В настоящее время существует немало электроинструмента, работающего от аккумуляторных батарей. Однако через определенное время ресурс батарей постепенно снижается и не обеспечивает инструменту достижение нужной мощности. В таких случаях не помогает даже более частая зарядка, поэтому приходится решать, что делать дальше: вообще отказаться от агрегата или перевести его на питание от общей сети. Поскольку новая батарея по цене может сравниться с самим инструментом, можно самостоятельно изготовить блок питания из электронного трансформатора, что обойдется значительно дешевле.
Технические условия изготовления
Переделать электронный трансформатор в импульсный блок питания не так просто, как это оказывается на практике. Помимо трансформатора потребуется установка выпрямительного моста на выходе и сглаживающего конденсатора. В случае необходимости и подключение нагрузки.
Необходимо учитывать, что запуск преобразователя невозможен без нагрузки или при недостаточной нагрузке. Это легко проверить с помощью светодиода, подключаемого к выходу выпрямляющего устройства с использованием ограничительного резистора. В итоге все дело закончится лишь одной вспышкой светодиодного источника света в момент включения.
Для того чтобы появилась еще одна вспышка, преобразователь необходимо сначала выключить, а затем снова включить в сеть. Добиться постоянного свечения вместо вспышек возможно путем подключения выпрямителя к дополнительной нагрузке, которая производит отбор полезной мощности с выделением тепла. Данная схема может использоваться только при постоянной нагрузке, управляемой через первичную цепь.
Если же нагрузка требует более 12 вольт, выдаваемых электронным трансформатором, необходимо перемотать выходной трансформатор. Существуют и другой вариант решения этой проблемы, более эффективный и менее затратный.
Как создать импульсный блок питания не разбирая трансформатор
Изготовление такого блока питания осуществляется в соответствии с представленной схемой. Его основой служит электронный трансформатор, мощность которого 105 ватт. Кроме того, переделка электронного трансформатора в блок питания потребует использования дополнительных элементов - выпрямительного моста VD1-VD4, выходного дросселя L2, согласующего трансформатора Т1 и сетевого фильтра.
Для изготовления трансформатора Т1 потребуется ферритовое кольцо с размерами К30х18х7. Провод в первичной обмотке уложен вдвое, скручен в жгут и намотан в таком виде в количестве 10 витков. Лучше всего подойдет провод диаметром 0,8 мм, например, ПЭВ-2. Вторичная обмотка состоит из такого же провода с такой же укладкой, намотанного в 2х22 витка. В итоге получается двойная симметричная обмотка с общей средней точкой, получаемой путем соединения начала одной обмотки с концом другой.
Дроссель L2 также изготавливается своими руками. Он состоит из такого же ферритового кольца, как и трансформатор. Для обмоток используются аналогичные провода ПЭВ-2, наматываемые по 10 витков. Сборка выпрямительного моста выполняется с помощью диодов КД213 или КД2997, которые могут функционировать при минимальной рабочей частоте 100 кГц. В случае использования других элементов, например, КД242, они будут лишь нагреваться, но не обеспечат требуемого напряжения. Площадь радиатора для установки диодов должна быть не меньше 0,6-0,7 м2. Радиатор используется вместе с изолирующими прокладками.
В цепочку электролитических конденсаторов С4, С5 включено три элемента по 2200 мкф, соединенные параллельно. Данный вариант используют все импульсные источники питания с целью снижения общей индуктивности электролитических конденсаторов. В некоторых схемах могут параллельно с ними подключаться керамические конденсаторы на 0,33-0,5 мкф для сглаживания высокочастотных колебаний.
Сетевой фильтр устанавливается на входе блока питания, хотя вся система сможет функционировать и без него. Входной фильтр оборудуется готовым дросселем марки ДФ50ГЦ, который можно взять в телевизоре. Все узлы и элементы блока монтируются на общую плату методом навесного монтажа. Для платы используется изоляционный материал, а вся готовая конструкция помещается в латунном или жестяном корпусе с вентиляционными отверстиями.
При правильной сборки источника питания, какая-либо дальнейшая наладка не требуется, поскольку устройство сразу начинает нормально функционировать. Однако, проверить работоспособность все-таки необходимо. С этой целью на выходе блока питания подключаются резисторы на 240 Ом и минимальной мощностью 5 ватт в качестве нагрузки.
Блок питания для использования в особых условиях
Довольно часто возникают ситуации, когда применение становится проблематичным из-за специфических условий эксплуатации. Это может быть слишком малое потребление тока или его изменение в широком диапазоне, в результате, блок питания просто не запускается. Характерным примером становится люстра, в которую устанавливаются светодиодные лампы вместо галогенных, несмотря на то, что в приборе освещения имеется встроенный электронный трансформатор. Решить эту проблему поможет упрощенная схема этого трансформатора, представленная на рисунке.
