Меню

Стабилизатор напряжения для лампы накаливания

Простой, удобный прецизионный стабилизатор накала для лампового УМЗЧ

Конструируя блок питания для лампового усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) высокого качества, вопросам выбора, проектирования блока питания (БП) следует уделять также значительную часть своего времени и внимания, особенно, это касается однотактных выходных каскадов, где сигнальные токи проходят и через элементы БП.

Хороший способ повысить параметры усилителя – применение стабилизации напряжений питания. В усилителях мощности это позволит менее зависеть от сетевых капризов, снизить уровень фона, безопасно использовать лампы в режимах близких к предельным, уменьшить массу и габариты прибора. В некоторых специальных малосигнальных усилителях ЗЧ (например, микрофонных, предварительных или усилителях-корректорах для воспроизведения грамзаписи), часто, стабилизация питания – единственный способ получит приемлемый уровень шумов. Следует, однако, помнить, что необходимо стабилизировать все напряжения питания (а минимум их два — в триодном каскаде с автоматическим смещением — +Ua, и напряжение накала). В противном случае, при изменении сетевого напряжения изменится и нестабилизированное напряжение (а часто забывают именно о стабилизации напряжения накала), что вызовет изменение других важных параметров лампы. При этом есть хорошие шансы на выход лампы за предельно допустимые режимы, не говоря о расчетных. Т.е. следует стабилизировать и накал ламп.

Помним, что прямонакальные лампы с катодом-нитью рекомендуют нагревать переменным током, так они равномернее изнашиваются и ресурс их выше. При питании накалов таких ламп постоянным током, при каждом включении прибора лучше менять его полярность.

С лампами маломощными, в предварительных каскадах усилителя, обычно преотлично управляются классические КРЕН-LM. Нити накаливания парных или просто одинаковых ламп удобно соединить последовательно и использовать напряжение -12.6 В. «Вольтдобавка» к стандартным напряжениям микросхем получается включением кремниевого (+0,6…0,8 В) или германиевого (+0,2…0,3 В) диода в разрыв среднего вывода микросхемы. Тем не менее, у этих микросхем есть ряд недостатков ограничивающих их применение, особенно для ламп выходных каскадов с токами накалов выше 1 А.

Представленный несложный стабилизатор накала взят с сайта Клаусмобиль и свободен от многих недостатков присущих аналогам.

-Входное напряжение (переменное) 11 .. 24 V
-Выходное напряжение регулируется от 6.0V (R4, R5 как на схеме) или от 2.5V up (R4=0)
-Минимальное падение напряжения зависит только от сопротивления канала (до 0.07 В/А с IRFP150. Впрочем, это уже не режим стабилизации)
-Предельный ток нагрузки — практически, зависит только от теплоотвода.
-Выходное сопротивление по постоянному току (включая 30 см проводки сечением 0.5кв.мм.) 0.01 Ом
-Схема стабильна на любые реальные нагрузки
-Мягкий старт (задержка включения 0.5с + плавное нарастание до 12В за 1с)
-Шум на выходе — не смог обнаружить (ток нагрузки 1А, падение на транзисторе 0.5В, мультиметр 200мВ, 4 знака)

В реальной схеме номиналы изменены: C03, C04 1000мкФ 35В, С05 2200 мкФ 25В, R2 1kOm 1Вт. Заземляться может как выход 0V, так и +12V, и средняя точка накальных нитей, и вывод (не силовой!) +6V. Как с шумами в схеме получится, так и заземлять. Диоды главного моста — 10 А, диоды умножителя — любые 100В, 1А минимум.

Что потребовалось для работы.

Набор инструментов и материалов для изготовления печатной платы (ПП), набор инструментов для электромонтажа, измерительные приборы, мелочи.

