Электронный трансформатор для галогенных ламп 12В с мягким стартом

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 дает более высокую светоотдачу и более качественную цветопередачу. Помимо этого увеличивается срок службы лампы. Эти и другие особенности делают галогенную лампу довольно привлекательной для домашнего освещения и не только. Промышленно выпускается широкий ассортимент галогенных ламп различной мощности на напряжение 220В и 12В. Лампы с напряжением питания 12В обладают лучшими техническими характеристиками и большим ресурсом по сравнению с лампами на 220В, не говоря уже об электробезопасности. Для питания таких ламп от сети 220В  существуют электронные трансформаторы. Большинство из них выполнены по схеме полумостового преобразователя с обратной связью по току. Аналогичная схема применяется и в ЭПРА, но там еще используется эффект резонанса для розжига лампы. Главная особенность данного электронного трансформатора – функция мягкого старта. Она заключается в плавном росте напряжения на выходе с 0 до 11,8В в течение 1с после включения. Это исключает резкий бросок тока при включении через холодную нить лампы, что значительно, иногда в несколько раз, повышает срок ее службы. Максимальная суммарная мощность подключенных ламп –100Вт. Схема устройства на рис.1.

Рис.1. Электронный трансформатор с мягким стартом.

Это тоже полумостовой преобразователь, под управлением специализированной микросхемы IR2161S. В микросхему встроены все необходимые защитные функции: от пониженного и повышенного напряжения сети, от холостого хода и короткого замыкания нагрузки, защита от перегрева. Функция мягкого старта реализована следующим образом. Сразу же после запуска, частота внутреннего тактового генератора микросхемы составляет около 125 кГц, что значительно выше рабочей частоты выходного контура С11С12Т1 (около 36 кГц), в результате напряжение на вторичной обмотке Т1 будет мало. Внутренний генератор микросхемы управляется напряжением, его частота обратно пропорциональна напряжению на конденсаторе С6. Сразу же после включения, С6 начинает заряжаться от внутреннего источника тока микросхемы. Пропорционально росту напряжения на нем будет уменьшаться частота генератора микросхемы. При достижении 5В (около 1сек.) частота уменьшится до рабочего значения, около 36кГц, а напряжение на выходе схемы соответственно достигнет номинального значения 11,8В. Таким образом и реализован мягкий старт, после его завершения D1 переходит в рабочий режим. 

В рабочем режиме выв.3 D1 может быть использован для управления выходной мощностью. Если параллельно С6 подключить переменный резистор 100кОм, то можно, изменяя напряжение на выв.3 D1, управлять выходным напряжением и регулировать яркость свечения лампы. Изменяя напряжение на выв.3 D1 от 0 до 5В частота генерации будет меняться от 60кГц до 30кГц (60кГц при 0В – минимальное напряжение на выходе и 30кГц  при 5В – максимальное). 

Схема рассчитана на работу без электролитического конденсатора на выходе диодного моста. Сглаживание выпрямленного напряжения здесь не нужно, так как разогретая нить лампы накаливания слишком инерционна, чтобы реагировать на 100-герцовую пульсацию выпрямленного напряжения. К тому же конденсатор большой емкости значительно ухудшит коэффициент потребляемой мощности схемы. В результате этого преобразователь перезапускается с каждым новым полупериодом сетевого напряжения. И напряжение на выходе схемы представляет собой колебания 38кГц ÷ 36кГц, осциллограмма на рис.2, следующие пачками 100Гц – осциллограмма на рис.3. 

Рис.2

Рис.3

В первый момент времени, а также с приходом каждого последующего полупериода сетевого напряжения, питание микросхемы осуществляется через диод VD4 от стабилизатора R1…R7C3VD6. Если питание осуществляется напрямую от сети 220В, без использования фазового диммера, то цепочка R1…R3C3 не нужна. После входа в рабочий режим микросхема дополнительно питается с выхода полумоста через цепочку С10VD2VD3.  Вывод CS (выв.4) D1 является входом внутреннего усилителя 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 токоизмерительном резисторе R12R13 превысит 0,56В, а следовательно и на выв.4 D1, внутренний компаратор переключится и остановит тактовый генератор. В случае же обрыва нагрузки, напряжение на выходе полумоста может превысить предельное рабочее напряжение МОП-ключей VT1 и VT2. Чтобы избежать этого к выводу CS (выв.) через диод VD7 подключен резистивно-емкостной делитель C9R11. При превышении порогового значения напряжения на R11 генерация также прекращается. Более подробно режимы работы микросхемы IR2161S рассмотрены в [1].

Рассчитать число витков обмоток выходного трансформатора можно рассчитать следующим образом.

Число витков первичной обмотки равно:
  

Число витков вторичной обмотки:

где, К – коэффициент трансформации, в данном случае можно принять К=10. 

Чертежи печатной платы приведены на рис.4 и рис.5. На рис.6 и 7 – 3D-модель. Внешний вид готового устройства на рис.8, рис.9. Плата односторонняя. Все выводные элементы установлены на верхней стороне платы, smd – на нижней. Выходной трансформатор Т1  намотан на кольце R29.5 (Epcos), материал N87. Первичная обмотка содержит 81 виток провода 0,6мм, вторичная – 8 витков провода 3х1,0мм. Индуктивность первичной обмотки составляет 18±10%  миллиГенри, вторичной – 200±10%   микроГенри. Трансформатор Т1 рассчитывался на максимальную мощность до 150Вт, для подключения такой нагрузки силовые ключи VT1 и VT2 необходимо установить на радиатор – алюминиевую пластину 16÷18 мм², толщиной 1,5÷2 мм. (потребуется соответствующая переделка печатной платы). VT1 и VT2 можно заменить на IRF740AS или аналогичные. Стабилитрон VD6 должен быть мощностью не менее 1Вт, напряжение стабилизации 15,6÷18В. Конденсатор С10 желательно дисковый керамический на 1000В (DC). Конденсаторы С11, С12 – металлопленочные полипропиленовые, рассчитанные на большой импульсный ток и напряжение не менее 400В (AC). Каждую из резистивных цепочек: R4…R7, R14…R17, R18…R21 можно заменить одним выводным резистором соответствующего номинала и мощности (потребуется изменить печатную плату). Синфазный дроссель L1 - любой из стандартных с индуктивностью 15 - 20 мГн и рассчитанный на ток 0,6-0,8 А.

Рис.4. Печатная плата, верх

Рис.5. Печатная плата, низ (отзеркалено)

Рис.6. Электронный трансформатор. 3D-модель

Рис.7. Электронный трансформатор. 3D-модель

Рис.8

Рис.9

Литература:

1.   http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2161.pdf

Лазарев В. E-mail: lazarevladimir.australian@yandex.ru

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Altium Designer
• ЭПРА
• Освещение