Преобразователь напряжения для питания ЛДС мощностью 20-80 Вт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы

 Комментарии к статье

Большинство схем преобразователей напряжения (ПН) предназначены для питания ЛДС мощностью не более 30 Вт. Известно, что емкость аккумулятора не позволяет длительную эксплуатацию мощных потребителей энергии.

Вот почему мы стремимся применять маломощные ЛДС. А это как раз и невыгодно в отношении экономичности! Как доказали экспериментальные исследования, малогабаритные ЛДС не являются высокоэффективными излучателями света, если взять соотношение количество света/количество потребляемой энергии.

В стационарных условиях выгоднее установить крупногабаритную ЛДС, чем малогабаритную. Таким способом достигается повышенная светоотдача при одинаковых потребляемых от аккумулятора мощностях этими ЛДС. Речь, безусловно, идет о ПН с регулировкой яркости свечения ЛДС. Я не имею в виду какой-то конкретный тип или фирму-производителя ЛДС и схему ПН.

Вот лишь один пример. ПН, эксплуатировавшийся с ЛДС мощностью 40 Вт в режиме "ночника", потреблял от аккумулятора 12 В ток 0,10,3 А. При этом в комнате было настолько светло, что переносной фонарик, потребляющий такую же мощность (12 В; 0,1-0,3 А), был в роли "светлячка". Таким образом, если мы говорим об экономии энергии аккумулятора при питании ЛДС от ПН, то следует соответствующим образом позаботиться как о конструкции ПН, так и типе ЛДС. ЛДС производства дальнего зарубежья лучше, чем отечественные. Предположим, мы выбрали лампу ЛДС фирмы "Филипс" мощностью 40 Вт. Они ненамного дороже отечественных, но заметно превосходят последние по характеристикам. Первое, яркость "Филипса" больше, чем у наших ЛДС. Второе, что очень и очень важно при питании ЛДС от ПН и аккумулятора, это почти вдвое меньшее напряжение поджига газа внутри баллона. Имеем приблизительно 600-700 В (у "Филипса") против 1000-1200 В и даже более у ЛДУ-40. Не стоит, видимо, упоминать надежность, долговечность при сравнении этих ламп.

Схемотехника почти всех опубликованных ПН "где-то пересекается". Остановимся на основных моментах ("подводных камнях") в ПН для ЛДС. Никоим образом нельзя игнорировать требования, предъявляемые к силовой импульсной схемотехнике. Например, нельзя устанавливать "случайные" трансформаторы, низкочастотные транзисторы, если речь идет о частотах более 20 кГц. Монтаж - тоже вещь коварная. Особенно это касается КМОП - серий микросхем 176, 561 и т.п. Просто мне доводилось наблюдать за работой начинающих, когда все только что перечисленное имело место в ПН для ЛДС в нескольких экземплярах! Удивительным было то, что ЛДС все же работали! Но "раскачать" ЛДС мощностью 40 Вт, а тем более 80 Вт, почти нереально. В ПН, схема которого приведена на рис.1, учтено многое из необходимых требований к такой технике.

Собственно генератор прямоугольных импульсов собран на КМОП-микросхеме DD1 типа К561ЛЕ5. Яркость регулируется изменением скважности импульсов резистором R2.

Частота генератора (элементы DD1.1 и DD1.2) зависит от емкости конденсатора С1 и, конечно же, от емкости монтажа и экземпляра микросхемы. С выхода четвертого элемента (вывод 10) DD1 управляющий сигнал через резистор R5 поступает на затвор МОПполевого транзистора VT2 (КП901А). С истока последнего сигнал поступает на затвор мощного полевого транзистора VT3 типа IR.Z34. Но на схеме рис.1 не показана одна деталь. Это - резистор R8 сопротивлением 33051 Ом, который включен в разрыв затвора транзистора VT3.

