Как сделать электронный трансформатор для галогенных ламп своими руками

Блок питания на основе электронного трансформатора

Принципиальная схема электронного балласта

При изготовлении комплектного блока питания на базе электронного трансформатора постоянного тока 12 вольт в его схему добавляют выпрямительный мост с фильтрующими элементами. Этот блок состоит из 4-х ламповых диодов средней мощности с обратным напряжением до 1 кВ и током порядка 1 Ампера. После них постоянное напряжение, полученное в результате выпрямления, сглаживается (фильтруется) электролитическим конденсатором и мощной индуктивной индуктивностью.

Благодаря этому блок может управлять цепью зарядки переменного резистора и конденсатора, входящего в состав электронного трансформатора.

Достоинством блока питания, собранного по рассмотренной схеме, является его простота и надежность. Главный недостаток – сложность получения на выходе импульсного тока достаточно большой амплитуды. Схема подходит только для галогенных ламп малой мощности, устанавливаемых в небольших светильниках типа «ночник».

Виды трансформаторов

Выделяют два вида трансформаторов, предназначенных для галогенных ламп:

• электромагнитные или индукционные (тороидальные);
• электронные (импульсные).

Устройство электромагнитных преобразователей основано на использовании электромагнитной связи в индукционных катушках. Они являются очень надежными, но при этом обладают большим весом (в несколько килограмм), внушительными габаритами, чувствительны к перепадам напряжения (могут уменьшить срок работы ламп) и значительно нагреваются во время эксплуатации.

Их преимуществом является простота и возможность работать с диммером, при том что электронные трансформаторы чаще всего не могут быть установлены вместе с регулятором.

Электромагнитный трансформатор для питания галогенных ламп

Электронные преобразователи компактнее, выдают стабилизированное напряжение, меньше нагреваются и оборудуются дополнительными функциями стабилизации и безопасности. В основе их работы лежит преобразование электрической энергии через полупроводниковые устройства и электронные приборы.

Наименьшая допустимая мощность для преобразователя должна быть указана в инструкции или на упаковке вместе с наибольшей мощностью, например, 50-200 Вт, где первая цифра – минимум. В нашем примере к прибору должна быть обязательно подключена хотя бы одна лампа с напряжением от 50 Вт.

Электронный трансформатор для галогенных ламп

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.

Разновидности

Выделяют разные типы импульсной схемы силового оборудования. Агрегаты отличаются в первую очередь формой конструкции. От этого зависят эксплуатационные характеристики. По виду обмотки различают агрегаты:

• Тороидальный.
• Броневой.
• Стержневой.
• Бронестержневой.

Поперечное сечение сердечника бывает прямоугольное, круглое. Маркировка обязательно содержит информацию об этом факте. Также различают тип обмоток. Катушки бывают:

• Спиральные.
• Цилиндрические.
• Конические.

В первом случае индуктивность рассеивания будет минимальной. Представленный тип преобразователя применяется для автотрансформаторов. Намотка при этом выполняется из фольги или тенты из специального материала.

Цилиндрический тип обмотки характеризуется низким показателем рассеивания индуктивности. Это простая , технологичная конструкция.

Конические разновидности значительно уменьшают рассеивание индуктивности. Емкость обмоток при этом мало увеличивается. Изоляция между двумя слоями обмоток пропорциональна напряжению между первичными витками. Толщина контуров увеличивается от начала к концу.

Представленное оборудование отличается различными эксплуатационными характеристиками. В их число входят габаритная мощность, напряжение на первичной, вторичной обмотке, масса и размер. При указании маркировки учитываются перечисленные характеристики.

Подключение устройства в схему электроснабжения галогенных светильников

В случае подсоединения трансформаторов рекомендуется придерживаться схематического расположения отдельных источников света, когда их количество более двух. К тому же требуется выбрать подходящее место для установки преобразователя.

Основные требования к подключению

Инструкции любых трансформаторов непременно содержат главные правила, ими запрещается пренебрегать при выполнении монтажных работ:

• Понижающий прибор и лампу требуется соединять с кабелем, длина которого не превышает 1,5 м, а сечение от 1 мм2. В ином случае яркость лампы будет недостаточной, свет — неравномерным, есть риск нагревания провода.
• Если подключается два и больше светильников, требуется непременно применить схему «звезда»: к каждой лампе подсоединяется отдельный кабель. Последние должны быть одинаковые.
• Если предполагается длина кабеля больше 1,5 м, то его сечение увеличивается в пропорциональном соотношении.
• Расстояние до светильника не меньше 0,2 м.
• Корректно высчитать мощность ламп, соответствие последних понижающему электроприбору.

Внимание! Категорически запрещается включать трансформаторы без нагрузки

Требования по установке

Допустимо использование нескольких схем подключения галогенных ламп через трансформатор:

Одна из самых простых: применяется один выключатель (с 1-ой клавишей) и трансформатор. Проводники крепятся на клеммы «входа» L и N. Для присоединения ламп на «выходе» предпочитают провода из меди (минимальное сечение 1,2 мм2). Подключение галогенных ламп 12В — параллельное.

Вам это будет интересно Подключение счетчика Меркурий 201

Простая схема подключения понижающего прибора

Разделение общего количества светильников на две одинаковые половины, подсоединение к разным трансформаторам. В вышеописанном примере 4 лампы по 40 Вт, мощность 2-х — 80 Вт. Следственно, следует использовать трансформатор 105 Вт. Рекомендуется отдельный понижающий прибор питать своими проводами. Когда последние соединятся в распределительном боксе, это существенно облегчит возможный в будущем ремонт. При подключении допустимо применить 1-клавишный или 2-клавишный выключатель. После выполнения всех работ лампочки возможно запитать раздельно. Когда один трансформатор выйдет из рабочего состояния, это позволит сберечь денежные средства и оставить систему работающей.

Схема подключения двух галогенных лампочек (и более)Важная информация! Трансформаторы во время работы нагреваются. Поэтому их нужно устанавливать на поверхностях из материалов, которые устойчивы к воспламенению, не плавятся.

Эксплуатационный ресурс, надёжность галогенных и светодиодных ламп перекроют издержки на монтаж трансформаторного устройства. А защитные свойства последнего обеспечат более продолжительную службу таких источников света, чем обычных лампочек накаливания.

Переделка блока питания своими руками

Для работы галогенных ламп начали применяться импульсные источники тока с высокочастотным преобразованием напряжения. При домашнем изготовлении и налаживании довольно часто сгорают дорогостоящие транзисторы. Так как питающее напряжение в первичных цепях достигает 300 вольт, то к изоляции предъявляются очень высокие требования. Все эти трудности вполне можно обойти, если приспособить готовый электронный трансформатор. Он применяется для питания 12-вольтовых галогенок в подсветке (в магазинах), которые запитываются от стандартной электросети.

Существует определенное мнение, что получить самодельный импульсный блок питания – дело нехитрое. Можно лишь добавить выпрямительный мост, сглаживающий конденсатор и стабилизатор напряжения. На самом деле все обстоит куда сложнее. Если к выпрямителю подключить светодиод, то при включении можно зафиксировать только одно зажигание. Если выключить и включить преобразователь в сеть снова, повторится еще одна вспышка. Чтобы появилось постоянное свечение, необходимо к выпрямителю подвести дополнительную нагрузку, которая, отбирая полезную мощность, превращала бы ее в тепло.

Один из вариантов самостоятельного изготовления импульсного блока питания

Описываемый блок питания вполне можно изготовить из электронного трансформатора мощностью 105 Вт. Практически этот трансформатор напоминает компактный импульсный преобразователь напряжения. Для сборки дополнительно понадобится согласующий трансформатор Т1, сетевой фильтр, выпрямительный мост VD1-VD4, выходной дроссель L2.

