1. Двотактний електронний баласт потужністю 30 Вт
2. Структурна схема перетворювача
3. Принципова електрична схема перетворювача
4. Креслення можливого варіанту друкованої плати перетворювача
5. однотактний перетворювачі
6. Однотактний перетворювач з регульованою яскравістю
7. Схема однотактного перетворювача з регулюванням яскравості
8. налагодження перетворювача
9. - н а в і г а т о р -

Іноді, буває необхідність у висвітленні від автономного живлення (акумулятора): у спокійному стані на природі, в поході, на рибалці, сторожам і бджолярам або при відключенні електроенергії вдома. Можна живити люмінесцентну лампу, звані ще - лампами денного світла від автономних низьковольтних джерел струму, наприклад, від автомобільного акумулятора через перетворювач напруги - електронний баласт.

Давайте розглянемо декілька схем, які допоможуть нам в цьому.

За схемотехнічному виконання електронні баласти, що працюють від автономних низьковольтних джерел, поділяють на дві групи:

• двотактні;
• однотактний.

Вони можуть бути реалізовані як на спеціалізованих мікросхемах, так і на дискретних елементах.

Двотактний електронний баласт потужністю 30 Вт

Електронний баласт призначений для харчування ЛЛ при висвітленні гаража, садового будиночка або інших невеликих приміщень.

Баласт виконаний на доступних елементах і без праці може бути повторений радіоаматорами середньої кваліфікації.

До переваг пристрою, зокрема, відноситься його здатність працювати при зниженому до 5 В напрузі живлення. Даний електронний баласт розрахований на харчування ЛЛ ЛБУ 30 потужністю 30 Вт і має наступні технічні характеристики:

• номінальна напруга живлення -13,2 В;
• номінальний вхідний струм - 2,6 А;
• частота перетворення - 20-25 кГц;
• ККД пристрою - 85%.

Перетворювач виконаний на базі підвищувального інвертора напруги, навантаженого на послідовний коливальний контур, утворений котушкою індуктивності.

Структурна схема перетворювача

Структурна схема перетворювача L1 і конденсатором С1, паралельно якому включена люмінесцентна лампа EL1.

Інвертор перетворює постійну напругу акумуляторної батареї 13,2 В в змінну у вигляді імпульсів прямокутної форми амплітудою 150 В, що надходить на послідовний коливальний контур L1, С1.

Резонансна частота контура дорівнює частоті напруги живлення, а струм, що протікає через навантаження, підключену до конденсатору кон¬тура, не залежить від її опору. При цьому в момент подачі напруги живлення опір лампи EL1 велике, до конденсатору С1 докладено висока напруга, а через котушку індуктивності L1 протікає струм, що перевищує номінальне значення.

Цей струм тече і через нитки напруження EL1, розігріваючи їх, що забезпечує надійне включення лампи. При загорянні лампи її опір падає і шунтирует конденсатор С1. В результаті напруга на ньому знижується до значення, що підтримує горіння лампи, а струм через котушку індуктивності L1 зменшується до номінальної величини.

Принципова електрична схема перетворювача

Коливальний контур утворений елементами L2, С7. Інвертор виконаний за схемою двотактного автогенератора з позитивним зворотним зв'язком по струму (ПОСТ) на елементах T1, Т2, L1, VT1, VT2, VD1-VD6, С2-С5, R1-R4. Така побудова інвертора дозволяє мінімізувати енергію, яка витрачається на управління ключовими транзисторами VT1, VT2, і знизити вплив напруги джерела живлення на стабільність роботи перетворювача.

У цьому випадку легко забезпечуються і оптимальні частоти перетворення. Крім зазначених вище елементів, перетворювач містить запобіжник FU1, конденсатор С1, що захищає джерело живлення від імпульсних струмів, і ланцюжок С6, R5, переважну високочастотні коливання напруги на обмотках трансформатора Т2.

Працює перетворювач наступним чином. У момент подачі напруги живлення транзистори VT1, VT2 закриті, і напруга на їх колекторах дорівнює напрузі харчування. Через резистори R1, R2 протікає струм, що заряджає конденсатори С2, С3 в напрямку, протилежному їх полярності, вказаної на схемі.

Через деякий час напруга на базі одного з транзисторів (наприклад, VT1) досягне порога його відкривання, і через колекторний ланцюг потече струм, який пройде також через джерело живлення, обмотку I трансформатора Т2 і обмотку III трансформатора Т1. В результаті з'явиться струм і в обмотці II трансформатора Т1, який, в свою чергу, потече через конденсатор С2 і перехід «база-емітер» транзистора VT1.

При цьому VT1 входить в режим насичення, а конденсатор С2 перезаряджається відповідно до зазначеної на схемі полярністю. Його перезарядка обмежується діодом VD1. Таким чином відбувається запуск перетворювача. Транзистор VT1 буде перебувати в стані насичення до тих пір, поки не припиниться базовий струм, що може статися в результаті зниження струму через первинну обмотку трансформатора Т2 або при короткому замиканні обмоток трансформатора Т1.

Запускається перетворювач на резонансній частоті контуру L2C7, і транзистори VT1, VT2 будуть перемикатися в момент переходу через нуль струму дроселя L2. Після запалювання лампи EL1 і шунтування нею конденсатора С7 передача енергії дроселя L2 лампі і конденсатору С7 затягується, і частота перетворення знижується.

Її стабілізація при цьому відбувається на рівні, визначеному часом перемагничивания дроселя L1, який, насичуючись з'єднує безпосередньо обмотку трансформатора Т1, що призводить до закривання одного транзистора і відкриванню іншого. Частота настройки коливального контуру обрано рівної 46 кГц, а робоча частота перетворювача - 20-25 кГц.

При такому ставленні частот забезпечується максимальна ефективність роботи. Ланцюжки С4, VD5, R3 і С5, VD6, R4 служать для зниження амплітуди комутаційного імпульсу на колекторах транзисторів VT1, VT2 при їх закриванні.

Перетворювач змонтований на друкованій платі з фольгованого склотекстоліти розмірами 233 x 50 мм.

Креслення можливого варіанту друкованої плати перетворювача

Плата розрахована на установку резисторів МЛТ, конденсаторів К73-17 (С1, С4, С5), К50-35 (С2, СЗ) і К15-5 (інші), діодів серій КД105 (VD1, VD2) і КД212 (VD3-VD6) . Транзистори VT1, VT2 закріплюють за допомогою стандартних фланців і гвинтів з гайками М4 на Г-образних тепловідведення (на рис. Зображені штрихпунктирними лініями). Кожен з них згинають з пластини листового алюмінієвого сплаву АМц-П товщиною 2 мм (розміри заготовки - 85 x 50, полки - 50 x 12 мм) і пригвинчують до плати гвинтами з гайками М3. Висновки транзисторів з'єднують з друкованими провідниками відрізками монтажного проводу. Резистори R3, R4 встановлюють перпендикулярно платі.

Електронний баласт може бути вбудований в світильник або поміщений в окремий кожух. При монтажі дросель L1 і трансформатор Т1 бажано розмістити можливо далі від трансформатора Т2 і дроселя L2, а оксидні конденсатори С2, СЗ не була у безпосередній близькості від транзисторів VT1, VT2 і резистора R5.

У перетворювачі застосовані конденсатори К73-17 (С1, С4, С5) на напругу 63 В, К50-35 (С2, СЗ) на напругу 25 В і К15-5 (С6, С7) на напругу 1,6 кВ. Транзистори КТ803А можна замінити на КТ908 з будь-якими літерними індексами, а також їх імпортними аналогами. Їх бажано вибрати з однаковим коефіцієнтом передачі струму бази. Застосовані в пристрої діоди КД105 можуть мати будь-який буквений індекс. Підійдуть і інші низькочастотні діоди з допустимим прямим струмом не менше 0,5 А. Діоди КД212 (VD3-VD6) також можуть бути з будь-яким буквеним індексом, а також їх імпортними аналогами. Їх допустимо замінити іншими кремнієвими діодами, здатними працювати на частотах до 50 кГц і допускають прямий струм не менше 2 А і зворотне напруга не менше 50 В.
Дроселі й трансформатори намотані на кільцевих магнитопроводах з фериту М2000НМ-1.

Обмотки дроселів L1, L2 розміщені на магнитопроводах типу: К7 х 4 х 2 і К40 х 25 х 11 і містять 5 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,63 мм і 140 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,41 мм відповідно. Обмотки трансформаторів T1, Т2 намотані на магнитопроводах типу: К20 х 12 х 6 і К40 х 25 х 11, відповідно. Обмотки I, III трансформатора Т1 містять по 3 витка проводу ПЕВ-2 діаметром 0,63 мм, а II - по 12 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,41 мм.

Кожна з обмоток I трансформатора Т2 складається з 11 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,8 мм, а обмотка II - з 140 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,41 мм. Обмотки I трансформатора Т2 намотані одночасно в два дроти поверх обмотки II. Між обмотками для ізоляції слід прокласти лакоткань.

Обмотки трансформатора Т1 необхідно розташувати відповідно до схеми, показаної на малюнку.

Обмотка I повинна розміщуватися симетрично щодо інших обмоток з метою забезпечення симетрії полупериодов вихідної напруги і виключення одностороннього насичення муздрамтеатру трансформатора, що приводить до збільшення втрат енергії. Дросель L2 повинен мати немагнітний зазор. Для цього в його осерді перед намотуванням потрібно зробити пропил шириною 0,8 мм.

На час налагодження перетворювача замість лампи EL1 і конденсатора С7 послідовно з дроселем L2 включають резистор опором 1 кОм і потужністю 5-10 Вт. Спочатку перевіряють надійність запуску перетворювача. Для цього на нього подають напругу живлення 5 В і, якщо він не починає генерувати прямокутні імпульси частотою 20-25 кГц, зменшують опір резисторів R1, R2, але не більше, ніж в три рази.

Далі контролюють частоту генерації перетворювача. Для цього на нього подають номінальна напруга живлення 13,2 В і за допомогою осцилографа або частотоміра визначають частоту змінної напруги на обмотках трансформатора Т2. Якщо вона виходить за межі 20-25 кГц, змінюють число витків дроселя L1. Для збільшення частоти число витків дроселя L1 зменшують, а для зниження - збільшують.

Після цього відновлюють вихідні ланцюга перетворювача і послідовно з дроселем L2 включають резистор опором 10 Ом і потужністю 0,5-1,0 Вт. Потім на перетворювач подають номінальна напруга живлення, і після загоряння лампи EL1 за допомогою осцилографа контролюють форму напруги на знову встановленому резисторі: вона повинна бути близькою до синусоїдальної.

Струм через дросель L2 повинен становити близько 0,22 А. При подачі живлення на перетворювач лампа повинна загорятися через 1-2 с. Крім лампи ЛБУ 30 спільно з описаним перетворювачем можуть працювати і інші, розраховані на ті ж напруга і струм.

однотактний перетворювачі

Досить часто для реалізації електронних баластів, які працюють від низьковольтних джерел живлення, використовують однотактний підвищують перетворювачі. Перевагою цих перетворювачів є низька вартість реалізації. Серед різних схем граничною простотою відрізняється однотактний автогенераторного перетворювач, схема якого наведена на малюнку нижче.

Розглянемо коротко принцип його роботи. Трансформатор Т1 - лінійний дросель; інтервали накопичення енергії в ньому і передачі накопиченої енергії в навантаження рознесені в часі. На малюнку, нижче показані тимчасові діаграми, що пояснюють роботу перетворювача.

При підключенні напруги живлення З / піт через резистор R1 починає проходити струм бази транзистора VT1. Діод VD1 перешкоджає проходженню струму по ланцюгу базової обмотки, а шунтирующий його конденсатор С2 збільшує позитивний зворотний зв'язок (ПОС) на етапі формування фронтів напруги. Транзистор відкривається, замикається ланцюг ПОС через трансформатор Т1, в якому відбувається регенеративний процес накопичення енергії. Транзистор VT1 входить в насичення. До первинної обмотці трансформатора докладено напруга живлення, і струм I, (струм колектора Ік транзистора VT1) лінійно наростає.

Струм бази IБ насиченого транзистора визначається напругою на обмотці III і опором резистора R2. Коли струм колектора Ік досягне значення

де Ь21е - статичний коефіцієнт передачі струму транзистора VT1, транзистор виходить з режиму насичення.

Розвивається зворотний регенеративний процес: транзистор закривається, і енергія, накопичена трансформатором, передається в навантаження. Після зменшення струму вторинної обмотки знову починається етап накопичення енергії. Інтервал часу tn максимальний при включенні перетворювача, коли конденсатор С3 розряджений, і напруга на навантаженні дорівнює нулю.

Вже згадана схема є функціональним перетворювачем джерела напруги харчування Uпит в джерело струму навантаження Iн.

Важливо відзначити, оскільки етапи накопичення енергії і її передачі рознесені в часі, максимальний струм колектора транзистора не залежить від струму навантаження, т. Е. Перетворювач повністю захищений від замикань на виході. Однак при включенні перетворювача без навантаження (режим холостого ходу) сплеск напруги на обмотці трансформатора в момент закривання транзистора може перевищити максимально допустиме значення напруги «колектор-емітер» і вивести транзистор з ладу.

Недолік найпростішого перетворювача - залежність струму колектора Ік, а отже, і вихідної напруги від статичного коефіцієнта передачі струму транзистора VT1. Тому параметри джерела живлення будуть значно відрізнятися при використанні різних примірників транзисторів.

Однотактний перетворювач з регульованою яскравістю

Даний однотактний перетворювач дозволяє регулювати яскравість лампи і встановлювати її такою, щоб енергія батареї витрачалася більш економно.

