Драйвер из энергосберегающей лампы

В этой статье Вы найдёте подробное описание процесса изготовления импульсных блоков питания разной мощности на базе электронного балласта компактной люминесцентной лампы.
Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить менее чем за час. На изготовление 100-ваттного блока питания понадобится несколько часов.

В настоящее время получили широкое распространение Компактные Люминесцентные Лампы (КЛЛ). Для уменьшения размеров балластного дросселя в них используется схема высокочастотного преобразователя напряжения, которая позволяет значительно снизить размер дросселя.

В случае выхода из строя электронного балласта, его можно легко отремонтировать. Но, когда выходит из строя сама колба, то лампочку обычно выбрасывают.

Однако электронный балласт такой лампочки, это почти готовый импульсный Блок Питания (БП). Единственное, чем схема электронного балласта отличается от настоящего импульсного БП, это отсутствием разделительного трансформатора и выпрямителя, если он необходим.

В то же время, современные радиолюбители испытывают большие трудности при поиске силовых трансформаторов для питания своих самоделок. Если даже трансформатор найден, то его перемотка требует использования большого количества медного провода, да и массо-габаритные параметры изделий, собранных на основе силовых трансформаторов не радуют. А ведь в подавляющем большинстве случаев силовой трансформатор можно заменить импульсным блоком питания. Если же для этих целей использовать балласт от неисправных КЛЛ, то экономия составит значительную сумму, особенно, если речь идёт о трансформаторах на 100 Ватт и больше.

Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП

Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для предобразования схемы КЛЛ в импульсный блок питания достаточно установить всего одну перемычку между точками А – А’ и добавить импульсный трансформатор с выпрямителем. Красным цветом отмечены элементы, которые можно удалить.

Схема энергосберегающей лампы

А это уже законченная схема импульсного блока питания, собранная на основе КЛЛ с использованием дополнительного импульсного трансформатора.

Для упрощения, удалена люминесцентная лампа и несколько деталей, которые были заменены перемычкой.

Как видите, схема КЛЛ не требует больших изменений. Красным цветом отмечены дополнительные элементы, привнесённые в схему.

Законченная схема импульсного блока питания

Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?

Мощность блока питания ограничивается габаритной мощностью импульсного трансформатора, максимально допустимым током ключевых транзисторов и величиной радиатора охлаждения, если он используется.

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

БП с вторичной обмоткой прямо на каркас уже имеющегося дросселя

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

БП с дополнительным импульсным трансформатором

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

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

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

Импульсный трансформатор для блока питания

Особенностью полумостовых импульсных блоков питания с самовозбуждением является способность адаптироваться к параметрам используемого трансформатора. А тот факт, что цепь обратной связи не будет проходить через наш самодельный трансформатор и вовсе упрощает задачу расчёта трансформатора и наладки блока. Блоки питания, собранные по этим схемам прощают ошибки в расчётах до 150% и выше. Проверено на практике.

Не пугайтесь! Намотать импульсный трансформатор можно в течение просмотра одного фильма или даже быстрее, если Вы собираетесь выполнять эту монотонную работу сосредоточенно.

Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения

Во входных фильтрах электронных балластов, из-за экономии места, используются конденсаторы небольшой ёмкости, от которых зависит величина пульсаций напряжения с частотой 100 Hz.

Чтобы снизить уровень пульсаций напряжения на выходе БП, нужно увеличить ёмкость конденсатора входного фильтра. Желательно, чтобы на каждый Ватт мощности БП приходилось по одной микрофараде или около того. Увеличение ёмкости С0 повлечёт за собой рост пикового тока, протекающего через диоды выпрямителя в момент включения БП. Чтобы ограничить этот ток, необходим резистор R0. Но, мощность исходного резистора КЛЛ мала для таких токов и его следует заменить на более мощный.

Если требуется построить компактный блок питания, то можно использовать электролитические конденсаторы, применяющиеся в лампах вспышках плёночных «мальниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.

Блок питания мощностью 20 Ватт

Блок питания мощностью 20 Ватт

Блок питания мощностью, близкой к мощности исходной КЛЛ, можно собрать, даже не мотая отдельный трансформатор. Если у оригинального дросселя есть достаточно свободного места в окне магнитопровода, то можно намотать пару десятков витков провода и получить, например, блок питания для зарядного устройства или небольшого усилителя мощности.

На картинке видно, что поверх имеющейся обмотки был намотан один слой изолированного провода. Я использовал провод МГТФ (многожильный провод во фторопластовой изоляции). Однако таким способом можно получить мощность всего в несколько Ватт, так как большую часть окна будет занимать изоляция провода, а сечение самой меди будет невелико.

