Преобразователь напряжения для питания лампы дневного света. Питание лдс

Ю. БОРОДАТЫЙ, Р. КОТУРБАТ, с. Ривна, Ивано-Франковской обл.

Резонансный преобразователь напряжения отличается от импульсных и квазирезонансных преобразователей очень низкими потерями на переключательных транзисторах (1...2% от преобразуемой мощности). Его можно использовать для питания ламп дневного света (ЛДС) . Отсутствие стабилизатора дает возможность питать любые ЛДС, в том числе и с перегоревшими пусковыми спиралями.

Главной задачей при конструировании устройства было использование готового трансформатора от лампового телевизора ТС-180 (ТС-180-2), так как очень не хотелось заниматься изготовлением моточных узлов. Второй принцип, заложенный в самоделку - простота, так как это обеспечивает конструкции высокую надежность и ремонтопригодность

Схема (рис.1а) предназначена для питания ЛДС от аккумулятора и его зарядки от сети. Можно использовать даже аккумуляторы с одной закороченной банкой при увеличении емкостей С1 и С2 до 0,5 мкФ.

Для зарядки аккумулятора переключатель SA1 устанавливается в верхнее по схеме положение. Напряжение сети с трансформатора Т1 через диоды VD1 ...VD4 прикладывается к аккумулятору. При переходе в рабочий режим (питание ЛДС) SA1 устанавливается в нижнее по схеме положение. Иногда для запуска очень старых ламп требуется схема, повышающая потенциал базы VT1 иVТ2(рис.1б).

Преобразователь напряжения состоит из двух блокинг-генераторов, работающих синхронно. Контур, образованный емкостью базовых переходов транзисторов и обмоткой трансформатора, входит в резонанс с другим контуром, образованным емкостью лампы и вторичной обмоткой. Частота резонансных колебаний - 100...150 кГц. Уменьшив емкость конденсаторов до 0,1 мкФ, используя всего одну (можно с КЗ в витках!) катушку, можно сделать преобразователь по схеме, показанной на рис.2.

Детали. Транзисторы в схемах должны быть только мощные, в металлических корпусах, например КТ805. При повышении напряжения питания свыше 12,8 В КПД схемы несколько уменьшается, что приводит к нагреву транзисторов. В схеме, приведенной на рис.1, транзисторы и соответствующие им диоды можно расположить на двух радиаторах. Другие два диода можно прикрутить непосредственно к шасси. Нагрев транзисторов можно снизить уменьшением емкости конденсаторов, что облегчает запуск лампы, но снижает ее яркость свечения. В качестве HL1 используется любая лампа дневного света (6...40 Вт). Если конденсаторы греются, замените их на более качественные, с меньшей утечкой. Схемы некритичны к деталям.

В качестве Т1, кроме ТС-180, можно применить ТС-160 и другие аналогичные трансформаторы. При использовании только одной пустой катушки (рис.2) заполнять ее ферритовым "ломом", как описано в , не требуется. Транзисторы могут быть и p-n-р проводимости, если поменять полярность диодов и батареи.

Литература

1. Коновалов Е. Квазирезонансный преобразователь напряжения. - Радио, 1996, N2, С.52.
2. Бородатый Ю. Дневное от аккумулятора. - Дом, сад, огород, 1998. N4.
3. Бородатый Ю. Дневное от аккумулятора. - Электрик, 2000, N4.

Схема такого преобразователя не новая, но она была переделана и в итоге переделки количество используемых радиодеталей резко сократилось.

Принципиальная схема преобразователя для лампы ЛДС представляет собой простой блокинг-генератор на мощном биполярном транзисторе MJE13007, опыт показал, что он справляется лучше всех, но возможна замена на более мощный, типа MJE13009. Такие транзисторы часто используют в компьютерных блоках питания ATX. Подстроечный резистор лучше использовать проволочный на пару ватт, его номинал 470 ом, но он может отклонится в ту или иную сторону на 20% - это на работу преобразователя не повлияет.

В качестве трансформатора использован Ш-образный ферритовый трансформатор из того-же компьютерного блока питания. Как правило у такого трансформатора 6 выводов со стороны понижающей обмотки и один отвод сверху. Именно к этому отводу подключаем плюс питания. Первый и последний вывод понижающей обмотки соответственно на коллектор транзистора и через резистор на базу, определенной полярности тут нету.

Далее собираем саму схему преобразователя для лампы. У сетевой обмотки трансформатора обычно 3 или 2 вывода, крайние выводы подключаем к лампе дневного освещения. Для плавного пуска можно последовательно к выводу подключить конденсатор на 400 вольт 1 микрофарад, хотя будет работать и без него. Транзистор нужно укрепить на небольшой теплоотвод.

Включаем схему и медленно вращаем подстроечный резистор, пока не добьемся максимального свечения лампы - это ограничительный резистор базового тока, который одновременно регулирует частоту. Хорошо собранный преобразователь не издает лишних звуков и имеет широкий диапазон питающих напряжений от 3,5 до 12 вольт (оптимальное - 6 вольт).

ПИТАНИЕ ЛДС

Лампы дневного света всё ещё находят применение в осветительных приборах и данный преобразователь как раз и служит для питания экономичных ЛДС цокольного типа. Лампы дневного света на настоящее время признаны наиболее эффективным источником света. Обыкновенная лампа накаливания имеет эффективность около 10 Люмен/Ватт, в то время как эффективность ЛДС достигает 100 Люмен/Ватт. ЛДС потребляет почти в 7 раз меньше электроэнергии, чем обыкновенная лампа накаливания, и к тому-же имеет в 12 раз большее время работы. Конечно с каждым годом всё большее распространение получают сверхъяркие , даже под ЛДС их уже стали делать,

Но их окончательное превосходство ещё будет не скоро. Тем более, что за хорошие яркие светодиоды надо платить денюжку, а всяких ламп дневного света у многих, и у меня в том числе, валяется достаточно. Собрав эту схему мы получим автономное, яркое и экономичное освещение дома, гаража, салона автомобиля или походного фонарика.

Тех, кто ожидал увидеть в этой схеме микроконтроллеры с фазоимпульсным управлением и ШИМ-модуляцией, вынужден огорчить - это обычный вульгарный блокинг-генератор. Почему? Потому, что повторялся сотни раз разными людьми и отлично работает. И нечего всё усложнять. Помните, краткость - сестра таланта. Схема преобразователя для ЛДС не требует дорогостоящих деталей, к тому-же позволяет использовать неисправные лампы. На транзисторе Т1 КТ817, собран блокинг-генератор. Резистор на 3 кОм задает ток и режим работы транзистора. В результате работы генератора на верхней обмотке появляется импульсное высокое напряжение, поступающее на ЛДС.

Базовая обмотка трансформатора, намотанного на ферритовом сердечнике содержит 20 витков ПЭВ-2 0,5мм, коллекторная 40 витков того-же провода, а высоковольтная около 500.

Радиатор нужен, т.к. продолжительная работа вызывает ощутимый нагрев транзистора. В качестве него используем кусок алюминия со спичечный коробок. Нити накала лампы шунтированы перемычкой и выполняют функцию электрода, на который подают напряжение, необходимое для включения лампы. Происходит холодное зажигание с помощью резкого повышения напряжения на ЛДС при пуске, без предварительного подогрева электродов ЛДС.

Другой вариант преобразователя для ЛДС немного сложнее, но и стабильнее. Схема срисована с китайского походного фонаря.

Питается от 6 - 12В и потребляет ток до 0.5А. Транзистор лучше заменить на КТ805 - для надёжности. Настройка заключается в подборе тока и частоты, для получения максимальной яркости свечения ЛДС. Внимание, на выходе схемы высокое напряжение и оно может серьезно ударить! Будьте внимательны при сборке схемы. Представляется интересным использование в качестве трансформатора строчный трансформатор от телевизоров ТВС, как это реализовано .

Ценные рекомендации Александра: Из недостатков вышеуказанных схем стоит отметить отсутствие плавного прогрева нитей лампы, что уменьшит срок службы, хоть и могут применяться в таких схемах лампы с перегоревшей нитью но света от них значительно меньше чем от новой лампы, в таких схемах довольно быстро выгорает люминофор, низкое КПД, много энергии уходит просто в нагрев транзистора. При перегорании ЛДС или просто если при работе преобразователя отошел контакт лампы произойдёт работа на холостом ходу, без нагрузки, что может привести к перегреву транзистора и выходу его из строя, либо что еще хуже - к пробою высоковольтной обмотки трансформатора. Напряжение на высоковольтной обмотке на холостом ходу может достигать 1200 В, под нагрузкой примерно 80-120 В, зависит от мощности самой ЛДС. Для подобия плавного запуска ЛДС, ее надо подключить не сразу к высоковольтной обмотке,а через конденсатор (его емкость подбирают экспериментально). Конденсатор ставится только на провод фазы, а не на нулевой! Не перепутайте! После этого ЛДС начнет запускаться более плавно! При этом у нее несколько упадет яркость свечения. Но это все поправимо подбором резистора.

Что можно предпринять для предотвращения выхода из строя генератора?
1 - Сделать обратную связь.
2 - Самое простое: подключить параллельно самой ЛДС неоновую лампу или стартер через резистор на 1 мОм, (можно чуть меньше). На работе самой ЛДС неонка не отразиться, зато при внештатных ситуациях она вполне может сыграть роль нагрузки и тем самым спасти сам блокинг-генератор.

Можно применить в данных схемах готовый трансформатор. В 1-м варианте можно применить трансформатор из дежурной марки EEL-19 (или подобный) из компьютерного БП. Возможно так-же применение трансформатора ТВС от черно-белых ламповых телевизоров. Для второй схемы вполне подходят сетевые трансформаторы от лазерных принтеров и сетевые трансформаторы от ЖК мониторов. В этих случаях трансформаторы можно применять как есть без перемотки.

Расчёт тока потребления преобразователя можно вести по такой приближённой методике: Например лампе ЛБ-20 нужно 1,66 А, следовательно - 20 Ватт/12 в=1,66 А. Умножаем на кпд 90% - получится должен потреблять около 1.8 А.

Ещё одно: первый вариант схемы блокинг- генератора допускает применение радиатора меньшего размера - будет меньший нагрев транзистора, чем второй вариант схемы питания ЛДС. В первом варианте желательно поставить конденсатор на 0,01 мкф - 0,022 мкф, меду базой и эмиттером, тем самым уменьшив нагрев транзистора. Самая оптимальная мощность для таких схем 9-11 W! Но не более 20W. Нежелательно применять резисторы менее 0.5-1W. Применять в схеме КТ817 не рекомендую, так как он не предназначен для таких рабочих токов, соответственно в этой схеме с невысоким КПД, он еще больше упадет. Диод на входе я бы советовал поставить обязательно, так как даже при случайном кратковременном перепутывании полярности питания, произойдёт сгорание транзистора!

Тимофей Носов

Преобразователь 12-220 из компьютерного БП для питания ЛДС

Преобразователь также используется для питания «экономичных» ЛДС цокольного типа; он собственно собирался с целью автономного, яркого и экономичного освещения дома, гаража, салона авто. Для себя я принял решение не собирать электронный баласт а использовать готовый, т.к. соотношение геморрой-результат был в пользу готовых решений (всё равно, что в наш век делать на коленках лампу накаливания).

Краткие комментарии схемы. Это двухтактный импульсный преобразователь, собранный на ШИМ-контроллере TL494 (полный отечественный аналог 1114ЕУ4), что позволяет сделать схему довольно простой. На выходе стоят высокоэффективные выпрямительные диоды удваивающие напряжение по схеме Делона или Грайнмахера (не хотел ругаться). На выходе, разумеется, постоянное напряжение. Для электронных балластов постоянное напряжение и полярность включения не актуальна, т.к. в схеме балласта на входе стоит диодный мост (правда диоды там не такие «шустрые» как в нашем преобразователе).

В преобразователе используется готовый высокочастотный понижающий трансформатор из блока питания (БП) компьютера, но в нашем преобразователе он станет наоборот повышающим. Понижающий трансформатор можно взять как из AT так и из ATX БП. Из моей практики трансформаторы отличались только габаритами, а расположение выводов совпадало. Убитый БП (или трансформатор из него) можно найти в любой мастерской по ремонту компьютеров.

Трансформатор можно и самостоятельно намотать. Лично моего терпения сейчас хватает вручную намотать не более 20 витков, хотя в детстве мог намотать для транзисторного приемника контурную катушку в 100 витков; годы берут своё.

Итак, находим подходящее ферритовое кольцо (внешний диаметр примерно 20-30 мм). Соотношение витков примерно 1:1:20 , где 1:1 – две половинки первичной обмотки (10+10 витков), а:20 – соответственно, вторичная 200 витков. Сначала мотается вторичная – равномерно 200 витков проводом диаметром 0,3-0,4 мм. Затем равномерно две половинки первичной обмотки (мотаем 10 витков, делаем средний отвод, затем в том же направлении мотаем оставшиеся 10 витков). Для полуобмоток использую многожильный, серебреный монтажный провод диаметром 0,8 мм (можно не загоняться и использовать другой провод, но лучше многожильный и мягкий).

Предлагаю еще вариант изготовления (переделки) трансформатора. Вы можете приобрести т.н. электронный трансформатор для 12 вольтовых галогенных ламп подсветки потолков и мебели (в магазинах светового оборудования стоит от 80 руб). В нем стоит подходящий трансформатор на кольце. Нужно только снять вторичную обмотку, которая представляет собой десяток витков. А полуобмотки можно намотать иначе – кусок провода (длину рассчитаете) складываем вдвое и мотаем вдвое сложенным проводом; середину провода (место перегиба) разрезаем – получаем т.н. два конца (или два начала) обмоток. К концу одного провода припаиваем начало другого – получаем общую точку полуобмоток. Уверяю, у меня такой трансформатор работает. Необходимо отметить, что компьютерный трансформатор великолепно работает в схеме электронного трансформатора .

Для тех кто желает теории расчетов – раздел Софт-Полезности и Программа расчета трансформатора импульсного блока питания V1.03 (838 Kb) ; в ней всё доходчиво расписано. Частота преобразования около 100 кГц (расчет рабочей частоты см. в документации на TL494).

C1 – это 1 нанофарад, или 1000 пикофарад, или 0,001 микрофарад (все варианты величины емкости равны между собой); на корпусе кодировка 102; я ставил 152 – работает, но, предполагаю, что на меньшей частоте.

R1 и R2 – задают ширину импульсов на выходе. Схему можно упростить и не ставить эти элементы, при этом 4й контакт TL494 посадить на минус; я не вижу нужды широкими импульсами насиловать транзисторы.

R3 (совместно с C1) задаёт рабочую частоту. Уменьшаем сопротивление R1 – увеличиваем частоту. Увеличиваем емкость C1 – уменьшаем частоту. И наоборот.

Транзисторы – мощные МОП (металл-окисел-полупроводник) полевые транзисторы , которые характеризуются меньшим временем срабатывания и более простыми схемами управления. Одинаково хорошо работают IRFZ44N, IRFZ46N, IRFZ48N (чем больше цифра – тем мощнее и дороже).

В преобразователе применены диоды HER307 (подойдут 304, 305, 306-е). Отлично работают отечественные КД213 (дороже, габаритнее и менее надежно).

Конденсаторы на выходе можно и меньшей емкости, но с рабочим напряжением 200 В. Использованы конденсаторы из того же компьютерного БП диаметром не более 18 мм (либо редактируйте рисунок печатной платы).

Микросхему установите на панель; так будет легче жить.

Налаживание сводится к внимательной установке микросхемы в панель. Если не работает, проверьте наличие подводимого напряжения 12 В. Проверьте R1 и R2, не перепутали? Всё должно работать.

Радиатор не нужен, т.к. продолжительная работа не вызывает ощутимый нагрев транзисторов. А если возникнет желание поставить на радиатор, то, внимание, фланцы корпусов транзисторов не закорачивать через радиатор. Используйте изоляционные прокладки и шайбы втулки от компьютерного БП. Для первого пуска радиатор не помешает; по крайней мере транзисторы сразу не сгорят в случае ошибок монтажа или КЗ на выходе, или при «случайном» подключении лампы накаливания на 220 в.

Питание схемы должно быть убедительным, т.к. потребляемый ток одного экземпляра «экономичной» ЛДС от герметичного кислотного аккумулятора у меня составил 1,4 А при напряжении 11,5 В; итого 16 Вт (хотя на упаковке лампы написано 26 Вт).

Защиту схемы от перегрузки и переплюсовки можно реализовать через предохранитель и диод на входе.

Будьте осторожны! На выходе схемы высокое напряжение и очень серьезно может ударить. Потом не говорите, что не предупреждал. Конденсаторы держат заряд больше суток – проверено на людях. Разрядных цепей на выходе нет. Закорачивание не допускается, разряжайте либо лампой накаливания на 220 В, либо через сопротивление на 1 мОм.

Для преобразователя сделано два рисунка печатной платы, в зависимости от габаритов трансформатора.