Схема электронного трансформатора для галогенных ламп. О трансформаторах для питания галогеновых лампочек Драйвер галогенных ламп 12в

30.06.2023

Устройство имеет достаточно простую схему. Простой двухтактный автогенератор, который выполнен по полумостовой схеме, рабочая частота порядка 30кГц, но этот показатель сильно зависит от выходной нагрузки.

Схема такого блока питания очень не стабильна, не имеет никаких защит от КЗ на выходе трансформатора, пожалуй именно из-за этого, схема пока не нашла широкого применения в радиолюбительских кругах. Хотя в последнее время на разных форумах наблюдается продвижение данной темы. Люди предлагают различные варианты доработки таких трансформаторов. Я сегодня попытаюсь все эти доработки совместить в одной статье и предложить варианты не только доработки, но и умощнения ЭТ.

В основу работы схемы углубляться не будем, а сразу приступим к делу.
Мы попытаемся доработать и увеличить мощность китайского ЭТ Taschibra на 105 Ватт.

Для начала хочу пояснить, по какой причине я решил взяться за умощнение и переделку таких трансформаторов. Дело в том, что недавно сосед попросил сделать ему на заказ зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, который был бы компактным и легким. Собирать не хотелось, но позже я наткнулся на интересные статьи в которых рассматривалась переделка электронного трансформатора. Это натолкнуло на мысль — почему бы не попробовать?

Таким образом, были приобретены несколько ЭТ от 50 до 150 Ватт, но опыты с переделкой не всегда завершались успешно, из всех выжил только ЭТ на 105 Ватт. Недостатком такого блока является то, что трансформатор у него не кольцевой, в связи с чем неудобно отмотать или домотать витки. Но другого выбора не было и пришлось переделать именно этот блок.

Как нам известно, эти блоки не включаются без нагрузки, это не всегда является достоинством. Я планирую получить надежное устройство, которое можно свободно применять в любых целях, не боясь, что блок питания может перегореть или выйти из строя при КЗ.

Доработка №1

Суть идеи заключается в добавлении защиты от КЗ, также устранения вышеуказанного недостатка (активация схемы без выходной нагрузки или с маломощной нагрузкой).

Глядя на сам блок, мы можем увидеть простейшую схему ИБП, я бы сказал, что схема не до конца отработана производителем. Как мы знаем, если замкнуть вторичную обмотку трансформатора, то меньше, чем за секунду схема выйдет из строя. Ток в схеме резко возрастает, ключи в миг выходят из строя, иногда и базовые ограничители. Таким образом, ремонт схемы обойдется дороже стоимости (цена такого ЭТ порядка 2,5$).

Трансформатор обратной связи состоит из трех отдельных обмоток. Две из этих обмоток питают базовые цепи ключей.

Для начала удаляем обмотку связи на трансформаторе ОС и ставим перемычку. Эта обмотка включена последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора.
Затем на силовом трансформаторе мотаем всего 2 витка и один виток на кольце (трансформаторе ОС). Для намотки можно использовать провод с диаметром 0,4-0,8мм.

Далее нужно подобрать резистор для ОС, в моем случае он на 6,2 ОМ, но резистор можно подобрать с сопротивлением 3-12 Ом, чем выше сопротивление этого резистора, тем меньше ток защиты от КЗ. Резистор в моем случае использован проволочный, чего делать не советую. Мощность этого резистора подбираем 3-5 ватт (можно использовать от 1 до 10 ватт).

Во время КЗ на выходной обмотке импульсного трансформатора ток во вторичной обмотке падает (в стандартных схемах ЭТ при КЗ ток возрастает, выводя из строя ключи). Это приводит к уменьшению тока на обмотке ОС. Таким образом, прекращается генерация, сами ключи запираются.

Единственным недостатком такого решение является то, что при долговременном КЗ на выходе, схема выходит из строя, поскольку ключи греются и достаточно сильно. Не стоит подвергать выходную обмотку КЗ с длительностью более 5-8 секунд.

Схема теперь будет заводиться без нагрузки, одним словом мы получили полноценный ИБП с защитой от КЗ.

Доработка №2

Теперь постараемся, в какой-то мере сгладить сетевое напряжение от выпрямителя. Для этого будем использовать дроссели и сглаживающий конденсатор. В моем случае использован готовый дроссель с двумя независимыми обмотками. Данный дроссель был снят от ИБП DVD проигрывателя, хотя можно использовать и самодельные дросселя.

После моста следует подключить электролит с емкостью 200мкФ с напряжением не менее 400 Вольт. Емкость конденсатора подбирается исходя из мощности блока питания 1мкФ на 1 ватт мощности. Но как вы помните, наш БП рассчитан на 105 Ватт, почему же конденсатор использован на 200мкФ? Это поймете уже совсем скоро.

Доработка №3

Теперь о главном — умощнение электронного трансформатора и реально ли это? На самом деле есть только один надежный способ умощнения без особых переделок.

Для умощнения удобно использовать ЭТ с кольцевым трансформатором, поскольку нужно будет перемотать вторичную обмотку, именно по этой причине мы заменим наш трансформатор.

Сетевая обмотка растянута по всему кольцу и содержит 90 витков провода 0,5-0,65мм. Обмотка мотается на двух сложенных ферритовых кольцах, которые были сняты от ЭТ с мощностью 150 Ватт. Вторичная обмотка мотается исходя от нужд, в нашем случае она рассчитана на 12 Вольт.

Планируется увеличить мощность до 200 Ватт. Именно поэтому и нужен был электролит с запасом, о котором говорилось выше.

Конденсаторы полумоста заменяем на 0,5мкФ, в штатной схеме они имеют емкость 0,22 мкФ. Биполярные ключи MJE13007 заменяем на MJE13009.
Силовая обмотка трансформатора содержит 8 витков, намотка делалась 5-ю жилами провода 0,7мм, таким образом, имеем в первичке провод с общим сечением 3,5мм.

Идем дальше. Перед и после дросселей ставим пленочные конденсаторы с емкостью 0,22-0,47мкФ с напряжением не менее 400 Вольт (я использовал именно те конденсаторы, которые были на плате ЭТ и которые пришлось заменить для увеличения мощности).

Далее заменяем диодный выпрямитель. В стандартных схемах применяются обычные выпрямительные диоды серии 1N4007. Ток диодов составляет 1 Ампер, наша схема потребляет немало тока, поэтому диоды стоит заменить на более мощные, во избежание неприятных результатов после первого включения схемы. Можно использовать буквально любые выпрямительные диоды с током 1,5-2 Ампер, обратное напряжение не менее 400 Вольт.

Все компоненты, кроме платы с генератором смонтированы на макетной плате. Ключи были укреплены на теплоотвод через изоляционные прокладки.

Продолжаем нашу переделку электронного трансформатора, дополнив схему выпрямителем и фильтром.
Дросселя намотаны на кольцах из порошкового железа (сняты от компьютерного БП), состоят из 5-8 витков. Намотку удобно сделать сразу 5-ю жилами провода с диаметром 0,4-0,6мм каждая жила.

Сглаживающий конденсатор подбираем с напряжением 25-35 Вольт, в качестве выпрямителя применен один мощный диод шоттки (диодные сборки из компьютерного блока питания). Можно использовать любые быстрые диоды с током 15-20 Ампер.

При подборе оборудования для светодиодной подсветки или светодиодного освещения, неизбежно возникает задача выбора блока питания для системы. Специалисты по светодиодному оборудованию всегда предлагают использовать специализированные блоки питания. У человека, столкнувшегося с этим оборудованием в первый раз, как правило, возникает вполне естественный вопрос - почему нельзя применить электронный трансформатор для галогенных ламп? Он, при одинаковой мощности, имеет меньший размер, меньшую цену, да и выходное напряжение у него тоже 12 вольт. Те, кто просто хочет получить ответ на этот вопрос, не вникая в подробности, может сразу перейти к выводам в конце статьи.

Для тех же, кто хочет подробнее разобраться в вопросе – немного теории.

Для начала хочется отметить, что практически все современные источники питания – это импульсные преобразователи. Принципиальное отличие их от применявшихся ранее аналоговых (или линейных) источников питания заключается в том, что преобразование напряжения в них осуществляется не на частоте питающей электросети (50Гц), а на значительно более высокой частоте (обычно в диапазоне 30000-50000 Гц). Благодаря переходу на такие частоты удалось значительно уменьшить размеры и вес источников питания, а также значительно повысить их КПД, который в современных моделях достигает 95%.

Чтобы понять различие между полноценным блоком питания и электронным трансформатором, разберемся с их внутренним устройством.

Рассмотрим структурную схему обычного электронного трансформатора для питания галогенных ламп (рис. 1).

Рис.1 Структурная схема электронного трансформатора, предназначенного для питания галогенных ламп.

Переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В (Рис.2а) подается на входной выпрямитель, представляющий из себя, как правило, диодный мост. На выходе выпрямителя (Рис.2б) мы получаем импульсы напряжения одной полярности и удвоенной частоты – 100Гц.

Рис.2 Формы напряжения на входе (а) и выходе (б) выпрямителя.

Далее это напряжение подается на каскад, выполненный на ключевых транзисторах, которые при помощи положительной обратной связи введены в режим генерации. Таким образом, на выходе этого каскада формируются высокочастотные импульсы с частотой генерации и амплитудой сетевого напряжения. Очень важно для нашего случая обратить внимание на то, что генерация в подобной схеме возникает не всегда, а только при условии, что нагрузка электронного трансформатора находится в определенных пределах, например, от 30 до 300 Ватт. Кроме того, поскольку питание ключевого каскада осуществляется импульсами с выхода выпрямителя, то высокочастотное колебание генератора оказывается промодулированным импульсами частотой 100 Гц.

Сформированное таким образом напряжение сложной формы подается на понижающий трансформатор, на выходе которого мы имеем напряжение такой же формы, но величиной, подходящей для питания галогенных ламп. Здесь стоит отметить, что для нити накаливания, которая является источником света в галогенных лампах, не имеет значение формы питающего напряжение. Для ламп накаливания важно только действующее напряжение – т.е. величина напряжения, усредненная за период времени. Когда в характеристиках электронного трансформатора указывается выходное напряжение 12 вольт, то речь идет как раз о действующем напряжении. На рис.3 приведены реальные осциллограммы, снятые на выходе электронного трансформатора.

Рис.3 Осциллограммы на выходе электронного трансформатора, предназначенного для питания галогенных ламп.

Из осциллограммы Рис.3а видно, что импульсы на выходе электронного трансформатора следуют с частотой 55000 Гц, имеют очень крутые фронты и амплитудное значение 17 вольт. По осциллограмме на Рис.3б можно заметить, что почти 20% времени напряжение на выходе электронного трансформатора вообще равно нулю (горизонтальные участки между всплесками напряжения). Что же произойдет, если такое напряжение подать, например, на светодиодную лампу? В любую светодиодную лампу всегда встроен собственный драйвер для обеспечения оптимального режима работы светодиодов. Этот драйвер будет пытаться сгладить скачки напряжения, но гарантировать долгую надежную работу в этом случае невозможно. Что касается светодиодной ленты – то для ее питания вообще требуется постоянное напряжение.