Перетворювач складається з генератора, що задає і однотактного підсилювача потужності на недорогий мікросхемі К561ЛА7 (аналог CD4011B). Генератор виконаний на елементах DD1.1-DD1.3. Такий генератор дозволяє змінювати шпаруватість імпульсів (т. Е. Ставлення періоду проходження імпульсів до їх тривалості) змінним резистором R1, що визначає яскравість ЛЛ. До генератора підключений буферний елемент DDI.4.
Сигнал з DD1.4 подається на підсилювач потужності, виконаний на транзисторах VT1, VT2. Навантаження підсилювача - ЛЛ (EL1), підключена через підвищувальний трансформатор Т1. Припустимо підключати лампу як із замкнутими висновками ниток напруження (показано на схемі), так і з роз'єднаними. Інакше кажучи, цілісність ниток напруження лампи не грає ролі.

Схема однотактного перетворювача з регулюванням яскравості

Харчується перетворювач від джерела постійного струму напругою 6-12 В, здатного віддавати в навантаження струм до декількох ампер (в залежності від потужності лампи і встановленої яскравості). Харчування на мікросхему надходить через параметричний стабілізатор, в якому працюють баластовий резистор R4 і стабілітрон VD3. При мінімальному напрузі стабілізатор практично не діє, але це не позначається на роботі перетворювача.

Крім зазначених на схемі, допустимо використовувати транзистори КТ3117А, КТ630Б, КТ603Б (VT1), КТ926А, КТ903Б (VT2), діоди серії КД503 (VD1, VD2), стабілітрон Д814А (VD3). Конденсатор С1 - КГ, KM, К10-17, решта - К50-16, К52-1, К53-1. Змінний резистор - будь-якої конструкції (наприклад, СП2, СПЗ), постійні - ОМЛТ-0125. Лампа - потужністю від 6 до 20 Вт.

Трансформатор намотаний на броньовий магнітопроводі з фериту 2000НМ1 зовнішнім діаметром 30 мм. Обмотка I містить 35 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,45 мм, обмотка II -1000 витків ПЕВ-2 діаметром 0,16 мм. Обмотки розділені декількома шарами лакоткани.

Для підвищення надійності обмотку II необхідно розділити на кілька шарів, прокладаючи між ними лакоткань. Чашки муздрамтеатру збирають з зазором 0,2 мм і стягують гвинтом і гайкою з немагнітного матеріалу. З кілька гіршими результатами (співвідношенням «яскравість - споживаний струм») буде працювати трансформатор, виконаний на муздрамтеатрі від сатиричного трансформатора телевізора.

налагодження перетворювача

Налагодження починають з перевірки задає при відключеному вихідному каскаді підсилювача. До висновку 11 мікросхеми підключають осцилограф і спостерігають імпульси, показані на діаграмі нижче.

Потім встановлюють движок змінного резистора в ліве за схемою становище «ОПІР ВВЕДЕНО». Вимірюють тривалість імпульсів і період їх проходження.

Підбором резистора R3 домагаються тривалості імпульсів приблизно 20 мкс, а підбором резистора R2- періоду проходження, рівного приблизно 50 мкс. Переміщаючи після цього движок з одного крайнього положення в інше, переконуються в зміні періоду проходження імпульсів при незмінній їх тривалості.

Далі підключають вихідний каскад, осцилограф з'єднують з колектором його транзистора, а в ланцюг харчування включають амперметр зі шкалою на 2-3 А. Переміщенням движка домагаються «пробою» (різкого збільшення яскравості) лампи і контролюють діапазон зміни яскравості і споживаного струму при різних положеннях движка резистора. Спостерігають форму імпульсів на колекторі транзистора VT2 - см. Рис.

Така форма вийшла при роботі перетворювача з лампою ЛБ 18. Можливо, доведеться точніше підібрати резистори R2, R7, а в деяких випадках встановити змінний резистор іншого номіналу, щоб досягти необхідних меж зміни яскравості і прийнятного споживаного струму.

У режимі мінімальної яскравості, якій відповідає в залежності від напруги живлення і потужності лампи струм 250-400 мА, запуск генератора, а отже, включення лампи, зручніше здійснювати натисканням на кнопку SB1. Іноді зайве спробувати змінити полярність включення лампи і перевірити надійність її запалювання в цьому режимі.

Оцінити ефективність роботи перетворювача з різними транзисторами, трансформаторами, змінами режимів і т. Д. Можна так: на відстані приблизно 0,5 м від лампи зміцнюють фотодіод або фоторезистор і підключають до нього омметр. Вимірюють його опір при палаючої лампі і фіксованому струмі споживання перетворювача. Далі проводять заміну деталі, резистором R1 встановлюють колишній ток і вимірюють опір фотоелемента. Якщо воно зменшилось, значить, яскравість лампи зросла; результат експерименту можна вважати найкращим!

Давиденко Ю. М.

500 схем для радіоаматорів. Сучасна схемотехніка в освітленні. Ефективне електроживлення люмінесцентних, галогенних ламп, світлодіодів, елементів «Розумного будинку».

- н а в і г а т о р -

Популярність: 3 984 перегл.

ПОДЕЛИТЕСЬ З ДРУЗЯМИ