Надежность осветителя салона автомобиля "Волга ГАЗ-3110" на люминесцентной лампе оставляет желать лучшего. В моей машине осветитель салона вышел из строя на второй год эксплуатации. Попытки самостоятельно собрать более надежный преобразователь, аналогичный описанному в статье В. Харьякова "Блок питания люминесцентной осветительной лампы" ("Радио", 2006, № 7, с. 47, 48), принесли только временный успех. Люминесцентная лампа, нормально работающая летом, с наступлением холодов перестала включаться. Для надежного ее запуска все же, видимо, необходим накал электродов. Появление в продаже сверхъярких светодиодов подтолкнуло к идее заменить ими лампу в плафоне освещения салона автомобиля.
Обычно светодиод подключают к источнику питания через балластный резистор. Испытание приобретенных светодиодов КИПД80 показало, что среднее прямое падение напряжения на каждом приборе равно 3,5 В при среднем прямом токе 50 мА. Повышение тока сверх 70 мА приводит к выходу светодиода из строя. Соответственно максимальная потребляемая мощность одного светодиода равна 0,175 Вт.
Расчет показывает, что при напряжении питания 12 В и семи гирляндах из трех последовательно включенных светодиодов и одного балластного резистора сопротивлением 30 Ом в каждой КПД осветителя равен 87,5 %. Но бортовое напряжение в автомобилях довольно нестабильно (в ГАЗ-3110 нормальным считается изменение напряжения от 11 до 15 В). При пониженном напряжении, когда включены фары, обогреватель стекла и прочие потребители, эффективность такого осветителя резко снижается. При повышении же сверх 14 В ток через светодиоды превысит предельно допустимый, что выведет их из строя.
В этом случае можно, конечно, вместо балластных резисторов использовать стабилизаторы тока на 50 мА, но проблема работы при пониженном бортовом напряжении остается. Поэтому было принято решение собрать гирлянду из двадцати последовательно включенных светодиодов и питать ее от повышающего обратно-ходового преобразователя. Изучение опыта построения светодиодных светильников в Интернете определило основу преобразователя - недорогой и доступный микроконтроллер с ши-ротноимпульсным управлением
МС34063 (фирмы ON Semiconductor) или его отечественный аналог КР1156ЕУ5. Так как предельное напряжение выходных транзисторов этой микросхемы 40 В, а для гирлянды из двадцати светодиодов требуется 70 В, потребовался внешний высоковольтный переключающий транзистор, в качестве которого был выбран полевой транзистор IRL640 с максимальным напряжением 200 В, максимальным током 18 А и сопротивлением открытого канала менее 0,18 Ом. Другим аргументом в пользу этого транзистора стало малое время его переключения.
Рис. 1
Принципиальная схема преобразователя изображена на рис. 1. Включение микросхемы МС34063 имеет три огличия от типового. Первое - предвыходной и выходной транзисторы микроконтроллера подключены к микромощному стабилизатору 78L05 (DA1) на напряжение 5 В, что необходимо для управления транзистором IRL640 (в типовой схеме они подключены непосредственно к источнику питания).
Второе - введена слабая ОС через резистор R3 сопротивлением 220 кОм, только так удалось избавиться от самовозбуждения микроконтроллера на звуковой частоте (нетиповое решение). Третье - делитель выходного напряжения образован резистором R2 и гирляндой светодиодов, что позволяет стабилизировать ток в гирлянде. Так как пороговое напряжение компаратора микроконтроллера равно 1,25 В, то ток в нагрузке будет стабилизирован на уровне 46,3 мА. Преобразователь сохраняет работоспособность при входном напряжении в пределах 8... 18 В.
Питание гирлянды светодиодов стабильным током позволяет сохранить уровень мощности, передаваемой на нее, в широких пределах изменения питающего напряжения. Это также обеспечивает температурную компенсацию режима работы светодиодов - при повышении температуры прямое падение напряжения на светодиоде уменьшается. Следовательно, уменьшается потребляемая им мощность. Как следствие комфортных условий питания светодиодов - надежность и долговременность их работы.
Для ограничения выходного напряжения на уровне ниже напряжения пробоя транзистора IRL640 введено защитное устройство на транзисторе КТ315Б с делителем напряжения R5R6 в цепи базы. Транзистор VT1 открывается при достижении напряжения на выходе преобразователя около 150 В. Такое решение позволяет избежать выхода из строя транзистора IRL640 при отключенной гирлянде светодиодов.
Сопротивление резистора R1 выбрано из расчета ограничения тока через транзистор IRL640 на уровне 3 А. Из-за отсутствия в продаже резисторов такого номинала он был изготовлен из двух витков нихромовой проволоки диаметром 0,5 мм, намотанных на хвостовике сверла диаметром 4,5 мм. Выводы проволоки были залужены с использованием ортофосфорной кислоты.
Катушка преобразователя выполнена в броневом магнитопроводе Б18 от преобразователя старого люминесцентного осветителя. Она состоит из 30 витков провода ПЭВ-2 0,3. Катушку наматывают на каркас виток к витку, слои разделяют слоем конденсаторной бумаги. Зазор между чашками магнито-провода выполняют с помощью шайбы, вырезанной из офисной бумаги.
Чашки стягивают медным или латунным винтом МЗ. Им же магнитопровод крепят к плате. Каркас катушки фиксирован внутри магнитопровода шайбами из пористого полиэтилена.
Транзистор IRL640 устанавливают на самодельный теплоотвод, вырезанный из медной пластины толщиной 1 мм. Боковые края теплоотвода надрезаны, отогнуты вверх и развернуты пассатижами на 90 град. Для лучшего теплового контакта между транзистором и теп-лоотводом применяют теплопроводную пасту. Теплоотвод с транзистором крепят к плате преобразователя винтом и гайкой МЗ.
Выпрямительный диод VD1 выбран с максимальным обратным напряжением 400 В и временем восстановления 150 не только потому, что имелся в продаже. Он немного греется и снижает КПД преобразователя. Желательно применять диоды с меньшим временем восстановления (HER105 или SF18).
Рис. 2
Плата преобразователя изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж платы показан на рис. 2. Фольга вытравлена только узкими полосами вдоль печатных проводников, оставшаяся фольга служит общим проводом, подключаемым к корпусу автомобиля (отрицательному полюсу бортового напряжения).
Для крепления платы преобразователя к основанию светильника к ней припаяны две гайки МЗ, они же служат контактами, подключающими общий провод платы к основанию.
Контакт под стандартный разъем типоразмера 6,3 мм для подключения к плате плюсового провода бортового питания также вырезан из листовой меди толщиной 1 мм. К плате его крепят скобой из медной проволоки диаметром 1 мм и пропаивают. Внешний вид платы, установленной на основание осветителя, показан на рис. 3.
Рис. 3
Гирлянду светодиодов собирают на отдельной плате из такого же стеклотекстолита. Ее крепят к основанию осветителя вместо люминесцентной лампы на двух втулках длиной 5 мм двумя винтами МЗ, которые ввинчивают в гайки, припаянные к плате преобразователя. Светодиоды размещают на плате равномерно и соединяют последовательно согласно. Гирлянду подключают к преобразователю двумя гибкими проводами МГТФ.
С основания осветителя надо удалить детали крепления люминесцентной лампы.
Налаживания осветитель практически не требует и при исправных деталях начинает работать сразу. В гирлянде может быть от шести до сорока светодиодов.
Измеренный КПД преобразователя равен 75 % при потребляемой мощности 4,29 Вт и, соответственно, мощности в гирлянде 3,22 Вт.
Автор: В. Горбатых, г. Улан-Удэ, Республика Бурятия