На данной схеме обмотка управляющего трансформатора Т1, отмеченная красным, служит для обеспечения обратной связи по току. То есть, когда ток не идет через нагрузку или проходит в очень малом количестве, трансформатор просто не будет включаться. Это значит, что устройство не станет работать, если к нему подключить лампочку на 2,5 Вт.
Данная схема может быть доработана, что позволит устройству работать вообще без нагрузки. Прибор окажется защищен от короткого замыкания. Как все это осуществить на практике, показано на следующем рисунке.
Работа электронного трансформатора при минимальной нагрузке или вообще без нее, обеспечивается путем замены обратной связи по току, обратной связью по напряжению. С этой целью обмотка обратной связи по току убирается, а взамен ее в плату впаивается перемычка из проволоки, не затрагивая ферритовое кольцо.
Затем на управляющем трансформаторе TR1, установленном на малом кольце, следует намотать обмотку, состоящую из 2-3 витков. На выходном трансформаторе наматывается еще один виток, после чего выполняется соединение обеих дополнительных обмоток. Если устройство не начнет функционировать, рекомендуется поменять расположение фаз на какой-либо обмотке.
Резистор, устанавливаемый в цепь обратной связи, должен иметь сопротивление в диапазоне от 3 до 10 Ом. С его помощью определяется глубина обратной связи, определяющая значение тока, при котором наступает срыв генерации. Это и будет током срабатывания против короткого замыкания, в зависимости от сопротивления резистора.
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.
Галогеновые лампы с каждым днем все активнее применяются в украшении различных торговых комплексов и витрин. Яркая цветовая гамма, насыщенность в передаче изображения придают им все большую популярность. Срок их службы намного больше, чем у обычных ламп. При этом они могут длительно работать без выключения. В галогенках используются нити накала, но процесс свечения, в сравнении с лампами накаливания, у них отличается благодаря наполнению баллона особым составом. Такие лампочки используются в различных светильниках, люстрах, кухонной мебели и бывают 220 и 12 вольтовые. Блок питания для галогенок напряжением 12 вольт необходим, потому что при прямом их включении в электрическую сеть произойдет короткое замыкание.
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.
Классификация
Трансформаторы бывают электромагнитными и электронными (импульсными). Электромагнитные доступны по цене, надежны, их можно сделать при желании своими руками. У них есть и свои минусы – приличный вес, большие габаритные размеры, повышение температуры при длительной работе. А перепады напряжения значительно сокращают срок работы галогеновых ламп.
Электронные трансформаторы весят намного меньше, у них стабильное напряжение на выходе, они сильно не нагреваются, могут иметь защиту от КЗ и плавный пуск, увеличивающий срок эксплуатации лампы.
Трансформаторы для галогеновых ламп
Разбор будет проведен на примере блока питания фирмы «Ферон Герман Технолоджи». На выходе этот трансформатор имеет ни много ни мало – 5 ампер. Для такой небольшой коробочки значение потрясающее. Корпус сделан герметичным способом, с отсутствием всякого рода вентиляции. Наверное, поэтому некоторые экземпляры таких блоков питания плавятся от высокой температуры.
Схема преобразователя в первом варианте очень простая. Настолько минимален набор всех деталей, что вряд ли из нее можно что-то выкинуть. При перечислении видим:
- мост из диодов;
- RC цепь с динистором, чтобы запустился генератор;
- генератор, собранный на полумостовой схеме;
- трансформатор, понижающий входное напряжение;
- низкоомный резистор, который служит в качестве предохранителя.
При большом перепаде напряжения такой преобразователь на 100% «сдохнет», приняв весь «удар» на себя. Все выполнено из довольно дешевого набора деталей. Лишь к трансформаторам нет никаких нареканий, потому что они сделаны на совесть.
Второй вариант выглядит очень слабым и недоработанным. В эмиттерные цепи вставлены резисторы R5 и R6 для ограничения тока. При этом совершенно не продумана блокировка транзисторов в случае резкого повышения тока (ее просто нет!). Сомнение вызывает электрическая цепь (на схеме она красным цветом).
Фирма «Ферон Герман Технолоджи» выпускает галогеновые лампы мощностью до 60 ватт. Сила тока блока питания на выходе получается 5 ампер. Это многовато для такой лампочки.
При снятии крышки обратите особое внимание на размеры радиатора. Для выходных 5 ампер они очень маленькие.
Расчет мощности трансформатора для ламп и схема подключения
Продаются сегодня различные трансформаторы, поэтому существуют определенные правила подбора необходимой мощности. Не стоит брать трансформатор слишком мощный. Он будет работать практически вхолостую. Недостаток мощности приведет к перегреву и дальнейшему выходу устройства из строя.
Рассчитать мощность трансформатора можно самостоятельно. Задачка скорее математическая и по силам каждому начинающему электрику. Например, необходимо установить 8 точечных галогенок напряжением 12 В и мощностью 20 ватт. Общая мощность при этом составит 160 ватт. Берем с запасом на 10 % примерно и приобретаем мощностью 200 ватт.
