Галогенная лампа – одна из разновидностей ламп накаливания, с той лишь разницей от простой лампочки, что в баллон последней закачены пары галогенов брома и йода. Данный тип лампочек выпускается как для непосредственного включения в электрическую сеть 220 В, так и низковольтные, которые включаются в работу через понижающий трансформатор.

При использовании низковольтных галогенных ламп с рабочим напряжением 12 В для включения их в работу необходимо использовать понижающий трансформатор, у которого первичное напряжение равно напряжения сети питания (220/127 В), а вторичное – рабочему напряжению лампочки.

Трансформаторы выпускаются с выходным напряжением: 6/12/24 В, они бывают:

• Обмоточные (электромагнитные) – в основу которых заложен принцип работы магнитного поля между электрическими обмотками трансформатора;
• Электронные – работа основана на использовании электронных устройств.

Достоинства электромагнитных устройств:

• Надежность;
• Способность выдерживать скачки напряжения в питающей сети.

Недостатки электромагнитных устройств:

• Значительная масса и габаритные размеры;
• Повышенный уровень шума в процессе эксплуатации;
• При скачках напряжения в питающей сети, скачки напряжения прямо пропорционально передаются на вторичное напряжение, что приводит к пульсации светового потока источников света.

Электронные трансформаторы для галогенных ламп имеют ряд преимуществ перед обмоточными, а именно:

• Меньшие габаритные размеры и вес устройства;
• Высокий КПД, который составляет 95 – 99 %, в то время как у обмоточных – 75 – 80 %;
• Наиболее защищены от токов короткого замыкания;
• В процессе работы создают меньший уровень шума;
• В режиме холостого хода более стабильны;
• Благодаря защите от перегрузок, контролю температуры и обеспечением мягкого запуска работы галогенных ламп, позволяют увеличить срок эксплуатации последних.

Схема электронного трансформатора для галогенных ламп 12 В

Электронный трансформатор для галогенных ламп схема

Наиболее простой вариант электронного устройства, который получил широкое распространение на практике, это прибор с полумостовой схемой соединения и положительной обратной связью по току (схема приведена ниже).

Работа трансформатора собранного по этой схеме осуществляется следующим образом:

• При подаче напряжения на вход устройства происходит заряд конденсаторов С3 и С4;
• На участке «R5 – C2 – VS1» формируется импульс, служащий для запуска галогенной лампы;
• На конденсаторе С2 происходит заряд и при достижении напряжения достаточного для порога открывания динистора, последний открывается, после чего напряжение поступает на базу транзистора VT2;
• Транзистор VT2 открывается и электрический ток подается в схему устройства (участок: конденсаторы С3 и С4 – первичная обмотка Т2 – обмотка III – транзистор VT2 – диодный мост VD1);
• На обмотке II появляется напряжение, которое поддерживает транзистор VT2 в открытом состоянии;
• Одновременно обратное напряжение подается на транзистор VT1 с обмотки I (обмотки трансформатора включены в противофазе);
• Ток, проходящий через обмотку III, приводит к насыщению трансформатора, после чего напряжение на обмотках I и II снижается до нулевых значений;
• Транзистор VT2 закрывается, трансформатор Т1 выходит из состояния насыщения;
• На обмотках I и II происходит рост напряжения;
• Открывается транзистор VT1, электрический ток подается в схему устройства (участок: диодный мост VD1 – обмотка III – первичная обмотка трансформатора Т2 – конденсаторы С3 иС4);
• Процесс повторяется, в линии потребителя (нагрузке) формируется вторая полуволна напряжения.

Наличие в схеме диода VD4 создает возможность поддерживать конденсатор С2 в разряженном состоянии.

После завершения полупериода выпрямленного напряжения сети, процесс генерации прекращается. При начале следующего полупериода – генерации запускается вновь.

Плюсом электронного трансформатора для питания галогенных ламп является то, что данное электронное устройство не запустится при отсутствии нагрузки (галогенных лампочек).

Существует большое количество разнообразных схем электронных трансформаторов для питания галогенных ламп, которые различаются по мощности подключаемых светильников, выходному напряжению, комплектации и дополнительными усовершенствованиями и защитами.

Выбор трансформатора для галогенных ламп

При выборе трансформатора для питания галогенных ламп следует учитывать следующие параметры устройства:

• Номинальная мощность;
• Выходное напряжение.

Номинальная мощность определяет количество лампочек (светильников), которые могут быть подключены к данному электронному устройству.

Важным фактором при выборе трансформатора являются его геометрические размеры, так как в зависимости от конструкции и исполнения модели могут сильно различаться.

Стоимость устройств, также не маловажный фактор, при выборе данного оборудования. Чем выше номинальная мощность, тем выше стоимость. Также на стоимость влияет страна и фирма производитель.

Подобные электронные приборы выпускают зарубежные и отечественные предприятия. Наиболее широкое распространение в нашей стране получили устройства фирм: «Osram», «VS», «Comtech», «Tashibra» и «Delux».

Расчет мощности трансформатора

Для определения мощности требуемого трансформатора необходимо определить:

1. Мощность одной лампы (светильника);
2. Количество ламп (светильников);
3. Схему подключения светильников.

Расчет необходимо начать с разработки схемы электроснабжения конкретного помещения. Для этого рисуется план, на котором указывается количество и мощность светильников. Мощность суммируется, и полученное значение, умножается на К=1,1 (коэффициент запаса), что позволяет избежать перегрузки выбираемого устройства. Полученное значение и есть величина, на которую следует ориентироваться при выборе устройства.

При большом количестве светильников, а также для создания надежности системы освещения, можно светильники разделить на группы. При такой схеме системы освещения мощность каждого отдельно взятого трансформатора снижается.

Трансформаторы для галогенных ламп выпускаются мощностью:60/70/ 105/150/210/250/400 Вт.

Подключение устройства в схему электроснабжения галогенных светильников

На каждом электронном приборе заводского производства указаны его технические характеристики, графическое обозначение и тип ламп для которых данное устройство применяется.

Трансформатор имеет клеммы на «входе» и «выходе» устройства, с маркировкой нулевого и фазного проводов.

Основные требования к подключению:

• Галогенные лампы включаются параллельно к выходу трансформатора;
• Расстояние от трансформатора до нагрузки не должно превышать 3-х метров;
• Необходимо учитывать, что в процессе работы трансформатор нагревается, что может негативно отразиться на монтируемом вблизи прочем оборудовании.

Подключение источников света (ламп) может выполняться следующими способами:

Требования по установке

• Поверхность, на которой монтируется устройство, должна быть стойкой к воздействию тепла, не горючей.
• Расстояние от устройства до ближайшей лампочки должно быть не менее 20 см;
• Ниша (узел монтажа) должно быть объемом не менее 10,0 л, что позволит обеспечить требуемую вентиляцию устройства.

Как проверить исправность

Так как электронный трансформатор состоит из определенного набора электронных составляющих, то и работу устройства в целом, в случае отсутствия горения подключенных источников света и исправности питающей цепи, может проверить любой человек, имеющий начальные знания в области электроники.

Для проверки работоспособности потребуется мультиметр, с функциями проверки постоянного и переменного напряжения, сопротивления и имеющий режим «прозвонки» электрической цепи.

Для более точной проверки электронных компонентов рекомендуется выпаять их из монтажной платы. Проверяются:

• Диоды.

Мультиметр в режиме «прозвонки». Красный щуп на плюсе, чёрный на минусе – при исправности диода издается характерный звук. При противоположном наложении щупов – не должно происходит ничего, в противном случае – произошел пробой диода.

• Транзисторы.

Для проверки необходимо «прозванить» переходы «база-эмиттер», «база-коллектор», для проверки их проходимость в одну, и в другую сторону.

• Обмотка трансформатора.

Проверяется целостность обмоток и отсутствие межвитковых замыканий.

• Конденсаторы.

