У цій статті Ви знайдете докладний опис процесу виготовлення імпульсних блоків живлення різної потужності на базі електронного баласту компактної люмінесцентної лампи.
Імпульсний блок живлення на 5 ... 20 Ватт ви зможете виготовити менш ніж за годину. На виготовлення 100-ватного блоку живлення знадобиться кілька годин.
В даний час набули широкого поширення Компактні Люмінесцентні Лампи (КЛЛ). Для зменшення розмірів баластного дроселя в них використовується схема високочастотного перетворювача напруги, яка дозволяє значно знизити розмір дроселя.
У разі виходу з ладу електронного баласту, його можна легко відремонтувати. Але, коли виходить з ладу сама колба, то лампочку зазвичай викидають.
Однак електронний баласт такої лампочки, це майже готовий імпульсний Блок живлення (БП). Єдине, чим схема електронного баласту відрізняється від справжнього імпульсного БП, це відсутністю розділового трансформатора і випрямляча, якщо він необхідний.
У той же час, сучасні радіоаматори відчувають великі труднощі при пошуку силових трансформаторів для харчування своїх саморобок. Якщо навіть трансформатор знайдений, то його перемотування вимагає використання великої кількості мідного дроту, та й масо-габаритні параметри виробів, зібраних на основі силових трансформаторів не радують. А адже в переважній більшості випадків силовий трансформатор можна замінити імпульсним блоком живлення. Якщо ж для цих цілей використовувати баласт від несправних КЛЛ, то економія складе значну суму, особливо, якщо мова йде про трансформаторах на 100 Ватт і більше.
Відмінність схеми КЛЛ від імпульсного БП
Це одна з найпоширеніших електричних схем енергозберігаючих ламп. Для предобразованія схеми КЛЛ в імпульсний блок живлення досить встановити всього одну перемичку між точками А - А 'і додати імпульсний трансформатор з випрямлячем. Червоним кольором відзначені елементи, які можна видалити.
Схема енергозберігаючої лампи
А це вже закінчена схема імпульсного блоку живлення, зібрана на основі КЛЛ з використанням додаткового імпульсного трансформатора.
Для спрощення, видалена люмінесцентна лампа і кілька деталей, які були замінені перемичкою.
Як бачите, схема КЛЛ не вимагає великих змін. Червоним кольором відзначені додаткові елементи, привнесені в схему.
Закінчена схема імпульсного блоку живлення
Якої потужності блок живлення можна виготовити з КЛЛ?
Потужність блоку живлення обмежується габаритної потужністю імпульсного трансформатора, максимально допустимим струмом ключових транзисторів і величиною радіатора охолодження, якщо він використовується.
Блок живлення невеликої потужності можна побудувати, намотавши вторинну обмотку прямо на каркас вже наявного дроселя.
БП з вторинною обмоткою прямо на каркас вже наявного дроселя
У разі якщо вікно дроселя не дозволяє намотати вторинну обмотку або якщо потрібно побудувати блок живлення потужністю, що значно перевищує потужність КЛЛ, то знадобиться додатковий імпульсний трансформатор.
БП з додатковим імпульсним трансформатором
Якщо потрібно отримати блок живлення потужністю понад 100 Ватт, а використовується баласт від лампи на 20-30 Ватт, то, швидше за все, доведеться внести невеликі зміни і в схему електронного баласту.
Зокрема, може знадобитися встановити більш потужні діоди VD1-VD4 у вхідній мостовий випрямляч і перемотати вхідний дросель L0 товщим проводом. Якщо коефіцієнт посилення транзисторів по струму виявиться недостатнім, то доведеться збільшити базовий струм транзисторів, зменшивши номінали резисторів R5, R6. Крім цього доведеться збільшити потужність резисторів в базових і емітерний ланцюгах.
Якщо частота генерації виявиться не дуже високою, то можливо доведеться збільшити ємність розділових конденсаторів C4, C6.