Схема №1 выглядит примерно таким образом: на линии 220 стоит одноклавишный выключатель, при этом оранжевый и синий провод подсоединяются ко входу трансформатора (первичные клеммы).
На линии 12 вольт все лампы подключаются к трансформатору (на вторичные клеммы). Соединяющие медные провода обязательно должны иметь одинаковое сечение, иначе яркость у лампочек будет разная.
Еще одно условие: провод, соединяющий трансформатор с галогеновыми лампами, должен быть длиной не менее 1,5 метров, лучше, если 3. Если сделать его слишком коротким, он начнет греться, и яркость лампочек снизится.
Схема №2 – для подключения галогеновых светильников. Здесь можно поступить по-другому. Разбить, к примеру, шесть светильников на две части. Для каждой установить понижающий трансформатор. Правильность такого выбора обусловлена тем, что при поломке одного из блоков питания вторая часть светильников все-таки будет продолжать работать. Мощность одной группы составляет 105 ватт. С небольшим коэффициентом запаса получаем, что приобрести необходимо два трансформатора на 150 ватт.
Совет! Каждый понижающий трансформатор запитайте своими проводами и соедините их в распределительной коробке. Места соединения оставьте в свободном доступе.
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.
Понижающие трансформаторы для галогенных ламп во время работы выделяют очень большое количество тепла. Поэтому необходимо соблюдать несколько требований:
- Запрещается подключение блока питания без нагрузки.
- Размещайте блок на негорючей поверхности.
- Расстояние от блока до лампочки не менее 20 сантиметров.
- Для лучшей вентиляции установите трансформатор в нише объемом не менее 15 литров.
Блок питания необходим для галогеновых ламп, работающих от напряжения 12 вольт. Он является своеобразным трансформатором, понижающим входные 220 В до нужных значений.
Недавно в магазине на глаза попался электронный трансформатор для галогенных ламп. Стоит такой трансформатор копейки - всего 2,5$, что в разы дешевле стоимости используемых в нем компонентов. Блок был куплен для опытов. Как позже оказалось, он не имел защиту и при КЗ случился настоящий взрыв... Трансформатор был довольно мощным (150 Ватт), поэтому на входе был установлен предохранитель, который буквально лопнул. После проверки, оказалось, что половина компонентов сгорело. Ремонт обойдется дорого, да и незачем тратить нервы и время, лучше купить новый. На следующий день были куплены сразу три трансформатора на 50, 105 и 150 ватт.
Планировалось доработать блок, поскольку это был ИБП - без каких-либо фильтров и защит.
После доработки должен был получиться мощный ИБП, основная особенность которого - компактность.
Для начала блок был снабжен сетевым фильтром.
Дроссель был выпаян из блока питания DVD проигрывателя, состоит из двух идентичных обмоток, каждая содержит по 35 витков провода 0.3мм. Только проходя через фильтр, напряжение подается на основную схему. Для сглаживания НЧ помех использовались конденсаторы на 0.1 мкФ (подобрать с напряжением 250-400 вольт). Светодиод показывает наличие сетевого напряжения.
Регулятор напряжения
Была использована схема с применением всего одного транзистора. Эта самая простая схема из всех существующих, содержит пару компонентов и работает очень хорошо. Недостаток схемы - перегрев транзистора при больших нагрузках, но все не так уж и страшно. В схеме можно использовать любые мощные биполярные НЧ транзисторы обратной проводимости - КТ803,805,819,825,827 - рекомендую использовать последние три. Подстроечник можно брать с сопротивлением 1...6.8к, дополнительный защитный резистор берем с мощностью 0,5-1 Ватт.
Регулятор готов, идем дальше.
Защита
Еще одна простая схема, по сути это защита от переплюсовки. Реле буквально любое на 10-15 Ампер. Диод тоже можно применить любой выпрямительный, с током 1 ампер и более (отлично справляется широко применяемый 1N4007). Светодиод сигнализирует о неправильной полярности. Эта система отключает напряжение, если на выходе КЗ или неправильно подключено проверяемое устройство. БП можно использовать для проверки работоспособности самодельных УНЧ, преобразователей, автомагнитол и т.п., при этом не нужно боятся, что вдруг перепутаете полярность питания.
В дальнейшем мы рассмотрим еще несколько простых переделок электронного трансформатора, ну а пока у нас есть простой, компактный и мощный ИБП, который можно использовать в качестве лабораторного блока для начинающего.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Т1 | Биполярный транзистор | КТ827А | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 1 | В блокнот | ||
| Диодный мост | 1 | В блокнот | ||||
| С1, С2 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| С3 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| С4-С5 | Электролитический конденсатор | 3300 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 480 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Переменный резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R5 | Резистор |