Можно ли использовать трансформатор для галогенных ламп для светодиодов

Почему для электропитания светодиодного оборудования нельзя использовать электронные трансформаторы для галогенных ламп?

Почему для электропитания светодиодного оборудования нельзя использовать электронные трансформаторы для галогенных ламп?

При подборе оборудования для светодиодной подсветки или светодиодного освещения, неизбежно возникает задача выбора блока питания для системы. Специалисты по светодиодному оборудованию всегда предлагают использовать специализированные блоки питания. У человека, столкнувшегося с этим оборудованием в первый раз, как правило, возникает вполне естественный вопрос — почему нельзя применить электронный трансформатор для галогенных ламп? Он, при одинаковой мощности, имеет меньший размер, меньшую цену, да и выходное напряжение у него тоже 12 вольт. Те, кто просто хочет получить ответ на этот вопрос, не вникая в подробности, может сразу перейти к выводам в конце статьи.

Для тех же, кто хочет подробнее разобраться в вопросе — немного теории.

Для начала хочется отметить, что практически все современные источники питания — это импульсные преобразователи. Принципиальное отличие их от применявшихся ранее аналоговых (или линейных) источников питания заключается в том, что преобразование напряжения в них осуществляется не на частоте питающей электросети (50Гц), а на значительно более высокой частоте (обычно в диапазоне 30000-50000 Гц). Благодаря переходу на такие частоты удалось значительно уменьшить размеры и вес источников питания, а также значительно повысить их КПД, который в современных моделях достигает 95%.

Чтобы понять различие между полноценным блоком питания и электронным трансформатором, разберемся с их внутренним устройством.

Рассмотрим структурную схему обычного электронного трансформатора для питания галогенных ламп (рис. 1).

Рис.1 Структурная схема электронного трансформатора, предназначенного для питания галогенных ламп.

Переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В (Рис.2а) подается на входной выпрямитель, представляющий из себя, как правило, диодный мост. На выходе выпрямителя (Рис.2б) мы получаем импульсы напряжения одной полярности и удвоенной частоты — 100Гц.

Рис.2 Формы напряжения на входе (а) и выходе (б) выпрямителя.

Далее это напряжение подается на каскад, выполненный на ключевых транзисторах, которые при помощи положительной обратной связи введены в режим генерации. Таким образом, на выходе этого каскада формируются высокочастотные импульсы с частотой генерации и амплитудой сетевого напряжения. Очень важно для нашего случая обратить внимание на то, что генерация в подобной схеме возникает не всегда, а только при условии, что нагрузка электронного трансформатора находится в определенных пределах, например, от 30 до 300 Ватт. Кроме того, поскольку питание ключевого каскада осуществляется импульсами с выхода выпрямителя, то высокочастотное колебание генератора оказывается промодулированным импульсами частотой 100 Гц.

Сформированное таким образом напряжение сложной формы подается на понижающий трансформатор, на выходе которого мы имеем напряжение такой же формы, но величиной, подходящей для питания галогенных ламп. Здесь стоит отметить, что для нити накаливания, которая является источником света в галогенных лампах, не имеет значение формы питающего напряжение. Для ламп накаливания важно только действующее напряжение — т.е. величина напряжения, усредненная за период времени. Когда в характеристиках электронного трансформатора указывается выходное напряжение 12 вольт, то речь идет как раз о действующем напряжении. На рис.3 приведены реальные осциллограммы, снятые на выходе электронного трансформатора.

Рис.3 Осциллограммы на выходе электронного трансформатора, предназначенного для питания галогенных ламп.

Из осциллограммы Рис.3а видно, что импульсы на выходе электронного трансформатора следуют с частотой 55000 Гц, имеют очень крутые фронты и амплитудное значение 17 вольт. По осциллограмме на Рис.3б можно заметить, что почти 20% времени напряжение на выходе электронного трансформатора вообще равно нулю (горизонтальные участки между всплесками напряжения). Что же произойдет, если такое напряжение подать, например, на светодиодную лампу? В любую светодиодную лампу всегда встроен собственный драйвер для обеспечения оптимального режима работы светодиодов. Этот драйвер будет пытаться сгладить скачки напряжения, но гарантировать долгую надежную работу в этом случае невозможно. Что касается светодиодной ленты — то для ее питания вообще требуется постоянное напряжение.

