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

Выходное напряжение, В.......12
Выходной ток, А .......0,6
Напряжение сети, В.......180...250
Габаритные размеры, мм .......60x25x15

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 распространенных деталях и иметь высокий КПД. Кроме того, к нему еще 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 защищен 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 R1 ограничивает ток зарядки конденсатора фильтра С1, а также используется в качестве предохранителя. Резистор R2 задает начальный ток базы коммутирующего транзистора VT2. Стабилитрон VD9, оптопара U1, транзистор VT1, 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 VT2, 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. Схема блока питания

Все детали смонтированы на печатной плате, чертеж которой показан на рис. 2. Для уменьшения габаритов блока часть элементов (R2, R3, R5-R8, C3) 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 трех соединенных последовательно резисторов сопротивлением 1 МОм. Транзистор MJE13003 можно заменить транзистором ST13003. Взамен транзистора BC847 можно применить маломощный транзистор для поверхностного монтажа с допустимым током коллектора не менее 50 мА и коэффициентом передачи тока более 50.

Рис. 2. Чертеж печатной платы и расположение деталей на ней

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 применен 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 II - 18 витков такого же провода, последней - обмотка III, содержащая 28 витков провода ПЭВ-2 0,28. Каждый слой обмотки I отделен 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 ее покрывают лаком.

Для налаживания блока потребуются мультиметр, осциллограф, развязывающий трансформатор с выходным напряжением около 150 В (например, ТАН-17-22050) 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, придется 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 ^оС. 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. Форма напряжения на датчике тока

Желательно проверить работу блока без цепи стабилизации - для этого временно замыкают выводы 1 и 2 оптопары U1, причем обязательно при подключенной нагрузке или ее 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. Внешний вид блока питания, установленного в корпус настольной лампы

Литература

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

Автор: Е. Герасимов

Обсудить на форуме