Расчет мощности понижающего трансформатора для светодиодных ламп 12В

Электронный трансформатор – это схема импульсного источника питания, в основу которой входит высокочастотный генератор, работающий на полупроводниковых ключах, и непосредственно сам трансформатор. Питание такой схемы обеспечивается стандартной сетью переменного тока с напряжением 220В, но на выходе действующее значение находится в области 12В. Сначала питание из электросетей подается на выпрямитель, а затем уже выпрямленное напряжение отправляется в узел генератора и силовых ключей.

Стандартный вариант реализации такой схемы – использование автогенераторного двухтактного типа, ключевой особенностью которого является отсутствие необходимости в использовании каких-либо специальных импульсных источников питания наподобие ШИМ-контроллеров. Автоматический генератор в данном случае переключает транзистор под воздействием напряжений, которые наводятся на обмотки трансформатора, а также обеспечивает положительную обратную связь.

Чтобы обеспечить нормальную работу светодиодных ламп, потребуется любой источник, обеспечивающий стабильное напряжение 12В на постоянной основе и минимизирующий пульсации. Для этого чаще всего используются именно упомянутые выше ИМС.

Обе схемы предусматривают использование интегрального ШИМ-контроллера, которым обеспечивается регулировка работы биполярных или полевых транзисторов. Помимо этого, выходной каскад схемы включает в себя выпрямитель, а также конденсаторы, которыми обеспечивается сглаживание пульсаций – они выступают в роли своеобразного фильтра.

В конечном итоге получается стабилизированный источник питания, пульсации которого соответствуют текущей нагрузке, а также емкости фильтрующих конденсаторов. При необходимости можно обеспечить его реализацию на автогенераторной схеме по аналогии с электронным трансформатором, используя дополнительно цепи обратной связи, чтобы обеспечить необходимую стабилизацию выходного напряжения.

Виды и строение трансформаторов на 12В

Современная промышленность выпускает два основных типа трансформаторов:

  1. Электромагнитные, или, как их еще называют, тороидальные. Такое название возникло из-за их формы, то есть кольца (или тороида), на котором установлена обмотка из большого количества витков медной проволоки. Они обладают значительным запасом надежности, а их цена достаточно невысока. Главный недостаток – большие размеры и вес (около 3-3,5 кг), что ограничивает их использование в системах освещения подвесных потолков, мебели и компактных лампах. Для них также характерны сильная восприимчивость к скачкам напряжения и перегрев.
  2. Электронные, или импульсные. Их явное преимущество – небольшие размеры, малый вес и наличие стабилизатора напряжения, что увеличивает срок службы подключенных к нему приборов. Большинство моделей импульсных трансформаторов обладает защитой от короткого замыкания, плавным пуском и отсутствием перегревания. Вследствие своих параметров такие приборы чаще всего используют для монтажа систем освещения в подвесных и натяжных потолках и мебели.

Электронный трансформатор преобразует 200 в 12 вольт

Принцип действия электронных трансформаторов заключается в преобразовании 220 вольт в 12 посредством электроники и полупроводниковых элементов.

Один из незначительных недостатков трансформаторов такого типа состоит в том, что их запрещено включать в сеть, если к ним не подключена достаточная нагрузка. Данный параметр указывается на корпусе изделия и в большинстве случаев составляет от 40 Вт.

Подключение при помощи обычного трансформатора

Использование обычного трансформатора в комплекте с диодным мостом и сглаживающим пульсации конденсатором является неплохим альтернативным вариантом питания светодиодных приборов. Схема работает в обычном режиме — трансформатор понижает напряжение до нужного значения, диодный мост выпрямляет его, а конденсатор устраняет пульсации, окончательно стабилизируя график.

Однако, у такой схемы есть серьезный недостаток — она не способна ограничивать силу тока. То есть, при последовательном подключении лампочек будет теряться яркость свечения — одно значение напряжения будет делиться на число светодиодных ламп. Если включить их параллельно, напряжение на каждой будет одинаковым, но ток потребления возрастет вдвое.

Важно! Если потребителей будет достаточно много, есть серьезная опасность сжечь источник питания (и хорошо, если дело ограничится только им). Это обстоятельство делает расчет и подключение блока питания на базе трансформатора довольно ответственным делом.

При подключении важно не перепутать контакты на обмотках трансформатора. Их предварительно прозванивают и отмечают маркером, чтобы не перепутать. Диодный мост либо собирают из отдельных элементов, либо используют готовые полупроводниковые сборки. При этом, важно сразу уточнить, какой тип имеется в наличии, так как существуют полумосты и полноценные сборки. Первые дают низкое напряжение и очень сильные пульсации, поскольку оставляют только колебания одной стороны графика. Вторые более предпочтительны, их график ровнее, а напряжение может быть выше.

Расчет первичной обмотки

При изготовлении своими руками трансформатора с 220 на 12 Вольт нужно правильно произвести расчет первичной (сетевой) обмотки. И только после этого можно начинать делать остальные. Если неверно сделаете расчет первичной, то устройство начнет греться, сильно гудеть, пользоваться им будет неудобно, да и опасно. Допустим, используется для намотки провод сечением 0,35 мм. На одном слое уместится 115 витков (50/(0,9 х 0,39)). Число слоев посчитать тоже несложно. Для этого достаточно общее количество витков разделить на то, сколько умещается в одном слое: 1000/115=8,69.

Теперь можно произвести расчет высоты каркаса вместе с обмотками. Первичная имеет восемь полных слоев, плюс к ней еще изоляция (толщина 0,1 мм): 8 х (0,1 + 0,74) = 6,7 мм. Чтобы не появились высокочастотные помехи, сетевая обмотка экранируется от остальных. Для экрана можно использовать простой провод – наматываете один слой, изолируете его и концы соединяете с корпусом. Допускается использовать и фольгу (конечно, она должна быть прочной). В общем, первичная обмотка нашего трансформатора займет 7,22 мм.

Для чего может использоваться напряжение 12 или 24 вольт в быту

В бытовых условиях зачастую используются источники электропитания низкого напряжения. От напряжения 12 или 24В постоянного тока DС запитываются переносные/стационарные электротехнические и электронные устройства, а также некоторые осветительные приборы:

  • аккумуляторные электродрели, шуруповерты и электропилы;
  • стационарные насосы для полива огородов;
  • аудио-видеотехника и радиоэлектронная аппаратура;
  • системы видеонаблюдения и сигнализации;
  • батареечные радиоприемники и плееры;
  • ноутбуки (нетбуки) и планшеты;
  • галогенные и LED-лампы, светодиодные ленты;

  • портативные ультрафиолетовые облучатели и портативное медицинское оборудование;
  • паяльные станции и электропаяльники;
  • зарядные устройства мобильных телефонов и повербанков;
  • слаботочные сети электропитания в местах с повышенной влажностью и системы ландшафтного освещения;
  • детские игрушки, елочные гирлянды, помпы аквариумов;
  • различные самодельные радиоэлектронные устройства, в том числе на популярной платформе Arduino.

Большинство устройств работает от батареек и Li-ion аккумуляторов, но использование товарных позиций не всегда оправдано с точки зрения эксплуатационных затрат. Заряжать аккумуляторные батареи можно 300–1500 раз, но гальванические элементы с большой энергоемкостью и низким током саморазряда стоят дорого. Заметно дешевле обойдется приобретение батареек, особенно солевых и щелочных, но такие элементы придётся часто менять. Тем более, что для обеспечения подающего напряжения 12 В понадобится 8 последовательно соединенных пальчиковых батареек (типа АА или ААА) или 1,5-вольтовых «таблеток» в корпусе типа 27А.

Поэтому в местах с доступом к бытовой сети 220 В 50 Гц для питания электроприемников с амперажом больше 0,1 А рациональнее использовать блок питания.

12 Вольт из 5 или другого пониженного постоянного напряжения

Также не будем исключать обратную ситуацию, когда из более низкого уровня напряжения вы можете его повысить, чтобы получить 12 Вольт. Этот пример доступен при наличии 5В в блоке питания персонального компьютера, зарядке для мобильного телефона и от всевозможных переходников и адаптеров под стандартную сеть.

Читайте также  Электрический ток в металлах

Для повышения постоянных 5 Вольт до уровня 12 Вольт зачастую применяются преобразователи напряжения. В качестве примера мы рассмотрим схему с применением преобразователя на базе микросхемы LM2577. Ее преимущества заключаются в использовании минимального числа компонентов для сборки, также существует несколько моделей со стабильным напряжением на выходе и регулируемый вариант. Единственным существенным недостатком является номинальный электрический ток в 0,8 А.

Пример схемы 12В из 5В

На рисунке выше приведен простой пример, как получить 12 Вольт с помощью микросхемы LM2577. От входных клемм через конденсатор C1 на ввод 5 и 3 микросхемы подается 5 Вольт. Величина на выходе с выводов 4 и 2 микросхемы регулируется соотношением резисторов R2 и R3. Следует отметить, что с практической стороны устройство получается маломощное, поэтому никаких систем принудительного охлаждения или дополнительных радиаторов для нее устанавливать не требуется.

12 Вольт из 24 Вольт или другого повышенного постоянного напряжения

Чтобы понизить напряжение постоянного тока из 24 Вольт в 12 Вольт можно использовать линейный или импульсный стабилизатор. Такая необходимость может возникнуть, если нужно запитать 12 В нагрузку от бортовой сети автобуса или грузовика напряжением в 24 В. Кроме того вы получите стабилизированное напряжение в сети автомобиля, которое часто изменяется. Даже в авто и мотоциклах с бортовой сетью в 12 В оно достигает 14,7 В при работающем двигателе. Поэтому эту схему можно использовать и для питания светодиодных лент и светодиодов на транспортных средствах.

Схема с линейным стабилизатором упоминалась в предыдущем пункте.

К ней можно подключить нагрузку током до 1-1,5А. Чтобы усилить ток, можно использовать проходной транзистор, но выходное напряжение может немного снизится – на 0,5В.

Подобным образом можно использовать LDO-стабилизаторы, это такие же линейные стабилизаторы напряжения, но с низким падением напряжения, типа AMS-1117-12v.

Или импульсные аналоги типа AMSR-7812Z, AMSR1-7812-NZ.

Схемы подключения аналогичны L7812 и КРЕНкам. Также эти варианты подойдут и для понижения напряжения от блока питания от ноутбука.

Эффективнее использовать импульсные понижающие преобразователи напряжения, например на базе ИМС LM2596. На плате подписаны контактные площадки In (вход +) и (- Out выход) соответственно. В продаже можно найти версию с фиксированным выходным напряжением и с регулируемым, как на фото сверху в правой части вы видите многооборотный потенциометр синего цвета.

Конструктивные особенности

Классический вид прибора для осуществления понижения подачи тока, состоит из двух обмоток, в комплектацию которых входит ферримагнитный сердечник и провод из медного материала. Первая катушка относится к первичной категории, она присоединяется непосредственно к источнику сети. Вторая – вторичная, соединяется с выходом нагрузочного аппарата.

Типичный образец заводского трансформатора

Принцип функционирования трансформатора 12 вольт заключается в следующих действиях:

  • Вольтаж, который подается на первичную обмотку и начинает генерировать по диаметру сердечника, переходя в переменное поле.
  • Индукция магнитного типа, на момент подключения к нагрузочному устройству, образует на выходах вторичной обмотки определенный уровень напряжения. При этом, от первичного элемента начет передаваться энергия в цепное устройство вторичной части.

Количество витков всех обмоток имеют прямое влияние на объем производящегося напряжения. Настраивая данное значение можно добиться необходимого показателя электротока на вторичной части и в результате получить повышающий или понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт.

Количество витков всех обмоток имеют прямое влияние на объем производящегося напряжения

На сегодняшний день большой популярностью пользуется электронный трансформатор, который изготовлен на основе полупроводниковых составляющих и интегральной системе. Изделие обладает множеством преимуществ:

  • компактные размерные параметры;
  • повышенный коэффициент полезного действия;
  • маленький вес;
  • низкий уровень шума;
  • отсутствие нагрева функционирующих элементов;
  • защитная опция от короткого замыкания.

Невзирая на большое количество плюсов электротехники, стандартный агрегат также активно используется благодаря высокой степени надежности, простым конструктивным особенностям.

ВИДЕО: Трансформатор 220 на 12 вольт

Ремонт трансформатора для галогенных ламп

При поломке преобразователя на 12В, его можно отремонтировать. Хотя многие электромеханики отказываются, ссылаясь на то, что легче купить новый.

Ремонт предусматривает проверку электронного прибора, выявление неисправности, их починку.

Для определения элемента, который сломался, необходим мультиметр. Также надо знать, какие цифры должны отображаться на экране при подключении к каждому элементу.

Каждый элемент должен проверяться отдельно, то есть выпаиваться. Иначе показатели будут недостоверны.

Проверка на исправность элементов электронного трансформатора:

  • Диоды. Они прозваниваются мультиметром в одну сторону. Для проверки щупом красного цвета прикасаются к плюсу, черного – минусу. Если мультиметр издает звук, значит диод рабочий. При накладывании щупалец в другом направлении, не должно ничего появляться. Если поступает звук, то диод получил пробой.
  • Транзистор. Он прозванивается в переходах к эмиттеру, коллектору.
  • Обмотка. Проверка обязательна двух ее видов. Отличительной чертой первичной обмотки – большее сопротивление.
  • Конденсаторы. Для проверки на мультиметре ставится сопротивление 2 тыс кОм. Щупы прикладываются к противоположным полюсам. Появление возрастающих цифр на циферблате измерительного прибора, свидетельствует от способности конденсатора накапливать заряд.

Вход и выход на электронном трансформаторе обозначен с оборотной стороны платы. PRI – вход, SEC – выход.

  • Термопредохранитель. Неисправность выявляется также путем прозвона. Если на экране отобразилась единица, то он неисправен, цепь оборвана. Причиной выхода из строя может служить износ.

При выявлении неисправности одного из элементов, следует заменить на исправный. Если другие элементы в полном порядке, то производится сборка преобразователя.

Советуем посмотреть видео-инструкцию: