Электронные трансформаторы для галогенных ламп (ЭТ) – не теряющая актуальности тема как среди бывалых, так и очень посредственных радиолюбителей. И это не удивительно, ведь они весьма просты, надежны, компактны, легко поддаются доработке и усовершенствованию, чем существенно расширяют сферу применения. А в связи с массовым переходом светотехники на светодиодные технологии ЭТ морально устарели и сильно упали в цене, что, как по мне, стало чуть ли не главным их преимуществом в радиолюбительской практике.
Про ЭТ есть много различной информации относительно преимуществ и недостатков, устройства, принципа работы, доработки, модернизации и т.д. А вот найти нужную схему, особенно качественных устройств, или приобрести блок с нужной комплектацией бывает весьма проблематично. Поэтому в этой статье я решил изложить фото, срисованные схемы с моточными данными и краткие обзоры тех устройств, которые попадались (попадутся) мне в руки, а в следующей статье планирую описать несколько вариантов переделок конкретных ЭТ из этой темы.
Все ЭТ для наглядности я условно делю на три группы:
- Дешевые ЭТ или "типичный Китай". Как правило только базовая схема из самых дешевых элементов. Зачастую сильно греются, низкий КПД, при незначительном перегрузе или КЗ сгорают. Иногда попадается "фабричный Китай", отличающийся более качественными деталями, но все равно далекий от совершенства. Самый распространенный вид ЭТ на рынке и в обиходе.
- Хорошие ЭТ . Главное отличие от дешевых - наличие защиты от перегрузки (КЗ). Надежно держат нагрузку вплоть до срабатывания защиты (обычно до 120-150%). Комплектация дополнительными элементами: фильтрами, защитами, радиаторами происходит в произвольном порядке.
- Качественные ЭТ , отвечающие высоким европейским требованиям. Хорошо продуманны, комплектуются по максимуму: хорошим теплоотводом, всеми видами защит, плавным пуском галогенок, входными и внутренними фильтрами, демпферными, а иногда и снабберными цепями.
Теперь давайте перейдем к самим ЭТ. Для удобства они отсортированы по выходной мощности в порядке возрастания.
1. ЭТ мощностью до 60 Вт.
1.1. L&B
1.2. Tashibra
Два вышеизложенные ЭТ – типичные представители самого дешевого Китая. Схема, как видите, типовая и широко распространенная в интернете.
1.3. Horoz HL370
Фабричный Китай. Хорошо держит номинальную нагрузку, греется не сильно.
1.4. Relco Minifox 60 PFS-RN1362
А вот представитель хорошего ЭТ итальянского производства, оснащенный скромным входным фильтром и защитами от перегрузки, перенапряжения и перегрева. Силовые транзисторы выбраны с запасом по мощности, поэтому не требуют радиаторов.
2. ЭТ мощностью 105 Вт.
2.1. Horoz HL371
Подобный вышеизложенной модели Horoz HL370 (п.1.3.) фабричный Китай.
2.2. Feron TRA110-105W
На фото две версии: слева более старая (2010 г.в.) – фабричный Китай, справа более новая (2013 г.в.), удешевленная до типичного Китая.
2.3. Feron ET105
Подобный Feron TRA110-105W (п.2.2.) фабричный Китай. Фото родной платы не сохранилось, поэтому взамен выкладываю фото Feron ET150, плата которого очень похожа на вид и подобна по элементной базе.
2.4. Brilux BZE-105
Подобный Relco Minifox 60 PFS-RN1362 (п.1.4.) хороший ЭТ.
3. ЭТ мощностью 150 Вт.
3.1. Buko BK452
Удешевленный до фабричного Китая ЭТ, в который не впаяли модуль защиты от перегрузки (КЗ). А так, блок весьма неплох по форме и содержанию.
3.2. Horoz HL375 (HL376, HL377)
А вот и представитель качественных ЭТ с весьма богатой комплектацией. Сразу кидается в глаза шикарный входной двухкаскадный фильтр, мощные парные силовые ключи с объемным радиатором, защиты от перегруза (КЗ), перегрева и двойная защита от перенапряжения. Данная модель знаменательна еще и тем, что является флагманской для последующих: HL376 (200W) и HL377 (250W). Отличия отмечены на схеме красным цветом.
3.3. Vossloh Schwabe EST 150/12.645
Очень качественный ЭТ от всемирно известного немецкого производителя. Компактный, хорошо продуманный, мощный блок с элементной базой от лучших европейских фирм.
3.4. Vossloh Schwabe EST 150/12.622
Не менее качественная, более новая версия предыдущей модели (EST 150/12.645), отличающаяся большей компактностью и некоторыми схемными решениями.
3.5. Brilux BZ-150B (Kengo Lighting SET150CS)
Один из самых качественных ЭТ, которые мне попадались. Очень хорошо продуманный блок на очень богатой элементной базе. Отличается от подобной модели Kengo Lighting SET150CS только трансформатором связи, который чуть меньше размером (10х6х4мм) с количеством витков 8+8+1. Уникальность этих ЭТ состоит в двухступенчатой защите от перегрузки (КЗ), первая из которых самовосстанавливающаяся, настроена на плавный пуск галогенных ламп и легкий перегруз (до 30-50%), а вторая – блокирующая, срабатывает при перегрузе более 60% и требующая перезагрузки блока (кратковременное отключение с последующим включением). Также примечательностью является довольно большой силовой трансформатор, габаритная мощность которого позволяет выжимать с него до 400-500 Вт.
Мне лично в руки не попадались, но видел на фото подобные модели в том же корпусе и с тем же набором элементов на 210Вт и 250Вт.
4. ЭТ мощностью 200-210 Вт.
4.1. Feron TRA110-200W (250W)
Подобный Feron TRA110-105W (п.2.2.) фабричный Китай. Наверное, лучший в своем классе блок, рассчитанный с большим запасом мощности, а посему является флагманской моделью для абсолютно идентичного Feron TRA110-250W, выполненного в таком же корпусе.
4.2. Delux ELTR-210W
По максимуму удешевленный, немного топорный ЭТ с множеством не впаянных деталей и теплоотводом силовых ключей на общий радиатор через кусочки электрокартона, который можно отнести к хорошим только из-за наличия защиты от перегруза.
4.3. Светкомплект EK210
Согласно электронной начинке подобный предыдущему Delux ELTR-210W (п.4.2.) хороший ЭТ с силовыми ключами в корпусе TO-247 и двухступенчатой защитой от перегруза (КЗ), не смотря на которую достался сгоревшим, причем практически полностью, вместе с модулями защиты (отчего отсутствуют фото). После полного восстановления при подключении нагрузки близкой к максимальной снова сгорел. Поэтому ничего толкового про этот ЭТ сказать не могу. Возможно брак, а возможно и плохо продуман.
4.4. Kanlux SET210-N
Без лишних слов довольно качественный, хорошо продуманный и очень компактный ЭТ.
ЭТ мощностью 200Вт можно также найти в п.3.2.
5. ЭТ мощностью 250 Вт и более.
5.1. Lemanso TRA25 250W
Типичный Китай. Та же общеизвестная Tashibra или жалкое подобие Feron TRA110-200W (п.4.1.). Даже не смотря на мощные спаренные ключи с трудом держит заявленные характеристики. Плата досталась искореженная, без корпуса, посему фото оных отсутствует.
5.2. Asia Elex GD-9928 250W
По сути усовершенствованная до хорошего ЭТ модель TRA110-200W (п.4.1.). До половины залита в корпусе теплопроводным компаундом, что значительно усложняет его разборку. Если такой попадется и потребуется разборка, поставьте его в морозилку на несколько часов, а после в темпе отламывайте по кусочкам застывший компауд, пока он не нагрелся и снова не стал вязким.
Следующая по мощности модель Asia Elex GD-9928 300W имеет идентичный корпус и схему.
ЭТ мощностью 250Вт можно также найти в п.3.2. и п.4.1.
Ну вот, пожалуй, и все ЭТ на сегодняшний момент. В заключение опишу некоторые нюансы, особенности и дам парочку советов.
Многие производители, особенно дешевых ЭТ, выпускают данную продукцию под разными названиями (брендами, типами) используя одну и ту же схему (корпус). Поэтому при поиске схемы следует более обращать внимание на ее подобность, нежели на название (тип) устройства.
Определить по корпусу качество ЭТ практически невозможно, поскольку, как видно на некоторых фото, модель может быть недоукомплектованной (с отсутствующими деталями).
Корпуса хороших и качественных моделей как правило выполнены из качественного пластика и разбираются довольно легко. Дешевые нередко скрепляются заклепками, а иногда и склеиваются.
Если после разборки определение качества ЭТ затруднительно, обратите внимание на печатную плату – дешевые обычно монтируются на гетинаксе, качественные – на текстолите, хорошие, как правило, тоже на текстолите, но бывают и редкие исключения. Про многое скажет и количество (объем, плотность) радиодеталей. Индуктивные фильтра в дешевых ЭТ всегда отсутствуют.
Также в дешевых ЭТ теплоотвод силовых транзисторов либо полностью отсутствует, либо выполнен на корпус (металлический) через электрокартон или ПВХ пленку. В качественных и многих хороших ЭТ он выполнен на объемном радиаторе, который обычно изнутри плотно прилегает к корпусу, также используя его для рассеивания тепла.
Присутствие защиты от перегрузки (КЗ) можно определить по наличию хотя-бы одного дополнительного маломощного транзистора и низковольтного электролитического конденсатора на плате.
Если планируется приобретение ЭТ, то обратите внимание, что есть много флагманских моделей, которые по цене обойдутся дешевле, чем их "более мощные" копии. Электронные трансформаторы .
Жизненных и творческих всем успехов.
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.
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 фильтр , 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.
При замене галогеновых ламп на 12В в точечных светильниках светодиодными часто возникает вопрос: «нужно ли менять источник питания?». Для галогенок использовали электронные трансформаторы с выходным напряжением 12 вольт, а продаются специальные блоки питания (БП) с выходным напряжением также 12 вольт. В чем же их различие и взаимозаменяемы ли они? Давайте разбираться!
Что такое электронный трансформатор?
Электронным трансформатором называют схему импульсного источника питания на основе трансформатора и высокочастотного генератора на полупроводниковых ключах. Они питаются от сети 220В переменного тока, а на их выходе переменное напряжение с действующим значением порядка 12В.
Структурная схема устройства изображена на рисунке ниже.
Здесь мы видим, что питание 220В сначала поступает на выпрямитель, после чего выпрямленное пульсирующее с частотой 100Гц напряжение поступает на узел силовых ключей и генератора, рассмотрим пример типовой принципиальной электрической схемы электронного трансформатора.
Здесь изображена типичная автогенераторная двухтактная схема. Её особенностью является то, что для работы ключей в режиме коммутации (переключений) на высокой частоте им не требуется или других специализированных ИМС. Говоря простыми словами работа автогенератора заключается в переключении транзистора в результате напряжений, наводимых на обмотках импульсного трансформатора и положительной обратной связи.
Что мы видим на схеме? Первое что бросается в глаза - отсутствие диодного моста на выходе, а значит, что выходное напряжение переменное, а также отсутствие цепей, предназначенных для стабилизации выходного напряжения. Вы можете подробнее ознакомится с принципом их работы посмотрев видео:
Подобная схема лежит и в основе большинства зарядных устройств для мобильных телефонов, в том числе в энергосберегающих или компактных люминесцентных лампах в некоторых вариациях и некоторыми доработками.
Рассмотрим выходные осциллограммы.
Здесь видно, что переменное напряжение амплитуда которого пульсирует от нуля до + и - 17Вольт. Такие изменения амплитуды с течением времени - повторяют пульсации выпрямленного сетевого(100Гц). Получается интересная ситуация - есть высокочастотное выходное напряжение, изменяющееся с частотой в десятки тысяч герц, при этом его амплитуда изменяется от 0 до 17 вольт с частотой в 100 Гц или выпрямленные 50 Гц. Если растянуть ось времени и рассмотреть форму на уровне периодов, то картинка примет следующий вид.
Здесь видно, что сигнал по форме далёк от синусоиды, а скорее прямоугольник с небольшим уклоном в сторону заднего фронта.
Блоки питания для светодиодных ламп 12В
Их часто называют блоками питания для светодиодных лент, фактически для подключения и лент и ламп нужен любой источник постоянного стабилизированного напряжения 12В с минимальными пульсациями. На практике в современном мире используются , рассмотрим типовую схему.
Или другой вариант:
Что общего у этих двух, казалось бы, разных схем? Они построены на интегральном ШИМ-контроллера который управляет силовыми ключами - транзисторами, они могут быть и полевыми, и биполярными. Кроме того, в выходном каскаде схемы вы видите выпрямитель и конденсаторы для сглаживания пульсаций (фильтр). Всё это значит, что на выходе мы получаем . Величина его пульсаций будет зависеть от нагрузки и ёмкости фильтрующих конденсаторов.
Её также можно реализовать на автогенераторной схеме, подобной электронному трансформатору, добавив цепи обратной связи для стабилизации выходного напряжения. В результате получится схема наподобие такой.
Аналогичная конструкция используется в упомянутых выше зарядных для мобильны телефонов здесь за стабилизацию отвечает цепочка обратной связи на 11 вольтовом стабилитроне VD9 и транзисторной оптопаре U1.
Принцип работы подобных ИИП мы рассматривали в статье ранее - .
5 особенностей и отличий БП для LED-лент и ламп от электронных трансформаторов для галогенных ламп
Итак, подведем итоги и ответим на вопрос: «почему нельзя питать светодиодные лампы от электронного трансформатора?». Для этого мы перечислим основные особенности этих источников питания и требования для работы светодиодных изделий.
1. Для включения светодиодных лент и ламп на 12В нужно постоянное напряжение. Так как у светодиодов нелинейная вольтамперная характеристика - они очень чувствительны к отклонениям напряжения питания от номинального, и при его превышении быстро выйдут из строя.
2. Электронные трансформаторы выдают пульсирующее переменное высокочастотное напряжение. Величина всплесков и пиков может достигать и 40 вольт в некоторых случаях. Это может привести к выходу из строя светодиодов или драйверов, встроенных в LED-лампу, а также к их нестабильной работе.
3. У электронных трансформаторов есть такая характеристика как минимальная нагрузка (смотрите рисунок ниже). Это значит, что, если подключить нагрузку меньше указанной на блоке питания он может либо не запуститься, либо выдавать большие пульсации, а также отключаться или другим образом отклоняться от нормального режима работы. Это критично, поскольку галогенные лампы потребляют в разы большую мощность, чем светодиодные, поэтому электронный трансформатор может проявлять себя подобным образом.
Мощность указана от 20 до 105 Вт, что говорит об ограничении по минимальной подключаемой мощности.
4. У блоков питания для ламп на 12В выходное напряжение и постоянное, и стабилизированное при этом.
5. Для питания галогеновых ламп не разницы в роде тока (постоянный или переменный), которым её будут питать. Важно действующее значение напряжения на ней. Поэтому они подойдут под оба варианта источников питания.
Заключение
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
При подборе оборудования для светодиодной подсветки или светодиодного освещения, неизбежно возникает задача выбора блока питания для системы. Специалисты по светодиодному оборудованию всегда предлагают использовать специализированные блоки питания. У человека, столкнувшегося с этим оборудованием в первый раз, как правило, возникает вполне естественный вопрос - почему нельзя применить электронный трансформатор для галогенных ламп? Он, при одинаковой мощности, имеет меньший размер, меньшую цену, да и выходное напряжение у него тоже 12 вольт. Те, кто просто хочет получить ответ на этот вопрос, не вникая в подробности, может сразу перейти к выводам в конце статьи.
