Блок питания из балласта люминесцентных ламп

Блок питания из ЭПРА — полезное и очень важное устройство в радиолюбительской практике. Сейчас можно приобрести блок питания любой мощности (в пределах разумного), размера и цены, но иногда они значительным образом уступают самодельным блокам питания. В этой статье мы рассмотрим вариант изготовления самодельного блока питания из ЭПРА (балласта для энергосберегательной лампы).

Существует немало конструкций с применением ЭПРА. Конструкция такого блока достаточно проста, цена не превышает 2-2,5 американских долларов. Это импульсный блок питания, предназначенный для повышения сетевых 220 Вольт до более высокого номинала, который питает энергосберегающую лампочку. Схема балласта достаточно проста, из себя представляет повышающий преобразователь (чаще всего двухтактный).

Блок питания из ЭПРА — схема

В качестве силовых ключей используются импортные транзисторы MJE13003, MJE13007, в редких случаях MJE13009 и их аналоги. Транзисторы можно сказать,что создавались специально для работы в сетевых ИБП. Аналогичные транзисторы используются и в компьютерных блоках питания. Итак, для начала хочу представить основные достоинства такого блока питания.

1. Компактные размеры и легкий вес
   
2. Малые затраты и низкая стоимость
   
3. Надежность работы

Это лишь основные достоинства нашего самодельного блока, но у него есть и другие (скрытые) достоинства. Некоторые ИБП работают только под определенной нагрузкой, иными словами блок питания не сможет работать в холостую или с маломощной нагрузкой. Таким свойством обладают достаточно популярные ЭТ (электронные трансформаторы), которые предназначены для питания галогенных ламп с мощностью 12 вольт. Наш блок питания включается при подачи сетевого напряжения, способен питать нагрузки с мощностью от долей ватта (светодиоды и т.п.) до 40-50 ватт. Такой блок может использоваться в качестве лабораторного блока питания для начинающего радиолюбителя.

Блок питания не боится коротких замыканий на выходе (взамен электронный трансформатор выходит из строя после секундного КЗ), обладает высокой стабильностью работы и может работать в течении очень долгого времени без выключения. Суть переделки балласта заключается в ее доработке. Нам нужно мотать импульсный трансформатор, который обеспечивает гальваническую развязку от сети 220 вольт и понижает напряжение до нужного нам уровня.

Трансформатор можно мотать практически на любом ферритовом сердечнике (кольца, броневые чашки или Ш-образный сердечник). Сетевая обмотка содержит 130 витков провода 0,3-0,6 мм, понижающая должна содержать 8-9 витков, что соответствует выходному напряжению 12 Вольт.

Напряжение от балласта подается на обмотку трансформатора через конденсатор ( напряжение конденсатора подобрать в пределах 1000-3000 вольт, емкость 3300-6600 пкФ). Вторичную обмотку трансформатора желательно мотать несколькими жилами тонкого провода (4 жилы провода 0,5мм), на выходе получается порядка 3,5-4 Ампер. Возможно также применение готовых трансформаторов из ЭТ с мощностью 50-150 ватт.

Для выпрямления напряжения следует использовать мощные импульсные диоды или диодные сборки от компьютерных блоков питания. Из отечественного интерьера можно использовать КД213. При подборе диодов для блока питания из ЭПРА следите, чтобы максимально допустимый ток диода был в районе 8-12 Ампер, сам диод должен работать на частотах 100-150 кГц.

Энергосберегающие лампочки нашли широкое применение, как в бытовых, так и в производственных целях. Со временем любая лампа приходит в неисправное состояние. Однако при желании светильник можно реанимировать, если собрать блок питания из энергосберегающей лампы. При этом в качестве составляющих блока используется начинка вышедшей из строя лампочки.

Импульсный блок и его назначение

На обоих концах трубки люминесцентной лампы имеются электроды, анод и катод. В результате подачи электропитания компоненты лампы разогреваются. После нагрева происходит выделение электронов, которые сталкиваются со ртутными молекулами. Следствием происходящего становится ультрафиолетовое излучение.

За счет наличия в трубке люминофора осуществляется конвертация люминофора в видимое свечение лампочки. Свет появляется не сразу, а спустя определенный промежуток времени после подключения к электросети. Чем более выработан светильник, тем длительнее интервал.

