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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Ein wirtschaftlicher Konverter zur Stromversorgung einer Leuchtstofflampe über eine Batterie. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Beleuchtung Das beschriebene Gerät dient zum Betreiben von Leuchtstofflampen beim Beleuchten einer Garage, eines Gartenhauses oder anderer kleiner Räume. Es wird an zugänglichen Elementen durchgeführt und kann von mittelstarken Funkamateuren leicht wiederholt werden. Zu den Vorteilen des Geräts gehört insbesondere die Fähigkeit, mit einer auf 5 V reduzierten Versorgungsspannung zu arbeiten. Jüngste Studien haben gezeigt, dass, wenn Leuchtstofflampen mit einem hochfrequenten Strom (> 20 kHz) gespeist werden, ihre Lichtausbeute erheblich ansteigt (siehe den Artikel von S. D. Rudyk, V. E. Turchaninov, S. N. Florentsev „Hochfrequenz-Spannungswandler mit hohem Eingangsleistungsfaktor zum Betreiben einer Leuchtstofflampe.“ – Elektrotechnik, 1996, Nr. 4, S. 31–33). Bei Kompaktlampen mit einer Leistung von bis zu 50 W sind es also 26 ... 35%. Dies geschieht hauptsächlich aufgrund einer Verringerung der Leistungsverluste in der Nähe der Elektrode. Wenn die Lampen mit hochfrequenten Strömen gepulst werden, verringern sie sich um das Zwei- bis Dreifache. Der vom Autor entwickelte Konverter ist für die Versorgung von LBU-30-Leuchtstofflampen mit einer Leistung von 30 W ausgelegt und weist folgende technische Eigenschaften auf: Nennversorgungsspannung - 13,2 V; Nenneingangsstrom - 2,6 A; Umwandlungsfrequenz - 20...25 kHz; Der Wirkungsgrad des Geräts beträgt 85 %. Das Blockschaltbild des Konverters ist in Abb. 1 dargestellt. Sie basiert auf einem Spannungsinverter, der auf einen aus einer Induktivität L1 und einem Kondensator C1 gebildeten Reihenschwingkreis geladen ist, zu dem parallel eine Leuchtstofflampe EL1 geschaltet ist.
Der Wechselrichter wandelt die DC-Batteriespannung von 13,2 V in AC in Form von Rechteckimpulsen mit einer Amplitude von 150 V um, die dem Serienschwingkreis L1C1 zugeführt werden. Die Resonanzfrequenz der Schaltung ist gleich der Frequenz der Versorgungsspannung, und der Strom, der durch die mit dem Schaltungskondensator verbundene Last fließt, hängt nicht von ihrem Widerstand ab. Gleichzeitig ist in dem Moment, in dem die Versorgungsspannung angelegt wird, der Widerstand der Lampe EL1 hoch, eine hohe Spannung wird an den Kondensator C1 angelegt und ein den Nennwert überschreitender Strom fließt durch die Induktivität L1. Dieser Strom fließt auch durch die Wendeln EL1 und erwärmt diese, was ein sicheres Einschalten der Lampe gewährleistet. Wenn die Lampe aufleuchtet, fällt ihr Widerstand ab und überbrückt den Kondensator C1. Dadurch sinkt die Spannung darauf auf einen Wert, der die Lampe am Brennen hält, und der Strom durch die Induktivität L1 sinkt auf den Nennwert. Das Schaltbild des Konverters ist in Abb. 2 dargestellt. 12. Der Schwingkreis wird durch die Elemente 7, C1 gebildet. Der Wechselrichter ist nach dem Schema eines Gegentaktoszillators mit positiver Stromrückkopplung (POST) an den Elementen T2, T1, L1, VT2, VT1, VD6-VD2, C5-C1, R4-R1 aufgebaut. Diese Konstruktion des Wechselrichters ermöglicht es Ihnen, den Energieverbrauch für die Steuerung der Schlüsseltransistoren VT2, VTXNUMX zu minimieren und die Auswirkung der Versorgungsspannung auf die Stabilität des Wandlers zu reduzieren. Auch in diesem Fall werden auf einfache Weise optimale Konversionsfrequenzen bereitgestellt.
