Блоки питания и ЗУ

Самодельные импульсные блоки питания из эконом лампы. Драйвер для светодиодов из энергосберегающей лампы

Дополняю:
Мощность блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, при его использовании.

Блок питания небольшой мощности можно построить, намотав вторичную обмотку прямо на каркас уже имеющегося дросселя из состава блока лампы.

В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если требуется построить блок питания мощностью, значительно превышающей мощность КЛЛ, то понадобится дополнительный импульсный трансформатор.

Если требуется получить блок питания мощностью свыше 100 Ватт, а используется балласт от лампы на 20-30 Ватт, то, скорее всего, придётся внести небольшие изменения и в схему электронного балласта.

В частности, может понадобиться установить более мощные диоды VD1-VD4 во входной мостовой выпрямитель и перемотать входной дроссель L0 более толстым проводом. Если коэффициент усиления транзисторов по току окажется недостаточным, то придётся увеличить базовый ток транзисторов, уменьшив номиналы резисторов R5, R6. Кроме этого придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях.

Если частота генерации окажется не очень высокой, то возможно придётся увеличить емкость разделительных конденсаторов C4, C6.

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.

Энергосберегающие лампы, или компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), можно условно разделить на две части:
1) - сама люминесцентная лампа
2) - электронный пуско-регулирующий аппарат (ЭПРА, электронный балласт), встроенный в цоколь лампы.

Рассмотрим поближе, что там есть в электронном балласте:

Диоды - 6 шт. Высоковольтные (220 Вольт) обычно маломощные (не больше 0,5 Ампер).
- Дроссель. (убирает помехи по сети).
- Транзисторы средней мощности (обычно MJE13003).
- Высоковольтный электролит. (как правило 4,7 мкФ на 400 вольт).
- Обычные конденсаторы на разной емкости, но все на 250 вольт.
- Два высокочастотных трансформатора.
- Несколько резисторов.

Разберём работу энергосберегающей лампы на примере наиболее распространённой схемы

(лампа мощностью 11Вт).

Схема состоит из цепей питания, которые включают помехо-защищающий дроссель L2, предохранитель F1, диодный мост, состоящий из четырёх диодов 1N4007 и фильтрующий конденсатор C4. Схема запуска состоит из элементов D1, C2, R6 и динистора. D2, D3, R1 и R3 выполняют защитные функции. Иногда эти диоды не устанавливают в целях экономии.

При включении лампы, R6, C2 и динистор формируют импульс, подающийся на базу транзистора Q2, приводящий к его открытию. После запуска эта часть схемы блокируется диодом D1. После каждого открытия транзистора Q2, конденсатор C2 разряжен. Это предотвращает повторное открытие динистора.Транзисторы возбуждают трансформатор TR1, который состоит из ферритового колечка с тремя обмотками в несколько витков. На нити поступает напряжение через конденсатор C3 с повышающего резонансного контура L1, TR1, C3 и C6. Трубка загорается на резонансной частоте,определяемой конденсатором C3, потому что его ёмкость намного меньше,чем ёмкость C6. В этот момент напряжение на конденсаторе C3 достигает порядка 600В. Во время запуска пиковые значения токов превышают нормальные в 3-5 раз, поэтому если колба лампы повреждена, существует риск повреждения транзисторов.

Когда газ в трубке ионизирован, C3 практически шунтируется, благодаря чему частота понижается и генератор управляется только конденсатором C6и генерирует меньшее напряжение, но, тем не менее, достаточное для поддержания свечения лампы.
Когда лампа зажглась, первый транзистор открывается, что приводит к насыщению сердечника TR1. Обратная связь на базу приводит к закрытию транзистора. Затем открывается второй транзистор, возбуждаемый противоположно подключенной обмоткой TR1 и процесс повторяется.

Неисправности энергосберегающих ламп

Наиболее частые причины поломки энергосберегающих ламп - обрыв нити накала или выход из строя ЭПРА. Как правило, причиной выхода из строя последнего бывает пробой резонансного конденсатора или транзисторов. Конденсатор C3, часто выходит из строя в лампах, в которых используются дешёвые компоненты, рассчитанные на низкое напряжение. Когда лампа перестаёт зажигаться, появляется риск выхода из строя транзисторов Q1 и Q2 и вследствие этого - R1, R2, R3 и R5. При запуске лампы генератор оказывается,перегружен и транзисторы не выдерживают перегрева. Если колба лампы выходит из строя, электроника обычно тоже ломается, в основном перегорают силовые транзисторы. Если колба уже старая, одна из спиралей может перегореть и лампа перестанет работать. Электроника в таких случаях, как правило, остаётся целой.
Чаще всего лампы перегорают в момент включения.

