Светодиодный драйвер из «энергосберегайки». Лабораторная работа №4

Давно что-то я не делал обзор про свои самоделки. Тут как раз пришла «светоматка» из Китая на 100Вт. Решил смастерить ещё один светодиодный светильник (в дополнение к моим предыдущим). На этот раз решил использовать драйвер от «энергосберегайки». Думаете нельзя? Можно, но нюансы имеются.
Кому интересно, заходим.
Я давно хотел применить в дело кучу драйверов.

Нет, это не все мои. У меня за всё время испортилось только две лампочки. Одна из них из-за плохого выключателя (дребезг контактов), перегорела в момент включения. Другая — стояла в туалете и испортилась от слишком частого вкл/выкл. Эти лампочки (что на фото) я взял (с разрешения) на предприятии, где работаю. Там их много списывают. Взял, чтобы использовать цокольную часть для своих самодельных светодиодных лампочек. Но оказывается, можно найти применение и поинтереснее.
В интернете попалась вот эта статейка:
oldoctober.com/ru/smps/
А почему бы нет, подумал я.
«Светоматку» заказал в конце сентября. В середине ноября получил (полтора месяца). Трек LP00059578672952. Отслеживается только по Китаю.

Стандартный пакет с пупыркой внутри, кинули прямо в ящик. Почта Грузии, однако. Почему пакет из Грузии, я не понял (заказывал у китайца).

Метки маркером это я поставил. Там где заводские метки, ни прицепиться, ни припаять толком нельзя. Прозвонил мультиметром и нарисовал.
Все характеристики (размеры в том числе) написаны на странице продавца (магазина).


Размеры «заценить» можно на фоне более понятных предметов:).

Кстати, паяются исключительно.
Пора объяснить, почему выбрал именно 100Вт.
Светодиодную продукцию из Китая подключаю всегда с запасом по мощности. А что такое 10Вт, да ещё с запасом? Дай бог будет светить как 60Вт-ная лампочка накаливания. У меня полно таких конструкций. У 20-тиваттной цена сразу подскакивает вдвое. А размеры 20/30/50/100вт одинаковые. Рабочее напряжение тоже одинаковое (в пределах 30В). И цена не сильно отличается. Зато, какой запас по мощности! Спалить во время эксперимента тоже шансов меньше.
А вот и схема. Схемы у разных производителей «энергосберегаек» несущественно отличаются. Присутствуют упрощения или наоборот добавляются элементы для лучшей и более долговечной работы. Но суть одна.

На первом рисунке собственно схема с элементами (красного цвета), которые нужно убрать. На втором и третьем два варианта преобразователя для светодиодной матрицы (схема переделки).
Поверх обмотки дросселя «энергосберегайки» нужно намотать несколько (десятков) витков провода. Дроссель превращается в трансформатор. Затем выходное напряжение трансформатора нужно выпрямить и сгладить.
Существуют две схемы двухполупериодных выпрямителей. Две и зарисовал.
2. Мостовая схема.
3. Схема со средней (нулевой) точкой.
Мостовая схема позволяет экономить медь, но рассеивает в два раза больше энергии на диодах.
Схема со средней (нулевой) точкой более экономична в этом плане, но требует наличия двух совершенно симметричных вторичных обмоток. Асимметрия по количеству витков или расположению может привести к насыщению магнитопровода.
Именно по этой причине неприемлема схема с одним диодом, как в блоках питания телевизоров 3УСЦТ.
В качестве донора использую драйвер от неисправной люминесцентной лампочки («энергосберегайки»).
Но не все подойдут.

Эти сложно будет применить в дело. Слишком маленький просвет у дросселя. Мотать дополнительные витки будет некуда.
Этот уже можно применить. Просвет большой.


Но я нашёл ещё более приемлемый вариант. Размер окна просто фантастический. Такой дроссель был только один.

Я старался подписывать мощность драйверов при демонтаже.

Для экспериментов взял 20-тиваттный драйвер.
Сразу припаял перемычку от дросселя согласно схеме переделки.

Поверх обмотки дросселя намотал 14 витков эмалированного провода (для тестирования).

Мотал, не выпаивая из платы. Подключил на выход мостик из наших КД226, конденсатор 470мкФ и мощные нагрузочные сопротивления.

Подключил, работает.
При нагрузке 51 Ом на выходе 10,3В. При нагрузке 10 Ом – 8,5В (никакой стабилизации: ни по току ни по напряжению). Прикинул, для 30В мне понадобится 45-50 витков. Нашёл эмалированный провод (из старых запасов) диаметром 0,5 (с изоляцией).
45-50 витков многовато, но окно большое. Должно влезть. Итого два метра провода.
Дроссель выпаял.

