Импульсный блок питания на IR2151-IR2153
Плюс любого импульсного блока питания состоит в том что не требуется намотки или покупки громоздкого трансформатора.А требуется всего лишь трансформатор с несколькими витками.Данный блок питания сделать самому несложно и требует немного деталей. И основа,это то что блок питания на микросхеме IR2151
Характерной чертой этого блока питания является его простота и повторяемость. Схема содержит малое количество компонентов и хорошо себя зарекомендовала на протяжении более двух лет. В качестве импульсного трансформатора используется типовой понижающий трансформатор из компьютерного блока питания.
На входе стоит PTC термистор
– полупроводниковый резистор с положительным температурным коэффициентом, который резко увеличивает свое сопротивление, когда превышена некоторая характеристическая температура TRef. Защищает силовые ключи в момент включения на время зарядки конденсаторов.
Диодный мост
на входе для выпрямления сетевого напряжения на ток 10А. Использована диодная сборка типа "вертикалка", но можно использовать диодную сборку типа "табуретка".
Пара конденсаторов
на входе берется из расчета 1 мкф на 1 Вт. В нашем случае конденсаторы "вытянут" нагрузку в 220Вт.
Гасящее сопротивление в цепи питания драйвера мощностью 2 Вт. Предпочтение отдано отечественным резисторам типа МЛТ-2.
Драйвер IR2151
– для управления затворами полевых транзисторов, работающих под напряжением до 600В. Возможная замена на IR2152, IR2153. Если в названии есть индекс "D", например IR2153D, то диод FR107 в обвязке драйвера не нужен. Драйвер поочередно открывает затворы полевых транзисторов с частотой, задаваемой элементами на ножках Rt и Ct.
Полевые транзисторы
используются предпочтительно фирмы IR . Выбирают на напряжение не менее 400В
и с минимальным сопротивлением в открытом состоянии. Чем меньше сопротивление, тем меньше нагрев и выше КПД. Можно рекомендовать IRF740, IRF840 и пр. Справочник по полевым транзисторам фирмы IR на русском языке можно скачать здесь. Внимание! Фланцы полевых транзисторов не закорачивать; при монтаже на радиатор использовать изоляционные прокладки и шайбы-втулки.
Трансформатор типовой понижающий из блока питания компьютера. Как правило, цоколевка соответствует приведенной на схеме. В этой схеме работают и самодельные трансформаторы, намотанные на ферритовых торах. Расчет самодельных трансформаторов ведется на частоту преобразования 100 кГц и половину выпрямленного напряжения (310/2 = 155В).
При выборе трансформатора следует брать такой, у которого на родной плате закорочены вывода так, как это показано на схеме. Это важно. Иначе вам следует закротить как это сделано на плате, из которой вы демонтируете трансформатор.
Диоды на выходе с временем восстановления не более 100 нс. Этим требованиям отвечают диоды из семейства HER (High Efficiency Rectifier – высоко-эффективные выпрямительные). Не путать с диодами Шоттки.
Емкость на выходе – буферная емкость.
Не следует устанавливать емкость более 10000 мкф
.
Печатная плата
Практика показала, что в данном приложении не требуется специальной организации обратной связи, индуктивных фильтров по питанию, снабберов и прочих "наворотов", присущих импульсным преобразователям. Так или иначе, в звуке на слух не ощущается типичных дефектов, свойственных "плохому питанию" (фон и посторонние звуки).
В работе полевые транзисторы не сильно нагреваются.
Для них достаточно пассивного охлаждения. Полевые транзисторы фирмы IR очень устойчивы к тепловому разрушению и работают вплоть до температуры 150?С. Но это не означает, что их следует эксплуатировать в таком критическом режиме. Для таких случаев потребуется организация активного охлаждения, а по-простому, установить вентилятор.
Как и любое устройство, этот блок питания требует внимательной и аккуратной сборки, правильной установки полярных элементов и осторожности при работе с сетевым напряжением. После ВЫключения данного блока питания в его цепях не остается опасного напряжения. Правильно собранный блок питания не нуждается в настройке и налаживании.
Собирая какое нибудь очередное устройство, все больше мучает вопрос чем же его питать. Да хорошо когда навалом разной аппаратуры где есть подходящие трансформаторы, а если перематывать??? Перемотать трансформатор занятие не из приятных, пусть даже в расчетах помогает приложения для для расчета трансформатора, сам процесс перемотки часто напрягает.
