Блок питания для энергосберегающих ламп. Блок питания из эпра

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

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

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

КЛЛ в разобранном виде

Вид люминесцентной лампочки изнутри

Устройство энергосберегающей лампы на примере изделия от Camelon

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

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

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

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

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

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

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

Неподходящим окажется балласт, в схему которого включена специализированная микросхема.

Импульсный блок питания и его особенности

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

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

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

ИБП на IR2153/2155

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

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

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

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

ИБП из лампы своими руками

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

Блок питания самодельный

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

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

Импульсный трансформатор

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

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

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

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

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

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

Выпрямитель

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

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

Наладка ИБП

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

Вариант ИБП с повышенной мощностью

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

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

Схема сборки ИБП из энергосберегающей лампочки

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

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

Возможные ошибки

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

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

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

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

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

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

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

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

Подключение ИБП к шуруповерту

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

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

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

Одним из самых простых способов изготовления импульсного блока питания своими руками из «подручных средств» является переделка энергосберегающей лампы под такой блок питания. Так как основной причиной выхода из строя компактных люминесцентных ламп является перегорание одной из нитей накала колбы, то практически их все можно переделать под импульсный блок питания с нужным напряжением. В данном конкретном случае я переделывал схему электронного балласта 15 ваттной лампочки в импульсный блок питания 12 вольт 1 ампер. Такая переделка не требует огромных усилий и большого количества деталей, т.к. предполагаемая нагружаемая мощность меньше мощности самой энергосберегающей лампочки.

Каждый производитель ламп имеет свои собственные наборы деталей с определенными номиналами в схемах изготавливаемых электронных балластов, но все схемы типовые. Поэтому у себя на схеме я не приводил всю схему лампы, а указал только ее типовое начало и обвязку колбы лампы. Схема электронного балласта нарисована черным и красным цветом. Красным – выделены колба и конденсатор, подсоединенный к двум нитям накала. Их следует удалить. Зеленым цветом на схеме указаны элементы которые нужно добавить. Конденсатор С1 – следует заменить большей емкости, например, 10-20u 400v.

В левой части схемы добавлен предохранитель и входной фильтр. L2 выполнен на кольце от материнской платы, имеет две обмотки по 15 витков проводом от витой пары Ø – 0.5 мм. Кольцо имеет наружный диаметр 16мм, внутренний – 8,5мм, ширину – 6,3мм. Дроссель L3 имеет 10 витков Ø – 1 мм, выполнен на кольце от трансформатора другой энергосберегающей лампы. Следует выбирать лампу с бОльшей пустотой окна дросселя Tr1, так как его необходимо будет переделать в трансформатор. У меня получилось намотать по 26 витков Ø – 0.5 мм на каждую из половины вторичной обмотки. Такой вид намотки требует идеально симметричных половин обмотки. Чтобы добиться этого, рекомендую мотать вторичную обмотку сразу в два провода, каждый из которых будет служить симметричной половиной друг друга. Транзисторы оставил без радиаторов, т.к. предполагаемое потребление схемы меньше мощности, которую потребляла лампа. В качестве теста было подключено на максимальное свечение на 2 часа 5 метров RGB светодиодной ленты, потреблением 12v 1A.

Приобрел себе на пробу светодиоды 10 Вт 900лм теплого белого света на AliExpress. Цена в ноябре 2015года составляла 23 рубля за штуку. Заказ пришел в стандартном пакетике, проверил все исправные.



Для питания светодиодов в осветительных устройствах применяются специальные блоки - электронные драйверы, представляющие собой преобразователи стабилизирующие ток, а не напряжение на своём выходе. Но так как драйверы для них(заказывал тоже на AliExpreess) были еще в пути решил запитать от балласта от энергосберегающих ламп. У меня было несколько таких неисправных ламп. у которых сгорела нить накала в колбе. Как правило, у таких ламп преобразователь напряжения исправен, и его можно использовать в качестве импульсного блока питания или драйвера светодиода.
Разбираем люминисцентную лампу.

Для переделки я взял 20 Вт лампу, дроссель которой с лёгкостью может отдать в нагрузку 20 Вт. Для 10 Вт светодиода больше никаких переделок не требуется. Если планируется запитать более мощный светодиод, требуется взять преобразователь от более мощной лампы, либо установить дроссель с большим сердечником.
Установил перемычки в цепи розжига лампы.

На дроссель намотал 18 витков эмальпровода, подпаиваем выводы намотанной обмотки к диодному мосту, подаём на лампу сетевое напряжение и замеряем выходное напряжение. В моём случае блок выдал 9,7В. Подключил светодиод через амперметр, который показал проходящий через светодиод ток в 0,83А. У моего светодиода рабочий ток равен 900мА, но я уменьшил ток чтобы увеличить ресурс. Собрал диодный мост на плате навесным способом.

Схема переделки.

Светодиод установил на термопасту на металлический абажур старой настольной лампы.

Плату питания и диодный мост установил в корпус настольной лампы.

При работе около часа температура светодиода 40 градусов.

На глаз освещенность как от 100 ваттной лампы накаливания.

Эта светодиодная настольная лампа работает уже около месяца. Пока все нормально а дальше время покажет. В результате я получил бесплатный драйвер для светодиодов. Когда придут заводские драйвера сравню их работу с самоделкой.
Кому интересно можно посмотреть на видео.

Со временем в бардачке любого радиолюбителя скапливается огромное количество электронной начинки от энергосберегающих лампочек, а многие радиокомпоненты из них можно активно использовать в других радиолюбительских направлениях. Так высоковольтный генератор из балласта обычной энергосберегающей лампы собирается за 5 минут, и вуа-ля питание генератора Тесла уже есть.

Как показала практика лампы дневного освещения работают годами. Но с течением времени их яркость свечения падает. Такие лампы, конечно, еще могут прослужить вам до тех пор пока колба заполненная инертным газом не пробьется высоковольтным разрядом, но доводить их до этого состояния не желательно, т.к при этом может сгореть и электронная часть, а вот ее еще можно поэксплуатировать.

Внутри энергосберегалки имеется электронная схема - балласт. Это готовый повышающий высоковольтный преобразователь типа AC-DC, он необходим для повышения стандартных 220 вольт до 1000 вольт. Внимание, на его выходе имеется опасное для жизни напряжение, потому во время экспериментов соблюдайте предельную осторожность и всегда помните об .

Для сборки схемы высоковольтного генератора, нам потребуется строчный трансформатор, его можно позаимствовать от блока строчной развертки , такие щас народ массово выкидывает, поэтому найти его вообще не проблема. Еще одним важным компонентом высоковольтной конструкции является конденсатор. Его кстати можно также найти в блоке строчной развертки, например 2200 пФ 5 кВ. Напряжение от балласта идет на обмотку строчного трансформатора не напрямую, а через конденсатор, такое подключение защищает схему балласта. О правильном извлечении строчного трансформатора, предлагаю узнать из видеосюжета:

При помощи мультиметра на трансформаторе находим обмотку с максимальным сопротивлением (кроме высоковольтной) и подаем на нее напряжение от балласта. Такой высоковольтный генератор может найти применение в опытах с электричеством. Если добавить два металлических стержня - получим "лестницу Иакова". Даже на ней можно собрать, т.к схема способна питать строчный трансформатор сутками, а напряжение на выходе строчного трансформатора 5 кВ.

Схемы, устройство и работа энергосберегающих ламп

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

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

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

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

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

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

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

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