Блок питания для светодиодной лампы

Светодиодные источники света по­степенно вытесняют не только при­вычные лампы накаливания, но и так на­зываемые энергосберегающие или КЛЛ. Поэтому, когда потребовалось из­готовить небольшую настольную лампу, выбор пал, естественно, на светодиоды. Оказалось, проще всего купить свето­диодную ленту с напряжением питания 12 В, с числом светодиодов 30 шт./м и мощностью 4,7 Вт/м. К сожалению, под­ключить светодиоды напрямую к сети нельзя, так как они выйдут из строя. Необходим блок питания, обеспечиваю­щий напряжение 12 В постоянного тока. Однако цена такого блока питания в магазине довольно высока, поэтому такой вариант не рассматривался. При­шлось изготовить блок питания самосто­ятельно. Оказалось, что для комфортно­го освещения достаточно 18 светодио­дов, однако блок питания разработан с небольшим запасом по мощности.

Основные технические характеристики

Поскольку светодиод — прибор с ярко выраженной нелинейной ВАХ, све­тодиодный светильник чувствителен даже к небольшому изменению питаю­щего напряжения, поэтому напряжение блока питания должно быть стабилизи­рованным. Следует отметить, что к амп­литуде пульсаций светодиодная лампа не столь чувствительна, поскольку час­тота пульсаций весьма велика. Разуме­ется, блок питания должен иметь защи­ту от короткого замыкания, построен на распространённых деталях и иметь вы­сокий КПД. Кроме того, к нему ещё предъявлялось требование иметь не­большую высоту (не более 15 мм). Наи­более подходящим для построения та­кого блока питания является автогенераторный обратноходовой преобразо­ватель (ОХП). Его главное достоинство — простота и то, что он защищён от короткого замыкания на выходе. По сравнению с комплектом двухтактный преобразователь-стабилизатор напря­жения ОХП имеет более высокий КПД. Немаловажно и то, что в случае выхода блока из строя заменить транзистор гораздо проще, чем искать микросхему.

Схема блока питания представлена на рис. 1. Резистор ограничивает ток зарядки конденсатора фильтра С1, а также используется в качестве предо­хранителя. Резистор R2 задаёт началь­ный ток базы коммутирующего транзи­стора VТ2. Стабилитрон VD9, оптопара U1, транзистор VT 1, а также резисторы R3 и R8 образуют цепь стабилизации выходного напряжения. Работа ОХП подробно описана в [1], поэтому оста­навливаться на ней не будем. Следует обратить внимание на диод VD5 в цепи базы коммутирующего транзистора VТ2, который многие разработчики не устанавливают. Без этого диода возмо­жен пробой транзистора отрицательным напряжением на базе. Как показали измерения осциллографом, всплески этого напряжения могут превышать 5 В.

Рис. 1

Все детали смонтированы на печат­ной плате, чертёж которой показан на рис. 2. Для уменьшения габаритов блока часть элементов (R2, R3, R5—R8, СЗ) применена для поверхностного монтажа типоразмера 1206. Резисторы R1, R4 — МЛТ, С2-23, оксидные конден­саторы — импортные. Поскольку к ре­зистору R3 прикладывается выпрям­ленное сетевое напряжение, для пре­дотвращения пробоя он составлен из трёх соединённых последовательно ре­зисторов сопротивлением 1 МОм. Тран­зистор MJE13003 можно заменить тран­зистором SST13003. Взамен транзистора BC847 можно применить маломощный транзистор для поверхностного монта­жа с допустимым током коллектора не менее 50 мА и коэффициентом переда­чи тока h_21Э более 50.

Рис. 2

Диоды 1N4007 можно заменить дио­дами КД243 с буквенными индексами Д, Е, Ж или КД247 с индексами Г и Д. Диод КД247Г можно заменить диодами КД257Г, КД257Д, диод 1N4148 — диодами КД510, КД521, КД522. Взамен диода КД226Д можно применить диод КД226 с любым буквенным индексом. Стабилитрон — с напряжением стабилизации около 11 В. Если в наличии есть стабилитрон на меньшее напряжение стабилизации, последовательно с ним можно устано­вить диод или стабилитрон. Для него на плате предусмотрено посадочное мес­то, на которое установлена проволочная перемычка. Теплоотвод для транзистора VT2 вырезан из теплоотвода компьютерно­го блока питания.

