Содержание статьи:

Трансформаторы для галогенных ламп

Электрооборудование в нашем доме, и освещение в том числе, работает от электричества, напряжением 220В. Но обычная лампочка накаливания с вольфрамовой нитью - вчерашний день. КПД низкий, долговечность невысокая, да и частота 50Гц создает дополнительную нагрузку на зрение. Выход - применить трансформатор для галогенных ламп и с его помощью использовать высокочастотные галогенные лампы, работающие от электричества низкого напряжения.

Трансформатор для галогенных ламп понижает напряжение с 220В до 12В. Галогенные лампы светят именно от электричества напряжением 12В.

Трансформаторы делятся на два вида:

• обмоточные (индукционные);
• электронные.

Обмоточные и электронные трансформаторы

Первый вид приборов — обмоточный трансформатор для галогенных ламп представляет собой две медные обмотки, которые взаимодействуют посредством электромагнитного поля.

Сегодня электронный трансформатор для галогенных ламп перед обмоточным индукционным имеет свои преимущества:

• легкий и компактный с малыми размерами;
• хорошо защищен: имеет высокую степень защиты от коротких замыканий;
• почти бесшумный: обладает низким уровнем шума;
• стабильный в работе без нагрузки (режим холостого хода);
• оснащен защитой от перегрузок и имеет защиту от перегрева;
• позволяет осуществлять мягкий запуск;

Перечисленные особенности обеспечивают долговечность работы, продлевают срок службы как трансформатора, так и галогенных ламп.

Примечание: у электронного трансформатора для галогенных ламп КПД 95-99% против 75-80% у трансформатора обмоточного.

Выбор трансформаторов

Расчет и подбор понижающих трансформаторов проводят по двум основным критериям:

• По выходному напряжению.
• По номинальной мощности.

Первый параметр показывает, галогенные лампы какого напряжения можно присоединить с помощью трансформатора. Второй дает общую мощность подключаемых ламп, подключаемых с его помощью. Значение основных параметров отображено на крышке корпуса трансформатора.

Примечание: галогенные лампы через трансформатор подключают параллельно. При этом суммируется их мощность, а напряжение остается неизменным. В отличие от параллельного подключения, при последовательном суммируется напряжение.

При необходимости подключения большого количества галогенных светильников, их следует разделить на группы. Для этого можно привести такие аргументы:

• Подключение без разделения на группы требует более мощного, а соответственно, большего по размерам трансформатора. Поэтому может не хватить места при его монтаже.
• Если выйдет из строя один трансформатор, погаснет только часть освещения.
• Более мощные трансформаторы значительно дороже.
• Работа галогенных ламп без потери мощности требует применение проводов длиной не более 3 м.

Разделив освещение на группы, обеспечим это условие.

Схема подключения светильников каждый через свой трансформатор — Фото 07

Совет: работая, трансформатор для галогенных ламп, особенно индукционный, во время работы может основательно нагреваться. Это надо учитывать, выбирая место его установки.

Схемы трансформаторов

Этот трансформатор широко используется в бытовых осветительных приборах, например настольных светильниках с галогенным освещением.

Широко используемый трансформатор (Рис. 2) имеет в своем составе с двунаправленный динистор "TRIGGER DIODE" и работает следующим способом: диодный мост выпрямляет переменное напряжение до полусинусоидального с удвоенной частотой. Двунаправленный динистор D6 запускает преобразователь трансформатора и генерацию полумоста, что позволяет довести частоту электрического тока на выходе до 30-50 кГц.

Сейчас применяются более совершенные трансформаторы с микросхемой IR2161. Использование микросхемы, имея всего 8 контактов, значительно основательно повысила надежность трансформаторов устройств, в первую очередь из-за уменьшения количества составляющих компонентов. Также он отличается высокой технологичностью, а именно:

• защитой нагрузки от короткого замыкания;
• защитой от токовой перегрузки (обе защиты имеют автоматический перезапуск);
• интеллектуальным драйвером полумоста;
• качанием рабочей частоты, что снижает электромагнитные помехи;
• мощным запуском на 150 мкА;
• возможностью использовать с фазовыми регуляторами яркости;
• компенсируемым сдвигом напряжения выхода, что продлевает срок службы ламп;
• "мягким" запуском старт, который позволяет исключить у ламп токовые перегрузки.

Трансформаторы для галогенных ламп и трансформаторы для светодиодов: взаимозаменямы ли они?

Трансформатор для галогенных ламп имеет своего "родственника" - трансформатор для светодиодного освещения. Но даже при одинаковой номинальной мощности и напряжении на выходе эти трансформаторы приборы не взаимозаменяемы.

Дело в том, что в галогенной лампе источником света является нить накаливания. В свечении светодиода заложена совсем другая физика. Электрический ток проходит по P/N переходу диода и отдает часть энергии в виде фотона света. Это отличие физического явления свечения галогенной лампы и светодиода ставит различные требования к трансформаторам. Не вдаваясь в глубокий анализ осциллограмм трансформаторов в рамках этой статьи, сделаем вводы:

1. 12В на выходе электронного трансформатора - это усредненное напряжение. В реальности присутствуют кратковременные скачки до 40В. Галогенная лампа "проглатывает" этот скачек без ущерба, а для светодиода он может быть губительным.
2. Помимо кратковременных скачков напряжения электронные трансформаторы для галогеннок отличаются нестабильностью выходного напряжения. Оно может быть в диапазоне 11-16В и зависит от напряжения сети на входе, подключенной мощности, температуры среды.
3. Трансформатор галогенных ламп выдает невыпрямленное напряжение. В нем присутствуют как положительные, так и отрицательные импульсы. Для долговечной работы светодиода требуется выпрямленное напряжение, график амплитуды импульсов которого близок к прямой линии.

   Схема стабилизированного блока питания, используемого совместно со светодиодным оборудованием — Фото 13

   Светодиодные лампы имеют мощность в 10 раз меньшую от мощности галогенных ламп. Но электронный трансформатор для галогенных ламп не может работать при малых нагрузках. При нагрузке меньше 30 ватт он может поочередно включаться и выключаться, или не будет включаться вообще.

   Вывод: Трансформаторы для галогеннок и трансформаторы для светодиодов не взаимозаменяемы. Использование не по назначению приведет к поломке оборудования.

   Дальнейшее применение галогенных ламп в общественных местах и быту весьма перспективно в первую очередь из-за электробезопасности. Кроме этого, применение такого способа освещения позволяет существенно снизить потребление электроэнергии.

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

Галогенная лампа – одна из разновидностей ламп накаливания, с той лишь разницей от простой лампочки, что в баллон последней закачены пары галогенов брома и йода. Данный тип лампочек выпускается как для непосредственного включения в электрическую сеть 220 В, так и низковольтные, которые включаются в работу через понижающий трансформатор.

При использовании низковольтных галогенных ламп с рабочим напряжением 12 В для включения их в работу необходимо использовать понижающий трансформатор, у которого первичное напряжение равно напряжения сети питания (220/127 В), а вторичное – рабочему напряжению лампочки.

Трансформаторы выпускаются с выходным напряжением: 6/12/24 В, они бывают:

• Обмоточные (электромагнитные) – в основу которых заложен принцип работы магнитного поля между электрическими обмотками трансформатора;
• Электронные – работа основана на использовании электронных устройств.

Достоинства электромагнитных устройств:

• Надежность;
• Способность выдерживать скачки напряжения в питающей сети.

Недостатки электромагнитных устройств:

• Значительная масса и габаритные размеры;
• Повышенный уровень шума в процессе эксплуатации;
• При скачках напряжения в питающей сети, скачки напряжения прямо пропорционально передаются на вторичное напряжение, что приводит к пульсации светового потока источников света.

Электронные трансформаторы для галогенных ламп имеют ряд преимуществ перед обмоточными, а именно:

• Меньшие габаритные размеры и вес устройства;
• Высокий КПД, который составляет 95 – 99 %, в то время как у обмоточных – 75 – 80 %;
• Наиболее защищены от токов короткого замыкания;
• В процессе работы создают меньший уровень шума;
• В режиме холостого хода более стабильны;
• Благодаря защите от перегрузок, контролю температуры и обеспечением мягкого запуска работы галогенных ламп, позволяют увеличить срок эксплуатации последних.

Схема электронного трансформатора для галогенных ламп 12 В

Электронный трансформатор для галогенных ламп схема

Наиболее простой вариант электронного устройства, который получил широкое распространение на практике, это прибор с полумостовой схемой соединения и положительной обратной связью по току (схема приведена ниже).

Работа трансформатора собранного по этой схеме осуществляется следующим образом:

• При подаче напряжения на вход устройства происходит заряд конденсаторов С3 и С4;
• На участке «R5 – C2 – VS1» формируется импульс, служащий для запуска галогенной лампы;
• На конденсаторе С2 происходит заряд и при достижении напряжения достаточного для порога открывания динистора, последний открывается, после чего напряжение поступает на базу транзистора VT2;
• Транзистор VT2 открывается и электрический ток подается в схему устройства (участок: конденсаторы С3 и С4 – первичная обмотка Т2 – обмотка III – транзистор VT2 – диодный мост VD1);
• На обмотке II появляется напряжение, которое поддерживает транзистор VT2 в открытом состоянии;
• Одновременно обратное напряжение подается на транзистор VT1 с обмотки I (обмотки трансформатора включены в противофазе);
• Ток, проходящий через обмотку III, приводит к насыщению трансформатора, после чего напряжение на обмотках I и II снижается до нулевых значений;
• Транзистор VT2 закрывается, трансформатор Т1 выходит из состояния насыщения;
• На обмотках I и II происходит рост напряжения;
• Открывается транзистор VT1, электрический ток подается в схему устройства (участок: диодный мост VD1 – обмотка III – первичная обмотка трансформатора Т2 – конденсаторы С3 иС4);
• Процесс повторяется, в линии потребителя (нагрузке) формируется вторая полуволна напряжения.

Наличие в схеме диода VD4 создает возможность поддерживать конденсатор С2 в разряженном состоянии.

После завершения полупериода выпрямленного напряжения сети, процесс генерации прекращается. При начале следующего полупериода – генерации запускается вновь.

Плюсом электронного трансформатора для питания галогенных ламп является то, что данное электронное устройство не запустится при отсутствии нагрузки (галогенных лампочек).

Существует большое количество разнообразных схем электронных трансформаторов для питания галогенных ламп, которые различаются по мощности подключаемых светильников, выходному напряжению, комплектации и дополнительными усовершенствованиями и защитами.

Выбор трансформатора для галогенных ламп

При выборе трансформатора для питания галогенных ламп следует учитывать следующие параметры устройства:

• Номинальная мощность;
• Выходное напряжение.

Номинальная мощность определяет количество лампочек (светильников), которые могут быть подключены к данному электронному устройству.

Важным фактором при выборе трансформатора являются его геометрические размеры, так как в зависимости от конструкции и исполнения модели могут сильно различаться.

Стоимость устройств, также не маловажный фактор, при выборе данного оборудования. Чем выше номинальная мощность, тем выше стоимость. Также на стоимость влияет страна и фирма производитель.

Подобные электронные приборы выпускают зарубежные и отечественные предприятия. Наиболее широкое распространение в нашей стране получили устройства фирм: «Osram», «VS», «Comtech», «Tashibra» и «Delux».

Расчет мощности трансформатора

Для определения мощности требуемого трансформатора необходимо определить:

1. Мощность одной лампы (светильника);
2. Количество ламп (светильников);
3. Схему подключения светильников.

Расчет необходимо начать с разработки схемы электроснабжения конкретного помещения. Для этого рисуется план, на котором указывается количество и мощность светильников. Мощность суммируется, и полученное значение, умножается на К=1,1 (коэффициент запаса), что позволяет избежать перегрузки выбираемого устройства. Полученное значение и есть величина, на которую следует ориентироваться при выборе устройства.

При большом количестве светильников, а также для создания надежности системы освещения, можно светильники разделить на группы. При такой схеме системы освещения мощность каждого отдельно взятого трансформатора снижается.

Трансформаторы для галогенных ламп выпускаются мощностью:60/70/ 105/150/210/250/400 Вт.

Подключение устройства в схему электроснабжения галогенных светильников

На каждом электронном приборе заводского производства указаны его технические характеристики, графическое обозначение и тип ламп для которых данное устройство применяется.

Трансформатор имеет клеммы на «входе» и «выходе» устройства, с маркировкой нулевого и фазного проводов.

Основные требования к подключению:

• Галогенные лампы включаются параллельно к выходу трансформатора;
• Расстояние от трансформатора до нагрузки не должно превышать 3-х метров;
• Необходимо учитывать, что в процессе работы трансформатор нагревается, что может негативно отразиться на монтируемом вблизи прочем оборудовании.

Подключение источников света (ламп) может выполняться следующими способами:

Требования по установке

• Поверхность, на которой монтируется устройство, должна быть стойкой к воздействию тепла, не горючей.
• Расстояние от устройства до ближайшей лампочки должно быть не менее 20 см;
• Ниша (узел монтажа) должно быть объемом не менее 10,0 л, что позволит обеспечить требуемую вентиляцию устройства.

Как проверить исправность

Так как электронный трансформатор состоит из определенного набора электронных составляющих, то и работу устройства в целом, в случае отсутствия горения подключенных источников света и исправности питающей цепи, может проверить любой человек, имеющий начальные знания в области электроники.

Для проверки работоспособности потребуется мультиметр, с функциями проверки постоянного и переменного напряжения, сопротивления и имеющий режим «прозвонки» электрической цепи.

Для более точной проверки электронных компонентов рекомендуется выпаять их из монтажной платы. Проверяются:

• Диоды.

Мультиметр в режиме «прозвонки». Красный щуп на плюсе, чёрный на минусе – при исправности диода издается характерный звук. При противоположном наложении щупов – не должно происходит ничего, в противном случае – произошел пробой диода.

• Транзисторы.

Для проверки необходимо «прозванить» переходы «база-эмиттер», «база-коллектор», для проверки их проходимость в одну, и в другую сторону.

• Обмотка трансформатора.

Проверяется целостность обмоток и отсутствие межвитковых замыканий.

• Конденсаторы.

Для проверки на мультиметре выставляется сопротивление 2000 кОм. Положительный щуп прибора прикладывается к минусу конденсатора, отрицательный к плюсу. На дисплее прибора должны появиться цифры, которые возрастают почти до установленного предела измерении (2000 кОм). Затем должна высветиться цифра «1», что свидетельствует о бесконечном сопротивлении. Это говорит об исправности конденсатора и его способности накапливать заряд.

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