Применение
В публикации предлагается вариант сетевого бестрансформаторного микромощного источника питания с выходным током единицы-десятки миллиампер на основе микросхемы РТ4515, которая широко применяется в светодиодных лампах.
Для управления симисторами, тиристорами, mosfet-транзисторами и т. п., коммутирующими мощную сетевую нагрузку – электронагреватели и различную радиоэлектронную аппаратуру, широко используют маломощные узлы на транзисторах и микросхемах, в том числе и на микроконтроллерах. Нередко для питания этих узлов применяют бестрансформаторные источники питания (ИП) на основе балластного конденсатора или резистора.
При потребляемом токе до 5 мА вполне подходящим может быть ИП на основе балластного резистора. Такого тока в большинстве случаев вполне достаточно для питания микросхем и оптопары, например МОС3063.
По сравнению с ИП с балластным конденсатором, очевидный недостаток ИП с балластным резистором – рассеивание на нём мощности около одного ватта. Но есть и очевидное преимущество – пусковой ток примерно равен номинальному выходному току, в отличие от ИП с конденсатором, выходной ток которого зависит от ёмкости балластного конденсатора, а пусковой ток может существенно превышать его.
Это заставляет, во-первых, устанавливать дополнительный токоограничивающий резистор, на котором в ряде случаев может рассеиваться значительная мощность. Во-вторых, конденсатор должен быть «с запасом», поскольку его пробой может привести к неприятным последствиям. Резистор в этом смысле более надёжен.
Параметры ИП с балластным резистором можно существенно улучшить, если дополнить его микросхемой РТ4515 – высоковольтным стабилизатором тока. Эту микросхему широко применяют в светодиодных лампах небольшой мощности по своему прямому назначению как стабилизатор тока.
Схема одного из вариантов лампы показана ниже.
Диодный мост BD1 выпрямляет сетевое напряжение, конденсатор С1 сглаживает пульсации. Защитный резистор R ограничивает ток зарядки конденсатора и выполняет функцию предохранителя.
На микросхеме DA1 собран стабилизатор тока, последовательно с ним включены светодиоды. Их число зависит от их параметров. В данном случае светодиодов всего семь, поскольку у каждого номинальное напряжение около 35 В.
В результате большая часть выпрямленного напряжения (примерно 250 В) падает на светодиодах. На микросхеме падает 50...60 В. Она заметно нагревается и поэтому установлена на плату, выполняющую функцию теплоотвода. Ток стабилизации установлен резистором R1 в соответствии с формулой lout = 0.6/R1.
Вследствие применения стабилизатора тока через светодиоды протекает фиксированный ток, исключены его броски и пульсации. Но следует отметить, что последнее справедливо только в том случае, если в лампе установлен конденсатор С1.
Дело в том, что в некоторых дешёвых моделях светодиодных ламп на основе этой микросхемы сглаживающий конденсатор может отсутствовать. В этом случае пульсации тока, а значит, и светового потока будут весьма большие.
Теперь несколько слов о самой микросхеме РТ4515, структурная схема которой показана ниже.
Схема содержит высоковольтный полевой транзистор VT1, усилитель постоянного тока DA1, узел питания (стабилизатор напряжения) А1 и узел защиты от перегрева и высокого напряжения в режиме стабилизации тока А2.
Узел питания А1 формирует напряжение для питания остальных элементов и образцовое напряжение для усилителя DA1, который сравнивает его с напряжением на выводе REXT, к которому подключают внешний токозадающий резистор.
В зависимости от напряжения на токозадающем резисторе ОУ открывает или закрывает полевой транзистор, поддерживая ток стока стабильным.
Основные технические параметры РТ4515
Максимальное напряжение на выходе (Vout, max), В – 450;
Минимальное напряжение на выходе (Vout, min), В – 6,5;
Собственный ток потребления (Idd), мкА – 90…250;
Интервал установки выходного тока (Iout), мА – 5...60;
Номинальное напряжение на входе/выходе REXT (Vrext), мВ – 582...618.
Если в такой или подобной светодиодной лампе вышли из строя один или несколько светодиодов, а это типичная ситуация, и ремонтировать её нецелесообразно, исправные «остатки» можно использовать для изготовления небольшого по размерам и имеющего неплохие параметры сетевого ИП.
Пригодятся диодный мост, оксидный конденсатор и микросхема. Для этого следует вынуть из цоколя алюминиевую плату, на которой установлены элементы, нагреть её с нижней стороны (паяльником, феном или утюгом), а когда припой расплавится, аккуратно и быстро снять все элементы. Исправные светодиоды могут пригодиться для ремонта аналогичных ламп.
Схема электрическая
Сетевое напряжение выпрямляет диодный мост VD1, конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.
Чтобы уменьшить мощность, рассеиваемую на микросхеме стабилизатора тока, последовательно с ним включены токоограничивающие резисторы R1 и R2. Их ориентировочное суммарное сопротивление R (в омах) можно определить по формуле R = (Uс – Uda1, - Uвых)/Iн, где Uc – напряжение сети, В; Uda1 – напряжение на микросхеме (50...60 В); Uвых – выходное напряжение, В; Iн – ток нагрузки, А.
Поскольку конденсатор С1 подключён к мосту через резистор R1, ток его зарядки ограничен и поэтому большого броска тока при подключении этого ИП к сети не будет.
Стабилизированный ток перераспределяется между стабилитроном VD2, который задаёт выходное напряжение, и нагрузкой. Ток нагрузки не должен превышать 4 мА, поскольку 1 мА – минимальный ток стабилизации стабилитрона.
У этого ИП есть определённые достоинства, повышающие надёжность его работы. Отсутствует большой бросок тока при зарядке конденсатора С1. Этот конденсатор заряжается не до амплитудного значения сетевого напряжения, а существенно меньше. При пробое конденсатора просто увеличатся ток, потребляемый от сети, и соответственно разогрев резистора R1. Поэтому на его месте лучше применить резистор с запасом по мощности рассеяния.
Пробой полевого транзистора в микросхеме приведёт лишь к ухудшению стабильности выходного напряжения, росту пульсаций и помех.
Поскольку любой из выходов ИП соединён с сетью 230 В через резистор, в данном случае 20 кОм, это уменьшает вероятность поражения током при прикосновении к выходным цепям ИП.
Недостаток уже отмечен ранее – повышенный разогрев элементов.
Конструкция
Вариант печатной платы блока питания показан на рисунке ниже. Резисторы R1 и R2 мощностью 1 Вт типоразмера 2512. Конденсатор С1 - оксидный ECAP, конденсатор С2 - типоразмера 1206. Стабилитрон может быть любой малогабаритный на напряжение 3,3...30 В, при этом никаких других изменений делать не надо. Металлизированный участок платы, на который припаяна микросхема DA1, выполняет функцию теплоотвода.
Наладка
Налаживание сводится к установке тока стабилизации с помощью резистора R3 в соответствии с приведённым выше выражением.
Токоограничивающие резисторы R1 и R2 подбирают так, чтобы при номинальном напряжении сети на микросхеме было постоянное напряжение 50...60 В.
В этом БП с указанными на схеме номиналами размах напряжения пульсаций на микросхеме DA1 - 20 В при постоянном напряжении на ней около 60 В. Пульсаций на выходе не наблюдалось совсем. Если заменить микросхему резистором, размах напряжения пульсаций на выходе - 15 мВ.