Печатная плата стабилизатора разработана в программе Sprint-Layout. Было изготовлено две отдельных платы стабилизаторов +12.6 В (последовательно соединенные накалы выходных ламп, последовательно соединенные накалы маломощных ламп) устанавливаемых на общем радиаторе. Оба имеют одинаковую конструкцию и элементы, только второй экземпляр с несколько измененной топологией для более удобного монтажа R6-R8, С7,С8. Размеры и компоновка плат определялись их расположением в конструкции. Регулирующие транзисторы – IRF540 смонтированы навыворот, со стороны печатного монтажа и при установке на радиаторе охлаждения прижимаются к нему спиной — металлическими фланцами. Все выводы схемы для внешнего сообщения с усилителем сделаны с учетом одностороннего доступа к плате.

ПП получилась простой и без SMD элементов, при ее изготовлении применен ручной способ нанесения лакового защитного рисунка – стеклянным рейсфедером.

Заготовка фольгированного стеклотекстолита зачищалась от окислов, на нее накладывался и закреплялся (отгибы, липкая лента с обратной стороны) рисунок дорожек, центры отверстий накернивались, рисунок удалялся. Заготовка сверлилась сверлом ø1,0 мм, отверстия для более крупных элементов рассверливались сверлом 1.5 мм, для крепежа ø3 мм. Просверленные отверстия зачищались некрупной наждачной бумагой от заусенцев.

Рисунок наносил битумным лаком, высохший ретушировал шилом, травил в растворе хлорного железа.

Защитный лак после травления удалил ацетоном, дорожки залудил.

Сборка платы.

Большой оксидный конденсатор (С1,С2) положил на бочок и закрепил двумя скобочками из нетонкой луженой проволоки. Для уменьшения общей высоты платы. Многие двухвыводные элементы устанавливал торчком, это кроме прочего позволило иметь удобные точки для внешнего подключения (учитывая трудность доступа к обратной, печатной стороне).

Регулирующий транзистор установлен со стороны печатного монтажа, металлическим фланцем к радиатору. При установке платы, винты крепежа (по оси пластиковой части транзистора) надежно прижимают его к теплоотводу.

Пробное включение.

В собранной плате проверил правильность монтажа, подключил к штатному трансформатору будущего усилителя. На холостом ходу переменным резистором R5 установил 12 В, затем подрегулировал под нагрузкой. Ею послужила ГУ-50 с кривой электродной системой (накал 12 В). Никаких неожиданностей не было, все работает штатно. При токе накала около 700 мА нагрев железки в районе установки транзистора – едва заметен на ощупь.

Читайте также:  Регулятор напряжения от скутера альфа

Сборка блока выпрямителей-стабилизаторов.

Для натурного макета усилителя собрал блок выпрямителей-стабилизаторов. Радиаторы штатные, крепления (боковые стенки) пока упрощенные. Для установки на деревянное шасси и испытаний-настройки. После отработки схемы, ее придется разобрать для отделки элементов, изготовления и монтажа дополнительных декоративных. Попробую изобразить некую техническую фантазию.

Платы стабилизаторов накала и плата с двумя стабилизаторами анодного напряжения размещены на разных, но одинаковых алюминиевых игольчатых радиаторов. Размещение с учетом высоты элементов плат, так, чтобы уменьшить толщину сборки. Под металлические фланцы регулирующих транзисторов подкладывается слюдяная пластинка, с двух ее сторон – чуток КТП-8.

Две временных боковых стенки вырезаны из оцинкованной стали, в торцах оснований радиаторов просверлены по три глухих отверстия 2.5 мм, нарезана резьба М3. Все как обычно – два номера метчиков, оборот вперед-пол оборота назад для скалывания стружки. При нарезании резьбы в алюминии, в качестве смазки используется керосин. Метчики удобно отчищать от забившейся мелкой стружки старой зубной щеткой.

Блок стабилизаторов будет стоять на верхней панели усилителя рядом с сборкой трансформаторов (в кожухе). Они одинаковой высоты. Трансформаторы (накал сверху, внизу анодное) применены на однотипных магнитопроводах, они удобно ставятся друг на друга и свинчиваются через крепежные отверстия.

Источник

Почему перегорает лампа накаливания и как продлить ей жизнь

Несмотря на бурное развитие энергосберегающих технологий, старая добрая лампа накаливания продолжает широко использоваться. Поэтому продление срока ее службы – весьма актуальная задача даже сегодня. Почему лампочка Ильича служит так недолго и можно ли продлить ей жизнь?