Если требуется бо’льшая мощность, то можно использовать обыкновенный медный лакированный обмоточный провод.

Внимание! Оригинальная обмотка дросселя находится под напряжением сети! При описанной выше доработке, обязательно побеспокойтесь о надёжной межобмоточной изоляции, особенно, если вторичная обмотка мотается обычным лакированным обмоточным проводом. Даже если первичная обмотка покрыта синтетической защитной плёнкой, дополнительная бумажная прокладка необходима!

Как видите, обмотка дросселя покрыта синтетической плёнкой, хотя часто обмотка этих дросселей вообще ничем не защищена.

Наматываем поверх плёнки два слоя электрокартона толщиной 0,05мм или один слой толщиной 0,1мм. Если нет электрокартона, используем любую подходящую по толщине бумагу.

Поверх изолирующей прокладки мотаем вторичную обмотку будущего трансформатора. Сечение провода следует выбирать максимально возможное. Количество витков подбирается экспериментальным путём, благо их будет немного.

Мне, таким образом, удалось получить мощность на нагрузке 20 Ватт при температуре трансформатора 60ºC, а транзисторов – 42ºC. Получить ещё большую мощность, при разумной температуре трансформатора, не позволила слишком малая площадь окна магнитопровода и обусловленное этим сечение провода.

На картинке действующая модель БП

Мощность, подводимая к нагрузке – 20 Ватт.
Частота автоколебаний без нагрузки – 26 кГц.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 32 кГц
Температура трансформатора – 60ºС
Температура транзисторов – 42ºС

Блок питания мощностью 100 Ватт

Для увеличения мощности блока питания пришлось намотать импульсный трансформатор TV2. Кроме этого, я увеличил ёмкость конденсатора фильтра сетевого напряжения C0 до 100µF.

Блок питания мощностью 100 Ватт

Так как КПД блока питания вовсе не равен 100%, пришлось прикрутить к транзисторам какие-то радиаторы.

Ведь если КПД блока будет даже 90%, рассеять 10 Ватт мощности всё равно придётся.

Мне не повезло, в моём электроном балласте были установлены транзисторы 13003 поз.1 такой конструкции, которая, видимо, рассчитана на крепление к радиатору при помощи фасонных пружин. Эти транзисторы не нуждаются в прокладках, так как не снабжены металлической площадкой, но и тепло отдают намного хуже. Я их заменил транзисторами 13007 поз.2 с отверстиями, чтобы их можно было прикрутить к радиаторам обычными винтами. Кроме того, 13007 имеют в несколько раз бо’льшие предельно-допустимые токи.

Если пожелаете, можете смело прикручивать оба транзистора на один радиатор. Я проверил, это работает.

Только, корпуса обоих транзисторов должны быть изолированы от корпуса радиатора, даже если радиатор находится внутри корпуса электронного устройства.

Крепление удобно осуществлять винтами М2,5, на которые нужно предварительно надеть изоляционные шайбы и отрезки изоляционной трубки (кембрика). Допускается использование теплопроводной пасты КПТ-8, так как она не проводит ток.

Внимание! Транзисторы находятся под напряжением сети, поэтому изоляционные прокладки должны обеспечивать условия электробезопасности!

Действующий стоваттный импульсный блок питания

Резисторы эквивалента нагрузки помещены в воду, так как их мощность недостаточна.
Мощность, выделяемая на нагрузке – 100 Ватт.
Частота автоколебаний при максимальной нагрузке – 90 кГц.
Частота автоколебаний без нагрузки – 28,5 кГц.
Температура транзисторов – 75ºC.
Площадь радиаторов каждого транзистора – 27см².
Температура дросселя TV1 – 45ºC.
TV2 – 2000НМ (Ø28 х Ø16 х 9мм)

Выпрямитель

Все вторичные выпрямители полумостового импульсного блока питания должны быть обязательно двухполупериодным. Если не соблюсти это условие, то магинтопровод может войти в насыщение.

Существуют две широко распространённые схемы двухполупериодных выпрямителей.

1. Мостовая схема.
2. Схема с нулевой точкой.

Мостовая схема позволяет сэкономить метр провода, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.

Схема с нулевой точкой более экономична, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.

Однако именно схемы с нулевой точкой используются, когда требуется получить большие токи при малом выходном напряжении. Тогда, для дополнительной минимизации потерь, вместо обычных кремниевых диодов, используют диоды Шоттки, на которых падение напряжения в два-три раза меньше.

