Андрей Кашкаров - Занимательная электроника. Нешаблонная энциклопедия полезных схем
Долговременность работы (и, косвенно, надежность лампы) связана с количеством включений/отключений и температурой окружающего воздуха. К примеру, могу ответственно констатировать на моем экспериментальном примере, что при температуре воздуха ниже -10 °C световой поток снижался почти в 2 раза (фиксировалось визуально).
Очевидно также, что применение таких ламп на улице, для освещения придомовой территории и подсобных помещений, где температура мало отличается от уличной, неэффективно в условиях суровых зим, поэтому сегодня для уличного освещения применяют экономичные светодиодные, а также «не энергосберегающие» ртутные и натриевые лампы. Бесспорным плюсом можно считать лишь то, что энергосберегающие лампы пожаробезопасны относительно ламп накаливания, поскольку температура их колбы при работе не превышает 60 °C.
В качестве электронных ключей (усилителей тока) в балластах небольшой мощности (до 15 Вт) применяются мощные биполярные транзисторы (они видны на рисунке 2.20 в центре печатной платы и сразу справа от высокочастотного трансформатора) с минимальным уровнем потерь мощности (до 0,5 Вт на транзистор). Это транзисторы BUL45D2, BUL38D, BUL39D, MJE18004D2, MJE13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009. Мощные биполярные транзисторы типа MJE18004D2, MJE13003, MJE13005, MJE13007, MJE13009 (последние – фирмы Motorola) выпускают многие зарубежные фирмы-производители, поэтому вместо аббревиатуры MJE могут присутствовать в маркировке транзистора символы ST, PHE, KSE, HA и другие.
Типичная неисправность ЭПРА заключается в том, что если эксплуатировать такой светильник даже с лампой небольшой мощности (8 Вт) для подсветки аквариума в режиме 12 часов в сутки, то он выходит из строя через полгода-год эксплуатации. А между тем и ЭПРА, и сами энергосберегающие лампы могли бы служить дольше…
2.4.1. Восстановление перегоревших энергосберегающих ламп
Как правило, большинство перегоревших энергосберегающих ламп «больше не зажигаются» из-за перегорания одной или обеих разогревающих нитей (накала) – контакты на торцах стеклянной трубки; такую неисправность можно выявить обычной «прозвонкой» с помощью тестера. Но на практике они перегорают не одновременно.
С большой вероятностью можно утверждать, что часто перегорает одна из спиралей (нитей) накала.
Установив обрыв тестером, на плате электронного балласта – ЭПРА надо замкнуть контакты, идущие к неисправной спирали (поскольку в электрической схеме нити накала энергосберегающей лампы соединены последовательно), и лампу, и балласт, подав питание, можно использовать дальше в течение довольно длительного времени, что также экономит семейный бюджет.
2.4.2. Устранение других неисправностей
Недостатком ЭПРА является наличие сквозных токов через силовые транзисторы. Во время работы транзистор периодически открывается одновременно с началом закрывания второго открытого транзистора в момент насыщения трансформатора. Поскольку открывание транзистора происходит быстрее, чем его закрывание, в переходный момент времени (длительностью примерно 1 мкс) оба транзистора, включенные в разные плечи моста ЭПРА, оказываются открытыми. Ограничительные резисторы в эмиттерных цепях транзисторов MJE13003 (и аналогичных) защищают их, но, как показала практика, не всегда. Устанавливать же вместо транзисторов MJE13003 другие возможные аналоги с малым сопротивлением насыщения, более мощные, к примеру MJE13007, нецелесообразно, так как такая замена скажется на надежности устройства в еще худшую сторону.
Я сталкивался и с другими типичными неисправностями ЭПРА:
1. Выход из строя одного (или обоих) ключевых транзисторов типа MJE13003. Пробой транзисторов влечет за собой пробой двух из четырех элементов выпрямителя, реализованного на диодах типа 1N4007.
2. Пробой, потеря емкости или обрыв оксидного конденсатора, установленного в схеме для фильтрации питающего напряжения. Напряжение на обкладках оксидного конденсатора в данном случае порядка 200 В, емкость в диапазоне 2–6 мкФ.
Китайский производитель (VITO, Ferron и другие) устанавливает, как правило, самые дешевые пленочные конденсаторы, не сильно заботясь о температурном режиме и надежности устройства. Оксидный конденсатор в данном случае применяется в устройстве ЭПРА в качестве высоковольтного фильтра питания (установлен параллельно), поэтому должен быть высокотемпературным (105 °C).
