, это сделать несложно, чем найти низкочастотный подходящий для изготовления трансформатор нужной мощности и перемотать его вторичные обмотки под нужное напряжение.
В последнее 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 приходится выбрасывать.
Однако электронный балласт такой лампочки, это практически 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 последнее же время, радиолюбители порой испытывают трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самодельных конструкций. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования необходимый по диаметру медные провода, да и массо - габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не особо радует. 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 определенную 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 преобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания необходимо установить всего одну перемычку между точками А - А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно будет 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, при его использовании.
Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя из состава блока лампы.
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.
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!
На чертеже изображено соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.
- Винт М2,5.
- Шайба М2,5.
- Шайба изоляционная М2,5 - стеклотекстолит, текстолит, гетинакс.
- Корпус транзистора.
- Прокладка - отрезок трубки (кембрика).
- Прокладка - слюда, керамика, фторопласт и т.д.
- Радиатор охлаждения.
А это действующий стоваттный импульсный блок питания.
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.
А это уже изображение реального стенда для ремонта и наладки импульсных БП, который я изготовил много лет назад по схеме, расположенной выше.
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.
Не рекомендуется доводить температуру трансформатора выше 60… 65ºС, а транзисторов выше 80… 85ºС.
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.