Пример.
Выпрямители компьютерных блоков питания выполнены по схеме с нулевой точкой. При отдаваемой в нагрузку мощности 100 Ватт и напряжении 5 Вольт даже на диодах Шоттки может рассеяться 8 Ват.

100 / 5 * 0,4 = 8(Ватт)

Если же применить мостовой выпрямитель, да ещё и обычные диоды, то рассеиваемая на диодах мощность может достигнуть 32 Ватт или даже больше.

100 / 5 * 0,8 * 2 = 32(Ватт).

Обратите внимание на это, когда будете проектировать блок питания, чтобы потом не искать, куда исчезла половина мощности.

В низковольтных выпрямителях лучше использовать именно схему с нулевой точкой. Тем более что при ручной намотке можно просто намотать обмотку в два провода. Кроме этого, мощные импульсные диоды недёшевы.

Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?

Для наладки импульсных блоков питания обычно используют вот такую схему включения. Здесь лампа накаливания используется в качестве балласта с нелинейной характеристикой и защищает ИБП от выхода из строя при нештатных ситуациях. Мощность лампы обычно выбирают близкой к мощности испытываемого импульсного БП.

При работе импульсного БП на холостом ходу или при небольшой нагрузке, сопротивление нити какала лампы невелико и оно не влияет на работу блока. Когда же, по каким-либо причинам, ток ключевых транзисторов возрастает, спираль лампы накаливается и её сопротивление увеличивается, что приводит к ограничению тока до безопасной величины.

На этом чертеже изображена схема стенда для тестирования и наладки импульсных БП, отвечающая нормам электробезопасности. Отличие этой схемы от предыдущей в том, что она снабжена разделительным трансформатором, который обеспечивает гальваническую развязку исследуемого ИБП от осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.

Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т.д. Эти «стекло-керамические» резисторы легко найти на радиорынке по зелёной раскраске. Красные цифры – рассеиваемая мощность.

Из опыта известно, что мощности эквивалента нагрузки почему-то всегда не хватает. Перечисленные же выше резисторы могут ограниченное время рассеивать мощность в два-три раза превышающую номинальную. Когда БП включается на длительное время для проверки теплового режима, а мощность эквивалента нагрузки недостаточна, то резисторы можно просто опустить в воду.

Будьте осторожны, берегитесь ожога!
Нагрузочные резисторы этого типа могут нагреться до температуры в несколько сотен градусов без каких-либо внешних проявлений!
То есть, ни дыма, ни изменения окраски Вы не заметите и можете попытаться тронуть резистор пальцами.

Как наладить импульсный блок питания?

Собственно, блок питания, собранный на основе исправного электронного балласта, особой наладки не требует.

Его нужно подключить к эквиваленту нагрузки и убедиться, что БП способен отдать расчетную мощность.

Во время прогона под максимальной нагрузкой, нужно проследить за динамикой роста температуры транзисторов и трансформатора. Если слишком сильно греется трансформатор, то нужно, либо увеличить сечение провода, либо увеличить габаритную мощность магнитопровода, либо и то и другое.

Если сильно греются транзисторы, то нужно установить их на радиаторы.

Если в качестве импульсного трансформатора используется домотанный дроссель от КЛЛ, а его температура превышает 60… 65ºС, то нужно уменьшить мощность нагрузки.

Не рекомендуется доводить температуру трансформатора выше 60… 65ºС, а транзисторов выше 80… 85ºС.

Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?

Схема импульсного блока питания

R0 – ограничивает пиковый ток, протекающий через диоды выпрямителя, в момент включения. В КЛЛ также часто выполняет функцию предохранителя.

VD1… VD4 – мостовой выпрямитель.

L0, C0 – фильтр питания.

R1, C1, VD2, VD8 – цепь запуска преобразователя.

Работает узел запуска следующим образом. Конденсатор C1 заряжается от источника через резистор R1. Когда напряжения на конденсаторе C1 достигает напряжения пробоя динистора VD2, динистор отпирается сам и отпирает транзистор VT2, вызывая автоколебания. После возникновения генерации, прямоугольные импульсы прикладываются к катоду диода VD8 и отрицательный потенциал надёжно запирает динистор VD2.

R2, C11, C8 – облегчают запуск преобразователя.

R7, R8 – улучшают запирание транзисторов.

R5, R6 – ограничивают ток баз транзисторов.

R3, R4 – предотвращают насыщение транзисторов и исполняют роль предохранителей при пробое транзисторов.

VD7, VD6 – защищают транзисторы от обратного напряжения.

TV1 – трансформатор обратной связи.

L5 – балластный дроссель.

C4, C6 – разделительные конденсаторы, на которых напряжение питания делится пополам.

Для питания светодиоду требуется источник постоянного напряжения и устройство стабилизации тока – драйвер. А если требуется (или очень хочется) подключить светодиод к сети 220В? И светодиод, при этом, мощный? Простым резистором и диодом здесь не обойтись. Самый правильный, вернее, единственно правильный способ – использовать специализированный драйвер. Его можно даже самому собрать (читайте в статье «Схема драйвера для светодиодов от сети 220В»).

Впрочем, есть и менее правильные, но, в целом, рабочие варианты. Один из них – собрать стабилизатор тока для светодиода из обычной энергосберегающей лампы.

Прежде чем начнем, помните: все, что вы делаете, вы делаете на свой страх и риск! Мы не даем никакой гарантии, что получившийся прибор заработает у вас правильно. И не несем никакой ответственности за возможный ущерб или повреждения, которые, теоретически, могут случиться, если что-то пойдет не так, как задумано.

Предстоит работать с опасным для жизни напряжением в 220В и, скорее всего, без точной технической документации на конкретную переделываемую лампу. Если вы не знаете правил предосторожностей при работе с высоким напряжением, не сильно уверенно держите в руках паяльник, то лучше откажитесь от этой затеи – в конце концов, готовый драйвер от сети 220В стоит не так уж дорого.

Но, если интересно, то вперед!

Обычная энергосберегайка, она же компактная люминесцентная лампа или КЛЛ, содержит в себе электронное устройство, обеспечивающее поджег и горение газоразрядных ламп. КЛЛ имеют очень приличный срок службы – до 10 000 часов, но с течением времени яркость их свечения снижается, они начинаю сильнее греться, начинают мерцать или вообще перестают светить. При этом, чаще всего, из строя выходит именно «стеклянная часть» лампы, а ее электроника остается в полном порядке. Поэтому, для экспериментов вполне подойдет старая лампа, которая перестала работать, а вы ее почему-то не выбросили. Если есть выбор, то лучше взять лампу помощнее. У меня для опытов оказался пациент, изображенный на картинке в начале статьи.

Запыленная и пожелтевшая лампа Maxus 26W верой и правдой отслужила несколько лет и была заменена, поскольку светить стала чуть ли не вдвое тусклее, чем нужно.

Аккуратно, по пояску открываем лампу.

Аккуратно открытая энергосберегающая лампа

Видим балласт, от которого два провода уходят к цоколю и четыре к стеклянным колбам. Откусываем их все и извлекаем электронную часть. Только внимательно – один из цокольных проводов к плате может идти через висящий резистор. Он тоже нужен, откусывайте за ним.

Получилась вот такая штучка.

Извлеченный балласт люминесцентной лампы — до переделки

Теперь от разрушения ламп переключимся к изучению их принципиальных схем. Импульсный преобразователь (электронный балласт) компактных люминесцентных ламп может различаться деталями для конкретных ламп, но принципиально его схема выглядит так:

Принципиальная схема балласта компактной люминесцентной лампы

Желтым цветом выделено то, что может значительно отличаться от лампы к лампе в зависимости от производителя и ее мощности. В любом случае, оставляем эту часть безо всяких изменений. То, что отмечено синим, останется бесхозным после удаления ламп (стеклянных колб) и может быть безболезненно удалено с платы, дабы не мешало.

Получится примерно так:

Импульсный преобразователь после удаления "лишних" деталей

После удаления «синей» части схемы, останется два проводника, повисших в воздухе. Их нужно соединить друг с другом – закоротить. Найдем что с чем соединять на конкретной плате.

Обратная сторона платы импульсного преобразователя

Как видно, нужно закоротить выход дросселя (он же вход в колбы) с выходом из колб по кратчайшему пути. Электроника вашей лампы, скорее всего, внешне будет отличаться от того, что вы видите на картинке. Важно понять сам принцип.

Следующий шаг – сделать из дросселя трансформатор, выпрямить получившийся ток и запитать им светодиоды.

Дело в том, что люминесцентные лампы питаются напряжением высокой частоты (до 50КГц). Соответственно, намотав на дроссель вторичную обмотку, можно получить на ней нужное напряжение.

Аккуратно выпаиваем дроссель. Дальше очень творческая задача – его разобрать. Дроссель состоит из катушки с проводом, в которую сверху и снизу вставляются две половинки Е-образного феррита. Разобрать дроссель – это значит разъединить спаявшиеся за года половинки тонкого и хрупкого феррита (которые еще иногда заливают лаком), снять их и получить свободный доступ к катушке с проводом. Удалите ленту, которая расположена по периметру феррита, после чего нежно и не прикладывая больших усилий, попробуйте его разъединить. Помогает нагревание – например, аккуратно паяльником по всему периметру феррита. У меня получилось, правда, далеко не сразу.

Побежденный и разобранный дроссель

На открывшуюся катушку поверх наматываем вторичную обмотку. По моим наблюдениям один оборот вторичной обмотки дает в ней около 0.8В напряжения. В моих планах было запитать две линейки одноваттных светодиодов по 10шт. Для этого мне нужно около 30В напряжения. Итоговый ток требуется небольшой – до 200-250мА, поскольку светодиоды ну очень китайские.

В моем случае получилось 40 витков эмальпровода диаметром 0.25мм. Наматывайте аккуратно, поскольку дроссель потом нужно будет собрать обратно, т.е. вернуть ферриты на место. Не забудьте в конце узкой полоской изоленты или скотча скрепить между собой половинки феррита. Впаиваем дроссель обратно. Получится как-то так.

Результат работы — готовый "драйвер" из балласта энергосберегайки

Подключаем входное сетевое напряжение. Взрывов, фейерверков нет? Чудесно! Теперь аккуратно меряем переменное напряжение на выходах вторичной обмотки. Получилось то, что нужно? Здорово! Если нет, отключаемся от сети и отматываем (чтобы уменьшить) или добавляем (чтобы увеличить) несколько витков в обмотке. Разбирать дроссель для этого не нужно – просто аккуратно продевайте провод между катушкой и ферритом.

У меня две линейки светодиодов. Подключить их можно двумя способами – параллельно – для этого нужно предварительно выпрямить ток. Или встречно – для этого выпрямлять ток не нужно. На схеме это выглядит так.

Параллельное подключение двух линеек светодиодов

Параллельное подключение. Зеленая область – вторичная обмотка, диодный мост и светодиоды. Синяя линия – перемычка. Диодный мост собирается из быстрых диодов. Я взял 4 диода HER307.

Встречное подключение выглядит так:

Встречное подключение двух линеек светодиодов

Оба варианта имеют право на жизнь, я выбрал параллельное подключение с выпрямлением.

После сбора схемы подключите светодиоды через амперметр. Подключите питание. Если сила тока такая, как необходимо – отлично, если нет, то убирая/добавляя витки вторичной обмотки дросселя уменьшите или увеличьте ток.

Результат работы — светодиоды подключены и ярко светят.

У меня получилось около 200мА на две линейки по 10 светодиодов. Маловато, но для настольного светильника хватит.

Очень непривычно видеть подключение светодиодов напрямую от источника тока. Но здесь стабилизация тока достигается за счет точной стабилизации напряжения. И, в данном случае, если что-то произойдет с одной из параллельных линеек светодиодов, ток в оставшихся линейках не изменится, в отличие от обычного подключения через драйвер.

Правильно собранная схема должна иметь серьезный запас по мощности – у меня рабочая мощность 6 из 26 Вт. Ничего (кроме светодиодов) не должно существенно нагреваться в процессе работы (только проверяйте после отключения от сети).

В итоге получился компактный и практически бесплатный «драйвер», который позволил мне подключить светодиоды к сети 220В. Осталось соорудить корпус и смонтировать настольный светодиодный светильник. Но это уже другая история и о ней читайте в статье «Светодиодный светильник своими руками».

Также, имеются готовые модели драйверов для светодиодов, без которых никак не обойтись, если будет нужно получить мощный и яркий свет.

Пока учёные укрощают скорость света, я вот решил укротить ненужные люминесцентные лампы, переделывая их в светодиодные. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) по немного уходят в прошлое, по понятным всем причинам: меньшая эффективность относительно светодиодных, экологическая небезопасность (ртуть), ультрафиолетовое излучение опасное для глаз человека, да и недолговечность.

Как и у многих радиолюбителей, накопилась целая коробка этого «добра». Менее мощные можно использовать как запчасти, ну а те что по мощнее, начиная с 20W можно переделать под светодиодные лампы и источники питания. Ведь электронный балласт, это дешевый преобразователь напряжения, то есть простой и доступный импульсный блок питания которым можно питать приборы мощностью до 30-40W (зависит от КЛЛ), и даже больше если менять выходной дроссель и транзисторы. Тем радиолюбителям которые проживают в отдалённых местах, или в определённых ситуациях, эти «энергосберегалки» окажутся полезными. Так что, не спешите их выбрасывать после выхода из строя — а работают они не долго!

В моём случае, примерно год назад (весной 2014г.), начав экспериментировать с электронным балластом, в поисках корпуса под переделку в светодиодную лампу, возвращаясь вечером домой с работы, меня осенило – увидев на тротуаре банку из под колы. Ведь алюминиевый корпус из под 0,25L напитка, как раз подходит в качестве радиатора для рассеивания тепла светодиодной ленты. А также, идеально садится под корпус КЛЛ «Vitoone» с цоколем Е27, на 25 W. Да и в эстетике неплох!

Изготовив несколько переделанных LED-ламп, я начал их испытывать в разных условиях эксплуатации. Одна из них работает в подсобном помещении в жаре и морозе (с вентиляционными отверстиями), другая в жилом помещении (без отверстии в пластмассовом цоколе). Ещё одна подключена к трёхметровой светодиодной ленте. Прошел почти год, и они до сих пор безотказно служат! Ну, и учитывая то, что на тему светодиодов, статьей появляется все больше и больше, пришлось наконец-то написать и о моей испытанной временем идеи.

Схема переделки КЛЛ на LED

Схем переделки КЛЛ существует много. В своём случае рассматривал переделку ламп «Osram», «Vitoone», «Brilux», «Philips». Обобщённая схема переделанного электронного балласта компактной люминесцентной лампы дневного света показана на рисунке. Они мало чем отличаются в зависимости от производителя, но принцип работы этих импульсных преобразователях одинаков. В общем, принцип работы двухтактного преобразователя напряжение состоящего из двух транзисторах n-p-n (VT1, VT2), заключается в преобразовании выпрямленного сетевого напряжения (VD1-VD4), в высокочастотное (около 30kHz). Сетевое напряжение 220V проходит через предохранитель FU1 (или через низкоомный резистор, который играет роль предохранителя), выпрямляется и фильтруется через дроссель L4 и конденсаторы C1, C6. Если вы хотите получить более мощный блок питания, то тогда придется перемотать L4 проводом большего сечения, и заменить диоды моста (или диодную сборку) на больший ток! Обязательно советую менять электролитический конденсатор C1 — вместо 4,7mF или 6,8mF на более ёмкий конденсатор, исходя из расчета выходной мощности: 1mF на 1 W. Оставил на 10mF/400V, ведь надо еще вместится в корпус КЛЛ! Большие конденсаторы на 47. 100mF можно найти в старых одноразовых фотоаппаратах «Kodak» или в других ИБП. Увеличение ёмкости конденсатора входного фильтра снизит уровень пульсаций напряжения на выходе ИБП. Также, придётся увеличить мощность резисторов в базовых и эмиттерных цепях VT1, VT2.

Запуск преобразователя происходит за счет симметричного динистора VS1 и элементов D6, R1, C3, при открывании через динистор проходит импульс на базу ключа VT2. После запуска эта часть схемы блокируется диодом D6. Через каждое открытие транзистора VT2, конденсатор C3 разряжается и не дает повторного открытия динистора. Транзисторы возбуждают тороидальный трансформатор L1, с тремя обмотками в несколько витков: из них две управляющие и одна рабочая. Открытие каждого ключа вызывает наводку импульсов в двух противоположных обмотках, а также в рабочей обмотке. Переменное напряжение с L1 поступает на L3 и дальше на люминесцентную лампу, которую мы убираем из схемы. Когда лампа зажигается, транзистор VT1 открывается, и насыщается сердечник L1. Обратная связь на базу приводит к закрытию ключа. Затем открывается VT2, возбуждаемый противоположно подключенной обмоткой L1 и процесс повторяется.

Насчёт транзисторов: можно оставить те что есть (13003 корпус ТО-126, их аналоги: MJE13003 или КТ8170А1), или использовать с запасом мощности. Правильный выбор транзисторов определит надежность генератора. Таким образом, для энергосберегающих ламп мощностью до 7W рекомендуется использовать транзисторы серии 13001, до10W – 13002, для 15-20W –13003 с корпусом ТО-126, 25-40W – 13005 ТО-220, 40-65W – 13007 ТО-200, 85W – 13009 ТО-220 соответственно (последняя цифра означает рабочий ток транзистора). В моем случае, перегрева транзисторов не происходит и радиатор ставить не пришлось. Рекомендую в случае нагрева, менять на ступень мощнее и менять и перематывать дроссель L3. При больших нагрузках сердечник этого трансформатора может уйти в насыщение.

Дальше — шунтируем крайние штырьки (их 4) перемычкой, на которые были подключены нити накаливания лампы, и убираем конденсатор C5, он уже не понадобится (смотрим схему и фото). Основа переделки заключается в добавлении вторичной обмотке на дроссель L3. Первичная обмотка дросселя L3 содержит примерно 200-400 витков провода диаметром 0,2 мм. Для этого, вынимаем из платы дроссель, и разбираем его методом нагрева. Этого можно добиться при помощи паяльника или промышленного фена. Аккуратно разъединяем ферритовые дольки дросселя (за счет нагрева клеящий материал теряет свои свойства). Если дольки разобьются, сердечник можно будет соединить скотчем или клеем.

Обратите внимание: дроссель должен быть без зазора! Если он есть, то его можно убрать при помощи напильника или «болгарки» (подобное уже делал, но не переусердствуйте).

Разобрав трансформатор, снимаем вторичную обмотку, и на ее месте наматываем примерно 30-35 витков одножильного провода (ПЭВ), диаметром 0,5-0,8 мм. Мне удалось разместить в дросселе от «Brilux» — 35 витков провода общим диаметром примерно 0,7 мм, соединив вместе 3х0,23 мм. Также, мотал другой трансформатор эмалированным проводом 0,47 мм, но с меньшей мощностью нагрузки. Лучше перемотать, и потом уже из собранного трансформатора отматывать до нужного вам напряжения!

Между обмотками добавляем дополнительную изоляцию из трансформаторной бумаги или в моем случае, скотче. Полученный таким образом трансформатор, оставляется с открытой вторичной обмоткой и впаивается обратно на плату КЛЛ. В случае если окно дросселя не позволяет намотать вторичную обмотку или если нужен блок помощнее, то понадобится другой импульсный трансформатор больших размеров (например от компьютерного блока питания или из других высокочастотных ИБП с ферритом магнитной проницаемостью 2000НМ).

Теперь, остается добавить выпрямитель и нагрузку в виде светодиодной ленты. Выходной выпрямитель можно делать по мостовой схеме или по схеме с нулевой точкой. Но это в том случае, если задействовать более габаритный трансформатор для схемы с нулевой точкой. В качестве мостового выпрямителя я применил высокочастотные диоды КД213А (с максимальным током до 10А и рабочей частотой до 100kHz), как наиболее дешевые для этой конструкции. Они отлично справляются с частотой и температурой (-60…+125°C). Хотя, для надежности, в одной из ламп (на 3-х метровой ленте) я добавил в качестве радиатора обычные монеты, прикрепив их к металлической поверхности диодов. На других двух, выпрямительный мост оставил без радиаторов, с небольшим зазором между ними (как это видно на фото). Также, оранжевая лампа на протяжении почти года работает и без вентиляционных отверстий в пластмассовом корпусе КЛЛ. Но это, для своих опытов. А вам самим решать, что делать – в зависимости какую нагрузку применять к ИБП. Ставить на выходе низкочастотный диодный мост, который используется в обычных сетевых выпрямителях, не удастся. На высокой частоте он будет сильно греться, вне зависимости от габаритов диодов. Можно обойтись и простым стабилизатором, но я добавил к светильнику разъем с выключателем, для того чтобы в критический момент, иметь под рукой источник питания на 12V/15. 30 W. Либо дополнить внешним стабилизатором, либо подключив к нему авто-зарядку для мобильных девайсов –обеспечить себя ИБП которого просто можно найти, посмотрев на потолок!

Ну всё, приступаем к сборке светильника. Берем алюминиевую банку на 0,25L, сгибаем верхнею часть вовнутрь, предварительно разрезав её на четыре половинки (как видно на фотографиях). Сбоку делаем отверстие для провода, и клеим на банку 1м (1. 1,5 м) светодиодной ленты, так чтобы между витками оставался просвет, который будет работать в качестве радиатора.

Не советую применять ленту в «силиконе», она имеет низкую теплоотдачу, дороже в цене, и к тому же очень вредна для здоровья человека; при нагреве можно прочувствовать неприятный запах испарений этого пластика!

Используйте LED-ленту с SMD светодиодами на 5мм: 3528/12V/4,8 W/м-60шт/м, 3528/12V/9,6W/м-120шт/м, 5050/12V/12,8W/м-60шт/м, или 5050/12V/14,4W/м-60шт/м, с наибольшим углом рассеивания и наибольшей светоотдачей люмен/метр. Их можно будет в периоде эксплуатации светильника, очень просто прочистить щеткой и ремонтировать (например – мне пришлось пройти паяльником по одному из сегментов ленты). Далее, в пластиковом корпусе КЛЛ, надо будет проделать небольшие выемки раскаленным паяльником, для того чтобы удерживать корпус банки. Она просто будет садится на клик. Это даст возможность доступа к начинке светильника, без дополнительных инструментов. Другой конец ленты, склеиваем двухкомпонентным быстросохнущим клеем или скотч-лентой.

Плату крепим к корпусу КЛЛ с помощью термоклея («молекулярный клей») и изолируем накладками из тряпочной изоленты. Нужно уделить особое внимание этому моменту сборки, прикрепляя плату устройства так чтобы оставался зазор между металлическим корпусом банки и платой. Ведь аппарат находится под переменным сетевым напряжением, опасным для жизни! Далее, еще раз, тщательно проверяем все элементы нашего девайса. Незабываем изолировать все провода термоусадочным кембриком, во избежание коротких замыканий. На металлическую поверхность диодов можно залить пару капель клея, для того чтобы исключить контакт с корпусом алюминиевой колбы.

А вот, для того чтобы посмотрев на потолок можно было-бы найти источник питания или в случае отключения электроэнергии, источник света на 12 вольт, надо будет не поленится и добавить к лампе несколько деталей. Во первых, делаем отверстие в днище банки под гнездо, как это показано на фотографиях. Гнездо и штекер любой, можно и с контактами отключения. Тут использовал А/V конектор, изо того что если под рукой не окажется штекер, можно было просто закрепить провода на корпус и в центральное отверстие гнезда.

Далее, нужен выключатель (закрепив его дополнительным отверстием сбоку колбы) для того чтобы отключить свет и получить больше мощности для другого устройства которое вы хотите запитать. Например, можно вывести отдельный провод от автомобильной зарядки на 12 вольт и таким образом заряжать мобильный телефон. Также, можно подзарядить аккумулятор шуруповёрта и т.д.

Лампу можно подключить к автомобильному аккумулятору или любому другому с напряжением 9-12V и использовать в качестве автономного источника света. Таким образом, мы имеем универсальный девайс который окажется нелишним в поездках, на работе и дома, а в некоторых обстоятельствах – единственным решением.

Теперь, несколько слов об испытаниях. На светодиодной ленте длиной в 3 м (3528/12V/4,8 W/м-60 шт/м) – потребляемая мощность переделанного ИБП была около 20W. На светильниках из алюминиевых банок – около 12-13W (11,5V). Без нагрузки показания были при 14,8V — P=2,5-2,9W. Максимально удалось снять нагрузку с переделанного КЛЛ/25W — примерно 28W, но трансформатор при этом перегревается (+70. 75°C).

Температура трансформатора в лампах из под банок, достигала около 60°C, светодиодов = 50…60 °C, диодов моста (КД213А) = 50°C. Пожаробезопасность при таких показаниях, думаю обеспечена. Вес данного светильника составляет 90 г, второго — 105 грамм. За счёт низкого веса и небольших габаритах, лампа подойдет к большинству люстрам, бра и другим осветительным приборам. Также, для освещения коридоров и подсобных помещений.

Примерный КПД устройства -77-85%. Расчет исходит из данных работы ИБП без нагрузки (P=2,5-2,9W), и с нагрузкой (13W/12,5V). Потребление тока — около 800 мА. Соответственно, нельзя сравнить этот девайс с пленарными импульсными преобразователями. Но это лучше, чем питать LED-светильник от тяжелых трансформаторных преобразователях или от конденсаторных схем, без гальванической развязки с небольшой мощностью.

Если хотите, можете дополнить устройство стабилизатором тока, для того чтобы продлить срок службы светодиодов и использования в качестве питания различных гаджетов. Также, можно дополнить его фильтром питания, в зависимости от конкретного применения.

Видео

Хотя, это простое устройство, на практике оно оказалось очень полезным. Кому интересно смотрите видео и пишите на почту: florinm@mail.ru С уважением, Флорин Матиенку (flomaster).

Литература

• 1. «Источники питания», Е.А. Москатов,2012г.
• 2. Журнал «Радиоаматор» №1,2009г.

Обсудить статью ЛАМПА СВЕТОДИОДНАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