Для трансформатора при­менён низкопрофильный кар­кас от «электронного баллас­та» (КЛЛ), марка феррита не­известна, его типоразмер — ЕЕ19/8/5. Магнитопровод со­бран с зазором в центральном керне 0,3 мм. Первой намота­на обмотка I, содержащая 148 витков провода ПЭВ-2 0,18, за­тем обмотка 11 — 18 витков та­кого же провода, последней — обмотка III, содержащая 28 вит­ков провода ПЭВ-2 0,28. Каж­дый слой обмотки I отделён от остальных одним слоем кон­денсаторной бумаги толщи­ной 0,1 мм. Между обмотками I и II проложены два, а между обмотками II и III — три слоя бу­маги. После проверки транс­форматор пропитан лаком. Дроссель L1 — от КЛЛ, индук­тивность — 0,2…1 мГн, его можно изготовить самостоя­тельно на ферритовом магнитопроводе типа «гантель» диа­метром 6 мм. Намотка — провод ПЭВ-2 0,18 до за­полнения, затем её покрывают лаком.

Для налаживания блока потребуются мультиметр, осцил­лограф, развязываю­щий трансформатор с выходным напряже­нием около 150 В (на­пример, ТАН-17-220- 50) и ЛАТр. Сначала целесообразно со­брать блок на макет­ной плате, а после на­лаживания смонтиро­вать детали на печат­ную плату. Первое подключение блока к трансформатору не­обходимо выполнить через лампу накали­вания мощностью 40 Вт. К выходу блока должна быть подключена штатная нагруз­ка. Сразу же осциллографом проверяют форму напряжения на датчике тока — резисторе R7, она должна быть примерно такой, как показано на рис. 3. Контроли­руют напряжение на выходе блока пита­ния, и если оно отличается от 12 В, при­дётся подобрать стабилитрон (или стаби­литроны) с требуемым напряжением ста­билизации. Через 5… 10 мин проверяют, как нагревается блок питания. Если он ра­ботает нормально, повышают напряже­ние на его входе до 250 В. Выходное напряжение должно остаться стабильным. Через некоторое время снова проверяют блок на нагрев — при длительной работе теплоотвод транзистора, трансформатор и диод VD8 не должны нагреваться выше 50 °С. Затем следует проверить устойчи­вость блока к короткому замыканию выхо­да и отключению нагрузки. При коротком замыкании возможно появление харак­терного писка с частотой 10… 15 кГц. При отключении нагрузки возможно уве­личение напряжения на 0,5…1 В.

Рис. 3

Желательно проверить работу блока без цепи стабилизации — для этого вре­менно замыкают выводы 1 и 2 оптопары U1, причём обязательно при подключён­ной нагрузке или её эквиваленте. Дело в том, что при работе цепи стабилизации напряжения ток коллектора транзистора VT2 обычно не достигает своего макси­мального значения, при котором магнитопровод трансформатора может входить в насыщение. В такой режим он мо­жет войти при снижении напряжения се­ти до 150 В и менее. Во всех режимах работы форма напряжения на резисторе R7 должна быть такой, как на рис. 3. Но лучше всего проверить трансформатор устройством, описание которого пред­ставлено в [2]. После проверки работо­способности все элементы блока, кроме теплоотвода, желательно покрыть ла­ком. Внешний вид блока питания, уста­новленного в корпус настольной лампы, показан на рис. 4.

Рис. 4

ЛИТЕРАТУРА

1. Власов Ю. Стабилизированный однотактный преобразователь напряжения. — Радио, 1999, № 3, с. 37—39.
2. Гумеров Ю., Зуев А. Определение тока насыщения катушек индуктивности с магнитопроводами. — Радио, 2007, № 8, с. 36, 37.

Автор: Е. ГЕРАСИМОВ, станица Выселки Краснодарского края