Электронные трансформаторы

Электронный трансформатор ET-SТеперь настало время хорошенько задуматься: что нам делать с «галогенками», рассчитанными на низкие напряжения питания, скажем, на 12 В? Типовое напряжение в сети составляет 220 В, и при включении таких ламп на сетевое напряжение они мгновенно перегорят. Поэтому придется пользоваться понижающим трансформатором с выходным напряжением 12 В и входным 220 В. Кстати, это еще один недостаток, связанный с применением галогенных ламп: классический «железный»электромагнитный трансформатор массивен, на нем теряется часть энергии (в пределе — до 30 %), издает акустический шум (гудит), греется достаточно дорого стоит. Возможности современной электроники позволяют разрабатывать специальное устройство, называемое электронным трансформатором.

На рисунке показан внешний вид электронного трансформатора ET-S мощностью 105 ВА, выпускаемый фирмой Philips. Нетрудно рассчитать, что к этому трансформатору можно подключить две «галогенки» мощностью по 50 Вт каждая. Кстати, многие другие ведущие фирмы-производители тоже поставляют электронные трансформаторы на рынок светотехнического оборудования. Необходимыми узлами этого электронного устройства считаются: узел защиты от короткого замыкания в лампе и в трансформаторе, узел защиты от перегрева трансформатора, узел регулировки светового потока лампы.

Вы хотите попробовать свои силы в самостоятельном изготовлении электронного трансформатора? Если — да, то автор задает следующий вопрос: «А знакомы ли вам принципы построения устройств силовой электроники?» Если — опять «да», смело переходите к дальнейшему чтению, ну а если «нет», разыщите книгу Б. Ю. Семенова «Силовая электроника: от простого к сложному». Тем же читателям, кто, узнав об электронном трансформаторе, предпочтут его просто купить, автор советует пропустить изложенное ниже.

В изготовлении электронного трансформатора (ЕТ) мощностью 100 В А нам помогут документы:

  • Data Sheet № PD60219 rev В «IR2161 Halogen convenor control ICs» International Rectifier, 2005.
  • Peter Green «Electronic transformer applications» AN-1069, International Rectifier, 2005.
  • Peter Green «100VA dimmable electronic convertor for low voltage lighting» IRPLHALOl rev B, 2005.

В основе устройства — микросхема IR2161, производимая фирмой «International Rectifier». Несмотря на то, что эта микросхема имеет всего восемь выводов, с помощью ее возможно реализовать такие важные функции ЕТ, как защиту от короткого замыкания в лампе, температурную защиту, «мягкий» старт ламп, регулировку яркости (dimming) и управление от микроконтроллерной интеллектуальной системы DALI, о которой наш разговор — впереди.

схема электронного трансформатора

На рисунке показана схема электронного трансформатора. Устроен он очень просто: Выпрямленное диодами VD1…VD4 сетевое напряжение поступает на полумостовую импульсную схему, состоящую из транзисторов VT1 и VT2 и трансформатора Т1, которые преобразуют напряжение к значению 12 В. Важно отметить, что микросхема DA1 управляет полевыми транзисторами MOSFET, что схемотехнически выгодно отличает данный электронный трансформатор от подавляющего большинства имеющихся на рынке ЕТ, в которых «работают» биполярные транзисторы. Применение транзисторов MOSFET позволяет заметно повысить КПД трансформатора и снизить его габариты за счет уменьшения тепловых потерь.

Кстати, как указано в приведенных источниках, с помощью IR2161 без проблем можно разрабатывать ЕТ с номинальной выходной мощностью до 300 ВА, что позволит подключить к нему до 6 ламп мощностью 50 Вт каждая!

Работает электронный трансформатор следующим образом. При подаче питания на входные выводы устройства внутренний генератор микросхемы DA1 не функционирует, но конденсаторы СЗ и С4 заряжаются через резистор R2. При достижении на выводе 1 (VCC) микросхемы напряжения 12 В происходит запуск внутреннего генератора на частоте 130 кГц и устройство входит в режим «мягкого старта» (soft-start). Мы уже знаем, что сопротивление лампы накаливания в холодном состоянии в несколько раз меньше сопротивления разогретой лампы, а это значит, что в момент включения лампа потребляет повышенную мощность по сравнению с номинальным режимом работы. Следовательно, в период разогрева ЕТ должен отдавать больше мощности, но в то же время выходить «на номинал» в нормальном режиме. Достигается это выдачей повышенной частоты преобразования при пуске и последовательном снижении ее в «номинал».

Итак, произошел запуск внутреннего тактового генератора. Одновременно с ним начинает заряжаться конденсатор С5, подключенный к выводу 3 (CSD) микросхемы DA1 который задает время «мягкого старта». Номинал конденсатора выбран таким, что за время 1 с напряжение на выводе 3 достигает значения 5 В. По окончании времени «мягкого старта» устройство переходит в режим нормального функционирования (run mode) с частотой преобразования 34…70 кГц.

Выход лампы из строя может сопровождаться значительным снижением ее сопротивления, или даже коротким замыканием. Чтобы защитить ЕТ от пагубного воздействия КЗ, в устройстве предусмотрен контроль тока первичной обмотки трансформатора Т1 через датчик тока R6. Сигнал с данного резистора через RC-фильтр помех R3, С6 поступает на вывод 4 (CS) управляющей микросхемы. Этот же сигнал предназначен для изменения частоты преобразования в зависимости от величины нагрузки (70 кГц при отсутствии нагрузки и 34 кГц при максимальной нагрузке). Состояние перегрузки идентифицируется при превышении напряжения на выводе CS значения 0,56 В, а состояние КЗ — напряжения 1,2 В.

В электронном трансформаторе могут возникать случайные (неповторяющиеся) токовые выбросы, которые нужно «отсекать» в целях повышения помехоустойчивости схемы защиты. Если фиксируется выброс напряжения на входе CS, схема управления переходит в режим анализа неисправности (fault timing mode) и через некоторое время (delay) снова проверяет ЕТ «на перегрузку». «Если проверка не проходит, ЕТ продолжает работать, а если подтверждение получено, включается режим защиты (shutdown mode). Из этого режима микросхема переходит в «авторестарт» или в режим «отключено», если напряжение на выводе VCC ниже 10,6 В. Отключается микросхема и при превышении температуры ее кристалла значения 135 °С.