Лампа Світлодіодна УНІВЕРСАЛЬНА
Поки вчені приборкують швидкість світла, я вирішив приборкати непотрібні люмінесцентні лампи, переробляючи їх у світлодіодні. Компактні люмінесцентні лампи (КЛЛ) трохи йдуть у минуле, зі зрозумілих всіх причин: менша ефективність щодо світлодіодних, екологічна небезпечність (ртуть), ультрафіолетове випромінювання небезпечне для очей людини, та й недовговічність.
Як і у багатьох радіоаматорів, накопичилася ціла коробка цього «добра». Менш потужні можна використовувати як запчастини, ну а ті що потужніші, починаючи з 20W можна переробити під світлодіодні лампи та джерела живлення. Адже електронний баласт, це дешевий перетворювач напруги, тобто простий і доступний імпульсний блок живлення, яким можна живити прилади потужністю до 30-40W (залежить від КЛЛ), і навіть більше якщо міняти вихідний дросель і транзистори. Тим радіоаматорам, які проживають у віддалених місцях, або в певних ситуаціях, ці «енергозберігалки» виявляться корисними. Тож не поспішайте їх викидати після виходу з ладу - а працюють вони не довго!
У моєму випадку, приблизно рік тому (навесні 2014 р.), почавши експериментувати з електронним баластом, у пошуках корпусу під переробку у світлодіодну лампу, повертаючись увечері додому з роботи, мене осінило – побачивши на тротуарі банку з-під коли. Адже алюмінієвий корпус з-під 0,25L напою, якраз підходить як радіатор для розсіювання тепла світлодіодної стрічки. А також ідеально сідає під корпус КЛЛ «Vitoone» з цоколем Е27, на 25 W. Та й в естетиці непоганий!
Виготовивши кілька перероблених LED-ламп, я почав їх випробовувати за різних умов експлуатації. Одна з них працює у підсобному приміщенні у спеці та морозі (з вентиляційними отворами), інша у житловому приміщенні(без отвору у пластмасовому цоколі). Ще одна підключена до триметрової світлодіодної стрічки. Минув майже рік, і вони й досі безвідмовно служать! Ну, і враховуючи те, що на тему світлодіодів, статтею з'являється все більше і більше, довелося написати і про мою випробувану часом ідею.
Схема переробки КЛЛ на LED
Схем ситуації КЛЛ існує багато. У своєму випадку розглядав переробку ламп "Osram", "Vitoone", "Brilux", "Philips". Узагальнену схему переробленого електронного баласту компактної люмінесцентної лампи денного світла показано на малюнку. Вони мало чим відрізняються залежно від виробника, але принцип роботи цих імпульсних перетворювачів однаковий. Загалом, принцип роботи двотактного перетворювача напруга що складається з двох транзисторів n-p-n (VT1, VT2), полягає в перетворенні випрямленої мережевої напруги (VD1-VD4), високочастотне (близько 30kHz). Мережева напруга 220V проходить через запобіжник FU1 (або через низькоомний резистор, який відіграє роль запобіжника), випрямляється та фільтрується через дросель L4 та конденсатори C1, C6. Якщо ви хочете отримати більш потужний блок живлення, тоді доведеться перемотати L4 проводом більшого перерізу, і замінити діоди мосту (або діодну збірку) на більший струм! Обов'язково раджу міняти електролітичний конденсатор C1 – замість 4,7mF або 6,8mF на більш ємний конденсатор, виходячи з розрахунку вихідної потужності: 1mF на 1 W. Залишив на 10mF/400V, адже треба ще вмістити у корпус КЛЛ! Великі конденсатори на 47. 100mF можна знайти в старих одноразових фотоапаратах Kodak або в інших ДБЖ. Збільшення ємності конденсатора вхідного фільтра зменшить рівень пульсацій напруги на виході ДБЖ. Також, доведеться збільшити потужність резисторів убазових та емітерних ланцюгах VT1, VT2.
Запуск перетворювача відбувається за рахунок симетричного диністора VS1 та елементів D6, R1, C3, при відкриванні через диністор проходить імпульс на базу ключа VT2. Після запуску ця частина схеми блокується діодом D6. Через кожне відкриття транзистора VT2 конденсатор C3 розряджається і не дає повторного відкриття диністора. Транзистори збуджують тороїдальний трансформатор L1, з трьома обмотками в кілька витків: з них дві керуючі та одна робоча. Відкриття кожного ключа викликає наведення імпульсів у двох протилежних обмотках, а також у робочій обмотці. Змінна напруга з L1 надходить на L3 і далі на люмінесцентну лампу, яку ми прибираємо зі схеми. Коли лампа запалюється, транзистор VT1 відкривається і насичується сердечник L1. Зворотний зв'язок на базу призводить до закриття ключа. Потім відкривається VT2, який збуджується протилежно підключеною обмоткою L1 і процес повторюється.
Щодо транзисторів: можна залишити ті, що є (13003 корпус ТО-126, їх аналоги: MJE13003 або КТ8170А1), або використовувати із запасом потужності. Правильний вибір транзисторів визначить надійність генератора. Таким чином, для енергозберігаючих ламп потужністю до 7W рекомендується використовувати транзистори серії 13001, до 10W - 13002, для 15-20W -13003 з корпусом ТО-126, 25-40W - 13005 ТО-220, 48-6 - 13009 ТО-220 відповідно (остання цифра означає робочий струм транзистора). У моєму випадку перегріву транзисторів не відбувається і радіатор ставити не довелося. Рекомендую у разі нагрівання, міняти на щабель потужніше і міняти та перемотувати дросель L3. При великих навантаженнях осердя цього трансформатора може піти в насичення.
Далі – шунтуємо крайні штирі (їх 4) перемичкою, на які були підключені ниткирозжарювання лампи, і прибираємо конденсатор C5, він вже не знадобиться (дивимося схему та фото). Основа переробки полягає у додаванні вторинної обмотки на дросель L3. Первинна обмотка дроселя L3 містить приблизно 200-400 витків дроту діаметром 0,2 мм. Для цього виймаємо з плати дросель і розбираємо його методом нагрівання. Цього можна досягти за допомогою паяльника або промислового фена. Акуратно роз'єднуємо феритові часточки дроселя (за рахунок нагрівання матеріал, що клеїть, втрачає свої властивості). Якщо часточки розіб'ються, сердечник можна буде з'єднати скотчем або клеєм.
Зверніть увагу: дросель має бути без зазору! Якщо він є, його можна прибрати за допомогою напилка або «болгарки» (подібне вже робив, але не перестарайтеся).
Розібравши трансформатор, знімаємо вторинну обмотку, і її місці намотуємо приблизно 30-35 витків одножильного проводу (ПЕВ), діаметром 0,5-0,8 мм. Мені вдалося розмістити в дроселі від Brilux - 35 витків дроту загальним діаметром приблизно 0,7 мм, з'єднавши разом 3х0,23 мм. Також мотав інший трансформатор емальованим дротом 0,47 мм, але з меншою потужністю навантаження. Краще перемотати, і потім вже зі зібраного трансформатора відмотувати до потрібної напруги!
Між обмотками додаємо додаткову ізоляцію з трансформаторного паперу або в моєму випадку скотче. Отриманий таким чином трансформатор, залишається з відкритою вторинною обмоткою і впаюється на плату КЛЛ. Якщо вікно дроселя не дозволяє намотати вторинну обмотку або якщо потрібен блок потужніший, то знадобиться інший імпульсний трансформатор великих розмірів (наприклад від комп'ютерного блоку живлення або з інших високочастотних ДБЖ з феритом магнітною проникністю 2000НМ).
Тепер залишається додативипрямляч та навантаження у вигляді світлодіодної стрічки. Вихідний випрямляч можна робити за бруківкою або за схемою з нульовою точкою. Але це в тому випадку, якщо використовувати більш габаритний трансформатор для схеми з нульовою точкою. Як мостовий випрямляч я застосував високочастотні діоди КД213А (з максимальним струмом до 10А і робочою частотою до 100kHz) як найбільш дешеві для цієї конструкції. Вони чудово справляються з частотою та температурою (-60…+125°C). Хоча, для надійності, в одній з ламп (на 3-метровій стрічці) я додав як радіатор звичайні монети, прикріпивши їх до металевої поверхні діодів. На інших двох випрямний міст залишив без радіаторів, з невеликим зазором між ними (як це видно на фото). Також помаранчева лампа протягом майже року працює і без вентиляційних отворів у пластмасовому корпусі КЛЛ. Але це для своїх дослідів. А вам самим вирішувати, що робити – залежно від якого навантаження застосовувати до ДБЖ. Ставити на виході низькочастотний діодний міст, який використовується у звичайних мережних випрямлячах, не вдасться. На високій частоті він сильно грітиметься, незалежно від габаритів діодів. Можна обійтися і простим стабілізатором, але я додав до світильника роз'єм з вимикачем, щоб у критичний момент, мати під рукою джерело живлення на 12V/15. 30 W. Або доповнити зовнішнім стабілізатором, або підключивши до нього авто-зарядку для мобільних девайсів - забезпечити себе ДБЖ якого просто можна знайти, подивившись на стелю!