Конструкция и принцип работы

Для того чтобы решить вопрос по продлению жизни лампы накаливания, необходимо четко представлять ее конструкцию и принцип работы.

Конструктивно любая лампа накаливания независимо от типа, мощности и назначения представляет собой стеклянную колбу, заполненную инертным газом. В колбе на токопроводящих держателях крепится так называемое тело накала – спираль из тугоплавкого металла. Обычно это вольфрам или его сплавы. К колбе крепится цоколь – он позволяет быстро подключить прибор к сети.

При подаче на лампу напряжения спираль накаляется и начинает ярко светиться. Инертный газ не позволяет спирали окислиться и тут же сгореть. Вроде все просто и должно быть долговечным. Но это не совсем так. Точнее, совсем не так.

Благодаря инертному газу спираль действительно почти не окисляется, но из-за высокой температуры вольфрам испаряется и оседает на стенках колбы. Со временем спираль утончается и, наконец, перегорает — лампу можно выбросить. Причем срок жизни прибора не особо и велик – в районе 1 000 часов.

Это одна из причин выхода лампы накаливания из строя. Но есть еще одна, причем немаловажная. Любой проводник изменяет свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Чем нагрев сильнее, тем сопротивление выше.

Если ради эксперимента измерить сопротивление холодной спирали лампочки накаливания, то можно получить очень любопытный результат. Сопротивление холодной 100-ваттной лампы будет равняться 38 Ом.

Сопротивление тела накала 100-ваттной лампы

Согласно закону Ома при таком сопротивлении и напряжении питания в 220 В ток через лампу будет равняться:

I = U/R =220/38 = 5.8 А

Потребляемая мощность составит соответственно:

P = I*U = 5.8*220 = 1 276 Вт

Но на лампочке написано 100 Вт, а не 1 270! В чем подвох? Он как раз в том, что холодное тело накала имеет электрическое сопротивление в 10 раз ниже номинального! Когда спираль прогреется, ее сопротивление станет нормальным и прибор выйдет на штатный режим, потребляя все те же 100 Вт.

Но проблема состоит в том, что в момент включения спираль холодная и лампа потребляет более киловатта, хотя рассчитана на мощность вдесятеро меньшую. Очень часто спираль не выдерживает такого токового удара и сгорает. Особенно часто это происходит при утончении тела накала после длительной работы.

Как продлить жизнь?

Прежде всего, рассмотрим первую причину выхода прибора из строя – перегорание спирали из-за ее утончения. Для того чтобы решить эту проблему, достаточно уменьшить на приборе напряжение. В этом случае спираль будет работать с недонакалом и, естественно, проживет много дольше. Как уменьшить напряжение, если в сети оно постоянно держится на одном уровне? Ставить громоздкий понижающий трансформатор?

Это неоправданно дорого, да и технически трудновыполнимо – придется либо питать все лампочки от отдельной линии, либо ставить трансформатор на каждый светильник. Но можно обойтись и более простыми и бюджетными решениями.

Питание через диод

Как известно, большинство бытовых приборов, включая осветительные, питается от бытовой сети 220 В. Напряжение в сети переменное, то есть плавно изменяет свой знак 100 раз в секунду.

График, поясняющий понятие переменного напряжения

Что будет, если в этой синусоиде срезать одну полуволну?

Синусоида со срезанной полуволной

Очевидно, что действующее напряжение уменьшится вдвое, что и требуется для решения поставленной задачи. А срезать одну полуволну можно обычным диодом – ведь он пропускает ток только в одном направлении. Итак, чтобы уменьшить питающее лампу напряжение вдвое, достаточно включить ее через диод. При этом полярность включения полупроводника роли не играет – абсолютно не важно, верхняя или нижняя полуволна будет срезана.

Схема подключения лампочки через диод

В результате лампа будет питаться пониженным напряжением и прослужит в десятки раз дольше. Схема предельно простая и ее сможет собрать практически каждый, кто знаком с основами электротехники. Но она, увы, имеет существенные недостатки. Во-первых, спектр излучения спирали, работающей практически в полнакала, сдвинется в «красную» сторону. То есть свет такой лампы будет тускло-желтым и неприятным.

Читайте также:  Подавитель напряжения переходного процесса

Ну а во-вторых, после срезания одной полуволны частота питающего напряжения снизится вдвое и упадет до пятидесяти герц. Это не только неприятно, но и сильно утомляет глаза. Таким образом, за простоту схемы придется платить достаточно высокую цену. Поэтому использовать подобный вариант стоит лишь в местах, где редко бывают люди и не занимаются серьезной работой – на лестничных площадках, в кладовых и т.п.

Можно ли как-то обойти эти проблемы, не усложняя при этом схему? Первую проблему – желтый неприятный свет – обойти можно лишь частично. А вот второй вопрос решить можно.

Схема с гасящим конденсатором

Любой конденсатор, работая в цепях переменного тока, обладает некоторым реактивным сопротивлением тем большим, чем ниже частота напряжения и меньше емкость конденсатора. Причем сопротивление это будет действовать на обе полуволны.

Ограничение амплитуды синусоиды гасящим конденсатором

Поскольку напряжение в сети переменное, то включив последовательно с лампой конденсатор соответствующей емкости, можно снизить питающее напряжение без снижения частоты. Мерцание, появившееся при использовании диода, в этом случае не появится.

Схема подключения лампочки через гасящий конденсатор

Что касается яркости, то ее можно регулировать в широких пределах практически от 0 до 90-95%. Это очень удобно. Если снизить напряжение на лампе не вдвое, а, к примеру, всего на 10-20%, подобрав соответствующий конденсатор, то желтизна и снижение светового потока будет не так сильно заметно, а лампа прослужит пусть не так долго, как с диодом, но все равно много дольше, чем при включении напрямую.

Как подобрать гасящий конденсатор? Сделать это совсем не сложно – достаточно воспользоваться калькулятором и парой формул. Прежде всего, необходимо рассчитать ток через лампу при желаемом напряжении:

  • I – эффективный ток через лампу;
  • P – мощность, которую будет потреблять лампа при напряжении U;
  • U – желаемое напряжение.

Для того чтобы узнать, какую мощность будет потреблять лампа при пониженном напряжении, решим простую пропорцию:

Pном/U1 = P/U2 или P = U2*Pном/U1

  • Pном – мощность лампочки при номинальном напряжении;
  • U1 – номинальное напряжение питания лампочки;
  • P – мощность, потребляемая лампой при желаемом напряжении;
  • U2 – желаемое напряжение питания лампочки.

На самом деле зависимость мощности от напряжения нелинейна – при снижении напряжения тело накала будет нагреваться слабее, а значит, его сопротивление станет понижаться. Таким образом, реальная потребляемая мощность будет несколько выше расчетной.

Теперь нам нужна формула, приведенная ниже:

Почему перегорает лампа накаливания и как продлить ей жизнь

· C – емкость гасящего конденсатора;

· f – частота питающей сети;

· U – напряжение питающей сети;

· Uвых – желаемое питающее напряжение лампы;

· I – эффективный ток через лампу (см. первую формулу).

Происходит ли экономия электроэнергии?

Можно ли продлив срок службы лампочки подобными схемами, заодно и сэкономить электроэнергию? На первый взгляд можно – ведь лампа будет потреблять меньшую мощность. На самом деле при таких схемах произойдет не экономия, а перерасход!

Если понизить питающее напряжение лампы накаливания вдвое, то световой поток, создаваемый ею, упадет примерно в 4 раза! То есть, чтобы получить такой же световой поток, как у стоваттной лампы, необходимо использовать 4 таких же лампочки, включенные через диоды. Нетрудно подсчитать, что расход электроэнергии при таком раскладе увеличится ровно вдвое.

Использование плавного включения

Итак, использование диодов и конденсаторов действительно позволяет существенно продлить срок службы ламп накаливания, но, несмотря на свою простоту, в таких решениях больше минусов, чем плюсов. Есть ли оптимальный вариант? Безусловно. Поскольку лампы накаливания чаще всего сгорают от токового удара, для решения проблемы достаточно от него избавиться. Необходимо устройство, подающее напряжение на световой прибор после включения не мгновенно, а с постепенным увеличением.