(нажмите для увеличения)

Многим хороши мощные "полевики", кроме больших внутренних емкостей между электродами. В данном случае речь идет о емкости затвор-исток, которая превышает 1000 пФ. Чтобы улучшить КПД ПН, т. е. уменьшить бесполезно рассеиваемую на транзисторе VT3 мощность, необходимо быстро включать и выключать этот транзистор. Это невозможно сделать без быстрого заряда и разряда входной емкости VT3. Об этом много сказано в профессиональной литературе и очень мало в радиолюбительской. Человек верит в то, что установка мощного полевого транзистора с малым сопротивлением сток-исток (включенное состояние) уже решает проблему коммутационных потерь мощности. Но это не так! В данной конструкции предусмотрены специальные меры по ускоренному разряду входной емкости транзистора VT3. Для этого в схему ПН установлены дополнительные элементы: транзистор VT1, резистор R6 и форсирующий конденсатор С6.

Суть данной системы довольно проста. Поскольку на выходах элементов DD1.3 и DD1.4 присутствуют всегда противофазные импульсы, то несложно понять и алгоритм работы схемы.

Транзистор VT1 принудительно разряжает входную емкость VT3, когда на выходе элемента DD1.3 присутствует лог. "1". При установлении лог. "0" на выходе DD1.3 транзистор VT1 ускоренно закрывается, для этого и установлен "форсаж" в виде конденсатора С6. Можно сказать, что проще было бы уменьшить сопротивление резистора R7, например, в 10-30 раз.

Проще, но не экономично и не эффективно, потому что на этом резисторе будет рассеиваться (почти бесполезно) часть мощности аккумулятора.

Об эффективности. Дело в том, что благодаря элементам схемы VT1, R6 и С6 образуется весьма своеобразная цепь авторегулирования практически самого выгодного режима работы ПН. А это в свою очередь сказывается на устойчивости работы ПН при изменении яркости ЛДС в очень широких пределах.

Без указанных элементов схема работает значительно хуже. Заряд входной емкости VT3 обеспечивается мощным полевым транзистором типа КП901А, имеющим сравнительно малую входную емкость С3И (около 100 пФ согласно ТУ). Резистор R5 - антипаразитный, он предотвращает работу VT3 на КВ и УКВ диапазонах, что вполне реально для таких "быстрых" транзисторов, как КП901А (fгр~400 МГц). Питание микросхемы - через RC-фильтр, поскольку ВЧ пульсации по питанию способны нарушать нормальный режим работы генератора.

О деталях. Вместо К561ЛЕ5 можно установить К561ЛА7, вместо транзистора КТ645А - КТ3142А. Не исключено применение и других транзисторов в качестве VT1, эксперименты покажут, что лучше, а что хуже. Если лампа мощностью не более 30 Вт, то вместо КП901А можно применить и КП902А. Транзистор оконечный типа IR.Z34 можно заменить любым аналогичным. Можно установить даже отечественные типа КП922А, но нагреваться их корпуса будут сильнее. Поэтому несколько экземпляров устанавливают параллельно. Проблема - в подборе экземпляров с близкими значениями пороговых напряжений Uпор. Из имеющихся у меня некогда 12 шт. КП922А Uпор. имело от 3,5 до 6,5 В! Так что выбор понятен, а цена у наших КП922А еще выше, чем у таких транзисторов, как IR.640 (и это при том, что параметры у последних раза в два лучше наших). IR.640 сюда тоже не очень подходит, причем только из-за повышенного сопротивления сток-исток при включенном состоянии.

Читателю будет интересно узнать, что первоначально в качестве транзистора VT3 был установлен... биполярный типа КТ8101А! Правда, в этом случае в качестве транзистора VT1 был установлен германиевый ГТ311Е. В противном случае высокое напряжение насыщения Uкэ.нас не сможет разрядить входную емкость транзистора КТ8101А. Вполне вероятно применение и КТ827А. Но проблема рассеивания неоcновых носителей в базе требует отрицательного напряжения во время выключения биполярного транзистора. Это можно осуществить, но схемотехника ПН совершенно видоизменяется. Резистор R2-СП-1 (А-1 ВТ-II) установлен (впаян) непосредственно в печатную плату ПН (рис.2). Только так можно решить проблему с резким уменьшением емкости монтажа.

Обратите внимание на емкость конденсатора С1, она равна примерно 15 пФ.