Работа импульсного блока питания основывается на следующих принципах:

1. Преобразование переменного тока из электросети в постоянный. При этом напряжение не меняется (то есть остается 220 В).
2. Трансформация постоянного напряжения в прямоугольные импульсы за счет работы широтного импульсного преобразователя. Частота импульсов составляет от 20 до 40 кГц.
3. Подача напряжения на светильник посредством дросселя.

Далее представлена схема функционирования балласта люминесцентной лампочки.

Источник бесперебойного питания (ИБП) состоит из целого ряда компонентов, каждый из которых в схеме имеет свою маркировку:

1. R0 — выполняет ограничивающую и предохраняющую роль в блоке питания. Устройство предотвращает и стабилизирует чрезмерный ток, идущий по диодам в момент подключения.
2. VD1, VD2, VD3, VD4 — выступают в качестве мостов-выпрямителей.
3. L0, C0 — являются фильтрами передачи электрического тока и защищают от перепадов напряжения.
4. R1, C1, VD8 и VD2 — представляют собой цепь преобразователей, использующихся при запуске. В качестве зарядки конденсатора C1 используется первый резистор (R1). Как только конденсатор пробивает динистор (VD2), он и транзистор раскрываются, в результате чего начинается автоколебание в схеме. Далее прямоугольный импульс посылается на диодный катод (VD8). Возникает минусовой показатель, перекрывающий второй динистор.
5. R2, C11, C8 — облегчают начало работы преобразователей.
6. R7, R8 — оптимизируют закрытие транзисторов.
7. R6, R5 — образуют границы для электротока на транзисторах.
8. R4, R3 — используются в качестве предохранителей при скачках напряжения в транзисторах.
9. VD7 VD6 — защищают транзисторы БП от возвратного тока.
10. TV1 — является обратным коммуникативным трансформатором.
11. L5 — балластный дроссель.
12. C4, C6 — выступают как разделительные конденсаторы. Делят все напряжение на две части.
13. TV2 — трансформатор импульсного типа.
14. VD14, VD15 — импульсные диоды.
15. C9, C10 — фильтры-конденсаторы.

Обратите внимание! На схеме ниже красным цветом отмечены компоненты, которые нужно удалить при переделывании блока. Точки А-А объединяют перемычкой.

Только продуманный подбор отдельных элементов и правильная их установка позволит создать эффективно и надежно работающий блок питания.

Отличия лампы от импульсного блока

Схема лампы-экономки во многом напоминает строение импульсного блока питания. Именно поэтому изготовить импульсный БП несложно. Чтобы переделать устройство, понадобятся перемычка и дополнительный трансформатор, который станет выдавать импульсы. Трансформатор должен иметь выпрямитель.

Чтобы сделать БП более легким, удаляется стеклянная люминесцентная лампочка. Параметр мощности ограничивается наибольшей пропускной способностью транзисторов и размерами охлаждающих элементов. Для повышения мощности необходимо намотать дополнительную обмотку на дроссель.

Переделка блока

Прежде чем начинать переделку БП, необходимо выбрать выходную мощность тока. От этого показателя зависит степень модернизации системы. Если мощность будет находиться в пределах 20-30 Вт, не понадобятся глубокие изменения в схеме. Если же запланирована мощность свыше 50 Вт, модернизация нужна более системная.

Обратите внимание! На выходе из БП будет постоянное напряжение. Получение переменного напряжения на частоте 50 Гц не представляется возможным.

Определение мощности

Вычисление мощности осуществляется согласно формуле:

В качестве примера рассмотрим ситуацию с блоком питания, имеющим следующие характеристики:

• напряжение — 12 В;
• сила тока — 2 А.

P = 2 × 12 = 24 Вт.

Конечный параметр мощности будет больше — примерно 26 Вт, что позволяет учесть возможные перегрузки. Таким образом, для создания блока питания потребуется достаточно незначительное вмешательство в схему стандартной эконом-лампы на 25 Вт.

Новые компоненты

На схеме, представленной далее, показан порядок добавления новых деталей. Все они обозначены красным цветом.

В число новых электронных компонентов входят:

• диодный мост VD14-VD17;
• 2 конденсатора C9 и C10;
• обмотка на балластном дросселе (L5), количество витков которой определяется эмпирически.

Дополнительная обмотка выполняет еще одну важную функцию — является разделяющим трансформатором и защищает от проникновения напряжения на выходы ИБП.

