пятница, 12 сентября 2014 г.

Симбиоз двух китайцев или… Cказ о том как подружить дроссельную лампу и энергосберегайку

Доброго времени суток, любители железяк. Программирование, вещь безусловно полезная, однако не стоит забывать и про... паяльник. Итак, расчехляем ножны и включаем паяльные станции, у кого что. Сегодня хотелось бы поделиться с вами одной оригинальной конструктивно-электро-технической доработкой, не встречавшейся как в литературе и журналах, так и Интернете. Всем вам известны настольные лампы дневного света (ЛДС) мощностью 15-20-40 Вт и с дроссельной схемой запитки и, так называемые, китайские «энергосберегайки». Последние, вышедшие из строя, наверняка образуют запасы горелого или полугорелого хлама. Чаще всего, «вылетает» схема электронного балласта. Отремонтировать ее не составляет особого труда, используя мультиметр или омметр. Как правило, выходят из строя активные элементы: диодный мостик, транзисторы и низкоомные резисторы в цепи эммитера, иногда шунтирующие диоды. Даже перегоревшую спираль можно закоротить и продолжать работу. Ну, да речь не об этом. В чем беда-то простых китайских дроссельных ЛДС? При снижении напряжения в бытовой электросети (спасибо нашим облэнерго) ниже нормы (кстати, для бытовых потребителей не нормируется согласно ГОСТ-у) в 220 вольт, плюс-минус, «китайское счастье» просто не включается или включается очень долго. Знакомо? Значит, материал* ниже для вас...


* Это полная версия материала, опубликованного в журнале «Радиомир» №1-2012, с.10 и нещадно урезанного практически в три раза до состояния «сухой черствой выжимки», и за которую по прошествии двух кварталов было уплочено аж целых... 50 гривенников, чему был несказанно удивлен и по такому случаю отоварился в местном cупермаркете парой пачек гречневой крупы, тремя яблоками и бутылкой минеральной воды.
Фактически, шевелиться меня заставила дочка, которой для школьной парты домой как то подарили такой вот китайский светильник. Благодаря чему, сейчас мы и читаем данную статью. Так вот, некоторое время ЛДС проработала более-менее, потом стала включаться с ожиданием, что неприемлемо в учебном процессе, да и вообще крайне раздражает. 

Предпосылки реализации [1, 2]

Слово за слово, и тут мой «блуждающий взляд» наткнулся на старую энергосберегайку от EMTEC (клон тех же Philips, Osram, ...). А что, если взять плату электронного балласта с нее и поставить вместо дросселя в настольную лампу? Разумеется, придется несколько изменить схему подключения нитей накала. Для наглядности и чтобы вам было понятнее, приведу вам классическую схему** включения дроссельной лампы со стартером (см. рисунок 1):



Рис. 1. Схема электрическая принципиальная дроссельной лампы

** Причем, двухполюсник на схеме - это в лучшем случае, от меня как от автора. Чаще всего «китайцы» ставят однополюсную кнопку мембранного типа, выдерживающую несколько сот нажатий. Нет, электрическая часть кнопки остается целой, а вот конструктив «хилый» и страдает, отламывается, ломаются держатели и тому подобная ерунда.

Поэтому целесообразным будет заменить ее сразу на выключатель-тумблер типа ТВ1-2 или аналогичный с рабочим напряжением коммутации на переменном токе до 500 В, согласно требованиям ГОСТ Р МЭК 61058.1-2000.
Нити накала в такой лампе включены последовательно через стартер (см. рисунок 2):

 
Рис. 2. Фото стартера

и дроссель на Ш-магнитопроводе (между прочим самый тяжеловесный, а при плохой пропитке или сборке, еще и гудящий компонент, см. рисунок 3):


Рис. 3. Фото дросселя

Сам дроссель представляет собой индуктивный элемент и ограничивает силу тока в цепи. Если в его цепи создать кратковременные прерывания, то появится ЭДС самоиндукции. Таким прерывателем служит - стартер. Напряжение, проходя через дроссель, поступает на нить накала первой колбы лампы, далее на стартер и вторую нить накала. Напряжение зажигания тлеющего разряда стартера меньше напряжения сети, но больше рабочего напряжения лампы. В результате нагрева внутренних контактов стартера, они замыкаются, нить накала лампы раскаляется до температуры ~800 градусов Цельсия. Когда контакты стартера остывают, они размыкаются, дроссель выдает импульс высокого напряжения на электроды ЛДС, что поддерживает дальнейшее горение. Емкость на входе обеспечивает гашение реактивной мощности, снижая электропотребление лампы.

Вся доработка будет сводится к замене стартера на запускающий конденсатор емкостью 3300 пФ с платы и подключению ЛДС к схеме электронного балласта. Опытный читатель конечно может возразить: «...разве нельзя использовать на замену более простые схемы умножения на конденсаторах?». И правда, они позволяют зажечь ЛДС даже с обрывом в нитях. Все так, однако такие схемы умножения обладают рядом недостатков:

  • вы никогда не добъетесь такого же уровня яркости как с электронным балластом;
  • электронный балласт дает более «мягкое» (плавное) включение (пусковой ток) и «правильный» токовый режим, что благоприятно сказывается на долговечности, в отличие от умножителя напряжения.
Да и к тому же, обрыва нити-то в ЛДС у нас нет, а электронный балласт вот он, лежит родимый.