Для проверки на мультиметре выставляется сопротивление 2000 кОм. Положительный щуп прибора прикладывается к минусу конденсатора, отрицательный к плюсу. На дисплее прибора должны появиться цифры, которые возрастают почти до установленного предела измерении (2000 кОм). Затем должна высветиться цифра «1», что свидетельствует о бесконечном сопротивлении. Это говорит об исправности конденсатора и его способности накапливать заряд.

В настоящее время импульсные электронные трансформаторы благодаря малым размерам и весу, низкой цены и широкому асортименту, широко применяются в массовой аппаратуре. Благодаря массовому производству, электронные трансформаторы стоят в несколько раз дешевле обычных индуктивных трансформаторов на железе аналогичной мощности. Хотя электронные трансформаторы разных фирм могут иметь отличающиеся конструкции, схема практически одна и та-же.

Возьмём для примера стандартный электронный трансформатор маркированный 12V 50Ватт, который используется для питания настольного светильника. Принципиальная схема будет такая:

Схема электронного трансформатора работает следующим образом. Напряжение сети выпрямляется с помощью выпрямительного моста до полусинусоидаьльного с удвоенной частотой. Элемент D6 типа DB3 в документации называется "TRIGGER DIODE”, - это двунаправленный динистор в котором полярность включения значения не имеет и он используется здесь для запуска преобразователя трансформатора. Динистор срабатывает во время каждого цикла, запуская генерацию полумоста. Открытие динистора можно регулировать. Это можно использовать например для функции подключенной лампы. Частота генерации зависит от размера и магнитной проводимости сердечника трансформатора обратной связи и параметров транзисторов, обычно составляет в пределах 30-50 кГц.

В настоящее время начался выпуск более продвинутых трансформаторов с микросхемой IR2161, которая обеспечивает как простоту конструкции электронного трансформатора и уменьшение числа используемых компонентов, так и высокими характеристиками. Использование этой микросхемы значительно увеличивает технологичность и надежность электронного трансформатора для питания галогенных ламп. Принципиальная схема приведена на рисунке.

Особенности электронного трансформатора на IR2161:
Интеллектуальный драйвер полумоста;
Защита от короткого замыкания нагрузки с автоматическим перезапуском;
Защита от токовой перегрузки с автоматическим перезапуском;
Качание рабочей частоты для снижения электромагнитных помех;
Микромощный запуск 150 мкА;
Возможность использования с фазовыми регуляторами яркости с управлением по переднему и заднему фронтам;
Компенсация сдвига выходного напряжения увеличивает долговечность ламп;
Мягкий запуск, исключающий токовые перегрузки ламп.

Входной резистор R1 (0,25ватт) – своеобразный предохранитель. Транзисторы типа MJE13003 прижаты к корпусу через изоляционную прокладку металлической пластинкой. Даже при работе на полную нагрузку транзисторы греются слабо. После выпрямителя сетевого напряжения отсутствует конденсатор, сглаживающий пульсации, поэтому выходное напряжение электронного трансформатора при работе на нагрузку представляет собой прямоугольные колебания 40кГц, модулированные пульсациями сетевого напряжения 50Гц. Трансформатор Т1 (трансформатор обратной связи) – на ферритовом кольце, обмотки подключенные к базам транзисторов содержат по пару витков, обмотка, подключенная к точке соединения эмиттера и коллектора силовых транзисторов – один виток одножильного изолированного провода. В ЭТ обычно используются транзисторы MJE13003, MJE13005, MJE13007. Выходной трансформатор на ферритовом Ш-образном сердечнике.

Чтоб задействовать электронный трансформатор в импульсном , нужно подключить на выход выпрямительный мост на ВЧ мощных диодах (обычные КД202, Д245 не пойдут) и конденсатор для сглаживания пульсаций. На выходе электронного трансформатора ставят диодный мост на диодах КД213, КД212 или КД2999. Короче нужны диоды с малым падением напряжения в прямом направлении, способные хорошо работать на частотах порядка десятков килогерц.