Чтобы вычислить нужное количество витков в дополнительной обмотке, выполняются такие действия:

1. Временно наносим обмотку на дроссель (приблизительно 10 витков провода).
2. Стыкуем обмотку с сопротивлением нагрузки (мощность от 30 Вт и сопротивление 5-6 Ом).
3. Подключаемся к сети и делаем замер напряжения при нагрузочном сопротивлении.
4. Полученный результат делим на число витков и узнаем, сколько вольт приходится на каждый виток.
5. Выясняем нужное количество витков для постоянной обмотки.

Более подробно порядок расчета показан ниже.

Для вычисления нужного количества витков планируемое напряжение для блока делим на напряжение одного витка. В результате получаем число витков. К итоговому результату рекомендуется прибавить 5-10 %, что позволит иметь определенный запас.

Не стоит забывать, что оригинальная дроссельная обмотка находится под сетевым напряжением. Если нужно намотать на нее новый слой обмотки, позаботьтесь о межобмоточном изоляционном слое. Особенно важно соблюдать данное правило, когда наносится провод типа ПЭЛ в эмалевой изоляции. В качестве межобмоточного изоляционного слоя подойдет политетрафторэтиленовая лента (толщина 0,2 миллиметра), которая позволит повысить плотность резьбовых соединений. Такую ленту используют сантехники.

Обратите внимание! Мощность в блоке ограничивается габаритной мощностью задействованного трансформатора, а также максимально возможным током транзисторов.

Самостоятельное изготовление блока питания

ИБП можно изготовить своими руками. Для этого понадобятся небольшие изменения в перемычке электронного дросселя. Далее выполняется подключение к импульсному трансформатору и выпрямителю. Отдельные элементы схемы удаляются ввиду их ненужности.

Если блок питания не слишком высокомощный (до 20 Вт), трансформатор устанавливать необязательно. Хватит нескольких витков проводника, намотанных на магнитопровод, расположенный на балласте лампочки. Однако осуществить эту операцию можно только при наличии достаточного места под обмотку. Для нее подходит, к примеру, проводник типа МГТФ с фторопластовым изоляционным слоем.

Провода обычно нужно не так много, поскольку практически весь просвет магнитопровода отдается изоляции. Именно этот фактор ограничивает мощность таких блоков. Для увеличения мощности потребуется трансформатор импульсного типа.

Импульсный трансформатор

Отличительной характеристикой такой разновидности ИИП (импульсного источника питания) считается возможность его подстраивания под характеристики трансформатора. Кроме того, в системе нет цепи обратной связи. Схема подключения такова, что в особенно точных подсчетах параметров трансформатора нет необходимости. Даже если будет допущена грубая ошибка при расчетах, источник бесперебойного питания скорее всего будет функционировать.

Импульсный трансформатор создается на основе дросселя, на который накладывается вторичная обмотка. В качестве таковой используется лакированный медный провод.

Межобмоточный изоляционный слой чаще всего выполнен из бумаги. В некоторых случаях на обмотку нанесена синтетическая пленка. Однако даже в этом случае следует дополнительно обезопаситься и намотать 3-4 слоя специального электрозащитного картона. В крайнем случае используется бумага толщиной от 0,1 миллиметра. Медный провод накладывается только после того, как предусмотрена данная мера безопасности.

Что касается диаметра проводника, он должен быть максимально возможным. Количество витков во вторичной обмотке невелико, поэтому подходящий диаметр обычно выбирают методом проб и ошибок.

Выпрямитель

Чтобы не допустить насыщения магнитопровода в источнике бесперебойного питания, используют исключительно двухполупериодные выходные выпрямители. Для импульсного трансформатора, работающего на уменьшение напряжения, оптимальной считается схема с нулевой отметкой. Однако для нее нужно изготовить две абсолютно симметричные вторичные обмотки.

Для импульсного источника бесперебойного питания не подойдет обычный выпрямитель, функционирующий согласно схеме диодного моста (на кремниевых диодах). Дело в том, что на каждые 100 Вт транспортируемой мощности потери составят не менее 32 Вт. Если же изготавливать выпрямитель из мощных импульсных диодов, затраты будут велики.

Наладка источника бесперебойного питания

Когда собран блок питания, остается присоединить его к наибольшей нагрузке, чтобы проверить — не перегреваются ли транзисторы и трансформатор. Температурный максимум для трансформатора — 65 градусов, а для транзисторов — 40 градусов. Если трансформатор чересчур нагревается, нужно взять проводник с большим сечением или же увеличить габаритную мощность магнитопровода.