Об импульсном трансформаторе Т1. От этого трансформатора зависит очень многое. Ферритовые кольца здесь использовать нельзя. Поэтому, чтобы "не мелочиться", использован ферритовый сердечник от ТПИ (марка ТПИ не установлена, так как сердечник покупали отдельно, т.е. без катушек и обмоток). Феррит Ш16Х Х20 М2000 НМ1-14. Вполне достаточно (с точки зрения максимальной эффективности данной конструкции) следующее исполнение импульсного трансформатора Т1. Сначала наматываем 300 витков провода ПЭВ-2 D0,6. Поверх наматываем 12 витков провода ПЭВ-2 D2,4 мм. Между обмотками находится слой изоленты.

Об изготовлении каркаса. На деревянную оправку сечением 17х21 мм накручиваем 1-2 слоя электрокартона (если его нет, то подойдет любой картон достаточной прочности). Оставляем запас на щечки каркаса. Делаем надрезы и "примерку" на ферритовом стержне.

Новоявленный каркас должен совершенно свободно заходить на половинки ферритового сердечника. В противном случае можно ожидать "сюрприза" после намотки обмоток - он не зайдет на свое место. Я не советую никоим образом применять ферриты, бывшие в употреблении. И для этого есть, по крайней мере, две серьезные причины. Феррит может быть "севшим", т. е. не иметь того, что подразумевается в ТУ. Второе - не перегревайте ферритовые изделия! Их параметры буквально исчезают при нагреве более 100-200°С (смотря, какая марка феррита). Радиолюбители об этом упорно молчат. Лишь в соответствующей литературе рассказано о том, что параметры ферритов сохраняются до определенных температур. А ведь именно таким образом (нагрев!) любители рассоединяют половинки "чашек" и других изделий из феррита. Лично мне доводилось "спотыкаться" на таких ферритовых "штучках". Зазор между двумя половинами магнитопровода большим делать не следует. Оптимальное его значение около 0,1 мм.

Теперь о монтаже конструкции в целом. Плата ПН размещена вблизи транзистора VT3, последний же - на теплоотводе с охлаждающей поверхностью 300 см2. Резистор 33 Ом (R8) припаян непосредственно к выводу затвора этого транзистора. Это весьма важно: как наличие этого резистора, так и место его размещения. Еще важнее длина соединительных проводов ПН. Самым коротким по длине должен быть провод, соединяющий сток транзистора VT3 и трансформатора Т1 ("горячий" отвод последнего). Аналогичные требования справедливы и для соединения "холодного" вывода I обмотки трансформатора Т1 с конденсатором С5 и платой ПН.

Питание от аккумулятора подается сначала на выводы конденсатора С5, а уже потом оно поступает на плату ПН. Впоследствии непосредственно на выводах конденсатора был расположен неэлектролитический конденсатор 4,7 мкФ х 63 В (К73-17). Конструктивно ПН размещен в корпусе отслужившего свой срок сетевого феррорезонансного стабилизатора типа СН-315. Здесь же расположен и сетевой блок питания (БП). Согласитесь, что сетевой БП - очень удобная и необходимая вещь, когда аккумулятор разряжен или его нет вовсе. Ведь не секрет, что создать ПН от сети да еще и с регулировкой яркости - дело куда сложнее, чем данный низковольтный ПН. А наша система может работать теперь как от аккумулятора, так и от сетевого БП.

О сетевом БП. Не стоит увлекаться повышением питающего напряжения. Стабилизаторы непрерывного действия понижают КПД всей системы в целом. Ключевые стабилизаторы совсем иное дело. Но лично мне "навороты" не по душе. Я удовлетворился диодным мостиком КД213А, размещенным на стеклотекстолите (охлаждение диодам нужно иметь и при лампе ЛДС 40 Вт!). Переменное напряжение с ІІ обмотки ~14 В. Конденсатор фильтра выпрямителя - К50-32А емкостью 22,000 мкФх40 В. Для лампы ЛДС 80 Вт .U1 применяют на 10 А. Последовательно с .U1 включен амперметр на 10 А. И это не роскошь, а очень оперативный контроль за работой ПН.

О сетевом трансформаторе. Использован тороидальный магнитопровод от того же негодного СН-315. Первичная обмотка содержит 946 витков провода ПЭЛШО 0,64; вторичная - 60 витков провода ПЭВ-2 D1,8 мм. Размеры тороидального магнитопровода: внешний D92,5 мм, внутренний D55 мм, высота 32 мм. Ток холостого хода около 10 мА (~220 В). Марка стали неизвестна. Но, судя по результатам, сталь качественная.

