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无线电电子与电气工程百科全书 12 V 卤素灯电子变压器。无线电电子和电气工程百科全书
该文章描述了所谓的电子变压器，实际上是为 12 V 卤素灯供电的脉冲降压转换器。提出了两种版本的变压器 - 采用分立元件和使用专用微电路。 事实上，卤素灯是传统白炽灯的更先进的改进。 根本区别在于灯泡中添加了卤素化合物蒸气，这会阻止灯泡工作期间金属从灯丝表面活跃蒸发。 这使得灯丝可以被加热到更高的温度，从而产生更高的光输出和更均匀的发射光谱。 此外，还延长了灯的寿命。 这些和其他功能使卤素灯对于家庭照明等非常有吸引力。 230V和12V各种功率的卤素灯已经商业化生产，供电电压为12V的灯比230V灯具有更好的技术特性和更长的寿命，更不用说电气安全性了。 要通过 230 V 网络为此类灯供电，必须降低电压。 当然，您可以使用传统的网络降压变压器，但这既昂贵又不切实际。 最好的解决方案是使用 230V/12V 降压转换器，在这种情况下通常称为电子变压器或卤素转换器。 本文将讨论此类设备的两种变体，两者均设计用于 20 ... 105 瓦的负载功率。 降压电子变压器最简单、最常见的电路解决方案之一是具有正电流反馈的半桥变换器，其电路如图1所示。 XNUMX. 当设备连接到网络时，电容器C3和C4快速充电到网络的幅值电压，形成连接点电压的一半。 R5C2VS1电路产生触发脉冲。 一旦电容器C2两端的电压达到电阻器VS1的开启阈值（24.32V），它就会打开，并且正向偏置电压将被施加到晶体管VT2的基极。 该晶体管将打开，电流将流经电路：电容器C3和C4的公共点、变压器T2的初级绕组、变压器T1的绕组III、晶体管VT2的集电极-发射极部分、二极管电桥VD1的负端。 在变压器T1的绕组II上，将出现一个电压，使晶体管VT2保持在开路状态，而来自绕组I的反向电压将施加到晶体管VT1的基极（绕组I和II在反相）。 流经变压器T1的绕组III的电流将很快使其饱和。 结果，绕组I和II T1上的电压将趋于零。 晶体管VT2开始截止。 当它几乎完全闭合时，变压器将开始脱离饱和状态。
关闭晶体管VT2并退出变压器T1的饱和状态将导致电动势方向的改变以及绕组I和II上的电压增加。 现在，正向电压将施加到晶体管VT1的基极，反向电压将施加到晶体管VT2的基极。 晶体管VT1将开始打开。 电流将流经电路：二极管电桥VD1的正极、集电极发射极VT1、绕组III T1、变压器T2的初级绕组、电容器C3和C4的公共点。 进一步重复该过程，在负载中形成第二半波电压。 启动后，VD4二极管使电容器C2保持放电状态。 由于转换器没有使用平滑氧化物电容器（在白炽灯上工作时没有必要，相反，它的存在使设备的功率因数恶化），那么在整流市电的半周期结束时电压，发电将停止。 随着下一个半周期的到来，发电机将再次启动。 电子变压器工作的结果是，在其输出端形成形状接近正弦波、频率为 30 ... 35 kHz 的振荡（图 2），随后形成频率为 100 Hz 的脉冲串（图 3）。 . XNUMX).
这种变换器的一个重要特点是它不会空载启动，因为在这种情况下，通过III T1绕组的电流会太小，变压器不会进入饱和状态，自发电过程将会失败。 此功能使得空闲保护变得不必要。 该装置如图所示。 1 额定值在负载功率为 20 瓦或以上时稳定启动。 上图。 图4示出了一种改进的电子变压器的示意图，其中在负载中增加了噪声抑制滤波器和短路保护单元。 保护单元由晶体管VT3、二极管VD6、稳压二极管VD7、电容器C8和电阻器R7-R12组成。 负载电流的急剧增加将使变压器 T1 的绕组 I 和 II 上的电压从标称模式下的 3...5 V 增加到短路模式下的 9...10 V。 这样，在晶体管VT3的基础上就会出现0,6V的偏置电压，晶体管打开并分流启动电路电容器C6。 结果，在整流电压的下一个半周期内，发电机将不会启动。 电容器C8提供约0,5秒的保护关断延迟。
电子降压变压器的第二个版本如图 5 所示。 2161. 由于没有一个变压器，因此更容易重复，同时功能更丰富。 这也是一个半桥转换器，但由专门的 IR2161S 芯片控制。 所有必要的保护功能均内置于微电路中：防止电源电压过低和过高、空闲模式和负载短路、过热。 IR0S还具有软启动功能，即打开时输出电压在11,8秒内从1到XNUMXV平滑增加。 这消除了通过灯的冷灯丝的急剧电流浪涌，从而显着（有时是数倍）延长了其使用寿命。