Zusätzlich zu den oben genannten Elementen enthält der Umrichter eine Sicherung FU1, einen Kondensator C1, der die Stromversorgung vor Stoßströmen schützt, und eine C6R5-Schaltung, die hochfrequente Spannungsschwankungen an den Wicklungen des Transformators T2 unterdrückt. Der Konverter funktioniert wie folgt. Im Moment des Anlegens der Versorgungsspannung sind die Transistoren VT1, VT2 geschlossen und die Spannung an ihren Kollektoren ist gleich der Versorgungsspannung. Ein Strom fließt durch die Widerstände R1, R2 und lädt die Kondensatoren C2, C3 in entgegengesetzter Richtung zu ihrer im Diagramm angegebenen Polarität. Nach einiger Zeit erreicht die Spannung an der Basis eines der Transistoren (z. B. VT1) ihre Öffnungsschwelle und durch den Kollektorkreis fließt ein Strom, der auch durch die Stromquelle, die Wicklung I des Transformators T2 und fließt Wicklung III des Transformators T1. Dadurch entsteht auch in der Wicklung II des Transformators T1 ein Strom, der wiederum durch den Kondensator C2 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors VT1 fließt. In diesem Fall geht VT1 in den Sättigungsmodus und der Kondensator C2 wird entsprechend der im Diagramm angegebenen Polarität aufgeladen. Seine Wiederaufladung wird durch die Diode VD1 begrenzt. Damit wird der Konverter gestartet. Der Transistor VT1 befindet sich in der Sättigung, bis der Basisstrom aufhört, was als Folge eines Stromabfalls durch die Primärwicklung des Transformators T2 oder eines Kurzschlusses der Wicklungen des Transformators T1 auftreten kann. Der Wandler startet bei der Resonanzfrequenz der L2C7-Schaltung, und die Transistoren VT1, VT2 schalten in dem Moment, in dem der Induktorstrom L2 durch Null geht. Nachdem die Lampe EL1 gezündet und der Kondensator C7 von ihr überbrückt ist, wird die Energieübertragung der Induktivität L2 auf die Lampe und den Kondensator C7 verzögert und die Umwandlungsfrequenz verringert. In diesem Fall erfolgt seine Stabilisierung auf einem Niveau, das durch die Magnetisierungsumkehrzeit des Induktors L1 bestimmt wird, der bei Sättigung die Wicklung des Transformators T1 kurzschließt, was zum Schließen eines Transistors und zum Öffnen eines anderen führt. Die Abstimmfrequenz des Schwingkreises wird gleich 46 kHz gewählt, und die Arbeitsfrequenz des Wandlers beträgt 20 ... 25 kHz. Bei diesem Frequenzverhältnis ist eine maximale Effizienz gewährleistet. Die Ketten C4VD5R3 und C5VD6R4 dienen dazu, die Amplitude des Schaltimpulses an den Kollektoren der Transistoren VT1, VT2 zu reduzieren, wenn sie geschlossen sind. Der Konverter ist auf einer Leiterplatte aus Folienfiberglas mit den Maßen 200x50 mm montiert. Es kann in die Leuchte eingebaut oder in einem separaten Gehäuse untergebracht werden. Bei der Montage des L1-Induktors und des T1-Transformators ist es wünschenswert, ihn so weit wie möglich vom T2-Transformator und dem L2-Induktor entfernt zu platzieren, und die Oxidkondensatoren C2, C3 sollten nicht in unmittelbarer Nähe der Transistoren VT1, VT2 und platziert werden Widerstand R5. Der Wandler verwendet MLT-Widerstände, Kondensatoren K73-17 (C1, C4, C5) für eine Spannung von 63 V, K50-35 (C2, C3) für eine Spannung von 25 V und K15-5 (C6, C7) für eine Spannung von 1,6 kV. Die Transistoren KT803A können durch KT908 mit einem beliebigen Buchstabenindex ersetzt werden. Es ist wünschenswert, sie mit dem gleichen Grundstromübertragungskoeffizienten zu wählen. Jeder Transistor ist auf einem Kühlkörper mit einer Fläche von 50 cm2 montiert. Die im Gerät verwendeten KD105-Dioden können einen beliebigen Buchstabenindex haben. Geeignet