Імпульсний трансформатор для блоку живлення
Особливістю полумостового імпульсних блоків живлення з самозбудженням є здатність адаптуватися до параметрів використовуваного трансформатора. А той факт, що ланцюг зворотного зв'язку не буде проходити через наш саморобний трансформатор і зовсім спрощує завдання розрахунку трансформатора і налагодження блоку. Блоки живлення, зібрані за цими схемами прощають помилки в розрахунках до 150% і вище. Перевірено на практиці.
Ємність вхідного фільтра та пульсації напруги
У вхідних фільтрах електронних баластів, через економію місця, використовуються конденсатори невеликої ємності, від яких залежить величина пульсацій напруги з частотою 100 Hz.
Щоб знизити рівень пульсацій напруги на виході БП, потрібно збільшити ємність конденсатора вхідного фільтра. Бажано, щоб на кожен Ватт потужності БП доводилося по одній мікрофарадах або близько того. Збільшення ємності С0 спричинить за собою зростання пікового струму, що протікає через діоди випрямляча в момент включення БП. Щоб обмежити цей струм, необхідний резистор R0. Але, потужність вихідного резистора КЛЛ мала для таких струмів і його слід замінити на більш потужний.
Якщо потрібно побудувати компактний блок живлення, то можна використовувати електролітичні конденсатори, що застосовуються в лампах спалахах плівкових «Мальніц». Наприклад, в одноразових фотоапаратах Kodak встановлені мініатюрні конденсатори без розпізнавальних знаків, але їх ємність аж цілих 100μF при напрузі 350 Вольт.
Блок живлення потужністю 20 Ватт
Блок живлення потужністю 20 Ватт
Блок живлення потужністю, близькою до потужності вихідної КЛЛ, можна зібрати, навіть не киваючи окремий трансформатор. Якщо у оригінального дроселя є досить вільного місця у вікні муздрамтеатру, то можна намотати пару десятків витків дроту і отримати, наприклад, блок живлення для зарядного пристрою або невеликого підсилювача потужності.
На зображенні видно, що поверх наявної обмотки був намотаний один шар ізольованого проводу. Я використовував провід МГТФ (багатожильний провід під фторопластовою ізоляції). Проте у такий спосіб можна отримати потужність всього в кілька Ватт, так як більшу частину вікна буде займати ізоляція проводу, а перетин самої міді буде невелика.
Якщо потрібно бо'льшая потужність, то можна використовувати звичайний мідний лакований обмотувальний дріт.
Увага! Оригінальна обмотка дроселя знаходиться під напругою мережі! При описаної вище доопрацювання, обов'язково потурбуйтеся про надійну межобмоточной ізоляції, особливо, якщо вторинна обмотка мотається звичайним лакованим обмотувальним проводом. Навіть якщо первинна обмотка покрита синтетичною захисною плівкою, додаткова паперова прокладка необхідна!
Як бачите, обмотка дроселя покрита синтетичною плівкою, хоча часто обмотка цих дроселів взагалі нічим не захищена.
Наметовому поверх плівки два шари електрокартону товщиною 0,05 мм або один шар товщиною 0,1 мм. Якщо немає електрокартону, використовуємо будь-яку відповідну по товщині папір.
Поверх ізолюючої прокладки мотаємо вторинну обмотку майбутнього трансформатора. Перетин дроту слід вибирати максимально можливе. Кількість витків підбирається експериментальним шляхом, благо їх буде небагато.
Мені, таким чином, вдалося отримати потужність на навантаженні 20 Ватт при температурі трансформатора 60ºC, а транзисторів - 42ºC. Отримати ще більшу потужність, при розумній температурі трансформатора, не дозволила занадто мала площа вікна муздрамтеатру і обумовлене цим переріз проводу.
На зображенні діюча модель БП
Потужність, що підводиться до навантаження - 20 Ватт.
Частота автоколивань без навантаження - 26 кГц.
Частота автоколивань при максимальному навантаженні - 32 кГц
Температура трансформатора - 60ºС
Температура транзисторів - 42ºС
Блок живлення потужністю 100 Ватт
Для збільшення потужності блоку живлення довелося намотати імпульсний трансформатор TV2. Крім цього, я збільшив ємність конденсатора фільтра напруги C0 до 100μF.