Схема двухполярного блока питания

Такой аппарат стабильно функционирует длительное время с усилителем низкой частоты мощностью 2х20 ватт. При 220 В и силе тока 0,1 А выходное напряжение будет 25 В, при увеличении силы тока до 2 ампер напряжение падает до 20 вольт, что считается нормальной работой.

Ток, минуя выключатель и предохранители FU1 и FU2, следует на фильтр, защищающий цепь от помех импульсного преобразователя. Середину конденсаторов С1 и С2 соединяют с экранирующим кожухом блока питания. Потом ток поступает на вход U1, откуда с выходных клемм пониженное напряжение подается на согласующий трансформатор Т1. Переменное напряжение с другой (вторичной обмотки) выпрямляет диодный мост и сглаживает фильтр L2C4C5.

Самостоятельная сборка

Трансформатор Т1 изготавливается самостоятельно. Число витков на вторичной обмотке влияет на выходное напряжение. Сам трансформатор выполнен на кольцевом магнитопроводе К30х18х7 из феррита марки М2000НМ. Первичная обмотка состоит из провода ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм, сложенного вдвое. Вторичная обмотка состоит из 22 витков провода ПЭВ-2, сложенного вдвое. При соединении конца первой полуобмотки с началом второй получаем среднюю точку вторичной обмотки. Дроссель также изготавливаем самостоятельно. Его наматывают на таком же ферритовом кольце, обе обмотки содержат по 20 витков.

Выпрямительные диоды располагаются на радиаторе площадью не менее 50 кв.см

Обратите внимание, что диоды, у которых аноды соединены с минусовым выходом, изолируются от теплоотвода слюдяными прокладками

Сглаживающие конденсаторы С4 и С5 состоят из трех параллельно включенных К50-46 емкостью по 2200 мкФ каждый. Такой способ применяется, чтобы снизить общую индуктивность электролитических конденсаторов.

На входе блока питания лучше будет установить сетевой фильтр, но возможна работа и без него. Для дросселя сетевого фильтра можно использовать ДФ 50 Гц.

Все детали блока питания располагаются навесным монтажом на плате из изоляционного материала. Полученная конструкция помещается в экранирующий кожух из тонкой листовой латуни или луженой жести. В нем не забудьте просверлить отверстия для вентиляции воздуха.

Правильно собранный блок питания не нуждается в налаживании и начинает сразу же работать. Но на всякий случай можно проверить его работоспособность с помощью подключения на выход резистора сопротивлением 240 Ом, мощностью рассеяния 3 Вт.

Модели с диодным мостом

Трансформатор (12 Вольт) данного типа производится на базе селективных триггеров. Показатель порогового сопротивления у моделей в среднем равняется 35 Ом. Для решения проблем с понижением частоты устанавливаются трансиверы. Непосредственно диодные мосты используются с различной проводимостью. Если рассматривать однофазные модификации, то в этом случае резисторы подбираются на две обкладки. Показатель проводимости не превышает 8 мк.

Тетроды у трансформаторов позволяют значительно повысить чувствительность реле. Модификации с усилителями встречаются очень редко. Основной проблемой трансформаторов данного типа является отрицательная полярность. Возникает она вследствие повышения температуры реле. Чтобы исправить ситуацию, многие эксперты рекомендуют использовать триггеры с проводниками.

Мультивибраторы – генераторы импульсов

Очевидно, что для снижения массы трансформатора и помещения его в столь малый корпус требуется повысить рабочую частоту с 50 Гц до ультразвука. Конкретное значение выбирает производитель. Мультивибратор из транзисторов позволяет задать любое значение, ограничиваемое лишь имеющейся на руках элементной базой. Часто электронные трансформаторы с корпусом из стали. Это экран, препятствующий излучению высокочастотной волны в пространство.

Структурно мультивибраторы относятся к усилителям класса D (хотя бы один элемент работает в импульсном режиме). Работа в ключевом режиме требует от транзисторов известного быстродействия. В запертом состоянии ток между коллектором и эмиттером близок к нулю. Импульсный режим вдобавок повышает КПД мультивибратора. Первые устройства указанного класса описаны Генри Абрахамом в журнале Annales de Physique за 1919 год. Считается, что устройство стало предшественником цифровой техники, годом спустя появился первый триггер Экклза-Джордана.

