|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Електронні трансформатори для галогенних ламп на 12 В. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Блоки живлення У статті описані так звані електронні трансформатори, по суті, що являють собою імпульсні понижувальні перетворювачі для живлення галогенних ламп, розрахованих на напругу 12 В. Запропоновано два варіанти виконання трансформаторів - на дискретних елементах та із застосуванням спеціалізованої мікросхеми. Галогенні лампи є, по суті, більш удосконаленою модифікацією звичайної лампи розжарювання. Принципова відмінність полягає у додаванні в колбу лампи пари сполук галогенів, які блокують активне випаровування металу з поверхні нитки розжарення під час роботи лампи. Це дозволяє розігрівати нитку розжарення до вищих температур, що дає більш високу світловіддачу та більш рівномірний спектр випромінювання. Крім того, збільшується термін служби лампи. Ці та інші особливості роблять галогенну лампу дуже привабливою для домашнього освітлення, і не лише. Промислово випускається широкий асортимент галогенних ламп різної потужності на напругу 230 і 12 В. Лампи з напругою живлення 12 В мають кращі технічні характеристики і великий ресурс у порівнянні з лампами на 230 В, не кажучи вже про електробезпеку. Для живлення таких ламп від мережі 230 В необхідно зменшити напругу. Можна, звичайно, застосувати звичайний мережевий трансформатор, що понижує, але це дорого і недоцільно. Оптимальний вихід - використовувати понижувальний перетворювач 230 В/12, часто званий в таких випадках електронним трансформатором або галогенним конвертором (halogen convertor). Про два варіанти таких пристроїв і йтиметься у цій статті, обидва розраховані на потужність навантаження 20...105 Вт. Один з найпростіших і найпоширеніших варіантів схемних рішень для понижуючих електронних трансформаторів - це напівмостовий перетворювач з позитивним зворотним зв'язком по струму, схема якого наведена на рис. 1. При підключенні пристрою до мережі конденсатори С3 і С4 швидко заряджаються до амплітудної напруги мережі, формуючи напругу половини в точці з'єднання. Ланцюг R5C2VS1 формує імпульс, що запускає. Як тільки напруга на конденсаторі С2 досягне порога відкривання диністора VS1 (24.32), він відкриється і до бази транзистора VT2 буде додана пряма напруга зміщення. Цей транзистор відкриється, і струм потече ланцюгом: загальна точка конденсаторів С3 і С4, первинна обмотка трансформатора Т2, обмотка III трансформатора Т1, ділянка колектор - емітер транзистора VT2, мінусовий вивід діодного мосту VD1. На обмотці II трансформатора Т1 з'явиться напруга, яка підтримує транзистор VT2 у відкритому стані, при цьому до бази транзистора VT1 буде додана зворотна напруга від обмотки I (обмотки I і II протифазно включені). Протікаючий через обмотку III трансформатора Т1 струм швидко введе його в стан насичення. Внаслідок цього напруга на обмотках I та II Т1 спрямує до нуля. Транзистор VT2 починає закриватися. Коли він майже повністю закриється, трансформатор виходитиме з насичення.
Закривання транзистора VT2 і вихід насичення трансформатора Т1 призведуть до зміни напрями ЭРС і зростання напруги на обмотках I і II. Тепер до бази транзистора VT1 буде додано пряму напругу, а до бази VT2 – зворотне. Транзистор VT1 починає відкриватися. Струм потече по ланцюгу: плюсовий виведення діодного мосту VD1, ділянка колектор - емітер VT1, обмотка III Т1, первинна обмотка трансформатора Т2, загальна точка конденсаторів С3 та С4. Далі процес повторюється, а навантаженні формується друга напівхвиля напруги. Після запуску діод VD4 підтримує у розрядженому стані конденсатор С2. Оскільки в перетворювачі не використовується оксидний конденсатор, що згладжує (в ньому немає необхідності при роботі на лампу розжарювання, навіть, навпаки, його присутність погіршує коефіцієнт потужності пристрою), то після закінчення напівперіоду випрямленої напруги мережі генерація припиниться. З настанням наступного напівперіоду генератор запуститься знову. В результаті роботи електронного трансформатора на його виході формуються близькі за формою до синусоїдального коливання частотою 30...35 кГц (рис. 2), наступні пачками з частотою 100 Гц (рис. 3).