Теперь рассмотрим структурную схему стабилизированного блока питания, используемого совместно со светодиодным оборудованием (рис. 4).

Рис.4 Структурная схема блока питания постоянного тока со стабилизированным выходным напряжением, предназначенного для питания светодиодного оборудования.

Первый блок – уже знакомый нам входной выпрямитель, который не имеет никаких отличий от выпрямителя, рассмотренного нами выше. С его выхода напряжение (см. Рис.2б) подается на сглаживающий фильтр, после которого приобретает форму, показанную сплошной линией на Рис.5.

Рис.5 Форма напряжения на выходе сглаживающего фильтра.

Как видно из рисунка, пульсации на выходе фильтра почти отсутствуют и форма напряжения близка к прямой линии.

Это напряжение подается на силовые транзисторные ключи, к выходу которых, как и в случае с электронным трансформатором, подключен понижающий трансформатор. Отличие заключается в том, что работой ключей управляет специализированная микросхема, в состав которой входит задающий генератор, ШИМ контроллер и различные цепи управления.

Механизм использования ШИМ (широтно-импульсной модуляции) в блоке питания заключается в том, что меняя ширину коммутирующих импульсов, подаваемых на силовые ключи, можно менять напряжение на выходе блока питания. Благодаря этому, подавая сигнал управления с выхода блока питания на вход контроллера ШИМ, появляется возможность стабилизировать выходное напряжение.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом. Когда выходное напряжение, под влиянием внешних факторов, повышается, сигнал ошибки передается с выхода блока питания на контроллер ШИМ, ширина импульсов уменьшается, и выходное напряжение снижается, приходя в норму. При понижении выходного напряжения аналогичным образом происходит увеличение ширины коммутирующих импульсов. Благодаря такой работе, выходное напряжение всегда поддерживается в заданном диапазоне.

Поскольку режим работы задающего генератора в данной схеме не зависит от внешних воздействий, а также благодаря цепям стабилизации, выходное напряжение остается постоянным во всем диапазоне допустимой мощности нагрузки, например, от 0 до 100 Вт.

Кроме того, наличие обратной связи позволило защитить блок питания от выхода из строя. При превышении потребляемой мощности, при повышении выходного напряжения выше критического, а также при коротком замыкании в нагрузке происходит автоматическое выключение блока питания. После устранения причины, вызвавшей срабатывание защиты, блок питания запускается вновь.

После понижающего трансформатора высокочастотные разнополярные импульсы поступают на выпрямитель, где преобразуются в импульсы одной полярности. Выходной фильтр сглаживает импульсы после выпрямления и превращает их в постоянное напряжение с низким уровнем пульсаций.

Благодаря рассмотренным мерам стабилизации и фильтрации, нестабильность постоянного напряжение на выходе блока питания обычно не превышает 3% от номинального, а напряжение пульсаций имеет величину не более 0,1 вольта.

Также немаловажное положительное влияние выходного фильтра - значительное снижение уровня электромагнитных помех, излучаемых блоком питания и в особенности помех, излучаемых проводами, подключенными к его выходу.

Выводы

Электронные трансформаторы, предназначенные для питания галогенных ламп, использовать для питания светодиодного оборудования нельзя потому, что:

1. Значение 12 вольт, указанное в паспорте электронного трансформатора – это действующее (усредненное) напряжение. Реально в выходном напряжении могут присутствовать короткие импульсы, амплитудой до 40 вольт.

2. Напряжение на выходе электронного трансформатора высокочастотное и невыпрямленное. Оно содержит импульсы разной полярности, как положительной, так и отрицательной.

3. Выходное действующее напряжение электронных трансформаторов нестабильно, зависит от входного напряжения питающей сети, от мощности подключенной нагрузки, от температуры окружающей среды и может лежать в пределах 11-16 вольт.

4. Электронный трансформатор не способен работать при маленькой нагрузке. В его характеристиках обычно указывается нижняя и верхняя граница допустимой мощности нагрузки, например 30-300 ватт.

Первые три пункта неминуемо приведут к преждевременному выходу светодиодного оборудования из строя. В некоторых случаях оборудование может выйти из строя уже при первом включении. Такая поломка не будет являться гарантийным случаем.

При замене галогеновых ламп на светодиодные в уже существующих системах, помимо первых трех пунктов, необходимо учитывать и четвертый. Потребляемая мощность светодиодных ламп в 10 раз меньше мощности галогеновых. При недостаточной нагрузке электронный трансформатор может не включиться совсем или будет периодически включаться и выключаться. При такой замене ламп в любом случае рекомендуется заменять и источник питания.

Содержание статьи:

Трансформаторы для галогенных ламп

Электрооборудование в нашем доме, и освещение в том числе, работает от электричества, напряжением 220В. Но обычная лампочка накаливания с вольфрамовой нитью - вчерашний день. КПД низкий, долговечность невысокая, да и частота 50Гц создает дополнительную нагрузку на зрение. Выход - применить трансформатор для галогенных ламп и с его помощью использовать высокочастотные галогенные лампы, работающие от электричества низкого напряжения.

Трансформатор для галогенных ламп понижает напряжение с 220В до 12В. Галогенные лампы светят именно от электричества напряжением 12В.