Перечисленные действия можно выполнить одновременно. Для трансформаторов из дроссельных балансов нарастить сечение проводника вероятнее всего не удастся. В этом случае единственный вариант — сокращение нагрузки.

ИБП высокой мощности

В некоторых случаях стандартной мощности балласта не хватает. В качестве примера приведем такую ситуацию: есть лампа мощностью 24 Вт и необходим ИБП для зарядки с характеристиками 12 B/8 A.

Для реализации схемы понадобится неиспользуемый компьютерный БП. Из блока достаем силовой трансформатор вместе с цепью R4C8. Данная цепочка защищает силовые транзисторы от чрезмерного напряжения. Силовой трансформатор соединяем с электронным балластом. В этой ситуации трансформатор заменяет дроссель. Ниже изображена схема сборки источника бесперебойного питания, основанная на лампочке-экономке.

Из практики известно, что данная разновидность блоков дает возможность получать до 45 Вт мощности. Нагревание транзисторов находится в рамках нормы, не превышая 50 градусов. Чтобы полностью исключить перегревание, рекомендуется вмонтировать в транзисторные базы трансформатор с большим сечением сердечника. Транзисторы ставят непосредственно на радиатор.

Потенциальные ошибки

Не рекомендуется использовать как выходной выпрямитель стандартный диодный мост на низких частотах. Особенно нежелательно это делать, если источник бесперебойного питания отличается высокой мощностью.

Нет смысла упрощать схему, накладывая базовые обмотки непосредственно на силовой трансформатор. В случае отсутствия нагрузки возникнут немалые потери, поскольку в транзисторные базы станет поступать ток большой величины.

Если используется трансформатор с возрастанием тока нагрузки, повысится и ток в транзисторных базах. Эмпирически установлено, что после того, как показатель нагрузки доходит до 75 Вт, в магнитопроводе наступает насыщение. Результатом этого является снижение качества транзисторов и их чрезмерный нагрев. Чтобы не допустить такого развития событий, рекомендуется самостоятельно обмотать трансформатор, используя большее сечение сердечника. Также допускается складывание вместе двух колец. Еще один вариант состоит в использовании большего диаметра проводника.

Базовый трансформатор, выступающий в качестве промежуточного звена, можно удалить из схемы. С этой целью токовый трансформатор присоединяют к выделенной обмотке силового трансформатора. Делается это с использованием высокомощного резистора на основе схемы обратной коммуникации. Минусом такого подхода является постоянное функционирование трансформатора тока в условиях насыщения.

Недопустимо подключение трансформатора вместе с дросселем (находится в преобразователе балласта). В противном случае из-за снижения общей индуктивности возрастет частота ИБП. Следствием этого станут потери в трансформаторе и чрезмерный нагрев транзистора выпрямителя на выходе.

Нельзя забывать о высокой отзывчивости диодов к повышенным показателям обратного напряжения и тока. К примеру, если поставить в схему на 12 вольт 6-вольтовый диод, данный элемент быстро придет в негодность.

Не следует менять транзисторы и диоды на низкокачественные электронные компоненты. Рабочие характеристики элементной базы российского производства оставляют желать лучшего, и результатом замены станет снижение функциональности источника бесперебойного питания.

Начнём с определения.

ЭПРА (Электронный Пуско Регулирующий Аппарат) – это устройство, предназначенное для поджига газоразрядных ламп и поддержания их в рабочем состоянии.

Соответственно, горение таких ламп без ЭПРА невозможно, а, значит, этот блок имеется во всех светильниках, которые работают с лампами на основе инертных газов, или даже в самих лампах (например, в энергосберегающих неоновых со стандартными цоколями).

Рассмотрение преимуществ и недостатков ламп мы оставим на потом, а сейчас остановимся подробнее на блоке их питания.

Основные компоненты ЭПРА

В составе подавляющего большинства таких устройств имеются:

• Фильтр (могут отсекаться помехи из сети питания, или, наоборот, создаваемые самим блоком питания).
• Выпрямитель.
• Корректор мощности.
• Выходной сглаживающий фильтр.
• Инвертор.
• Балласт.

Однако, в целях экономии (габаритов или конечной стоимости) некоторые производители могут убирать те или иные блоки.