sind auch andere Niederfrequenzdioden mit einem zulässigen Durchlassstrom von mindestens 0,5 A. Dioden KD212 (VD3 - VD6) können auch mit beliebigem Buchstabenindex sein. Sie dürfen durch andere Siliziumbatterien ersetzt werden, die bei Frequenzen bis zu 50 kHz arbeiten können und einen Durchlassstrom von mindestens 2 A und eine Sperrspannung von mindestens 50 V zulassen. Drosseln und Transformatoren sind auf Ringmagnetkerne aus M2000NM-1-Ferrit gewickelt. Die Wicklungen der Drosseln L1, L2 sind auf den Magnetkreisen K7x4x2 und K40x25x11 angeordnet und enthalten 5 Drahtwindungen PEV-2 0,63 bzw. 140 Drahtwindungen PEV-2 0,41. Die Wicklungen der Transformatoren T1, T2 sind auf Magnetkerne K20x12x6 bzw. K40x25x11 gewickelt. Die Wicklungen I, III und III' des Transformators T1 enthalten 3 Drahtwindungen PEV-2 0,63, und II und II' jeweils 12 Drahtwindungen PEV-2 0,41. Jede der Wicklungen I und I' des Transformators T2 besteht aus 11 Windungen PEV-2 0,8-Draht, und die Wicklung II besteht aus 140 Windungen PEV-2 0,41-Draht. Die Wicklungen I und I' des Transformators T2 sind gleichzeitig in zwei Drähten über die Wicklung II gewickelt. Lakotkan sollte zwischen die Wicklungen gelegt werden. Die Wicklungen des Transformators T1 müssen gemäß dem Schema in Abb. 3 angeordnet werden. 2. Wicklung I muss symmetrisch zu den anderen Wicklungen angeordnet werden, um die Symmetrie der Halbwellen der Ausgangsspannung zu gewährleisten und eine einseitige Sättigung des Trafomagnetkreises auszuschließen, die zu einer Erhöhung der Energieverluste führt . Die Drossel L0,8 muss einen nichtmagnetischen Spalt haben. Dazu müssen Sie in seinem Kern vor dem Wickeln einen Schnitt mit einer Breite von XNUMX mm machen.
Zum Zeitpunkt des Aufbaus des Konverters wird anstelle der Lampe EL1 und des Kondensators C7 ein Widerstand mit einem Widerstand von 2 kOhm und einer Leistung von 1 ... 5 W in Reihe mit der Induktivität L10 geschaltet. Überprüfen Sie zunächst die Zuverlässigkeit des Starts des Konverters. Dazu wird eine Versorgungsspannung von 5 V angelegt und wenn es nicht beginnt, Rechteckimpulse mit einer Frequenz von 20 ... 25 kHz zu erzeugen, wird der Widerstandswert der Widerstände R1, R2 reduziert, jedoch nicht mehr als drei Mal. Als nächstes steuern Sie die Erzeugungsfrequenz des Konverters. Dazu wird ihm mit einem Oszilloskop oder Frequenzmesser eine Nennspeisespannung von 13,2 V zugeführt, um die Frequenz der Wechselspannung an den Wicklungen des Transformators T2 zu ermitteln. Wenn es über 20 ... 25 kHz hinausgeht, ändern Sie die Windungszahl der Induktivität L1. Um die Frequenz zu erhöhen, verringern Sie sie, und um sie zu verringern, erhöhen Sie sie. Danach werden die Ausgangskreise des Wandlers wiederhergestellt und in Reihe mit der Induktivität L2 ein Widerstand mit einem Widerstandswert von 10 Ohm und einer Leistung von 0,5 ... 1,0 W geschaltet. Dann wird die nominale Versorgungsspannung an den Konverter angelegt und nach dem Aufleuchten der EL1-Lampe wird mit einem Oszilloskop die Spannungsform am neu installierten Widerstand überwacht: Sie sollte nahezu sinusförmig sein. Der Strom durch die Induktivität L2 sollte etwa 0,22 A betragen. Wenn der Konverter mit Strom versorgt wird, sollte die Lampe spätestens 1 ... 2 s aufleuchten. Neben der LBU-30-Lampe können andere Lampen, die für dieselbe Spannung und denselben Strom ausgelegt sind, beispielsweise LB-40, mit dem beschriebenen Konverter zusammenarbeiten. Autor: L. Zuev, Dserschinsk, Gebiet Nischni Nowgorod; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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