Такое устройство при желании и умении можно собрать – схем в сети Интернет есть множество. Но для неспециалиста в радиоэлектронике проще воспользоваться так называемым УПВЛ – Устройством Плавного Включения Лампы.

Устройство плавного включения лампы

Найти этот прибор можно практически в любом соответствующем магазине, и стоит он относительно недорого. Если включить его последовательно с лампочкой, то напряжение на ней при подаче питания будет увеличиваться постепенно и токового удара не произойдет. Единственно, выбирая УПВЛ, необходимо проследить, чтобы оно было рассчитано на работу в сети 220 В, а мощность должна быть не меньше мощности используемой лампы.

Есть и еще один вариант – диммер, позволяющий регулировать освещенность в комнате по своему желанию. Включается свет таким диммером плавно, так что токового удара не произойдет и в этом случае. Кроме того, покупая диммер, мы получаем дополнительное удобство – возможность изменять освещение в комнате по своему усмотрению.

Источник



Как правильно выбрать стабилизатор напряжения для люстры?

Перепады напряжения электрического тока в сети влекут за собой неприятные последствия: моргание света, сокращение срока эксплуатации ламп и даже поломку осветительных приборов и прочей техники. Во избежание этого при установке освещения рекомендуется использовать стабилизатор напряжения для люстры.

Стабилизатором напряжения называется устройство, которое при подключении в сеть выравнивает напряжение и подаёт его к приборам со стабильными характеристиками, вне зависимости от его скачков и прочих факторов. Для обеспечения качественного электропитания стоит разобраться, какие бывают стабилизаторы. Кроме того, для правильного выбора потребителю следует знать, какие параметры имеют первостепенное значение в работе устройства.

Читайте также:  Тип стабилизатора напряжения трансформаторный

Как правильно выбрать стабилизатор напряжения для люстры?

Виды стабилизаторов

  1. Симисторные. Самый распространённый вид, оборудованы микроконтроллером для отслеживания всех процессов. После измерения величины напряжения на входе, посредством симисторов(полупроводников) производится перераспределение напряжения между обмотками трансформатора. Отличаются низким уровнем шума, высоким коэффициентом полезной деятельности, высокой скоростью реакций.
  2. Релейные. Регулируют напряжение посредством ступеней — силовых реле. Работают даже при отсутствии подключенных приборов, обладают высоким уровнем стойкости к сетевым перегрузкам.
  3. Сервоприводные. Посредством сервопривода производится контроль движения бегунка вдоль трансформаторных витков, обеспечивая стабильный уровень напряжения. Данный вид отличает низкая стоимость, однако большое количество механических узлов делает их ненадёжными.

Виды стабилизаторов

Ввиду того, что требования разных производителей электроприборов могут значительно различаться, точных параметров выбора стабилизатора для определённого типа прибора не существует, однако есть среднее значение. Так для защиты люстры и прочих осветительных приборов необходимо выбирать стабилизатор с точностью от трёх процентов и плавным регулированием (сервоприводные или симисторные).

Такую осветительную аппаратуру, как прожекторы,софиты, люстры – рекомендуется подключать через стабилизатор, обладающий точностью 3 %. Чем выше точность стабилизации, тем меньшим будет разброс выходного напряжения и видимое изменение интенсивности света при резких перепадах напряжения на входе.

Количество фаз

Стабилизаторы напряжения бывают однофазные, либо трёхфазные. Первые устанавливаются в помещениях, оборудованных однофазной сетью, вторые — при подключении дома к электрической сети с напряжением 380 В. Однофазное устройство подойдёт и для трёхфазной сети, если соблюдать условие установки отдельного устройства на каждую фазу.

Выбирая стабилизатор отдельно для люстры, можно остановиться на однофазном. В таком случае достаточно знать схему подсоединения в сеть и показатели мощностей: пиковой и номинальной (данные имеются в паспорте прибора).

