Главная → Смесители → Светильник из лампы сканера. Мой генератор высокого напряжения из инвертора CCFL лампы

Светильник из лампы сканера. Мой генератор высокого напряжения из инвертора CCFL лампы

Не уступающего по своей эффективности серьёзным промышленным аналогам. Теперь перейдём к самой схеме прибора, основа которой выполнена на микроконтроллере AT89C52.

Пояснения к схеме:

- JP1 - DMX.
- JP2 - переключатель DMX/под музыку.
- JP3 - микрофон (с соблюдением полярности).
- JP4 - переменный резистор 50-100 кОм, регулятор чувствительности микрофона.
- JP5 - питание. Я использовал ~10 В, чтобы на движки шло +14 В
- JP6, JP7 - подключение оптических датчиков нулевого положения кругов гобо и цвета. В кругах делается прорезь, по которой и останавливается круг.

JP8 - управление приводом стробо. У меня этот выход идет на транзистор, который через оптопару и симистор управляет гашением лампы. То есть сигнала нет - лампа не горит, сигнал есть - лампа горит). Вот схема управления:

Симистор управляет электронным блоком питания. Он был на 12 В 200 Вт.

Переделал его на 15 В и применил лампу с отражателем от медицинских приборов 15 В 150 Вт. Последовательно с лампой стоит термистор (NTC1), чтобы лампа плавно загоралась и не сгорела. В режиме от музыки этот узел не работает и лампа постоянно включена. Эта плата закреплена на кусочке текстолита и прикручена прямо под лампой:

- JP9 - управление оптической призмой. Ставится движок, который при сигнале на этом выходе крутится и вращает оптическую призму, которая раздваивает или расстраивает изображение).
- JP10 - JP11 - подключение шаговых двигателей - 2 управление зеркалом, круг гобо и круг цвета.
- JP12, JP13 - разъем для внутрисхемного программирования.

Прошивку для МК и исходники можно . Другие файлы - на форуме. Фотографии платы светового сканера на микроконтроллере AT89C52:

Круги гобо и цвета останавливаются по оптическому датчику. Круг крутится в прорези оптодатчика. когда через оптодатчик проходит прорезь в круге, то он останавливается. Двигатели положения зеркала после включения отклоняют его в крайнее положение, бьются об упор и останавливаются. Потом поворачиваются на определенный угол в противоположное направление - это и есть среднее положение зеркала.

Круг гобо купил без дихроичных фильтров. Однако применить готовые не смог, так как угол поворота не сходился. Поэтому сделал из тонкого алюминия круги под мой диаметр и мой угол поворота. Просверлил отверстия нужного диаметра (чуть больше, чем купленные гобо).

Информация предоставлена исключительно в образовательных целях!
Администратор сайта не несет ответственности за возможные последствия использования предоставленной информации.

Популярные лампы подсветки, подключаемые к USB -порту компьютера,

- CCFL лампа;

Инвертор (CCFL ballast ).

CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp ) лампа - это лампа с холодным катодом , тонкая (2...4 мм) стеклянная трубка, заполненная инертными газами (неон, аргон) с небольшой примесью ртути. Разряд в парах ртути внутри трубки лампы создает ультрафиолетовое излучение, которое заставляет светиться люминофор, нанесенный на внутреннюю поверхность трубки, причем рабочая температура трубки лампы составляет около 40°С . Такая лампа имеет характеристику с "отрицательным сопротивлением" - напряжение зажигания (обычно около 1000 вольт) значительно больше рабочего напряжения (обычно 300...500 вольт). Для питания лампы целесообразно использовать синусоидальное напряжение частотой 20...100 килогерц.
Холодный катод также используется и в неоновых лампах, в которых электрический разряд возбуждает молекулы газа, заставляя их излучать видимый свет.

Следует отметить, что многие особенности CCFL ламп свойственны и лампам с горячим катодом ("hot" cathode fluorescent lamps, HCFL ). Примером HCFL ламп являются компактные люминесцентные лампы (КЛЛ, compact fluorescent lamp, CFL ) -

Главным отличием этих ламп присутствие в них нитей накала на каждом конце лампы -
выводы нитей накала

Перед запуском лампы эти нити нагреваются (отсюда и произошло название "лампы с горячим катодом") и излучают электроны, что снижает напряжение, требуемое для зажигания лампы. После запуска лампы питание с нитей накала можно снять.

схема питания HCFL лампы

Рассматриваемые ниже источники питания для CCFL ламп могут использоваться и для HCFL ламп, используя выводы нитей накала так, как будто это электроды CCFL лампы.