Важлива особливість подібного перетворювача - він не запуститься без навантаження, оскільки при цьому струм через обмотку III Т1 буде дуже малий, і трансформатор не увійде до насичення, процес автогенерації зірветься. Ця особливість унеможливлює захист від режиму холостого ходу. Пристрій із зазначеними на рис. 1 номіналами стабільно запускається за потужності навантаження від 20 Вт. На рис. 4 наведена схема удосконаленого електронного трансформатора, який додані помехоподавляющий фільтр і вузол захисту від короткого замикання в навантаженні. Вузол захисту зібраний на транзисторі VT3, діоді VD6, стабілітроні VD7, конденсаторі C8 та резисторах R7-R12. Різке збільшення струму навантаження призведе до збільшення напруги на обмотках I і II трансформатора Т1 з 3...5 в номінальному режимі до 9...10 в режимі короткого замикання. В результаті на базі транзистора VT3 з'явиться напруга зміщення 0,6 В. Транзистор відкриється і зашунтує конденсатор запуску ланцюга С6. В результаті з наступним напівперіод випрямленої напруги генератор не запуститься. Конденсатор С8 забезпечує затримку вимкнення захисту близько 0,5 с.
Другий варіант електронного понижуючого трансформатора показано на рис. 5. Він більш простий у повторенні, оскільки в ньому немає одного трансформатора, причому більш функціональний. Це теж напівмостовий перетворювач, але під керуванням спеціалізованої мікросхеми IR2161S. У мікросхему вбудовані всі необхідні захисні функції: від зниженої та підвищеної напруги мережі, від режиму холостого ходу та короткого замикання у навантаженні, від перегріву. Також IR2161S має функцію м'якого старту, який полягає в плавному наростанні напруги на виході при включенні від 0 до 11,8 протягом 1 с. Це унеможливлює різкий кидок струму через холодну нитку лампи, що значно, іноді в кілька разів, підвищує термін її служби.
У перший момент, а також з приходом кожного наступного напівперіоду випрямленої напруги живлення мікросхеми здійснюється через VD3 діод від параметричного стабілізатора на стабілітроні VD2. Якщо живлення здійснюється безпосередньо від мережі 230 без використання фазового регулятора потужності (димеру), то ланцюг R1-R3C5 не потрібна. Після входу до робочого режиму мікросхема додатково живиться з виходу напівмосту через ланцюг d2VD4VD5. Відразу ж після запуску частота внутрішнього тактового генератора мікросхеми - близько 125 кГц, що значно вище за частоту вихідного контуру С13С14Т1, в результаті напруга на вторинній обмотці трансформатора Т1 буде мало. Внутрішній генератор мікросхеми управляється напругою, його частота обернено пропорційна напрузі на конденсаторі С8. Відразу після включення цей конденсатор починає заряджатися від внутрішнього джерела струму мікросхеми. Пропорційно зростанню напруги на ньому зменшуватиметься частота генератора мікросхеми. Коли напруга на конденсаторі досягне 5 В (приблизно через 1 с після включення), частота зменшиться до робочого значення близько 35 кГц, а напруга на виході трансформатора досягне номінального значення 11,8 В. Так реалізований м'який старт після його завершення мікросхема DA1 переходить в робочий режим, в якому 3 виведення DA1 можна використовувати для управління вихідною потужністю. Якщо паралельно підключити конденсатору С8 змінний резистор опором 100 кОм, можна, змінюючи напругу на виведенні 3 DA1, керувати вихідною напругою і регулювати яскравість свічення лампи. При зміні напруги на виведенні 3 мікросхеми DA1 від 0 до 5 В частота генерації змінюватиметься від 60 до 30 кГц (60 кГц при 0 - мінімальна напруга на виході і 30 кГц при 5 - максимальна). Вхід CS (висновок 4) мікросхеми DA1 є входом внутрішнього підсилювача сигналу помилки та використовується для контролю струму навантаження та напруги на виході напівмосту. У разі різкого збільшення струму навантаження, наприклад, при короткому замиканні, падіння напруги на датчику струму - резисторах R12 і R13, а отже, і на виводі 4 DA1 перевищить 0,56, внутрішній компаратор перемкнеться і зупинить тактовий генератор. У разі обриву навантаження напруга на виході півмоста може перевищити гранично допустиму напругу транзисторів VT1 і VT2. Щоб уникнути цього, до входу CS через діод VD7 підключено резистивно-ємнісний дільник C10R9. При перевищенні граничного значення напруги на резисторі R9 генерація також припиняється. Детальніше режими роботи мікросхеми IR2161S розглянуті в [1]. Розрахувати число витків обмоток вихідного трансформатора для обох варіантів можна, наприклад, за допомогою простої методики розрахунку [2], вибрати відповідний магнітопровід за габаритною потужністю можна за допомогою каталогу [3]. Згідно з [2], число витків первинної обмотки дорівнює NI = (Uз max·t0 макс) / (2·S·BМакс), де Uз max - максимальна напруга мережі, В; t0 макс - максимальний час відкритого стану транзисторів, мкс; S - площа поперечного перерізу магнітопроводу, мм2; БМакс- максимальна індукція, Тл. Число витків вторинної обмотки NII = NI / к де k - коефіцієнт трансформації, у разі можна прийняти k = 10. Креслення друкованої плати першого варіанта електронного трансформатора (див. рис. 4) наведено на рис. 6, розташування елементів – на рис. 7. Зовнішній вигляд зібраної плати показано на рис. 8. обкладинки. Електронний трансформатор зібраний на платі із фольгованого з одного боку склотекстоліту товщиною 1,5 мм. Усі елементи для поверхневого монтажу встановлені з боку друкарських провідників, вивідні – на протилежному боці плати. Більшість деталей (транзистори VT1, VT2, трансформатор Т1, диністор VS1, конденсатори C1-C5, C9, C10) підійдуть від масових дешевих електронних баластів для люмінесцентних ламп типу Т8, наприклад, Tridonic PC4x18 T8, Fintar 236/418, Komtex EFBL418/236, TDM Electric EB-T418-8/236 та ін., оскільки вони мають схожу схемотехніку та елементну базу. Конденсатори С418 і С9 - металопленочні поліпропіленові, розраховані на великий імпульсний струм і змінну напругу не менше 10 В. Діод VD400 - будь-який швидкодіючий з допустимим зворотним на рис 4 напругою не менше 11 В.