Мультивибраторы бывают управляемыми и неуправляемыми, но все – генераторы импульсов заданной частоты, близких по форме к прямоугольной. Нагрузкой им служит малогабаритный трансформатор

В первом случае допустимо менять скважность и прочие параметры, но электронный трансформатор обычно не предоставляет подобных сложных возможностей, иначе сильно увеличивается цена

По теории мультивибратор допустимо построить на любом типе активных элементов, но по вполне понятной причине используются транзисторы. Специфические особенности работы достигаются за счёт внедрения цепи обратной связи ёмкостного или индуктивного типа (для смещения фазы), оба активных элемента по очереди управляют друг другом.

Большего размаха колебаний достигают, используя составные транзисторы: последовательно включённые по определённой схеме. На рисунке представлена схема, где RC-цепочка с заданной постоянной времени управляет парой транзисторов, формируя импульсы заданной частоты. Это типичный электронный трансформатор на 12 В для галогенных (газоразрядных) лампочек. Выпускаются номиналы 6 и 24 В, питаемые от промышленной сети 110 или 220 В. Принцип действия представленной схемы:

1. Входное напряжение 220 В выпрямляется диодным мостом, производя заряд конденсатора. Эта входная цепочка задаёт частоту переключения диака. Ставя подстроечный конденсатор, возможно добиться эффекта диммирования лампочек.
2. Диак открывается и заряжает RC-цепочку второго транзистора, провоцируя начало колебаний.
3. Диод не даёт напряжению упасть окончательно, чтобы транзистор Т2 закрылся в конце периода.
4. На точке насыщения сердечника дросселя обратной связи транзистор выключается.

Верхняя частота переключений ограничивается только конструкцией сердечника импульсного трансформатора и переходными характеристиками транзисторов. Типичная частота переключений составляет 35 кГц

Скважность импульсов задаётся RC-цепочками на базах транзисторов. На второй схеме представлен вариант реализации защиты от короткого замыкания

Неисправные галогенные лампочки, потребляющие слишком большой ток, становятся причиной перегрева транзисторов и выхода из строя. Полупроводниковые p-n-переходы необратимо теряют свойства.

При слишком высоком потреблении включается транзистор цепи защиты, RC элементы которой задерживают срабатывание транзистора Т1. Ситуация наблюдается при розжиге дуги. Холодный катод обнаруживает малое сопротивление и легко пропускает ток. По мере прогрева металлического электрода ток снижается, и транзисторы трансформатора выходят на нормальный режим. Этим продлевается срок службы изделия. По истечении времени задержки (задаётся через Rs и Cs) устройство пробует запуститься снова, и если ток не превышает заданного значения, схема входит в нормальный режим.

Технические характеристики

Вольтаж галогенок бывает не только 220 и 12 вольт. В продаже можно найти лампочки на 24 и даже на 6 вольт. Мощность тоже может быть различной – 5, 10, 20 ватт. Галогеновые лампы от 220 В включаются прямо в сеть. Тем, которые работают от 12 В, необходимы специальные устройства, преобразующие ток из сети для 12 вольт, – так называемые трансформаторы или специальные блоки питания.

Двенадцативольтовые галогенки работают очень хорошо. Раньше, в 90-е годы, применялся трансформатор больших размеров на 50 Гц, который обеспечивал работу только одной галогеновой лампы. В современном освещении применяются импульсные высокочастотные преобразователи. По размерам очень маленькие, но могут потянуть 2 – 3 лампы одновременно.

На современном рынке встречаются как дорогие, так и дешевые блоки питания. В процентном соотношении дорогих продается около 5 %, а дешевки намного больше. Хотя, в принципе, дороговизна – это еще не гарантия надежности. В крутых преобразователях, к сожалению, не используются высококачественные детали, а лишь применяются хитроумные схемные «навороты», способствующие нормальной работе блока питания хотя бы в течение гарантийного срока. Как только он заканчивается, устройство сгорает.

Конструкция и принцип работы

Обязательными элементами практически любого устройства преобразования напряжения являются изолированные обмотки, формированные из проволоки или ленты. Они располагаются на магнитопроводе, представленном сердечником из ферромагнитного материала. Связь между катушками осуществляется при помощи магнитного потока. В случае работы с высокочастотными токами (100 и более кГц) сердечник отсутствует.

Принцип работы трансформатора

В принципе работы трансформатора сочетаются основные постулаты электромагнетизма и электромагнитной индукции. Его можно рассмотреть на примере простейшего прибора с двумя катушками и стальным сердечником. Подача переменного напряжения на первичную обмотку приводит к возникновение магнитного потока в магнитопроводе, после чего во вторичной и первичной обмотке возникает ЭДС индукции, если подключить нагрузку ко вторичной обмотке то потечёт ток. Частота напряжения на выходе остаётся неизменной, а его величина зависит от соотношения витков катушек.

Трансформаторы бывают повышающие и понижающие, что бы это определить нужно узнать коэффициент трансформации, с его помощью можно узнать какой трансформатор. Если коэффициент меньше 1 то трансформатор повышающий(также это можно определить по значениям если во вторичной обмотке больше чем в первичной то такой повышающий) и наоборот если К>1, то понижающий(если в первичной обмотке меньше витков чем во вторичной).

Формула по вычислению коэффициента трансформации

где:

• U1 и U2 – напряжение в первичной и вторичной обмотки,
• N1 и N2 – количество витков в первичной и вторичной обмотке,
• I1 и I2 – ток в первичной и вторичной обмотки.

Конструкция силового трансформатора:

Трансформатор GET 03

Трансформатор (12 Вольт) указанной серии пользуется большой популярность. Всего у модели имеются два резистора. Находятся они рядом с модулятором

Если говорить про показатели, то важно отметить, что частота модификации равняется 55 Гц. Подключение устройства осуществляется через выходной переходник

Расширитель подобран с изолятором. С целью решения проблем с отрицательной полярностью используются два конденсатора. Регулятор в представленной модификации отсутствует. Показатель проводимости трансформатора составляет 4,5 мк. Выходное напряжение колеблется в районе 12 В.

Работа импульсного блока питания

Первичная цепь импульсного блока питания

Первичная цепь схемы блока питания расположена до импульсного ферритового трансформатора.

На входе блока расположен предохранитель.

Затем стоит фильтр CLC. Катушка, кстати, используется для подавления синфазных помех. Вслед за фильтром располагается выпрямитель на основе диодного моста и электролитического конденсатора. Для защиты от коротких высоковольтных импульсов после предохранителя параллельно входному конденсатору устанавливают варистор. Сопротивление варистора резко падает при повышенном напряжении. Поэтому весь избыточный ток идет через него в предохранитель, который сгорает, выключая входную цепь.

Защитный диод D0 нужен для того, чтобы предохранить схему блока питания, если выйдет из строя диодный мост. Диод не даст пройти отрицательному напряжению в основную схему. Потому, что откроется и сгорит предохранитель.

За диодом стоит варистор на 4-5 ом для сглаживания резких скачков потребления тока в момент включения. А также для первоначальной зарядки конденсатора C1.

Активные элементы первичной цепи следующие. Коммутационный транзистор Q1 и с ШИМ (широтно импульсный модулятор) контроллер. Транзистор преобразует постоянное выпрямленное напряжение 310В в переменное. Оно преобразуется трансформатором Т1 на вторичной обмотке в пониженное выходное.

И еще — для питания ШИМ-регулятора используется выпрямленное напряжение, снятое с дополнительной обмотки трансформатора.

Работа вторичной цепи импульсного блока питания

Во выходной цепи после трансформатора стоит либо диодный мост, либо 1 диод и CLC фильтр. Он состоит из электролитических конденсаторов и дросселя.