Ну все, приступаємо до збирання світильника. Беремо алюмінієву банку на 0,25L, згинаємо верхню частину всередину, попередньо розрізавши її на чотири половинки (як видно на фотографіях). Збоку робимо отвір для дроту, та клеїмо на банку 1м (1. 1,5 м) світлодіодної стрічки,так щоб між витками залишався просвіт, який працюватиме як радіатор.
Не раджу використовувати стрічку в «силіконі», вона має низьку тепловіддачу, дорожче в ціні, і до того ж дуже шкідлива для здоров'я людини; при нагріванні можна відчути неприємний запах випаровування цього пластику!
Використовуйте LED-стрічку з SMD світлодіодами на 5мм: 3528/12V/4,8 W/м-60шт/м, 3528/12V/9,6W/м-120шт/м, 5050/12V/12,8W/м-60шт /м, або 5050/12V/14,4W/м-60шт/м, з найбільшим кутом розсіювання та найбільшою світловіддачею люмен/метр. Їх можна буде в періоді експлуатації світильника, дуже просто прочистити щіткою та ремонтувати (наприклад – мені довелося пройти паяльником по одному із сегментів стрічки). Далі, у пластиковому корпусі КЛЛ, треба буде зробити невеликі виїмки розпеченим паяльником, щоб утримувати корпус банки. Вона просто буде сідати на клік. Це дасть можливість доступу до начинки світильника без додаткових інструментів. Інший кінець стрічки, склеюємо двокомпонентним швидковисихаючим клеєм або скотч-стрічкою.
Плату кріпимо до корпусу КЛЛ за допомогою термоклею («молекулярний клей») та ізолюємо накладками з ганчіркової ізоленти. Потрібно приділити особливу увагу цьому моменту складання, прикріплюючи плату пристрою так, щоб залишався зазор між металевим корпусом банки та платою. Адже апарат знаходиться під змінною мережевою напругою, небезпечною для життя! Далі, ще раз, ретельно перевіряємо всі елементи нашого девайсу. Незабутній ізолювати всі дроти термозбіжним кембриком, щоб уникнути коротких замикань. На металеву поверхню діодів можна залити пару крапель клею, щоб виключити контакт із корпусом алюмінієвої колби.
А ось, для того щоб подивившись на стелю можна було б знайтиджерело живлення або у разі відключення електроенергії, джерело світла на 12 вольт, треба буде не полінується і додати до лампи кілька деталей. По-перше, робимо отвір у днищі банки під гніздо, як це показано на фотографіях. Гніздо та штекер будь-який, можна і з контактами вимкнення. Тут використовував А/V конектор, тому що якщо під рукою не виявиться штекер, можна було легко закріпити дроти на корпус і в центральний отвір гнізда.
Лампу можна підключити до автомобільного акумулятора або будь-якого іншого з напругою 9-12V і використовувати як автономне джерело світла. Таким чином, ми маємо універсальний девайс, який виявиться незайвим у поїздках, на роботі та вдома, а в деяких обставинах – єдиним рішенням.
Тепер кілька слів про випробування. На світлодіодній стрічці завдовжки 3 м (3528/12V/4,8 W/м-60 шт/м) – споживана потужність переробленого ДБЖ була близько 20W. На світильниках із алюмінієвих банок – близько 12-13W (11,5V). Без навантаження показання були за 14,8V - P=2,5-2,9W. Максимально вдалося зняти навантаження з переробленого КЛЛ/25W – приблизно 28W, але трансформатор при цьому перегрівається (+70…75°C).
Температура трансформатора в лампах з під банок досягала близько 60°C, світлодіодів = 50…60°C, діодів моста (КД213А) = 50°C. Пожежна безпека при таких показаннях, думаю забезпечена. Вага даного світильника складає 90 г, другого – 105 грам. За рахунок низької ваги та невеликих габаритів, лампа підійде до більшості люстр, бра та інших освітлювальних приладів. Також, для освітлення коридорів та підсобних приміщень.
Орієнтовний ККД пристрою -77-85%. Розрахунок виходить з даних роботи ДБЖ без навантаження (P=2,5-2,9W), та знавантаженням (13W/12,5V). Споживання струму – близько 800 мА. Відповідно, не можна порівняти цей девайс із пленарними імпульсними перетворювачами. Але це краще, ніж живити LED-світильник від важких трансформаторних перетворювачів або конденсаторних схем, без гальванічної розв'язки з невеликою потужністю.
Якщо хочете, можете доповнити пристрій стабілізатором струму, щоб продовжити термін служби світлодіодів та використання як живлення різних гаджетів. Також можна доповнити його фільтром живлення, залежно від конкретного застосування.