zasilacz do żarówek halogenowych (100W).pdf

Zasilacz do żarówek halogenowych

P R O J E K T Y

Zasilacz do żarówek

halogenowych

kit AVT−394

Prezentowany zasilacz jest

specjalizowanym uk³adem

przystosowanym do zasilania

øarÛwek halogenowych

o†³¹cznej mocy zawieraj¹cej

siÍ pomiÍdzy 20 a†100W. To

proste w konstrukcja i†³atwe

w†uruchomieniu urz¹dzenie

w†wielu przypadkach moøe

okazaÊ siÍ konkurencyjne

w†stosunku do zwyk³ego

transformatora sieciowego.

Aby transformator elektronicz-

ny by³ konkurencyjny w†stosunku

do rozwi¹zania klasycznego, nie

moøe byÊ drogi. Dlatego opisywa-

ny uk³ad elektroniczny jest nie-

zwykle prosty, zastosowane zosta-

³y popularne i†³atwe do kupienia

elementy. Mimo tych ograniczeÒ

uk³ad jest gabarytowo mniejszy od

rÛwnowaønego transformatora to-

roidalnego o†mocy 100W i†prawie

dwukrotnie løejszy. RÛwnieø

sprawnoúÊ zasilacza elektronicz-

nego jest znacz¹co wyøsza od

transformatora klasycznego.

Z†uwagi na wysok¹ czÍstotliwoúÊ

pracy, uk³ad jest praktycznie bez-

g³oúny, co czasem moøe siÍ oka-

zaÊ bardzo waøne. Zak³Ûcenia

elektromagnetyczne wnoszone

z†powodu impulsowej pracy urz¹-

dzenia s¹ wyøsze niø w†przypad-

ku rozwi¹zaÒ klasycznych, aby

wskutek wbudowania w†uk³ad

doúÊ skutecznego filtru przeciw-

zak³Ûceniowego nie powinny prze-

kraczaÊ poziomu dopuszczalnego

przez normy.

densatory C1 i†C2 oraz dwuuzwo-

jeniowy, skompensowany pr¹do-

wo d³awik DL1. Rezystor R1

zapobiega poraøeniu pr¹dem przy

dotkniÍciu zaciskÛw wejúciowych

po wy³¹czeniu uk³adu z†sieci.

RÛwnolegle do R1 moøna w³¹czyÊ

warystor V1, co zabezpieczy uk³ad

zasilacza przed ewentualnymi

przepiÍciami pojawiaj¹cymi siÍ

w†sieci energetycznej. Odfiltrowa-

ne napiÍcie sieci jest prostowane

w†mostku M1 i†zasila uk³ad fa-

lownika.

Poniewaø bezw³adnoúÊ cieplna

øarÛwki halogenowej jest duøa,

w†tym zastosowaniu nie ma po-

trzeby filtracji wyprostowanego

napiÍcia - falownik zasilany jest

wiÍc bezpoúrednio napiÍciem pul-

suj¹cym, a†sam uk³ad elektronicz-

ny jest prostszy i†taÒszy. Brak

kondensatora filtruj¹cego pozwala

rÛwnieø zapomnieÊ o†wielu in-

nych problemach, jak na przyk³ad

koniecznoúÊ ograniczania impulsu

pr¹du w†momencie w³¹czenia do

sieci, powolny start uk³adu czy

nawet niska wartoúÊ wspÛ³czyn-

nika mocy.

Przetworzenie napiÍcia sieci

w†przebieg szybkozmienny nastÍ-

puje w†uk³adzie falownika pÛ³-

mostkowego (ang. half bridge).

CzÍúÊ aktywn¹ mostka tworz¹

Opis uk³adu

Schemat elektryczny urz¹dze-

nia przedstawiono na rys. 1 . Na

wejúciu zasilacza umieszczony zo-

sta³ typowy uk³ad filtru przeciw-

zak³Ûceniowego. Tworz¹ go kon-

Elektronika Praktyczna 5/98

Zasilacz do żarówek halogenowych

Rys. 1. Schemat elektryczny zasilacza.

tranzystory T1 i†T2 pracuj¹ce jako

klucze, czÍúÊ pasywn¹ tworz¹ kon-

densatory C3 i†C4, dodatkowo

zbocznikowane rezystorami R10

i†R11 wyrÛwnuj¹cymi na nich

napiÍcie po w³¹czeniu uk³adu do

sieci. W†odrÛønieniu od innych

topologii zasilaczy impulsowych,

uk³ad pÛ³mostkowy ma w†tym

zastosowaniu szereg zalet, m.in.

niewielk¹ wraøliwoúÊ na rozrzut

parametrÛw uøytych elementÛw

oraz niewielkie wymagania napiÍ-

ciowe w†stosunku do uøytych

tranzystorÛw kluczuj¹cych.

Diody D1 i†D2 zabezpieczaj¹

klucze przez odwrotn¹ polaryza-

cj¹, zaú umieszczony w†emiterze

tranzystora T2 rezystor R5 dostar-

cza napiÍcia, proporcjonalnego do

pr¹du p³yn¹cego przez øarÛwkÍ,

bÍd¹cego informacj¹ dla uk³adu

zabezpieczaj¹cego przed zwarciem

zaciskÛw wyjúciowych. Dla zacho-

wania symetrii mostka, analogicz-

ny rezystor w³¹czony zosta³ w†ob-

wÛd emitera T1.

Podstawowym elementem fa-

lownika jest transformator Tr2.

Zawiera on trzy uzwojenia: dwa

symetryczne uzwojenia wtÛrne

B†i†C†zasilaj¹ce obwody bazowe

kluczy T1 i T2 oraz uzwojenie

pierwotne A w³¹czone szeregowo

z†obci¹øeniem falownika. DwÛjni-

ki R2, C5 i†R4, C6 dopasowuj¹

impedancyjnie tranzystory T1 i†T2

do transformatora, przyspieszaj¹

takøe ich za³¹czanie. Prawid³owe

dzia³anie oscylatora wymaga, aby

pr¹d przep³ywaj¹cy przez uzwo-

jenie wtÛrne doprowadza³ rdzeÒ

oscylatora do stanu nasycenia.

Wynika z†tego, iø uøyta do bu-

dowy Tr2 kszta³tka ferrytowa po-

winna byÊ wykonana z†materia³u

magnetycznego o†duøej przenikal-

noúci (sta³a Al=2000..6000) i†po-

winna mieÊ jak najmniejsze roz-

miary. Oczywiúcie nie moøna

przesadzaÊ - za ma³y rdzeÒ nie

bÍdzie w†stanie przenieúÊ mocy

wymaganej do skutecznego prze-

rzucania kluczy lub teø uzwajanie

takiego transformatora bÍdzie wy-

j¹tkowo trudne.

Jeúli chodzi o†kszta³t, to zde-

cydowanie najlepsze do takich

zastosowaÒ s¹ rdzenie toroidalne.

OprÛcz samych zalet maj¹ tylko

jedn¹ wadÍ: do nawijania na nich

uzwojeÒ w†warunkach amators-

kich trzeba mieÊ ìúwiÍt¹î cierp-

liwoúÊ i†duøe zdolnoúci manual-

ne.

w³aúnie parametry Tr2 przede

wszystkim decyduj¹ o†czÍstotli-

woúci pracy uk³adu. Dlatego zde-

cydowa³em siÍ wyjúÊ naprzeciw

upodobaniom tych CzytelnikÛw,

ktÛrzy nie cierpi¹ nawijania ce-

wek i†zast¹pi³em nawijanie szy-

ciem! LiczÍ w†ten sposÛb, øe

nawet jeúli, drogi Czytelniku,

przez przypadek szyÊ teø nie

lubisz, to pomoøe ci ktoú z†blis-

kich.

W†opisywanym uk³adzie toroi-

dalny rdzeÒ transformatora Tr2

przykleja siÍ do p³ytki drukowa-

nej ( rys. 2 ), wewn¹trz kszta³tki

wywiercone s¹ spore otwory,

przez ktÛre przewleka siÍ drut.

SposÛb nawijania przypomina

wiÍc prost¹ czynnoúÊ - przyszy-

wanie guzika. Oczywiúcie, w†ta-

kiej metodzie drut nawojowy opa-

sowuje oprÛcz rdzenia rÛwnieø

fragment laminatu. Przeprowadzo-

ne prÛby pokaza³y, iø nie ma to

negatywnego wp³ywu na dzia³anie

falownika.

Tranzystory T1 i†T2 przewodz¹

na przemian, a†typowa czÍstotli-

Zastosowane rozwi¹zanie fa-

lownika jest wysoce tolerancyjne

na rozrzut parametrÛw transfor-

matora Tr2 w†porÛwnaniu, na

przyk³ad, do na przyk³ad uk³adu

sterowania úwietlÛwk¹. W†przy-

padku øarÛwki halogenowej jest

obojÍtne, czy uk³ad pracuje z†czÍs-

totliwoúci¹ 20 czy 25 kHz, a†to

Rys. 2. Sposób wykonania

transformatora TR2.

Elektronika Praktyczna 5/98

Zasilacz do żarówek halogenowych

Rys. 3. Kształt przebiegu napięcia na wyjściu

przetwornicy.

Reguluj¹c wartoúÊ

sta³ej czasu obwodu

R8, C7 moøna mini-

malnie wp³ywaÊ na

jasnoúÊ úwiecenia øa-

rÛwki (±10% maksy-

malnie wed³ug mojej

oceny), co czasem

moøe byÊ przydatne.

Naleøy jednak z†ca³¹

stanowczoúci¹ stwierdziÊ, iø nie

jest to metoda prawdziwej regu-

lacji jasnoúci úwiecenia i†ten uk³ad

nie ma moøliwoúci p³ynnej regu-

lacji. Prostota uk³adu elektronicz-

nego moøe kusiÊ niektÛre osoby

do innego wykorzystania falowni-

ka niø zasilacz do øarÛwki. Nie-

stety z†jego pomoc¹ nie uda siÍ

teø zbudowaÊ øadnego zasilacza

czy ³adowarki. Szkoda czasu, nie

tÍdy droga!

NapiÍcie wyjúciowe falownika

podawane jest na transformator

Tr1. Jego zadaniem jest dopaso-

wanie niskiej rezystancji øarÛwki

halogenowej do wysokiej rezys-

tancji wyjúciowej falownika. Mi-

mo impulsowego charakteru jest

to po prostu transformator impe-

dancji. Z†uwagi na wysok¹ czÍs-

totliwoúÊ pracy ma on jednak

ma³e rozmiary i†jest lekki.

wzrost pr¹du p³yn¹cego przez

tranzystory kluczuj¹ce. Na rezys-

torze R5 powstaje napiÍcie o†war-

toúci proporcjonalnej do obci¹øe-

nia uk³adu i†steruje ono tranzys-

torem T3. Przeci¹øenie powoduje

jego odetkanie, zwarcie kondensa-

tora C7 i†wygaszenie impulsÛw

startowych. Kondensator C8 wraz

z†obwodem ³adowania D3 i†R9

zapewnia odpowiednio duøe opÛü-

nienie czasowe po jakim uk³ad

bÍdzie prÛbowa³ znowu siÍ uru-

chomiÊ.

woúÊ oscylacji, dla podanych na

koÒcu artyku³u wartoúci elemen-

tÛw, wynosi oko³o 22 kHz. Na-

piÍcie na kolektorze T2 ma postaÊ

fali prostok¹tnej zawieraj¹cej siÍ

pomiÍdzy zerem, a†pe³nym napiÍ-

ciem zasilania. Z†uwagi na wspo-

mniany brak kondensatora filtru-

j¹cego, ta szybkozmienna fala

prostok¹tna jest modulowana am-

plitudowo napiÍciem sieci ( rys.

3 ).

Transformator wyjúciowy

Zosta³ on wykonany w†oparciu

o, chyba najpopularniejsz¹, kszta³-

tkÍ ETD34 z†materia³u F807 Pol-

feru, bez szczeliny powietrznej.

Gdy zaleøy nam na zminimalizo-

waniu strat mocy, a†jesteúmy

w†stanie ponieúÊ wyøsze koszty,

bez øadnych zmian moøna uøyÊ

rdzenia wykonanego z†materia³u

3F3 (Philips). Na pocz¹tku dobra

wiadomoúÊ: w†odrÛønieniu od

cewki oscylatora, tutaj uk³ad po-

cz¹tkÛw i†koÒcÛwek uzwojeÒ nie

ma øadnego znaczenia.

Jako pierwsze nawija siÍ uzwo-

jenie wtÛrne. Liczy ono 8†zwojÛw

drutu o†úrednicy 1,8..2mm. Jest to

doúÊ gruby drut, ktÛry ciÍøko siÍ

zgina i†dlatego warto w†pewien

sposÛb u³atwiÊ sobie pracÍ. Prze-

de wszystkim nie naleøy siliÊ siÍ

na lutowanie koÒcÛw do cienkich

nÛøek karkasu. O†wiele lepiej jest

nÛøki te obci¹Ê lub wyrwaÊ zaú

przewÛd poprowadziÊ poprzez

szczelinÍ pomiÍdzy nÛøkami kar-

kasu odpowiednio go wyginaj¹c,

aby przypomina³ brakuj¹ce wy-

prowadzenie ( rys. 4 ). Z†drugiej

Ze wzglÍdu na to, øe napiÍcie

zasilaj¹ce uk³ad zanika co kaød¹

po³ÛwkÍ sinusoidy, konieczne

jest kaødorazowe zainicjowanie

pracy falownika. W†uk³adzie star-

towym pracuj¹ rezystory R8 i†R6

oraz diak DI i†kondensator C7.

W†miarÍ jak narasta napiÍcie

zasilaj¹ce uk³ad, roúnie rÛwnieø

napiÍcie na C7. W†chwili, gdy

osi¹gnie ono prÛg prze³¹czania

diaka (20..35V w†zaleønoúci od

typu), zaczyna on przewodziÊ

i†kondensator C7 b³yskawicznie

roz³adowuje siÍ poprzez z³¹cze

BE tranzystora T2, inicjuj¹c pra-

cÍ falownika. Pracuj¹cy uk³ad

nie potrzebuje dalszego pobu-

dzania, dlatego umieszczona zo-

sta³a dioda D4. T³umi ona na-

rastanie napiÍcia na C7 dopÛki

falownik pracuje.

Na³adowanie C7 do napiÍcia

prze³¹czania diaka wymaga nie-

co czasu. W†tym czasie falownik

nie pracuje, co jest zjawiskiem

raczej niekorzystnym, gdyø nag³e

w³¹czenie siÍ uk³adu przy spo-

rym napiÍciu powoduje niepo-

trzebne skoki pr¹du i†zak³Ûcenia.

Im zatem napiÍcie prze³¹czania

diaka jest mniejsze i†mniejsza

jest sta³a czasu obwodu R8, C7,

tym lepiej. Z†drugiej strony, im

wiÍksza wartoúÊ R8 tym mniej-

sze s¹ straty mocy. Ma³a wartoúÊ

pojemnoúci C7 moøe nie zgroma-

dziÊ dostatecznej energii potrzeb-

nej do inicjacji falownika, jak to

zwykle bywa podczas doboru

elementÛw. NiezbÍdny jest kom-

promis.

Zabezpieczenia

Zasilacz powinien byÊ odporny

na wszelkie zdarzenia jakie mog¹

powstaÊ podczas normalnej eks-

ploatacji: zwarcie zaciskÛw wyj-

úciowych lub pracÍ bez obci¹øe-

nia. W†uk³adzie modelowym prze-

rwa w†obwodzie wtÛrnym spowo-

dowana przepaleniem siÍ øarÛwki

powoduje zanik drgaÒ i†wy³¹cze-

nie siÍ zasilacza. Dzieje siÍ tak

dlatego, øe w†tym przypadku fa-

lownik obci¹øony jest jedynie du-

ø¹ indukcyjnoúci¹ (ok. 15 mH)

uzwojenia pierwotnego transfor-

matora Tr1 i†p³ynie przez niego

niewielki pr¹d magnesuj¹cy rdzeÒ

(poniøej 0,15A). Tak ma³y pr¹d,

przep³ywaj¹cy przez uzwojenie

pierwotne (A), nie jest w†stanie

nasyciÊ rdzenia oscylatora Tr2,

a†jest to jeden z†warunkÛw pod-

trzymania drgaÒ. Zasilacz jest za-

tem odporny na pracÍ bez obci¹-

øenia. Efektem ubocznym tego

zjawiska moøe byÊ "niechÍÊ" uk³a-

du do pracy z†øarÛwkami ma³ej

mocy, to jest poniøej 20W.

Zwarcie wyjúcia lub przeci¹øe-

nie powoduje z†kolei istotny

Rys. 4. Sposób nawinięcia

transformatora TR1.

Elektronika Praktyczna 5/98

Zasilacz do żarówek halogenowych

(8 i†14). Do sprawdze-

nia rdzeÒ moøna úcis-

n¹Ê poprzez owiniÍcie

go taúm¹ klej¹c¹, go-

towy element trzeba

solidnie skleiÊ øywic¹

epoksydow¹.

wy kierunek nawijania, naleøy

wiÍc zachowaÊ czujnoúÊ. Dla u³at-

wienia, punkty lutownicze dla

uzwojeÒ Tr2 maj¹ kÛ³kami zazna-

czone koÒcÛwki do ktÛrych nale-

øy pod³¹czyÊ pocz¹tki uzwojeÒ.

Z†uwagi na generowane przez za-

silacz zak³Ûcenia warto jest zam-

kn¹Ê p³ytkÍ drukowan¹ w†metalo-

wej obudowie. Poniewaø maksy-

malna moc obci¹øenia siÍga 100W

(ponad 8A), naleøy zadbaÊ o†pew-

ne pod³¹czenie øarÛwek do zasi-

lacza i†uøycie o przewodu prze-

kroju min. 2mm 2 .

Robert Magdziak, AVT

Montaø

i†uruchomienie

Montaø uk³adu na-

leøy rozpocz¹Ê od przy-

klejenia szybkoschn¹-

cym klejem (np. Super

Atak, itp.) rdzenia os-

cylatora do p³ytki dru-

kowanej. NastÍpnie

przygotowujemy dwa

odcinki po 25 cm ky-

naru lub innego cien-

kiego przewodu w†izo-

lacji i†jeden o†d³ugoúci 10 cm.

Uzwojenia nawija siÍ kolejno

i†w†taki sam sposÛb, lutuj¹c po-

cz¹tek drutu do p³ytki i†dalej

ciasno przewlekaj¹c drut przez

otwory. Ich úrednica zosta³a tak

dobrana, aby nie trzeba by³o

zwracaÊ uwagi na staranne uk³a-

danie kolejnych zwojÛw - wystar-

czy naci¹gaÊ przewlekany drut,

a†sam siÍ u³oøy. Uzwojenia wtÛr-

ne B†i†C†licz¹ sobie po 8†zwojÛw,

uzwojenie pierwotne (A) to tylko

2†zwoje.

Po pomyúlnym nawiniÍciu os-

cylatora montujemy pozosta³e ele-

menty wed³ug typowych regu³ na

p³ytce, ktÛrej rozk³ad úcieøek

przedstawiono na wk³adce, a†roz-

mieszczenie elementÛw na rys. 5 .

Poprawnie zmontowany z†dob-

rych elementÛw uk³ad dzia³a od

pierwszego w³¹czenia. Jeúli posia-

damy miernik z†funkcj¹ True

RMS, moøna dokonaÊ kontroli

napiÍcia wyjúciowego i†ewentual-

nej korekcji. Praktyka pokazuje

jednak, iø niewielkie rÛønice nie

maj¹ øadnego znaczenia.

Gdy zasilacz milczy, trzeba

skontrolowaÊ prawid³owoúÊ dzia³a-

nia uk³adu startowego (zmienne

napiÍcie na C7, szpilkowe impulsy

napiÍcia na rezystorze R6), napiÍ-

cie sta³e na kolektorze tranzystora

T2 (wynosi ono oko³o 150V, gdy

uk³ad ìmilczyî) oraz poprawnoúÊ

pod³¹czenia pocz¹tkÛw i†koÒcÛw

uzwojeÒ w†oscylatorze wraz z†kie-

runkami nawijania.

MÛwienie o†pocz¹tkach i†koÒ-

cach uzwojeÒ ma sens tylko wte-

dy, gdy zachowany jest jednako-

Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce

drukowanej.

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 1M

strony drut najlepiej jest wypro-

wadziÊ na zewn¹trz poprzez

uprzednio wywiercony w†karkasie

otwÛr, nastÍpnie naleøy go zagi¹Ê

i†uformowaÊ koÒcÛwkÍ identycz-

nie jak pocz¹tek.

Gotowe uzwojenie naleøy po-

rz¹dnie zaizolowaÊ taúm¹ styrof-

leksow¹, teflonow¹, preszpanem

lub innym materia³em odpornym

na podwyøszon¹ temperaturÍ.

Miejsca w†oknie rdzenia jest spo-

ro, wiÍc izolacji nie naleøy øa-

³owaÊ, tym bardziej, iø jej jakoúÊ

i†odpornoúÊ bezpoúrednio decydu-

je o†bezpieczeÒstwie zasilacza.

Ten nadmiar wolnego miejsca

umoøliwia rÛwnieø nawiniÍcie

uzwojenia wtÛrnego nie pojedyn-

czym drutem, ale kilkoma cien-

kimi przewodami jednoczeúnie.

Waøne jest tylko, aby ³¹czny

przekrÛj uzwojenia zawiera³ siÍ

w†przedziale 2..2,5 mm 2 - mog¹

wiÍc to byÊ 4†druty 0,8mm. Uzwo-

jenie wtÛrne pod³¹cza siÍ do

koÒcÛwek 1-2-3 i†4-5-6.

Uzwojenie pierwotne nawija

siÍ jako drugie. Liczy ono 70

zwojÛw drutu o†úrednicy 0,3..0,4

mm.†Nawijamy je w†3..4 wars-

twach, przedzielonych oczywiúcie

izolacj¹. Gdy zaleøy nam na do-

k³adnym dobraniu napiÍcia wyj-

úciowego, moøna nawin¹Ê pocz¹t-

kowo o†10 zwojÛw wiÍcej, pÛüniej

prowizorycznie z³oøyÊ rdzeÒ,

sprawdziÊ napiÍcie i†ewentualnie

kilka odwin¹Ê. Moøna teø wyko-

naÊ jeden, dwa odczepy, np. na

65 i†70 zwoju, a†koniec na 80.

KoÒce uzwojeÒ lutuje siÍ do

skrajnych wyprowadzeÒ karkasu

, 0,125W

R3, R5: 1,8

, 0,5W

R6: 18

, 0,125W

R8: 330k

, 0,5W

, 0,125W

R10, R11: 330k

, 0,25W

F/10V

Półprzewodniki

T1, T2: MJE13005 lub odpowiedniki

T3: BC548B

M1: mostek okrągły 1A/400V

D1, D2, D4: BA159

D3: 1N4148

DI: diak na możliwie niskie

napięcie pracy (24..30V) lub

dynistor, np. DB3C548 (Thomson)

Różne

Tr1: transformator impulsowy na

rdzeniu ETD34 (F807) Polfer bez

szczeliny powietrznej i karkas.

Uzwojenia według opisu w tekście

Tr2: oscylator na rdzeniu

pierścieniowym RP12.5x7.5x4.8

z materiału F2001, uzwojenie

według opisu w tekście

F1: bezpiecznik zwłoczny 1A/250V

i oprawka do druku

DL1: dławik przeciwzakłóceniowy

DpsU21L21 (Polfer)

V1: warystor 250V (opcja) np.

S10K275 (Siemens)

Radiatory dla tranzystorów T1 i T2

złączki ARK: jedno czterogniazdo−

we o rastrze 5 mm i jedno

dwugniazdowe o rastrze 7,5 mm

Elektronika Praktyczna 5/98

, 0,25W

R2, R4: 4,7

R7: 1k

R9: 10k

Kondensatory

C1: 220nF/400V typ KMP−10

C2: 10nF/400V

C3, C4: 470nF/250V typ KMP−30

C5, C6: 2,2nF/63V ceramiczny

C7: 10nF/100V

C8: 33

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: