Transformator elektroniczny z O J E K T Y
P R regulacją mocy
Transformator
elektroniczny
z regulacją mocy
AVT-898
W artykule przedstawiamy
konstrukcj� nowoczesnego
transformatora elektronicznego
Niskona- on wykorzystywany prak-
z regulacją oddawanej mocy,
pi�ciowe łar�w- tycznie w identycznej po-
kt�rego parametry
ki halogenowe są staci prawie we wszystkich
zoptymalizowano pod kątem
coraz powszechniej wy- zasilaczach o tym przeznacze-
regulacji jasności świecenia
korzystywanym �r�dłem niu. Napi�cie sieci po odfiltro-
łar�wek halogenowych.
światła. Do ich zasilania po- waniu przez klasyczny układ fil-
czątkowo wykorzystywano kla- tru przeciwzakł�ceniowego jest
syczne transformatory sieciowe, prostowane w mostku M1. Zasila
a obecnie przede wszystkim zasi- ono (bez odfiltrowania) układ
lacze impulsowe. Klasyczny im- samowzbudnego falownika p�ł-
pulsowy zasilacz do łar�wki ha- mostkowego, kt�ry tworzą bipo-
logenowej, zwany popularnie larne tranzystory T1 i T2 stero-
�transformatorem elektronicz- wane za pomocą transformatora
nym�, jest układem genialnie TR1 po stronie aktywnej oraz
prostym, choĘ nie wolnym od kondensatory C4 i C5 po stronie
ogranicze�. Jednym z nich jest pasywnej. Na wyjściu układu
brak mołliwości regulacji jasnoś- mostkowego włączony został
ci świecenia łar�wki. transformator impulsowy obniła-
jący wyjściowe napi�cie mostka
Dlaczego nie da si� do wartości nominalnej dla ła-
regulowaĘ jasności? r�wki. Dodatnie sprz�łenie zwrot-
Uproszczony schemat elekt- ne zapewniające oscylacje jest
ryczny typowego zasilacza łar�- realizowane za pomocą włączone-
wek halogenowych (bez układ�w go szeregowo z wyjściem mostka
zabezpiecze� i filtru przeciwza- uzwojenia pierwotnego sterujące-
kł�ceniowego) przedstawiony jest go transformatora Tr1. Układ jest
na rys. 1. Niezwykła prostota zasilany wyprostowanym i nieod-
struktury układu sprawia, ił jest filtrowanym napi�ciem sieci,
Elektronika Praktyczna 1/2001
27
Transformator elektroniczny z regulacją mocy
nym obniłeniu wartości pojem-
ności C7, dla zachowania dułej
wartości wsp�łczynnika 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
kt�rego mołna dołączyĘ jeden
lub kilka fabrycznych zasilaczy
impulsowych o stałym napi�ciu
wyjściowym. Zadaniem tego ukła-
du byłaby płynna regulacja na-
pi�cia wyjściowego zasilacza,
w szerokich granicach i bez po-
garszania wsp�łczynnika mocy.
Rys. 1. Klasyczny transformator elektroniczny.
Mołna oczywiście wbudowaĘ re-
gulator do wn�trza zasilacza im-
przede wszystkim dla zachowa- nie pozwala na poprawną i wy- pulsowego. Czytelnik, kt�ry zde-
nia dułej wartości wsp�łczynnika godną regulacj� jasności świece- cyduje si� na takie rozwiązanie
mocy. Cz�stotliwośĘ pracy jest nia łar�wki, gdył pr�by manipu- b�dzie musiał jedynie uporaĘ si�
rz�du 30..40kHz. lacji stałą czasu obwodu starto- z problemem zasilania układu
Po włączeniu zasilania układ wego R1, C1 pogarszają wsp�ł- regulatora.
niestety nie wzbudza si� automa- czynnik mocy zasilacza i nigdy Praca autonomiczna regulatora
tycznie i drgania oscylatora mu- nie doprowadzą do regulacji wymaga zdublowania na wejściu
szą zostaĘ zainicjowane w spos�b w wystarczająco szerokim zakre- układu filtru przeciwzakł�cenio-
wymuszony. Układ startowy skła- sie, a rozwiązanie polegające np. wego oraz prostownika. Na szcz�ś-
da si� z dw�jnika R1, C1 oraz na wykonaniu odczep�w na cie fakt, ił elementy te istnieją
diaka. W miar� jak rośnie napi�- uzwojeniu pierwotnym Tr2 trud- juł w gotowych transformatorach
cie zasilające falownik, rośnie teł no obecnie uznaĘ za eleganckie nie ma wpływu na prac� regu-
napi�cie na pojemności C1. i wygodne. latora.
W chwili, gdy osiągnie ono pr�g Jak wspomniałem, układ jest
przełączania diaka, kondensator Jak zatem wykonaĘ zasilany wyprostowanym i nieod-
C1 rozładowuje si� poprzez złą- regulacj�? filtrowanym napi�ciem sieci, a na
cze B-E tranzystora T2 zakł�cając Regulacj� jasności świecenia jego wyjściu wyst�puje napi�cie
na chwil� symetri� mostka i roz- łar�wki mołna przeprowadziĘ za o takim samym kształcie, ale
poczynając generacj� drga�. Po pomocą układu 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-
ności C1, co skutecznie blokuje zmodyfikowany układ stabilizato- nim mi�dzy zasilaczem obniłają-
układ startowy. ra obniłającego napi�cie (ang. cym napi�cie a układem �r�dła
Naleły zauwałyĘ, ił proces buck regulator), sterowany za po- prądowego zasilającego falownik
uruchamiania powtarza si� w mocą popularnego układu modu- p�łmostkowy. Układ �r�dła prą-
kałdym p�łokresie napi�cia sieci, latora szerokości impuls�w. Mo- dowego w tym zastosowaniu,
a wi�c 100 razy na sekund�. dyfikacja układu polega na znacz- a wi�c przy układzie samowzbud-
Poniewał falownik jest zasilany
napi�ciem nieodfiltrowanym, co
10ms jego chwilowe napi�cie za-
silania osiąga wartośĘ zero, co
powoduje zerwanie drga� i ko-
niecznośĘ ponownego startowa-
nia. Napi�cie progowe diaka (w
95% konstrukcji jest to DB3
STMicroelectronics) wynosi 32V.
Uwzgl�dniając op��nienie wno-
szone przez obw�d R1 i C1, pr�g
napi�cia zasilania, przy kt�rym
układ uruchamia si� wynosi oko-
ło 40V.
Teraz jest oczywiste, łe to
właśnie prostota tej konstrukcji
Rys. 2. Regulator mocy w transformatorze elektronicznym.
Elektronika Praktyczna 1/2001
28
Transformator elektroniczny z regulacją mocy
popularny dwuwatowy transfor-
mator sieciowy, co jest z pewnoś-
cią rozwiązaniem prostym, ale
mołe nie najelegantszym. Z zasi-
laniem, szczeg�lnie w przypadku
urządzenia autonomicznego, jest
pewien kłopot, gdył niestety nie
mołna zrealizowaĘ go dokładając
do dławika DL2 dodatkowe uzwo-
jenie. Przy wsp�łczynniku wypeł-
nienia impulsu bardzo bliskim
jedności (jasnośĘ maksymalna)
nie b�dzie ono w stanie dostar-
czyĘ dostatecznej energii kontro-
Rys. 3. Zasada działania układu regulatora mocy.
lerowi.
nym falownika p�łmostkowego, istotne z uwagi na mołliwośĘ Montał i uruchomienie
stosowanym w zasilaczu łar�wko- uzyskania maksymalnej jasności Układ regulatora jest prosty,
wym, byłby kłopotliwy w wyko- świecenia łar�wki. W układzie montał typowy i z pewnością nie
naniu, dlatego taka koncepcja re- modelowym zastosowany został sprawi kłopot�w. Schemat mon-
gulatora wydaje si� autorowi op- tani i popularny sterownik tałowy płytki drukowanej jest
tymalna. UC3842, w kt�rym dokonano widoczny na rys. 5. Jedynym
Napi�cie wyjściowe z mostka przełączenia trybu pracy na na- problemem jest, jak zwykle, dła-
D1..D4 jest �siekane� z cz�stotli- pi�ciowy za pomocą dzielnika wik. Jeśli uda si� go kupiĘ (nawet
wością około 40kHz na szereg R7, R6 (chip ten nie jest o zbliłonej wartości indukcyjnoś-
impuls�w o amplitudzie r�wnej �typowym� układem PWM). Za- ci) mołna ułyĘ go w układzie
chwilowej wartości napi�cia sieci letą wybranego sterownika jest regulatora. Jeśli nie - dławik trze-
i wsp�łczynniku wypełnienia re- wysoka wydajnośĘ prądowa za- ba wykonaĘ samodzielnie. Do wy-
gulowanym płynnie za pomocą wartego w strukturze drivera konania dławika potrzebny b�dzie
potencjometru w zakresie od oko- (rz�du 1A), co pozwala na uły- rdze� typu ETD34 z materiału
ło 25% do blisko 97% (rys. 3). cie w charakterze klucza prak- 3C8 lub 3F3 ze szczeliną powie-
Tak ukształtowane impulsy poda- tycznie wi�kszości popularnych trzną 0,5mm (Al=260), drut nawo-
wane są na wyjściowy filtr dol- MOSFET-�w mocy na napi�cie jowy o średnicy 1mm i nieco folii
noprzepustowy LC (DL2, C7 - rys. 500V. Elementy R5 i C5 ustalają poliestrowej do izolowania nawi-
4), kt�ry usuwa składowe wyso- cz�stotliwośĘ pracy układu, a R4 ni�tych warstw. Poniewał dławik
kocz�stotliwościowe z sygnału ogranicza dolny zakres regulacji ma jedno uzwojenie (40 zwoj�w),
wyjściowego. Charakterystyczną wsp�łczynnika wypełnienia. nie ma problemu z początkami
cechą układu, odr�łniającą go od Do pracy kontrolera PWM po- i ko�cami, a ko�ce 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,
gdył wtedy napi�cie
wyjściowe zostałoby od-
filtrowane i wypadkowy
wsp�łczynnik mocy
układu uległby znaczne-
mu pogorszeniu. Z kolei
za mała wartośĘ tej po-
jemności powodowałaby
złe odfiltrowanie wysokocz�stotli-
wościowych składowych sygnału
wyjściowego.
Sterowanie jasnością odbywa
si� poprzez zmian� wsp�łczyn-
nika wypełnienia impulsu steru-
jącego tranzystorem kluczującym
T1. Do sterowania tranzystora
mołna wykorzystaĘ jeden z wie-
lu dost�pnych na rynk�w sca-
lonych sterownik�w PWM. Wał-
ne jest jedynie, aby charaktery-
zował si� on dułą wartością
maksymalnego wsp�łczynnika
wypełnienia impulsu, co jest
Rys. 4. Schemat elektryczny regulatora.
Elektronika Praktyczna 1/2001
29
Transformator elektroniczny z regulacją 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: 220�F/25V
C7: 220nF/400V
Półprzewodniki
U1: UC3842
Rys. 5. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.
T1: STP8N50
D1..D4: 1N5406
uzwojenie nawijaĘ starannie, zw�j szczeliną powietrzną, istnieje
D5: BYT 13-600
przy zwoju, izolując starannie prawdopodobie�stwo, łe poza
D6..D9: 1N4148
kałdą warstw� folią. Dobre rezul- pewną znaną firmą wysyłkową
taty daje teł lakierowanie kałdej (znaną m.in. z opasłego katalogu), Różne
z warstw lakierem uretanowym trudno b�dzie nabyĘ kształtk� 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
mołe objawiĘ si� przebiciami mi�- na rdzeniu kubkowym.
opisu w tekście lub M30/19 F2001/
dzywarstwowymi, co z pewnością Potrzebny b�dzie rdze� 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 nawini�ciu naleły prowizo- łej Al=630. Na karkasie nawijamy
rycznie włołyĘ do karkasu poł�w- wtedy 25 zwoj�w drutu o średni- złączki ARK
ki rdzenia i skontrolowaĘ induk- cy 1mm. Po załołeniu koszulek oprawka bezpiecznika
cyjnośĘ. Gdy zmierzona wartośĘ izolujących na ko�ce uzwojenia
bezpiecznik zwłoczny 2A
b�dzie si� zawierała pomi�dzy dławik b�dzie mołna uznaĘ za
potencjometr liniowy 4,7k&!
350 a 500 mikrohenr�w, nawija- gotowy do sprawdzenia.
nie mołna uznaĘ za zako�czone Zmontowany układ obciąłamy
i rdze� trzeba skleiĘ (ływica epok- transformatorem do łar�wek ha- czystą rezystancją. Prostowanie
sydowa itp. klej). logenowych (z łar�wką - maksy- napi�cia wyjściowego, a w szcze-
Poniewał handlowcy zajmują- malne dopuszczalne obciąłenie re- g�lności pr�ba jego odfiltrowania
cy si� magnetykami wyjątkowo gulatora wynosi 200W) lub jest w zasadzie r�wnoznaczna ze
rzadko wpadają na pomysł, aby w przypadku braku tego elementu spaleniem zasilacza. Ta sama uwa-
mieĘ w ofercie magnetyki ze zwykłą łar�wką 220V/100W i włą- ga dotyczy duetu regulator-trans-
czamy do sieci. �wiecenie łar�w- formator. Uprzedzając pytania czy-
ki powinno byĘ bez drłenia i mi- telnik�w odpowiadam, łe nie da
gotania, a pr�by manipulacji po- si� zrobiĘ w ten spos�b zasilacza
tencjometrem powinny skutkowaĘ napi�cia stałego.
zmianami jasności. Poniewał regulator jest połą-
Przy braku świecenia trzeba czony galwanicznie z siecią ener-
sprawdziĘ wartośĘ napi�cia zasi- getyczną, przy wszelkich pr�bach
lania kontrolera (16..24V), obec- i uruchamianiu naleły zachowaĘ
nośĘ impuls�w sterujących na wyjątkową ostrołnośĘ. Oś poten-
bramce T1, ał wreszcie sam klucz cjometru regulującego r�wnieł
i napi�cie na C6. Na zako�czenie musi zostaĘ wyposałona w po-
mołna dobraĘ wartośĘ rezystancji kr�tło 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 są dost�pne w Internecie
Z powodu specyficznej konstruk- pod adresem: http://www.ep.com.pl/
cji �transformatora elektroniczne- pcb.html oraz na płycie CD-EP01/
Rys. 6. Podłączenie wyprowadzeń
go� mołna go tylko obciąłaĘ 2001 w katalogu PCB.
dławika
Elektronika Praktyczna 1/2001
30