Трансформаторы делятся на два вида:

обмоточные (индукционные);
электронные.

Обмоточные и электронные трансформаторы

Первый вид приборов — обмоточный трансформатор для галогенных ламп представляет собой две медные обмотки, которые взаимодействуют посредством электромагнитного поля.

Сегодня электронный трансформатор для галогенных ламп перед обмоточным индукционным имеет свои преимущества:

легкий и компактный с малыми размерами;
хорошо защищен: имеет высокую степень защиты от коротких замыканий;
почти бесшумный: обладает низким уровнем шума;
стабильный в работе без нагрузки (режим холостого хода);
оснащен защитой от перегрузок и имеет защиту от перегрева;
позволяет осуществлять мягкий запуск;

Перечисленные особенности обеспечивают долговечность работы, продлевают срок службы как трансформатора, так и галогенных ламп.

Примечание: у электронного трансформатора для галогенных ламп КПД 95-99% против 75-80% у трансформатора обмоточного.

Выбор трансформаторов

Расчет и подбор понижающих трансформаторов проводят по двум основным критериям:

По выходному напряжению.
По номинальной мощности.

Первый параметр показывает, галогенные лампы какого напряжения можно присоединить с помощью трансформатора. Второй дает общую мощность подключаемых ламп, подключаемых с его помощью. Значение основных параметров отображено на крышке корпуса трансформатора.

Примечание: галогенные лампы через трансформатор подключают параллельно. При этом суммируется их мощность, а напряжение остается неизменным. В отличие от параллельного подключения, при последовательном суммируется напряжение.

При необходимости подключения большого количества галогенных светильников, их следует разделить на группы. Для этого можно привести такие аргументы:

Подключение без разделения на группы требует более мощного, а соответственно, большего по размерам трансформатора. Поэтому может не хватить места при его монтаже.
Если выйдет из строя один трансформатор, погаснет только часть освещения.
Более мощные трансформаторы значительно дороже.
Работа галогенных ламп без потери мощности требует применение проводов длиной не более 3 м.

Разделив освещение на группы, обеспечим это условие.

Схема подключения светильников каждый через свой трансформатор — Фото 07

Совет: работая, трансформатор для галогенных ламп, особенно индукционный, во время работы может основательно нагреваться. Это надо учитывать, выбирая место его установки.

Схемы трансформаторов

Этот трансформатор широко используется в бытовых осветительных приборах, например настольных светильниках с галогенным освещением.

Широко используемый трансформатор (Рис. 2) имеет в своем составе с двунаправленный динистор "TRIGGER DIODE" и работает следующим способом: диодный мост выпрямляет переменное напряжение до полусинусоидального с удвоенной частотой. Двунаправленный динистор D6 запускает преобразователь трансформатора и генерацию полумоста, что позволяет довести частоту электрического тока на выходе до 30-50 кГц.

Сейчас применяются более совершенные трансформаторы с микросхемой IR2161. Использование микросхемы, имея всего 8 контактов, значительно основательно повысила надежность трансформаторов устройств, в первую очередь из-за уменьшения количества составляющих компонентов. Также он отличается высокой технологичностью, а именно:

защитой нагрузки от короткого замыкания;
защитой от токовой перегрузки (обе защиты имеют автоматический перезапуск);
интеллектуальным драйвером полумоста;
качанием рабочей частоты, что снижает электромагнитные помехи;
мощным запуском на 150 мкА;
возможностью использовать с фазовыми регуляторами яркости;
компенсируемым сдвигом напряжения выхода, что продлевает срок службы ламп;
"мягким" запуском старт, который позволяет исключить у ламп токовые перегрузки.

Трансформаторы для галогенных ламп и трансформаторы для светодиодов: взаимозаменямы ли они?

Трансформатор для галогенных ламп имеет своего "родственника" - трансформатор для светодиодного освещения. Но даже при одинаковой номинальной мощности и напряжении на выходе эти трансформаторы приборы не взаимозаменяемы.

Дело в том, что в галогенной лампе источником света является нить накаливания. В свечении светодиода заложена совсем другая физика. Электрический ток проходит по P/N переходу диода и отдает часть энергии в виде фотона света. Это отличие физического явления свечения галогенной лампы и светодиода ставит различные требования к трансформаторам. Не вдаваясь в глубокий анализ осциллограмм трансформаторов в рамках этой статьи, сделаем вводы:

12В на выходе электронного трансформатора - это усредненное напряжение. В реальности присутствуют кратковременные скачки до 40В. Галогенная лампа "проглатывает" этот скачек без ущерба, а для светодиода он может быть губительным.
Помимо кратковременных скачков напряжения электронные трансформаторы для галогеннок отличаются нестабильностью выходного напряжения. Оно может быть в диапазоне 11-16В и зависит от напряжения сети на входе, подключенной мощности, температуры среды.
Трансформатор галогенных ламп выдает невыпрямленное напряжение. В нем присутствуют как положительные, так и отрицательные импульсы. Для долговечной работы светодиода требуется выпрямленное напряжение, график амплитуды импульсов которого близок к прямой линии.
Схема стабилизированного блока питания, используемого совместно со светодиодным оборудованием — Фото 13

Светодиодные лампы имеют мощность в 10 раз меньшую от мощности галогенных ламп. Но электронный трансформатор для галогенных ламп не может работать при малых нагрузках. При нагрузке меньше 30 ватт он может поочередно включаться и выключаться, или не будет включаться вообще.

Вывод: Трансформаторы для галогеннок и трансформаторы для светодиодов не взаимозаменяемы. Использование не по назначению приведет к поломке оборудования.

Дальнейшее применение галогенных ламп в общественных местах и быту весьма перспективно в первую очередь из-за электробезопасности. Кроме этого, применение такого способа освещения позволяет существенно снизить потребление электроэнергии.

В статье описаны так называемые электронные трансформаторы, по сути, представляющие собой импульсные понижающие преобразователи для питания галогенных ламп, рассчитанных на напряжение 12 В. Предложены два варианта исполнения трансформаторов - на дискретных элементах и с применением специализированной микросхемы.

Галогенные лампы являются, по сути, более усовершенствованной модификацией обычной лампы накаливания. Принципиальное отличие заключается в добавлении в колбу лампы паров соединений галогенов, которые блокируют активное испарение металла с поверхности нити накала во время работы лампы. Это позволяет разогревать нить накала до более высоких температур, что даёт более высокую светоотдачу и более равномерный спектр излучения. Помимо этого, увеличивается срок службы лампы. Эти и другие особенности делают галогенную лампу весьма привлекательной для домашнего освещения, и не только. Промышленно выпускается широкий ассортимент галогенных ламп различной мощности на напряжение 230 и 12 В. Лампы с напряжением питания 12 В обладают лучшими техническими характеристиками и большим ресурсом по сравнению с лампами на 230 В, не говоря уже об электробезопасности. Для питания таких ламп от сети 230 В необходимо уменьшить напряжение. Можно, конечно, применить обычный сетевой понижающий трансформатор, но это дорого и нецелесообразно. Оптимальный выход - использовать понижающий преобразователь 230 В/12 В, часто называемый в таких случаях электронным трансформатором или галогенным конвертором (halogen convertor). О двух вариантах таких устройств и пойдёт речь в этой статье, оба рассчитаны на мощность нагрузки 20...105 Вт.

Один из наиболее простых и распространённых вариантов схемных решений для понижающих электронных трансформаторов - это полумостовой преобразователь с положительной обратной связью по току, схема которого приведена на рис. 1. При подключении устройства к сети конденсаторы С3 и С4 быстро заряжаются до амплитудного напряжения сети, формируя половинное напряжение в точке соединения. Цепь R5C2VS1 формирует запускающий импульс. Как только напряжение на конденсаторе С2 достигнет порога открывания динистора VS1 (24.32 В), он откроется и к базе транзистора VT2 будет приложено прямое напряжение смещения. Этот транзистор откроется, и ток потечёт по цепи: общая точка конденсаторов С3 и С4, первичная обмотка трансформатора Т2, обмотка III трансформатора Т1, участок коллектор - эмиттер транзистора VT2, минусовый вывод диодного моста VD1. На обмотке II трансформатора Т1 появится напряжение, поддерживающее транзистор VT2 в открытом состоянии, при этом к базе транзистора VT1 будет приложено обратное напряжение от обмотки I (обмотки I и II включены противофазно). Протекающий через обмотку III трансформатора Т1 ток быстро введёт его в состояние насыщения. Вследствие этого напряжение на обмотках I и II Т1 устремится к нулю. Транзистор VT2 начнёт закрываться. Когда он почти полностью закроется, трансформатор станет выходить из насыщения.

Рис. 1. Схема полумостового преобразователя с положительной обратной связью по току

Закрывание транзистора VT2 и выход из насыщения трансформатора Т1 приведут к изменению направления ЭДС и росту напряжения на обмотках I и II. Теперь к базе транзистора VT1 будет приложено прямое напряжение, ак базе VT2 - обратное. Транзистор VT1 начнёт открываться. Ток потечёт по цепи: плюсовой вывод диодного моста VD1, участок коллектор - эмиттер VT1, обмотка III Т1, первичная обмотка трансформатора Т2, общая точка конденсаторов С3 и С4. Далее процесс повторяется, а в нагрузке формируется вторая полуволна напряжения. После запуска диод VD4 поддерживает в разряженном состоянии конденсатор С2. Поскольку в преобразователе не используется сглаживающий оксидный конденсатор (в нём нет необходимости при работе на лампу накаливания, даже, наоборот, его присутствие ухудшает коэффициент мощ-ности устройства), то по окончании полупериода выпрямленного напряжения сети генерация прекратится. С приходом следующего полупериода генератор запустится снова. В результате работы электронного трансформатора на его выходе формируются близкие по форме к синусоидальным колебания частотой 30...35 кГц (рис. 2), следующие пачками с частотой 100 Гц (рис. 3).

Рис. 2. Близкие по форме к синусоидальным колебания частотой 30...35 кГц

Рис. 3. Колебания частотой 100 Гц

Важная особенность подобного преобразователя - он не запустится без нагрузки, поскольку при этом ток через обмотку III Т1 будет слишком мал, и трансформатор не войдёт в насыщение, процесс автогенерации сорвётся. Эта особенность делает ненужной защиту от режима холостого хода. Устройство с указанными на рис. 1 номиналами стабильно запускается при мощности нагрузки от 20 Вт.

На рис. 4 приведена схема усовершенствованного электронного трансформатора, в который добавлены помехоподавляющий фильтр и узел защиты от короткого замыкания в нагрузке. Узел защиты собран на транзисторе VT3, диоде VD6, стабилитроне VD7, конденсаторе C8 и резисторах R7-R12. Резкое увеличение тока нагрузки приведёт к увеличению напряжения на обмотках I и II трансформатора Т1 с 3...5 В в номинальном режиме до 9...10 В в режиме короткого замыкания. В результате на базе транзистора VT3 появится напряжение смещения 0,6 В. Транзистор откроется и зашунтирует конденсатор цепи запуска С6. В результате со следующим полупериодом выпрямленного напряжения генератор не запустится. Конденсатор С8 обеспечивает задержку отключения защиты около 0,5 с.