Налаживание. Правильно собранная, без ошибок, схема работает сразу. Но первое включение проводят от сетевого БП с обязательным ограничением тока потребления. Лучше использовать электронный ограничитель тока. Вместо конденсатора С1 временно устанавливают триммер - подстроечный конденсатор (8...30 пФ). Резистором R1 подбирают диапазоны изменения яркости в желаемых пределах. Резистор R2 устанавливают в положение, соответствующее максимальной яркости свечения ЛДС. Подбором емкости конденсатора добиваются наибольшей яркости. Конденсатор С6 подбирают из условия наибольшей устойчивости работы ПН при изменении яркости от максимального до минимального. Одновременно надо следить за нагревом теплоотвода транзистора VT3. Чем больше он греется, тем большая энергия аккумулятора расходуется впустую. Здесь, возможно, придется повозиться с подбором емкости С1, С6.

Если решили установить биполярный транзистор VT3, то частоту еще придется снижать, а площадь радиатора увеличивать, так как нагрев значительно увеличится. Важную роль играет качество используемых МОП-транзисторов. Никаких утечек по затвору не должно быть вовсе. Транзистор VT1 также должно быть не низкочастотным. Кстати, вместо Ш-ферритов подходят ферриты и от строчных трансформаторов. Но предостерегаю сразу о том, что было сказано выше.

Схема работает почти со всеми (без балластов) ЛДС. Необходимо лишь обеспечить ограничение по мощности, а то, ведь, ЛДС тоже выходят из строя при больших перегрузках (чаще при пуске). Для пуска лампы на малой мощности предусмотрен кнопочный выключатель, контакты которого на время пуска замыкают соответствующие отводы резистора R2 (на схеме не показан).

Автор: А.Г.Зызюк

Смотрите другие статьи раздела Преобразователи напряжения, выпрямители, инверторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Связь между кофе, жиром и половыми гормонами 12.09.2026

Кофе давно стал привычной частью повседневной жизни миллионов людей. Его чаще всего связывают с повышением бодрости и улучшением концентрации, однако воздействие этого напитка на организм значительно сложнее. В последние годы специалисты все чаще изучают возможные связи между употреблением кофе, обменом веществ и гормональной регуляцией. Новое исследование ученых из Финляндии позволило обнаружить несколько любопытных закономерностей, касающихся жировой ткани, мышечной массы и половых гормонов. Исследователи из Университета Оулу проанализировали данные 2264 человек в возрасте 46 лет. Участники отличались по привычному количеству потребляемого кофе, и ученые сопоставили эти сведения с показателями состава тела, обмена глюкозы и инсулина, а также концентрациями половых гормонов. Полученные результаты указывают на связь между более высоким употреблением кофе и некоторыми особенностями метаболического профиля. При этом специалисты подчеркивают, что обнаруженные закономерности еще не дока ...>>

Умные паруса для торгового флота 12.09.2026

Морское судоходство остается одной из важнейших составляющих мировой экономики, но его зависимость от ископаемого топлива создает серьезные экологические и экономические проблемы. Поэтому разработчики судовых технологий ищут способы использовать возобновляемые источники энергии непосредственно во время плавания. Одним из наиболее перспективных направлений считается применение ветра, однако для его широкого внедрения недостаточно просто установить на судне парус или роторный движитель. Норвежская компания Kongsberg Maritime и консорциум морских предприятий и научно-исследовательских организаций решили объединить ветровую тягу с интеллектуальными системами управления судном в рамках проекта WINTEGRATE. Главная задача новой инициативы заключается в ускорении внедрения ветровых движительных систем, известных как WAPS, в коммерческое судоходство. Участники проекта рассчитывают добиться заметного сокращения расхода топлива и связанных с ним выбросов, сделав энергию ветра практичным дополн ...>>

