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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Transformateurs électroniques pour lampes halogènes 12 V. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations L'article décrit les soi-disant transformateurs électroniques, qui sont en fait des convertisseurs abaisseurs d'impulsions pour alimenter des lampes halogènes de 12 V. Deux versions des transformateurs sont proposées - sur des éléments discrets et utilisant un microcircuit spécialisé. Les lampes halogènes sont, en fait, une modification plus avancée d'une lampe à incandescence conventionnelle. La différence fondamentale réside dans l'ajout de vapeurs de composé halogène à l'ampoule de la lampe, qui bloquent l'évaporation active du métal de la surface du filament pendant le fonctionnement de la lampe. Cela permet au filament d'être chauffé à des températures plus élevées, ce qui se traduit par un rendement lumineux plus élevé et un spectre d'émission plus uniforme. De plus, la durée de vie de la lampe est prolongée. Ces caractéristiques et d'autres rendent la lampe halogène très attrayante pour l'éclairage domestique, et plus encore. Il existe une large gamme de lampes halogènes de différentes puissances pour 230 et 12 V. Les lampes avec une tension d'alimentation de 12 V ont de meilleures caractéristiques techniques et une durée de vie plus longue par rapport aux lampes 230 V, sans parler de la sécurité électrique. Pour alimenter de telles lampes à partir d'un réseau 230 V, il est nécessaire de réduire la tension. Vous pouvez, bien sûr, utiliser un transformateur abaisseur de réseau conventionnel, mais cela est coûteux et peu pratique. La meilleure solution consiste à utiliser un convertisseur abaisseur 230V/12V, souvent appelé dans ce cas transformateur électronique ou convertisseur halogène. Deux variantes de tels appareils seront discutées dans cet article, toutes deux conçues pour une puissance de charge de 20 ... 105 watts. L'une des solutions de circuit les plus simples et les plus courantes pour les transformateurs électroniques abaisseurs est un convertisseur en demi-pont avec rétroaction de courant positive, dont le circuit est illustré à la fig. 1. Lorsque l'appareil est connecté au réseau, les condensateurs C3 et C4 sont rapidement chargés à la tension d'amplitude du réseau, formant la moitié de la tension au point de connexion. Le circuit R5C2VS1 génère une impulsion de déclenchement. Dès que la tension aux bornes du condensateur C2 atteindra le seuil d'ouverture du dinistor VS1 (24.32 V), celui-ci s'ouvrira et une tension de polarisation directe sera appliquée à la base du transistor VT2. Ce transistor s'ouvrira et le courant circulera dans le circuit : le point commun des condensateurs C3 et C4, l'enroulement primaire du transformateur T2, l'enroulement III du transformateur T1, la section collecteur-émetteur du transistor VT2, le borne négative du pont de diodes VD1. Sur l'enroulement II du transformateur T1, une tension apparaîtra qui maintient le transistor VT2 à l'état ouvert, tandis que la tension inverse de l'enroulement I sera appliquée à la base du transistor VT1 (les enroulements I et II sont activés en antiphase). Le courant traversant l'enroulement III du transformateur T1 va rapidement le mettre en saturation. En conséquence, la tension sur les enroulements I et II T1 tendra vers zéro. Le transistor VT2 commencera à se fermer. Lorsqu'il est presque complètement fermé, le transformateur commencera à sortir de la saturation.
La fermeture du transistor VT2 et la sortie de la saturation du transformateur T1 entraîneront un changement de direction de la FEM et une augmentation de la tension sur les enroulements I et II. Maintenant, une tension directe sera appliquée à la base du transistor VT1 et la tension inverse sera appliquée à la base de VT2. Le transistor VT1 commencera à s'ouvrir. Le courant traversera le circuit: la borne positive du pont de diodes VD1, la section collecteur-émetteur VT1, l'enroulement III T1, l'enroulement primaire du transformateur T2, le point commun des condensateurs C3 et C4. De plus, le processus est répété et la deuxième demi-onde de tension est formée dans la charge. Après le démarrage, la diode VD4 maintient le condensateur C2 dans un état déchargé. Le convertisseur n'utilisant pas de condensateur à oxyde de lissage (il n'est pas nécessaire lorsque l'on travaille sur une lampe à incandescence, au contraire, sa présence aggrave le facteur de puissance de l'appareil), puis à la fin du demi-cycle du secteur redressé tension, la génération s'arrêtera. Avec l'avènement du prochain demi-cycle, le générateur redémarrera. À la suite du fonctionnement d'un transformateur électronique, des oscillations de forme proche des sinusoïdales avec une fréquence de 30 ... 35 kHz (Fig. 2) se forment à sa sortie, suivies de rafales avec une fréquence de 100 Hz (Fig. 3).
Une caractéristique importante d'un tel convertisseur est qu'il ne démarrera pas sans charge, car dans ce cas, le courant traversant l'enroulement III T1 sera trop faible et le transformateur n'entrera pas en saturation, le processus d'auto-génération échouera. Cette fonction rend inutile la protection en cas d'inactivité. Le dispositif indiqué sur la fig. 1 note démarre de manière stable à une puissance de charge de 20 watts ou plus. Sur la fig. 4 montre un schéma d'un transformateur électronique amélioré, dans lequel un filtre de suppression de bruit et une unité de protection contre les courts-circuits dans la charge sont ajoutés. L'unité de protection est montée sur un transistor VT3, une diode VD6, une diode Zener VD7, un condensateur C8 et des résistances R7-R12. Une forte augmentation du courant de charge augmentera la tension sur les enroulements I et II du transformateur T1 de 3...5 V en mode nominal à 9...10 V en mode court-circuit. En conséquence, une tension de polarisation de 3 V apparaîtra sur la base du transistor VT0,6.Le transistor s'ouvrira et shuntera le condensateur de circuit de démarrage C6. En conséquence, avec le prochain demi-cycle de la tension redressée, le générateur ne démarrera pas. Le condensateur C8 fournit un délai d'arrêt de la protection d'environ 0,5 s.
La deuxième version du transformateur abaisseur électronique est illustrée à la fig. 5. Il est plus facile à refaire car il ne possède qu'un seul transformateur, tout en étant plus fonctionnel. Il s'agit également d'un convertisseur en demi-pont, mais contrôlé par une puce IR2161S spécialisée. Toutes les fonctions de protection nécessaires sont intégrées dans le microcircuit: de la tension secteur basse et haute, du mode inactif et du court-circuit dans la charge, de la surchauffe. L'IR2161S dispose également d'une fonction de démarrage progressif, qui consiste en une augmentation progressive de la tension de sortie lors de la mise sous tension de 0 à 11,8 V pendant 1 s. Cela élimine une forte poussée de courant à travers le filament froid de la lampe, ce qui augmente considérablement, parfois plusieurs fois, sa durée de vie.
Au premier instant, et également à l'arrivée de chaque demi-cycle suivant de la tension redressée, le microcircuit est alimenté via la diode VD3 à partir du stabilisateur paramétrique sur la diode zener VD2. Si l'alimentation est fournie directement à partir du réseau 230 V sans utiliser de régulateur de puissance de phase (variateur), le circuit R1-R3C5 n'est pas nécessaire. Après être entré en mode de fonctionnement, le microcircuit est en outre alimenté à partir de la sortie du demi-pont via le circuit d2VD4VD5. Immédiatement après le démarrage, la fréquence du générateur d'horloge interne du microcircuit est d'environ 125 kHz, ce qui est beaucoup plus élevé que la fréquence du circuit de sortie C13C14T1, par conséquent, la tension sur l'enroulement secondaire du transformateur T1 sera faible. L'oscillateur interne du microcircuit est commandé en tension, sa fréquence est inversement proportionnelle à la tension aux bornes du condensateur C8. Immédiatement après la mise sous tension, ce condensateur commence à se charger à partir de la source de courant interne du microcircuit. Proportionnellement à l'augmentation de la tension sur celui-ci, la fréquence du générateur de microcircuit diminuera. Lorsque la tension sur le condensateur atteint 5 V (environ 1 s après la mise sous tension), la fréquence diminuera jusqu'à une valeur de fonctionnement d'environ 35 kHz et la tension à la sortie du transformateur atteindra une valeur nominale de 11,8 V. Cela C'est ainsi qu'un démarrage progressif est mis en œuvre, une fois terminé, le microcircuit DA1 passe en mode de fonctionnement dans lequel la broche 3 de DA1 peut être utilisée pour contrôler la puissance de sortie. Si vous connectez une résistance variable d'une résistance de 8 kOhm en parallèle avec le condensateur C100, vous pouvez, en modifiant la tension sur la broche 3 de DA1, contrôler la tension de sortie et régler la luminosité de la lampe. Lorsque la tension sur la broche 3 de la puce DA1 passe de 0 à 5 V, la fréquence de génération passe de 60 à 30 kHz (60 kHz à 0 V est la tension de sortie minimale et 30 kHz à 5 V est le maximum). L'entrée CS (broche 4) de la puce DA1 est l'entrée de l'amplificateur de signal d'erreur interne et est utilisée pour contrôler le courant et la tension de charge à la sortie du demi-pont. En cas de forte augmentation du courant de charge, par exemple lors d'un court-circuit, la chute de tension aux bornes du capteur de courant - résistances R12 et R13, et donc à la broche 4 de DA1, dépassera 0,56 V, le comparateur interne basculera et arrêter le générateur d'horloge. En cas de rupture de charge, la tension en sortie du demi-pont peut dépasser la tension maximale admissible des transistors VT1 et VT2. Pour éviter cela, un diviseur résistif-capacitif C7R10 est connecté à l'entrée CS via la diode VD9. Lorsque la valeur seuil de la tension aux bornes de la résistance R9 est dépassée, la génération s'arrête également. Les modes de fonctionnement de la puce IR2161S sont discutés plus en détail dans [1]. Vous pouvez calculer le nombre de tours des enroulements du transformateur de sortie pour les deux options, par exemple, en utilisant une méthode de calcul simple [2], vous pouvez choisir un circuit magnétique adapté à la puissance globale à l'aide du catalogue [3]. Selon [2], le nombre de tours de l'enroulement primaire est NI = (Uc maxt0 max) / (2 S Bmax), où es-tuc max - tension secteur maximale, V ; t0 max - durée maximale de l'état ouvert des transistors, µs ; S - section transversale du noyau magnétique, mm2; bmax- induction maximale, Tl. Nombre de tours de l'enroulement secondaire NII = NI /k où k est le rapport de transformation, dans notre cas on peut prendre k = 10. Un dessin de la carte de circuit imprimé de la première version du transformateur électronique (voir Fig. 4) est illustré à la fig. 6, l'emplacement des éléments - sur la fig. 7. L'apparence de la carte assemblée est illustrée à la fig. 8. couvertures. Le transformateur électronique est monté sur une carte en fibre de verre laminée sur une face d'une épaisseur de 1,5 mm. Tous les éléments pour le montage en surface sont installés du côté des conducteurs imprimés, les éléments de sortie sont du côté opposé de la carte. La plupart des pièces (transistors VT1, VT2, transformateur T1, dynistor VS1, condensateurs C1-C5, C9, C10) proviendront de ballasts électroniques de masse bon marché pour lampes fluorescentes de type T8, par exemple Tridonic PC4x18 T8, Fintar 236/418, Cimex CSVT 418P, Komtex EFBL236 / 418, TDM Electric EB-T8-236 / 418, etc., car ils ont des circuits et une base d'éléments similaires. Les condensateurs C9 et C10 sont en polypropylène à film métallique, conçus pour un courant pulsé élevé et une tension alternative d'au moins 400 V. Diode VD4 - toute diode haute vitesse avec une tension inverse autorisée d'au moins 11 V sur la Fig. 150.
Le transformateur T1 est enroulé sur un circuit magnétique annulaire avec une perméabilité magnétique de 2300 ± 15%, son diamètre extérieur est de 10,2 mm, son diamètre intérieur est de 5,6 mm et son épaisseur est de 5,3 mm. L'enroulement III (5-6) contient un tour, les enroulements I (1-2) et II (3-4) - trois tours de fil d'un diamètre de 0,3 mm. L'inductance des enroulements 1-2 et 3-4 doit être de 10...15 µH. Le transformateur de sortie T2 est bobiné sur un circuit magnétique EV25/13/13 (Epcos) sans entrefer amagnétique, matériau N27. Son enroulement primaire contient 76 spires de fil 5x0,2 mm. L'enroulement secondaire contient huit tours de fil de litz 100x0,08 mm. L'inductance de l'enroulement primaire est de 12 ± 10 % mH. L'inductance du filtre antiparasite L1 est bobinée sur un noyau magnétique E19/8/5, matériau N30, chaque bobinage contient 130 spires de fil de diamètre 0,25 mm. Vous pouvez utiliser une self standard à deux enroulements avec une inductance de 30 ... 40 mH de taille appropriée. Condensateurs C1, C2, il est souhaitable d'utiliser la classe X. Un dessin de la carte de circuit imprimé de la deuxième version du transformateur électronique (voir Fig. 5) est illustré à la fig. 9, l'emplacement des éléments - sur la fig. 10. La carte est également en fibre de verre laminée d'un côté, les éléments pour le montage en surface sont situés du côté des conducteurs imprimés, les éléments de sortie sont du côté opposé. L'apparence de l'appareil fini est illustrée à la fig. 11 et fig. 12. Le transformateur de sortie T1 est bobiné sur un circuit magnétique annulaire R29.5 (Epcos), matériau N87. L'enroulement primaire contient 81 tours de fil d'un diamètre de 0,6 mm, le secondaire - 8 tours de fil 3x1 mm. L'inductance de l'enroulement primaire est de 18 ± 10% mH, le secondaire est de 200 ± 10% mH. Le transformateur T1 a été calculé pour une puissance maximale de 150 W, pour connecter une telle charge, les transistors VT1 et VT2 doivent être installés sur un dissipateur thermique - une plaque en aluminium d'une surface de 16 ... 18 mm2, 1,5 ... 2 mm d'épaisseur. Dans ce cas, cependant, une modification correspondante de la carte de circuit imprimé sera nécessaire. De plus, le transformateur de sortie peut être utilisé à partir de la première version de l'appareil (vous devrez ajouter des trous sur la carte pour une disposition différente des broches). Les transistors STD10NM60N (VT1, VT2) peuvent être remplacés par IRF740AS ou similaire. La diode Zener VD2 doit avoir une puissance d'au moins 1 W, la tension de stabilisation est de 15,6 ... 18 V. Le condensateur C12 est de préférence un disque en céramique pour une tension continue nominale de 1000 V. Les condensateurs C13, C14 sont en polypropylène à film métallique, conçu pour un courant d'impulsion élevé et une tension alternative d'au moins 400 V. Chacun des circuits de résistance R4-R7, R14-R17, R18-R21 peut être remplacé par une résistance de sortie de la résistance et de la puissance appropriées, mais cela nécessitera de changer la carte de circuit imprimé.
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Auteur : V. Lazarev
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