Transformator elektroniczny z O J E K T Y
P R regulacjÄ… mocy
Transformator
elektroniczny
z regulacjÄ… mocy
AVT-898
W artykule przedstawiamy
konstrukcjÍ nowoczesnego
transformatora elektronicznego
Niskona- on wykorzystywany prak-
z regulacjÄ… oddawanej mocy,
piÍciowe Å‚arÛw- tycznie w identycznej po-
ktÛrego parametry
ki halogenowe sÄ… staci prawie we wszystkich
zoptymalizowano pod kÄ…tem
coraz powszechniej wy- zasilaczach o tym przeznacze-
regulacji jasności świecenia
korzystywanym ürÛdÅ‚em niu. NapiÍcie sieci po odfiltro-
Å‚arÛwek halogenowych.
światła. Do ich zasilania po- waniu przez klasyczny układ fil-
czÄ…tkowo wykorzystywano kla- tru przeciwzakÅ‚Ûceniowego jest
syczne transformatory sieciowe, prostowane w mostku M1. Zasila
a obecnie przede wszystkim zasi- ono (bez odfiltrowania) układ
lacze impulsowe. Klasyczny im- samowzbudnego falownika pÛÅ‚-
pulsowy zasilacz do Å‚arÛwki ha- mostkowego, ktÛry tworzÄ… bipo-
logenowej, zwany popularnie larne tranzystory T1 i T2 stero-
îtransformatorem elektronicz- wane za pomocÄ… transformatora
nymî, jest ukÅ‚adem genialnie TR1 po stronie aktywnej oraz
prostym, choĘ nie wolnym od kondensatory C4 i C5 po stronie
ograniczeÒ. Jednym z nich jest pasywnej. Na wyjÅ›ciu ukÅ‚adu
brak mołliwości regulacji jasnoś- mostkowego włączony został
ci Å›wiecenia Å‚arÛwki. transformator impulsowy obniÅ‚a-
jÄ…cy wyjÅ›ciowe napiÍcie mostka
Dlaczego nie da siÍ do wartoÅ›ci nominalnej dla Å‚a-
regulowaĘ jasnoÅ›ci? rÛwki. Dodatnie sprzÍÅ‚enie zwrot-
Uproszczony schemat elekt- ne zapewniajÄ…ce oscylacje jest
ryczny typowego zasilacza Å‚arÛ- realizowane za pomocÄ… wÅ‚Ä…czone-
wek halogenowych (bez ukÅ‚adÛw go szeregowo z wyjÅ›ciem mostka
zabezpieczeÒ i filtru przeciwza- uzwojenia pierwotnego sterujÄ…ce-
kÅ‚Ûceniowego) przedstawiony jest go transformatora Tr1. UkÅ‚ad jest
na rys. 1. Niezwykła prostota zasilany wyprostowanym i nieod-
struktury ukÅ‚adu sprawia, iÅ‚ jest filtrowanym napiÍciem sieci,
Elektronika Praktyczna 1/2001
27
Transformator elektroniczny z regulacjÄ… mocy
nym obniłeniu wartości pojem-
ności C7, dla zachowania dułej
wartoÅ›ci wspÛÅ‚czynnika mocy
układu, regulator w działaniu po-
winien bowiem przypominaĘ au-
totransformator.
Opis działania regulatora
W zamyśle autora regulator po-
winien byĘ urządzeniem autono-
micznym, to znaczy takim, do
ktÛrego moÅ‚na doÅ‚Ä…czyĘ jeden
lub kilka fabrycznych zasilaczy
impulsowych o staÅ‚ym napiÍciu
wyjściowym. Zadaniem tego ukła-
du byłaby płynna regulacja na-
piÍcia wyjÅ›ciowego zasilacza,
w szerokich granicach i bez po-
garszania wspÛÅ‚czynnika mocy.
Rys. 1. Klasyczny transformator elektroniczny.
Mołna oczywiście wbudowaĘ re-
gulator do wnÍtrza zasilacza im-
przede wszystkim dla zachowa- nie pozwala na poprawnÄ… i wy- pulsowego. Czytelnik, ktÛry zde-
nia duÅ‚ej wartoÅ›ci wspÛÅ‚czynnika godnÄ… regulacjÍ jasnoÅ›ci Å›wiece- cyduje siÍ na takie rozwiÄ…zanie
mocy. CzÍstotliwośĘ pracy jest nia Å‚arÛwki, gdyÅ‚ prÛby manipu- bÍdzie musiaÅ‚ jedynie uporaĘ siÍ
rzÍdu 30..40kHz. lacji staÅ‚Ä… czasu obwodu starto- z problemem zasilania ukÅ‚adu
Po wÅ‚Ä…czeniu zasilania ukÅ‚ad wego R1, C1 pogarszajÄ… wspÛÅ‚- regulatora.
niestety nie wzbudza siÍ automa- czynnik mocy zasilacza i nigdy Praca autonomiczna regulatora
tycznie i drgania oscylatora mu- nie doprowadzą do regulacji wymaga zdublowania na wejściu
szÄ… zostaĘ zainicjowane w sposÛb w wystarczajÄ…co szerokim zakre- ukÅ‚adu filtru przeciwzakÅ‚Ûcenio-
wymuszony. UkÅ‚ad startowy skÅ‚a- sie, a rozwiÄ…zanie polegajÄ…ce np. wego oraz prostownika. Na szczÍÅ›-
da siÍ z dwÛjnika R1, C1 oraz na wykonaniu odczepÛw na cie fakt, iÅ‚ elementy te istniejÄ…
diaka. W miarÍ jak roÅ›nie napiÍ- uzwojeniu pierwotnym Tr2 trud- juÅ‚ w gotowych transformatorach
cie zasilajÄ…ce falownik, roÅ›nie teÅ‚ no obecnie uznaĘ za eleganckie nie ma wpÅ‚ywu na pracÍ regu-
napiÍcie na pojemnoÅ›ci C1. i wygodne. latora.
W chwili, gdy osiÄ…gnie ono prÛg Jak wspomniaÅ‚em, ukÅ‚ad jest
przełączania diaka, kondensator Jak zatem wykonaĘ zasilany wyprostowanym i nieod-
C1 rozÅ‚adowuje siÍ poprzez zÅ‚Ä…- regulacjÍ? filtrowanym napiÍciem sieci, a na
cze B-E tranzystora T2 zakÅ‚ÛcajÄ…c RegulacjÍ jasnoÅ›ci Å›wiecenia jego wyjÅ›ciu wystÍpuje napiÍcie
na chwilÍ symetriÍ mostka i roz- Å‚arÛwki moÅ‚na przeprowadziĘ za o takim samym ksztaÅ‚cie, ale
poczynajÄ…c generacjÍ drgaÒ. Po pomocÄ… ukÅ‚adu o schemacie o mniejszej i regulowanej amplitu-
starcie falownika dioda D2 nie przedstawionym na rys. 2. Nie- dzie.
pozwala na naładowanie pojem- trudno zauwałyĘ, ił jest to nieco Regulator jest układem pośred-
noÅ›ci C1, co skutecznie blokuje zmodyfikowany ukÅ‚ad stabilizato- nim miÍdzy zasilaczem obniÅ‚ajÄ…-
ukÅ‚ad startowy. ra obniÅ‚ajÄ…cego napiÍcie (ang. cym napiÍcie a ukÅ‚adem ürÛdÅ‚a
Naleły zauwałyĘ, ił proces buck regulator), sterowany za po- prądowego zasilającego falownik
uruchamiania powtarza siÍ w mocÄ… popularnego ukÅ‚adu modu- pÛÅ‚mostkowy. UkÅ‚ad ürÛdÅ‚a prÄ…-
kaÅ‚dym pÛÅ‚okresie napiÍcia sieci, latora szerokoÅ›ci impulsÛw. Mo- dowego w tym zastosowaniu,
a wiÍc 100 razy na sekundÍ. dyfikacja ukÅ‚adu polega na znacz- a wiÍc przy ukÅ‚adzie samowzbud-
Poniewał falownik jest zasilany
napiÍciem nieodfiltrowanym, co
10ms jego chwilowe napiÍcie za-
silania osiąga wartośĘ zero, co
powoduje zerwanie drgaÒ i ko-
niecznośĘ ponownego startowa-
nia. NapiÍcie progowe diaka (w
95% konstrukcji jest to DB3
STMicroelectronics) wynosi 32V.
