Lampa sodowa 70W-statecznik elektroniczny zasilany z 12V

Witam.

Zbudowałem prosty statecznik do lampy sodowej (lub rtęciowej LRF) o mocy 70W zasilany napięciem 12V.
Głównym celem było zrobienie układu mobilnego, który będzie można zasilać z samochodu, pakietu akumulatorów lub po prostu zasilacza 12V. Układ miał być też możliwie lekki i przenośny. Służyć miał głównie jako efekt fotograficzny ze względu na bardzo niski wskaźnik CRI oraz żółto-złotą barwę emitowanego światła.
Zdecydowałem się wykorzystać do tego celu przetwornicę impulsową, ponieważ za wszelką cenę chciałem uniknąć migotania lampy na częstotliwości sieciowej. W przypadku zwykłych aparatów fotograficznych takie migotanie jest bardzo dużym problemem, trudnym do obejścia. Dodatkowe korzyści z zastosowania przetwornicy impulsowej to także wyższa sprawność układu, łatwość zapłonu nawet rozgrzanej lampy (hot restrike dla lampy sodowej trwa około 2 sekund), niska waga (w porównaniu do przetwornicy 12->230V i fabrycznego osprzętu) oraz możliwość zamknięcia całości w małej, estetycznej obudowie. Można także w łatwy sposób regulować moc lampy (ale o tym poniżej)

Układ współpracuje z lampą sodową WLS o mocy 70W, jest także możliwość montażu lampy rtęciowej LRF o mocy 70W.
Układ nie współpracuje natomiast z lampami metalohalogenkowymi. Lampy MH nie lubią być zasilane napięciem przemiennym o wysokiej częstotliwości. Jest możliwy zapłon oraz rozgrzanie się lampy MH, jednak po rozgrzaniu łuk wewnątrz lampy traci stabilność (lampa wyraźnie migocze). Sprawdzałem to na kilku jarznikach, zmiana parametrów przetwornicy nie powoduje poprawy sytuacji.


Przejdźmy do sedna:
Sam statecznik składa się z 2 części. Przetwornicy podnoszącej napięcie oraz układu zapłonowego.

Przetwornica:
Jest to zwykła przetwornica push-pull powszechnie spotykana np we wzmacniaczach samochodowych. Wykorzystałem najprostszą jej wersję, tzn bez stabilizacji napięciowej i prądowej. Jak takową wykonać opisywałem już kiedyś w dziale DIY elektrody:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3537217.html
Wykorzystałem praktycznie ten sam układ, jedyną różnicą jest brak układu prostowniczo-filtrującego. Schemat jest ten sam co w linku powyżej, jedynie układ jest tak przerysowany, aby montaż na płytce uniwersalnej był łatwiejszy.



Układ o ile został zmontowany bezbłędnie i ze sprawnych elemetów zadziała od razu, nie wymaga regulacji. Jedyne co zalecam zrobić to w miejsce uzwojenia wlutować rezystor dużej mocy i obejrzeć na nim przebieg. Powinien być to przebieg prostokątny o amplitudzie zbliżonej do napięcia zasilania. Mój oscyloskop to zabawka, nadaje się co najwyżej do sprawdzenia czy przebieg jest niż do jego oceny, ale zawsze lepsze to niż nic. Tak to powinno wyglądać:





Transformator należy nawinąć na rdzeniu bez szczeliny. Można takowy pozyskać z zasilacza ATX lub kupić na znanych portalach aukcyjnych. Starajmy się nawinąć tak, aby wypełnić jak najwięcej okna rdzenia, możliwie równo układając druty. Z racji występowania wysokich napięć i możliwości przebicia transformatora zalecam robić przekładki izolacyjne co warstwę na uzwojeniu wtórnym. Ja robiłem co 30 zwojów przekładkę z taśmy kaptonowej.

Najpierw uzwojenia pierwotne 2x 4zwoje czterokrotnym drutem 0.30mm. Nawijamy w jednym kierunku. To tak jakby nawinąć jedno uzwojenie 8zwojów z oczepem w połowie. Dajemy przekładkę izolacyjną najlepiej z taśmy kapton.

Uzwojenie wtórne w tym przypadku 120zwojów z odczepami co 30 zwojów. Każde 30 zwojów to osobna warstwa izolowana przekładką z taśmy kapton. Wszystkie nawijamy w jednym kierunku jednym drutem 0.25mm.

Moja przetwornica działa na 3 odczepie (90 zwojów). Dodatkowe uzwojenie zrobiłem z myślą o lampach wymagających wyższego napięcia. W tym projekcie jest ono niewykorzystane.

Tak wygląda sam moduł przetwornicy:





Układ zapłonowo-stabilizujący

W UKŁADZIE WYSTĘPUJE WYSOKIE NAPIĘCIEZ W SKRAJNYCH PRZYPADKACH NIEBEZPIECZNE DLA ZDROWIE LUB ŻYCIA!

Schemat jest bardzo prosty:



Jest to bardzo prosty układ. Wysokie napięcie dla zapłonu lampy powstaje dzięki powielaczowi napięcia. Jest tam około 1kV, wystarcza to to zapłonu lamp wyładowczych małej mocy. Wysokie napięcie jest podawane do lampy przez rezystor 10Mohm. Natężenie prądu jest niewielkie.
Stabilizacja prądu lampy odbywa się przez szeregowy kondensator. Jego pojemność ustala także maksymalną moc lampy. Zmniejszając pojemność zmniejszamy prąd jaki może przez niego przepłynąć, co skutkuje zmniejszeniem mocy lampy. Zwiększając pojemność moc zwiększamy.
Pojemność 15nF została dobrana doświadczalnie mierząc pobór prądu strony pierwotej przy założeniu sprawności przetwornicy na poziomie 90%.

Ważne aby kondensator limitujący był na dużo wyższe napięcie niż może wytworzyć powielacz! Mój jest z 2 kondensatorów połączonych równolegle (10nF i 4.7nF 3kV)
Kondensatory powielacza powinny być na napięcie wyższe niż może wtytworzyć powielacz!. Pierwsze sekcje mam 1nF 1kV, ostatnia sekcja 1nF 3kV.

Zalecam też układ powielacza dobrze zaizolować. Ja zrobiłem to przy pomocy gorącego kleju, ponieważ układ praktycznie nie emituje ciepła.




Następnie oba układy składamy w całość:



Oraz przystępujemy do obudowania całości:



Sztywny papier nałożony na radiator ma za zadanie kierować strumień powietrza tak, aby chłodził on wszystkie elementy mogące się nagrzewać. Wydmuch powietrza znajduje się na spodzie obudowy. Wiem, że to mało efektywne, jednak emisja ciepła jest niewielka. Prawdopodobnie przetwornica mogłaby nawet działać bez wentylatora. Ja jednak wolę "dmuchać na zimne"



Tak prezentuje się gotowe urządzenie:





Niedługo wrzucę filmik obrazujący działanie urządzenia.

Dziękuję za uwagę
Wesołych Świąt!

Jak byś miał nastawny kondensator to można zrobić płynna regulację jasności.
Ale układ ciekawy. Nie spotkałem jeszcze nic takiego zasilanego z 12V.

Równie dobrze można regulować moc częstotliwością pracy przetwornicy.

Ale możesz wejść w migotanie. Swoją drogą dobrze ci to wyszło.

Częstotliwość pracy to około 30kHz. Myślę że w zakresie 20-40kHz możnaby bez problemu się poruszać.

Dziękuję za uznanie:)

Dodano po 3 [minuty]:

Co najciekawsze zwykłymaparatem można sfotografować pracę jarznika.
Tak wiem, że lampa była "wypalcowana" jak robiłem zdjęcie.



Jak widać migotania brak.

Witam

Zamiast KA7500B (TL494) można zastosować układ SG3525. Rdzeń ferrytowy typu EI można zastąpić ETD, łatwiej się na nim nawija.

Rdzeń akurat miałem z demontażu, mam ich bardzo dużo. Głównie z ATX gdzie są przetwornice półmostkowe lub (rzadko) pełnomostkowe. Takie rdzenie jak najbardziej pasują do przetwornic push-pull.

SG3535 nie miałem jakoś większej styczności. Jeżeli znacząco uprości przetwornice to czemu nie spróbować.

Dodano po 4 [minuty]:


Link


Filmik z działania. Można zaobserwować zaburzenia w widzeniu barw. Ten właśnie efekt jest pożądany.

Zaburzeniu głównie ulega barwa czerwona i zielona.

Witam!
1. Filmik nie działa, jest prywatny.
2. Prąd lampy powinno się ograniczać szeregowym dławikiem, a nie kondensatorem.
3. Przykładowy schemat przetwornicy z SG3525 masz tu: https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=3847538#3847538

1. Filmik już naprawiony.
2. Tak właściwie główny problem przy ograniczaniu prądu kondensatorem to jego prąd ładowania w chwili pojawienia się napięcia. W przypadku LED taka szpilka może być problemem, tutaj jednak wątpię. Chinczykom to jakoś nie przeszkadza pchać takie zasilacze to lampek LED. O dziwo to nawet lata pracuje.
3. Zapoznam się z tym układem na spokojnie.

W układach zasilanych z sieci ~230V masz napięcie sinusoidalne, a z tej przetwornicy - prostokątne, dlatego kondensator nie jest tu dobrym wyborem jako ogranicznik prądu. Gdybyś wykonał przetwornicę dostarczającą napięcia sinusoidalnego, to bym się tak nie czepiał tego kondensatora...
Zrób sobie takie proste doświadczenie - w szereg z lampą włącz rezystor bezindukcyjny np. 1Ω i sprawdź oscyloskopem przebieg napięcia na nim.

Bardzo ładnie wyszło. Skąd masz oprawkę? Wygląda na ceramiczną stosowaną dawniej wszędzie, gdzie się tylko dało. Malowałeś ją?

Układ można było uprościc stosując jako ogranicznik prądu cewkę i dając kondensator równolegle z lampą tworząc tym zapłonnik rezonansowy. Niby ogromnych napięc on nie wytworzy, jednak do zapłonu małych lamp wyładowczych powinien wystarczac.

Nie spotkałem się jeszcze z takim sposobem zasilania. Ciekawi mnie pobór prądu całego układu. Standardowy magnetyczny układ z taką żarówka pobiera około 90w. Powiedz mi ile pobiera twój jeśli można spytać. Oraz czy nagrzewa się znacznie czy mógł by pracować 2-3godziny w zamkniętym pomieszczeniu bez wymuszonej wentylacji (transport terrarium)

Kondensator w układzie z napięciem przemiennym prostokątnym odkształci przebieg. Powstaje coś przypominającego przebieg piłokształtny/trójkątny. Stanie się tak, ponieważ będą zachodzić cykle ładowania (górna połówka, rozładowania (przejście przez zero), Ładowania (dolna połówka) i tak w kółko. Ostre krawędzie przebiegu zostaną wygładzone przez charakterystykę ładowania kondensatora. Przebieg prostokątny narasta bardzo ostro i opada bardzo ostro a to będzie powodowało szpilki prądu w momencie ładowania. Jestem świadomy tej wady zasilacza, jednak nie jest to poważny problem w przypadku zasilania lampy WLS. Bardziej problematyczne byłoby to w przypadku zasilania czegoś bardziej wrażliwego na wszelkiego rodzaju udary prądowe- np LED.
Wiem też, że trwałość kondensatora tak traktowanego ulegnie skróceniu.


Oprawka to zwykła oprawka ceramiczna do kupienia w sklepie. Fakt, nie ma czarnych i musiałem ją polakierować aby nie odróżniała się od reszty obudowy. Użyłem do tego zwykłego lakieru w sprayu. Lampa świeci pionowo bądź poziomo więc jej ciepło nie podgrzewa lakierowanej powierzchni. (Aby podgrzała urządzenie musiałoby stać do góry nogami)
Zapłonnik rezonansowy sprawdza sie w przypadku zapalania świetlówek które mają napięcie zapłonu 400-500V. Lampy sodowe wymagają minimum 800V. Wątpię, że uda się tak idealnie policzyć układ rezonansowy by wytworzył wystarczające napięcie.

Urządzenie pobiera około 80W. Może pracować w trybie ciągłym bez problemu. Sama elektronika wydziela niewiele ciepła, myślę że dając porządny radiator mogłaby działać w trybie ciągłym w zamknięciu.
Sama lampa nagrzewa się tak jakby pracowała zasilana z klasycznego osprzętu, jest dość gorąca.

Ciekaw jestem jaki poziom zakłóceń i jak szeroko emituje ta przetwornica.
Michał

Nie obserwuję zakłócania odbioru radiowego FM, zakłóceń w TV. Siać zakłóceniami na pewno w jakiś sposób sieje jak każda przetwornica impulsowa. Jedyne co mogłem zrobić to skracać przewody aby to zjawisko minimalizować. Nie mam osprzętu by to dokładniej zbadać.

https://www.rtl-sdr.com/about-rtl-sdr/ dobrze się sprawdza w szukaniu źródeł zakłóceń.
Nieprawdą jest, że wszystkie przetwornice śmiecą, jednak takie nieodfiltrowane potrafią być zmorą dla krótkofalowców nawet w promieniu kilkuset metrów. To, że nie słychać jej w TV czy na stacjach FM nic nie znaczy.
M

Byłaby to dla mnie zabawka do jednokrotnego, góra kilkukrotnego użycia. Nie wiem czy jest sens inwestować około 80zł na taki skaner. Raczej nie planuję bawić się w krótkofalarstwo. Wolałbym jednak przeznaczyć te fundusze na lepszy oscyloskop. Taki żeby chociaż do 50kHz odczytywał poprawnie przebiegi.

Mieszkam na wsi, tu raczej krótkofalowców nie spotkam, nawet w mieście zakłócenia z tego układu będą malutkie w stosunku do występującego smogu elektromagnetycznego.

Mogę jeszcze sprawdzić wpływ na pasmo CB bo odbiornik mam, na fale długie i średnie ale to jest zakłócane przez wszystko ze względu na sposób modulacji sygnału.

alikatek wrote:

Byłaby to dla mnie zabawka do jednokrotnego, góra kilkukrotnego użycia. Nie wiem czy jest sens inwestować około 80zł na taki skaner.

Możesz mieć coś takiego już za połowę tej kwoty. Gdybyś zechciał, szukaj u chińczyka DVB-T stick.
Ja kupiłem taki jak na obrazku

chociaż też nie jestem krótkofalowcem. Ale przydaje się choćby przy testowaniu pilotów do bram czy samochodów (wiadomo, czy problemem jest bateria, czy coś innego) i innych sprzętów komunikujących się radiowo. Polecam.

Jeżeli to będzie w stanie zobaczyć częstotliwości rzędu 30kHz to chyba się skuszę. Miałbym sposób na badanie jaką częstotliwością "śmiecą w eter" moje zabawki. Możliwe, że w przypadku budowy nadajnika FM (małej mocy oczywiście) mogłoby się przydać.

Tak zachowują się lampy MH zasilane moją przetwornicą. Widać wyraźny "taniec" łuku. Lampa nie gaśnie, jedynie wyraźnie migocze. Przez dłuższy czas nie sprawdzałem z obawy o eksplozję jarznika.


Link

alikatek wrote:

Jeżeli to będzie w stanie zobaczyć częstotliwości rzędu 30kHz to chyba się skuszę.

Niestety zapomnij o tym, te chińskie zabawki działają od około 24MHz w górę, ale do sprawdzenia widma nadajnika FM jak najbardziej się przydają.
Oto przykład na którym ładnie widać nośną, pilota 19kHz i zmodulowane podnośne RDS:



Do analizy widma sygnałów o niskiej częstotliwości, maksymalnie do około 90kHz, wystarczy sama karta dźwiękowa w komputerze, która ma częstotliwość próbkowania 192kHz.

Odnośnie lamp MH i częstotliwości zasilania - zobacz załącznik, strona 6.

Witaj.

alikatek wrote:

Najpierw uzwojenia pierwotne 2x 4zwoje czterokrotnym drutem 0.30mm.

Oczywiście wiem, że to uzwojenie typu lica, ale sumaryczny przekrój tych 4 przewodów to tylko 0.28 mm².
Czy dla urządzenia pobierającego moc 80 W przy 12 V zasilania taka gęstość prądu nie jest zbyt duża?
Pozdrawiam

Grendel wrote:

Witaj.

alikatek wrote:

Najpierw uzwojenia pierwotne 2x 4zwoje czterokrotnym drutem 0.30mm.

Oczywiście wiem, że to uzwojenie typu lica, ale sumaryczny przekrój tych 4 przewodów to tylko 0.28 mm².
Czy dla urządzenia pobierającego moc 80 W przy 12 V zasilania taka gęstość prądu nie jest zbyt duża?
Pozdrawiam

Była podana średnica pojedynczego drucika jako 0.30mm (mierzone suwmiarką)
4 takie druciki w uzwojeniu pierwotnym są jak najbardziej wystarczające.

alikatek wrote:

Była podana średnica pojedynczego drucika jako 0.30mm (mierzone suwmiarką)
4 takie druciki w uzwojeniu pierwotnym są jak najbardziej wystarczające.

Wiem, że była podana - czytałem uważnie i dlatego obliczyłem, że sumaryczny przekrój 4 drucików Φ 0.3 mm każdy, wynosi 0.28 mm².
Dlatego zastanowiło mnie, czy gęstość prądu, która przy poborze minimum 6.7 A wyniesie 24 A/mm² nie jest zbyt duża.
Jeśli są wystarczające, to OK.