Картофель фри и риск диабета 11.09.2026

Картофель давно стал одним из наиболее распространенных продуктов питания в мире, однако отношение к нему со стороны специалистов по питанию остается неоднозначным. Сам овощ содержит полезные питательные вещества, но его воздействие на организм во многом определяется тем, что происходит с ним во время приготовления. Новое крупное исследование Гарвардской школы общественного здоровья им. Т.Х. Чана показывает, что особенно заметную роль в этом вопросе может играть способ термической обработки. Картофель занимает важное место и в рационе жителей США: в среднем один американец съедает около 22 килограммов этого овоща в год. Исследователи решили выяснить, одинаково ли различные блюда из картофеля связаны с риском развития заболеваний. Результаты работы были опубликованы в научном журнале BMJ и показали существенную разницу между привычными способами приготовления одного и того же продукта. Наиболее неблагоприятный результат специалисты обнаружили для картофеля фри. У людей, которые уп ...>>

Случайная новость из Архива Литий-ионные аккумуляторы с двойным градиентом 04.11.2024 Современные литий-ионные аккумуляторы играют ключевую роль в развитии электромобилей и сетевых накопителей энергии. Однако, для массового внедрения этих технологий необходимы улучшения в производительности, долговечности и экономичности батарей. Ученые из Национальной лаборатории Аргонн сделали важный шаг в этом направлении, разработав новую конструкцию катодов с двойным градиентом, которая обещает значительно повысить эффективность литий-ионных батарей. Идея двойного градиента базируется на предыдущем прорыве, сделанном в Аргонн в 2012 году, когда была создана катодная структура с градиентом состава. Тогда ученые усовершенствовали катоды, регулируя соотношение никеля, марганца и кобальта в их частицах. Это позволило увеличить плотность энергии и долговечность батарей. Однако новая конструкция делает еще один шаг вперед: помимо градиента состава, она включает структурные градиенты, что приводит к еще большей стабильности и эффективности. Основное преимущество новой технологии заключается в сочетании двух ключевых элементов катода. Неупорядоченная поверхность частиц обеспечивает повышенную стабильность, предотвращая образование трещин и повреждений, которые часто возникают при высоких напряжениях. Одновременно упорядоченное ядро катода способствует эффективной передаче литий-ионов, что важно для улучшения скорости зарядки и разрядки. Такая структура помогает поддерживать высокую производительность аккумулятора даже при продолжительной эксплуатации. Чтобы подтвердить эффективность катодов с двойным градиентом, исследователи провели серию строгих испытаний. Катоды показали превосходную стабильность и сохранили почти всю свою емкость даже после 500 циклов зарядки и разрядки, потеряв лишь около 2% своей емкости. Это впечатляющий результат для батарей, работающих под высоким напряжением, где стабильность часто является слабым звеном. Еще одним важным аспектом новой технологии является снижение содержания кобальта. Кобальт - это дефицитный и дорогой материал, использование которого увеличивает стоимость и экологический след производства батарей. В новой конструкции ученые смогли минимизировать его использование, сконцентрировав большую часть кобальта на поверхности частиц катода. В результате содержание кобальта внутри частиц уменьшилось до менее 2% по сравнению с 10-20% в предыдущих вариантах катодов. В перспективе исследователи планируют сократить содержание кобальта до 1%, что сделает производство батарей еще более экологически устойчивым. Наряду с экономическими преимуществами, новая конструкция демонстрирует улучшенную термостойкость, что имеет решающее значение для безопасности батарей, особенно при высоких напряжениях. Повышенная термостойкость позволяет аккумуляторам сохранять работоспособность в сложных условиях эксплуатации, что особенно важно для электромобилей и энергетических сетей. Таким образом, новая конструкция с двойным градиентом может значительно ускорить развитие и распространение электромобилей и систем хранения энергии. Она не только увеличивает срок службы и производительность батарей, но и помогает снизить зависимость от дорогих и дефицитных материалов, что делает аккумуляторы более доступными и экологичными.

Другие интересные новости:

▪ 18-гигабайтный чип SK Hynix LPDDR5

▪ Суперконденсатор из чернил

▪ Обнаружен неуловимый сверхлегкий кислород

▪ Кроссовер Genesis GV60 узнает своего владельца по лицу

▪ Судоходство загрязняет воздух

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Здоровый образ жизни и его составляющие. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что такое пресс-форма и литейная форма? Подробный ответ

▪ статья Как обойтись без фреона. Детская научная лаборатория

▪ статья Микропередатчик со стабилизацией тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Карта становится шаржем. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026