Питание люминесцентных ламп от аккумуляторов

Люминесцентные лампы дневного света (ЛДС) и баллоны энергосберегающих ламп (БЭЛ) с перегоревшими нитями накала еще успешно могут послужить в качестве источников аварийного освещения помещений

В технических журналах имеется много публикаций различных схем питания (ЛДС) от аккумуляторных батарей с напряжением 12 В (АБ12В) Эти схемы представляют собой, в основном, однотактные генераторы с самовозбуждением и повышающей обмоткой [3, 4], позволяющей зажигать и поддерживать нормальное свечение ЛДС с питанием и без питания нитей накала, что позволяет также использовать и баллоны от энергосберегающих ламп с перегоревшими нитями накала. Опубликовано также несколько схем двухтактных генераторов с самовозбуждением и возбуждением от задающих генераторов [1, 2]. Большинство схем содержат дополнительные элементы для улучшения режимов работы транзисторов.

Испытания ряда опубликованных схем показали, что большинство из них имеют на 20…30% заниженный КПД от возможного, в результате чего греются

транзисторы преобразователя и ускоряется разряд АБ. Для экономичной работы генераторов необходимо, чтобы импульсы коллекторного тока максимально приближались к прямоугольной форме, т.е. транзистор должен надежно открываться и закрываться. При полностью открытом транзисторе у него минимальное внутреннее сопротивление, а следовательно, минимальны падение напряжения на нем и рассеиваемая мощность. При полностью закрытом транзисторе коллекторный ток и мощность рассеивания на нем близки к нулю. Большие потери мощности происходят при переключении транзистора, особенно из открытого в закрытое состояние, когда небольшой интервал времени он находится в активном режиме.

Идеально прямоугольной формы импульсов у генераторов с самовозбуждением на одном транзисторе получить невозможно, а применение задающих генераторов существенно усложняет и удорожает изделие. И все же получить оптимальную форму импульсов генератора с самовозбуждением на одном транзисторе и с минимальным количеством деталей можно. Не обязательно, чтобы длительности положительного и отрицательного импульсов были одинаковы. Главное, чтобы их вершины были плоскими. Наличие в импульсах коротких пиков существенно не увеличивает потребляемую мощность, но способствует устойчивому зажиганию газа в баллоне лампы.

В ранее описанных конструкциях наличие дополнительных деталей обусловлено тем, что, несмотря на кажущуюся простоту схем, рассчитать параметры деталей практически невозможно, т.к. оптимальная работа транзистора зависит от параметров всех элементов схемы. Наиболее важными являются внутреннее сопротивление ЛДС и БЭЛ, магнитная проницаемость сердечника трансформатора, соотношение индуктивностей его обмоток и характеристики транзисторов. Эти параметры либо неизвестны, либо имеют разброс, существенно влияющий на работу схемы. По этой причине авторы разработок вынуждены применять дополнительные меры путем установки дополнительных деталей для облегчения работы оконечного транзистора (диоды, стабилитроны, дроссели, маломощные транзисторы) и получения нормальной светоотдачи ЛДС, но дополнительные детали также потребляют энергию. Кстати, нити накала тоже потребляют энергию, поэтому ЛДС и БЭЛ без накала являются более экономичными. Остается только решить задачу, как заставить простейшую схему автогенератора работать в экономичном режиме.

В результате ряда экспериментов и анализа работы простейших схем автогенераторов с различными сердечниками трансформаторов, ЛДС, БЭЛ и транзисторами были выбраны две схемы, показанные на 1 и 2, которые дали желаемый результат работы и будут описаны ниже. Схемы содержат минимум деталей: транзистор, трансформатор, два простейших радиоэлемента и ЛДС или БЭЛ. На входе питания схемы может быть установлен электролитический конденсатор емкостью 47… 100 мкФ на напряжение 16 В, если длина питающих проводников будет отрицательно влиять на форму импульсов генератора. При питании ЛДС мощностью до 20 Вт потребляемый ток не превышает 1 А, а ток питания БЭЛ мощностью до 13 Вт не превышает 0,6 А. Максимальная температура транзистора при длительной работе не превышает 40…50°С. Яркость свечения ламп при этом несколько ниже максимальной,

