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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Un convertitore economico per alimentare una lampada fluorescente da una batteria. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / illuminazione Il dispositivo descritto è progettato per alimentare lampade fluorescenti durante l'illuminazione di garage, casette da giardino o altri piccoli spazi. È realizzato su elementi accessibili e può essere facilmente ripetuto da radioamatori di media qualificazione. I vantaggi del dispositivo, in particolare, includono la sua capacità di funzionare con una tensione di alimentazione ridotta a 5 V. Studi recenti hanno dimostrato che quando le lampade fluorescenti sono alimentate da una corrente di frequenza elevata (> 20 kHz), la loro efficienza luminosa aumenta significativamente (vedi articolo di S. D. Rudyk, V. E. Turchaninov, S. N. Florentsev "Convertitore di tensione ad alta frequenza con fattore di potenza in ingresso elevato per l'alimentazione di una lampada fluorescente. "- Ingegneria elettrica, 1996, n. 4, pp. 31 - 33). Quindi per le lampade compatte con una potenza fino a 50 W, raggiunge il 26 ... 35%. Ciò si verifica principalmente a causa di una diminuzione delle perdite di potenza vicino all'elettrodo. Quando le lampade vengono pulsate con correnti ad alta frequenza, diminuiscono da due a tre volte. Il convertitore sviluppato dall'autore è progettato per alimentare lampade fluorescenti LBU-30 con una potenza di 30 W e presenta le seguenti caratteristiche tecniche: tensione di alimentazione nominale - 13,2 V; corrente di ingresso nominale - 2,6 A; frequenza di conversione - 20...25 kHz; L'efficienza del dispositivo è dell'85%. Lo schema a blocchi del convertitore è mostrato in fig. 1. È realizzato sulla base di un inverter di tensione caricato su un circuito oscillatorio in serie formato da un induttore L1 e un condensatore C1, in parallelo al quale è collegata una lampada fluorescente EL1.
L'inverter converte la tensione della batteria CC di 13,2 V in CA, sotto forma di impulsi rettangolari con un'ampiezza di 150 V, forniti al circuito oscillatorio in serie L1C1. La frequenza di risonanza del circuito è uguale alla frequenza della tensione di alimentazione e la corrente che scorre attraverso il carico collegato al condensatore del circuito non dipende dalla sua resistenza. Allo stesso tempo, nel momento in cui viene applicata la tensione di alimentazione, la resistenza della lampada EL1 è alta, viene applicata un'alta tensione al condensatore C1 e una corrente superiore al valore nominale scorre attraverso l'induttore L1. Questa corrente scorre anche attraverso i filamenti EL1, riscaldandoli, il che garantisce un'accensione affidabile della lampada. Quando la lampada si accende, la sua resistenza diminuisce e devia il condensatore C1. Di conseguenza, la tensione su di esso scende a un valore che mantiene accesa la lampada e la corrente attraverso l'induttore L1 diminuisce al valore nominale. Lo schema elettrico del convertitore è mostrato in fig. 2. Il circuito oscillatorio è formato dagli elementi 12, C7. L'inverter è realizzato secondo lo schema di un oscillatore push-pull con feedback di corrente positivo (POST) sugli elementi T1, T2, L1, VT1, VT2, VD1-VD6, C2-C5, R1-R4. Questa costruzione dell'inverter consente di ridurre al minimo l'energia spesa per il controllo dei transistor chiave VT1, VT2 e di ridurre l'effetto della tensione di alimentazione sulla stabilità del convertitore. In questo caso sono facilmente fornite anche frequenze di conversione ottimali.
Oltre agli elementi di cui sopra, il convertitore contiene un fusibile FU1, un condensatore C1 che protegge l'alimentazione dalle sovracorrenti e un circuito C6R5 che sopprime le fluttuazioni di tensione ad alta frequenza sugli avvolgimenti del trasformatore T2. Il convertitore funziona come segue. Nel momento in cui viene applicata la tensione di alimentazione, i transistor VT1, VT2 sono chiusi e la tensione sui loro collettori è uguale alla tensione di alimentazione. Una corrente scorre attraverso i resistori R1, R2, caricando i condensatori C2, C3 nella direzione opposta alla loro polarità indicata nel diagramma. Dopo qualche tempo, la tensione alla base di uno dei transistor (ad esempio VT1) raggiungerà la sua soglia di apertura e una corrente scorrerà attraverso il circuito del collettore, che attraverserà anche la sorgente di alimentazione, l'avvolgimento I del trasformatore T2 e avvolgimento III del trasformatore T1. Di conseguenza, apparirà anche una corrente nell'avvolgimento II del trasformatore T1, che a sua volta scorrerà attraverso il condensatore C2 e la giunzione base-emettitore del transistor VT1. In questo caso, VT1 entra in modalità saturazione e il condensatore C2 viene ricaricato secondo la polarità indicata nel diagramma. La sua ricarica è limitata dal diodo VD1. Pertanto, il convertitore viene avviato. Il transistor VT1 sarà in saturazione fino all'arresto della corrente di base, che può verificarsi a seguito di una diminuzione della corrente attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore T2 o di un cortocircuito degli avvolgimenti del trasformatore T1. Il convertitore si avvia alla frequenza di risonanza del circuito L2C7 e i transistor VT1, VT2 commuteranno nel momento in cui la corrente dell'induttore L2 passa per zero. Dopo che la lampada EL1 è stata accesa e il condensatore C7 