Газорозрядне освітлення – від акумулятора
Під час автоподорожей життя в наметах добре зарекомендували себе перетворювачі для газорозрядних ламп. Батарейне освітлення – річ дуже дорога. Набагато дешевше використовувати як джерело енергії автомобільний акумулятор. Лампи розжарювання 10 або 15 Вт практично достатньо для освітлення всередині намету. У той же час, при одній і тій же енергії світловий потік від газорозрядної лампи значно більше, оскільки її ККД набагато вище, ніж у традиційної лампи розжарювання. Крім того, додаткова перевага газорозрядної лампи полягає в тому, що джерело світла – не точкове, так що освітлення буде більш рівномірним.
Наводжу опис двох перетворювачів для газорозрядних ламп; для обох необхідна напруга живлення 12В. Перший використовується для ламп потужністю 6 Вт, а другий - для ламп 18 Вт.
Мал. 1. Принципова схема перетворювача газорозрядних ламп 6 Вт
Перетворювач для газорозрядних ламп 6 Вт. Його важлива схема наведена на рис.1. Конденсатор С1 заряджається через резистори Р1 та R1. Коли напруга на конденсаторі досягає близько 0,6, відкривається транзистор Т1. Струм колектора створює з допомогою обмотки п1 магнітне поле. Під дією змін магнітного потоку в обмотці п2 індукується напруга, яка додається до напруги, що є на конденсаторі С1. Перебіг процесу забезпечується належним підключенням початку та кінця обмотки n2. Зі збільшенням струму бази транзистор Т1 виявляється у стані насичення; збільшення струму колектора припиняється. Разом з цим припиняється зростання магнітного потоку в осерді трансформатора. Якщо магнітний потік перестає змінюватися, індукована напруга не виникає. Струм бази транзистора Т1 різко падає. Внаслідок цьогозменшується і струм колектора. Як тільки магнітний потік починає зменшуватися, напруга, що індукується на кінцях обмотки зворотного зв'язку змінює полярність, тому воно віднімається з напруги на конденсаторі С1. Транзистор Т1 закривається. Внаслідок наявності позитивного зворотного зв'язку, процеси відкривання та закривання відбуваються дуже швидко. Описаний процес періодично повторюється. Частота коливань залежить від опору потенціометра Р1. Чим менший опір, тим більше струм зарядки і, отже, тим вища частота коливань. Розмір опору R2 визначає струм бази транзистора Т1. За допомогою цього опору коефіцієнт корисної дії блокінг-генератора можна налаштувати оптимальну величину. Форма сигналу на колекторі транзистора схематично показано на рис.2.
Мал. 2. Форма сигналу на колекторі транзистора T1
Трансформатор Тr намотується на феритовому сердечнику. У дослідному екземплярі приладу був використаний горщиковий (сегментний) сердечник з діаметром 26 мм, АL = 630, фірми Siemens. У цьому випадку частота коливань використаних газорозрядних ламп становила 40 кГц. Послідовність намотування обмоток трансформатора показана на рис.3. Обмотка nЗ забезпечує напругу запалювання для газорозрядної лампи. Ємність конденсатора С2 визначає величину струму, що протікає в лампі. Чим більша ця ємність, тим менший ємнісний опір ХС і, отже, тим більше струм, що протікає в лампі. Зі зростанням струму збільшується і величина світлового потоку, що випускається лампою.
Мал. 3. Послідовність намотоку обмоток трансформатора
Газорозрядна лампа є, насправді, заповнену газом розрядну трубку. У ньому з'являється газовий розряд низького тиску. УФ-випромінюванняперетворюється на видиме світло за допомогою люмінесцентного порошку, нанесеного на стінки лампи. Переваги газорозрядних ламп в тому, що їх термін служби набагато більше, ніж у ламп розжарювання, і при однаковій споживаній потужності кількість світла, що випускається (світловий потік), у люмінесцентних ламп також набагато більше.
Щодо роботи цих ламп необхідно звернути увагу на таке. Для збудження розряду потрібна так звана напруга запалювання. Після запалення розряду в міру збільшення струму необхідно знижувати величину напруги, що прикладається до клем лампи. При роботі лампи у звичайній мережі це завдання виконує послідовно з нею включений дросель.
У нашому випадку це забезпечується блокінг-генератором. Існує багато можливостей для запуску лампи. Суть методу "холодного запуску" в тому, що в момент підключення на лампу подається в 5. 10 разів більша напруга. Після запалювання лампи на ній виявляється напруга нормального горіння.
Другим, набагато надійнішим, є спосіб "гарячого запалення". У цьому випадку розігріваються нитки розжарення, що знаходяться на кінцях газорозрядної лампи; потім, у момент їх вимкнення, на лампу подається імпульс напруги, який її запалює. Час затримки забезпечується спеціальною лампою розряду, що тліє (стартером), який застосовується при використанні ламп в електромережі. Недолік цього в тому, що термін служби лампи зменшується. Іншим істотним моментом є те, що тривале напруження ниток лампи значно зменшує ККД перетворювача.
Усі ці моменти враховуються у транзисторному блоці запалювання. У момент включення незаряджений електролітичний конденсатор СЗ утворює своєрідне коротке замикання. Цей конденсатор починає заряджатися через резистор R4 таперехід база-емітер транзистора Т2. Виниклий під впливом струму бази струм колектора призводить до спрацьовування реле J. Контакти реле замикають електроди газорозрядної лампи, і вони розігріваються. Як тільки конденсатор СЗ заряджається, струм бази Т2 транзистора зникає. Реле розмикається; стрибок напруги, що виник на обмотці пЗ, запалює лампу. Резистор R3 сприяє повному закриванню транзистора Т2. Діод D1 захищає транзистор Т2 від індуктивних стрибків напруги, що виникають у момент вимкнення реле.
Мал. 4. Друкована плата перетворювача для газорозрядних ламп 6 Вт
Цей перетворювач має захист від підключення акумулятора з неправильною полярністю. При зміні полярності відкривається діод D3 та перегорає запобіжник Bi.
Мал. 5. Схема розміщення деталей перетворювача для газорозрядних ламп 6 Вт
Друкована плата перетворювача газорозрядних ламп 6 Вт наведена на рис.4; Схема розміщення деталей на ній показана на рис.5. Ті доріжки, якими проходить великий струм, повинні мати збільшену ширину і бути добре залужені. Для поліпшення тепловідведення між радіатором (рис.6) і транзистором Т1 наноситься тонкий шар силіконової мастила. У дослідному зразку було використано герконове реле з опором обмотки 1 ком на робочу напругу 12 (типу MGR04-А3). Звичайно, тут можна використовувати й інші реле з подібними параметрами. Щоправда, внаслідок іншого розташування висновків необхідно буде дещо модифікувати друковану плату. Щоб уникнути можливих пробоїв, висновки обмоток трансформатора ізолюються тонкими пластиковими трубками.
Мал. 6. Конструкція радіатора
Параметри трансформатора наведено у табл.1. Горщикоподібний сердечник пригвинчується до мідної платиабо алюмінієвим гвинтом. Між сердечником і друкованою платою міститься гумова прокладка - кріплення сердечника буде пружним, і він не тріскатиметься.
| n1 | 17 | 0,6 | Між обмотками n1 та n2 – ізоляція з двох шарів трансформаторного паперу 0,02 мм. |
| n2 | 4 | 0,35 | |
| n3 | 140 | 0,3 |
Перетворювач для газорозрядних ламп можна розмістити у пластмасовому корпусі. Щоб уникнути підключення перетворювача в неправильній полярності, доцільно встановити на кінці кабелю живлення роз'єм від "прикурювача".
Мал. 7. Принципова схема перетворювача газорозрядних ламп 18 Вт
Налаштування приладу дуже просте. На зібраний перетворювач подається напруга живлення 12 від блоку живлення або автомобільного акумулятора. Замірюється струм, що споживається, і за допомогою потенціометра Р1 його величина встановлюється рівною 200. 220 мА. В цьому випадку сила світла газорозрядної лампи буде значною. Робота перетворювача була перевірена лампами різних типів; у всіх випадках він працював нормально. Необхідно стежити, щоб напруга акумулятора знаходилась у діапазоні 10. 14 В; лампа запалюється надійно і її світловий потік не змінюється.
Мал. 8. Послідовність намотування обмоток трансформатора
Перетворювач для газорозрядних ламп 18 Вт. Його схема наведена на рис.7, і вона повністю така сама, як і схема на рис.1; відрізняються лише типи та номінали деталей. Звичайно, і принцип дії у них однаковий. Оскільки використовується лампа 18 Вт, транзистор, що перемикає, повинен бути більш потужним; горщикоподібний сердечниктрансформатор також має великі розміри. Послідовність обмоток трансформатора схематично показано на рис.8; число витків обмоток та діаметр дроту наведено в табл.2. Збільшення феритового осердя призвело до необхідності модифікації друкованої плати. Друкована плата перетворювача для газорозрядних ламп 18 Вт наведено на рис.9, а схема розміщення деталей на ній – на рис.10. Нитки розжарювання лампи 18 Вт мають велику площу, а тому для надійного запалювання необхідно більше часу, внаслідок чого резистор R4 має більший опір.
Мал. 9. Друкована плата перетворювача для газорозрядних ламп 18 Вт
Перетворювач для ламп 18 Вт налаштовується так само, як і для ламп 6 Вт. Потенціометром Р1 встановлюється струм 1,1. 1,3 А. У цьому випадку частота коливань перетворювача приблизно дорівнює 10 кГц, а лампа має значну світловіддачу. При такому налаштуванні та напрузі живлення в діапазоні 10. 14 В лампа надійно запалюється, а світловий потік практично рівномірний. Цей перетворювач був випробуваний з лампами різних типів та з усіма добре працював.
Мал. 10. Схема розміщення деталей перетворювача для газорозрядних ламп 18 Вт
| n1 | 12 | 0,9 | Між обмотками n1 і n2 - два шари ізолюючого трансформаторного паперу 0,02 мм; між обмотками n2 і n3 - три шари цього ж паперу |
| n2 | 4 | 0,4 | |
| n3 | 135 | 0,4 | |
| Сердечник: N22 AL600, діаметром 35 мм |
Rediotechnika Evkonyve 2000. Переклад А. Бєльського.