Impulsowy transformator do halogenów

Obecnie coraz częściej korzysta się z transformatorów impulsowych ze względu na ich niewielkie rozmiary i wagę, niskie ceny oraz duży wybór modeli. Dzięki masowej produkcji są one o wiele tańsze niż zwykłe transformatory indukcyjne o podobnej mocy. Chociaż transformatory różnych producentów mogą się różnić pod względem konstrukcyjnym, ich układy są praktycznie takie same.





Weźmy jako przykład standardowy transformator elektroniczny oznaczony 12V, 50W, który jest wykorzystywany jako zasilanie lampki na biurko. Zasadniczy schemat wygląda tak:



Transformator elektroniczny pracuje w następujący sposób: napięcie sieci jest prostowane za pomocą mostka prostowniczego do półsinusoidalnego z podwojoną częstotliwością. Element D6 to diak typu DB3. W tym przypadku jest wykorzystywany do startu przetwornicy po włączeniu napięcia sieciowego. Tranzystory pracują naprzemiennie w czasie każdego cyklu pracy półmostka. Częstotliwość generacji zależy od parametrów rdzenia transformatora sprzężenia zwrotnego oraz parametrów tranzystorów. Zazwyczaj wynosi ona od 30 do 50kHz.



Obecnie na rynku pojawiło się sporo zaawansowanych transformatorów elektronicznych na układach IR2161, które zapewniają zarówno prostotę konstrukcji przetwornicy, jak i zmniejszenie ilości wykorzystywanych elementów. Cechują je również dobre charakterystyki elektryczne. Wykorzystanie tego układu znacząco zwiększa użyteczność transformatora w celu zasilania lamp halogenowych. Schemat został przedstawiony na poniższym rysunku:



Właściwości transformatora na IR2161:

- Inteligentny sterownik półmostka; 
- Ochrona przed zwarciem wraz z automatycznym restartem;
- Ochrona przed przeciążeniem z automatycznym restartem;
- Zmiany (rozproszenie widma) częstotliwości roboczej w celu obniżenia zakłóceń elektromagnetycznych;
- Niewielka wartość prądu jałowego: 150µA;
- Możliwość wykorzystania z fazowym regulatorem jasności w układzie sterowania przednim i tylnym zboczem impulsu;
- Kompensacja dryftu napięcia wyjściowego zwiększająca długowieczność lamp;
Łagodny start uniemożliwiający przeciążenie lamp.



Rezystor wejściowy R1 (0,25W) to zwykły bezpiecznik. Tranzystory typy MJE13003 są przyłączone do obudowy za pośrednictwem podkładki izolacyjnej. Nawet w momencie pracy przy pełnym obciążeniu tranzystory słabo się grzeją. Ponieważ przy prostowniku sieciowym nie ma kondensatora filtrującego, który wyrównuje wahania, napięcie wyjściowe transformatora w momencie pracy przy obciążeniu przybiera formę drgań prostokątnych 40kHz, modulowanych pulsacjami napięcia sieciowego 50Hz. Transformator T1 (transformator sprzężenia zwrotnego) znajduje się na ferrytowym pierścieniu, uzwojenie podłączone do baz tranzystorów składa się z kilku zwoi. Uzwojenie jest podłączone w punkcie połączenia emitera i kolektora tranzystorów mocy i ma formę jednożyłowego izolowanego przewodu. W transformatorach elektrycznych zazwyczaj używa się tranzystorów MJE13003, MJE13005, MJE13007. Transformator wyjściowy znajduje się na ferrytowym rdzeniu typu E. 



Aby transformator elektryczny mógł działać jako zasilacz impulsowy, na wyjściu należy podłączyć mostek prostowniczy na szybkich diodach (zwykłe 1N4001 - 4007 nie nadają się) oraz kondensator najlepiej Low ESR. Jako diody można użyć 1N5821, 1N5822. Krótko mówiąc potrzebujemy diod z małym spadkiem napięcia w kierunku przewodzenia, które będą w stanie pracować na częstotliwościach rzędu kilkudziesięciu kHz. 



Przetwornica transformatora elektrycznego nie jest w stanie pracować bez obciążenia, dlatego należy ją używać przy stałym obciążeniu, kiedy jest pobierana odpowiednia ilość prądu, potrzebna do normalnego startu przetwornicy. Przy eksploatacji układu należy pamiętać, że transformatory elektryczne są źródłem zakłóceń elektromagnetycznych, dlatego powinno się wykorzystywać filtr LC, który zapobiega przenikaniu zakłóceń w samą sieć i obciążenie.



Osobiście wykorzystałem transformator elektryczny w projekcie impulsowego źródła zasilania wzmacniacza lampowego.

Również można nim zasilać wzmacniacze mocy małej częstotliwości klasy A lub taśmy LED, przeznaczone dla źródeł o napięciu 12V i z dużym prądem na wyjściu. Oczywiście podłączenie takiej taśmy nie jest robione bezpośrednio, a za pośrednictwem rezystora ograniczającego prąd lub za pomocą korekcji mocy wyjściowej transformatora elektrycznego.

Źródło: http://radioskot.ru/publ/skhema_ehlektronnogo_transformatora_dlja_galogennykh_lamp/1-1-0-110

Niezłe i pouczające ale taki trafo elektroniczny się nie sprawdzi w lampce biurkowej bo jest zbyt lekki

Jest pewien problem. Brak odizolowania od sieci. W tych lampkach, zasilanie żarówki jest realizowane jest za pomocą, teleskopowych rurek. W tym widzę problem.

marek1846 napisał:

Jest pewien problem. Brak odizolowania od sieci. W tych lampkach, zasilanie żarówki jest realizowane jest za pomocą, teleskopowych rurek. W tym widzę problem.

Panie Kolego, może najwyższy czas udać się na kontrolę do okulisty, skoro nie dostrzegasz transformatora na powyższych schematach?

komatssu napisał:

marek1846 napisał:

Jest pewien problem. Brak odizolowania od sieci. W tych lampkach, zasilanie żarówki jest realizowane jest za pomocą, teleskopowych rurek. W tym widzę problem.

Panie Kolego, może najwyższy czas udać się na kontrolę do okulisty, skoro nie dostrzegasz transformatora na powyższych schematach?

Bez obaw, dostrzegam i radzę zobaczyć jakie elementy łączą "wychod" z siecią.

marek1846 napisał:

radzę zobaczyć jakie elementy łączą "wychod" z siecią.

Niech kolega nas oświeci, bo wydaje mi się, że doszukałeś się problemu, którego nie ma.

Nie podał, że chodzi o schemat na IR2161 i połączenie uzw.wtórnego przez kondensatory

Transroramtor to transformator. Bez względu czy jest zasilany z 50Hz czy 50kHz. Wtórne uzwojenie w fabrycznych transformatorach jest odizolowane od pierwotnego albo poprzez zamknięcie rdzenia toroidalnego z nawiniętym uzwojeniem pierwotnym w plastkowym korpusie a na tym jest uzwojenie wtórne albo też jedno jest nawinięte na drugim z tym, że wtórne jest w izolacji teflonowej dającej gwarancję napięcia przebicia rzędu 2.5kV. Tutaj jak widzę transformator jest na kształtce EE lub EI a uzwojenia ma izolowane zapewne nizgorzej jak w zasilaczu ATX PC-ta.
Na pierwszych dwóch rysunkach nie ma układu softstartu, który występuje w fabrycznych transformatorach elektronicznych budowanych na elementach dyskretnych. Softstart dodaje się po to by przedłużyć żywotność żarówki halogenowej.
Transformator elektroniczny w konfiguracji półmostka przepustowego ma to do siebie, że w przypadku rozpięcia obciążenia napięcie po stronie wtórnej zanika. Z tego względu nie stosuje się w zasilaniu żarówek halogenowych przetwornic zaporowych. Nawet jeśli miałyby zasilać 20W żarówkę.

Czyli napięcie wyjściowe jest niestabilizowane i określone przez parametry trafa? Trochę szkoda. Ale chyba największą zaletą takiej konfiguracji jest wykorzystanie małego, lekkiego transformatora zamiast typowej cegły, dzięki wysokiej częstotliwości pracy.

bozar88 napisał:

Czyli napięcie wyjściowe jest niestabilizowane i określone przez parametry trafa? Trochę szkoda.

Można zastosować gotowy (transformator do przewinięcia oczywiście dla uzyskania potrzebnych napięć) zasilacz z np. monitora CRT, tam jest stabilizacja tylko układ bardziej złożony, do większości CRT schematy są dostępne, pełno tego na złomach.

Stiepanowna napisał:

[...]wykorzystałem transformator elektryczny w projekcie impulsowego źródła zasilania wzmacniacza lampowego.

Podobne próby były robione tutaj:
http://www.trioda.com/forum/viewtopic.php?f=25&t=14143
http://www.trioda.com/forum/viewtopic.php?f=25&t=14941
Okazuje się jednak, że nie tak łatwo zmierzyć, np. napięcie żarzenia na wyjściu:
http://www.trioda.com/forum/viewtopic.php?f=5&t=11684&p=145593#p145593
Dość trudne jest również odfiltrowanie zakłóceń, przynajmniej w małej przestrzeni:
http://www.trioda.com/forum/viewtopic.php?f=8&t=14652&#p152209
Nie miałeś z tym problemów?

bozar88 napisał:

Czyli napięcie wyjściowe jest niestabilizowane i określone przez parametry trafa? Trochę szkoda. Ale chyba największą zaletą takiej konfiguracji jest wykorzystanie małego, lekkiego transformatora zamiast typowej cegły, dzięki wysokiej częstotliwości pracy.

Stabilzację mocy zapewnia diak i układ całkujący RC, który całkuje sygnał napięcia zasilającego. Ta przetwornica nie ma stałej częstotliwości pracy ale ograniczoną od góry wartość średnią przebiegu. Dzięki temu można podłaczać do niej żarówki o różnej, w pewnym zakresie, mocy i to bez potrzeby regulacji układu zasilającego. Współczynnik obciążenia minimalnego do maksymalnego 1:5 nie jest niczym niezwykłym. Tak naprawdę ważniejsza jest moc minimalna obciążenia gdyż bez zamknięcia obwodu wtórnego transformatora nie jest możliwy start przetwornicy. Tranzystory są wyzwalane/zatykane na przemian poprzez mały transformator sterujący, którego uzwojenie pierwotne jest włączone w szereg z uzwojeniem pierwotnym. Jasność żarówki można regulować przez zmianę wartości elementów układu RC z czego płynna regulacja rezystora z oczywistych względów jest praktyczniejsza.
Nic nie stoi na przeszkodzie by dla układu ze wstępnym obciążeniem dorobić sprzężenie zwrotne od wyjścia i stabilizować napięcie wyjściowe.

RitterX napisał:

Transroramtor to transformator. Bez względu czy jest zasilany z 50Hz czy 50kHz. Wtórne uzwojenie w fabrycznych transformatorach jest odizolowane od pierwotnego albo poprzez zamknięcie rdzenia toroidalnego z nawiniętym uzwojeniem pierwotnym w plastkowym korpusie a na tym jest uzwojenie wtórne albo też jedno jest nawinięte na drugim z tym, że wtórne jest w izolacji teflonowej dającej gwarancję napięcia przebicia rzędu 2.5kV.

2.5kV to w USA. Drut na wtórnym nie musi być w izolacji teflonowej. Może to być zwykłe T.I.W. (tripple insulated wire), np. TEX-E: http://www.furukawa.co.jp/makisen/eng/product/texe_series.htm, który ma 2 warstwy izolacji poliestrowej i jedną z żywicy. W Polsce testuje się napięciem minimum 3kVAC (rms).

@RoMan
Także używam czasami TEX-a a to co napisałem dotyczy raczej "organoleptycznej" oceny izolacji i nie ma nic wspólnego z przeprowadzonymi przeze mnie pomiarami w tym względzie - 2mm izolacji to przynajmniej 2.5kV z dużym zapasem bezpieczeństwa. Tak to jest realizowane pod względem fizycznym w urządzeniu. Jak ktoś pokusiłby się o przerobienie transformatora elektronicznego tak by móc zasilać np. 6.3V~ żarzenie wzmacniacza lampowego a nawet wytwarzać w ten sposób napięcie anodowe to nic nie stoi na przeszkodzie. Oczywiście należy to wykonać drutami/przewodami odpowiednio izolowanymi, bądź wykonać odpowiednią izolację międzyuzwojeniową nie zapominając o marginesach.

@RitterX

2mm izolacji? Według której normy? Bo nawet dla łaskawej PN-EN 60950 creepage powinien wynosić co najmniej 6.4mm dla naszego napięcia sieciowego... 60065 ma podobne wymagania.

Tak ścianka izolacji na przewodzie miała ~2mm grubości i bardzo przypominał VDE HO5S-K z pogrubioną izolacją. Niestety oznaczeń na niej nie miał.
Dla ścisłości, piszę o izolacji na przewodzie uzwojenia wtórnego a nie odległości po między punktami lutowniczymi pierwotnej i wtórnej strony transformatora.

A normom daj spokój. To nadaje się do czytania przed snem. Łatwiej się zasypia... . Normy często wewnętrznie wzajemnie się wykluczają i to wprost proporcjonalnie do złożoności urządzenia jakie "regulują" i nawet "dyrektywa o nowym podejściu" tego nie zmieni. Pewien czas temu najpierw czytałem normę po polsku potem oczywiście po angielsku. Tak by zrozumieć co tłumaczący, za spore pieniądze, idiota miał napisać a co napisał. A potem tak dla pewności jeszcze po niemiecku. Teraz odpadło czytanie po polsku co traktuje z z niekłamaną ulgą.
W Europie usiłuje się zastąpić zdrowy rozsądek i z trudem zdobywane doświadczenie aktami normatywnymi a efekty widać na paskach informacyjnych stacji telewizyjnych... Który to dzisiaj kraj UE upadł...?

@RitterX

Nie mogę dać normom spokoju, bo muszę ich przestrzegać. W zakresie projektowania transformatorów impulsowych właśnie. I podane normy to pestka, w porównaniu z normami górniczymi - tam są dopiero kwiatki. I też je trzeba spełnić, bo urządzenie nie przejdzie certyfikacji.
Normy w zakresie bezpieczeństwa są konieczne. Od tego Europa nie upadnie.

Co do czytania norm - tylko po angielsku. Tłumaczenia tylko dla zabawy.

Ja też je czytam, ale jak mam do wyboru zdrowy rozsądek albo "kolizje prawne" czyli wzajemnie wykluczające się przepisy nawet w tym samym akcie prawnym, to wybieram to pierwsze. Mam też świadomość norm górniczych jak i wojskowych. W przypadku górniczych i tak nie ośmieliłbym się zbudować czegokolwiek tylko na podstawie norm. Po prostu wiem jak wyglądają realia przemysłu "ciężkiego". Tu już nie chodzi o odpowiedzialność prawną ale osobistą.

A powiedzcie mi, czy dołączanie mostka prostowniczego z kondensatorem do wyjścia takiego elektronicznego transformatora nie spowoduje jego uszkodzenia? Żarówka podpięta do wyjścia mostka ma określoną "charakterystykę", pobór energii narasta niejako liniowo w takt impulsów, po podłączeniu mostka taki transformatorek będzie praktycznie bez obciążenia gdy napięcie na wyjściu transformatora będzie niższe niż napięcie na kondensatorze. Natomiast gdy napięcie na transformatorze będzie wyższe to nastąpi gwałtowny wzrost poboru prądy co może powodować destabilizację pracy takiego transformatora elektronicznego.

Zatem - czy dołączanie obciążenia innego niż rezystancyjne nie jest błędem w przypadku tego trafa?

Ibuprom napisał:

Zatem - czy dołączanie obciążenia innego niż indukcyjne nie jest błędem w przypadku tego trafa?

Małe sprostowanie - żarówka jest obciążeniem rezystancyjnym, a nie indukcyjnym.

Zgadza się, co innego myślałem, co innego napisałem.

Dziękuję za poprawkę.

Ze względu na żarzenie lamp, obciążenie "transformatora" ma w przeważającym stopniu charakter rezystancyjny.

Zastosowanie transformatora elektronicznego do zasilania żarówki halogenowej jest oczywistością. Ważniejsze co jeszcze można z tym zrobić w ramach pomysłów DIY?

Ważne jest to by żarzenie lamp było prądem zmiennym jeśli tego wymagają oraz to by były zasilane napięciem napięciem nominalnym a nie obniżonym celem "oszczędzania" lamp. To tak nie działa zarówno w starych lampach z żarnikiem tohrowanym jak i w nowych konstrukcjach opartych o żarnik z elektrodą wapniową.
Obciążenie żarzenia wystarczy w zupełności do podtrzymania oscylacji falownika w transformatorze elektronicznym a napięcie anodowe to jedynie dodatkowa składowa. Zauważcie, że w klasycznych rozwiązaniach opartych o diodę próżniową czy stos selenowy do uzyskania i stabilizacji napięcia anodowego była używana bateria kondensatorów elektrolitycznych. A to oznacza, że nie mieliśmy do czynienia z rezystancyjnym obciążeniem.
Przeglądając internet natknąłem się na takowe rozwiązanie do wzmacniacza lampowego dlatego o tym pomyśle wspomniałem.

Natrafiłem na ten temat poszukując schematu do trafo elektronicznego OSRAM'a HTB 105/230, bądź odpowiedzi na moje pytanie nowo założonego tematu gdzie pytam się na czym wykonany jest stopień mocy przetwornicy w tym trafo.
Tam są tylko na tranzystorach w TO 220 "tajne" oznaczenia B108B i 9832. Producent f-a STMicroelectronics.

Czy któryś kompetentnych kolegów, co widać z poziomu dyskusji, mógłby słuzyć mi radą/pomocą?