Меню

Генератор для галогенных ламп



Трансформатор для галогенных ламп: для чего нужен, расчет и выбор

В виду существенного преимущества галогенных лампочек перед лампами накаливания в части срока службы и эффективности, они все больше вытесняют устаревшие модели осветительного оборудования. Однако большинство обывателей сталкивается с проблемой электромонтажных работ, связанных с галогенными светильниками в виду особенностей их эксплуатации. Так как подключение галогенных приборов должно выполняться через специальный преобразователь. Именно таким устройством выступает трансформатор для галогенных ламп, у которого имеется особое назначение в схеме питания.

Для чего галогенке трансформатор?

В стремлении повысить эксплуатационные характеристики тех или иных электрических приборов происходит постоянное усовершенствование, как процессов производства, так и принципов работы. Эмпирическим путем было определено, что галогеновые лампы будут служить значительно дольше, если их электроснабжение будет производиться от пониженного напряжения. Оптимальным номиналом считается 6 В,12 В и 24 В которые от бытовой сети напрямую получить нельзя.

Из всех способов преобразования переменного напряжения на практике прижился именно понижающий трансформатор. В нем реализован принцип взаимодействия электромагнитного поля обмотки высокого напряжения с витками на низкой стороне. В результате чего напряжение одной величины преобразуется в пониженное напряжение на выходной обмотке. Преимуществом этого метода является гальваническая развязка, обеспечивающая безопасность при эксплуатации галогенных осветительных устройств.

Расчет и выбор

Чтобы подобрать конкретную модель понижающего трансформатора для галогенных ламп вам необходимо учитывать два основных параметра: мощность и напряжение на выходе, входное напряжение принимается за константу. Их можно проверить в паспорте или на корпусе, как показано на рисунке:

Рис. 1. Определение параметров трансформатора

Кроме этого нужно учитывать особенности двух принципиально отличающихся типов устройств – электромагнитные и электронные преобразователи. Для определения перспективы использования каждого из них в вашем случае, для начала, разберемся в преимуществах обоих.

Электромагнитные

К преимуществам электромагнитных электрических машин следует отнести:

  • Относительно более низкую себестоимость;
  • Простую конструкцию;
  • Высокую степень надежности такого устройства.

Но наряду с этими плюсами, они также имеют и недостатки в сравнении с электронными понижающими приспособлениями – наличие шума во время работы и довольно крупные габариты, что ограничивает сферу применения. Также замечена чувствительность к скачкам и переходным процессам в сети.

Электронные

Электронные трансформаторы отличаются принципом работы, так как в них происходит полупроводниковое преобразование электрической энергии. Помимо этого они комплектуются устройством плавного пуска, контроля рабочих температур, перегрузки и прочими защитами.

Также к их преимуществам следует отнести:

  • Относительно малую шумовую нагрузку, производимую во время работы;
  • Компактность – габарит этого трансформатора для галогенных ламп значительно меньше;
  • Адаптация к работе на холостом ходу.

За счет внедрения разнообразных технологий импульсные преобразователи обеспечивают более долгосрочную службу галогеновых лампочек, чем обмоточные трансформаторы. Однако имеют и некоторые недостатки: относительно большая стоимость, меньшая надежность и ограничение по минимальной мощности.

Выбор физических параметров трансформатора

Определившись с типом трансформатора для галогенных ламп, необходимо выбрать нужную разность потенциалов и номинал. Напряжение на входе каждого из них составляет 220В, однако для подключения галогенных осветительных приборов номинал может варьироваться на 6, 12 или 24 Вольта. Поэтому напряжение нужно подбирать исходя из характеристик ламп, которые вы будете использовать.

Величина мощности выбирается по принципу, не менее требуемой для питания электроламп. При выборе номинала трансформатора выходную мощность преднамеренно увеличивают для запаса электрической прочности. В противном случае может произойти перегрев, полное отключение или даже выход со строя.

Для расчета вам необходимо учитывать следующие параметры:

  • Мощность одной лампы;
  • Число подключаемых к трансформатору ламп;
  • Схема подключения.

Для примера рассмотрим вариант подключения девяти электрических ламп с мощностью в 10 Вт. Исходя из этого, вам понадобиться 9 × 10 = 90 Вт, а с учетом запаса прочности 90 + 9 = 99 Вт, соответственно, необходимо выбирать электромагнитные или электронные устройства не менее 100 Вт. После этого составляется схема освещения на галогенных светильниках.

Варианты и схемы подключения

Следует сразу оговориться, что будет практичнее, если в схемах подключения вы будете использовать параллельное соединение ламп, чтобы к каждому прибору освещения подводилось напряжение от низковольтного импульсного источника. Первый вариант питания галогенных светильников будет предусматривать одинаково параллельное включение к одному трансформатору всех приборов освещения.

Рис. 2. Схема параллельного включения

Как видите на схеме, питание от внешней сети подводится к входу трансформатора, который обозначается как Input, а с выходных клемм (Output) снимается пониженное напряжение 12В. Далее вывод каждой из клемм подводится к точкам A и B на схеме, от которых они соединяются с контактами ламп, как показано на рисунке. В этом случае каждая лампа имеет независимое питание и при перегорании любой из них остальные продолжат светиться, но все они будут зависеть от исправности источника.

Читайте также:  Бензиновым генератором мощность 15 квт

Также существует схема включения нескольких групп от разных импульсных блоков. В качестве примера мы рассмотрим схему из двух устройств и четырех низковольтных галогенных ламп для каждого из них.

Рис. 3. Схема включения на несколько групп

Как видите на рисунке, здесь применяется два трансформатора, между которыми разделяется потребляемая мощность от ламп. Преимуществом этой схемы является возможность независимого включения каждой группы осветительных приборов. Выключатель рассчитан на две клавиши, отдельно для каждого преобразователя, но можно использовать один сразу для обеих групп. Такой метод позволяет взять трансформатор для галогенных ламп вдвое меньшей мощности для каждой группы, но и требует больших затрат на реализацию схемы.

Рекомендации и советы

При монтаже трансформатора для галогенных ламп необходимо учитывать ряд нюансов, которые помогут вам избежать неприятных ошибок и их последствий:

  • подключая высокую и низкую сторону, не перепутайте выводы, иначе агрегат придется выбросить – Input ввод для высокой стороны 220В, Output – вывод с низкой, могут иметь сокращение In и Out или PRI и SEC соответственно;

Рис. 4. Пример обозначения входа и выхода на трансформаторе

  • трансформаторы в процессе эксплуатации сильно греются, поэтому галогенные лампы должны располагаться не менее чем в 200мм от них;
  • если трансформатор будет располагаться в нише, то объем пространства для одного устройства должен быть не менее 12л, иначе он будет перегреваться при номинальных нагрузках;
  • во избежание возгорания трансформатор обязательно устанавливается на пластину из негорючего материала;
  • диммер плохо совмещается с импульсным током, поэтому для регулировки яркости светового потока выбирайте специальные модели трансформаторов, на которых указана возможность диммирования, пример такого обозначения приведен на рисунке:

Рис. 5. Диммируемый трансформатор

Источник

Чем отличается блок питания для светодиодных ламп и электронный трансформатор для галогенных ламп

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 для светодиодных ламп 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 ШИМ-контроллеров 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, ЭПРА для питания люминесцентных ламп, 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 импульсные источники питания, рассмотрим типовую схему.

Читайте также:  Генератор случайных имен создать

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 стабилизированный DC источник питания. 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 — Схемотехника блоков питания светодиодных лент.

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

Нельзя использовать электронный трансформатор для питания светодиодных изделий. Подбирайте блок питания с постоянным стабилизированным выходным напряжением. В противном случае ваши светильники и лампы могут выйти из строя. Также будьте внимательны – сейчас популярны светильники, предназначенные для питания источником постоянного тока – драйвером, это отдельный вид устройств! Об этом читайте здесь — В чем отличие блока питания от драйвера для светодиодов

Источник

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.

Читайте также:  Дизель генератор дгма 100 характеристики

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 мм 2 , 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

Источник