Теперь рассмотрим структурную схему стабилизированного блока питания, используемого совместно со светодиодным оборудованием (рис. 4).

Рис.4 Структурная схема блока питания постоянного тока со стабилизированным выходным напряжением, предназначенного для питания светодиодного оборудования.

Первый блок — уже знакомый нам входной выпрямитель, который не имеет никаких отличий от выпрямителя, рассмотренного нами выше. С его выхода напряжение (см. Рис.2б) подается на сглаживающий фильтр, после которого приобретает форму, показанную сплошной линией на Рис.5.

Рис.5 Форма напряжения на выходе сглаживающего фильтра.

Как видно из рисунка, пульсации на выходе фильтра почти отсутствуют и форма напряжения близка к прямой линии.

Это напряжение подается на силовые транзисторные ключи, к выходу которых, как и в случае с электронным трансформатором, подключен понижающий трансформатор. Отличие заключается в том, что работой ключей управляет специализированная микросхема, в состав которой входит задающий генератор, ШИМ контроллер и различные цепи управления.

Механизм использования ШИМ (широтно-импульсной модуляции) в блоке питания заключается в том, что меняя ширину коммутирующих импульсов, подаваемых на силовые ключи, можно менять напряжение на выходе блока питания. Благодаря этому, подавая сигнал управления с выхода блока питания на вход контроллера ШИМ, появляется возможность стабилизировать выходное напряжение.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом. Когда выходное напряжение, под влиянием внешних факторов, повышается, сигнал ошибки передается с выхода блока питания на контроллер ШИМ, ширина импульсов уменьшается, и выходное напряжение снижается, приходя в норму. При понижении выходного напряжения аналогичным образом происходит увеличение ширины коммутирующих импульсов. Благодаря такой работе, выходное напряжение всегда поддерживается в заданном диапазоне.

Поскольку режим работы задающего генератора в данной схеме не зависит от внешних воздействий, а также благодаря цепям стабилизации, выходное напряжение остается постоянным во всем диапазоне допустимой мощности нагрузки, например, от 0 до 100 Вт.

Кроме того, наличие обратной связи позволило защитить блок питания от выхода из строя. При превышении потребляемой мощности, при повышении выходного напряжения выше критического, а также при коротком замыкании в нагрузке происходит автоматическое выключение блока питания. После устранения причины, вызвавшей срабатывание защиты, блок питания запускается вновь.

После понижающего трансформатора высокочастотные разнополярные импульсы поступают на выпрямитель, где преобразуются в импульсы одной полярности. Выходной фильтр сглаживает импульсы после выпрямления и превращает их в постоянное напряжение с низким уровнем пульсаций.

Благодаря рассмотренным мерам стабилизации и фильтрации, нестабильность постоянного напряжение на выходе блока питания обычно не превышает 3% от номинального, а напряжение пульсаций имеет величину не более 0,1 вольта.

Также немаловажное положительное влияние выходного фильтра — значительное снижение уровня электромагнитных помех, излучаемых блоком питания и в особенности помех, излучаемых проводами, подключенными к его выходу.

Выводы

Электронные трансформаторы, предназначенные для питания галогенных ламп, использовать для питания светодиодного оборудования нельзя потому, что:

1. Значение 12 вольт, указанное в паспорте электронного трансформатора — это действующее (усредненное) напряжение. Реально в выходном напряжении могут присутствовать короткие импульсы, амплитудой до 40 вольт.

2. Напряжение на выходе электронного трансформатора высокочастотное и невыпрямленное. Оно содержит импульсы разной полярности, как положительной, так и отрицательной.

3. Выходное действующее напряжение электронных трансформаторов нестабильно, зависит от входного напряжения питающей сети, от мощности подключенной нагрузки, от температуры окружающей среды и может лежать в пределах 11-16 вольт.

4. Электронный трансформатор не способен работать при маленькой нагрузке. В его характеристиках обычно указывается нижняя и верхняя граница допустимой мощности нагрузки, например 30-300 ватт.

Первые три пункта неминуемо приведут к преждевременному выходу светодиодного оборудования из строя. В некоторых случаях оборудование может выйти из строя уже при первом включении. Такая поломка не будет являться гарантийным случаем.

При замене галогеновых ламп на светодиодные в уже существующих системах, помимо первых трех пунктов, необходимо учитывать и четвертый. Потребляемая мощность светодиодных ламп в 10 раз меньше мощности галогеновых. При недостаточной нагрузке электронный трансформатор может не включиться совсем или будет периодически включаться и выключаться. При такой замене ламп в любом случае рекомендуется заменять и источник питания.

Источник

Как правильно заменить галогенные лампочки 12в на светодиодные

Любой электрик сразу ответит на вопрос: «Как подключить точечные светильники на 12В?». Но даже среди опытных мастеров возникают недоразумения связанные с использованием в них светодиодных ламп. Основная проблема заключается в том, что не всегда и не все лампы корректно работают — либо мерцают, либо вообще не горят.

Светодиодные и галогенные лампы с цоколем G4 и патроны для их подключения. На их примере мы и расскажем о возможных схемах подключения

Раньше в точечных светильниках использовали галогенные лампочки, типа той, что вы видите ниже. Для их питания подходит как постоянный, так и переменный ток любой частоты. Это значит что их можно питать напрямую от сетевого трансформатора, но они большие, тяжелые и гудят, поэтому чаще используются электронные трансформаторы.

Галогенная лампа на 12В мощностью в 20 Вт, цоколь G4. Они используются в точечных светильниках, но чаще в люстрах с множеством маленьких плафонов

От обычного сетевого электронный трансформатор существенно отличается. По своей схемотехнике это импульсный источник питания у которого на выходе переменное высокочастотное напряжение. При этом амплитуда этого напряжения не постоянна, она изменяется вместе с синусоидой питающей сети.

Слева электронный трансформатор, выделено обозначение параметров выходного напряжения АС — значит переменный ток. Справа — эпюра переменного высокочастотного напряжения, амплитуда которого изменяется с частотой 50 Гц, согласно синусоиде в питающей сети

Подключаются такие лампы к электронному трансформатору достаточно просто: к клеммам или проводам подписанным, как «INPUT» подключают питание, то есть провода от питающей сети 220В, а к «OUTPUT» подключают лампочки.

Схема подключения галогенных ламп на 12В к электронному трансформатору предельно проста

Светодиодные лампочки также будут светиться при подключении к трансформатору для галогенных ламп.

Светодиодные лампы работают от электронного трансформатора, но так делать нельзя

Казалось бы, что еще нужно? Но если присмотреться можно заметить едва различимые пульсации света. При съёмке фотоаппаратом этого не видно, но если сфотографировать на мобильный телефон картина меняется.

Светодиодные лампы мерцают от импульсного трансформатора, это можно измерить с помощью специального прибора или приблизительно увидеть с помощью камеры смартфона.

Как известно пульсирующий свет негативно влияет на самочувствие и работоспособность человека, об этом мы рассказывали в предыдущих статьях на нашем канале. Также отметим, что пульсации светового потока нормируются (см. ГОСТ Р 54945-2012 р. 1 «Область применения») до частоты в 300 Гц.

Галогенные лампы тоже пульсируют, но не так сильно, это связано с определенной инерционностью её спирали. Она не успевает остыть и погаснуть за время малых значений напряжения. Поэтому их использование с электронными или сетевыми трансформаторами и работа на переменном токе нормальна и такой свет не будет раздражать глаза и утомлять вас.

Этого можно избежать если питать их от источника постоянного тока. То есть нам нужен любой блок питания на выходе которого 12В, они продаются в любом магазине электротоваров под названием «Блок питания для светодиодных лент». Такое название прижилось из-за сильной распространенности последних.

Электронный трансформатор и блок питания постоянного тока «для светодиодных лент»

Подключение аналогично, в зависимости от вида блока питания у вас будут либо клеммы (как в моём случае), либо штекер, либо провода. Сеть 220В подключается туда где написано «INPUT», «Vin» или «L» (фаза) и «N» (ноль), а нагрузка туда, где будет написано «OUTPUT» или «V+» и «V-».

Подключение светодиодных ламп к блоку питания с выходным напряжением 12 VDC (вольт постоянного тока)

Если сфотографировать камерой смартфона светодиодные лампы на 12В подключенные к такому источнику питания, то мы увидим что полос на фото нет, даже измерение пульсаций специальным прибором не покажет ничего плохого. Это говорит о нормальной работе осветительных приборов от такого источника

Фото крупным планом ламп без пульсации

Как известно, светодиоды, подобно выпрямительным диодами, пропускают ток лишь в одном направлении, но как тогда они могут работать от переменного тока? Дело в том, что на входе таких ламп установлен диодный мост, далее установлен стабилизатор тока. На первой лампе вместо него используется обычный резистор, но это немудрено ведь она и стоит около 60 рублей, а вот вторая лампа в 2 раза дороже и в ней виднее дроссель и микросхема, видимо функцию стабилизатора тока выполняет импульсный преобразователь (драйвер).

Такая лампа будет работать значительно дольше, а схема проще. Кстати корпус ламп залит чем-то на ощупь напоминающее что-то среднее между эпоксидкой и силиконом. У них упругая поверхность, но при этом её нельзя назвать мягкой.

И не стоит изгибать светодиодный чип на таких лампах как вы видите на рисунке ниже справа — он легко откалывается от платы с драйвером (проверено, благодаря любопытству пошёл в магазин за новой лампочкой).

Дешевая и дорогая светодиодные лампы, могут подключаться как к переменному, так и к постоянному току

При питании от источника постоянного тока полярность не имеет значения. Лампа светится в любом положении.

И галогенные лампы работают от такого источника питания. Визуально лично мне показалось, что они горели ярче чем от электронного трансформатора. Возможно это связано как раз-таки с отсутствием пульсаций питающего напряжения.

Разница состоит лишь в том, что мощность каждой галогенной лампы в нашем случае составляет 20 Ватт, а у дорогой светодиодной 1.5 Ватта, у дешевой — не известно (по яркости примерно также).

Кстати странно, что электронный трансформатор вообще запустился со светодиодными лампами, в ряде случаев этого не происходит, поскольку особенности схемотехники таких источников питания предполагают наличие минимальной нагрузки, обычно в десятки ватт.

Галогенные лампы работают и на постоянном токе

При этом и одни и другие поддаются регулировке с помощью диммеров, которые также в магазинах почему-то встречаются под названием «Диммер для светодиодной ленты» или «led dimmer».

Отметим, что яркость галогенных ламп регулируется в широких пределах, начиная от едва заметного свечения и до полного накала, в то время как диапазон регулировки светодиодных ламп хоть и начинается со слабого свечения, но более сжат, это связано с вольт-амперной характеристикой светодиодов.

Диммирование галогенных ламп на постоянном токе, фотографии делались с одними настройками выдержки и диафрагмы, поэтому отражают реальное изменение яркости

При этом во время регулировки галогенных ламп слышен раздражающий писк от блока питания плавно затихающий по мере увеличения мощности (яркости).

Регулировка яркости светодиодных ламп на 12В

Со светодиодными лампами такого не наблюдалось, скорее всего из-за низкой мощности, так как писк издаёт трансформатор блока питания, под нагрузкой с прерывистым потреблением тока. Напомним, что с галогенными лампами он был нагружен на 2/3 от номинальной мощности, а со светодиодными — лишь на несколько процентов. Кстати дешевая лампа диммировалась лучше, ведь в ней нет драйвера, а стоят только резисторы.

Поэтому если услышите раздражающий писк при диммировании мощных светодиодных лент или ламп — не пугайтесь. Всего-лишь нужно поискать другой диммер, желательно подороже, с большей частотой ШИМ.

Подведем итоги:

1. Галогенные ламп работают от любого источника с напряжением 12В. Переменный или постоянный ток не имеет значения.

2. Светодиодные лампы тоже загорятся от любого источника питания, но их свет может пульсировать. Их лучше питать постоянным током.

3. Диммеры и блоки питания от светодиодных лент отлично подходят к светодиодным лампам.

4. При замене галогенных ламп в люстре или точечных светильниках на светодиодные нужно менять и источник питания.

5. Диммер на 220В нельзя устанавливать ни до, ни после блока питания или электронного трансформатора (если тот не поддерживает функцию диммирования, а если поддерживает и совместим с симисторными светорегуляторами — то можно).

Источник: https://lampaexpert.ru/obzory/kak-zamenit-gaye-lampochki-12v-na-svetodiodnye

Источник