在第一时刻，以及随着整流电压的每个后续半周期的到来，微电路由 VD3 齐纳二极管上的参量稳定器通过 VD2 二极管供电。 如果直接从230V网络供电而不使用相功率调节器（调光器），则不需要R1-R3C5电路。 进入工作模式后，微电路另外通过 d2VD4VD5 电路从半桥的输出供电。 刚启动后，微电路内部时钟发生器的频率约为125kHz，远高于输出电路C13C14T1的频率，因此变压器T1次级绕组上的电压较小。 微电路内部振荡器由电压控制，其频率与电容C8两端的电压成反比。 接通后，该电容器立即开始通过微电路的内部电流源充电。 随着其上电压的增加，微电路发生器的频率将成比例地降低。 当电容器上的电压达到 5 V（接通后约 1 s）时，频率将降低至约 35 kHz 的工作值，变压器输出端的电压将达到标称值 11,8 V。软启动是这样实现的，完成后，DA1微电路进入工作模式，其中DA3的引脚1可以用来控制输出功率。 如果在电容C8上并联一个100kΩ的可变电阻，就可以通过改变DA3第1脚的电压来控制输出电压，调节灯的亮度。 当DA3芯片1脚电压从0V变化到5V时，产生频率将从60kHz变化到30kHz（60V时输出电压最小为0kHz，30V时输出电压最大为5kHz）。 DA4芯片的CS输入（引脚1）是内部误差信号放大器的输入，用于控制半桥输出处的负载电流和电压。 如果负载电流急剧增加，例如在短路期间，电流传感器（电阻器 R12 和 R13）以及 DA4 引脚 1 上的压降将超过 0,56 V，内部比较器将切换并停止时钟发生器。 如果发生负载断路，半桥输出端的电压可能会超过晶体管VT1和VT2的最大允许电压。 为了避免这种情况，阻容分压器 C7R10 通过 VD9 二极管连接到 CS 输入。 当电阻器R9两端的电压超过阈值时，发电也停止。 IR2161S 芯片的工作模式在[1]中有更详细的讨论。 您可以计算这两种选项的输出变压器的绕组匝数，例如，使用简单的计算方法[2]，您可以使用目录[3]选择适合整体功率的磁路。 根据[2]，初级绕组的匝数为 NI =（你最大限度吨最大0) / (2 S B最大), 你在哪里最大限度 - 最大电源电压，V； 吨最大0 ——晶体管开启状态的最长时间，μs； S——磁芯横截面积，mm2; 乙最大- 最大感应，Tl。 次级绕组匝数 NII = N.I /k 其中 k 是变换比，在我们的例子中，我们可以取 k = 10。 第一种电子变压器的印刷电路板图（见图4）如图6所示。 7、元件的位置——如图。 8、组装好的板子外观如图所示。 1,5. 覆盖。 电子变压器组装在一侧层压玻璃纤维制成的板上，厚度为1毫米。 所有表面安装元件都安装在印刷导体的一侧，输出元件安装在电路板的另一侧。 大部分部件（晶体管VT2、VT1、变压器T1、动态电阻VS1、电容器C5-C9、C10、C8）将来自用于T4型荧光灯的廉价大容量电子镇流器，例如Tridonic PC18x8 T236、Fintar 418/418、 Cimex CSVT 236P、Komtex EFBL418 / 8、TDM Electric EB-T236-418 / 9 等，因为它们具有相似的电路和元件基础。 电容器 C10 和 C400 是金属膜聚丙烯，设计用于高脉冲电流和至少 4 V 的交流电压。 二极管 VD11 - 图 150 中允许反向电压至少为 XNUMX V 的任何高速二极管。
变压器T1绕制在磁导率为2300±15%的环形磁路上，其外径为10,2毫米，内径为5,6毫米，厚度为5,3毫米。 绕组 III (5-6) 包含一匝，绕组 I (1-2) 和 II (3-4) - 三匝直径为 0,3 mm 的导线。 绕组 1-2 和 3-4 的电感应为 10...15 µH。 输出变压器T2绕在EV25/13/13（Epcos）磁路上，无无磁间隙，N27材料。 其初级绕组包含 76 匝 5x0,2 mm 电线。 次级绕组包含八匝 100x0,08 mm 利兹线。 初级绕组的电感为12±10%mH。 干扰抑制滤波器L1的电感绕在E19/8/5磁芯上，材质N30，每绕组包含130匝直径为0,25mm的导线。 您可以使用尺寸合适、电感为 30 ... 40 mH 的标准双绕组扼流圈。 电容器C1、C2，宜采用X级。 电子变压器第二个版本的印刷电路板图（见图5）如图9所示。 10、元件的位置——如图。 11. 该板也由一侧层压玻璃纤维制成，用于表面安装的元件位于印刷导体的一侧，输出元件位于另一侧。 成品装置外观如图所示。 12和图XNUMX XNUMX. 输出变压器 T1 缠绕在环形磁路 R29.5 (Epcos)、材料 N87 上。 初级绕组包含 81 匝直径为 0,6 毫米的导线，次级绕组包含 8 匝直径为 3x1 毫米的导线。 初级绕组的电感为18±10%mH，次级绕组的电感为200±10%mH。 变压器T1经计算最大功率可达150W，要连接这样的负载，晶体管VT1和VT2必须安装在散热器上 - 一块面积为16 ... 18 mm的铝板2，1,5 ... 2 毫米厚。 然而，在这种情况下，将需要对印刷电路板进行相应的改变。 此外，输出变压器可以从该设备的第一个版本开始使用（您需要在板上添加孔以实现不同的引脚排列）。 晶体管 STD10NM60N（VT1、VT2）可以用 IRF740AS 或类似产品替换。 齐纳二极管 VD2 的功率必须至少为 1 W，稳定电压为 15,6 ... 18 V。电容器 C12 优选为额定直流电压为 1000 V 的圆盘陶瓷。电容器 C13、C14 为金属膜聚丙烯，专为高脉冲电流和不低于 400 V 的交流电压而设计。 每个电阻电路R4-R7、R14-R17、R18-R21可以用一个具有适当阻值和功率的输出电阻来替换，但这需要改变印刷电路板。
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