Стабилизированные ИИП из ЭПРА от люминесцентной лампы. Часть 1

И. НЕЧАЕВ, г. Москва
В журнале было опубликовано немало устройств, собранных из деталей вышедших из строя компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Автор, продолжая эту тему, предлагает варианты стабилизированных импульсных источников питания (ИИП), изготовленных на основе электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) подобных ламп.
ЭПРА (его иногда называют электронным балластом) от компактных люминесцентных ламп представляет определённый интерес для радиолюбителей и не только как источник радиодеталей [1—3], но и как основа для построения, в первую очередь, импульсных источников питания. Дело в том, что довольно часто в КЛЛ выходит из строя не ЭПРА, а собственно газоразрядная лампа. Поэтому у радиолюбителей возникает естественное желание использовать ещё исправное электронное устройство.

Превратить ЭПРА в ИИП относительно несложно, и описания таких устройств можно найти в Интернете или печатных изданиях. Большинство вариантов сводилось к доработке или замене токоограничивающего дросселя трансформатором [4—6]. В этом случае можно собрать нестабилизированный ИИП с весьма высоким КПД. Для получения стабилизированного выходного напряжения предлагалось применить линейный стабилизатор, а это существенно снижает КПД.
Представляет интерес доработка ЭПРА, превращающая его в стабилизированный ИИП. Как оказалось, сделать это можно сравнительно несложно. Схема простого стабилизированного ИИП показана на рис. 1.1.