Блоки могут реализовываться из самостоятельных радиоэлементов или на основе специальных микросхем.

Даже при беглом взгляде на состав ЭРПА становится понятно, что перед нами – готовый импульсный блок питания.

И, например, если светильник больше эксплуатироваться по назначению не будет, то почему бы не использовать из него пускорегулирующий блок в других целях?

Например, можно собрать компактный блок питания светодиодных лент с минимумом дополнительных деталей или зарядное устройство для аккумуляторов.

Переделка ЭПРА из энергосберегающей лампы

Так выглядит обычная люминесцентная лампа с цоколем Е27.

Рис. 1. Люминесцентная лампа с цоколем Е27

А так выглядит её принципиальная схема.

Рис. 2. Принципиальная схема л юминесцентной лампы с цоколем Е27

Красным выделены элементы, которые необходимы для запуска колбы (они нам не понадобятся).

Физически блок выглядит так (после разбора лампы).

Рис. 3. Блок лампы с элементами

Практически единственное отличие от ИБП – дроссель L5. Его нужно заменить на трансформатор. Сделать это можно двумя способами:

• Намотать на него вторичную обмотку;
• Выпаять и заменить на подходящий трансформатор (обязательно импульсный).

Здесь сразу необходимо оговориться о мощности такого ИБП.

Примечание. Все элементы схемы для достижения компактности готового изделия подобраны строго под определённые выходные параметры. А значит, без значительной переделки и применения радиаторов / других теплоотводов выходную мощность повысить не получится. Лучше всего, если она останется в пределах исходной мощности лампы!

То есть, если лампа на 15 Вт, то при выходном напряжении в 12 В сила тока на выходе не должна быть выше 1 А (12·1= 12 Вт).

Путь с минимальными трудозатратами — конечно, замена на подходящий.

Штатный дроссель имеет небольшие габариты, что существенно затрудняет перемотку. И даже после переделки впаять его на место вряд ли получится (габариты увеличатся). Хотя при должной сноровке можно-таки разобрать дроссель, изолировать первичную обмотку стеклотканью и намотать 10-20 витков (толщина провода до 0,5 мм отлично подойдёт).

Переделанная схема может иметь вид как на схеме ниже.

Рис. 4. Переделанная схема

Конденсаторы С9 – 0,1 мкФ, С10 – 470 мкФ. Диоды или диодный мост должны быть импульсными.

ЭРПА можно дополнить своим трансформатором. Например, как на схеме ниже.

Рис. 5. Схема дополненная трансформатором

Здесь не обошлось без мелких переделок основной схемы. Был заменён:

• Резистор R0 (минимум 3 Вт, можно включить два по 10 Ом, 2 Вт параллельно).
• Конденсатор C0 (напряжение – до 350 В).
• Транзисторы 13007 (VT1 и 2, ставятся на радиаторы с площадью минимум 20 см 2 ).

Трансформатор можно взять готовый или намотать на основе дросселя из другой лампы, например, большей по мощности.

В качестве основы можно использовать ферритовое кольцо (2000НМ — 28 х 16 х 9мм или больше). В данной схеме использовалось кольцо с диаметрами 40 и 22 мм (внешний/внутренний), толщина – 20 мм. Первичная обмотка – 63 витка (ПЭЛ 0,85 мм2), вторичные – по 12 витков (провод тот же).

На схеме обозначена симметричная намотка вторичных обмоток. Её можно заменить одной, но на выходе должен быть диодный мост (как на первой схеме).

Схема 2 позволяет довести мощность блока питания до 100 Вт.

Больший ток может понадобиться для питания галогеновых ламп или для других задач.

Без подключённой нагрузки включать этот блок питания нельзя! Обратите внимание на показатели рассеиваемой мощности тестовой нагрузки.

Как посчитать витки трансформатора

Это, наверное, ключевой вопрос в переделке.

Алгоритм действий таков:

1. На дроссель необходимо намотать удобное количество витков (10/20/30 и т.п.).

2. Подключить нагрузку (это может быть резистор с рассеиваемой мощностью 30 Вт и больше).

3. Запитать схему и снять измерения на выходе (то есть на нагрузке).

4. Теперь легко понять какое напряжение приходится на 1 виток (имеющееся напряжение делите на количество намотанных витков).

5. Теперь можно рассчитать необходимое вам количество витков (требуемое напряжение делите на "цену" одного витка).

6. Наматываете своё количество витков.

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу: