Исследования электронного трансформатора
Автор ARV   
08.03.2008 г.

В продаже имеются очень дешевые «электронные трансформаторы», предназначенные для питания галогенных ламп (освещение витрин, шкафов и т.п.), например, такой:

Внутренний вид

Представляется привлекательным применить это устройство в качестве первичного преобразователя в любительских конструкциях, например, сделав его основой лабораторного источника питания. Однако остаются совершенно неизвестными реальные параметры таких изделий.

Размер этого девайса соизмерим с парой спичечных коробков. Внутри сие изделие выглядит так:

Внешний вид

Всем известно, что схема представляет простейший автогенераторный импульсный преобразователь. Причем цена этого устройства (в моем случае 70 рублей) явно меньше, чем сумма стоимостей деталей в розницу, поэтому самостоятельная сборка смысла не имеет, а значит и схема, в общем-то, не нужна (потому и не привожу ее). На блоке написано, что номинальное входное напряжение 220В, выходное 11,4В, номинальная мощность 10-50W, сила тока 0,23А. Если не задумываться, то параметры кажутся очень привлекательными для такого габарита: 60 Вт мощности! Однако, если задуматься, заметно противоречие: для тока 0,23А и номинального напряжения 11,4В получается мощность 2,6 Вт... Откуда 60?!

 

Я решил провести испытания, чтобы разобраться с реальностями и выяснить, насколько целесообразно применять эти «трансформаторы». Прежде всего, я снял осциллограмму напряжений на холостом ходу.

Опыт холостого хода
Опыт холостого хода

Не обращайте внимание на частоту, показанную на скриншоте дисплея осциллографа (465,94 Гц) - она не имеет отношения к реальности, т.к. форма сигнала весьма хаотична. Видно, что на холостом ходу трансформатор вырабатывает на выходе некую смесь импульсов, максимальная амплитуда которых достигает 12-13В, а эффективное напряжение при этом около 2В. Заметна несимметрия «положительных» и «отрицательных» импульсов. Возможно, это связано с различием параметров примененных транзисторов, возможно с чем-то еще...

Затем я нагрузил трансформатор на резистор 47 Ом.

Опыт нагрузки 0,28А
Опыт нагрузки 0,28А

Как видим, форма импульсов резко изменилась. Пиковая амплитуда возросла до 16В, а эффективное напряжение поднялось до 4,5В. Хочу предупредить, что эффективное значение в моих экспериментах вычислено математически по форме сигнала осциллографом. Генерация явно неустойчивая, хотя и более стабильная по сравнению с опытом холостого хода. Однако пока не наблюдается параметров даже близких к обещанным. Ну что ж, попробуем нагрузить трансформатор посильнее!

Опыт нагрузки 1,5А
Опыт нагрузки 1,5А
 

На этом скриншоте мы видим форму выходного напряжения при токе 1,5А. Хочу предупредить, что ток я измерял цифровым тестером средней ценовой категории, и могу предположить, что измеренное значение соответствует средневыпрямленному значению. Эффективное напряжение при такой нагрузке возросло почти до 9В, а амплитуда осталась на уровне 16В. Теперь частота преобразования стала более стабильной, ее импульсы более плотно заполняют форму «полуволн сети» 50 Гц (это и неудивительно, ведь сетевое напряжение выпрямляется и практически не сглаживается, а сразу преобразуется в высокочастотное импульсное). Судя по показаниям осциллографа, частота преобразования 8 кГц, хотя на слух никакого писка не слышно (осталось неясным: или осциллограф привирает из-за нестабильной формы импульсов, или транс проклеен хорошо). Можно было, конечно, рассмотреть и высокочастотные импульсы в деталях, но я счет это лишним, т.к. нас интересует практическое применение готового изделия, а не какие-то особенности его внутренних процессов, не так ли?

Переменное напряжение, какое бы оно ни было - это, конечно, хорошо, но для питания большинства конструкций требуется все-таки постоянное. Я сделал мост из четырех диодов HER801 (быстровосстанавливающиеся выпрямительные диоды) и установил конденсатор 16В 1000 мкФ. И повторил эксперименты.

 

На холостом ходу выпрямленное напряжение не содержало заметных пульсаций и достигало 18В (больше, чем допустимо для примененного конденсатора), поэтому эксперимент был кратким и осциллограммы я не снял. Но можно сделать вывод, что фактически амплитуда импульсов перед выпрямителем была выше ранее обнаруженных осциллографом 12-13В.

После подключения нагрузки 47 Ом напряжение стало 13,8В по осциллографу и 13,1В по мультиметру. Расчетный ток при этом был 0,28А, что близко к обозначенному на корпусе номинальному значению. Форма напряжения при этом была такая:

Нагрузка 0,28А с выпрямителеи и фильтром
Нагрузка 0,28А с выпрямителеи и фильтром

Амплитуда пульсаций до 2,6В.

Под нагрузкой в 1,5А форма ухудшилась, пульсации стали до 8В:

Нагрузка 1,5А с выпрямителеи и фильтром
Нагрузка 1,5А с выпрямителеи и фильтром

При этом эффективное значение напряжения стало 11,2В, а мультиметр показал 10,3В. Я оставил блок с выпрямителем включенными с такой нагрузкой на 15 минут, чтобы выяснить, как ему понравится ток в 1,5А. Нагрева элементов самого «трансформатора» было не заметно, а диоды выпрямителя (без радиаторов, лежали просто на столе, т.е. условия для охлаждения наихудшие были) нагрелись примерно до 50 градусов - прикосновение удовольствия не доставляло, но терпеть вполне можно было.

Приятная особенность этих «трансформаторов» - полная нечувствительность к коротким замыканиям - генерация при этом срывается, и блок может находиться в этом состоянии долго без всякого вреда. Правда, лично я длительные КЗ не устраивал.

Какие же выводы можно сделать по результатам экспериментов?

Во-первых, осталось невыясненным, откуда производители взяли мощность 60 Вт. При токе нагрузки в 1,5А, что почти в 6 раз (!) больше номинальной, мощность составила всего около 15Вт. При номинальном токе 0,28А мощность составила всего 3,6 Вт.

Во-вторых, при изменении тока нагрузки в 5 раз выходное напряжение «просело» всего на 3В, что говорит о весьма неплохой нагрузочной характеристике устройства. Простейшие расчеты позволяют нам прикинуть, что при линейном характере нагрузочной характеристики (свойственной обычным трансформаторам) максимум мощности окажется где-то при токе около 3А (напряжение при этом упадет примерно до 7В) и составит порядка 20 Вт, но никак не 60.

Два этих вывода позволяют сделать третий: устройство с выпрямителем и фильтром вполне аналогично обычному маломощному низкочастотному трансформатору с аналогичным выпрямителем и фильтром. Т.е. термин «электронный трансформатор» вполне оправдан. Для реальной мощности порядка 10-15Вт даже цена оказывается соизмеримой, хотя масса существенно ниже. Для чистоты эксперимента следовало бы снять аналогичные осциллограммы с НЧ-трансформатора, однако как выбрать «аналог»? Ведь вопрос о номинальной мощности остался открытым...

 

Я планирую продолжить эксперименты, в том числе проверить поведение этого устройства в совокупности с интегральным стабилизатором типа КР142ЕН5 или ЕН12. Если результат окажется удовлетворительным (а все предпосылки этого есть) - можно будет сделать окончательный вывод о целесообразности применения таких трансформаторов в любительских конструкциях.