Важные параметры

Важные параметры

Правильно подобрать стабилизатор для люстры можно, ориентируясь на следующие параметры:

  • Выходное напряжение, его точность — измеряется в процентах. Диапазон напряжения на выходе для каждого стабилизатора строго определён, а максимально возможные его отклонения характеризуются точностью. Наиболее высокий процент точности является отличной характеристикой этого параметра.
  • Входное напряжение — определяется в двух диапазонах (рабочий и предельный). Значение рабочего диапазона указывает на то, какое напряжение необходимо для исправного функционирования устройства. Предельный диапазон характеризует значение напряжения на входе, при котором устройство сможет функционировать, используя максимум своих возможностей. Стоит учитывать, что подобный режим работы не сможет качественно защитить подключенные устройства от перепадов напряжения в электрической сети.

Также в настоящее время производится разработка моделей со смещённым диапазоном, предназначенных для использования в отдельных местностях со стабильно повышенными или пониженными показателями данного параметра.

Мощность

Мощность

Расчёт мощности потребления можно произвести, опираясь на несколько значений:

  • Мощность потребления определённого устройства. Может быть указана в паспорте, инструкции, либо определяется по амперажу счётчика или вводного защитного автомата.
  • Полная мощность. Весь объём мощности, потребляемой электроприбором, состоит из активной и реактивной мощностей, определяющихся типом нагрузки. Приборы-потребители энергии зачастую обладают обеими составляющими. Что касается люстр и прочих осветительных приборов – потребляемую энергию они преобразуют в излучение, что является активной нагрузкой;
  • Пусковой ток. Поскольку потребители, обладающие электродвигателем или компрессором, в момент запуска двигателя требуют большее количество энергии, чем при работе в обычном режиме, необходимо учитывать соотношение величины потребляемой энергии в момент подключения к сети к потреблению электричества во время работы в обычном режиме. Величина называется кратностью и определяется типом двигателя, его конструкцией, наличием, либо отсутствием плавного пуска, и колеблется в пределах значений от трёх до семи.

Помимо этого, при подборе модели стабилизатора рекомендуется прибавлять к потребляемой мощности двадцать процентов — это не только обеспечит щадящие условия для работы устройства, тем самым увеличивая его ресурс, но и создаст запас для подключения дополнительных потребителей при необходимости.

Дополнительные функции

Дополнительные функции

Помимо выполнения базовых функций (стабилизация выходного напряжения, защита приборов от повышения или понижения значений напряжения, а также от перегрузок и вероятных коротких замыканий в электрической сети), производятся модели стабилизаторов, обладающие дополнительным функционалом:

  • самостоятельное внесение изменений в настройки пользователем — установка предельных значений защитного порога, изменение номинального значения напряжения, подаваемого на выход;
  • система звукового оповещения — возможность контроля работы устройства с личного компьютера, удалённое управление, а также подача звуковых сигналов;
  • дополнительная защита — наличие устройства самостоятельной диагностики, а также защита от перегрева силовых реле;
  • дополнительные индикаторы — наличие цифрового экрана, ЖКИ дисплея.

Цена на устройства, оснащённые дополнительным функционалом, выше, поэтому выбирать их стоит, исходя из своих возможностей. Защитить сеть и приборы от перегрузок сумеет и самое простое устройство с соответствующими параметрами.

Прочие моменты

Прочие моменты

Также, выбирая стабилизатор напряжения для люстры, стоит обратить внимание на такой показатель, как уровень шума. Зависит он от системы охлаждения прибора: при активном охлаждении используется вентилятор, что производит много шума. Также существуют системы пассивного охлаждения с применением изготовленного из специального материала радиатора — в таком случае уровень шума будет минимален.

Итак, если внимательно разобраться, к чему относятся те или иные характеристики устройства, можно выбрать наиболее подходящую модель стабилизатора напряжения для люстры и избежать при этом лишних затрат на функции, не влияющие на работу осветительного прибора. Также не следует забывать, что стабилизатор не может полностью исключить эффект моргания света, но может максимально сгладить его, а также защитить осветительные приборы и лампы, и продлить срок их службы.

Источник