но вполне достаточная для освещения в аварийном режиме, учитывая и то, что емкость аккумуляторов не бесконечная. Суть получения таких результатов в основном состоит в правильном подборе витков обмоток трансформатора для конкретных ЛДС или БЭЛ и тран

зисторов мощностью 30…50 Вт с граничной частотой 3…30 МГц. Из серии необходимо выбирать транзисторы с максимальным коэффициентом усиления. Составные транзисторы для этих генераторов не подходят. Из отечественных транзисторов наилучшие результаты получены от КТ805А и КТ837Ф. Генераторы с этими транзисторами могут питать ЛДС мощностью до 30 Вт и обеспечивать меньшую, чем номинальная, но вполне удовлетворительную яркость свечения.

Принципиальная схема содержит трансформатор Т1, намотанный на ферритовом сердечнике сечением 8×8 мм от телефонного трансформатора дискового аппарата типа «Спектр», транзистор УТ1 типа КТ837Ф, установленный на радиатор площадью 50 см, ограничительный резистор 11, подстроечный резистор

12 и ЛДС или БЭЛ. Резистор 12 позволяет установить оптимальный режим транзистора в небольших пределах, а также его можно использовать в качестве регулятора яркости света, но для этого необходимо подобрать и установить второй ограничительный резистор между 12 и 1.2. В отличие от традиционных решений в данной схеме оптимальный режим работы транзистора получается при количестве витков базовой обмотки 1.2 в 1,5-2 раза больше коллекторной И.

Для работы данной схемы с БЭЛ мощностью 13 Вт в трансформаторе высоковольтная обмотка 1.3 содержит 460 витков, обмотка 12 — 30 витков, обмотка И — 20 витков. Все обмотки намотаны виток к витку проводом ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм. Слои провода периодически изолируют скотчем шириной 1 8 мм, в основном, для исключения проваливания витков. Завышенный диаметр провода увеличивает расстояние между крайними слоями, что исключает пробой изоляции высоким напряжением и повышает добротность катушек. Осциллограмма импульсов напряжения на коллекторе транзистора показана на З. В случае использования других сердечников необходимо путем экспериментов получить следующие индуктивности катушек: И — 0,12 мГн, 1.2 — 0,31 мГн, 13 — 44 мГн. Если ток потребления преобразователем превышает 0,75 А при максимальной яркости свечения, а форма импульсов отличается от показанных на З, то это свидетельствует о несогласованности внутренних сопротивлений генератора и БЭЛ. Причиной этого могут быть низкий коэффициент усиления транзистора, завышенная или заниженная индуктивность 1.3, заниженная или завышенная величина сопротивления 11 или 12. В этом случае может подгорать дорожка подстроечного резистора в одном из крайних положений.

В процессе экспериментов для повышения частоты следования импульсов с целью проверки возможности использования сердечников с меньшей магнитной проницаемостью в данную схему был установлен трансформатор со следующими данными обмоток: И — 10 витков, 1_2 — 20 витков, 1_3 — 420 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,35 мм. Форма импульсов получилась несимметричной, но с плоскими вершинами, в результате чего работа схемы оказалась довольно эффективной. Яркость свечения и потребляемый ток такие же, как и в предыдущем варианте, что подтвердило предположение о возможности экономичной работы транзистора в несимметричном режиме (длительность его открытого и закрытого состояния разная).

На фото в начале статьи показана описываемая схема в работе.

Для большей полноты решения вопросов применения простых схем автогенераторов для экономичного питания ЛДС и БЭЛ были проведены эксперименты по работе схемы, показанной на 2, с различными транзисторами п-р-п, сердечниками трансформаторов, ЛДС и БЭЛ.