Для тех же, кто хочет подробнее разобраться в вопросе – немного теории.
Для начала хочется отметить, что практически все современные источники питания – это импульсные преобразователи. Принципиальное отличие их от применявшихся ранее аналоговых (или линейных) источников питания заключается в том, что преобразование напряжения в них осуществляется не на частоте питающей электросети (50Гц), а на значительно более высокой частоте (обычно в диапазоне 30000-50000 Гц). Благодаря переходу на такие частоты удалось значительно уменьшить размеры и вес источников питания, а также значительно повысить их КПД, который в современных моделях достигает 95%.
Чтобы понять различие между полноценным блоком питания и электронным трансформатором, разберемся с их внутренним устройством.
Рассмотрим структурную схему обычного электронного трансформатора для питания галогенных ламп (рис. 1).
Рис.1 Структурная схема электронного трансформатора, предназначенного для питания галогенных ламп.
Переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В (Рис.2а) подается на входной выпрямитель, представляющий из себя, как правило, диодный мост. На выходе выпрямителя (Рис.2б) мы получаем импульсы напряжения одной полярности и удвоенной частоты – 100Гц.
Рис.2 Формы напряжения на входе (а) и выходе (б) выпрямителя.
Далее это напряжение подается на каскад, выполненный на ключевых транзисторах, которые при помощи положительной обратной связи введены в режим генерации. Таким образом, на выходе этого каскада формируются высокочастотные импульсы с частотой генерации и амплитудой сетевого напряжения. Очень важно для нашего случая обратить внимание на то, что генерация в подобной схеме возникает не всегда, а только при условии, что нагрузка электронного трансформатора находится в определенных пределах, например, от 30 до 300 Ватт. Кроме того, поскольку питание ключевого каскада осуществляется импульсами с выхода выпрямителя, то высокочастотное колебание генератора оказывается промодулированным импульсами частотой 100 Гц.
Сформированное таким образом напряжение сложной формы подается на понижающий трансформатор, на выходе которого мы имеем напряжение такой же формы, но величиной, подходящей для питания галогенных ламп. Здесь стоит отметить, что для нити накаливания, которая является источником света в галогенных лампах, не имеет значение формы питающего напряжение. Для ламп накаливания важно только действующее напряжение – т.е. величина напряжения, усредненная за период времени. Когда в характеристиках электронного трансформатора указывается выходное напряжение 12 вольт, то речь идет как раз о действующем напряжении. На рис.3 приведены реальные осциллограммы, снятые на выходе электронного трансформатора.
Рис.3 Осциллограммы на выходе электронного трансформатора, предназначенного для питания галогенных ламп.
Из осциллограммы Рис.3а видно, что импульсы на выходе электронного трансформатора следуют с частотой 55000 Гц, имеют очень крутые фронты и амплитудное значение 17 вольт. По осциллограмме на Рис.3б можно заметить, что почти 20% времени напряжение на выходе электронного трансформатора вообще равно нулю (горизонтальные участки между всплесками напряжения). Что же произойдет, если такое напряжение подать, например, на светодиодную лампу? В любую светодиодную лампу всегда встроен собственный драйвер для обеспечения оптимального режима работы светодиодов. Этот драйвер будет пытаться сгладить скачки напряжения, но гарантировать долгую надежную работу в этом случае невозможно. Что касается светодиодной ленты – то для ее питания вообще требуется постоянное напряжение.
Теперь рассмотрим структурную схему стабилизированного блока питания, используемого совместно со светодиодным оборудованием (рис. 4).
Рис.4 Структурная схема блока питания постоянного тока со стабилизированным выходным напряжением, предназначенного для питания светодиодного оборудования.
Первый блок – уже знакомый нам входной выпрямитель, который не имеет никаких отличий от выпрямителя, рассмотренного нами выше. С его выхода напряжение (см. Рис.2б) подается на сглаживающий фильтр, после которого приобретает форму, показанную сплошной линией на Рис.5.
Рис.5 Форма напряжения на выходе сглаживающего фильтра.
Как видно из рисунка, пульсации на выходе фильтра почти отсутствуют и форма напряжения близка к прямой линии.
Это напряжение подается на силовые транзисторные ключи, к выходу которых, как и в случае с электронным трансформатором, подключен понижающий трансформатор. Отличие заключается в том, что работой ключей управляет специализированная микросхема, в состав которой входит задающий генератор, ШИМ контроллер и различные цепи управления.
Механизм использования ШИМ (широтно-импульсной модуляции) в блоке питания заключается в том, что меняя ширину коммутирующих импульсов, подаваемых на силовые ключи, можно менять напряжение на выходе блока питания. Благодаря этому, подавая сигнал управления с выхода блока питания на вход контроллера ШИМ, появляется возможность стабилизировать выходное напряжение.
Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом. Когда выходное напряжение, под влиянием внешних факторов, повышается, сигнал ошибки передается с выхода блока питания на контроллер ШИМ, ширина импульсов уменьшается, и выходное напряжение снижается, приходя в норму. При понижении выходного напряжения аналогичным образом происходит увеличение ширины коммутирующих импульсов. Благодаря такой работе, выходное напряжение всегда поддерживается в заданном диапазоне.
Поскольку режим работы задающего генератора в данной схеме не зависит от внешних воздействий, а также благодаря цепям стабилизации, выходное напряжение остается постоянным во всем диапазоне допустимой мощности нагрузки, например, от 0 до 100 Вт.
Кроме того, наличие обратной связи позволило защитить блок питания от выхода из строя. При превышении потребляемой мощности, при повышении выходного напряжения выше критического, а также при коротком замыкании в нагрузке происходит автоматическое выключение блока питания. После устранения причины, вызвавшей срабатывание защиты, блок питания запускается вновь.
После понижающего трансформатора высокочастотные разнополярные импульсы поступают на выпрямитель, где преобразуются в импульсы одной полярности. Выходной фильтр сглаживает импульсы после выпрямления и превращает их в постоянное напряжение с низким уровнем пульсаций.
Благодаря рассмотренным мерам стабилизации и фильтрации, нестабильность постоянного напряжение на выходе блока питания обычно не превышает 3% от номинального, а напряжение пульсаций имеет величину не более 0,1 вольта.
Также немаловажное положительное влияние выходного фильтра - значительное снижение уровня электромагнитных помех, излучаемых блоком питания и в особенности помех, излучаемых проводами, подключенными к его выходу.
Выводы
Электронные трансформаторы, предназначенные для питания галогенных ламп, использовать для питания светодиодного оборудования нельзя потому, что:
1. Значение 12 вольт, указанное в паспорте электронного трансформатора – это действующее (усредненное) напряжение. Реально в выходном напряжении могут присутствовать короткие импульсы, амплитудой до 40 вольт.
2. Напряжение на выходе электронного трансформатора высокочастотное и невыпрямленное. Оно содержит импульсы разной полярности, как положительной, так и отрицательной.
3. Выходное действующее напряжение электронных трансформаторов нестабильно, зависит от входного напряжения питающей сети, от мощности подключенной нагрузки, от температуры окружающей среды и может лежать в пределах 11-16 вольт.
4. Электронный трансформатор не способен работать при маленькой нагрузке. В его характеристиках обычно указывается нижняя и верхняя граница допустимой мощности нагрузки, например 30-300 ватт.
Первые три пункта неминуемо приведут к преждевременному выходу светодиодного оборудования из строя. В некоторых случаях оборудование может выйти из строя уже при первом включении. Такая поломка не будет являться гарантийным случаем.
При замене галогеновых ламп на светодиодные в уже существующих системах, помимо первых трех пунктов, необходимо учитывать и четвертый. Потребляемая мощность светодиодных ламп в 10 раз меньше мощности галогеновых. При недостаточной нагрузке электронный трансформатор может не включиться совсем или будет периодически включаться и выключаться. При такой замене ламп в любом случае рекомендуется заменять и источник питания.