Преобразователь электронного трансформатора без нагрузки нормально не работает, поэтому его нужно использовать там, где нагрузка постоянна по току и потребляет достаточный ток для уверенного запуска преобразователя ЭТ. При эксплуатации схемы надо учитывать, что электронные трансформаторы являются источниками электромагнитных помех, поэтому должен ставиться LC фильтр, предотвращающий проникновение помехи в сеть и в нагрузку.

Лично я использовал электронный трансформатор для изготовления импульсного источника питания лампового усилителя . Так-же представляется возможным питать ими мощные УНЧ класса А или светодиодные ленты, которые как раз и предназначены для источников с напряжением 12В и большим выходным током. Естественно подключение такой ленты производится не напрямую, а через токоограничительный резистор или с помощью коррекции выходной мощности электронного трансформатора.

Обсудить статью СХЕМА ЭЛЕКТРОННОГО ТРАНСФОРМАТОРА ДЛЯ ГАЛОГЕННЫХ ЛАМП

На сегодняшний день, электромеханики достаточно редко занимаются починкой электронных трансформаторов. В большинстве случаев, я и сам не очень заморачиваюсь тем, чтобы потрудиться над реанимацией подобных устройств, просто потому что, обычно покупка нового электронного трансформатора обходится куда дешевле, чем ремонт старого. Однако, в обратной ситуации — почему бы и не потрудиться экономии ради. К тому же не у всех есть возможность добраться до специализированного магазина, чтобы подыскать там замену, или обратиться в мастерскую. По этой причине, любому радиолюбителю нужно уметь и знать, как производится проверка и ремонт импульсных (электронных) трансформаторов в домашних условиях, какие могут возникнуть неоднозначные моменты и как их разрешить.

Ввиду того, что не все имеют обширный объём знаний по теме, постараюсь представить всю имеющуюся информацию максимально доступно.

Немного о трансформаторах

Рис.1: Трансформатор.

Прежде, чем приступить к основной части, сделаю небольшое напоминание о том, что же такое электронный трансформатор и для чего он предназначен. Трансформатор используется для преобразования одной переменной напряжения в другую (например, 220 вольт в 12 вольт). Это свойство электронного трансформатора очень широко используется в радиоэлектронике. Существуют однофазные (ток течёт по двум проводам – фаза и «0») и трёхфазные (ток течёт по четырём проводам – три фазы и «0») трансформаторы. Основным значимым моментом при использовании электронного трансформатора является то, что при понижении напряжения сила тока в трансформаторе увеличивается.

У трансформатора имеется как минимум одна первичная и одна вторичная обмотка. Питающее напряжение подключается на первичную обмотку, ко вторичной обмотке подключается нагрузка, либо снимается выходное напряжение. В понижающих трансформаторах провод первичной обмотки всегда имеет меньшее сечение, чем провод вторичной. Это позволяет увеличить количество витков первичной обмотки и как следствие её сопротивление. То есть при проверке мультиметром первичная обмотка показывает сопротивление в разы большее, чем вторичная. Если же по какой-то причине диаметр провода вторичной обмотки будет небольшим, то по закону Джоуля-Лэнса вторичная обмотка перегреется и спалит весь трансформатор. Неисправность трансформатора может заключаться в обрыве и или КЗ (коротком замыкании) обмоток. При обрыве мультиметр показывает единицу на сопротивлении.

Как проверять электронные трансформаторы?

На самом деле, чтобы разобраться с причиной поломки не нужно обладать огромным багажом знаний, достаточно иметь под рукой мультиметр (стандартный китайский, как на рисунке №2) и знать, какие цифры должен выдавать на выходе каждый из компонентов (конденсатор, диод и т.д.).

Рис 2: Мультиметр.

Мультиметр может измерить постоянное, переменное напряжение, сопротивление. Также он может работать в режиме прозвонки. Желательно, чтобы щуп мультиметра был обмотан скотчем, (как на рисунке №2), это убережёт его от обрывов.

Чтобы правильно производить прозвонку различных элементов трансформера рекомендую всё-таки выпаивать их (многие пытаются обойтись без этого) и исследовать отдельно, поскольку в противном случае показания могут быть неточными.

Диоды

Нельзя забывать, что диоды прозваниваются только в одну сторону. Для этого мультиметр устанавливается в режим прозвонки, красный щуп прикладывается к плюсу, чёрный к минусу. Если всё в норме, то прибор издаёт характерный звук. При наложении щупов на противоположные полюса не должно происходит вообще ничего, а если это не так, то можно диагностировать пробой диода.

Транзисторы

При проверке транзисторов, их также нужно выпаивать и прозванивать переходы база-эмиттер, база-коллектор, выявляя их проходимость в одну, и в другую сторону. Обычно, роль коллектора в транзисторе выполняет задняя железная часть.

Обмотка

Нельзя забывать проверять обмотку, как первичную, так и вторичную. Если возникают проблемы с определением того, где первичная обмотка, а где вторичная, то помните, что первичная обмотка даёт большее сопротивление.

Конденсаторы (радиаторы)

Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах (пикофарадах, микрофарадах). Для его исследования тоже используется мультиметр, на котором выставляется сопротивление в 2000 кОм. Положительный щуп прикладывается к минусу конденсатора, отрицательный к плюсу. На экране должны появляться всё возрастающие цифры вплоть до почти двух тысяч, которые сменяются единицей, что расшифровывается как бесконечное сопротивление. Это может свидетельствовать об исправности конденсатора, но лишь в отношении его способности накапливать заряд.

Ещё один момент: если в процессе прозвонки возникла путаница с тем, где расположен «вход», а где «выход» трансформатора, то нужно просто перевернуть плату и на обратной стороне на одном конце платы вы увидите небольшую маркировку «SEC» (второй), которой обозначается выход, а на другом «PRI» (первый) — вход.

А также, не забывайте, что электронные трансформаторы нельзя запускать без загрузки! Это очень важно.

Ремонт электронного трансформатора

Пример 1

Возможность попрактиковаться в починке трансформатора представилась не так давно, когда мне принесли электронный трансформатор от потолочной люстры (напряжение — 12 вольт). Люстра рассчитана на 9 лампочек, каждая по 20 ватт (в сумме – 180 ватт). На упаковке от трансформатора значилось также: 180 ватт.А вот пометка на плате гласила: 160 ватт. Страна производитель – конечно же,Китай. Аналогичный электронный трансформатор стоит не более 3$, и это на самом деле совсем немного, если сравнивать со стоимостью остальных компонентов устройства, в котором он был задействован.

В полученном мной электронном трансформаторе сгорела пара ключей на биполярных транзисторах (модель: 13009).

Рабочая схема стандартная двухтактная, на месте выходного транзистора поставлен инвертор ТОР(Thor), у которого вторичная обмотка состоит из 6-ти витков, а переменный ток сразу же перенаправляется на выход, то есть к лампам.

Такие блоки питания обладают весьма значимым недостатком: отсутствует защита против короткого замыкания на выходе. Даже при секундном замыкании выходной обмотки, можно ожидать весьма впечатляющего взрыва схемы. Поэтому рисковать подобным образом и замыкать вторичную обмотку крайне не рекомендуется. В целом, именно по этой причине радиолюбители не очень любят связываться с электронными трансформаторами подобного типа. Впрочем, некоторые наоборот пытаются их самостоятельно доработать, что, на мой взгляд, весьма неплохо.

Но вернёмся к делу: поскольку наблюдалось потемнение платы прямо под ключами, то не приходилось сомневаться, что они вышли из строя именно из-за перегрева. Тем более, что радиаторы не слишком активно охлаждают заполненную множеством деталей коробочку корпуса, да ещё и прикрываются картонкой. Хотя, если судить по исходным данным, также имела место перегрузка в 20 ватт.

Из-за того, что нагрузка превышает возможности блока питания, достижение номинальной мощности практически равнозначно выходу из строя. Те более, что в идеале, с расчётом на долговременное функционирование, мощность БП должна быть не меньше, а вдвое больше необходимого. Вот такая она китайская электроника. Снизить уровень нагрузки, сняв несколько лампочек, не представлялось возможным. Поэтому единственный подходящий, на мой взгляд, вариант исправления ситуации заключался в наращивании теплоотводов.

Чтобы подтвердить (или опровергнуть) свою версию, я запустил плату прямо на столе и дал нагрузку с помощью двух галогеновых парных ламп. Когда всё было подключено – капнул немного парафина на радиаторы. Расчёт был такой: если парафин будет таять и испаряться, то можно гарантировать, что электронный трансформатор (благо, если только он сам) будет сгорать меньше чем за полчаса работы по причине перегрева.После 5 минут работы воск так и не расплавился, получалось, что основная проблема связана именно с плохой вентиляцией, а не с неисправностью радиатора. Наиболее изящный вариант решения проблемы – просто подогнать другой более просторный корпус под электронный трансформатор, который обеспечит достаточную вентиляцию. Но я предпочёл подсоединить теплоотвод в виде алюминиевой полоски. Собственно, этого оказалось вполне достаточно для исправления ситуации.

Пример 2

В качестве ещё одного примера починки электронного трансформатора я хотел бы рассказать о ремонте устройства, обеспечивающего понижение напряжения с 220 на 12 Вольт. Оно использовалось для галогенных ламп на 12 Вольт (мощность – 50 Ватт).

Рассматриваемый экземпляр перестал работать без всяких спецэффектов. До того, как он оказался у меня в руках, от работы с ним отказалось несколько мастеров: некоторые не смогли найти решение проблемы, другие, как уже и говорилось выше, решили, что это экономически нецелесообразно.

Для очистки совести я проверил все элементы, дорожки на плате, нигде не обнаружил обрывов.

Тогда я решил проверить конденсаторы. Диагностика мультиметром вроде бы прошла успешно, однако, с учётом того, что накопление заряда происходило на протяжении целых 10 секунд (это многовато для конденсаторов подобного типа), возникло подозрение, что неполадка именно в нём. Я произвёл замену конденсатора на новый.

Тут нужно небольшое отступление: на корпусе рассматриваемого электронного трансформатора имелось обозначение: 35-105 VA. Эти показания говорят о том, при какой нагрузке можно включать устройство. Включать его вообще без нагрузки (или, если по-человечески, без лампы), как уже говорилось ранее, нельзя. Поэтому я подсоединил к электронному трансформатору лампу на 50 Ватт (то есть значение, которое вписывается между нижней и верхней границей допустимой нагрузки).

Рис. 4: Галогеновая лампа на 50Ватт (упаковка).

После подключения никаких изменений в работоспособности трансформатора не произошло. Тогда я ещё раз полностью осмотрел конструкцию и понял, что при первой проверке не обратил внимания на термопредохранитель (в данном случае модель L33, ограничение до 130C). Если в режиме прозвонки этот элемент даёт единицу, то можно говорить о его неисправности и обрыве цепи. Изначально термопредохранитель не был проверен по той причине, что при помощи термоусадки он вплотную крепится к транзистору. То есть для полноценной проверки элемента придётся избавляться от термоусадки, а это весьма трудоёмко.

Рис.5: Термопредохранитель, прикреплённый термоусадкой к транзистору (элемент белого цвета, на который указывает ручка).

Впрочем, для анализа работы схемы без данного элемента, достаточно закоротить его «ножки» на обратной стороне. Что я и сделал. Электронный трансформатор тут же заработал, да и произведённая ранее замена конденсатора оказалась не лишней, поскольку ёмкость установленного до этого элемента не отвечала заявленной. Причина, вероятно, была в том, что он просто износился.

В итоге, я заменил термопредохранитель, и на этом ремонт электронного трансформатора можно было считать завершённым.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

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.