В книжке The Art and Science of Analog Circuit Design - J. Williams (1998) утверждается, что CCFL лампы являются наиболее эффективным средством преобразования электрической энергии в световую.

Инвертор предназначен для преобразования постоянного напряжения 5 или 12 вольт в переменное напряжение величиной 500...1500 вольт и частотой 30...80 килогерц.

CCFL лампы широко применяются в различных электронных устройствах (ЖК-мониторах и телевизорах, сканерах, факсах...), но также в этих аппаратах используется и LED технология (светодиоды).
Примеры инверторов -
сканер с CCFL лампой и инвертором (выделен желтым) -

инвертор для CCFL лампы сканера -

CCFL инверторы монитора Dell E172FPB -

Схема CCFL инвертора чаще всего представляет собой (Royer oscillator ), изобретенный в 1954 году George H. Royer (патент US 2783384 A "Electrical inverter circuits "). Он описан в статье Royer, GH, "A switching transistor DC-to-AC converter having an output frequency proportional to
the DC input voltage," AIEE Transactions on Communication and Electronics, Volume 74, July 1955, pg 322 to 326.

концептуальная схема классического конвертора Ройера

Недостатком этой схемы является прямоугольная форма выходного напряжения. Этот недостаток устранен в модифицированной резонансной схеме генератора Ройера.

модифицированная схема резонансного конвертера Ройера

или

Генератор Ройера содержит трансформатор с первичной обмотокой с выводом от середины (center tapped primary winding ) (число витков w1 +w2 ) и обмоткой обратной связи (feedback winding ) (число витков w3 ). Также на трансформаторе может быть вторичная обмотка (secondary winding ), с которой снимается выходное напряжение.
Две половины первичной обмотки подключаются к источнику питания через два транзистора Q1 и Q2 , включенные по схеме "push-pull ". Транзисторы включаются поочередно, меняя направление тока в половинких первичной обмотки. Напряжение с обмотки положительной обратной связи подается на базы транзисторов, вызывая генерацию.
Отличие CCFL инвертора от классического генератора Ройера заключается в наличии конденсатора C1 , включенного параллельно первичной обмотке, и создающего вместе с ней резонансный контур. Благодаря этому генератор вырабатывает на вторичной обмотке синусоидальное напряжение. Частота генерации определяется параметрами трансформатора, емкостью конденсатора C1 и параметрами нагрузки. Тот факт, что этот генератор вырабатывает синусоидальное напряжение, определяет широкое применение такой схемы для питания CCFL ламп. Дело в том, что световая отдача таких ламп уменьшается при наличии высших гармоник в питающем напряжении, а резонансный генератор Ройера (resonant Royer ) вырабатывает именно синусоидальное напряжение. Полное название такого генератора - "current-fed push-pull parallel-resonant inverter ".

Исследованиями таких инверторов занимается из Linear Technology Corp. -

Вот предлагаемая им схема инвертора:

Подробно работа таких генераторов описана в его книжке - J. Williams (1998) -

Детали инвертора:

транзисторы Q1 и Q2 -
наиболее популярный вариант - транзисторы (в инверторах мониторов) -
V CE SAT = 0,24 вольта, V CE MAX = 80 вольт, I C DC = 8 ампер с h FE MIN = 200 и f T = 330 мегагерц

транзисторы (в схеме с сайта ludens.cl ) -
составной n-p-n транзистор, V CE MAX = 60 вольт, I C DC = 3 ампера с h FE MIN = 700

транзисторы (M ) (в использованном мной для экспериментов инверторе для лампы подсветки компьютера) -
n-p-n транзистор в корпусе TO-92 с высоким коэффициентом передачи по току и низким напряжением насыщения, V CE MAX = 10 вольт, I C DC = 2 ампера с h FE MIN = 200

транзисторы 2SD1627 в SMD-исполнении -
n-p-n транзистор, V CE MAX = 25 вольт, I C DC = 2 ампера с h FE MIN = 3000!!!

трансфоматор -
пример трансформатор - XFORM INVERT 9.5uH EE19
описание трансформатора типа EE19 -

Примеры кол-ва витков:
w1 = w2 = 7, w3 = 2, вторичная обмотка - 142 витка.

дроссель L1 -
важный элемент схемы,
индуктивность ~330 мкГн с допустимым током до 1 ампера;
в моем инвертере дроссель представлял собой обмотку из 60 витков медного провода диаметром 0,2 мм, намотанную на гантелевидном сердечнике

резистор R1 -
сопротивление 1...2,7 кОм (в моем инвертере 1,5 кОм (коричневая-зеленая-красная-серая полоски).

конденсатор C1 -
желательно полипропиленовый (MKP ) (выдерживают большие токи) с емкостью не менее 10 нанофарад на напряжение несколько сотен вольт
примеры MKP конденсаторов на 27 и 330 нанофарад:

При увеличении емкости конденсатора резонансная частота схемы уменьшается, например, при емкости 1...2 микрофарада частота генерации смещается в звуковой диапазон.

При правильной работе схемы на коллекторах транзисторов действует однополупериодно выпрямленное синусоидальное напряжение.

Основным ограничивающим фактором в схеме является величина напряжения на коллекторах транзисторов, которое может достигать 60 вольт при питании напряжением 24 вольта.
В инверторе для CCFL лампы последовательно с нагрузкой (CCFL лампой) включен балластный конденсатор (в моем инвертере 22 пФ x 3000 вольт, другой вариант - 4,7 нанофарада x 1500 вольт). Изменяя его емкость, можно регулировать потребляемый нагрузкой ток.
Также на входе инвертора можно включить электролитический конденсатор, например, 22 микрофарада на 25 вольт.

В проекте используется следующая схема для питания счетчиков Гейгера:

В устройстве используется микросхема LM2575T -Adj - импульсный понижающий стабилизатор напряжения постоянного тока с регулируемым выходным напряжением Частота преобразования (52 кГц) определяется встроенным генератором. Микросхема работоспособна при входном напряжении до 40 В. интервал регулировки выходного напряжения - 1.2 ... 35 В при токе нагрузки до 1 А. Минимальная разность между входным и выходным напряжениями - около 2 В Имеется встроенная защита от превышения температуры, короткого замыкания в цепи нагрузки и перегрузки по току.
Распиновка выводов микросхемы:
1 - входное напряжение (V IN )
2 - выход (OUTPUT ) - вывод эмиттера внутреннего ключа
3 - земля (GND )
4 - вход обратной связи (FEEDBACK )
5 - вход сигнала включения (заземлен = 0 ... 1,4 вольта)/отключения (1,4 вольта... напряжение питания) (ON /OFF )
Опорное напряжение V ref составляет 1,23 вольта.

Полезные ссылки:
- сайт ludens.cl (различные схемы питания флуоресцентных ламп)

От добрых людей попал мне в руки вот такой достаточно престарелый сканер, Mustek 6000p, аппарат времен Windows 95 и больших белых пластиковых корпусов. Как раритет большой ценности он не представляет, но выбросить, не заглянув внутрь, жалко).

Собственно, все его электронное содержимое, корпус отправляется на помойку.

Осветитель из сканирующей каретки - обычная флуоресцентная лампа с холодным катодом (CCFL), подобные используются в подсветке LCD-матриц.

Плата с каретки. В левой части видим высоковольтный инвертор, пришло время попробовать зажечь лампу.

В левом углу - интегральный стабилизатор 7812, обозначенный как Q8, по нему легко понять, по каким дорожкам инвертор получает питание. На его входе при включении сканера около 14 вольт, но лампа не горит, как ее запустить? К участку платы с инвертором ведет не так уж и много дорожек от разъема, которым плата каретки соединяется с основной платой, поэтому предположим, что на транзисторе Q5 собран ключ, запускающий лампу.

Замкнем пинцетом резистор R3, соединенный с базой транзистора, на + питания, и… да будет свет!

Разобравшись, что к чему, обрежем все лишнее, впаяем резистор-перемычку между R3 и питанием…

… и штырьки для родного разъема питания принтера.

Получим вот такую аккуратную плату-инвертор, проверяем еще раз.

Для освещения рабочего места этого, конечно же, недостаточно, но можно сделать в каком-нибудь ящике подсветку по принципу лампы в холодильнике. В качестве донора корпуса неплохо подошла не менее престарелая мышь, ровесница сканеру. Выключателем же будет геркон с нормально замкнутыми контактами.

В собранном виде. Жаль, что кнопки не несут никакой функциональной нагрузки=)

Крепим лампу и корпус на двухсторонний скотч. На дверце - магнит от жесткого диска на том же скотче. Не особо эстетично, но задачу выполняет.

Для освещения небольшого пространства более чем достаточно

Внимательный читатель заметит, что на фото платы в корпусе мыши уже перемычка вместо стабилизатора - в нем больше нет необходимости, инвертор питается от домашнего сервера, который стоит на том же шкафу.

Собственно, все его электронное содержимое, корпус отправляется на помойку.