Добавить в любимые (0) | Просмотров: 45588

  Коментарии (13)
 1 Написал(а) Неделев Сергей, в 00:02 09.03.2008
Проводил тоже эксперименты.На холостом ходу мерял вольтметром при подключенной обвязке(мост и кондёр),напряжение плывёт вниз.Нагрузку подключаю(чем больше,тем лучше(до номинала))-вольты стабильны. Мой вывод-использовать можно при подключенной нагрузке, соответствующей номиналу или несколько ниже.А хотелось-бы ниже. Может кто-нибуть сможет переделать схему, чтоб хотя-бы от 100mA Uвых было стабильно? Кстати, я использовал сей девайс в блоке питания с LM7805(нагрузка была постоянной,что-то около 1А),работает по сей день.
 2 Написал(а) Шаповалов А.Н., в 02:07 11.03.2008
Ага,блочок похоже перспективный. С год назад немного покопал его. 
Там есть маленький[U][/U]трансформатор, в цепях ОС, он и определяет нагрузочные и пусковые характеристики. Одна из его обмоток - просто перемычка проходящая через кольцо сердечника если сделать 1-2 витка то запуск происходит при меньшей нагрузке, но что будет тогда с напряжением при номинальной нагрузке, надо проверять. Кто попробует поделитесь?
 3 Написал(а) Шаповалов А.Н., в 02:20 11.03.2008
А что касается "0.28А", так зто ток входной, а не выходной: 220в*0.28А = 60 Вт при ном. нагрузке на выходе. А на выходе иметь должны:60Вт/12V = 5А так вот примерно. ить ;-) Закон Ома.
 4 Написал(а) ARV, в 07:46 11.03.2008
Блин, и правда :) Но в любом случае экспериментальные данные доказывают, что на выходе 60 Вт никак не получается - при 5А тока будет предположительно не более 4В (после моста и фильтра). К сожалению измерить по переменке ток не так-то просто из-за его импульсного характера.
 5 Написал(а) Шаповалов А.Н., в 23:36 12.03.2008
Если на лампочку выдает 50Вт, то и в постоянку должен выдать.
 6 Написал(а) Шаповалов А.Н., в 00:20 13.03.2008
Надо только диоды взять мощные (80-100Вт и высокочастотные Iимп.40-50А)т.к. хоть и сложно Iимп. измерять, но понятно что он сдесь в разы больше выпрямленного постоянного.Тогда и потерь на них будет меньше (греться не будут).Ну может вторичку чуть подмотать(в моем зкз.это был тор,10-12витков)
 7 Написал(а) ARV, в 11:04 13.03.2008
не ясно, откуда импульсный ток в разы больше выпрямленного, и куда он девается под нагрузкой. а диоды я брал HER801 - время восстановления 80 нс - куда еще быстрее-то?
 8 Написал(а) Шаповалов А.Н., в 20:46 13.03.2008
Iзаряда Сф прямоуг. имп., стремиться к бесконечности и ограничен Rвторички(сдесь зто мизер),а Сф - большая,плюс к этому еще и Iнагрузки. Отсюда и разы. И всё это через диоды моста(10000раз в секунду),раз они греются, знач.не те.:-)че тут думать-то!:-)
 9 Написал(а) ARV, в 19:04 14.03.2008
если высокочастотные пульсации напряжения на конденсаторе незаметны, то и импульсных токов громадных нет... хотя дросселек в фильтр надо будет поставить для эксперимента :)а диоды как раз практически не грелись: 50 градусов без охлаждения - разве это нагрев?
 10 Написал(а) Шаповалов А.Н., в 20:57 14.03.2008
Так поэтому имп.U и не видно,Сф для них К.З. устраивает, а где К.З.,там и ток.
 11 Написал(а) ARV, в 21:24 14.03.2008
предлагаю продолжить на форуме, т.к. комментарии - не место для дискуссий. напомню, что изменение напряжения на конденсаторе - это свидетельство протекания через него тока. нет изменения - нет и тока. и прошу больше тут не спорить - форум вас ждет!
 12 Написал(а) Евгений, в 15:57 10.02.2010
Все это хорошо, но когда я попробовал подключить конденсатор после диодного моста к аналогичному трансформатору (я тогда не читал эту статью - сам решил поэспериментировать), то БП приказал долго жить, ибо транзисторы в нем сдохли мгновенно... 
Видимо в процессе зарядки конденсатора ток в цепи пошел огромный (видимо схема того БП, что использовал я, критически относилась к КЗ в нагрузке). 
Потом, пошерстя в инете, нашел статейку про использование таких БП, в которых черным по белому нарисован резистор в цепи 220 В (последовательно) сопротивлением в несколько десятков (не помню точно сколько) Ом. 
Так что, имейте в виду и будьте аккуратны!
 13 Написал(а) Александр, в 13:59 28.09.2010
Всё очень интересно, но где можно посмотреть сам текст программы? 
Кто видел текст программы на этом форуме?

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять коментарии.
Пожалуйста зарегистрируйтесь или войдите в ваш аккаунт.