Рис. 4. Схема усовершенствованного электронного трансформатора

Второй вариант электронного понижающего трансформатора показан на рис. 5. Он более прост в повторении, поскольку в нём нет одного трансформатора, при этом более функционален. Это тоже полумостовой преобразователь, но под управлением специализированной микросхемы IR2161S. В микросхему встроены все необходимые защитные функции: от пониженного и повышенного напряжения сети, от режима холостого хода и короткого замыкания в нагрузке, от перегрева. Также IR2161S обладает функцией мягкого старта, который заключается в плавном нарастании напряжения на выходе при включении от 0 до 11,8 В в течение 1 с. Это исключает резкий бросок тока через холодную нить лампы, что значительно, иногда в несколько раз, повышает срок её службы.

Рис. 5. Второй вариант электронного понижающего трансформатора

В первый момент, а также с приходом каждого последующего полупериода выпрямленного напряжения питание микросхемы осуществляется через диод VD3 от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD2. Если питание осуществляется напрямую от сети 230 В без использования фазового регулятора мощности (диммера), то цепь R1-R3C5 не нужна. После входа в рабочий режим микросхема дополнительно питается с выхода полумоста через цепь d2VD4VD5. Сразу же после запуска частота внутреннего тактового генератора микросхемы - около 125 кГц, что значительно выше частоты выходного контура С13С14Т1, в результате напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 будет мало. Внутренний генератор микросхемы управляется напряжением, его частота обратно пропорциональна напряжению на конденсаторе С8. Сразу же после включения этот конденсатор начинает заряжаться от внутреннего источника тока микросхемы. Пропорционально росту напряжения на нём будет уменьшаться частота генератора микросхемы. Когда напряжение на конденсаторе достигнет 5 В (приблизительно через 1 с после включения), частота уменьшится до рабочего значения около 35 кГц, а напряжение на выходе трансформатора достигнет номинального значения 11,8 В. Так реализован мягкий старт, после его завершения микросхема DA1 переходит в рабочий режим, в котором вывод 3 DA1 можно использовать для управления выходной мощностью. Если параллельно конденсатору С8 подключить переменный резистор сопротивлением 100 кОм, можно, изменяя напряжение на выводе 3 DA1, управлять выходным напряжением и регулировать яркость свечения лампы. При изменении напряжения на выводе 3 микросхемы DA1 от 0 до 5 В частота генерации будет меняться от 60 до 30 кГц (60 кГц при 0 В - минимальное напряжение на выходе и 30 кГц при 5 В - максимальное).

Вход CS (вывод 4) микросхемы DA1 является входом внутреннего усилителя сигнала ошибки и используется для контроля тока нагрузки и напряжения на выходе полумоста. В случае резкого увеличения тока нагрузки, например, при коротком замыкании, падение напряжения на датчике тока - резисторах R12 и R13, а следовательно, и на выводе 4 DA1 превысит 0,56 В, внутренний компаратор переключится и остановит тактовый генератор. В случае же обрыва нагрузки напряжение на выходе полумоста может превысить предельно допустимое напряжение транзисторов VT1 и VT2. Чтобы избежать этого, к входу CS через диод VD7 подключён резистивно-ёмкостный делитель C10R9. При превышении порогового значения напряжения на резисторе R9 генерация также прекращается. Более подробно режимы работы микросхемы IR2161S рассмотрены в .

Рассчитать число витков обмоток выходного трансформатора для обоих вариантов можно, например, с помощью простой методики расчёта , выбрать подходящий магнитопровод по габаритной мощности можно с помощью каталога .

Согласно , число витков первичной обмотки равно

N I = (U c max ·t 0 max) / (2·S·B max),

где U c max - максимальное напряжение сети, В; t 0 max - максимальное время открытого состояния транзисторов, мкс; S - площадь поперечного сечения магнитопровода, мм 2 ; B max - максимальная индукция, Тл.

Число витков вторичной обмотки

где k - коэффициент трансформации, в нашем случае можно принять k = 10.

Чертёж печатной платы первого варианта электронного трансформатора (см. рис. 4) приведён на рис. 6, расположение элементов - на рис. 7. Внешний вид собранной платы показан на рис. 8. обложки. Электронный трансформатор собран на плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Все элементы для поверхностного монтажа установлены со стороны печатных проводников, выводные - на противоположной стороне платы. Большинство деталей (транзисторы VT1, VT2, трансформатор Т1, динистор VS1, конденсаторы С1-С5, С9, С10) подойдут от массовых дешёвых электронных балластов для люминесцентных ламп типа Т8, например, Tridonic PC4x18 T8, Fintar 236/418, Cimex CSVT 418P, Komtex EFBL236/418, TDM Electric EB-T8-236/418 и др., поскольку они имеют схожую схемотехнику и элементную базу. Конденсаторы С9 и С10 - металлоплёночные полипропиленовые, рассчитанные на большой импульсный ток и переменное напряжение не менее 400 В. Диод VD4 - любой быстродействующий с допустимым обратным на рис 11 пряжением не менее 150 В.

