Почему не подойдут трансформаторы для галогенных ламп?
Выбирая оборудование светодиодного освещения или подсветки при обустройстве в своем доме, перед многими возникает проблема правильного выбора блока питания для обустраиваемой осветительной системы. Специалисты настоятельно советуют подключать к светодиодным приборам освещения только специализированные блоки питания.
Но у неспециалиста, который впервые сталкивается с подобной проблемой, возникает вполне естественный вопрос: «Почему к светодиодным светильникам нельзя подключать электронные трансформаторы от галогенных ламп?». Ведь на первый взгляд они обладают меньшими размерами, они меньше стоят, а мощность и выходное напряжение у них такое же, как и у специализированных блоков питания, подключаемых к светодиодным системам освещения.
Для начала немного теории. Тем же читателям, которым не интересны теоретические выкладки, мы рекомендуем переходить сразу к выводам по статье.
Подавляющее большинство современных источников питания по своей природе являются импульсными преобразователями. Их принципиальное отличие от линейных источников питания (они же аналоговые) заключается в разности частоты преобразования. Если линейные источники питания преобразовывали напряжение на частоте 50 Гц – частоте бытовой электросети, то импульсные преобразователи работают в диапазоне 30-50 килогерц. Благодаря этому удалось существенно уменьшить габариты и массу блоков питания, одновременно увеличив их КПД до 95%, который демонстрируют наиболее современные модели.
Чтобы более наглядно представлять разницу между блоком питания светодиодных ламп и электронных трансформаторов, необходимо разобраться с их внутренним устройством. Обратите внимание на структурную схему устройства электронного трансформатора:
На следующем рисунке мы видим, что переменный ток (220 В/50 Гц) поступает на входной выпрямитель. В большинстве случаев, это диодный мост (рис. А). Из выпрямителя переменный ток получает однополярные импульсы и удвоенную частоту – 100 Гц (рис. Б).
После этого напряжение поступает на каскад, составленный из ключевых транзисторов, введённые с помощью положительной обратной связи в режим генерации. Благодаря этому на выходе каскада создаются высокочастотные импульсы, имеющие амплитуду сетевого напряжения и частоту генерации. Следует особо отметить, что в указанной схеме далеко не во всех случаях возникает генерация. Для неё необходимы определённые условия, а именно, нахождение нагрузки электронного трансформатора в определённых границах, например, от тридцати до трёхсот ватт. А поскольку ключевой каскад запитывается импульсами с выхода выпрямителя, то высокочастотные колебания генератора получаются промодулированы импульсами частотой сто герц.
Таким образом формируется напряжение сложной формы, которое затем передаётся на понижающий трансформатор. На его выходе мы наблюдаем напряжение такой же формы, однако с величиной, адаптированной к питанию галогенной лампы. Отметим ещё, что источником света в галогенной лампе являются нити накаливания, а для них нет никакого значения форма питающего напряжения. Для них важно лишь существующее напряжение – средняя величина напряжения на некотором временном отрезке. Когда же в характеристике электронного трансформатора указано выходное напряжение в 12 В, то под этим подразумевается именно действующее напряжение.
На следующем рисунке вы видите реальные показатели осциллограммы, снятые на выходе электронного трансформатора, питающую электричеством галогенную лампу.
На рисунке А мы видим частоту выходящих из электронного трансформатора импульсов равных 55 килогерц. Эти импульсы обладают очень крутыми фронтами и амплитудным значением 17 В. На рисунке В отметим, что около 20% времени на выходе электронного трансформатора фиксируется практически нулевое напряжение – горизонтальные участки, разделяющие всплески напряжения.
Что будет, если напряжение подобной формы, будет подано на светодиодную лампу?
У любой светодиодной лампы имеется собственный встроенный драйвер, обеспечивающий оптимальный режим работы светодиода. Этот драйвер попытается сгладить видимые на рисунке В скачки напряжения, поскольку для работы светодиодной лампы необходимо только постоянное напряжение. Но именно из-за этого резко сокращается время надёжной работы драйвера.
Ниже на рисунке представлена структурная схема стабилизированного блока питания, работающего вместе со светодиодной лампой.
Первый блок – это рассмотренный выше входной выпрямитель. Напряжение с его выхода поступает на сглаживающий фильтр, после чего напряжение получает форму, показанную сплошной линией на ниже расположенном рисунке:
Мы видим, что на выходе фильтре практически отсутствуют пульсации, и поэтому форма напряжения максимально приближается к форме прямой линии.
Максимально выпрямленное напряжение поступают на силовые транзисторные ключи с подключённым к ним понижающим трансформатором. Похоже на электронный трансформатор? Но есть принципиальное отличие: работа ключей управляется специализированной микросхемой, в которую включены разные цепи управления, контроллер широтно-импульсной модуляции и задающий генератор.
Особенности применения в блоке питания широтно-импульсной модуляции заключаются в том, что изменение ширины коммутирующих импульсов, что подаются на силовые ключи, позволяют изменять напряжение на выходе блока питания. Значит, направляя сигнал с выхода блока питания на вход контроллера широтно-импульсной модуляции, мы можем стабилизировать выходное напряжение.
Выходное напряжение стабилизируется следующим образом. Если под воздействием внешнего воздействия выходное напряжение увеличивается, то сигнал об ошибке направляется с выхода блока питания на контроллер широтно-импульсной модуляции. После этого ширина импульсов сокращается, а выходное напряжение уменьшается, входя в нормальные границы. Если же выходное напряжение понижается, то ширина коммутирующих импульсов увеличивается. Именно благодаря описанному механизму выходное напряжение удерживается в границах нормы.
А раз в описанной схеме нет зависимости режима работы задающего генератора от внешних переменных факторов, то цепи стабилизации легко удерживают напряжение постоянным на всем диапазоне допустимой мощности нагрузки, допустим, от ноля до ста ватт.
Более того, наличествующая обратная связь стала дополнительной защитой от выхода из строя блока питания. В случае короткого замыкания, при возникновении критически высокого выходного напряжения или же резкого увеличения потребляемой мощности, то блок питания автоматически выключается. После того, как причина автоматического выключения исчезла, блок питания вновь включается в работу.
Разнополярные высокочастотные импульсы после понижающего трансформатора подаются на выпрямитель, в котором они преобразуются в однополярные импульсы. Последние сглаживаются в выходном фильтре, превращаясь в постоянное напряжение с низкоуровневой пульсацией.
Указанные меры фильтрации и стабилизации снижают показатель нестабильности постоянного напряжения на выходе блока питания до 3% от номинала, а напряжение пульсации снижается до 0,1 В.
Наконец, выходной фильтр имеет ещё и то положительное значение, что благодаря ему существенно уменьшается уровень электромагнитных помех, исходящих от блока питания, а особенно, от проводов, подключенных к его выходу.
ЗаключениеЭлектронные трансформаторы для галогенных ламп нельзя применять по отношению к светодиодному оборудованию по следующим причинам:
В характеристиках электронных трансформаторах указанные 12 В являются усреднённым показателем. Реально же на их выходе фиксируются короткие импульсы, достигающие 40 В.
Выходное напряжение электронных трансформаторов не выпрямлено и высокочастотно. Кроме того, содержит и отрицательные, и положительные импульсы.
Действующее на выходе напряжение электронного трансформатора нестабильно, поскольку на него сильно влияет входное напряжение электросети, мощность подключённой нагрузки и даже температура воздуха в помещении. Колебание выходного действующего напряжения могут происходить в диапазоне 11-16 В.
Электронный трансформатор не может работать с малыми нагрузками. В его паспорте, как правило, документируется верхние и нижние пределы допустимой мощности нагрузки, допустим 30-300 Вт.
Первые 3 пункта являются неминуемой причиной быстрого выхода из строя светодиодных ламп, в том числе, и уже при первом их включении. И эта поломка не будет рассмотрена в качестве гарантийного случая.
Заменяя галогенные лампы на светодиодные в уже смонтированных системах, кроме уже указанных первых трех случаях, необходимо брать во внимание ещё и четвёртый. Следует чётко понимать, что мощность галогенный ламп в десять раз превышает мощность светодиодных ламп. А это означает, что светодиоды будут в недостаточной степени нагружать электронный трансформатор, что приведет к его периодическому самовольному отключению. А может, он вообще не станет включаться именно из-за недостатка мощности.
Именно поэтому специалисты настоятельно рекомендуют при замене галогенных светильников на светодиодные менять ещё и блоки питания.
Следите за нашими новостями и акциями в соцсетях: