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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Transformadores electrónicos para lámparas halógenas de 12 V. Enciclopedia de radioelectrónica y electrotécnica
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación El artículo describe los llamados transformadores electrónicos, que de hecho son convertidores reductores de pulso para alimentar lámparas halógenas, diseñados para un voltaje de 12 V. Se proponen dos versiones de los transformadores: en elementos discretos y utilizando un microcircuito especializado. Las lámparas halógenas son, de hecho, una modificación más avanzada de una lámpara incandescente convencional. La diferencia fundamental radica en la adición de vapores de compuestos halógenos a la bombilla de la lámpara, que bloquean la evaporación activa del metal de la superficie del filamento durante el funcionamiento de la lámpara. Esto permite calentar el filamento a temperaturas más altas, lo que da como resultado una salida de luz más alta y un espectro de emisión más uniforme. Además, se prolonga la vida útil de la lámpara. Estas y otras características hacen que la lámpara halógena sea muy atractiva para la iluminación del hogar y más. Comercialmente se produce una amplia gama de lámparas halógenas de varias potencias para 230 y 12 V. Las lámparas con tensión de alimentación de 12 V tienen mejores características técnicas y una mayor vida útil en comparación con las lámparas de 230 V, sin olvidar la seguridad eléctrica. Para alimentar tales lámparas desde una red de 230 V, es necesario reducir el voltaje. Por supuesto, puede usar un transformador reductor de red convencional, pero esto es costoso y poco práctico. La mejor solución es utilizar un convertidor reductor de 230 V/12 V, a menudo denominado en estos casos transformador electrónico o convertidor halógeno. En este artículo se discutirán dos variantes de tales dispositivos, ambos están diseñados para una potencia de carga de 20 ... 105 vatios. Una de las soluciones de circuito más simples y comunes para los transformadores electrónicos reductores es un convertidor de medio puente con retroalimentación de corriente positiva, cuyo circuito se muestra en la fig. 1. Cuando el dispositivo está conectado a la red, los condensadores C3 y C4 se cargan rápidamente al voltaje de amplitud de la red, formando la mitad del voltaje en el punto de conexión. El circuito R5C2VS1 genera un pulso de disparo. Tan pronto como el voltaje a través del capacitor C2 alcance el umbral de apertura del dinistor VS1 (24.32 V), se abrirá y se aplicará un voltaje de polarización directa a la base del transistor VT2. Este transistor se abrirá y la corriente circulará por el circuito: el punto común de los condensadores C3 y C4, el devanado primario del transformador T2, el devanado III del transformador T1, la sección colector-emisor del transistor VT2, el borne negativo del puente de diodos VD1. En el devanado II del transformador T1, aparecerá un voltaje que mantiene el transistor VT2 en estado abierto, mientras que el voltaje inverso del devanado I se aplicará a la base del transistor VT1 (los devanados I y II se encienden en antifase). La corriente que fluye a través del devanado III del transformador T1 lo saturará rápidamente. Como resultado, el voltaje en los devanados I y II T1 tenderá a cero. El transistor VT2 comenzará a cerrarse. Cuando esté casi completamente cerrado, el transformador comenzará a salir de saturación.
Cerrar el transistor VT2 y salir de la saturación del transformador T1 provocará un cambio en la dirección del EMF y un aumento en el voltaje en los devanados I y II. Ahora, se aplicará un voltaje directo a la base del transistor VT1 y el voltaje inverso se aplicará a la base de VT2. El transistor VT1 comenzará a abrirse. La corriente fluirá a través del circuito: el terminal positivo del puente de diodos VD1, la sección colector-emisor VT1, el devanado III T1, el devanado primario del transformador T2, el punto común de los condensadores C3 y C4. Además, el proceso se repite y la segunda media onda de voltaje se forma en la carga. Después del arranque, el diodo VD4 mantiene el condensador C2 en estado descargado. Dado que el convertidor no utiliza un condensador de óxido de suavizado (no es necesario cuando se trabaja con una lámpara incandescente, por el contrario, su presencia empeora el factor de potencia del dispositivo), luego al final del medio ciclo de la red rectificada voltaje, la generación se detendrá. Con la llegada del próximo medio ciclo, el generador comenzará de nuevo. Como resultado de la operación de un transformador electrónico, las oscilaciones se acercan a las sinusoidales con una frecuencia de 30 ...
Una característica importante de dicho convertidor es que no comenzará sin carga, ya que en este caso la corriente a través del devanado III T1 será demasiado pequeña y el transformador no entrará en saturación, el proceso de autogeneración fallará. Esta característica hace que la protección inactiva sea innecesaria. El dispositivo con el indicado en la fig. 1 clasificación comienza de manera estable con una potencia de carga de 20 vatios o más. En la fig. 4 muestra un diagrama de un transformador electrónico mejorado, en el que se agrega un filtro de supresión de interferencias y una unidad de protección contra cortocircuitos en la carga. La unidad de protección está montada en un transistor VT3, un diodo VD6, un diodo zener VD7, un condensador C8 y resistencias R7-R12. Un fuerte aumento en la corriente de carga aumentará el voltaje en los devanados I y II del transformador T1 de 3...5 V en modo nominal a 9...10 V en modo de cortocircuito. Como resultado, aparecerá un voltaje de polarización de 3 V sobre la base del transistor VT0,6. El transistor se abrirá y derivará el condensador del circuito de arranque C6. Como resultado, con el próximo medio ciclo del voltaje rectificado, el generador no arranca. El condensador C8 proporciona un retardo de apagado de protección de aproximadamente 0,5 s.
La segunda versión del transformador reductor electrónico se muestra en la fig. 5. Es más fácil de repetir porque no tiene un transformador, siendo más funcional. Este también es un convertidor de medio puente, pero controlado por un chip IR2161S especializado. Todas las funciones de protección necesarias están integradas en el microcircuito: desde voltaje de red bajo y alto, desde modo inactivo y cortocircuito en la carga, desde sobrecalentamiento. El IR2161S también tiene una función de arranque suave, que consiste en un aumento suave en el voltaje de salida cuando se enciende de 0 a 11,8 V durante 1 s. Esto elimina un aumento brusco de corriente a través del filamento frío de la lámpara, lo que aumenta significativamente, a veces varias veces, su vida útil.
En un primer momento, y también con la llegada de cada medio ciclo posterior de la tensión rectificada, el microcircuito se alimenta a través del diodo VD3 desde el estabilizador paramétrico del diodo zener VD2. Si la alimentación se suministra directamente desde la red de 230 V sin utilizar un regulador de potencia de fase (atenuador), no se necesita el circuito R1-R3C5. Después de ingresar al modo de operación, el microcircuito se alimenta adicionalmente desde la salida del medio puente a través del circuito d2VD4VD5. Inmediatamente después del arranque, la frecuencia del generador de reloj interno del microcircuito es de aproximadamente 125 kHz, que es mucho más alta que la frecuencia del circuito de salida C13C14T1, como resultado, la tensión en el devanado secundario del transformador T1 será pequeña. El oscilador interno del microcircuito está controlado por voltaje, su frecuencia es inversamente proporcional al voltaje en el capacitor C8. Inmediatamente después de encender, este capacitor comienza a cargarse desde la fuente de corriente interna del microcircuito. En proporción al aumento de voltaje en él, la frecuencia del generador de microcircuitos disminuirá. Cuando el voltaje en el capacitor alcance 5 V (aproximadamente 1 s después de encenderlo), la frecuencia disminuirá a un valor operativo de aproximadamente 35 kHz, y el voltaje en la salida del transformador alcanzará un valor nominal de 11,8 V. Este es como se implementa un arranque suave, después de que se completa, el microcircuito DA1 entra en modo operativo en el que el pin 3 de DA1 se puede usar para controlar la potencia de salida. Si conecta una resistencia variable con una resistencia de 8 kOhm en paralelo con el condensador C100, puede, cambiando el voltaje en el pin 3 de DA1, controlar el voltaje de salida y ajustar el brillo de la lámpara. Cuando el voltaje en el pin 3 del chip DA1 cambia de 0 a 5 V, la frecuencia de generación cambiará de 60 a 30 kHz (60 kHz a 0 V es el voltaje de salida mínimo y 30 kHz a 5 V es el máximo). La entrada CS (pin 4) del chip DA1 es la entrada del amplificador de señal de error interno y se usa para controlar la corriente de carga y el voltaje en la salida del medio puente. En el caso de un fuerte aumento en la corriente de carga, por ejemplo, durante un cortocircuito, la caída de voltaje en el sensor de corriente: las resistencias R12 y R13 y, por lo tanto, en el pin 4 de DA1, superará los 0,56 V, el comparador interno cambiará y detener el generador de reloj. En caso de ruptura de carga, el voltaje en la salida del medio puente puede exceder el voltaje máximo permitido de los transistores VT1 y VT2. Para evitar esto, se conecta un divisor resistivo-capacitivo C7R10 a la entrada del CS a través del diodo VD9. Cuando se excede el valor umbral del voltaje a través de la resistencia R9, la generación también se detiene. Los modos de funcionamiento del chip IR2161S se analizan con más detalle en [1]. Puede calcular el número de vueltas de los devanados del transformador de salida para ambas opciones, por ejemplo, utilizando un método de cálculo simple [2], puede elegir un circuito magnético adecuado para la potencia total utilizando el catálogo [3]. Según [2], el número de vueltas del devanado primario es NI = (Uc max·t0 máximo) / (2 S Bmax), donde tuc max - tensión de red máxima, V; t0 máximo - tiempo máximo del estado abierto de los transistores, µs; S - área de la sección transversal del circuito magnético, mm2; segundomax- inducción máxima, Tl. Número de vueltas del devanado secundario. NII = NI /k donde k es la relación de transformación, en nuestro caso podemos tomar k = 10. Un dibujo de la placa de circuito impreso de la primera versión del transformador electrónico (ver Fig. 4) se muestra en la fig. 6, la ubicación de los elementos - en la fig. 7. La apariencia del tablero ensamblado se muestra en la fig. 8. cubiertas. El transformador electrónico está montado sobre una placa de fibra de vidrio laminada por una cara de 1,5 mm de espesor. Todos los elementos para montaje en superficie se instalan en el lado de los conductores impresos, los elementos de salida están en el lado opuesto del tablero. La mayoría de las piezas (transistores VT1, VT2, transformador T1, dinistor VS1, condensadores C1-C5, C9, C10) provendrán de balastos electrónicos masivos baratos para lámparas fluorescentes tipo T8, por ejemplo, Tridonic PC4x18 T8, Fintar 236/418, Cimex CSVT 418P, Komtex EFBL236/418, TDM Electric EB-T8-236/418, etc., ya que tienen circuitos y base de elementos similares. Los condensadores C9 y C10 son de polipropileno con película metálica, diseñados para corriente pulsada alta y voltaje alterno de al menos 400 V. Diodo VD4: cualquier diodo de alta velocidad con un voltaje inverso permitido de al menos 11 V en la Fig. 150.
El transformador T1 está enrollado en un circuito magnético anular con una permeabilidad magnética de 2300 ± 15%, su diámetro exterior es de 10,2 mm, su diámetro interior es de 5,6 mm y su espesor es de 5,3 mm. El devanado III (5-6) contiene una vuelta, los devanados I (1-2) y II (3-4): tres vueltas de alambre con un diámetro de 0,3 mm. La inductancia de los devanados 1-2 y 3-4 debe ser de 10...15 µH. El transformador de salida T2 está enrollado en un circuito magnético EV25/13/13 (Epcos) sin espacio no magnético, material N27. Su devanado primario contiene 76 vueltas de alambre de 5x0,2 mm. El devanado secundario contiene ocho vueltas de alambre litz de 100x0,08 mm. La inductancia del devanado primario es 12 ±10% mH. El inductor del filtro de supresión de interferencias L1 está enrollado en un núcleo magnético E19/8/5, material N30, cada bobinado contiene 130 vueltas de alambre con un diámetro de 0,25 mm. Puede usar un estrangulador estándar de dos devanados con una inductancia de 30 ... 40 mH que sea de tamaño adecuado. Condensadores C1, C2, es deseable usar la clase X. Un dibujo de la placa de circuito impreso de la segunda versión del transformador electrónico (ver Fig. 5) se muestra en la fig. 9, la ubicación de los elementos - en la fig. 10. La placa también está hecha de fibra de vidrio laminada por un lado, los elementos para montaje en superficie están ubicados en el lado de los conductores impresos, los elementos de salida están en el lado opuesto. La apariencia del dispositivo terminado se muestra en la fig. 11 y la figura. 12 El transformador de salida T1 está enrollado en un circuito magnético anular R29.5 (Epcos), material N87. El devanado primario contiene 81 vueltas de cable con un diámetro de 0,6 mm, el secundario: 8 vueltas de cable de 3x1 mm. La inductancia del devanado primario es de 18 ±10 % mH, la del secundario es de 200 ±10 % mH. El transformador T1 se calculó para una potencia máxima de hasta 150 W, para conectar dicha carga, los transistores VT1 y VT2 deben instalarse en un disipador de calor: una placa de aluminio con un área de 16 ... 18 mm2, 1,5 ... 2 mm de espesor. En este caso, sin embargo, será necesaria la modificación correspondiente de la placa de circuito impreso. Además, el transformador de salida se puede utilizar desde la primera versión del dispositivo (deberá agregar orificios en la placa para una disposición de pines diferente). Los transistores STD10NM60N (VT1, VT2) se pueden reemplazar con IRF740AS o similar. El diodo zener VD2 debe tener una potencia de al menos 1 W, la tensión de estabilización es de 15,6 ... 18 V. El condensador C12 es preferiblemente de cerámica de disco para una tensión nominal de CC de 1000 V. Los condensadores C13, C14 son de polipropileno con película metálica, diseñado para alta corriente de pulso y voltaje de CA no menos de 400 V. Cada uno de los circuitos de resistencia R4-R7, R14-R17, R18-R21 se puede reemplazar con una resistencia de salida de la resistencia y potencia adecuadas, pero esto requerirá cambiar la placa de circuito impreso.
Literatura
Autor: V. Lázarev
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