Блок питания из электронного балласта своими руками. Как устроены энергосберегающие лампы

Дата написания: 14.11.2022

Время на чтение: 29 минут

Современные электроинструменты популярны тем, что во время работы позволяют не привязываться к электросети, что расширяет возможности их эксплуатации, даже в полевых условиях. Наличие аккумуляторной батереи значительно ограничивает длительность активной работы, поэтому шуруповерты и дрели требуют постоянного доступа к источнику питания. К сожалению, у современных инструментов (чаще китайского производства) питающая батарея обладает небольшой надежностью и часто быстро выходит из строя, поэтому народным умельцам приходится обходиться подручными материалами, чтобы не только собрать импульсный блок питания, но и сэкономить на этом средства.
Примером подобного хэнд-мэйда является импульсный блок питания (ИБП) для аккумуляторного шуруповерта на 18 В, собранный из элементов неработающей энергосберегающей лампы, которая может принести пользу даже после своей «смерти».

Строение и принцип работы энергосберегающей лампы

Строение энергосберегающей лампы

Чтобы понять, чем может быть полезна энергосберегающая лампа, рассмотрим ее строение.
Конструкция лампы состоит из следующих составных частей:

Герметичной стеклянной трубки (колбы), внутри покрытой люминофорным составом. Колба заполнена инертным газом (аргоном) и парами ртути.
Пластикового корпуса, изготовленного из негорючего материала.
Небольшой электронной платы (электронным балластом) с пускорегулирующим аппаратом (ПРА), который отвечает за запуск и исключает мерцание прибора. ПРА современных приборов оснащен фильтром, защищающим лампу от сетевых помех.
Предохранитель, защищающий компоненты платы от скачков напряжения, которые могут вызвать возгорание прибора.
Корпуса – в нем «упакованы» ПРА, предохранитель и соединительные провода. На корпусе размещают маркировку, которая содержит информацию о напряжении, мощности и цветовой температуре.
Цоколя, обеспечивающего контакт лампы с электропитанием (самые распространенные цоколи – Е14, Е27, GU10, G5.3).

К колбе лампы подсоединены две спирали (электрода), которые под действием тока раскаляются и испускают со своей поверхности электроны. В результате взаимодействия электронов с парами ртути в колбе возникает тлеющий заряд, «рождающий» УФ-излучение. Воздействуя на люминофор, ультрафиолет «заставляет» лампу светиться. Цветовая температура «экономки» определяется химическим составом люминофора.

Виды поломок энергосберегающих ламп

Энергосберегающая лампа может выйти из строя в двух случаях:

разбилась колба лампы;
вышел из строя электронный балласт (ЭБ) (преобразователь напряжения высокой частоты), отвечающий за преобразование переменного тока в постоянный, постепенный нагрев электродов и предотвращающий мерцание прибора во время включения.

При разрушении колбы, лампу можно просто выбросить, а при поломке электронного балласта – отремонтировать или использовать для своих целей, например, использовать для изготовления ИБП, добавив в схему разделительный трансформатор и выпрямитель.

Комплектация электронного балласта энергосберегающей лампы
Большинство ЭБ ламп являются высокочастотными преобразователями напряжения, собранными на полупроводниковых триодах (транзисторах).
Более дорогие приборы укомплектованы сложной схемой ЭБ, соответственно, более дешевые – упрощенной.
Электронный балласт «укомплектован» следующими электрическими элементами:

биполярным транзистором, работающем на напряжениях до 700 В и токах до 4А;
защитными диодами (в основном, это элементы типа D4126L или аналогичные им);
импульсным трансформатором;
дросселем;
двунаправленным динистором, аналогичным сдвоенному КН102;
конденсатором 10/50В
некоторые схемы ЭБ комплектуют полевыми транзисторами.

На рисунке ниже приведен состав электронного балласта лампы с функциональным описанием каждого элемента.

Функциональное описание

Некоторые схемы ЭБ энергосберегающих ламп позволяют практически полностью заменить схему самодельного импульсного источника, дополнив ее несколькими элементами и внеся небольшие изменения.

Отдельные схемы преобразователей работают на электролитических конденсаторах или содержат специализированную микросхему. Такие схемы ЭБ лучше не использовать, ведь именно они часто являются источниками отказов многих электронных устройств.

Что общего между электрическими схемами «экономок» и ИБП?

Ниже приведена одна из распространенных электрических схем лампы, дополненная перемычкой А-А’, заменяющей отсутствующие детали и лампу, импульсным трансформатором и выпрямителем. Элементы схемы, выделенные красным, можно удалить.

Электрическая схема «экономки» на 25 Вт

В результате некоторых изменений и необходимых дополнений, как видно из схемы приведенной ниже, можно собрать импульсный блок питания, где красным цветом выделены добавленные элементы.

Конечная электрическая схема ИБП

Каких параметров мощности БП можно добиться от энергосберегающей лампы?

«Вторую» жизнь «экономки» часто используют современные радиолюбители. Ведь для их хэнд-мэйдов часто требуется силовой трансформатор, с наличием которого возникают определенные трудности, начиная его покупкой и заканчивая расходом большого количества провода для обмотки и габаритными размерами конечного изделия. Поэтому народные умельцы приловчились заменять трансформатор на импульсный блок питания. Тем более, если для этих целей использовать электронный балласт неисправного осветительного прибора, это существенно сэкономит средства, особенно для трансформатора мощностью более 100 Вт.

Маломощный импульсный блок питания можно соорудить путем вторичной обмотки каркаса уже имеющейся катушки индуктивности. Чтобы получить блок питания более высокой мощности, потребуется дополнительный трансформатор. Импульсный блок питания на 100 Вт м более можно изготовить на базе ЭБ ламп мощностью 20-30 Вт, схему которых придется немного изменить, дополнив ее выпрямляющим диодным мостом VD1-VD4 и изменив в сторону увеличения сечение обмотки дросселя L0.

Самодельный трансформаторный БП

Если не удастся повысить коэффициент усиления транзисторов, придется увеличить ток их базы, изменив номиналы резисторов R5-R6 на меньшие. Кроме этого, придется увеличить параметры мощности резисторов базовой и эмиттерной цепи.
При малой частоте генерации, придется заменить конденсаторы C4, C6 на элементы с большей емкостью.

Самодельный блок питания

Блок питания

Маломощный импульсный блок питания с параметрами мощности 3,7-20 Вт не требует использования импульсного трансформатора. Для этого будет достаточно увеличить количество витков магнитопровода на уже имеющемся дросселе. Новую обмотку можно намотать поверх старой. Для этого рекомендуют использовать провод МГТФ с фторопластовой изоляцией, которая заполнит просвет магнитопровода, что не потребует большого количества материала и обеспечит необходимую мощность устройства.

Чтобы повысить мощность ИБП, придется использовать трансформатор, который также можно соорудить на основе уже имеющегося дросселя ЭБ. Только для этого рекомендуют использовать лакированный обмоточный медный провод, предварительно намотав на родную дроссельную обмотку защитную пленку во избежание пробоя. Оптимальное количество витков вторичной обмотки обычно подбирают опытным путем.

Как подключить новый ИБП к шуруповерту?

Чтобы подключить импульсный блок питания, собранный на основе электронного балласта, необходимо разобрать шуруповерт, сняв все крепежные элементы. Используя пайку или термоусадочные трубки, провода двигателя устройства соединяем с выходом ИБП. Соединение проводов, путем скручивания – не желательный контакт, поэтому забываем о нем, как о ненадежном. Предварительно в корпусе инструмента просверливаем отверстие, через которое пустим провода. Для предотвращения случайного вырывания, провод необходимо обжать алюминиевой клипсой у самого отверстия внутренней поверхности корпуса электроинструмента. Размеры клипсы, превосходящие диаметр отверстия, не дадут проводу механически повредиться и выпасть из корпуса.

Шуруповерт

Как видно, даже после отработки энергосберегающая лампа может прослужить длительное время, принеся пользу. На ее базе можно собрать маломощный питающий импульсный блок до 20 Вт, который прекрасно заменит аккумуляторную батарею электроинструмента на 18 В или любое другое зарядное устройство. Для этого можно использовать элементы электронного балласта энергосберегающей лампы и технологию, описанную выше, чем и пользуются народные умельцы, чаще всего, чтобы отремонтировать вышедшую строя батарею или сэкономить на покупке нового питающего источника.

Самодельные солнечные коллекторы для бассейнов, процесс установки

Ассортимент современных магазинов очень велик. С каждым днем появляются какие-либо новинки. Это касается и приборов для освещения, которые становятся более совершенными. Главные отличия между ними в яркости, экономических характеристиках и создание необходимого комфорта для глаз.

Большинство производителей пытались создать изделие подобное до обычной лампы накаливание, только с более усовершенствованными функциями. Которые позволят уменьшить потребность в электричестве, при этом степень их нагревания и влияние на окружающую среду. Поэтому мир увидел новый вид ламп светодиодных и энергосберегающих, которые ничем не уступают характеристикам стандартных изделий и имеют ряд преимуществ.

Многие мастера пытаются создать блок питания из . Ведь стоимость некоторых изделий существенно завышена. А для изготовления блока питания своими руками не понадобится много времени и денег.

Как из энергосберегающей лампы сделать блок питания

Импульсный блок питания из энергосберегающей лампы создать достаточно просто. Достаточно обладать базовыми знаниями, которые понадобятся нам в процессе создания данного изделия.

Для того, чтобы создать вам понадобятся такие материалы:

Старая лампа. Подойдет сгоревшая, нерабочая лампа.
Стеклотекстолит для соединения деталей. Существуют другие варианты для прикрепления светодиодов без использования пайки. Можно пользоваться любым другим известным вам вариантом.
Все необходимые элементы, которые есть в специальной схеме, в которых обязательно есть светодиоды. Для того, чтобы максимально сэкономить можно использовать любые подручные средства. Также покупать их лучше на рынке радиодеталей, где цены доступнее, чем в магазине.
Конденсаторы необходимых объемов, которые подойдут для максимального напряжения в 400 вольт.
Необходимое количество светодиодов.
Клей для фиксирования изделия.

Какая лампа нам понадобится

Блок питания из балласта энергосберегающих ламп – отличный вариант для создания дешевого и качественного освещения своими руками, без больших затрат. Таким образом можно заменить все лампы в вашем доме.

Чтобы создать БП из энергосберегающей лампы своими руками, для начала необходимо вырезать из текстолита круг по размеру изделия. Затем нужно нарисовать на этой форме круглые полоски. Для этого можно использовать любые подручное средства, которое есть у вас в хозяйстве. В этом деле важна точность и ровность линий. Ведь по этой схеме будут крепиться светодиоды. Пока изделие сохнет, можно подготовить другие необходимые детали для создания блока питания. Среди которых – пайка всех необходимых деталей, сверление отверстий с помощью дрели, которые нужны для крепления, скрепление всех элементов между собой. Крепятся все детали на специальный устойчивый к разным температурным режимам клей.

Для того, чтобы создать БП из энергосберегающей лампы вам не понадобится много времени. Сама процедура не займет больше часа. При этом вы сможете получить качественное изделия, которое поможет вам экономить на электроэнергии.

Также существует множество других способов для создания БП из энергосберегающей, которые полностью доступные и под силу практически каждому.

Иногда возникает необходимость иметь под рукой импульсный блок питания средней мощности. Сетевые блоки питания с применением железного трансформатора очень громадны. Но помимо большого веса, они имеют еще один скрытый недостаток. Если вы планируете собрать усилитель мощности с сетевым источником питания (трансформатор на 50Гц), то должны учесть, что после диодного моста напряжение нужно фильтровать.

Сгладить сетевые пульсации высокой частоты можно при помощи дросселей, да и высокие частоты не сильно влияют на звук усилителя. Другое дело НЧ помехи. В современной электронике принято использовать сглаживающие фильтры, которые состоят из конденсаторов (как постоянных, так и переменных). Именно от общей емкости этих фильтров зависит качество выходного напряжения. Основные помехи трансформируются от сети, если номинал сетевого напряжения изменяется, то соответственно изменится и номинал на выходе трансформатора. В импульсных блоках питания все иначе. Такие источники питания работают на более высоких частотах, имеют отдельный генератор, схему управления и т.п.

Это дает возможность получить на выходе напряжение, номинал которого никак не связан с сетевым, такой блок будет давать стабильное выходное напряжение, если входное напряжение колеблется от 90 до 280 Вольт.

ЭПРА (балласт от ЛДС) использован на 40 ватт от китайского производителя. Трансформатор - ферритовое кольцо, размеры в моем случае - 25,4мм (Наружный диаметр) x 15,5мм (Внутренний диаметр) x 8,5мм (Толщина). Размеры указанного трансформатора не критичны и допустимы отклонения (плюс/минус 50%).

Первичная обмотка состоит из 100 витков провода с диаметром 0,3-0,7мм (0,6мм в моем случае). Вторичная мотается исходя от нужд. Для получения 12 вольт, вторичная обмотка содержит 7-8 витков. Ток во вторичной обмотке может доходить до 4 Ампер (при напряжении в 12 Вольт).

Одна из выходных проводов балласта подключается к трансформатору напрямую, другая через конденсатор (емкость и напряжение последнего не критичны).
Напряжение конденсатора (С6) может лежать в пределах 500-5000 Вольт (в моем случае 1600 Вольт). Емкость желательно подобрать, от него зависит номинал поступающего на обмотку тока. В моем случае конденсатор использован на 6800пкФ.

Такой блок может использоваться практически в любых целях, он не боится КЗ на выходе (как это принято у других ИБП), но не стоить замыкать обмотку на долгое время. Работает очень стабильно и бесшумно, имеет малый вес и компактные размеры.

Строение и принцип работы энергосберегающей лампы

Строение энергосберегающей лампы

Герметичной стеклянной трубки (колбы), внутри покрытой люминофорным составом. Колба заполнена инертным газом (аргоном) и парами ртути.

Пластикового корпуса, изготовленного из негорючего материала.

Небольшой электронной платы (электронным балластом) с пускорегулирующим аппаратом (ПРА), который отвечает за запуск и исключает мерцание прибора. ПРА современных приборов оснащен фильтром, защищающим лампу от сетевых помех.

Предохранитель, защищающий компоненты платы от скачков напряжения, которые могут вызвать возгорание прибора.

Корпуса – в нем «упакованы» ПРА, предохранитель и соединительные провода. На корпусе размещают маркировку, которая содержит информацию о напряжении, мощности и цветовой температуре.

Цоколя, обеспечивающего контакт лампы с электропитанием (самые распространенные цоколи – Е14, Е27, GU10, G5.3).

Виды поломок энергосберегающих ламп

Энергосберегающая лампа может выйти из строя в двух случаях:

разбилась колба лампы;
вышел из строя электронный балласт (ЭБ) (преобразователь напряжения высокой частоты), отвечающий за преобразование переменного тока в постоянный, постепенный нагрев электродов и предотвращающий мерцание прибора во время включения.

При разрушении колбы, лампу можно просто выбросить, а при поломке электронного балласта – отремонтировать или использовать для своих целей, например, использовать для изготовления ИБП, добавив в схему разделительный трансформатор и выпрямитель.

биполярным транзистором, работающем на напряжениях до 700 В и токах до 4А;
защитными диодами (в основном, это элементы типа D4126L или аналогичные им);
импульсным трансформатором;
дросселем;
двунаправленным динистором, аналогичным сдвоенному КН102;
конденсатором 10/50В
некоторые схемы ЭБ комплектуют полевыми транзисторами.

На рисунке ниже приведен состав электронного балласта лампы с функциональным описанием каждого элемента.

Функциональное описание

Некоторые схемы ЭБ энергосберегающих ламп позволяют практически полностью заменить схему самодельного импульсного источника, дополнив ее несколькими элементами и внеся небольшие изменения.

Что общего между электрическими схемами «экономок» и ИБП?

Электрическая схема «экономки» на 25 Вт

Каких параметров мощности БП можно добиться от энергосберегающей лампы?

Самодельный трансформаторный БП

Самодельный блок питания

Блок питания

Как подключить новый ИБП к шуруповерту?

Шуруповерт

Как видно, даже после отработки энергосберегающая лампа может прослужить длительное время, принеся пользу. На ее базе можно собрать маломощный питающий импульсный блок до 20 Вт, который прекрасно заменит аккумуляторную батарею электроинструмента на 18 В или любое другое зарядное устройство . Для этого можно использовать элементы электронного балласта энергосберегающей лампы и технологию, описанную выше, чем и пользуются народные умельцы, чаще всего, чтобы отремонтировать вышедшую строя батарею или сэкономить на покупке нового питающего источника.

Как переделать преобразователь экономки в импульсный БП?

Если у вас завалялась лампа экономка с неисправной колбой, не торопитесь ее выбрасывать. Внутри цоколя у нее находится схема высокочастотного преобразователя, которая заменяет габаритный и тяжелый балластный дроссель, как в схемах подключения обычных ЛДС. На основе этого преобразователя можно изготовить импульсный блок питания ватт на 20, а при более тщательном подходе и более сотни выжать можно.

Ниже представлен один из самых распространенных вариантов схем преобразователя экономок:

Это схема энергосберегающей лампы Vitoone мощностью 25 ватт. Красным цветом на ней обозначены те элементы, которые нам не потребуются, поэтому их из схемы исключаем, а между точками А и А’ ставим перемычку. Осталось дело за малым, прикрутить на выход импульсный трансформатор и выпрямитель.

Вариант уже переделанной схемы "энергосберегайки" в импульсный блок питания приведен на рисунке ниже:

Как видно из схемы, R0 поставили в 2 раза меньшего номинала, но мощность его увеличили, С0 заменили на 100,0 mF, а на выходе добавили TV2 с выпрямителем на VD14, VD15, С9 и с10. Резистор R0 служит в качестве предохранителя и ограничителя тока зарядки при включении. Номинал емкости С0 выберите таким, чтобы он (примерно) численно был равен мощности БП, который вы делаете.

По поводу конденсатора С0: его можно "выдрать" из старого пленочного фотоаппарата типа Кодак, или любой другой пленочной мыльницы, там в схеме лампы вспышки как раз стоит такой, какой нам нужен, 100mF на 350V.

TV2 - импульсный трансформатор, от его габаритной мощности, а также от максимального допустимого тока ключевых транзисторов, зависит мощность самого блока питания. Для изготовления маломощного импульсного БП достаточно намотать на имеющийся дроссель вторичную обмотку, как показано на следующей схеме:

Чтобы запитать какое-либо низковольтное зарядное устройство или не очень мощный усилитель , намотайте витков 20 поверх имеющейся обмотки L5, этого будет достаточно.

На снимке выше представлен рабочий вариант блока питания без выпрямителя на 20 ватт. На холостом ходу частота автоколебаний 26 кГц, под нагрузкой 20W 32 кГц, трансформатор нагревается до 60 ºС, транзисторы до 42ºС.

Важно!!! На первичной обмотке при работе преобразователя присутствует сетевое напряжение, поэтому обязательно проложите слой бумажной изоляции, которая будет разделять первичную и вторичную обмотки, даже если на первичке уже имеется синтетическая защитная пленка.

Но бывает и так, что в окне имеющегося дросселя нет достаточного пространства для намотки вторичной обмотки, или в том случае, когда нам предстоит сотворить БП гораздо большей мощности, чем мощность переделываемой "энергосберегайки" - тут без применения дополнительного импульсного транса не обойтись (смотри вторую схему статьи).

Например, мы делаем импульсный БП более 100W мощности, а используем балласт от 20 ваттной лампочки. В этом случае потребуется замена VD1 - VD4 на более "токистые" диоды, а дроссель L0 мотнуть проводом потолще. При недостаточности коэффициента усиления VT1 и VT2 по току, увеличьте ток базы транзисторов путем уменьшения номиналов R5 и R6, а также увеличив мощность сопротивлений в цепях баз и эмиттеров.

При недостаточной частоте генерации увеличьте номиналы емкостей С4 и С6.

Практические испытания показали, что полумостовые импульсные БП не критичны к параметрам выходного трансформатора, потому как цепь ОС не проходит через него, поэтому допускаются погрешности расчета до 150 процентов.

Импульсный БП 100 Ватт.

Как уже писалось выше, для того чтобы получился мощный БП, наматывается дополнительный импульсный трансформатор TV2, заменяется R0, заменяется С0 на 100 mF, транзисторы 13003 желательно заменить на 13007, они рассчитаны на больший ток, и лучше поставить их на небольшие радиаторы через изолирующие прокладки (слюду например).

Разрез соединения транзисторов с радиаторами изображен на рисунке ниже:

Действующая модель импульсного БП, работающего на нагрузку 100 Вт изображена на снимке ниже:

Трансформатор намотан на кольце 2000HM, внешний диаметр 28мм, внутренний диаметр 16мм, высота кольца 9мм.
Из за недостаточности мощности нагрузочных резисторов, они помещены в блюдце с водой.
Генерация без нагрузки 29 кГц, под нагрузкой 100 Вт - 90 кГц.

По поводу выпрямителя.

Чтобы магнитопровод трансформатора TV2 не вошел в насыщение, выпрямители в полумостовых импульсных БП делайте двухполупериодными, т.е они должны быть мостовыми (1), или с нулевой точкой (2). Смотри рисунок ниже.

При мостовой схеме требуется немного меньше провода на обмотку, но при этом на VD1-VD4 рассеивается в 2 раза больше энергии. На втором фрагменте рисунка изображен вариант схемы выпрямителя с нулевой точкой, он более экономичен, но обмотки в этом случае должны быть абсолютно симметричные, иначе магнитопровод войдет в насыщение. Второй вариант используют, когда при небольшом напряжении на выходе нужно иметь значительный ток. Чтобы минимизировать потери, кремниевые диоды заменяют диодами Шоттки, на них напряжение падает меньше раза в 2 - 3.

Рассмотрим на примере:

При Р=100Вт, U=5В, TV1 со средней точкой, 100 / 5 * 0,4 = 8 , т.е. на диодах Шоттки рассеивается мощность 8 Вт.
При Р=100Вт, U=5В, TV1 с мостовым выпрямителем и обычными диодами, 100 / 5 * 0,8 * 2 = 32 , т.е. на VD1-VD4 будет рассеиваться мощность порядка 32 Вт.

Имейте это в виду, и не ищите потом половину исчезнувшей мощности.

Наладка импульсного БП.

Подключите ИБП к сети по ниже приведенной схеме (фрагмент 1). Тут HL1 будет выполнять роль балласта, имеющего нелинейную характеристику и будет защищать ваше устройство, если возникнет внештатная ситуация. Мощность HL1 должна быть примерно равна мощности того блока питания, которое вы испытываете.

Когда блок питания включен без нагрузки, или работает на малую нагрузку, нить накала HL1 имеет небольшое сопротивление, поэтому никакого влияния на работу БП не оказывает. Когда возникают какие то неполадки, токи VT1 и VT2 возрастают, лампа начинает светиться, сопротивление нити накала возрастает, тем самым уменьшая ток в цепи.

Если вы постоянно занимаетесь ремонтом и наладкой импульсных блоков питания, не лишним будет собрать специальный стенд (рисунок выше, фрагмент 2). Как видите, здесь присутствует разделительный трансформатор (гальваническая развязка между БП и бытовой сетью), а также имеется тумблер, позволяющий подавать напряжение на БП в обход лампы. Это нужно для того, чтобы испытывать преобразователь при работе на мощную нагрузку.

В качестве нагрузки можно использовать мощные стекло-керамические резисторы, обычно они зеленого цвета (смотри рисунок ниже). Красными цифрами на рисунке обозначена их мощность.

При длительных испытаниях, когда нужно проверить тепловой режим элементов схемы БП, и не достаточной мощности нагрузочных резисторов, последние можно опустить в блюдце с водой. Во время работы эквивалент нагрузки очень сильно греется, поэтому не хватайтесь за резисторы руками во избежание ожога.

Если вы все сделали аккуратно и правильно, и при этом использовали заведомо исправный балласт от энергосберегающей лампы, то и налаживать то особо нечего. Схема должна заработать сразу. Подключайте нагрузку, подавайте питание, и прикидывайте, способен ли ваш БП отдавать требуемую мощность. Следите за температурами VT1, VT2 (должна быть не выше 80-85 ºС) и выходного трансформатора (должна быть не больше 60-65 ºС).

При высоком нагреве трансформатора, увеличьте сечение провода, или намотайте трансформатор на магнитопроводе с большей габаритной мощностью, а может быть придется сделать и первое и второе.

При нагреве транзисторов - ставьте их на радиатор (через изолирующие прокладки).

Если вы изобретали маломощный ИБП, и при этом доматывали имеющийся дроссель, а он при работе греется выше допустимой нормы, попробуйте как он работает на нагрузку меньшей мощности.

Скачать программы расчета импульсных трансформаторов вы можете в статье:

Удачных переделок.

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.

Применение

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 люминесцентной 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.

Перемотка

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.

Дополнительный трансформатор

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.

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).

6.Наматываете своё количество витков.

RadioRadar

Дата публикации: 28.11.2018

Мнения читателей

Борис3 / 28.11.2019 - 15:23
Практически изложенный материал повторяется на разных сайтах. На одном пишут, что R2, C11 и C8 ускоряют запуск- сомневаюсь т.к. это подключено к выходу. Здесь тоже ошибка: до 100 Вт рис.5, а не схема 2. Сомневаюсь, что из 20 Вт лампы можно только усилив элементы и намотав трансформатор получить 100 Вт- в разы увеличится ток TV1 и напряжения на базе соответственно, а превышение этого напряжения 8 В приведёт к пробою транзисторов без принятия дополнительных мер. Нельзя дроссель заменить трансформатором, как написано в начале статьи- не хватит тока первички для работы TV1, а если уменьшить индуктивность как у дросселя, то выйдет из строя всё под нагрузкой когда индуктивность снижается.

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:

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

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

R0 - выполняет ограничивающую и предохраняющую роль в блоке питания. Устройство предотвращает и стабилизирует чрезмерный ток, идущий по диодам в момент подключения.
VD1, VD2, VD3, VD4 - выступают в качестве мостов-выпрямителей.
L0, C0 - являются фильтрами передачи электрического тока и защищают от перепадов напряжения.
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.
R2, C11, C8 - облегчают начало работы преобразователей.
R7, R8 - оптимизируют закрытие транзисторов.
R6, R5 - образуют границы для электротока на транзисторах.
R4, R3 - используются в качестве предохранителей при скачках напряжения в транзисторах.
VD7 VD6 - защищают транзисторы БП от возвратного тока.
TV1 - является обратным коммуникативным трансформатором.
L5 - балластный дроссель.
C4, C6 - выступают как разделительные конденсаторы. Делят все напряжение на две части.
TV2 - трансформатор импульсного типа.
VD14, VD15 - импульсные диоды.
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.

Вычисляем мощность:

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

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:

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

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

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.