Как правило лампа собрана на защелках.

Необходимо её разобрать:

Отключаем колбу:

Проверяем Омметром нити накала колбы.

Ремонт лампы.

Если перегорела хотя бы одна из спиралей, колбу выбрасываем, если нет, то она рабочая, и не работает схема.

В некоторых случаях, можно восстановить работоспособность лампы со сгоревшей спиралью, замкнув её.Как вариант - замкнуть резистором на 8-10 Oм большой мощности и убрать шунтирующий данную спираль диод, если таковой имеется.
Если перегорает предохранитель(иногда он бывает в виде резистора), что обычно случается при пробое конденсатора C3, вероятно неисправными оказываются транзисторы Q1, Q2,как правило, используются транзисторы MJE13003 и резисторы R1, R2, R3,R5. Вместо перегоревшего предохранителя можно установить резистор на несколько Ом.

Перед сборкой в цоколе лампы необходимо просверлить вентиляционные отверстия, чтобы сделать температурный режим работы более мягким. Ряд отверстий вокруг места крепления трубки лампы служит для отвода тепла от самой трубки. Ряд отверстий ближе к металлической части цоколя служит для отвода тепла от компонентов балласта. Так-же можно сделать ещё один ряд отверстий - посередине, большего диаметра.

Данная модернизация энергосберегающей лампы поможет существенно продлить срок её службы. Не стоит устанавливать модернизированную лампу в места повышенной влажности (например, ванную комнату).

Наиболее благоприятные условия для работы энергосберегающих лампочек - в открытом виде, либо - широком плафоне или плафоне с вентиляцией, цоколем вверх.

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП

Ниже предоставлены популярные схемы экономичных ламп дневного света, все они сделаны по одному принципу и, как правило, очень похожи.

Схема энергосберегающей лампы Osram

Схема энергосберегающей лампы Philips

Возможная схема включения ламп PHILLIPS

Выход из строя батареи аккумуляторного шуруповерта или другого электроинструмента – событие не самое приятное, особенно если учесть, что стоимость замены этого элемента соизмерима с ценой нового прибора. Но быть может, незапланированных расходов удастся избежать?

Это вполне возможно, если заменить аккумулятор простеньким самодельным блоком питания импульсного типа, с помощью которого инструмент можно будет запитывать от сети. А комплектующие для него можно найти в доступном и повсеместно распространенном изделии – люминесцентной (иначе - энергосберегающей) лампе.

Согласно , в цоколе каждой из них предусмотрен так называемый электронный балласт – миниатюрная схема, предотвращающая мигание лампы во время включения и обеспечивающая постепенный разогрев катодных спиралей. Благодаря ей находящийся в колбе газ испускает свечение с частотой от 30 до 100 кГц.

КЛЛ в разобранном виде

Вид люминесцентной лампочки изнутри

Устройство энергосберегающей лампы на примере изделия от Camelon

Работа на столь высоких частотах значительно увеличивает коэффициент энергопотребления, доводя его практически до единицы, чем и обусловлена высокая экономичность ламп данного типа. Дополнительными преимуществами высокочастотного электричества является отсутствие воспринимаемого человеческим ухом шума и электромагнитного поля.

В зависимости от того, как спроектирован , она может сразу загораться с полным накалом, либо выходить на максимальную яркость постепенно. Иногда для этого требуется одна или две минуты, что, конечно, не очень удобно. Время разогрева лампы производителями не указывается, и покупатель имеет возможность проверить его, только начав пользоваться изделием.

Подавляющая часть балластных схем, по сути, являющихся преобразователями напряжения , собирается на полупроводниковых транзисторах. В дорогих лампах применена более сложная схема, в дешевых – упрощенная.

Вот чем можно поживиться, имея на руках годную или перегоревшую люминесцентную лампу:

биполярные транзисторы, рассчитанные на напряжение до 700 В и токи до 4 А, часто уже с защитными диодами (D4126L или аналогичные);
полевые транзисторы (встречаются довольно редко);
импульсный трансформатор;
дроссель;
двунаправленный динистор, аналогичный сдвоенному динистору КН102;
конденсатор на 10/50В.

Некоторые виды электронного балласта энергосберегающих ламп при сборке самодельного блока питания выступают не просто источником комплектующих, но представляют собой значительную часть схемы, которую остается только немного дополнить и изменить.

Не очень удачными считаются преобразователи, имеющие в своем составе электролитические конденсаторы. Именно эти элементы особенно часто становятся причиной поломок в электронных устройствах.

Неподходящим окажется балласт, в схему которого включена специализированная микросхема.

Импульсный блок питания и его особенности

В импульсный блок питания (ИБП) преобразование электрической энергии происходит по следующей схеме :

Выпрямитель входной (диодный мост + конденсатор) преобразует входной ток из переменного в постоянный.
Инвертор преобразует поступающий с входного выпрямителя постоянный ток снова в переменный, но уже с частотой выше 10 кГц, то есть исходная частота тока (50 Гц) повышается более, чем в 200 раз.
Переменный высокочастотный ток поступает на импульсный трансформатор, который понижает или повышает напряжение.
Выходной выпрямитель превращает переменный ток с требуемыми параметрами, но высокой частотой, в постоянный.

Главная особенность этого способа преобразования электроэнергии состоит в существенном увеличении частоты переменного тока, поступающего на трансформатор. Это позволяет сделать его значительно более компактным, чем он был бы при частоте в 50 Гц. Но малые размеры – это не единственное преимущество импульсных блоков перед линейными.

ИБП на IR2153/2155

ИБП, выполненные с применением современных технологий, практически не имеют энергопотерь, в то время как линейные блоки рассеивают определенную долю энергии на дырочно-электронном переходе транзистора.

Работа инвертора, преобразующего постоянный ток высокочастотный переменный, основана на применении MOSFET-транзисторов, для которых характерна высокая скорость переключения. Быстродействующими должны быть и диоды, устанавливаемые в мосту выходного выпрямителя.

Обычные диоды с током, имеющим частоту выше 10 кГц, работать не смогут. Широко используются диоды Шоттки, которые, в отличие от кремниевых диодов, теряют очень малую долю энергии, работая на высокой частоте.

При низком выходном напряжении роль выпрямителя может играть транзистор. Еще вариант – замена трансформатора дросселем. Подобные схемы встречаются в самых простых преобразователях.

ИБП из лампы своими руками

В большинстве случаев для сборки ИБП электронный дроссель следует лишь немного изменить (при двухтранзисторной схеме) за счет перемычки, а затем подключить к импульсному трансформатору и выпрямителю. Некоторые компоненты просто удаляются за ненадобностью.

Блок питания самодельный

Для слабых блоков питания (от 3.7 в до 20 ватт), можно обойтись без трансформатора. Достаточно будет добавить несколько витков провода на магнитопровод имеющегося в балласте лампы дросселя, если, конечно, там есть для этого место. Новую намотку можно делать прямо поверх существующей.

Для этого отлично подойдет провод марки МГТФ с изоляцией из фторопласта. Обычно провода требуется мало, при этом почти весь просвет магнитопровода занимает изоляция, что и обуславливает малую мощность таких устройств. Чтобы увеличить ее, понадобится импульсный трансформатор.

Импульсный трансформатор

Особенностью описываемого варианта ИБП является способность до некоторой степени подстраиваться под параметры трансформатора, а также отсутствие цепи обратной связи, проходящей через этот элемент. Такая схема подключения позволяет обойтись без особо точного расчета трансформатора.

Как показала практика, даже при грубых ошибках (допускались отклонения свыше 140%) ИБП получался работоспособным.

Трансформатор изготавливается на базе все того же дросселя, на котором наматывается вторичная обмотка из лакированного обмоточного медного провода. При этом важно уделить особенное внимание межобмоточной изоляции из бумажной прокладки, ведь «родная» обмотка дросселя будет работать под сетевым напряжением.

Даже если она покрыта синтетической защитной пленкой, поверх нее все-равно необходимо намотать несколько слоев электрокартона или хотя бы обычной бумаги общей толщиной 100 мкм (0,1 мм), а уже поверх бумаги можно укладывать лакированный провод новой обмотки.

Диаметр провода должен быть наибольшим из возможных. Витков во вторичной обмотке будет не много, поэтому их оптимальное количество можно будет подобрать опытным путем.

Используя указанные материалы и технологию можно получить блок питания мощность 20 или чуть более ватт. В данном случае ее значение ограничивается площадью окна магнитопровода и, соответственно, максимальным диаметром провода, который удается там разместить.

Выпрямитель

Во избежание насыщения магнитопровода в ИБП применяют только двухполупериодные выходные выпрямители. В том случае, если импульсный трансформатор работает на понижение напряжения, наиболее экономичной является схема с нулевой точкой, но для ее реализации понадобится сделать две полностью симметричные вторичные обмотки. При ручной намотке можно выполнить обмотку в два провода.

Стандартный выпрямитель, собранный по схеме «диодный мост» из обычных кремниевых диодов, для импульсного ИБП не подходит, поскольку из 100 Вт передаваемой мощности (при напряжении 5 В) на нем будет теряться около 32 Вт или более. Собирать же выпрямитель на мощных импульсных диодах будет слишком дорого.

Наладка ИБП

После сборки ИБП его необходимо подключить к максимальной нагрузке и проверить, насколько сильно греются транзисторы и трансформатор. Предел для трансформатора – 60 – 65 градусов, для транзисторов – 40 градусов. При перегреве трансформатора увеличивают сечение провода или габаритную мощность магнитопровода, либо выполняют оба действия совместно. Если трансформатор сделан из дросселя балласта лампы, увеличить сечение провода, скорее всего, уже не получится и придется ограничивать подключаемую нагрузку.

Вариант ИБП с повышенной мощностью

Иногда стандартной мощности электронного балласта лампы бывает недостаточно. Представим себе ситуацию: имеется лампа мощностью 23 Вт, а необходимо получить источник питания для зарядного устройства с параметрами 12В/8А.

Для того чтобы осуществить задуманное, придется раздобыть компьютерный блок питания, оказавшийся по каким-либо причинам невостребованным. Из этого блока следует изъять силовой трансформатор вместе с цепочкой R4C8 , которая выполняет функцию защиты силовых транзисторов от перенапряжения. Силовой трансформатор следует присоединить к электронному балласту вместо дросселя.

Схема сборки ИБП из энергосберегающей лампочки

Опытным путем было установлено, что данный тип ИБП позволяет снимать мощность до 45 Вт при незначительном перегреве транзисторов (до 50 градусов).

Чтобы избежать перегрева, в базах транзисторов необходимо установить трансформатор с увеличенным сечением сердечника, а сами транзисторы установить на радиатор.

Возможные ошибки

Как уже говорилось, включение в схему в качестве выходного выпрямителя обычного низкочастотного диодного моста нецелесообразно, а при повышенной мощности ИБП делать этого тем более не стоит.

Также бессмысленно пытаться ради упрощения схемы наматывать базовые обмотки непосредственно на силовом трансформаторе. В отсутствие нагрузки будут иметь место значительные потери из-за того, что в базы транзисторов будет поступать ток максимальной величины.

Применяемый трансформатор с увеличением тока нагрузки увеличивает и ток в базах транзисторов. Практика показывает, что при достижении мощностью нагрузки значений в 75 Вт в магнитопроводе трансформатора имеет место насыщение. Это приводит к ухудшению характеристик транзисторов и их перегреву.

Во избежание этого можно самому намотать трансформатор тока, в два раза увеличив сечение сердечника или сложив вместе два кольца. Также можно в два раза увеличить диаметр провода.

Существует способ избавиться от базового трансформатора, выполняющего промежуточную функцию. Для этого токовый трансформатор через мощный резистор подключают к отдельной обмотке силового, реализуя схему обратной связи по напряжению. Недостатком данного варианта является то, что токовый трансформатор при этом постоянно работает в режиме насыщения.

Нельзя подключать трансформатор параллельно с имеющимся в балластном преобразователе дросселем. Вследствие уменьшения суммарной индуктивности будет увеличена частота блока питания. Такое явление приведет к увеличению потерь в трансформаторе и перегреву транзисторов выходного выпрямителя.

Следует учитывать повышенную чувствительность диодов Шоттки к превышению значения обратных напряжения и тока. Попытка установить, скажем, 5-вольтовый диод в 12-вольтовую схему, скорее всего, приведет к выходу элемента из строя.

Не пытайтесь заменить транзисторы и диоды отечественными, например, КТ812А и КД213. Это однозначно приводит к ухудшению рабочих характеристик устройства.

Подключение ИБП к шуруповерту

Электроинструмент необходимо разобрать, отвинтив все шурупы. Обычно корпус шуруповерта состоит из двух половинок. Далее следует найти провода, которыми двигатель подключается к батарее. Соединить эти провода с выходом ИБП можно с помощью пайки или термоусадочной трубки, вариант со скрутками нежелателен.

Для ввода провода от блока питания в корпусе инструмента необходимо выполнить отверстие. Важно предусмотреть меры, предотвращающие вырывание провода в случае неосторожных движений или случайных рывков. Самый простой вариант – обжать провод внутри корпуса у самого отверстия клипсой из сложенного пополам коротенького отрезка мягкой проволоки (подойдет алюминий). Имея превосходящие диаметр отверстия размеры, клипса не даст проводу оторваться и выпасть из корпуса в случае рывка.

Как видно, энергосберегающая лампочка, даже отработавшая положенный ей срок, может принести немалую пользу своему владельцу. Собранный на базе ее комплектующих ИБП может с успехом применяться в качестве источника энергии для аккумуляторного электроинструмента или зарядного устройства.

Схемы, устройство и работа энергосберегающих ламп

Компактные энергосберегающие лампы работают так же, как и обычные люминесцентные лампы с тем же принципом преобразования электрической энергии в световую. Трубка имеет на концах два электрода, которые нагреваются до 900-1000 градусов и испускают множество электронов, ускоряемых приложенным напряжением, которые сталкиваются с атомами аргона и ртути. Возникающая низкотемпературная плазма в парах ртути преобразуется в ультрафиолетовое излучение. Внутренняя поверхность трубки покрыта люминофором, преобразующим ультрафиолетовое излучение в видимый свет. К электродам подводится переменное напряжение, поэтому их функция постоянно меняется: они становятся то анодом, то катодом. Генератор подводимого к электродам напряжения работает на частоте в десятки килогерц, поэтому энергосберегающие лампы, по сравнению с обычными люминесцентными лампами, не мерцают.

Разберём работу энергосберегающей лампы на примере наиболее распространённой схемы (лампа мощностью 11Вт).

Схема состоит из цепей питания, которые включают помехозащищающий дроссель L2, предохранитель F1, диодный мост, состоящий из четырёх диодов 1N4007 и фильтрующий конденсатор C4. Схема запуска состоит из элементов D1, C2, R6 и динистора. D2, D3, R1 и R3 выполняют защитные функции. Иногда эти диоды не устанавливают в целях экономии.

При включении лампы, R6, C2 и динистор формируют импульс, подающийся на базу транзистора Q2, приводящий к его открытию. После запуска эта часть схемы блокируется диодом D1. После каждого открытия транзистора Q2, конденсатор C2 разряжен. Это предотвращает повторное открытие динистора. Транзисторы возбуждают трансформатор TR1, который состоит из ферритового колечка с тремя обмотками в несколько витков. На нити поступает напряжение через конденсатор C3 с повышающего резонансного контура L1, TR1, C3 и C6. Трубка загорается на резонансной частоте, определяемой конденсатором C3, потому что его ёмкость намного меньше, чем ёмкость C6. В этот момент напряжение на конденсаторе C3 достигает порядка 600В. Во время запуска пиковые значения токов превышают нормальные в 3-5 раз, поэтому если колба лампы повреждена, существует риск повреждения транзисторов.

Когда газ в трубке ионизирован, C3 практически шунтируется, благодаря чему частота понижается и генератор управляется только конденсатором C6 и генерирует меньшее напряжение, но, тем не менее, достаточное для поддержания свечения лампы.
Когда лампа зажглась, первый транзистор открывается, что приводит к насыщению сердечника TR1. Обратная связь на базу приводит к закрытию транзистора. Затем открывается второй транзистор, возбуждаемый противоположно подключенной обмоткой TR1 и процесс повторяется.

Неисправности энергосберегающих ламп
Конденсатор C3 часто выходит из строя. Как правило, это бывает в лампах, в которых используются дешёвые компоненты, расчитанные на низкое напряжение. Когда лампа перестаёт зажигаться, появляется риск выхода из строя тназисторов Q1 и Q2 и вследствие этого - R1, R2, R3 и R5. При запуске лампы генератор часто оказывается перегружен и транзисторы часто не выдерживают перегрева. Если колба лампы выходит из строя, электроника обычно тоже ломается. Если колба уже старая, одна из спиралей может перегореть и лампа перестанет работать. Электроника в таких случаях, как правило, остаётся целой.
Иногда колба лампы может быть повреждена из-за деформации, перегрева, разницы температур. Чаще всего лампы перегорают в момент включения.

Ремонт
Ремонт обычно заключается в замене пробитого конденсатора C3. Если перегорает предохранитель (иногда он бывает в виде резистора), вероятно неисправными оказываются транзисторы Q1, Q2 и резисторы R1, R2, R3, R5. Вместо перегоревшего предохранителя можно установить резистор на несколько Ом. Неисправностей может быть сразу несколько. Например, при пробое конденсатора, могут перегреться и сгореть транзисторы. Как правило, используются транзисторы MJE13003.

Для того, чтобы сделать режим работы лампы более мягким, энергосберегающую лампу можно

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.