Первичку изолировал липкой китайской лентой на тряпичной основе (если вдруг, не расплавится при нагреве).

Сердечник тоже заизолировал (временно), чтобы не царапать провод во время намотки. Мотать придётся, не разбирая. Такие дроссели (трансформаторы) более одного раза не разбираются (не собираются). Они склеены.
Первый ряд мотал виток к витку. Понял, что идеально уложить два метра провода через окошко не получится. Остальные мотал в навал. Для последнего витка еле щёлку нашёл.

Макетка выглядит так.

Трансформатор на место пока впаивать не стал. Включил.

Работает.
Некоторые моменты лучше отсеять сразу. Достал осциллограф. Смотрим пульсации. Только факты.
Сначала посмотрел, что приходит на светоматрицу. Вход осциллографа «закрытый». Эта информация чисто ознакомительная.

Частота 100Гц (кто бы сомневался), размах пульсаций 4В. Не путать с напряжением на матрице, оно около 30В.
А эта картинка того, что видит наш глаз (то, что фиксирует фотодиод). Вход осциллографа «открытый».

Величину пульсаций считаю по формуле из ГОСТа.

У меня получилось около 11%.
Пришло время посмотреть Санитарные нормы. СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». В зависимости от предназначения помещения максимально допустимые пульсации от 10 до 20%. Лампочка в эти пределы попадает. НО…

В российских нормах освещения установлено, что глубина пульсации освещенности на рабочих местах не должна превышать 20%, а для некоторых видов работы 15 или даже 10 процентов. На самом же деле, это устаревшие показатели и для комфортной работы для мозга (глаз не воспринимает пульсацию и идет нагрузка на мозг — быстрая утомляемость и меньшая продуктивность на рабочем месте) пульсация должна быть не более 4-5% абсолютно на любом рабочем месте.

В данном случае пульсации 100Гц. Это не последствия преобразования. Это недостаточное сглаживание по входу выпрямителя 220В «энергосберегайки». Оно почти у всех так. Для них это не так критично.
Я совершенно упустил из виду, что драйвер б/у, при чём сильно. Решил измерить входную ёмкость. Естественно, сначала выпаял, затем разрядил. Измерил.

Если учесть, сколько она проработала, неплохой результат. Но раз уж выпаял, всё равно заменил.

Снова измерил величину пульсаций.

У меня получилось около 5%. Снизились более чем в два раза. Теперь можно и в детскую ставить.
Какой же КПД самодельного драйвера? Для его определения необходимо знать, сколько потребляет от сети, и сколько потребляет «светоматка» по постоянному току. Ничего сложного. Мультиметр и ваттметр мне в помощь. Мощность колеблется в зависимости от напряжения в сети.
При мощности потребления от сети 24,8Вт, ток через матрицу 0,63А. Напряжение на «светоматке» я тоже измерил. Оно составило 30,9В.


Мощность по постоянному току Р=30,9В*0,63А=19,5Вт.
Ƞ=19,5Вт/24,8Вт*100%=78%
Неплохой результат. Если учесть, что на выходе двухполупериодный выпрямитель по мостовой схеме с диодами КД226. Для несведущих объясню. При мостовой схеме выпрямителя последовательно полезной нагрузке постоянно подключены два выпрямительных диода (в данном случае КД226), которые рассеивают на себе часть энергии, превращая её в бесполезную (тепло). И эти потери можно посчитать.
Для наглядности восприятия подключил диод к блоку питания в режиме отсечки по току.

При токе 0,5А падение напряжения на выпрямительном диоде 1,0В! А их постоянно в работе два (две пары поочерёдно). Не трудно посчитать потери мощности при токе 0,63А. Р=0,63А*1,0В*2=1,26Вт! При замене на диоды Шоттки потери снизятся почти в 2 раза. Ещё в два раза можно снизить, применив схему со средней (нулевой) точкой. Но мотать 50 витков двойным проводом мне не хотелось, да и не уместил бы я. У меня только один выход. Заказал диоды Шоттки. Когда придут, поставлю.
Ещё пару слов про КПД. Когда тестировал при выходе на нагрузку 10В и токе в 1А (к примеру на матрицу 10Вт) КПД устройства составил приблизительно 50-60%! При такой нагрузке большие потери на выпрямительном мосту (более 2Вт). И сам драйвер снижает КПД при работе на неполную мощность. Это для сведения.
Драйвер даже на холостом ходу немало потребляет от сети.

Просто отключил матрицу от драйвера. Ничего не производя полезного, он уже берёт от сети 3,6Вт!
С КПД более менее разобрался. Более глубоко влезать не вижу особого смысла. Основные нюансы выделил.
Очень важным считаю другой вопрос.
Провёл ещё один эксперимент. Взял на работе ЛАТР и посмотрел, как ведёт себя светильник при различных напряжениях в сети. А ведёт она себя весьма своеобразно. Вот, что измерил. Показания люксметра сняты для построения графика, не более того.

Мощность светильника немного меняется в зависимости от прогрева. Поэтому это среднестатистические данные после получаса работы.
Судя по таблице, мне придётся несколько лишних витков с трансформатора убирать. Напряжение в сети дома в среднем 225-230В. Мощность лампочки при таком напряжении 23-26Вт. Это больше, чем задано заводом изготовителем «энергосберегайки» для драйвера. Насиловать не буду.
Построил графики зависимости, так нагляднее.

Нет никакой стабилизации. При увеличении напряжения в сети, мощность светильника (и яркость соответственно) линейно возрастает. Увы и ах. Это плохо, конечно. Зато теперь знаю точно, что от него ожидать.
В подтверждение моих слов фото при напряжении в сети 230В (26Вт).


При напряжении в сети 190В мощность светильника снижается до 10Вт.

Вот такая печаль.
Забыл написать. Чтобы проводить эксперименты, светоматрицу закрепил на алюминиевый оребрённый радиатор (через теплопроводящую пасту) размером 100*80 (мм).

После экспериментирования пощупал самые проблемные места. Транзисторы и дроссель/трансформатор были еле тёплые. За них больше не переживаю. Самым нагретым местом была сама матрица. Поэтому её охлаждению необходимо уделить особое внимание.
Кстати, теплоотводящая подложка светодиодов НЕ соединена ни с каким выводом. Это хорошо.
Раз уж пошла такая пьянка, провёл ещё один эксперимент.
Принцип прост. Я подаю на матрицу ток через калиброванные промежутки (для удобства восприятия) с блока питания, при этом не забываю про напряжение на матрице (т. к. при увеличении тока, хоть и не намного, оно тоже будет увеличиваться) и освещённость. Все данные свёл в таблицу. Остальные данные в таблице – получены путём расчета (перемножением и делением измеренных величин). Это необходимо для получения более наглядных цифр. Ещё раз повторю, показания люксметра сняты для построения графика, не более того.


Экспериментировал в режиме отсечки по току. Блок питания имеет ограничение по напряжению (30В) и току (10А). В данном случае не хватило напряжения для раскачки матрицы на полную. При этом ток ограничился на величине 0,84А. Напряжение больше не росло. Но динамику понятно и по тем цифрам, что имею.
С помощью полученной таблицы и построю график зависимости «энергоэффективности» матрицы от той мощности (тока), которую через неё пропустил.


Как видим из графика, чем выше мощность, проходящая через матрицу, тем ниже «энергоэффективность». Если постараться сказать проще, чем меньше мощность от номинала, тем бОльшая мощность переходит в свет, а не в тепло. На этом лабораторную работу можно считать оконченной. Работа проведена, вывод сделан. Перехожу к практическим занятиям.
Есть у меня светильник на балконе. В него и буду вживлять.
Корпус из жести (сталь), будет служить дополнительным теплоотводом.

Всё лишнее убрал.

В качестве радиатора буду использовать алюминиевый лист (толщиной 2мм) от списанной аппаратуры.

Место крепления матрицы к радиатору необходимо очистить от краски и смазать теплопроводящей смазкой.
Особая красота не требуется. Всё будет скрыто плафоном.
Кроме самого драйвера где-то нужно разместить выпрямитель. Его выполнил на отдельной плате.

Тоже особо не заморачивался. Взял кусок фольгтрованного гетинакса и сделал пропилы в нужных местах.
После того, как придут диоды Шоттки, мне придётся смотать несколько лишних витков с дросселя/трансформатора (подогнать мощность под стандартные 20Вт при 225В в сети). Затем впаять дроссель/ трансформатор на место в драйвер. И подключить всё это через клеммник на балконе. А пока всё выглядит так.

Светит обычно, ничего особенного.

Когда придут диоды, напишу про них дополнительный обзор. Думаю, что будет тоже интересно. Тогда и доведу всё до ума. Бессмысленно выполнять двойную работу.
В заключение немного напомню: паять и клепать лампочки — занятие неблагодарное, хотя и интересное. Заводская пайка конечно же надёжней. Гораздо проще пристроить какую-нибудь готовую светодиодную лампочку. Но самоделки работают намного надёжнее. А если руки чешутся – вообще никто не остановит!
Как правильно распорядиться сведениями из моего обзора, каждый решает сам в меру своей испорченности :). Я же при написании своего обзора руководствовался только благими намерениями.
Надеюсь, что хоть кому-то помог. Кому что-то неясно по поводу этой самоделки, задавайте вопросы. С остальным – кидайте в личку, обязательно отвечу.
На этом ВСЁ!
Удачи!