UwzglÍdniajÄ…c opÛünienie wno-
szone przez obwÛd R1 i C1, prÛg
napiÍcia zasilania, przy ktÛrym
ukÅ‚ad uruchamia siÍ wynosi oko-
Å‚o 40V.
Teraz jest oczywiste, Å‚e to
właśnie prostota tej konstrukcji
Rys. 2. Regulator mocy w transformatorze elektronicznym.
Elektronika Praktyczna 1/2001
28
Transformator elektroniczny z regulacjÄ… mocy
popularny dwuwatowy transfor-
mator sieciowy, co jest z pewnoÅ›-
ciÄ… rozwiÄ…zaniem prostym, ale
mołe nie najelegantszym. Z zasi-
laniem, szczegÛlnie w przypadku
urzÄ…dzenia autonomicznego, jest
pewien kłopot, gdył niestety nie
mołna zrealizowaĘ go dokładając
do dławika DL2 dodatkowe uzwo-
jenie. Przy wspÛÅ‚czynniku wypeÅ‚-
nienia impulsu bardzo bliskim
jedności (jasnośĘ maksymalna)
nie bÍdzie ono w stanie dostar-
czyĘ dostatecznej energii kontro-
Rys. 3. Zasada działania układu regulatora mocy.
lerowi.
nym falownika pÛÅ‚mostkowego, istotne z uwagi na moÅ‚liwośĘ MontaÅ‚ i uruchomienie
stosowanym w zasilaczu Å‚arÛwko- uzyskania maksymalnej jasnoÅ›ci UkÅ‚ad regulatora jest prosty,
wym, byÅ‚by kÅ‚opotliwy w wyko- Å›wiecenia Å‚arÛwki. W ukÅ‚adzie montaÅ‚ typowy i z pewnoÅ›ciÄ… nie
naniu, dlatego taka koncepcja re- modelowym zastosowany zostaÅ‚ sprawi kÅ‚opotÛw. Schemat mon-
gulatora wydaje siÍ autorowi op- tani i popularny sterownik taÅ‚owy pÅ‚ytki drukowanej jest
tymalna. UC3842, w ktÛrym dokonano widoczny na rys. 5. Jedynym
NapiÍcie wyjÅ›ciowe z mostka przeÅ‚Ä…czenia trybu pracy na na- problemem jest, jak zwykle, dÅ‚a-
D1..D4 jest ìsiekaneî z czÍstotli- piÍciowy za pomocÄ… dzielnika wik. JeÅ›li uda siÍ go kupiĘ (nawet
wością około 40kHz na szereg R7, R6 (chip ten nie jest o zbliłonej wartości indukcyjnoś-
impulsÛw o amplitudzie rÛwnej ìtypowymî ukÅ‚adem PWM). Za- ci) moÅ‚na uÅ‚yĘ go w ukÅ‚adzie
chwilowej wartoÅ›ci napiÍcia sieci letÄ… wybranego sterownika jest regulatora. JeÅ›li nie - dÅ‚awik trze-
i wspÛÅ‚czynniku wypeÅ‚nienia re- wysoka wydajnośĘ prÄ…dowa za- ba wykonaĘ samodzielnie. Do wy-
gulowanym pÅ‚ynnie za pomocÄ… wartego w strukturze drivera konania dÅ‚awika potrzebny bÍdzie
potencjometru w zakresie od oko- (rzÍdu 1A), co pozwala na uÅ‚y- rdzeÒ typu ETD34 z materiaÅ‚u
Å‚o 25% do blisko 97% (rys. 3). cie w charakterze klucza prak- 3C8 lub 3F3 ze szczelinÄ… powie-
Tak uksztaÅ‚towane impulsy poda- tycznie wiÍkszoÅ›ci popularnych trznÄ… 0,5mm (Al=260), drut nawo-
wane sÄ… na wyjÅ›ciowy filtr dol- MOSFET-Ûw mocy na napiÍcie jowy o Å›rednicy 1mm i nieco folii
noprzepustowy LC (DL2, C7 - rys. 500V. Elementy R5 i C5 ustalajÄ… poliestrowej do izolowania nawi-
4), ktÛry usuwa skÅ‚adowe wyso- czÍstotliwośĘ pracy ukÅ‚adu, a R4 niÍtych warstw. PoniewaÅ‚ dÅ‚awik
koczÍstotliwoÅ›ciowe z sygnaÅ‚u ogranicza dolny zakres regulacji ma jedno uzwojenie (40 zwojÛw),
wyjÅ›ciowego. CharakterystycznÄ… wspÛÅ‚czynnika wypeÅ‚nienia. nie ma problemu z poczÄ…tkami
cechÄ… ukÅ‚adu, odrÛÅ‚niajÄ…cÄ… go od Do pracy kontrolera PWM po- i koÒcami, a koÒce drutu wystar-
typowego regulatora obniłającego, trzebne jest zasilanie. W opisy- czy przylutowaĘ do karkasu zgod-
jest mała wartośĘ pojemności C7. wanym układzie dodany został nie z rys. 6. Istotne jest, aby
Nie mołe ona byĘ duła,
gdyÅ‚ wtedy napiÍcie
wyjściowe zostałoby od-
filtrowane i wypadkowy
wspÛÅ‚czynnik mocy
układu uległby znaczne-
mu pogorszeniu. Z kolei
za mała wartośĘ tej po-
jemności powodowałaby
zÅ‚e odfiltrowanie wysokoczÍstotli-
wościowych składowych sygnału
wyjściowego.
Sterowanie jasnością odbywa
siÍ poprzez zmianÍ wspÛÅ‚czyn-
nika wypełnienia impulsu steru-
jÄ…cego tranzystorem kluczujÄ…cym
T1. Do sterowania tranzystora
mołna wykorzystaĘ jeden z wie-
lu dostÍpnych na rynkÛw sca-
lonych sterownikÛw PWM. WaÅ‚-
ne jest jedynie, aby charaktery-
zowaÅ‚ siÍ on duÅ‚Ä… wartoÅ›ciÄ…
maksymalnego wspÛÅ‚czynnika
wypełnienia impulsu, co jest
Rys. 4. Schemat elektryczny regulatora.
Elektronika Praktyczna 1/2001
29
Transformator elektroniczny z regulacjÄ… mocy
WYKAZ ELEMENTÓW
wersja 200W
Rezystory
R1: 1M&!
R2, R6: 10k&!
R3: 33&!/0,5W
R4: 3,9k&!
R5: 15k&!
R7: 27k&!
Kondensatory
C1, C2: 100nF/250VAC (400VDC)
C3: 47nF/63V
C4: 4,7nF/63V
C5: 2,2nF/63V poliestrowy
C6: 220µF/25V
C7: 220nF/400V
Półprzewodniki
U1: UC3842
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
T1: STP8N50
D1..D4: 1N5406
uzwojenie nawijaĘ starannie, zwÛj szczelinÄ… powietrznÄ…, istnieje
D5: BYT 13-600
przy zwoju, izolujÄ…c starannie prawdopodobieÒstwo, Å‚e poza
D6..D9: 1N4148
kaÅ‚dÄ… warstwÍ foliÄ…. Dobre rezul- pewnÄ… znanÄ… firmÄ… wysyÅ‚kowÄ…
taty daje teł lakierowanie kałdej (znaną m.in. z opasłego katalogu), Różne
z warstw lakierem uretanowym trudno bÍdzie nabyĘ ksztaÅ‚tkÍ DL1: DpsU21L21/3 (ZEI Polfer) lub
w aerozolu (oczywiście plus do ETD34 ze szczeliną. W takiej sy- podobny
tego folia!). NiestarannośĘ pracy tuacji dławik DL2 naleły wykonaĘ DL2: rdzeń ETD34 3C8, szczelina
0,5mm plus karkas, uzwojenia wg
moÅ‚e objawiĘ siÍ przebiciami miÍ- na rdzeniu kubkowym.
opisu w tekście lub M30/19 F2001/
dzywarstwowymi, co z pewnoÅ›ciÄ… Potrzebny bÍdzie rdzeÒ M30/
Al=630
nie wniesie nic dobrego do pracy 19 z materiału F2001 (lub 3C8
Tr: TS2/56
układu. w przypadku zagranicznego) i sta-
radiator dla T1
Po nawiniÍciu naleÅ‚y prowizo- Å‚ej Al=630. Na karkasie nawijamy
rycznie wÅ‚oÅ‚yĘ do karkasu poÅ‚Ûw- wtedy 25 zwojÛw drutu o Å›redni- zÅ‚Ä…czki ARK
ki rdzenia i skontrolowaĘ induk- cy 1mm. Po załołeniu koszulek oprawka bezpiecznika
cyjnośĘ. Gdy zmierzona wartośĘ izolujÄ…cych na koÒce uzwojenia
bezpiecznik zwłoczny 2A
bÍdzie siÍ zawieraÅ‚a pomiÍdzy dÅ‚awik bÍdzie moÅ‚na uznaĘ za
potencjometr liniowy 4,7k&!
350 a 500 mikrohenrÛw, nawija- gotowy do sprawdzenia.
nie moÅ‚na uznaĘ za zakoÒczone Zmontowany ukÅ‚ad obciÄ…Å‚amy
i rdzeÒ trzeba skleiĘ (Å‚ywica epok- transformatorem do Å‚arÛwek ha- czystÄ… rezystancjÄ…. Prostowanie
sydowa itp. klej). logenowych (z Å‚arÛwkÄ… - maksy- napiÍcia wyjÅ›ciowego, a w szcze-
PoniewaÅ‚ handlowcy zajmujÄ…- malne dopuszczalne obciÄ…Å‚enie re- gÛlnoÅ›ci prÛba jego odfiltrowania
cy siÍ magnetykami wyjÄ…tkowo gulatora wynosi 200W) lub jest w zasadzie rÛwnoznaczna ze
rzadko wpadają na pomysł, aby w przypadku braku tego elementu spaleniem zasilacza. Ta sama uwa-
mieĘ w ofercie magnetyki ze zwykÅ‚Ä… Å‚arÛwkÄ… 220V/100W i wÅ‚Ä…- ga dotyczy duetu regulator-trans-
czamy do sieci. åwiecenie Å‚arÛw- formator. UprzedzajÄ…c pytania czy-
ki powinno byĘ bez drÅ‚enia i mi- telnikÛw odpowiadam, Å‚e nie da
gotania, a prÛby manipulacji po- siÍ zrobiĘ w ten sposÛb zasilacza
tencjometrem powinny skutkowaĘ napiÍcia staÅ‚ego.
zmianami jasności. Poniewał regulator jest połą-
Przy braku świecenia trzeba czony galwanicznie z siecią ener-
sprawdziĘ wartośĘ napiÍcia zasi- getycznÄ…, przy wszelkich prÛbach
lania kontrolera (16..24V), obec- i uruchamianiu naleły zachowaĘ
nośĘ impulsÛw sterujÄ…cych na wyjÄ…tkowÄ… ostroÅ‚nośĘ. OÅ› poten-
bramce T1, aÅ‚ wreszcie sam klucz cjometru regulujÄ…cego rÛwnieÅ‚
i napiÍcie na C6. Na zakoÒczenie musi zostaĘ wyposaÅ‚ona w po-
moÅ‚na dobraĘ wartośĘ rezystancji krÍtÅ‚o z tworzywa sztucznego.
R4 tak, aby uzyskaĘ połądaną Robert Magdziak, AVT
minimalną jasnośĘ świecenia (przy
finalnym obciąłeniu). Wzory płytek drukowanych w for-
Na koniec drobna uwaga. macie PDF sÄ… dostÍpne w Internecie
Z powodu specyficznej konstruk- pod adresem: http://www.ep.com.pl/
cji ìtransformatora elektroniczne- pcb.html oraz na pÅ‚ycie CD-EP01/
Rys. 6. Podłączenie wyprowadzeń
goî moÅ‚na go tylko obciÄ…Å‚aĘ 2001 w katalogu PCB.
dławika
Elektronika Praktyczna 1/2001
30