Halogén izzók SMPS tápegységének működési elve, javításuk

Ezt a leírást az http://www.emil.matei.ro/hal.php alapján állítottam össze, illetve fordítottam magyarra, mivel a fórumban kérték a működési elv leírását.
Az alacsony feszültségű halogén izzók általában 6,12 vagy 24V-on működnek, 50, 100 és 250W-ig hagyományosan toroid trafós táppal. Egy elegánsabb megoldás a kapcsoló üzemű tápegység alkalmazása ( SMPS, Switched-mode power supply), amit elektronikus transzformatornak is neveznek. Előnye a lényegesen kisebb tömeg, a hálózati zaj hiánya, rövidzár védelem és fényerő szabályozás lehetősége.

Az 1-es és 2-es ábra két tipikus alapkapcsolást mutat be, a 2-es egy rövidzárvédett verziót, ahogyan az AN528/0999-es alkalmazási jegyzék bemutatja az ST Microelectronics (szerzők: P.Fichera&R.Scollo)-ban.

A rajzok egyszerűsítettek a működési elv bemutatása érdekeben.
Az áramkör klasszikus félhíd megoldású, egyszerűsített változat, mivel a vezérlés nem IC-s, hanem a két bipoláris tranzisztor a kimenő áram által, ellenfázisban van vezérelve.

Az első ábrán Q1,Q2,C2 es C3 alkotják a félhidat, a T1 trafo, aminek a primerje a híd kimenőjén van, pozitív visszacsatolást gerjeszt az áramkörben.

A magas teljesítmény-tényező érdekében az "erő" rész szűrés nélküli egyenirányított feszt kap egy Graetz-hídon keresztül, így egy félszinuszos feszültség keletkezik, aminek a frekvenciája 2X a hálózati frekvencia.
A DIAC minden ciklus idejére kinyit, létrehozva az önrezgést. A DIAC nyitását az RC időkonstansával lehet beállítani, amit az R és C1 jelzésű alkatrészek alkotják.
Az említett alkalmazási jegyzékben megemlítik a fényerő szabályozás lehetőségét az időállandó változtatásával.
A valóságban azonban ez az egyszerűsített áramkör nem igen alkalmas erre, mivel az időállandó változtatása az optimális beállításhoz képest nagyban rontja a hatásfokot.

Visszatérve, a ciklus indulása után a D dióda a C1-et a DIAC nyitási küszöbfeszültsége alatt tartja,
így a tranzisztor blokkol. A rezgési frekvencia elsősorban a visszacsatoló trafóban alkalmazott vasmag maximális fluxussűrűségétől és a tranyók stokkolási idejétől függ.
A ciklus indulását követően az áram a T1-ben elkezd növekedni,amíg a vasmag telítésbe nem kerül.
Ekkor az aktív tranyón megszűnik a visszacsatolás hatása és a tranyó tárolási ideje leteltekor lezár.
Ebben a változatban a freki kb. 35kH, általában tízszerese az áramkör természetes rezgésének.
A tranyók stokkolási idejének a hatását a báziskörök RC elemeivel lehet csökkenteni, amelyek meggyorsítják a bázisok elektromos töltésének kiürítését lezáráskor.
Ezeknek az elemeknek van egy lecsatoló szerepük a trafó által keltett rezgésektől a lezárás pillanatában, megakadályozva a hamis indításokat. A tranyók ellenpárhuzamos diódái levezetik az áramot a lezárt állapotban.

A 2-s ábrán egy rövidzárvédelemmel kiegészített változat van.

Az izzók rövidzárlata esetén a megnövekedett áram megnöveli a feszültségesést az Re ellenálláson, ami kinyitja a TRs jelzésű tranyót, így megakadályozódik a DIAC nyitása a ciklus idejére.
Az Rs es Cs elemek időzítőként szolgálnak, mivel a lámpa felgyújtása pillanatában a hideg izzószálak által felvett áram aktiválná a rövidzárvédelmet.
A Ds dióda megakadályozza az időzítő söntölését a Re kicsi értéke által.
Néhány cikluson belül a Cs kisül, így nem tartja tovább nyitva a TRs-t, így a védelem újraindul. Hiba eseten a védelem újraindul, így korlátozza a tranzisztorokon megnövekedett disszipációs terhelést.

További infók a fent említett honlapon (pl. oszcilloszkópos vizsgálat).

Megjegyzések:
- nem ajánlatos az alkatrészek más értékekkel való cseréje
- különös figyelmet igényel, hogy működés közben az áramkör közvetlen hálozati feszültségen van!
- ajánlom a hidegen való diagnosztikát, általában a kapcsolótranyók főnek meg, magukkal rántva a Graetz-et és természetesen a biztosítékot is.
- próba esetén villanyszerelői megoldással, égőn keresztül adni a tápot az esetlegesen fent maradt rövidzárak általi újabb bajok elkerülése érdekeben.
- ha az áramkör táp alatt van, csak leválasztó trafón keresztül engedélyezett bármiféle beavatkozás!

Végül bemutatok egy gyakorlatban is előforduló áramkört. A kapcsolást én rajzoltam vissza pár éve.
Egy német halogén izzókkal felszerelt csillár rozettájában lakozott, korong alakú nyákon, közepén lyukkal. Cseréltem benne kapcsolótranyókat, egyenirányító diódákat és biztosítékot.

A fórumon olvastam 1-2-akárhány ohmos biztiről. Szerintem az R1,R2...jelzés nem ellenállás értékre utal. P=IXIXR=9x1=9W (a mi esetünkben).
Hova férne egy 9W-os ellenállás egy ilyen mini elko nagyságú tokba?

Végül egy utolsó megjegyzés:
Ne tévesszen meg senkit, ha minden hibás alkatrész cseréje után, alapos ellenőrzést követően megtáplálja és 0V-ot mér a kimeneten.
Az adatokban szerepel a min. és max. terhelés. Rá kell tenni a minimumnak megfelelő terhelést (pl. rezso-ellenállást, megfelelő hosszút), mert nem indul be terhelés nélkül.

Nálunk az egyik szaküzletben árulnak úgynevezett elektronikus trafókat, amiket egy cég sorban vitt vissza, mondván, hogy hibásak, ugyanis hálózati tápot adtak neki, és mérték a kijövő feszt, ami nem volt. Aztán megtanítottam az eladót, hogy terheléssel próbálják.