Рис. 6. Чертёж печатной платы первого варианта электронного трансформатора

Рис. 7. Расположение элементов на плате

Рис. 8. Внешний вид собранной платы

Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе с магнитной проницаемостью 2300 ±15 %, его внешний диаметр - 10,2 мм, внутренний диаметр - 5,6 мм, толщина - 5,3 мм. Обмотка III (5-6) содержит один виток, обмотки I (1-2) и II (3-4) - по три витка провода диаметром 0,3 мм. Индуктивность обмоток 1-2 и 3-4 должна быть 10...15 мкГн. Выходной трансформатор Т2 намотан на магнитопроводе EV25/13/13 (Epcos) без немагнитного зазора, материал N27. Его первичная обмотка содержит 76 витков провода 5x0,2 мм. Вторичная обмотка содержит восемь витков литцендрата 100x0,08 мм. Индуктивность первичной обмотки равна 12 ±10 % мГн. Дроссель помехоподавляющего фильтра L1 намотан на маг-нитопроводе Е19/8/5, материал N30, каждая обмотка содержит по 130 витков провода диаметром 0,25 мм. Можно применить подходящий по габаритам стандартный двухобмоточный дроссель индуктивностью 30...40 мГн. Конденсаторы С1, С2 желательно применить Х-класса.

Чертёж печатной платы второго варианта электронного трансформатора (см. рис. 5) показан на рис. 9, расположение элементов - на рис. 10. Плата также изготовлена из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита, элементы для поверхностного монтажа расположены со стороны печатных проводников, выводные - на противоположной стороне. Внешний вид готового устройства приведён на рис. 11 и рис. 12. Выходной трансформатор Т1 намотан накольцевом магнитопроводе R29.5 (Epcos), материал N87. Первичная обмотка содержит 81 виток провода диаметром 0,6 мм, вторичная - 8 витков провода 3x1 мм. Индуктивность первичной обмотки равна 18 ±10 % мГн, вторичной - 200 ±10 % мкГн. Трансформатор Т1 рассчитывался на максимальную мощность до 150 Вт, для подключения такой нагрузки транзисторы VT1 и VT2 необходимо установить на теплоотвод - алюминиевую пластину площадью 16...18 мм 2 , толщиной 1,5...2 мм. При этом, правда, потребуется соответствующая переделка печатной платы. Также выходной трансформатор можно применить от первого варианта устройства (потребуется добавить на плате отверстия под иное расположение выводов). Транзисторы STD10NM60N (VT1, VT2) можно заменить на IRF740AS или аналогичные. Стабилитрон VD2 должен быть мощностью не менее 1 Вт, напряжение стабилизации - 15,6...18 В. Конденсатор С12 - желательно дисковый керамический на номинальное постоянное напряжение 1000 В. Конденсаторы С13, С14 - металлопленочные полипропиленовые, рассчитанные на большой импульсный ток и переменное напряжение не менее 400 В. Каждую из резистивных цепей R4-R7, R14-R17, R18-R21 можно заменить одним выводным резистором соответствующих сопротивления и мощности, но при этом потребуется изменить печатную плату.

Рис. 9. Чертёж печатной платы второго варианта электронного трансформатора

Рис. 10. Расположение элементов на плате

Рис. 11. Внешний вид готового устройства

Рис. 12. Внешний вид собранной платы

Литература

1. IR2161 (S) & (PbF). Halogen convertor control IC. - URL: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2161.pdf (24.04.15).

2. Peter Green. 100VA dimmable electronic convertor for low voltage lighting. - URL: http:// www.irf.com/technical-info/refdesigns/ irplhalo1e.pdf (24.04.15).

3. Ferrites and Accessories. - URL: http:// en.tdk.eu/tdk-en/1 80386/tech-library/ epcos-publications/ferrites (24.04.15).

Дата публикации: 30.10.2015

Мнения читателей

Веселин / 08.11.2017 - 22:18
Какие электронные трансформаторы из представленных на рынке с им 2161 или подобные
Эдуард / 26.12.2016 - 13:07
Здрвствуйте, можно ли вместо трансформатора на 160вт поставить на 180вт? Спасибо.
Михаил / 21.12.2016 - 22:44
Я переделывал вот такие http://ali.pub/7w6tj
Юрий / 05.08.2016 - 17:57
Здравствуйте! Нельзя ли узнать частоту переменного напряжения на выходе трансформатора для галогенных ламп? Спасибо.

Для контроля работы всех приборов в доме, в том числе, источников света, необходимы специальные устройства. Предлагаем рассмотреть, что такое электронный трансформатор для галогенных ламп 12В, его принцип работы, характеристики и видео, как самостоятельно подключить прибор.

Что такое трансформатор для ламп

Для контроля работы галогенных ламп необходимо использовать понижающий трансформатор на 12 вольт, им обеспечивается защита источников света от перенапряжений и скачков энергии. Это устройство нормализует входящий электрический ток, в основном используется для небольших лампочек, 6, 12 и 24 В. Самые популярные марки: 55-TASCHIBRA, Comtech, Italmac, Relco, SET-110 LV для ламп Krypton 2 Year E60.

Фото – Cхема трансформатора для галогеновых ламп

Есть два вида трансформаторов понижающего типа:

Тороидальный обмоточный;
Электронный или импульсный.

Принципиальный обмоточный трансформатор наиболее доступен и прост в работе, у него легкое подключение и хорошие показатели мощности. Его принцип работы лежит в связи между катушками прибора. Но у них есть достаточно серьезные недостатки, это значительная масса, вес может достигать нескольких килограмм и обширные габариты. Из-за этого, их область использования очень узкая, чаще всего это либо нежилые помещения, либо здания на производстве (склады, ангары, базы и т.д.). Помимо этого, электромагнитный трансформатор сильно греется во включенном состоянии, что плохо сказывается на галогенных лампочках, и способствует появлению скачков напряжения в квартире, что может повредить прочие электро устройства, в том числе светильники накаливания, оргтехнику и т.д.

Фото – Тороидальный трансформатор

Низковольтный импульсный трансформатор еще называют электронным. Он имеет область применения немного шире за счет своих небольших габаритов и низкого веса. Также он хорошо трансформирует электричество, не нагревается при работе. Его недостатком можно считать высокую стоимость (цена варьируется от 500 до нескольких тысяч рублей). Есть модели таких трансформаторов, которые сразу продаются с защитой встроенного типа от перенапряжений и коротких замыканий, это помогает продлить работоспособность устройств. Их достаточно часто используют, если нужно расположить галогенные светильники в мебели или стенах. Принцип работы этих моделей отличается от тороидальных приборов, они трансформируют энергию за счет специальных устройств полупроводникового типа и универсальных электронных деталей.

Фото – Электронный трансформатор в разборе

Подключение галогенных ламп через трансформатор – это не обязательная мера, но очень желательная, которая способствует экономии семейного бюджета, продлении долговечности лампочек и контролю их работы.

Видео: трансформаторы для галогенных ламп Osram

Расчет и выбор трансформаторов

Перед тем, как начинать работать с устройством, нужно рассчитать потребную мощность трансформатора. В данный момент в любом электротехническом магазине можно купить приборы с разной мощностью, поэтому очень важно подобрать трансформатор именно по своим параметрам. Нужно быть максимально точным, т.к. покупать мощное устройство не рационально, а слишком слабый прибор может не справляться с поставленной задачей.

Предлагаем рассмотреть, как правильно выбрать трансформатор для галогенных ламп:

Допустим, что у Вас в спальне установлено 7 точечных галогенных лампочек, с мощностью 30 Вт и напряжением 12 вольт. Сумма мощности всех осветительных приборов будет 210 Ватт, для подстраховки добавляем к этому значению 10-15 процентов погрешности или запаса мощности – получится 241 Ватт. Получается, что нужно купить понижающий трансформатор для защиты галогенных ламп не меньше, чем с мощностью 240 Ватт, характеристиками 12v (такие устройства есть марки OSRAM, Feron, Philips). Под эти характеристики подходит круглый электромагнитный трансформатор с мощностью в 250 Ватт (250w), напряжение 220/12.

Фото – Трансформатор для галогенных ламп

Всегда выбирайте ближайшее большее значение, от этого зависит безопасность Вашей семьи и долговечность ламп.

Установка трансформатора

Чтобы подключить понижающий трансформатор для нескольких галогенных ламп, можно использовать два метода:

Через одноклавишный выключатель;
При помощи создания отдельных групп электрических светильников.

При этом нужно провода синего и оранжевого цвета (в зависимости от страны-производителя устройства они могут немного варьироваться по оттенкам), необходимо подключить к первичным клеммам L и N входа трансформатора или «Input». На противоположной стороне трансформатора галогенные осветительные устройства нужно подключить к вторичным клеммам понижающего прибора Output. Это действие нужно осуществлять только медными проводниками небольшого сечения, которые обеспечивают минимальную потерю энергии.

Фото – Электронный трансформатор Feron

Главный совет: чтобы свет галогенных ламп был одинаков, нужно подбирать полностью идентичные друг другу проводники и соединять их только параллельно, сечение должно быть не меньше, чем полтора квадратных миллиметра. Также бывают случаи, кода у трансформатора недостаточное количество клемм, их не хватает для подключения всех нужных ламп. Чтобы решить эту проблему нужно купить специальные дополнительные клеммы, их продажа осуществляется в любом электрическом магазине.

Также нужно подобрать правильную длину проводов, в идеале она находится в пределах полутора трех метров, это оптимальное расстояние для передачи данных без образования помех и энергопотерь в проводниках. Кроме того, если сделать провод длиннее, то он начнет нагреваться при работе, что является плохим фактором для галогенных лампочек, они будут по разному гореть, в одинаковых лампах одной группы будет отличаться яркость. В том случае, если нет никакой возможности укоротить длину провода, нужно увеличить его сечение. К примеру от 3 метров до 4 необходимо применять провод с сечением до 2,5 мм 2 . Схема подключения питания имеет следующий вид:

Фото – подключение трансформатора к выключателю

Рассмотрим еще один вариант подключения трансформаторов галогенных ламп.

Российский форум электриков считает, что этот метод более практичен и прост в использовании.

Необходимо все светильники, которые находятся в одной комнате (или здании, при надобности), разделить на несколько групп. Допустим, всего есть семь лампочек, получится две группы по 3 и 4 лампы на каждую. В таком случае для каждой группы нужно покупать трансформатор, как для разных приборов отдельные автоматы.

Фото – подключение трансформатора для галогенных ламп

Это очень удобно, т.к. при прекращении работы какого-либо трансформатора, оставшийся будет функционировать без изменений. Исходя из предыдущих расчетов, их общая мощность 210 Вт, получится, что на одну группу приходится 120 Вт (следует купить прибор на 150w), а на вторую 90 (каждая лампочка по 30 Вт). Подбираем трансформаторы, подходящие под эти требования (не забываем суммировать количество запасной мощности – 10-15 %).

Раз в полгода проверяйте работоспособность трансформаторов. При необходимости проводите плановый ремонт в Москве, Санкт-Петербурге и прочих городах есть специальные учреждения, которые предоставляют такие услуги.