Как из электронного балласта сделать блок питания. Блок питания: что можно сделать из энергосберегающей лампы

21.07.2019

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.

В данной статье мы рассмотрим простой вариант импульсного блока питания. Балласт от ЛДС в наше время стоит копейки, как и электронный трансформатор (ЭТ) от галогенных ламп. Мы знаем про основные недостатки ИБП для галогенок - работает слишком не стабильно, выходное напряжение может отклонятся в ту или иную сторону, не имеет сетевого фильтра.

Но все эти недостатки ничто, по сравнению с двумя основными - при даже секундном КЗ на выходе, схема буквально взрывается. Другой основной недостаток заключается в том, что устройство работает только под нагрузкой, то есть, если мы на выходе подключим светодиод с ограничительным резистором, то он светится не будет, что делает данный ИБП очень неудобным, для иных целей.

Балласт от ЛДС - по сравнению с блоками ЭТ они более стабильны, встречаются балласты с сетевыми фильтрами. Даже в дешевых блоках мы можем наблюдать дроссель, термистор и электролиты по питанию, предохранитель в них ставят почти всегда. Все это делает балласт долговечным и надежным.

Но давайте вспомним, что выходное напряжение балласта пригодно только для питания ЛДС. В моем случае был использован балласт ЛДС на 40 ватт.
Я решил объединить две эти схемы, для получения нового вида ИБП.

Китайский электронный трансформатор на 105 ватт был разобран, с платы был выпаян импульсный трансформатор.

Особых переделок делать не нужно, просто высокое напряжение от балласта подается на первичную обмотку импульсного трансформатора. Питание подается через конденсатор 3кВ 6800пФ (как емкость, так и напряжение конденсатора могут отклонятся в ту или иную сторону на 30-40%)
На вторичной обмотке трансформатора мы получаем как раз 12 вольт.

Мощность такого блока питания невелика, но вполне хватает для создания маломощных лабораторных ИБП. Дополнив схему выпрямителем, мы получим ИБП, который может использоваться как зарядное устройство или блок питания для усилителей мощности, область применения достаточно широка, ведь без блока питания не будет работать ни одна конструкция.

При дополнении диодным выпрямителем нужно использовать импульсные диоды, поскольку рабочая частота устройства 15-30кГц и более (частота зависит от схемы устройства, ее мощности и производителя, у всех по-разному).

Также, следует учесть, что выходной ток может достигать до 3,5-4А, следовательно, диоды нужны мощные. Очень удобно использовать диодные сборки из компьютерных БП, из отечественного интерьера отлично подойдет КД213А.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Магазин	Мой блокнот
VT1, VT2	Биполярный транзистор	MJE13005	2	Поиск в Чип и Дип	В блокнот
VD1, VD2	Выпрямительный диод	1N4007	2	Поиск в Чип и Дип	В блокнот
VDS1	Выпрямительный диод	1N4007	4	Поиск в Чип и Дип	В блокнот
C1, C2		10 мкФ 400В	2	Поиск в Чип и Дип	В блокнот
C3, C4	Электролитический конденсатор	2.2 мкФ 50В	2	Поиск в Чип и Дип	В блокнот
C5	Конденсатор	3.3 нФ 1000В	1

Малогабаритный блок питания - из электронного балласта

Речь в статье пойдет о появившихся сравнительно недавно лампах дневного света с обычным резьбовым цоколем, так называемых энергосберегающих. Если у вас найдется такая лампа, отработавшая свой срок или неисправная, содержимое ее цоколя поможет решить часто встречающуюся проблему - где взять малогабаритный, экономичный и дешевый сетевой источник питания. Попыток решения этой проблемы было немало - можно вспомнить несколько публикаций на страницах журнала "Радио" под общим условным названием "Сетевая "Крона". В электронном блоке энергосберегающей лампы содержится большая часть деталей такого источника питания, необходимо лишь добавить выходную цепь.

В резьбовом цоколе лампы дневного света, пришедшей на смену обычной лампе накаливания, находится круглая печатная плата, на которой собран преобразователь для ее питания. Схема подобной лампы показана на рис. 1. Из особенностей можно отметить специфическую выходную цепь с дросселем L2, узел автозапуска на симметричном динисторе VS1 и токовое управление коммутацией силовых транзисторов. Цепь автозапуска необходима, поскольку генератор с обратной связью по току сам не запускается. Элементы С1, R1 и L1 предотвращают распространение по электросети радиопомех, возникающих при работе генератора.

Не стоит удивляться разбросу номиналов элементов, указанных на схеме, - он реально существует для ламп различной мощности и разных производителей, конечно, с учетом того, что парные элементы (например, резисторы R2 и R3) имеют одинаковые номиналы. Это же касается и диодов с транзисторами - на схеме указаны лишь наиболее часто встречающиеся типы. Дроссель L2 собран на миниатюрном Ш-образном магнитопроводе из феррита с наружными размерами 10...15 мм, иногда с небольшим зазором. Его обмотка содержит 240...350 витков обмоточного провода диаметром 0,2 мм.

Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом ферритовом магнитопроводе наружным диаметром 8... 10 мм и высотой 3...5 мм, первичная обмотка (I) содержит 6...10 витков, обмотки II и III - по 2...3 витка, причем провод может быть как обмоточный диаметром 0,3...0,4 мм, так и обычный монтажный. Дроссель L1 - полтора-два десятка витков обмоточного провода диаметром 0,5 мм, намотанных на небольшом ферритовом стержне. Рабочая частота генератора определяется в основном параметрами трансформатора Т1 и при номинальной нагрузке равна 40...60 кГц.

Существует еще один вариант преобразователя, применяемый чаще всего в самых маломощных лампах. Его схема показана на рис. 2. Главное отличие от предыдущего варианта - отсутствие цепи автозапуска. Режим мягкого самовозбуждения создается здесь вследствие приоткрывания транзистора VT2 током через резисторы R2 и R3. Запуску также способствует конденсатор С5, создающий добавочный импульс базового тока транзистора VT2 в момент включения питания. Кроме того, в маломощных лампах обычно отсутствуют помехоподавляющие цепи и даже предохранитель.

Как же использовать подобное изделие? Вариантов может быть много. Автору, например, с помощью такого преобразователя удалось превратить аккумуляторную электробритву "Хитачи" в питаемую от сети 220 В. Для этого использована плата, на которой размещены транзисторы MPSA42 в корпусах ТО-92, а большинство остальных элементов - для поверхностного монтажа. В основном схема устройства соответствует рис. 1. Доработка показана на рис. 3. Прежде всего с платы необходимо демонтировать выводы лампы, конденсатор С5 и дроссель L2, а также выпаять выводы первичной обмотки трансформатора Т1.

Дроссель L2 следует аккуратно разобрать и удалить прежнюю обмотку и прокладки, создающие зазор, если они есть. Необходимо напомнить, что во время разборки очень легко поломать Ш-образный магнитопровод. Поэтому, если он склеен, может не помочь даже нагревание феррита, и тогда рекомендую сразу удалить каркас с обмоткой, а потом изготовить новый из картона. Магнитопровод с каркасом используют для изготовления трансформатора 12. Параметры его обмоток следующие: первичная I - 400 витков провода ПЭВ-2 0,12, вторичная II (при выходном напряжении 2 В) - 9+9 витков провода ПЭВ-2 0,6. Наматывать вторичную обмотку следует, как обычно, проводом, сложенным вдвое, и не забывать о хорошей межобмоточной изоляции (минимум 2-3 слоя лакоткани). Сборку трансформатора Т2 проще всего осуществить с помощью полоски лакоткани или даже изоленты, упруго натянутой по наружному контуру прижатых друг к другу половин магнитопровода. Склеивать их нежелательно, а вдруг потребуется снова разбирать? Можно попробовать намотать трансформатор, не разбирая магнитопровод, с помощью челнока. Готовый трансформатор запаивают в плату на прежнее место или располагают произвольно. Дроссель L3 наматывают на любом ферритовом подстроечнике. Его обмотка содержит 15...20 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,6...0,7 мм.

Изменения в цепи первичной обмотки трансформатора Т1 вызваны желанием перейти от токовой обратной связи, которая весьма чувствительна к нагрузке, к обратной связи по выходному напряжению. Генератор с обратной связью по напряжению устойчив в работе, независимо от изменения выходного тока. Если генератор не запускается (возможна неправильная фазировка), просто поменяйте местами концы первичной обмотки любого трансформатора. Поскольку диоды выходного выпрямителя VD8, VD9 работают при токе, близком к предельному, желательно для лучшего охлаждения установить их на дюралюминиевую пластину максимально возможной в выбранном корпусе площади. Предпоследняя операция - подбор наибольшего номинала резистора R8, при котором обеспечиваются надежный запуск преобразователя при любой нагрузке и номинальная рабочая частота (50...60 кГц). Сопротивление резистора R8 подбирают в пределах от 1 до 30 Ом. И наконец, измеряют выходные параметры получившегося источника питания, контролируя степень нагрева его элементов. В авторском варианте удалось получить выходную мощность примерно 2...3 Вт (выходное напряжение 2 В при токе нагрузки 1...1.5 А).

Остается лишь смонтировать налаженный источник в корпусе питаемого устройства. Вышеописанный блок удалось разместить в корпусе электробритвы на месте аккумулятора типоразмера АА и его зарядного устройства.

Аналогичный блок питания можно сделать и на основе преобразователя, собранного по схеме рис. 2. За последнее время появились лампы с преобразователями, схемы которых отличаются от показанных на рис. 1 и 2, - на полевых транзисторах и даже интегральных микросхемах. Их также можно использовать для создания источника питания - следует просто включить трансформатор Т2 (рис. 3) вместо лампы EL1, ничего более не удаляя и не переделывая. Правда, при этом останется обратная связь по току, из-за чего такой преобразователь сможет нормально работать лишь с постоянной нагрузкой. Если необходимо использовать преобразователь на предельной мощности, желательно коммутирующие транзисторы установить на подходящий теплоотвод.

Смотрите другие статьи раздела .

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

Сначала небольшое предисловие.

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

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

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

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

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

Оттенок лампы по сравнению с лампой накаливания получился намного холоднее.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вот схема энергосберегающей лампы, срисованная прямо с платы:

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

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

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

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

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

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

Процедура переделки энергосберегающей лампы

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

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

После этого изготавливается плата из одностороннего фольгированного стеклотекстолита:

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

Транзистор VT2 IRLML6401 можно попробовать заменить на IRLML6402.

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

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

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

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

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

Себестоимость второго варианта светодиодной лампы составила около 3.2 $.

Литература :

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

ID: 1371

Как вам эта статья?

Энергосберегающие лампы широко применяются в быту и на производстве, со временем они приходят в негодность, а между тем многие из них после несложного ремонта можно восстановить. Если вышел из строя сам светильник, то из электронной «начинки» можно сделать довольно мощный блок питания на любое нужное напряжение.

Как выглядит блок питания из энергосберегающей лампы

В быту часто требуется компактный, но в то же время мощный низковольтный блок питания, сделать такой можно, используя вышедшую из строя энергосберегающую лампу. В лампах чаще всего выходят из строя светильники, а блок питания остается в рабочем состоянии.

Для того чтобы сделать блок питания, необходимо разобраться в принципе работы электроники, содержащейся в энергосберегающей лампе.

Достоинства импульсных блоков питания

В последние годы наметилась явная тенденция к уходу от классических трансформаторных блоков питания к импульсным. Это связано, в первую очередь, с большими недостатками трансформаторных блоков питания, таких как большая масса, малая перегрузочная способность, малый КПД.

Устранение этих недостатков в импульсных блоках питания, а также развитие элементной базы позволило широко использовать эти узлы питания для устройств с мощностью от единиц ватт до многих киловатт.

Схема блока питания

Принцип работы импульсного блока питания в энергосберегающей лампе точно такой же, как в любом другом устройстве, например, в компьютере или телевизоре.

В общих чертах работу импульсного блока питания можно описать следующим образом:

Переменный сетевой ток преобразуется в постоянный без изменения его напряжения, т.е. 220 В.
Широтно-импульсный преобразователь на транзисторах превращает постоянное напряжение в прямоугольные импульсы, с частотой от 20 до 40 кГц (в зависимости от модели лампы).
Это напряжение через дроссель подается на светильник.

Рассмотрим схему и порядок работы импульсного блока питания лампы (рисунок ниже) более подробно.

Схема электронного балласта энергосберегающей лампы

Сетевое напряжение поступает на мостовой выпрямитель(VD1-VD4) через ограничительный резистор R 0 небольшого сопротивления, далее выпрямленное напряжение сглаживается на фильтрующем высоковольтном конденсаторе (С 0), и через сглаживающий фильтр (L0) подается на транзисторный преобразователь.

Запуск транзисторного преобразователя происходит в тот момент, когда напряжение на конденсаторе С1 превысит порог открытия динистора VD2. Это запустит в работу генератор на транзисторах VT1 и VT2, благодаря чему возникает автогенерация на частоте около 20 кГц.

Другие элементы схемы, такие как R2, C8 и C11, играют вспомогательную роль, облегчая запуск генератора. Резисторы R7 и R8 увеличивают скорость закрытия транзисторов.

А резисторы R5 и R6 служат как ограничительные в цепях баз транзисторов, R3 и R4 предохраняют их от насыщения, а в случае пробоя играют роль предохранителей.

Диоды VD7, VD6 – защитные, хотя во многих транзисторах, предназначенных для работы в подобных устройствах, такие диоды встроены.

TV1 – трансформатор, с его обмоток TV1-1 и TV1-2, напряжение обратной связи с выхода генератора подается в базовые цепи транзисторов, создавая тем самым условия для работы генератора.

На рисунке выше красным цветом выделены детали, подлежащие удалению при переделке блока, точки А–А` нужно соединить перемычкой.

Переделка блока

Перед тем как приступить к переделке блока питания, следует определиться с тем, какую мощность тока необходимо иметь на выходе, от этого будет зависеть глубина модернизации. Так, если требуется мощность 20-30 Вт, то переделка будет минимальной и не потребует большого вмешательства в существующую схему. Если необходимо получить мощность 50 и более ватт, то модернизация потребуется более основательная.

Следует иметь в виду, что на выходе блока питания будет постоянное напряжение, а не переменное. Получить от такого блока питания переменное напряжение частотой 50 Гц невозможно.

Определяем мощность

Мощность можно вычислить по формуле:

Р – мощность, Вт;

I – сила тока, А;

U – напряжение, В.

Например, возьмем блок питания со следующими параметрами: напряжение – 12 В, сила тока – 2 А, тогда мощность будет:

С учетом перегрузки можно принять 24-26 Вт, так что для изготовления такого блока потребуется минимальное вмешательство в схему энергосберегающей лампы мощностью 25 Вт.

Новые детали

Добавление новых деталей в схему

Добавляемые детали выделены красным цветом, это:

диодный мост VD14-VD17;
два конденсатора С 9 , С 10 ;
дополнительная обмотка, размещенная на балластном дросселе L5, количество витков подбирается опытным путем.

Добавляемая обмотка на дроссель играет еще одну немаловажную роль разделительного трансформатора, предохраняя от попадания сетевого напряжения на выход блока питания.

Чтобы определить необходимое количество витков в добавляемой обмотке, следует проделать следующие действия:

на дроссель наматывают временную обмотку, примерно 10 витков любого провода;
соединяют с нагрузочным сопротивлением, мощностью не менее 30 Вт и сопротивлением примерно 5-6 Ом;
включают в сеть, замеряют напряжение на нагрузочном сопротивлении;
полученное значение делят на количество витков, узнают, сколько вольт приходится на 1 виток;
вычисляют необходимое число витков для постоянной обмотки.

Более детальный расчет приведен ниже.

Испытательное включение переделанного блока питания

После этого легко вычислить необходимое число витков. Для этого напряжение, которое планируется получить от этого блока, делят на напряжение одного витка, получается количество витков, к полученному результату добавляют про запас примерно 5-10%.

W=U вых /U вит, где

W – количество витков;

U вых – требуемое выходное напряжение блока питания;

U вит – напряжение на один виток.

Намотка дополнительной обмотки на штатный дроссель

Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При намотке поверх нее дополнительной обмотки необходимо предусмотреть межобмоточную изоляцию, особенно если наматывается провод типа ПЭЛ, в эмалевой изоляции. Для межобмоточной изоляции можно применить ленту из политетрафторэтилена для уплотнения резьбовых соединений, которой пользуются сантехники, ее толщина всего 0,2 мм.

Мощность в таком блоке ограничена габаритной мощностью используемого трансформатора и допустимым током транзисторов.

Блок питания повышенной мощности

Для этого потребуется более сложная модернизация:

дополнительный трансформатор на ферритовом кольце;
замена транзисторов;
установка транзисторов на радиаторы;
увеличение емкости некоторых конденсаторов.

В результате такой модернизации получают блок питания мощностью до 100 Вт, при выходном напряжении 12 В. Он способен обеспечить ток 8-9 ампер. Этого достаточно для питания, например, шуруповерта средней мощности.

Схема модернизированного блока питания приведена на рисунке ниже.

Блок питания мощностью 100 Вт

Как видно на схеме, резистор R 0 заменен на более мощный (3-ваттный), его сопротивление уменьшено до 5 Ом. Его можно заменить на два 2-ваттных по 10 Ом, соединив их параллельно. Далее, С 0 – его емкость увеличена до 100 мкф, с рабочим напряжением 350 В. Если нежелательно увеличивать габариты блока питания, то можно подыскать миниатюрный конденсатор такой емкости, в частности, его можно взять из фотоаппарата-мыльницы.

Для обеспечения надежной работы блока полезно несколько уменьшить номиналы резисторов R 5 и R 6 , до 18–15 Ом, а также увеличить мощность резисторов R 7 , R 8 и R 3 , R 4 . Если частота генерации окажется невысокой, то следует увеличить номиналы конденсаторов C 3 и C 4 – 68n.

Самым сложным может оказаться изготовление трансформатора. Для этой цели в импульсных блоках чаще всего используют ферритовые кольца соответствующих размеров и магнитной проницаемости.

Расчет таких трансформаторов довольно сложен, но в интернете есть много программ, с помощью которых это очень легко сделать, например, «Программа расчета импульсного трансформатора Lite-CalcIT».

Как выглядит импульсный трансформатор

Расчет, проведенный с помощью этой программы, дал следующие результаты:

Для сердечника используется ферритовое кольцо, его внешний диаметр – 40, внутренний – 22, а толщина – 20 мм. Первичная обмотка проводом ПЭЛ – 0,85 мм 2 имеет 63 витка, а две вторичных тем же проводом – 12.

Вторичную обмотку необходимо наматывать сразу в два провода, при этом их желательно предварительно слегка скрутить между собой по всей длине, так как эти трансформаторы очень чувствительны к несимметричности обмоток. Если не соблюдать это условие, то диоды VD14 и VD15 будут нагреваться неравномерно, а это еще больше увеличит несимметричность что, в конце концов, выведет их из строя.

Зато такие трансформаторы легко прощают значительные ошибки при расчете количества витков, до 30%.

Так как эта схема изначально рассчитывалась для работы с лампой мощностью 20 Вт, то установлены транзисторы 13003. На рисунке ниже позиция (1) – транзисторы средней мощности, их следует заменить на более мощные, например, 13007, как на позиции (2). Возможно, их придется установить на металлическую пластину (радиатор), площадью около 30 см 2 .

Испытание

Пробное включение стоит проводить с соблюдением некоторых мер предосторожности, чтобы не вывести из строя блок питания:

Первое пробное включение производить через лампу накаливания 100 Вт, чтобы ограничить ток на блок питания.
К выходу обязательно подключить нагрузочный резистор 3-4 Ома, мощностью 50-60 Вт.
Если все прошло штатно, дать поработать 5-10 мин., отключить и проверить степень нагрева трансформатора, транзисторов и диодов выпрямителя.

Если в процессе замены деталей не были допущены ошибки, блок питания должен заработать без проблем.

Если пробное включение показало работоспособность блока, остается испытать его в режиме полной нагрузки. Для этого сопротивление нагрузочного резистора уменьшить до 1,2-2 Ом и включить его в сеть напрямую без лампочки на 1-2 минуты. После чего отключить и проверить температуру транзисторов: если она превышает 60 0 С, то их придется установить на радиаторы.

В качестве радиатора можно использовать как заводской радиатор, что будет наиболее верным решением, так и алюминиевую пластину, толщиной не менее 4 мм и площадью 30 кв.см. Под транзисторы необходимо подложить слюдяную прокладку, крепить их к радиатору нужно с помощью винтов с изолирующими втулками и шайбами.