При цене светильника в 200 рублей (вместе с ЭЛ, отдельно она стоит от 20 до 50 руб.) проще заменить его полностью, купив такой же новый, нежели выкраивать время для поездки в магазин радиотоваров, покупать оксидный конденсатор соответствующего номинала за 50 рублей, ехать домой, тратить время на ремонт.
Несмотря на рабочее напряжение, указанное на таком конденсаторе, 250–400 В (с запасом, как и положено), он все равно «сдает».
Что можно рекомендовать?
Транзисторы MJE13003 рассчитаны на максимальное напряжение Umax=400 В, максимальный постоянный ток коллектора Zmax k=1,5 А, максимальный импульсный ток коллектора =3 А, напряжение насыщения коллектор-эммитер инкэ=5 В. Ток, потребляемой энергосберегающей лампой мощностью 8 Вт, составляет 180 мА. Поэтому очевидно, что транзисторы данного типа выходят из строя не от теплового пробоя, а в момент зажигания лампы, при импульсном броске тока.
Гораздо лучшей заменой в данном случае, обеспечивающей запас надежности ЭПРА, или электронного балласта, является замена данных транзисторов на (как ни странно) отечественные аналоги КТ8175А, КТ8181А, КТ8182А, КТ8108А, КТ8136А, КТ859АМ1. Особенно рекомендую замены КТ8108А, КТ8136А, так как эти мощные биполярные транзисторы заметно превосходят устанавливаемые в ЭПРА производителем MJE13003 по всем важнейшим электрическим характеристикам (см. выше).
Вышедшие после пробоя транзисторов диоды выпрямителя типа 1N4007 можно заменить такими же или аналогичными по электрическим характеристикам, например, отечественными диодами КД105В, КД105Г.
Что сделать, чтобы восстановить «перегоревшую» энергосберегающую лампу? Как уже было отмечено выше, важной и полезной отличительной чертой энергосберегающих ламп относительно «старых» ламп накаливания считается то, что первые будут работать и при обрыве нити подогрева (накала). Главное, что необходимо для зажигания газа внутри лампы, – это относительно высокое напряжение – 200–300 В.
На рисунке 2.21 представлена электрическая схема ЭПРА (электронного балласта) светильника для энергосберегающей лампы (11 Вт), которой можно заменить неисправный ЭПРА (если вы не сумели его восстановить приведенным выше простым способом); такой схемы также достаточно для подсветки в салоне автомобиля и в сумерки на природе. Устройство пригодится везде, где отсутствует сетевое напряжение 220 В.
Рис. 2.21. Электрическая схема преобразователя
Схема проста в повторении и содержит минимум деталей.
Принцип работы устройства. Устройство состоит из генератора прямоугольных импульсов, реализованного на популярном таймере КР1006ВИ1. Микросхема включена по стандартной схеме автогенератора; частота импульсов – около 30 кГц.
На выход микросхемы D1 нагружен мощный полевой транзистор, работающий в ключевом режиме и повышающий трансформатор. Транзистор открывается с каждым положительным фронтом импульсов с выхода микросхемы D1. В качестве Т1 используется промышленно изготовленный трансформатор HDBKEE2201A. Вместо указанного на схеме типа Т1 можно применить другой, с аналогичными электрическими характеристиками. Первичная обмотка должна меть сопротивление постоянному току 110–300 Ом, а вторичная обмотка– соответственно 12–15 Ом. Соотношение сопротивления обмоток 1:20. Можно подбирать трансформатор для этой схемы по другому пути.
О деталях и налаживании. Среди трансформаторов на рабочее напряжение 220 В нужно выбрать ток, который на вторичной понижающей обмотке без нагрузки выдаст переменное напряжение 6–8 В.
Потребляемый от источника питания ток не превышает 200 мА. Все постоянные резисторы – типа МЛТ-0,5, конденсаторы С1 – типа К50-29, С2, С3 – типа КМ, С4 – марки КБП-Ф или К73-11.
Схема в настройке не нуждается, и при исправных элементах и правильном монтаже устройство начинает работать сразу. В процессе эксплуатации трансформатор Т1 будет издавать тихий свист и может нагреваться до температуры 30–40 °C.
Паять полевой транзистор VT1 следует, соблюдая меры предосторожности; пайка каждого вывода – не более 2 с; паяльник необходимо заземлить.
Элементы схемы монтируются на макетной плате. Напряжение питания схемы (11–14 В) подключается через разъем типа РП10-5 или аналогичный.
2.5. Бесконтактный сигнализатор для двери типа «купе»
Для контроля открывания двери шкафа-купе, установленного в квартире, я использовал несложную электрическую схему устройства, позволяющего контролировать состояние охраняемого объекта на расстоянии до 1 м посредством отраженного инфракрасного (далее – ИК) луча (схема представлена на рисунке 2.22).