è stato deviato da essa, il trasferimento di energia dell'induttore L2 alla lampada e al condensatore C7 viene ritardato e la frequenza di conversione viene ridotta. In questo caso la sua stabilizzazione avviene ad un livello determinato dal tempo di inversione della magnetizzazione dell'induttore L1, che, saturando, cortocircuita l'avvolgimento del trasformatore T1, che porta alla chiusura di un transistor e all'apertura di un altro. La frequenza di sintonizzazione del circuito oscillatorio è scelta pari a 46 kHz e la frequenza operativa del convertitore è 20.. .25 kHz. Con questo rapporto di frequenze è assicurata la massima efficienza. Le catene C4VD5R3 e C5VD6R4 servono a ridurre l'ampiezza dell'impulso di commutazione sui collettori dei transistor VT1, VT2 quando sono chiusi. Il convertitore è montato su un circuito stampato in lamina di fibra di vetro con dimensioni di 200x50 mm. Può essere integrato nell'apparecchio o alloggiato in un alloggiamento separato. Quando si monta l'induttore L1 e il trasformatore T1, è preferibile posizionarlo il più lontano possibile dal trasformatore T2 e dall'induttore L2, e i condensatori di ossido C2, C3 non devono essere posizionati in prossimità dei transistor VT1, VT2 e resistore R5. Il convertitore utilizza resistori MLT, condensatori K73-17 (C1, C4, C5) per una tensione di 63 V, K50-35 (C2, C3) per una tensione di 25 V e K15-5 (C6, C7) per una tensione di 1,6 kV. I transistor KT803A possono essere sostituiti da KT908 con qualsiasi indice di lettere. È desiderabile sceglierli con lo stesso coefficiente di trasferimento di corrente di base. Ogni transistor è montato su un dissipatore di calore con un'area di 50 cm2. I diodi KD105 utilizzati nel dispositivo possono avere qualsiasi indice di lettere. Sono adatti anche altri diodi a bassa frequenza con una corrente diretta consentita di almeno 0,5 A. I diodi KD212 (VD3 - VD6) possono anche essere con qualsiasi indice di lettere. È consentito sostituirli con altri al silicio in grado di funzionare a frequenze fino a 50 kHz e consentire una corrente diretta di almeno 2 A e una tensione inversa di almeno 50 V. Induttanze e trasformatori sono avvolti su nuclei magnetici ad anello realizzati in ferrite M2000NM-1. Gli avvolgimenti delle induttanze L1, L2 sono posti sui circuiti magnetici K7x4x2 e K40x25x11 e contengono rispettivamente 5 spire di filo PEV-2 0,63 e 140 spire di filo PEV-2 0,41. Gli avvolgimenti dei trasformatori T1, T2 sono avvolti su nuclei magnetici rispettivamente K20x12x6 e K40x25x11. Gli avvolgimenti I, III e III' del trasformatore T1 contengono 3 spire di filo PEV-2 0,63, e II e II' - 12 spire di filo PEV-2 0,41 ciascuno. Ciascuno degli avvolgimenti I e I' del trasformatore T2 è costituito da 11 spire di filo PEV-2 0,8 e l'avvolgimento II è costituito da 140 spire di filo PEV-2 0,41. Gli avvolgimenti I e I' del trasformatore T2 sono avvolti simultaneamente in due fili sull'avvolgimento II. Lakotkan dovrebbe essere posato tra gli avvolgimenti. Gli avvolgimenti del trasformatore T1 devono essere disposti secondo lo schema di fig. 3. L'avvolgimento I deve essere posizionato simmetricamente rispetto agli altri avvolgimenti per garantire la simmetria dei semicicli della tensione di uscita ed escludere la saturazione unilaterale del circuito magnetico del trasformatore, che porta ad un aumento delle perdite di energia . L'induttanza L2 deve avere uno spazio non magnetico. Per fare questo, nel suo nucleo, prima dell'avvolgimento, è necessario eseguire un taglio con una larghezza di 0,8 mm.
Per il momento di stabilire il convertitore, invece della lampada EL1 e del condensatore C7, un resistore con una resistenza di 2 kOhm e una potenza di 1 ... 5 W è collegato in serie con l'induttore L10. Innanzitutto, verifica l'affidabilità dell'avvio del convertitore. Per fare ciò, viene applicata una tensione di alimentazione di 5 V e, se non inizia a generare impulsi rettangolari con una frequenza di 20 ... 25 kHz, la resistenza dei resistori R1, R2 viene ridotta, ma non più di tre volte. Quindi, controllare la frequenza di generazione del convertitore. Per fare ciò, viene fornito con una tensione di alimentazione nominale di 13,2 Vis utilizzando un oscilloscopio o un frequenzimetro per determinare la frequenza della tensione alternata sugli avvolgimenti del trasformatore T2. Se va oltre 20 ... 25 kHz, modificare il numero di giri dell'induttore L1. Per aumentare la frequenza, diminuirla e per diminuirla, aumentarla. Successivamente, i circuiti di uscita del convertitore vengono ripristinati e, in serie con l'induttore L2, viene collegato un resistore con una resistenza di 10 Ohm e una potenza di 0,5 ... 1,0 W. Quindi, la tensione di alimentazione nominale viene applicata al convertitore e dopo l'accensione della spia EL1, utilizzando un oscilloscopio, viene monitorata la forma della tensione sul resistore appena installato: dovrebbe essere vicino a sinusoidale. La corrente attraverso l'induttore L2 dovrebbe essere di circa 0,22 A. Quando viene fornita alimentazione al convertitore, la lampada dovrebbe accendersi entro e non oltre 1 ... 2 s. Oltre alla lampada LBU-30, altre progettate per la stessa tensione e corrente, ad esempio LB-40, possono funzionare insieme al convertitore descritto. Autore: L. Zuev, Dzerzhinsk, regione di Nizhny Novgorod; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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