Трансформатор Т1 намотаний на кільцевому магнітопроводі з магнітною проникністю 2300 ±15 %, його зовнішній діаметр – 10,2 мм, внутрішній діаметр – 5,6 мм, товщина – 5,3 мм. Обмотка III (5-6) містить один виток, обмотки I (1-2) та II (3-4) - по три витки дроту діаметром 0,3 мм. Індуктивність обмоток 1-2 та 3-4 має бути 10...15 мкГн. Вихідний трансформатор Т2 намотаний на магнітопроводі EV25/13/13 (Epcos) без немагнітного зазору, матеріал N27. Його первинна обмотка містить 76 витків дроту 5x0,2 мм. Вторинна обмотка містить вісім витків літцендрату 100x0,08 мм. Індуктивність первинної обмотки дорівнює 12±10% мГн. Дросель помехоподавляющего фільтра L1 намотаний на магнітопроводі Е19/8/5, матеріал N30, кожна обмотка містить по 130 витків дроту діаметром 0,25 мм. Можна застосувати відповідний за габаритами стандартний двообмотувальний дросель індуктивністю 30...40 мГн. Конденсатори С1 С2 бажано застосувати Х-класу. Креслення друкованої плати другого варіанта електронного трансформатора (див. рис. 5) показано на рис. 9, розташування елементів – на рис. 10. Плата також виготовлена з фольгованого з одного боку склотекстоліту, елементи поверхневого монтажу розташовані з боку друкованих провідників, вивідні - на протилежній стороні. Зовнішній вигляд готового пристрою наведено на рис. 11 та рис. 12. Вихідний трансформатор Т1 намотаний на кільцевому магнітопроводі R29.5 (Epcos), матеріал N87. Первинна обмотка містить 81 виток дроту діаметром 0,6 мм, вторинна - 8 витків дроту 3x1 мм. Індуктивність первинної обмотки дорівнює 18±10% мГн, вторинної – 200±10% мкГн. Трансформатор Т1 розраховувався на максимальну потужність до 150 Вт, для підключення такого навантаження транзистори VT1 і VT2 необхідно встановити на тепловідведення - алюмінієву пластину площею 16...18 мм2товщиною 1,5...2 мм. При цьому, щоправда, буде потрібна відповідна переробка друкованої плати. Також вихідний трансформатор можна застосувати від першого варіанта пристрою (потрібно додати на платі отвори під інше розташування висновків). Транзистори STD10NM60N (VT1, VT2) можна замінити IRF740AS або аналогічні. Стабілітрон VD2 повинен бути потужністю не менше 1 Вт, напруга стабілізації - 15,6...18 В. Конденсатор С12 - бажано дисковий керамічний на номінальну постійну напругу 1000 В. напруга щонайменше 13 У. Кожен із резистивних ланцюгів R4-R7, R14-R17, R18-R21 можна замінити одним вивідним резистором відповідних опору та потужності, але при цьому потрібно змінити друковану плату.
література
Автор: В. Лазарєв
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Оптоволокно для квантового інтернету ▪ Виявлено речовину, що прискорює загоєння ран ▪ Авіаційне паливо з водоростей
▪ Розділ сайту Ваші історії. Добірка статей ▪ стаття Вальтер Беньямін. Знамениті афоризми ▪ стаття Що таке сновидіння? Детальна відповідь ▪ стаття Проведення робіт з підвищеною небезпекою ▪ стаття Сенсорний вимикач. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Коментарі до статті: Микола Добре.
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page