Приступим к практике

Что из инструментов и комплектующих нам понадобится для работы? Заготовьте следующее:

  • собственно, китайская дроссельно-стартерная настольная лампа;
  • любая энергосберегающая лампочка или балласт от нее (условимся, что исправен);
  • кнопка типа ТВ1-2 (см. рисунок 4);
  • отвертка и пинцет;
  • небольшой кусок изоляционной пластины из слюды или электрокартона;
  • паяльник и немного жидкого флюса;
  • мультиметр (для проверки и прозвонки);
  • терпение и час времени.
Рис. 4. Тумблер ТВ1-2

Как добраться до него? Итак, имеем вот такую вот лампочку (см. рисунок 5):


 
Рис. 5. Готовим «пациента»

Корпус лампы состоит из двух частей. Верхняя часть с трубкой и платой электронного балласта, нижняя - цоколь лампы. Воорушившись плоской отверткой, аккуратно поддеваем стык на корпусе из двух половинок и вскрываем (иногда в конструктиве предусмотрена резьба и достаточно их просто открутить, см. рисунок 6):


  
Рис. 6. Вскрытие. Этап-1

Провода, идущие к цоколю лампы, убираем (см. рисунок 7):


Рис. 7. Вскрытие. Этап-2

Аккуратно отпаиваем выводы нитей накала от платы электронного балласта, нам нужна именно сама платка (см. рисунок 8):




Рис. 8. «Остатки пиршества»

Расскажем немного про сам электронный балласт (см. рисунок 9):


 
Рис. 9. Схема электрическая принципиальная электронного балласта

В принципе, все схемы электронного балласта (высокочастотного преобразователя напряжения) в энергосберегайках почти не отличаются друг от друга и применяются уже давно, благодаря меньшим габаритам и весу (за счет отстутствия балластного дросселя), по сути это готовый импульсный блок питания***. Схема включает: дроссель L2, предохранитель F1, четыре диода 1N4007, образующих мост и фильтрующий конденсатор C4. Схема запуска состоит из элементов D1, C2, R6 и динистора (тип DB3-30). Диоды D2 и D3, сопротивления R1 и R3 выполняют защитные функции. При включении ЛДС, элементы R6, C2 и динистор формируют импульс, открывающий транзистор Q2, после этого емкость С2 разряжена, а диод D1 шунтирует эту цепь. Генератор нагружен на трансформатор TR1. На нити поступает напряжение через «силовой» конденсатор C6, резонансный С3 и индуктивность L1. Трубка загорается на резонансной частоте, определяемой емкостью конденсатора C3. Во время разряда в колбе, C3 шунтируется и частота контура снижается, так как в работу вступает конденсатор C6 большей емкости. В это время транзистор Q1 открыт, сердечник TR1 входит в насыщение и за счет обратной связи по базе транзистор закрывается. Далее процесс повторяется.


*** К слову, вот вам еще одно применение электронного балласта - малогабаритный источник питания до 100 Вт.
Симбиоз. Смена среды обитания

«Последний бой - он трудный самый»
Что же далее? Взгляните, в нижней части настольной лампы в пластиковом корпусе расположен дроссель. Откручиваем крышку и избавляемся от него. В освободившееся пространство помещаем плату электронного балласта. Разместить его можно как печатью вверх, так и вниз, как вам удобнее (см. рисунок 10): 

 
 
Рис. 10. Установка платы и тумблера перед сборкой

В крышке этой коробочки проделываем отверстие по установочному диаметру тумблера и закрепляем его контр-гайкой, после чего припаиваем в разрыв цепи питания и устанавливаем изолирующую прокладку из слюды или электротехнического картона, вырезанную по внутренним габаритам (см. рисунок 11):


 
Рис. 11. Дополнительная изоляция платы

Это нужно для изоляции открытых токоведущих частей выводов тумблера от случайных касаний к плате или элементам платы при тряске (вибрации). Вуа-ля! Включаем, пользуемся и радуемся.

Заключение

Даташиты на тумблеры, транзисторы и динистор, используемые в схемах электронного балласта, а также типовые схемы энергосберегающих ламп приведены (файл ENE.ZIP) в ресурсах ниже. 

Ресурсы


2 комментария:

В комментариях уважайте собеседника, внимательно читайте посты и не додумывайте. Просьбы и предложения из разряда: «можно ваш Skype/Viber/телефон», «напишите мне в vk/FB», а также другие им подобные — игнорируются. Выход новых версий ПО, внешняя ссылка, переставшая работать с течением времени и т.п. не является основанием для претензий. Желающие спокойно подискутировать и высказаться — Welcome. Желающие спонсировать блог — Donate. Нарушение этих простых правил ведет к бану и удалению комментариев без предупреждения.