В этом конкретном случае применён ЭПРА от КЛЛ мощностью 30 Вт фирмы Vito. Позиционные обозначения его элементов приведены в соответствии с маркировкой на печатной плате, а вновь введённых элементов (показаны зелёным и синим цветами) — продолжены. Элементы D7, D8 на плате ЭПРА не установлены, хотя места для них есть, поэтому и на схеме они не показаны. Вторичная обмотка штатного дросселя L2 выделена зелёным цветом, поскольку дроссель доработан.
В большинстве случаев ЭПРА содержит автогенератор на двух биполярных транзисторах Q1 и Q2 с трансформаторной связью и цепь поджигания газоразрядной лампы. Поскольку, как правило, транзисторы работают без начального смещения на базе, для запуска автогенератора использован релаксационный RC-генератор на динисторе Z. После запуска автогенератора RC-генератор затормаживается. Такое построение позволяет выключать автогенератор, блокируя базовую цепь одного из транзисторов, к которому подключён RC-генератор. После разблокирования автогенератор включится автоматически. Для реализации этого способа целесообразно применить элемент, обеспечивающий гальваническую развязку между этим транзистором и источником управляющего сигнала. Подойдут оптопары, но не любые, а с малым сопротивлением открытого выходного канала, например, оптопары с полевым транзистором в выходном каскаде, но они, как правило, весьма недёшевы.
Поэтому был применён более простой и дешёвый вариант, суть которого заключается в следующем. Между базой и эмиттером включают первичную обмотку импульсного трансформатора Т1, индуктивность которой такова, что практически не влияет на работу автогенератора. Если теперь вторичную (точно такую же) обмотку замкнуть, эквивалентная индуктивность первичной уменьшится в несколько раз, и она зашунтирует эмиттерный переход транзистора, в результате чего автогенератор прекратит работу. Сделать такой трансформатор не составит особого труда. Для него подойдёт кольцевой ферритовый магнитопровод диаметром 8...10 мм от трансформатора ЭПРА КЛЛ. Если магнитопровод покрыт изоляцией, для обмоток (по 8... 12 витков на противоположных сторонах кольца) можно применить провод ПЭВ-2 диаметром 0,4...0,6 мм. Если магнитопровод не изолирован, одну из обмоток следует намотать проводом в ПВХ или фторопластовой изоляции. Соответственно необходимо доработать дроссель L2, превратив его в трансформатор.
Следует отметить, что можно обойтись без дополнительного импульсного трансформатора вообще, намотав обмотку непосредственно на кольцевом магнитопроводе трансформатора (не дросселя!) ЭПРА. Но это не всегда возможно, поскольку зачастую на нём просто нет свободного места — окно полностью занято обмотками. Поэтому в дальнейшем рассмотрим варианты ИП с импульсным трансформатором.
Импульсное напряжение вторичной обмотки доработанного дросселя L2 выпрямляет диодный мост на быстродействующих выпрямительных диодах VD1—VD4. Пульсации сглаживают конденсаторы С7 и С8. В исходном состоянии транзистор VT1 закрыт, поэтому
после подачи сетевого напряжения начинает работать автогенератор на транзисторах Q1, Q2. Конденсаторы С7 и С8 заряжаются, и когда напряжение на них превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD6 плюс напряжение база—эмиттер транзистора VT1, последний открывается и шунтирует вторичную обмотку трансформатора Т1. В результате эмиттерный переход транзистора Q1 также будет зашунтирован и автогенератор перестанет работать. В этот момент нагрузка питается энергией, запасённой в конденсаторах С7 и С8, напряжение на которых уменьшается. После снижения этого напряжения на несколько десятых долей вольта транзистор VT1 закроется и
автогенератор запустится импульсом с
выхода RC-генератора. Поэтому форма выходного напряжения ИИП — пилообразная, а амплитуда пульсаций может достигать сотен милливольт. Частота включения—выключения в основном зависит от ёмкости конденсатора С8 и тока, потребляемого нагрузкой. Чем больше ток и меньше ёмкость, тем больше частота. У действующего макета ИИП при ёмкости конденсатора С8 220 мкФ частота включения—выключения — около 500 Гц, с увеличением его ёмкости до 470 мкФ она уменьшается примерно вдвое.
В отличие от ИИП с ШИ-регулированием, где скважность импульсов может меняться в значительных пределах, в предлагаемом устройстве происходит включение—выключение автогенератора, а скважность его импульсов остаётся практически неизменной и близка к двум. Здесь следует отметить, что чем больше скважность импульсов, тем больше в них высокочастотных составляющих и выше их относительный уровень. Поэтому ИИП с ШИ-регулированием потенциально являются большим источником ВЧ-помех и требуют установки более эффективных фильтров по цепям питания.
Значение выходного напряжения определяется в основном напряжением стабилизации стабилитрона VD6. Поэтому требуемое напряжение можно получить его подборкой. Кроме того, на плате предусмотрено место для дополнительного диода VD5, установка которого позволяет увеличить выходное напряжение на 0,5...0,6 В. В исходном состоянии взамен этого диода следует установить проволочную перемычку.
Для введения в ИИП защиты по току в разрыв минусовой линии питания следует установить элементы VT2, R10 и R11 (изменения выделены синим цветом). Когда напряжение на резисторе R10 превысит 0,6...0,7 В, транзистор VT2 открывается и шунтирует вторичную обмотку
трансформатора Т1, останавливая работу автогенератора. Подборкой этого резистора устанавливают порог срабатывания защиты Iзащ = (0,6...0,7)/R10. Если защита по току не нужна, эти детали не устанавливают.
Все элементы устройства смонтированы на основной односторонней печатной плате толщиной 1...1.5 мм, её чертёж показан на рис. 1.2.

Плата ЭПРА обрезана по краю, где удалены элементы С5, РТС и штыри для подключения выводов газоразрядной лампы. После проверки работоспособности её приклеивают к основной плате. В ИИП применены постоянные резисторы Р1-4, С2-23 и импортные, оксидный конденсатор — импортный, С7 — керамический или плёночный. Выпрямительные диоды — импульсные (желательно Шотки) с допустимым прямым током не менее 1 А и обратным напряжением не менее 50 В. Транзисторы — средней мощности соответствующей структуры с допустимым током коллектора не менее 500 мА и малым напряжением насыщения коллектор—эмиттер.
В штатном дросселе (индуктивность 4 мГн) ЭПРА не хватало места для намотки вторичной обмотки, поэтому его пришлось разобрать. Он намотан на каркасе с ферритовым магнитопроводом типоразмера ЕЕ 19/8/5. Зазор (приблизительно 0,8...1 мм) между двумя частями магнитопровода (они склеены) сделан с помощью картонной прокладки. Для разборки дроссель нагревают. Если каркас изготовлен из термореактивной пластмассы, сделать это можно с помощью паяльника или фена от паяльной станции. Если каркас изготовлен из термопластичной пластмассы, необходимо дроссель несколько минут подержать в кипящей воде.
Сначала на каркас наматывают первичную обмотку — 250 витков провода ПЭПЛОТ 0.16. Затем вторичную — 25 витков вчетверо сложенным и свитым таким же проводом. Этот провод имеет повышенную механическую и электрическую (1,5 кВ) прочность изоляции, поэтому прокладки между обмотками нет. В случае применения других обмоточных проводов (например, у ПЭЛ или ПЭВ-1 напряжение пробоя изоляции — 500 В) межобмоточная изоляционная прокладка обязательна. Её можно сделать из лакоткани или трансформаторной бумаги. Обе части магнитопровода склеивают с зазором (два слоя писчей бумаги) и затем скрепляют липкой лентой. В результате индуктивность первичной обмотки увеличилась с 4 до 6,5 мГн.
Внешний вид смонтированного устройства показан на рис. 1.3.

Для платы следует подобрать подходящий по размерам корпус из пластмассы. Зависимости выходного напряжения ИИП от тока нагрузки для различных вариантов показаны на рис. 1.4.

Красная кривая — зависимость выходного напряжения от тока без режима стабилизации и ограничения тока, зелёная — для режима стабилизации напряжения. Небольшой провал в середине кривой обусловлен возрастанием пульсаций выходного напряжения. Синяя кривая — для режима стабилизации и ограничения тока (R10 = = 2,2 Ом). Следует отметить, что суммарное сечение проводов вторичной обмотки недостаточно для
выходного тока более 0,5...0,6 А, поэтому не следует превышать этого значения, кривые при этом показаны штриховой линией. Если взамен доработанного дросселя применить импульсный трансформатор с более мощной вторичной обмоткой, с указанным ЭПРА выходной ток может достигать 1,5...2 А. Амплитуда пульсаций зависит от выходного тока и изменяется от 0,25 до 0,6 В, а их частота определяется частотой работы автогенератора и периодичностью его включения—выключения. Для уменьшения выходного напряжения необходимо применить стабилитрон с меньшим напряжением стабилизации.
Если требуется ИИП с напряжением 5 В и меньшим выходным током, для него можно применить ЭПРА от маломощной КЛЛ. Схема такого варианта
ИИП показана на рис. 1.5.

Использован ЭПРА от КЛЛ мощностью 9 Вт неизвестного производителя, а подключение проведено аналогично описанному выше. Здесь применён LC-фильтр, который подавляет пульсации напряжения с частотой автогенератора. Взамен стабилитрона использован светодиод HL1, который одновременно индицирует работу устройства. Устанавливают точно выходное напряжение подстроечным резистором R3. Когда выходное напряжение достигнет установленного значения, транзисторы открываются и VT2 шунтирует вторичную обмотку трансформатора Т1, останавливая работу автогенератора ЭПРА. После снижения выходного напряжения транзисторы закрываются и автогенератор включается. Зависимости выходного напряжения от тока нагрузки этого ИИП показаны на рис. 1.6.

Красным цветом выделена зависимость без режима стабилизации выходного напряжения, зелёным — с этим режимом.
Амплитуда пульсаций изменяется от 75 до 300 мВ. Максимальный выходной ток — 1,5 А. Но на него не рассчитана вторичная обмотка доработанного дросселя L2, поэтому такой режим был кратковременным.
Чертёж основной платы показан на рис. 1.7, к ней приклеена плата ЭПРА.

В устройстве можно применить маломощный светодиод белого свечения, подстроенный резистор — СПЗ-19 или импортный, дроссель — серии RLB1314 (или аналогичный) индуктивностью 47...470 мкГн, рассчитанный на ток, потребляемый нагрузкой. Дроссель применённого ЭПРА позволил намотать вторичную обмотку (25 витков втрое сложенного провода ПЭПЛОТ 0,16} без разборки. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 1.8.

Использование в стабилизаторе транзистора, стабилитрона или свето-диода не обеспечивает высокой стабильности выходного напряжения, к тому же термостабильность в этом случае не очень высока. Но для некоторых применений этого вполне достаточно. Более высокую стабильность выходного напряжения можно получить, если применить стабилизатор напряжения на микросхеме. Кроме того, источник питания можно сделать регулируемым. Схема такого варианта приведена на рис. 1.9.

В нём применён ЭПРА, схема которого показана на рис. 1.1, поэтому нумерация элементов продолжена. Выходное напряжение контролирует микросхема DA1 — параллельный стабилизатор напряжения. Когда на её управляющем входе (вывод 1) напряжение превысит 2,5 В, ток через микросхему резко увеличивается, транзистор VT1 открывается и шунтирует вторичную обмотку трансформатора Т1. В результате автогенератор прекращает работу. Благодаря тому, что передаточная характеристика микросхемы близка к прямоугольной, а пороговое напряжение стабильное, выходное напряжение также поддерживается стабильным. При этом можно уменьшить пульсации выходного напряжения. Выходное напряжение устанавливают переменным резистором R8 в интервале 2,5... 12 В. От его значения соответствующим образом изменяется и работа автогенератора ЭПРА. Верхний предел интервала устанавливают подборкой резистора R9.
На транзисторе VT1 собран ещё и узел защиты по току. Как только напряжение на резисторе R10 превысит 0,6..0,7 В, этот транзистор откроется и остановит работу автогенератора ЭПРА, ограничив выходной ток. Подборкой этого резистора можно установить его максимальное значение. Зависимости выходного напряжения 5 и 12 В этого ИИП от тока нагрузки показаны на рис. 1.10.

Амплитуда пульсаций — от 50 до 200 мВ. Чертёж платы для этого варианта показан на рис. 1.11, а внешний вид смонтированного устройства — на рис. 1.12.


Скорее всего, радиолюбителям придётся дорабатывать ЭПРА совсем от других КЛЛ, схемы и номиналы элементов которых будут другими. Поэтому рекомендации по доработке носят общий характер. На плате ЭПРА удаляют конденсатор (С5 на рис. 1.1), в некоторых КЛЛ параллельно этому конденсатору установлен позистор РТС, который тоже удаляют, и штыри, на которые намотаны выводы газоразрядной лампы. Затем выпаивают дроссель. Если у него есть свободное место для намотки вторичной обмотки, это упростит изготовление трансформатора. Число витков придётся подобрать экспериментально для получения необходимого напряжения на выходе выпрямителя. Оно должно превышать требуемое напряжение стабилизации на 15...20 % при максимальном токе нагрузки. При этом провод для вторичной обмотки должен иметь надёжную механически прочную изоляцию и площадь сечения, достаточную для обеспечения требуемого выходного тока. Следует отметить, что в каждом конкретном случае необходимо экспериментально подобрать число и соотношение витков трансформатора Т1. Уменьшение числа витков приводит к срыву работы автогенератора, а увеличение — к невозможности управления его работой. Кроме того, разные ЭПРА могут по-разному реагировать на такой способ управления их работой. В ходе эксперимента следует периодически контролировать температуру корпусов транзисторов автогенератора ЭПРА и не допускать их перегрева. В случае необходимости их можно снабдить теплоотводами. При проведении экспериментов последовательно с ЭПРА рекомендую включить лампу накаливания мощностью 60...95 Вт, которая будет выполнять защитную функцию, кроме того, не следует забывать о правилах техники безопасности, поскольку элементы автогенератора находятся под напряжением сети.
Из-за наличия пульсаций выходного напряжения такой источник питания целесообразно применять для питания устройств, нечувствительных к ним, например, для низковольтных светодиодных ламп или лент, а также в зарядных устройствах. Уменьшить пульсации и повысить стабильность выходного напряжения можно, если в стабилизаторе применить линейный стабилизатор напряжения на специализированной микросхеме. Установить её следует с учётом возможности управления работой автогенератора ЭПРА. Но об этом подробнее в следующей части статьи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Из деталей энергосберегающих люминесцентных ламп... — Радио, 2012, №6, с. 26—28.
2. Нечаев И. Симисторный регулятор мощности и автомат управления освещением. — Радио, 2012, №9, с. 31, 32.
3. Захаров Д. Из деталей КЛЛ. Вторая жизнь трансформаторов и дросселей. — Радио, 2016, № 12, с. 24, 25.
4. Стркжов В. Малогабаритный блок питания из электронного балласта. — Радио, 2004, № 3, с. 38, 39.
5. Нечаев И. Лампа-автомат для дежурного освещения. — Радио, 2016, № 11, с. 28— 30.
6. Импульсный блок питания из энергосберегающей лампы. — URL: http://www.ruqrz. com/impulsnyj-blok-pitaniya-iz-energosbe/ (20.09.16).
Радио №1, 2017

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR