Вторая жизнь: как изготовить из энергосберегающих ламп блок питания

Балласт энергосберегающей лампы пригоден для создания блока питания

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 – это люминесцентные лампы.

Как устроен балласт энергосберегающей лампочки

Согласно характеристикам энергосберегающих ламп, 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.

Балласт энергосберегающей лампы пригоден для создания блока питания
КЛЛ в разобранном виде
Состав лампы люминесцентной
Вид люминесцентной лампочки изнутри
Схема лампочки Camelon
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 электронный дроссель для люминесцентных ламп, 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.

Импульсный блок питания
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.

ИБП своими руками
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 блока питания
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.

Поделиться
Записи по теме
3 коммент.
  1. Юрий

    Когда-то давно я уже пытался продлить жизнь энергосберегающей лампочке, и сколько бы я чего не придумывал, результат был практически нулевой. Теперь я, кажется, понял в чем дело, учел все ошибки, приведенные в статье, и попробую заново. Единственное, что мне не ясно – как правильно сделать бумажную изоляцию – в случае замыкания не произойдет ли случайное возгорание?

  2. injener77

    Для построения зарядного устройства прибор придется дополнить стабилизатором постоянного тока. Аккумуляторы заряжаются источником фиксированного тока известного как ток зарядки, величина которого указана в паспорте аккумулятора. Применение импульсного блока питания от лампы в составе зарядного устройства будет весьма удачным, так как БП лампы маломощный, а большинство аккумуляторов заряжаются малыми токами.

  3. Владимир

    Статья хорошая, но … Вопрос выпрямителя как-то скомкан. Так какие именно диоды в мост ставить рекомендуете? И по поводу шуруповерта не все так просто и однозначно, здесь об этом только вскольз. А втак вообще статья полезная

Оставьте комментарий