Блок живлення потужністю 100 Ватт
Так як ККД блоку живлення зовсім не дорівнює 100%, довелося прикрутити до транзисторів якісь радіатори.
Адже якщо ККД блоку буде навіть 90%, розсіяти 10 Ватт потужності все одно доведеться.
Мені не пощастило, в моєму електроном баласті були встановлені транзистори 13003 поз.1 такої конструкції, яка, мабуть, розрахована на кріплення до радіатора за допомогою фасонних пружин. Ці транзистори не потребують прокладках, тому що не забезпечені металевою майданчиком, а й тепло віддають набагато гірше. Я їх замінив транзисторами 13007 поз.2 з отворами, щоб їх можна було прикрутити до радіаторів звичайними гвинтами. Крім того, 13007 мають в кілька разів бо'льшую гранично-допустимі струми.
Якщо побажаєте, можете сміливо прикручувати обидва транзистора на один радіатор. Я перевірив, це працює.
Тільки, корпусу обох транзисторів повинні бути ізольовані від корпусу радіатора, навіть якщо радіатор знаходиться всередині корпусу електронного пристрою.
Кріплення зручно здійснювати гвинтами М2,5, на які потрібно попередньо надіти ізоляційні шайби і відрізки ізоляційної трубки (кембрика). Допускається використання теплопровідних пасти КПТ-8, так як вона не проводить струм.
Увага! Транзистори знаходяться під напругою мережі, тому ізоляційні прокладки повинні забезпечувати умови електробезпеки!
Чинний стоваттному імпульсний блок живлення
Всі вторинні випрямлячі полумостового імпульсного блоку живлення повинні бути обов'язково двухполуперіодним. Якщо не дотриматися цю умову, то магінтопровод може увійти в насичення.
Існують дві широко поширені схеми двухполуперіодних випрямлячів.
1. Мостова схема.
2. Схема з нульовою точкою.
Мостова схема дозволяє заощадити метр дроту, але розсіює в два рази більше енергії на діодах.
Схема з нульовою точкою економічніша, але вимагає наявності двох абсолютно симетричних вторинних обмоток. Асиметрія за кількістю витків або розташуванню може привести до насичення муздрамтеатру.
Однак саме схеми з нульовою точкою використовуються, коли потрібно отримати великі струми при малому вихідному напрузі. Тоді, для додаткової мінімізації втрат, замість звичайних кремнієвих діодів, використовують діоди Шотткі, на яких падіння напруги в два-три рази менше.
Приклад.
Випрямлячі комп'ютерних блоків живлення виконані за схемою з нульовою точкою. При віддається в навантаження потужності 100 Ватт і напрузі 5 Вольт навіть на діодах Шотткі може розсіятися 8 Ват.
100/5 * 0,4 = 8 (Ватт)
Якщо ж застосувати мостовий випрямляч, та ще й звичайні діоди, то розсіюється на діодах потужність може досягти 32 Ватт або навіть більше.
100/5 * 0,8 * 2 = 32 (Ватт).
Зверніть увагу на це, коли будете проектувати блок живлення, щоб потім не шукати, куди зникла половина потужності.
У низьковольтних випрямлячах краще використовувати саме схему з нульовою точкою. Тим більше що при ручному намотуванні можна просто намотати обмотку в два дроти. Крім цього, потужні імпульсні діоди недешеві.
Як правильно підключити імпульсний блок живлення до мережі?
Для налагодження імпульсних блоків живлення зазвичай використовують ось таку схему включення. Тут лампа розжарювання використовується в якості баласту з нелінійної характеристикою і захищає безперервного живлення від виходу з ладу при нештатних ситуаціях. Потужність лампи зазвичай вибирають близькою до потужності випробовується імпульсного БП.
При роботі імпульсного БП на холостому ходу або при невеликому навантаженні, опір нитки какао лампи невелика і воно не впливає на роботу блоку. Коли ж, з яких-небудь причин, ток ключових транзисторів зростає, спіраль лампи розжарюється і її опір збільшується, що призводить до обмеження струму до безпечної величини.
На цьому кресленні зображена схема стенду для тестування і налагодження імпульсних БП, що відповідає нормам електробезпеки. Відмінність цієї схеми від попередньої в тому, що вона забезпечена розділовим трансформатором, який забезпечує гальванічну розв'язку досліджуваного безперервного живлення від освітлювальної мережі. Вимикач SA2 дозволяє блокувати лампу, коли блок живлення віддає більшу потужність.
Важливою операцією при тестуванні БП є випробування на еквіваленті навантаження. Як навантаження зручно використовувати потужні резистори типу ПЕВ, ППБ, ПСБ і т.д. Ці «скло-керамічні» резистори легко знайти на радіоринку по зеленій розфарбуванні. Червоні цифри - розсіює потужність.
З досвіду відомо, що потужності еквівалента навантаження чомусь завжди не вистачає. Перераховані ж вище резистори можуть обмежений час розсіювати потужність в два-три рази перевищує номінальну. Коли БД включається на тривалий час для перевірки теплового режиму, а потужність еквівалента навантаження недостатня, то резистори можна просто опустити в воду.
Будьте обережні, стережіться опіку!
Навантажувальні резистори цього типу можуть нагрітися до температури в кілька сотень градусів без будь-яких зовнішніх проявів!
Тобто, ні диму, ні зміни забарвлення Ви не помітите і можете спробувати зачепити резистор пальцями.
Як налагодити імпульсний блок живлення?
Власне, блок живлення, зібраний на основі справного електронного баласту, особливої налагодження не вимагає.
Його потрібно підключити до еквівалента навантаження і переконатися, що БП здатний віддати розрахункову потужність.
Під час прогону під максимальним навантаженням, потрібно простежити за динамікою зростання температури транзисторів і трансформатора. Якщо занадто сильно гріється трансформатор, то потрібно, або збільшити перетин дроту, або збільшити габаритну потужність муздрамтеатру, або і те й інше.
Якщо сильно гріються транзистори, то потрібно встановити їх на радіатори.
Якщо в якості імпульсного трансформатора використовується домотать дросель від КЛЛ, а його температура перевищує 60 ... 65ºС, то потрібно зменшити потужність навантаження.
Не рекомендується доводити температуру трансформатора вище 60 ... 65ºС, а транзисторів вище 80 ... 85ºС.
Яке призначення елементів схеми імпульсного блоку живлення?
Схема імпульсного блоку живлення
R0 - обмежує піковий струм, що протікає через діоди випрямляча, в момент включення. У КЛЛ також часто виконує функцію запобіжника.
VD1 ... VD4 - мостовий випрямляч.
L0, C0 - фільтр живлення.
R1, C1, VD2, VD8 - ланцюг запуску перетворювача.
Працює вузол запуску наступним чином. Конденсатор C1 заряджається від джерела через резистор R1. Коли напруги на конденсаторі C1 досягає напруги пробою динистора VD2, динистор відмикається сам і відмикає транзистор VT2, викликаючи автоколивання. Після виникнення генерації, прямокутні імпульси прикладаються до катода діода VD8 і негативний потенціал надійно замикає динистор VD2.
R2, C11, C8 - полегшують запуск перетворювача.
R7, R8 - покращують замикання транзисторів.
R5, R6 - обмежують струм баз транзисторів.
R3, R4 - запобігають насичення транзисторів і виконують роль запобіжників при пробої транзисторів.
VD7, VD6 - захищають транзистори від зворотного напруги.
TV1 - трансформатор зворотного зв'язку.
L5 - баластний дросель.
C4, C6 - розділові конденсатори, на яких напруга живлення ділиться навпіл.
TV2 - імпульсний трансформатор.
VD14, VD15 - імпульсні діоди.
C9, C10 - конденсатори фільтра.