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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Illuminazione a scarica di gas - alimentazione a batteria. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / illuminazione Durante i viaggi su strada, la vita in tenda, i convertitori per lampade a scarica di gas si sono dimostrati validi. L'illuminazione della batteria è una cosa molto costosa. È molto più economico utilizzare una batteria per auto come fonte di energia. Le lampadine a incandescenza da 10 o 15 watt sono praticamente sufficienti per illuminare l'interno della tenda. Allo stesso tempo, a parità di energia, il flusso luminoso di una lampada a scarica di gas è significativamente maggiore, poiché la sua efficienza è molto superiore a quella di una tradizionale lampada a incandescenza. Inoltre, un ulteriore vantaggio della lampada a scarica è che la sorgente luminosa non è un punto, quindi l'illuminazione sarà più uniforme. Descrivo due convertitori per lampade a scarica di gas; entrambi richiedono una tensione di alimentazione di 12V. Il primo è utilizzato per lampade da 6W e il secondo per lampade da 18W.
Convertitore per lampade a scarica di gas 6 W. Il suo diagramma schematico è mostrato in Fig.1. Il condensatore C1 viene caricato attraverso i resistori P1 e R1. Quando la tensione ai capi del condensatore raggiunge circa 0,6 V, il transistor T1 si apre. La corrente del collettore che appare crea un campo magnetico utilizzando l'avvolgimento n1. Sotto l'influenza delle variazioni del flusso magnetico nell'avvolgimento n2, viene indotta una tensione, che viene aggiunta alla tensione disponibile sul condensatore C1. Il flusso del processo è assicurato da un corretto collegamento dell'inizio e della fine dell'avvolgimento n2. All'aumentare della corrente di base, il transistore T1 si trova in uno stato di saturazione; l'aumento della corrente del collettore si interrompe. Allo stesso tempo, la crescita del flusso magnetico nel nucleo del trasformatore si interrompe. Una volta che il flusso magnetico smette di cambiare, non si verifica alcuna tensione indotta. La corrente di base del transistor T1 diminuisce drasticamente. Di conseguenza, anche la corrente del collettore diminuisce. Non appena il flusso magnetico inizia a diminuire, la tensione indotta alle estremità dell'avvolgimento di retroazione cambia polarità, quindi viene sottratta dalla tensione ai capi del condensatore C1. Il transistor T1 si spegne. Grazie alla presenza di feedback positivi, i processi di apertura e chiusura sono molto veloci. Il processo descritto viene ripetuto periodicamente. La frequenza di oscillazione dipende dalla resistenza del potenziometro P1. Minore è la resistenza, maggiore è la corrente di carica e, quindi, maggiore è la frequenza di oscillazione. Il valore di resistenza R2 determina la corrente di base del transistor T1. Con questa resistenza, l'efficienza del generatore di blocco può essere regolata al valore ottimale. La forma d'onda al collettore del transistor è mostrata schematicamente in Fig.2.
Il trasformatore Tr è avvolto su un nucleo di ferrite. Nel prototipo del dispositivo è stato utilizzato un nucleo a vaso (segmento) con un diametro di 26 mm, A.L=630, Siemens. In questo caso, la frequenza di oscillazione per le lampade a scarica di gas utilizzate era di 40 kHz. La sequenza degli avvolgimenti degli avvolgimenti del trasformatore è mostrata in Fig.3. L'avvolgimento n2 fornisce la tensione di "accensione" per la lampada a scarica. La capacità del condensatore CXNUMX determina la quantità di corrente che scorre nella lampada. Maggiore è questa capacità, minore è la capacità XC e, di conseguenza, maggiore è la corrente che scorre nella lampada. All'aumentare della corrente, aumenta anche la quantità di flusso luminoso emesso dalla lampada.
Una lampada a scarica è essenzialmente un tubo a scarica riempito di gas. Al suo interno si verifica uno scarico di gas a bassa pressione. La radiazione UV viene convertita in luce visibile mediante una polvere luminescente depositata sulle pareti della lampada. I vantaggi delle lampade a scarica di gas sono che la loro durata è molto più lunga di quella delle lampade a incandescenza e, a parità di consumo energetico, anche la quantità di luce emessa (flusso luminoso) delle lampade fluorescenti è molto maggiore. Per quanto riguarda il funzionamento di queste lampade, occorre prestare attenzione a quanto segue. Per avviare una scarica è necessaria una cosiddetta tensione di accensione. Dopo l'accensione della scarica, all'aumentare della corrente, è necessario ridurre la quantità di tensione applicata ai terminali della lampada. Quando la lampada funziona in una rete convenzionale, questo compito viene svolto da un'induttanza collegata in serie ad essa. Nel nostro caso, questo è fornito da un generatore di blocco. Ci sono molte possibilità per avviare una lampada. L'essenza del metodo "cold start" è che al momento della connessione, alla lampada viene applicata una tensione 5 ... 10 volte superiore. Dopo che la lampada è stata accesa, ad essa viene applicata la normale tensione di "combustione". Il secondo, molto più affidabile, è il metodo "accensione a caldo". In questo caso vengono riscaldati i filamenti posti alle estremità della lampada a scarica di gas; quindi, al momento dello spegnimento, viene applicato un impulso di tensione alla lampada, che la accende. Il tempo di ritardo è fornito da una speciale lampada a scarica di incandescenza (avviatore), che viene utilizzata quando si utilizzano lampade nella rete. Lo svantaggio di questo metodo è che la durata della lampada è ridotta. Un altro punto significativo è che la lunga incandescenza dei filamenti della lampada riduce notevolmente l'efficienza del convertitore. Tutti questi punti sono presi in considerazione nell'unità di accensione a transistor. Al momento dell'accensione, il condensatore elettrolitico C3 scarico forma una specie di cortocircuito. Questo condensatore inizia a caricarsi attraverso il resistore R4 e la giunzione base-emettitore del transistor T2. La corrente del collettore che si forma sotto l'influenza della corrente di base porta al funzionamento del relè J. I contatti del relè chiudono gli elettrodi della lampada a scarica e si riscaldano. Non appena il condensatore C3 viene caricato, la corrente di base del transistor T2 scompare. Il relè si apre; una sovratensione che si verifica sull'avvolgimento PZ accende la lampada. Il resistore R3 contribuisce alla completa chiusura del transistor T2. Il diodo D1 protegge il transistor T2 dalle sovratensioni induttive che si verificano quando il relè è spento.
