Импульсный блок питания из сгоревшей лампочки
Импульсный блок питания на 5… 20 Ватт вы сможете изготовить менее чем за час. На изготовление 100-ваттного блока питания понадобится несколько часов.
Построить блок питания будет ненамного сложнее, чем прочитать эту статью. И уж точно, это будет проще, чем найти низкочастотный трансформатор подходящей мощности и перемотать его вторичные обмотки под свои нужды.
- Вступление.
- Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.
- Какой мощности блок питания можно изготовить из КЛЛ?
- Импульсный трансформатор для блока питания.
- Ёмкость входного фильтра и пульсации напряжения.
- Блок питания мощностю 20 Ватт.
- Блок питания мощностью 100 ватт
- Выпрямитель.
- Как правильно подключить импульсный блок питания к сети?
- Как наладить импульсный блок питания?
- Каково назначение элементов схемы импульсного блока питания?
Отличие схемы КЛЛ от импульсного БП.
Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для преобразования 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.
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.
Вернуться наверх к меню
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.
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.
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.
Вернуться наверх к меню
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.
Здесь подробно рассказано, как произвести самые простые расчёты импульсного трансформатора, а так же, как его правильно намотать… чтобы не пришлось подсчитывать витки
Не пугайтесь! Намотать импульсный трансформатор можно в течение просмотра одного фильма или даже быстрее, если Вы собираетесь выполнять эту монотонную работу сосредоточенно.
Вернуться наверх к меню
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 «мыльниц». Например, в одноразовых фотоаппаратах Kodak установлены миниатюрные конденсаторы без опознавательных знаков, но их ёмкость аж целых 100µF при напряжении 350 Вольт.
Вернуться наверх к меню
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
Вернуться наверх к меню
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.
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!
На чертеже изображено соединение транзистора с радиатором охлаждения в разрезе.
- Винт М2,5.
- Шайба М2,5.
- Шайба изоляционная М2,5 – стеклотекстолит, текстолит, гетинакс.
- Корпус транзистора.
- Прокладка – отрезок трубки (кембрика).
- Прокладка – слюда, керамика, фторопласт и т.д.
- Радиатор охлаждения.
А это 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)
Вернуться наверх к меню
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.
Мостовая схема.
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.
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 Ватт.
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.
Вернуться наверх к меню
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 между исследуемым ИБП и осветительной сети. Выключатель SA2 позволяет блокировать лампу, когда блок питания отдаёт большую мощность.
А это уже изображение реального стенда для ремонта и наладки импульсных БП, который я изготовил много лет назад по схеме, расположенной выше.
Важной операцией при тестировании БП является испытание на эквиваленте нагрузки. В качестве нагрузки удобно использовать мощные резисторы типа ПЭВ, ППБ, ПСБ и т. 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.
Вернуться наверх к меню
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.
Вернуться наверх к меню
Каково назначение элементов схемы 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.
TV2 – импульсный трансформатор.
VD14, VD15 – импульсные диоды.
C9, C10 – конденсаторы фильтра.
Вернуться наверх к меню
Однажды понадобился автору достаточно мощный источник питания, 150 ватт. Выходное напряжение 20В, при токе нагрузки 5А. Казалось бы, понадобился, ну и ладно, купи трансформатор, прикрепи к нему выпрямитель и конденсатор. Эти проблемы еще на заре развития домашней электроники решались на счет раз-два.
Но, сейчас, когда количество меди в стране и мире катастрофически уменьшается, а в связи с этим цены на трансформаторы так же катастрофически растут, то приходится искать либо деньги, которых тоже больше не становится в связи с тем, что нефть никому не нужна, либо искать другие метод трансформации электроэнергии, получаемой из розетки.
И чем дороже обычные трансформаторы, тем больше растет популярность импульсных источников питания (далее ИИП). Особенно профит от их использования заметен тогда, когда нужно получить именно мощный источник питания. Плюсы ИИП. Цена2. Масса
Количество денежных знаков, которые мне пришлось заплатить за детали для ИИП колеблется в районе 500-600 рублей. При этом надо учесть, что покупалось почти все — кольца для трансформатора, резисторы-конденсаторы-микросхемы-диоды и прочее-прочее-прочее. А если взять в качестве донора неисправный блок питания компьютера, то половину денег сразу можно положить обратно в кошелек.
Масса готового ИИП автора составила где-то 0. 5…0. 6 кг. В тоже время, сравнимый по мощности традиционных тороидальный трансформатор стоит в чипдипе порядка 1. 3…1. 5 тыр, и весит 1. 6 кг чистого веса.
Происходит такой весовой разброс из за того, что ИИП работает на частотах, которые на порядки выше, нежели частота бытовой электроосветительной сети. А в электронике это играет очень большую роль. Выше частота, меньше габариты.
Минусы ИИП. Сложность изготовления. Это, правда, относится к любительским технологиям. В промышленных условиях их выпускают сотнями нефти, и даже не подвергают никакой настройке, сразу на прилавок. Для настройки может понадобится осциллограф и знание того, какие ручки на нем крутить и в какую сторону.
Основная сложность сборки заключается в намотке и правильной фазировке импульсного трансформатора.
А теперь лирику в сторону, практика. Схема.
Основа схемы — IR2153, самотактируемый драйвер. Может работать на частотах до 150, кажется, килогерц. Но не стоит сильно увлекаться задиранием частоты, и остановится на частотах 30-70 кГц. Иначе, привет эффект Миллера, здравствуйте дополнительные драйвера для полевых транзисторов, прощай простота конструкции.
Схема практически полностью соответствует даташитовской, за исключением нюансов. Питание микросхемы берется от переменного напряжения через гасящий резистор (R1), затем выпрямляется диодом D3. Если бы питание заводилось с выпрямленного сетевого напряжения, то пришлось бы увеличить мощность и сопротивление гасящего резистора, потому что он имеет склонность к нагреванию. Либо, второй вариант — намотать на трансформатор дополнительную обмотку на 15-18 вольт, выпрямить напряжение и питать от него. При этом от сети питание бы бралось только в момент запуска ИИП. Но этот путь сложнее (хоть и идеологически более верен), а нам сейчас нужна простота.
Так же в схеме есть защита от перегрузки по выходу. Выполнена она на токовом трансформаторе Т1 и элементах R2, R4, R5, R6, D7, D8, C3, C9. Если защита не нужна, то ее можно безболезненно удалить их схемы. Для этого достаточно просто заменить перемычкой первичную обмотку Т1 и не устанавливать элементы защиты.
Трансформатор Т2 на схеме имеет отвод во вторичной обмотке. Сделано с претензией на некую универсальность. На одной и той же плате можно собрать как однополярный источник, так и двуполярный. Двуполярные источники питания очень любят те, кто собирает усилители мощности низкой (звуковой) частоты. На Радиокоте уже собаку на этих ИИП для УМЗЧ съели.
Печатная плата.
Готовое устройство имеет размеры 140х80 мм:
Намотка трансформатора была выполнена на кольце из «народного» феррита проницаемостью М2000. Размер кольца 40х25х11 мм. Первичная обмотка составила 67 витков проводом в эмали, сечением 0,53 мм, мотать в два провода. Намотку распределить равномерно по кольцу.
Вторичная 9 витков в 4 провода. Провод тот же, 0. Намотку распределить равномерно по кольцу. Если интересно двуполярное напряжение на выходе, то мотать обе полуобмотки одновременно тем же проводом в 8 жил сразу. е, 4 провода — первая полуобмотка, вторые 4 провода — вторая полуобмотка.
Этим обеспечится симметричность полуобмоток, и как следствие — одинаковое значение напряжение на выходе в положительном и отрицательном плече относительно общего провода. Обмотку так же распределять равномерно по кольцу.
Дроссели фильтра — готовые, взятые с какого-то не сильно живого БП для компа. Но можно и изготовить самостоятельно из цветных колец (из порошкового железа).
Если токовая защита интересна, то токовый трансформатор можно намотать на маленьком кольце феррита М2000, первичная обмотка составляет 1-1. 5 витка такого же провода, как и первичная обмотка T2. Вторичная обмотка — 2х50…70 витков провода сечением 0. 2…0. 3 мм (можно и тоньше, но мотать будет сильно сложнее). Мотать сразу двумя проводами, потом соединять конец одной с началом другой полуобмотки — это будет отвод от середины.
Собранный из исправных деталей ИИП запускается сразу, и не требует дополнительной настройки. Настройки может потребовать узел защиты.
ВНИМАНИЕ, ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМЫ НАХОДЯТСЯ ПОД ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ, КОТОРОЕ ОПАСНО ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ И ЖИЗНИ! СОБЛЮДАЙТЕ ВНИМАТЕЛЬНОСТЬ И БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ.
И тем не менее, общие советы по настройке. Для настройки понадобится мультиметр, осциллограф, резиновые перчатки, лампочка накаливания на 220 вольт, мощностью 60-100 ватт. Первое включение производить через лампочку накаливания, транзисторы пока не впаивать. Лампочку поставить вместо предохранителя. Замерить напряжение питания IR-ки. Оно должно быть не менее 9. 5 и не более 15 вольт. Если есть такое дело, смотрим ослом на выводе 5 меандр с частотой 50 кГц. Если он есть, впаиваем транзисторы. Если есть возможность, то лучше вообще без подачи сетевого напряжения питания подать отдельное низковольтное питания на IR2153, и смотреть осциллограммы на 5-ой ножке IR-ки.
Если при включении лампочка кратковременно моргает, то вероятность того, что схема собрана правильно — стремиться к 146%. Если сразу горит в полный накал — то искать дохлые транзисторы. Или, если до впайки в схему они были живы — пытаться понять причину их смерти (вероятно, дохлая IR-ка).
Настройка устройства защиты. Надо подключить к ИИП тестовую нагрузку (мощный реостат, или электронный эквивалент нагрузки) на 10-20% мощнее, чем нагрузка, с которой планируется эксплуатировать ИИП, и резистором R5 отрегулировать уверенное срабатывание защиты.
Сравнение габаритов ИИП с традиционным блоком питания на тороидальном трансформаторе 150Вт (трансформатор + плата выпрямителя и сглаживающих фильтров).
Файлы для самостоятельного изготовления (Diptrace)