Для стабилизации выходного напряжения используется оптическая обратная связь. Она позволяет развязать выходное и входное напряжение гальванически. В качестве исполнительных элементов обратной связи используется оптопара OC1 и интегральный стабилизатор TL431. Если выходное напряжение после выпрямления превышает напряжение стабилизатора TL431 включается фотодиод. Он включает фототранзистор, управляющий драйвером ШИМ

Регулятор TL431 снижает скважность импульсов или вообще останавливается. Пока напряжение не снизится до порогового

Устройство и схема электронного трансформатора

Электронные трансформаторы приходят на смену громоздким трансформаторам со стальным сердечником. Сам по себе электронный трансформатор, в отличие от классического, представляет собой целое устройство – преобразователь напряжения.

Применяются такие преобразователи в освещении для питания галогенных ламп на 12 вольт. Если вы ремонтировали люстры с пультом управления, то, наверняка, встречались с ними.

Вот схема электронного трансформатора JINDEL (модель GET-03) с защитой от короткого замыкания.

Как видим, схема довольно проста и собрана из радиодеталей, которые легко обнаружить в любом электронном балласте для питания люминесцентных ламп, а также в лампах – “экономках”.

Основными силовыми элементами схемы являются n-p-n транзисторы MJE13009, которые включены по схеме полумост. Они работают в противофазе на частоте 30 – 35 кГц. Через них прокачивается вся мощность, подаваемая в нагрузку – галогенные лампы EL1…EL5. Диоды VD7 и VD8 необходимы для защиты транзисторов V1 и V2 от обратного напряжения. Симметричный динистор (он же диак) необходим для запуска схемы.

На транзисторе V3 (2N5551) и элементах VD6, C9, R9 – R11 реализована схема защиты от короткого замыкания на выходе (short circuit protection).

Если в выходной цепи произойдёт короткое замыкание, то возросший ток, протекающий через резистор R8, приведёт к срабатыванию транзистора V3. Транзистор откроется и заблокирует работу динистора DB3, который запускает схему.

Резистор R11 и электролитический конденсатор С9 предотвращают ложное срабатывание защиты при включении ламп. В момент включения ламп нити холодные, поэтому преобразователь выдаёт в начале пуска значительный ток.

Для выпрямления сетевого напряжения 220V используется классическая мостовая схема из 1,5-амперных диодов 1N5399.

В качестве понижающего трансформатора используется катушка индуктивности L2. Она занимает почти половину пространства на печатной плате преобразователя.

В силу своего внутреннего устройства, электронный трансформатор не рекомендуется включать без нагрузки. Поэтому, минимальная мощность подключаемой нагрузки составляет 35 – 40 ватт. На корпусе изделия обычно указывается диапазон рабочих мощностей. Например, на корпусе электронного трансформатора, что на первой фотографии указан диапазон выходной мощности: 35 – 120 ватт. Минимальная мощность нагрузки его составляет 35 ватт.

Галогенные лампы EL1…EL5 (нагрузку) лучше подключать к электронному трансформатору проводами не длиннее 3 метров. Так как через соединительные проводники протекает значительный ток, то длинные провода увеличивают общее сопротивление в цепи. Поэтому лампы, расположенные дальше будут светить тусклее, чем те, которые расположены ближе.

Также стоит учитывать и то, что сопротивление длинных проводов способствует их нагреву из-за прохождения значительного тока.

Стоит также отметить, что из-за своей простоты электронные трансформаторы являются источниками высокочастотных помех в сети. Обычно, на входе таких устройств ставится , который блокирует помехи. Как видим по схеме, в электронных трансформаторах для галогенных ламп нет таких фильтров. А вот в компьютерных блоках питания, которые собираются также по схеме полумоста и с более сложным задающим генератором, такой фильтр, как правило, монтируется.

Нравится

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Блок питания на 12 вольт своими руками.

• Типы выпрямителей переменного тока.