Помню как то был ТСШ-180, хороший анодно-накальный транс, да и пришлось перематывать. Мотал дня два наверное, плюс проливал лаком что бы была изоляция лучше и не гудел… Собрал его, здоровый такой. Сам весом 3 кг да чуть на ногу не упал. Подумал я об этом всем и решил перейти на импульсные блоки питания и на это масса причин.
Причины выбора импульных блоков питания:
1. П ервая и не маловажная причина, это финансовая. Вот у нас тот же ТСШ-180 а.-накальный стоит 150-180 грн. В то время как ИИП 200Вт на IR2153 в сборе стоит будет 130-160 грн. Да разница не велика, зато у вас же дома полно нужных деталей. К примеру я докупил только IRF740 и IR2153 и заплатил 40грн. Как разница?? А еще и от хлама немного избавился)) А еще незабываем что в расчет уже и мост и банки, а к трансу это тоже надо покупать. А хорошие баночки о как хорошо стоят. А на ИИП вместо 22 000мФ, можно поставить 3300мФ и разницы в фильтрации даже не заметиш
2. В торая причина габаритность. Трансы тяжелые, ватт так на 200 весом 3-4кг, заменяется ИИП массой 300г и размером платы гдето 120*120мм. Удобно в коробке DVD собрать что то мощное, Ланзар например…
3. Э то низкий уровень помех в пределах 20-20 000Гц. Это для усилителя низких частот очень хорошо, даже великолепно. Не помех, не фона нет.
На схеме видем силивую часть в которой присутствует: защитные цепи (R1,R2,FU1)фильтр C-R-C(C1,L1,C1), выпрямитель с фильтр-делителем(VD1(400В 3A),C3,C4,C6,C7, R44,R6) и ключевую часть в которую входят два мосфета(VT1,VT2), трансформатор(T1) и две помехо подавляющие цепи(R8C9,C8R7)
Ничего сложного и в управляющей части. Питающая часть микросхемы состоит из баластного резистора R9, стабилитрона VD2. фильтра C10C11, и еще одного баластного резистора R10. В ходе работы возможно прийдется подобрать R9R10.
Частота работы ШИМ задается R11C13. И расчитывается по формуле f=1/1.4*(R11+75Ом)*С13. В нашем случае выходит f=1/1.4*(10000+75)*0.000000001=70896 Гц= 70.9кГц. Будте внимательны с ноликами
Ну тут толком нечего рассказывать: Сдвоеный диод VD4, фильтр-выпрямитель C14-L3-C15-C16 и все. Помните при расчете, что это не стабилизированный БП и напряжение может плавать. Поэтому лучше при расчетах введите на пару вольт меньше
По расчету трансформатора вам поможет приложение для расчета Импульсных трансформаторов. Совет вторичку мотать косой из более тонкого провода, дабы избежать скин-эфекта.
Кстати у одного моего знакомого от такой схемы питается 2.1 собранны на TDA2030A сумарной мощью 65Вт. Это небольшая часть от того что выдает ИИП на IR2153, зато работает который год. Да опять же трансформатор на 70Вт щас стоит так же как и блок ИИП на IR2153, так в ИИП еще и запаса 130Вт…
На этом все, всем спасибо за внимание и удачи в сборке…
Блок питания построен по полу мостовой схеме на основе микросхемы IR2153. На выходе этого блока можно получить любое нужное вам напряжение, все зависит от параметров вторичной обмотки трансформатора.
Подробно рассмотрим схему импульсного блока питания.
Мощность источника питания именно с такими компонентами около 150 ватт.
Сетевое переменное напряжение через предохранитель и термистор поступает на диодный выпрямитель.
После выпрямителя стоит электролитический конденсатор, который в момент включения блока в сеть будет заряжаться большим током, термистор как раз ограничивает этот ток. Конденсатор нужен с напряжением 400-450 Вольт. Далее постоянное напряжение поступает на силовые ключи. Одновременно через ограничительный резистор и выпрямительный диод поступает питание на микросхему IR2153.
Резистор нужен мощный, не менее 2-х ватт, лучше взять 5-и ваттный. Напряжение питания для микросхемы дополнительно сглаживается небольшим электролитическим конденсатором, емкостью от 100 до 470мкФ, желательно на 35 Вольт. Микросхема начинает вырабатывать последовательность прямоугольных импульсов, частота которых зависят от номинала компонентов времязадающей цепи, в моем случае частота находиться в районе 45кГц.
На выходе установлен выпрямитель со средней точкой. Выпрямитель в виде диодной сборки в корпусе то-220. Если выходное напряжение планируется в пределах 40 вольт, то можно использовать диодные сборки выпаянные из компьютерных блоков питания.
Конденсатор вольтодобавки, предназначен для корректного срабатывания верхнего полевого ключа, емкость зависит от того, какой транзистор использован, но в среднем 1мкФ хватит для большинства случаев.
Перед запуском нужно проверить работу генератора. Для этих целей от внешнего источника питания на указанные выводы микросхемы подается около 15-и вольт постоянного напряжения.
Далее проверяется наличие прямоугольных импульсов на затворе полевых ключей, импульсы должны быть полностью идентичными, одинаковой частоты и заполнения.
Первый запуск источника питания обязательно делается через страховочную лампу накаливания на 220 Вольт с мощностью около 40 ватт, будьте предельно осторожны, не дотрагивайтесь платы во время работы, после отключения блока от сети дождитесь несколько минут пока высоковольтный конденсатор не разрядится через соответствующий резистор.
Очень важно указать то, что эта схема не имеет защиты от коротких замыканий, поэтому любые короткие замыкания, даже кратковременные приведут к выходу из строя силовых ключей и микросхемы IR2153, так, что будьте аккуратны.
Упрощенный мост на IR2153 — такое устройство как мост реализованный на универсальном драйвере для управления полевыми транзисторами, справедливо считается одним из наиболее эффективных модулей преобразователя. Но, чтобы собрать такой прибор потребуются существенные денежные вложения, а также нужно учитывать технологический уровень сложности при его изготовлении. Это если вы собираетесь взяться за конструирование высоко мощного моста на несколько киловатт, тогда да, будут некоторые затруднения.
А вот если воспользоваться приведенной ниже схемой, то никаких проблем не будет, тем более устройство собрано на двух популярных чипах IR2153 , представляющих собой высоковольтные драйвера с внутренним генератором. Принцип включения микросхем обычный и неоднократно тестировался на полумосте. Особенность вызывает первоочередное тактирование второй микросхемы от R-входа.
Номинальные значения электронных компонентов:
B1 — диодный мост RS2007, RS3507 и тому подобные. При эксплуатации на мощностях более пары сотен ватт необходимо поставить на него радиатор.
C1, C7 — электролиты 630…1000мкФ х 400В
R1, R5 — 33..56кОм 2Вт. Для более точного расчета можете воспользоваться формулой
R=310/(2*Cзатвора*15.6*fраб+0.003)
C2, C5 — электролиты 220мкФ 25В
C8, C9 — керамика 0.1мкФ 25В
R8 — 2Ом 0.25Вт
R9 — 24кОм
R10 — 6кОм
R2, C3 — рассчитываются по даташиту на IR2153 исходя из требуемой частоты
IC1, IC2 — IR2153, IR2153D, IR21531 (если применяется IR2153D то D1 и D2 не ставить!)
D1, D2, D3, D4 — UF4007, BYW26C, BY329 или другие подобные ультрабыстрые диоды
C4, C6 — танталовые 22мкФ 25В
R3, R4, R6, R7 — 10…30Ом 0.25Вт (меньшее значение для тяжелых затворов, большее — для легких)
Q1, Q2, Q3, Q4 — IRF840 или что-то подобное. Все зависит от ваших потребностей
Насчет расчетов например: R2,С3 как сказано выше, нужно определять по даташиту, к тому же есть множество программ для расчета. Если для кого то это дремучий лес то я считаю, тогда и не надо вообще браться за конструирование.
Ниже показана печатная плата с нанесенной на нее обозначениями деталей и их места установки.
В качестве нагрузки данного моста могут послужить выходной трансформатор строчной развертки телевизора, SSTC-катушка либо что-то аналогичное им, но мощность не должна превышать 1000 Вт. Если использовать большие мощности, то нет никакой гарантии в стабильной работе микросхемы. Если же все таки возникает необходимость реализовать высокие мощности, то тогда необходимо добавить емкость конденсаторов в цепи фильтров 310v, то тогда существует вероятность, что будет прекрасно работать и на высокой мощности.
Техническая информация
1.
Когда осуществляется запуск, то создается сильный импульсный бросок тока в следствии происходящего цикла зарядки конденсаторов в цепи фильтра. При этом возможно срабатывание автоматов, если такое происходит, то нужно в сетевую цепь установить NTC-термистор, который применяется для защиты импульсных питающих источников и электронных балластных систем, предварительно подобрав его значения по необходимому току.
2.
При подключении к мосту в качестве нагрузки выходной строчный трансформатор, то первичную обмотку нужно наматывать в количестве 65 витков не меньше.
3.
При компоновке элементов на печатную плату, лучше всего под микросхемы нужно будет устанавливать панельки, а в них уже помещать саму микросхему после полного завершения монтажа схемы.
Но не одна, а сразу четыре. В этом материале будет представлено вам несколько схем импульсных источников питания, выполненных на популярной и надежной микросхеме IR2153. Все эти проекты были разработаны известным пользователем Nem0. Поэтому я здесь буду писать от его имени. Показанные здесь все схематические решения были пару лет назад лично автором собраны и протестированы.
В общем начнем пока с так называемого «высоковольтного» блока питания:
Схема традиционная, которую использует Nem0 в большинстве своих конструкций импульсников. Драйвер получает питание напрямую от электросети через сопротивление. Это в свою очередь способствует уменьшению рассеиваемой на этом сопротивлении мощности, сравнительно с подачей напряжения от цепи 310v. Схема импульсного блока питания располагает функцией плавного включения напряжения, что существенно ограничивает пусковой ток. Модуль плавного пуска запитывается через конденсатор С2 понижающий сетевое напряжение 230v.
В блоке питания предусмотрена эффективная защита предотвращения короткого замыкания и пиковой нагрузки во вторичном силовом тракте. Роль датчика тока выполняет постоянный резистор R11, а регулировку тока срабатывания защиты выполняется с помощью подстроечника R10. Во время отсечки тока защитой, начинает светится светодиод, сигнализирующий о том, что защита сработала. Выходное двух полярное выпрямленное напряжение составляет +/-70v.
Трансформатор выполнен с одной первичной обмоткой, состоящей из пятидесяти витков, а 4 вторичные обмотки, содержат по двадцать три витка. Диаметр медной жилы и магнитопровод трансформатора расчитываются в зависимости от заданной мощности определенного блока питания.
Теперь рассмотрим следующий блок питания:
Эта версия блока питания во много схожа с описанной выше схемой, хотя в ней имеется существенное отличие. Дело в том, что здесь напряжение питания на драйвер поступает от специальной обмотки трансформатора, через балластный резистор. Все остальные компоненты в конструкции практически одинаковы.
Мощность на выходе этого источника питания обусловлено как характеристикой трансформатора и параметрами микросхемы IR2153, но и ресурсом диодов в выпрямителе. В данной схеме были задействованы диоды КД213А, у которых обратное максимальное напряжение 200v и прямой максимальный ток 10А. Для обеспечения корректной работы диодов при больших токах, их нужно устанавливать на радиатор.
Отдельного внимания заслуживает дроссель Т2. Наматывают его на совместном кольцевом магнитопроводе, в случае необходимости можно использовать другой сердечник. Намотка делается эмаль-проводом с сечением рассчитанным согласно току в нагрузке. Также и мощность импульсного трансформатора определяется в зависимости от того, какую выходную мощность вы хотите получить. Очень удобно делать расчеты трансформаторов с помощью специальных компьютерных калькуляторов.
Теперь третья схема импульсного блока питания на мощных полевых транзисторах IRFP460:
Этот вариант схемы уже имеет конкретную разницу относительно предыдущих моделей. Главные отличия, это система защиты от КЗ и перегруза здесь собрана с использованием трансформатора по току. И есть еще одна разница, это наличие в схеме пары предвыходных транзисторов BD140. Именно эти транзисторы дают возможность отрезать большую входную емкость мощных полевых ключей, относительно выхода драйвера.
Есть еще маленькое отличие, это гасящий напряжение резистор, относящейся к модулю плавного включения, установлен он в цепи 230v. В предыдущей схеме он расположен в силовом тракте +310v. Кроме этого в схеме имеется ограничитель перенапряжения, служащий для гашения остаточного импульса трансформатора. Во всем остальном никаких различий между приведенными выше схемами у этой больше нет.