Questo convertitore è protetto contro il collegamento della batteria con inversione di polarità. Quando la polarità è invertita, il diodo D3 si apre e il fusibile Bi si brucia.
La scheda a circuito stampato del convertitore per lampade a scarica di gas 6 W è mostrata in Fig. 4; la disposizione delle parti su di essa è mostrata in Fig.5. Quelle tracce attraverso le quali passa una grande corrente dovrebbero avere una larghezza maggiore ed essere ben stagnate. Per migliorare la dissipazione del calore, viene applicato uno strato sottile di grasso al silicone tra il radiatore (Fig. 6) e il transistor di commutazione T1. Nel prototipo è stato utilizzato un relè reed con una resistenza dell'avvolgimento di 1 kOhm per una tensione di esercizio di 12 V (tipo MGR04-A3). Naturalmente qui possono essere utilizzati altri relè con parametri simili. È vero, a causa di una diversa disposizione dei pin, sarà necessario modificare leggermente il circuito stampato. Per evitare possibili guasti, i cavi degli avvolgimenti del trasformatore sono isolati con sottili tubi di plastica.
I parametri del trasformatore sono riportati nella Tabella 1. Il nucleo a forma di vaso è avvitato alla scheda con una vite in rame o alluminio. Una guarnizione di gomma è posizionata tra il nucleo e il circuito stampato: il fissaggio del nucleo sarà elastico e non si spezzerà. Tabella 1
Il convertitore per lampade a scarica di gas può essere riposto in una custodia di plastica. Per evitare di collegare il convertitore con la polarità errata, si consiglia di installare un connettore per accendisigari all'estremità del cavo di alimentazione.
La configurazione del dispositivo è molto semplice. Il convertitore assemblato viene alimentato con una tensione di alimentazione di 12 V da un alimentatore o da una batteria per auto. Viene misurata la corrente consumata e utilizzando il potenziometro P1 il suo valore viene impostato pari a 200 ... 220 mA. In questo caso, l'intensità luminosa della lampada a scarica di gas sarà piuttosto significativa. Il funzionamento del convertitore è stato testato con diversi tipi di lampade; in tutti i casi ha funzionato bene. È necessario assicurarsi che la tensione della batteria sia compresa tra 10 ... 14 V; la lampada si accende in modo affidabile e il suo flusso luminoso non cambia.
Convertitore per lampade a scarica di gas 18 W. Il suo circuito è mostrato in Fig. 7, ed è completamente uguale al circuito di Fig. 1; solo i tipi e le valutazioni delle parti differiscono. Naturalmente, il principio di funzionamento è lo stesso per loro. Poiché viene utilizzata una lampada da 18 W, il transistor di commutazione deve essere più potente; anche il nucleo a forma di vaso del trasformatore è grande. La sequenza degli avvolgimenti del trasformatore è mostrata schematicamente in Fig. 8; il numero di spire degli avvolgimenti e il diametro del filo sono riportati nella tabella 2. L'aumento del nucleo di ferrite ha portato alla necessità di modificare il circuito stampato. La scheda a circuito stampato del convertitore per lampade a scarica di gas da 18 W è mostrata in Fig. 9 e la disposizione delle parti su di essa è mostrata in Fig. 10. I filamenti della lampada a scarica di gas da 18 W hanno un'ampia area, e quindi è necessario più tempo per un'accensione affidabile, per cui il resistore R4 ha una maggiore resistenza.
Il convertitore per lampade da 18W è configurato allo stesso modo delle lampade da 6W. Il potenziometro P1 imposta la corrente su 1,1 ... 1,3 A. In questo caso, la frequenza delle oscillazioni del convertitore è approssimativamente uguale a 10 kHz e la lampada ha un'emissione luminosa significativa. Con questa impostazione e una tensione di alimentazione nell'intervallo 10 ... 14 V, la lampada si accende in modo affidabile e il flusso luminoso è quasi uniforme. Questo convertitore è stato testato con vari tipi di lampade e ha funzionato bene con tutte.
Tabella 2
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