Бп из лампы. Импульсный источник питания из лампочки КЛЛ своими руками
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.
По данным Института метеорологии, в нашей стране нет системы регистрации молний. Интересно, что наша страна является одной из ведущих компаний в Европе, где большинство молний ударяет. Среднее количество гроз составляет от 3 до 12 на квадратный километр в год. Есть районы с ярко выраженной гром - в Софии и Враца молниеносные удары в среднем 40 дней в году. Наблюдения метеорологов заключаются в том, что грозовая активность летом приносит большой ущерб из-за затронутых электрических сетей. Фонари имеют высокий уровень энергии и способны разрушать оборудование или запускать огонь.
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.
Наиболее опасными являются районы, близкие к линиям электропередачи, где уровни переходного напряжения могут быть более 10 кВ примерно десять раз в год по сравнению с офисным зданием в городе, где можно ожидать уровня 3 кВ. Самопроизвольные процессы перехода могут быть столь же вредны, как и постепенное выпадение компонентов и преждевременный сбой. Особенно уязвимы полупроводники в выпрямителях, используемых в импульсных источниках питания. Нарушение процесса может быть особенно разрушительным и дорогостоящим.
Внутренние процессы перехода могут быть вызваны сваркой, запуском и остановкой крупного предприятия или даже простым копировальным аппаратом. Интересно, что для этого стандарта требуется только испытание на волновое сопротивление 4 кВ, подключенное друг к другу внешними кабелями и 1-2 кВ для нормальной промышленной среды.
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:
Следовательно, если оборудование повреждено по необъяснимым причинам, это означает, что должны быть установлены переходные процессы и ограничители перенапряжений. Стандарты качества электроэнергии. В таблице показана низковольтная сторона источника питания. Практические выводы из этих данных заключаются в широких пределах.
Важно проверить, находятся ли предохранительные блокировки и реле в начальном состоянии после падения или падения напряжения, поскольку такие инциденты могут возникать довольно часто. Контрольное и технологическое оборудование, чувствительное к изменениям напряжения, следует использовать с осторожностью, так как допустимое падение напряжения очень велико и может превышать ± 10% в течение 5% времени. Временные отклонения высоки, и использование устройств защиты от перенапряжений должно быть тщательно рассмотрено, особенно когда производство дорогостоящих компонентов или процессов требует длительного и дорогостоящего времени перезапуска.
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:
Гармоники Гармоники определяются как синусоидальные компоненты нелинейного периодического сигнала с частотой, кратной базовой частоте. Любое переключение синусоидальной сети электропитания приведет к появлению многих других синусоидов с более высокими частотами, которые не являются очевидными, но вредными.
Примите пример инвертора или импульсного источника питания 1, 5 кВт. Пиковый ток составляет около 60 А из-за более высоких частот гармоник с более высокими частотами вместо 6, 52А. Это показывает один из главных эффектов гармоник - чрезвычайно большие токи, а импульсные источники питания используются повсеместно в компьютерах, телевизорах, энергосберегающих лампах, инверторах, кондиционерах и фазовых контроллерах. Кроме того, гармонические токи вызывают искажение формы сигнала напряжения питания, нагрев трансформаторов и конденсаторов и снижение нагрузки на кабель из-за скин-эффекта.
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.
С точки зрения производителей оборудования важно знать гармоники, поскольку они могут привести к значительному снижению характеристик защитных устройств и кабелей. Однажды нагрузки обычно были простыми индуктивными типами, а конденсаторы были добавлены для регулировки коэффициента мощности. Теперь нагрузки намного сложнее и состоят из множества резистивных, емкостно-реактивных и индуктивных реагентов. Для устранения этих влияний необходимы более сложные решения, но любопытно, что используется тот же термин - коррекция коэффициента мощности.
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;
Качество электроэнергии становится важной проблемой. Компоненты становятся намного меньше, особенно дроссели и трансформаторы, которые часто являются самыми громоздкими и тяжелыми устройствами. Следовательно, современные устройства, такие как телевизоры, холодильники, кондиционеры, энергосберегающее освещение и компьютеры, неизменно используют импульсную мощность. В промышленном секторе практически все преобразователи с переменной скоростью работают по основному принципу. Еще одно большое преимущество этого режима включения - это просто вопрос времени для саморегулирования.
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.
Другими словами, если напряжение питания падает, заданное отношение корректируется и, следовательно, ток питания увеличивается. Выходное напряжение остается постоянным, и, таким образом, обеспечивается нормальное питание нагрузки. Все эти факторы влияют на качество источника питания. Меньшие и быстрые электронные устройства не имеют такой же иммунитет к электрическому повреждению, как и их предшественники. Что еще хуже, они также способствуют растущему распространению помех, тем самым ставя под угрозу их собственную способность функционировать должным образом.
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.
Общее увеличение тока имеет несколько последствий. Многие отключения питания предназначены для работы в определенных диапазонах тока, так что источник питания не может перестать функционировать, хотя в теории достаточно мощности. Переключение всех видов генерирует гармоники, поэтому это скрытые токи, которые являются расточительными и могут накапливаться до очень высоких уровней. Более того, большие токи вызывают большие потери, а более высокие токи вызывают скин-эффект в проводниках, что также может привести к потере или понижению параметров.
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.
Это происходит значительно на 7-й гармонике и вверх. Кроме того, потери вихревых токов в трансформаторах и двигателях могут быть увеличены. Конечным результатом является то, что существует большая вероятность сбоя питания, потери оборудования, пожара, вызванного перегревом, сбоя компонента или неисправного электрооборудования. Поэтому неизбежно иметь более жесткий контроль над качеством источника питания, чтобы он соответствовал непрерывному созданию более сложного электрооборудования.
Основные причины проблем с качеством электроэнергии. Трудно получить значимые статистические данные за ущерб из-за переходных явлений. Поэтому, с точки зрения защиты или обнаружения неисправности, логично принять переходные процессы как наиболее вероятный источник проблем с качеством источника питания. Давайте не будем забывать, что он, как правило, генерируется как из внутреннего источника, так и из внешнего источника.
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.
Наиболее часто используемые решения Недавнее исследование цитирует, что наиболее часто используемой защитой является защита от перенапряжения. Пассивные фильтры занимают 8-е место в опросе, что очень удивительно, учитывая, что они настолько широко приняты и установлены промышленностью в целом.
Защита от перенапряжения включает в себя заземление для молниезащиты и взаимосвязи оборудования. В новом здании это может быть идеальным решением, но в существующей промышленной установке это было бы не так практично. Установка устройств защиты от перенапряжений, которые легко доступны на рынке, вероятно, будет наиболее разумным подходом в таких случаях.
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%.
Неудивительно, что они заняли второе место в списке, но вначале не демонстрируют важность чрезмерной защиты. Уменьшение номинальных характеристик оборудования: Трансформаторы не любят нагрузки с гармониками. Увеличение нагрева, вызванное гармоническим загрязнением, может привести к возникновению ряда проблем. Часто снижение - самый простой вариант, но не обязательно лучшее долгосрочное решение.
Надежные цепи. Связывая большие нагрузки с трансформатором, вероятность генерации гармонических или пусковых ударов меньше. Зарядные устройства, чувствительные к гармоникам, также имеют собственную схему питания. Для гармонических нагрузок можно использовать несколько кабелей, а не один кабель, который будет нагреваться из-за токов в нейтральной области и не настолько эффективен из-за «скин-эффекта», вызванного 7-й гармоникой и выше.
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.
Полная проводка часто принимается, поскольку исходные кабели не могут подавать текущие нагрузки. Очевидно, что это разрушительное, дорогостоящее и решительное решение, но оно снижает риск возникновения пожара и остановки. Зонирование - еще один метод, который используется для снижения вероятности проблем с качеством электроэнергии. Это включает в себя классификацию нагрузок с точки зрения непрерывности, безопасности и воздействия электромагнитных помех, так что каждая группа имеет свои собственные конкретные линии питания и методы заземления.
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:
Многоточечное заземление обеспечивает низкий импедансный путь к земле в широком диапазоне частот. Эта технология заземления также генерирует большое количество потенциальных токовых петель, но из-за большого количества соединений заземления уровни тока не являются критическими.
Пассивные фильтры часто предназначены для уменьшения гармоник, но они могут включать в себя другие преимущества, такие как защита от перенапряжения или коррекция коэффициента мощности. Фильтры могут устанавливаться на отдельных нагрузках или централизованно использоваться в зависимости от индивидуальных требований объекта.
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.
Активные фильтры являются дорогостоящими, но могут быть очень эффективными при выборочном применении. Они также предлагают другие преимущества, такие как толерантность к искаженной форме сигнала и поддержание напряжения во время капель или спадов, коррекция активной мощности.
Увеличение поперечного сечения нейтрали: большое количество однофазных гармонических нагрузок будет генерировать большой ток в нейтрале из-за накопления третьей гармоники. Это может быть в 1, 7 раза больше эффективного тока линии. В таких случаях целесообразно увеличить поперечное сечение нулевого проводника.
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.
Сколько энергии необходимо для повреждения оборудования? Переходные напряжения с амплитудой менее 3 В или уровнем энергии всего 0, 1 мкДж могут повредить компонент или вызвать неисправность в системах. Количество повторений также важно, так как компонент не может быть поврежден при первом такте.
Одним из номинальных значений устройств защиты от перенапряжений является количество энергии, которое они могут поглощать до того, как они будут повреждены, измеренные в джоулях. Это значение, однако, менее важно, чем максимальное прорывное напряжение и максимальный ток выносливости. Кроме того, производители часто цитируют значения времени в своих спецификациях, что означает время для увеличения и уменьшения волн напряжения и тока. Наиболее неблагоприятные переходные напряжения или колебания вызваны молнией и могут достигать до 6 кВ вблизи линий электропередач.
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? |
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.