Преобразователь для питания ламп, газоразрядные лампы, используемые для отображения цифр и других символов, до сих пор имеют множество почитателей. Их мягкий, оранжевый, слегка размытый свет очень приятен для глаз, которые каждый день видят контрастное и предельно четкое изображение на светодиодных или OLED-дисплеях. Для корректной работы им требуется не только соответствующее управление, но и электропитание. Представленная схема — это очень простой преобразователь для питания газоразрядных ламп.
Еще один импульсный блок питания…? Ведь их уже столько было, для чего будет использоваться еще один? Он может быть очень полезен, поскольку обладает ценным свойством – его выходное напряжение достигает сотен вольт при малом выходном токе. Это именно то, что нужно цифровым газоразрядным лампам. Если мы хотим собрать, используя их, к примеру часы, термометр или любое другое устройство, мы не можем избежать того, что нам все равно потребуется высокое напряжение для питания этих ламп.
Максимальный выходной ток в 5 мА – это немного для светодиодов, но вполне достаточно для питания четырех (или даже шести) таких люминесцентных ламп. Этого количества достаточно для сборки классических часов. Преобразователь можно использовать и для других целей, например для мягкого освещения (подсветки) неоновыми лампами. Принципиальная схема обсуждаемой конструкции преобразователя представлена на рисунке выше. Контроллером всего блока питания является известная уже много лет микросхема MC34063A. Она работает в повышающем включении, т.е. с повышением напряжения. Хотя это одна из ее основных функций, существует несколько модификаций.
Повышаемое входное напряжение подается на разъем J1. Напряжение должно быть постоянным и желательно хорошо отфильтрованным, но не обязательно стабилизированным. Конденсаторы С1 и С2 уменьшают внутреннее сопротивление источника в широком диапазоне частот, поскольку импульсный преобразователь потребляет ток… импульсами — и к тому же с малым временем переключения.
Резистор R1 ограничивает зарядный ток катушек L1 и L2. Это осуществляется путем измерения падения напряжения на нем, когда это значение превышает установленный порог (около 300 мВ), ключ схемы повышения напряжения переходит в разомкнутое состояние, чтобы не превысить допустимый ток катушки. Ток в катушках увеличивается более или менее линейно, поэтому обнаружить этот момент сравнительно просто.
Для чего были использованы два готовых дросселя индуктивностью по 2,2 мгн каждый? Да все достаточно просто, схема выдает постоянное напряжение до 300 В, из-за чего между выводами каждого из этих дросселей индуцируется напряжение, равное (примерно) половине этого значения. Готовый дроссель с одной обмоткой индуктивностью 4,7 мгн может быстро завершить свою карьеру межвитковым пробой. Использование двух элементов, соединенных последовательно, решает эту проблему.
Схема преобразователь для питания ламп, кроме дросселя с определенной индуктивностью, должна включать в себя еще и ключ, соединяющий один из выводов дросселя с землей для накопления в нем энергии. В данной схеме эту функцию выполняет транзистор Т2. Испытания показали, что это должен быть МОП-транзистор, поскольку биполярный слишком долго выходил из насыщения. В этой схеме ключ работает с высокой скважностью управляющих импульсов, превышающей 90 %, поэтому ключевой элемент не успевает переключиться даже после снижения частоты манипуляции до нескольких килогерц.
Емкость затвор-исток этого элемента заряжается через встроенный в микросхему UC1 транзистор, а за ее разряд отвечают два последовательно соединенных резистора R5 и R6. Два резистора будут рассеивать выделяемое ими тепло более эффективно, чем один элемент. Частота переключения была установлена примерно на уровне 8 кГц. В результате издается слышимый писк, хотя, как показала практика, его интенсивность можно эффективно снизить. Конденсатор С3 отвечает за рабочую частоту преобразователя, но рядом с ним находятся также диод D1 и транзистор Т1. Их задача — ускорить перезарядку этого элемента при работе с высоким заполнением управляющих импульсов, с чем мы и имеем дело в данной схеме. Точнее, конденсатор C3 заряжается от генератора, находящегося в микросхеме US1, через диод D1, в то время как транзистор T1 ускоряет его разряд.
Импульсы высокого напряжения, которые циклически индуцируются между стоком и истоком транзистора Т2, заряжают электролитический конденсатор С4 через быстродействующий высоковольтный диод D2. Запасенный в нем заряд можно получить лампами, подключенными к выводам разъема J2. Напряжение на его выводах постоянно контролируется цепью отрицательной обратной связи, состоящей из резисторов R2…R4 и потенциометра P1. Микросхема US1 работает так, что напряжение на ее выводе 5 составляет 1,25 В.
Вся конструкция собрана на односторонней печатной плате размерами 45Х40 мм, рисунок которой представлена в тексте статьи. Напряжение питания схемы должно находиться в пределах 9…12 В. Потребление тока зависит от установленного выходного напряжения, тока потребления по выходу и напряжения питания. В крайне тяжелых условиях, т.е. при входном напряжении 9 В, выходном напряжении 300 В и токе потребления 5 мА, входной ток составлял 0,32 А. Нетрудно подсчитать, что КПД в этих условиях едва превысила 50% — но это не такой уж и плохой результат, если учесть, что эту схему максимально просто и дешево выполнить. Значительная часть этого тепла выделялась в дросселях L1 и L2 и в транзисторе Т2, который не нуждался в дополнительном радиаторе.
При отсутствии нагрузки преобразователь для питания ламп переходит на повторно-кратковременный режим работы из-за невозможности получения скважности управляющих импульсов близкой к 0%. Стоит иметь в виду, что в этих условиях выходное напряжение подскакивает до значения, даже превышающего 400 В, и через некоторое время падает ниже установленного порога. Раз уж затронута тема нагрузки, то есть еще один немаловажный нюанс не рекомендуется отключать нагрузку от разъема J2, если преобразователь полностью нагружен. В дросселях может храниться настолько большая часть энергии, что внезапная потеря нагрузки вызовет резкий рост выходного напряжения, что приведет к поломке. Поэтому, если есть желание выключить газоразрядные лампы, лучше будет отключить питание этого преобразователя. Ну вот на этом и все.