Bg на 2153 с регулировкой выходного напряжения. Мощное импульсное зарядное устройство. Аспекты подбора оборудования

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ СВОИМИ РУКАМИ НА IR2153

Функционально микросхемы IR2153 отличаются лишь установленным в планарном корпусе диода Вольтодобавки:

Функциональная схема IR2153

Функциональная схема IR2153D

Для начала рассмотрим как работает сама микросхема, а уж потом будем решать какой блок питания из нее собрать. Для начала ррасмотрим как работает сам генератор. На рисунке ниже приведен фрагмент резистивного делителя, три ОУ и RS триггер:

В первоначальный момент времени, когда только-только подали напряжение питания конденсатор С1 не заряжен на всех инвертирующих входах ОУ присутствует ноль, а на не инвертирующих положительное напряжение формируеммое резестивным делителем. В результате получается, что напряжение на иневртирующих входах меньше чем на не инвертирующих и все три ОУ на своих выхода формируют напряжение близкое к напряжению питания, т.е. лог единицу.
Поскольку вход R (установка нуля) на триггере инвертирующий, то для него это будет состояние при котором он не оказывает влияние на состояние триггера, а вот на входе S будет присутствовать лог единика, устанавливающая на выходе триггера тоже лог единицу и конденсатор Ct через резистор R1 начнет заряжаться. На рисунке напряжение на Ct показанно синей линией , красной - напряжение на выходе DA1 , зеленой - на выходе DA2 , а розовой - на выходе RS триггера :

Как только напряжение на Ct превысит 5 В на выходе DA2 образуется лог ноль, а когда, продолжая заряжать Ct напряжение достигнет значения чуть больше 10-ти вольт лог ноль появится на выходе DA1, что в свою очередь послужит установкой RS триггера в состояние лог нуля. С этого момента Ct начнет разряжаться, так же через резистор R1 и как только напряжение на нем станет чуть меньше установленноно делитеме значения в 10 В на выходе DA1снова появится лог единица. Когда же напряжение на конденсаторе Ct станет меньше 5 В лог единица появится на выходе DA2 и переведет RS триггер в состояние единицы и Ct снова начнет заряжаться. Разумеется, что на инверсном выходе RS триггера напряжение будет иметь противоположные логические значения.
Таким образом на выходах RS триггера образуются противоположные по фазе, но равные по длительности уровни лог единицы и нуля:

Поскольку длительность управляющих импульсов IR2153 зависит от скорости заряда-разряда конденсатора Сt необходимо тщательно уделить внимание промывке платы от флюса - ни каких утечек ни с выводов конденсатора, ни с печатных проводников платы не должно быть, поскольку это чревато намагничиванием сердечника силивого трансформатора и выходом из строя силовых транзисторов.
Так же в микросхеме есть еще два модуля - UV DETECT и LOGIK . Первый из них отвечает за запуск-остановку генераторного процесса, зависящую от напряжения питания, а второй формирует импульсы DEAD TIME , которые необходимы для исключения сквозного тока силового каскада.
Дальше происходит разделение логических уровней - один становится управляющим верхним плечом полумоста, а второй нижним. Отличие заключается в том, что управление верхним плечом осуществляется двумя полевыми транзисторами, которые, в свою очередь, управляют "оторванным" от земли и "оторванным" от напряжения питания оконечным каскадом. Если рассматривать упрощенную принципиальную схему включения IR2153, то получается примерно так:

Выводы 8, 7 и 6 микросхемы IR2153 являются соответственно выходами VB , HO и VS , т.е. питанием управления верхним плечом, выходом оконечного каскада управления верхним плечом и минусовым проводом модуля управления верхним плечом. Внимание следует обратить на тот факт, что в момент включения управляющее напряжение присутствует на Q RS триггера, следовательно силовой транзистор нижнего плеча открыт. Через диод VD1 заряжается конденсатор С3, посколько его нижний вывод через транзистор VT2 соединен с общим проводом.
Как только RS триггер микросхемы меняет свое состояние VT2 закрывается, а управляющее напряжение на выводе 7 IR2153 открывает транзистор VT1. В этот момент напряжение на выводе 6 микросхемы начинает увеличиваться и для удержания VT1 в открытом состоянии напряжение на его затворе должно быть больше чем на истоке. Поскольку сопротивление открытого транзистора равно десятым долям Ома, то и на его стоке напрежение не намного больше, чем на истоке. Получается, что удержания транзистора в открытом состоянии необходимо напряжение как минимум на 5 вольт больше, чем напряжение питания и оно действительно есть - конденсатор С3 заряжен до 15-ти вольт и именно он позволяет удерживать VT1 в открытом состоянии, поскольку запасенная в нем энергия в этот момен времени является питающим напряжение для верхнего плеча окнечного каскада микросхемы. Диод VD1 в этот моент времени не позволяет разряжаться С3 на шину питания самой микросхемы.
Как только управляющий импульс на выводе 7 заканчивается транзистор VT1 закрывается и следом открывается VT2, который снова подзаряжает конденсатор С3 до напряжения 15 В.

Довольно часто параллельно конденсатору С3 любители устанавливают электролитический конденсатор емкостью от 10 до 100 мкФ, причем даже не вникая в необходимость этого конденсатора. Дело в том, что микросхема способна работать на частотах от 10 Гц до 300 кГц и необходимость данного электролита актуально лишь до частот 10 кГц и то при условии, что электролитический конденсатор будет серии WL или WZ - технологически имеют маленький ers и больше известны как компьютерные конденсаторы с надписями золотистой или серебристой краской:

Для популярных частот преобразования, используемых при создании импульсных блоков питания частоты берут выше 40 кГц,а порой доводят до 60-80 кГц, поэтому актуальность использования электролита попросту отпадает - емкости даже 0,22 мкФ уже достаточно для открытия и удержания в открытом состоянии транзистора SPW47N60C3, который имеет емкость затвора в 6800 пкФ. Для успокоения совести ставится конденсатор на 1 мкФ, а давая поправку на то, что IR2153 не может коммутировать такие мощные транзисторы напрямую, то накопленной энергии конденсатором С3 хватит для управления транзисторами с емкостью затворов до 2000 пкФ, т.е. всеми транзисторами с максимальным током порядка 10 А (перечень транзисторов ниже, в таблице). Если же все таки есть сомнения, то вместо рекомендуемого 1 мкФ используйте керамический конденсатор на 4,7 мкФ, но это безсмысленно:

Было бы не справедлило не отметить, что у микросхемы IR2153 есть аналоги, т.е. микросхемы с аналогичным функциональным назначением. Это IR2151 и IR2155. Для наглядности сведем основные параметры в таблицу, а уж потом разберемся что из них лучше приготовить:

Как видно из таблицы отличия между микросхемами не очень большие - все три имеют одинаковый шунтирующий стабилитрон по питанию, напряжения питания запуска и остановки у всех трех почти одинаковая. Разница заключается лишь в максимальном токе оконечного каскада, от которого зависит какими силовыми транзисторами и на каких частотах микросхемы могут управлять. Как не странно, но самая распиаренная IR2153 оказалась не рыбой, не мясом - у нее не нормирован максимальный ток последнего каскада драйверов, да и время нарастания-спада несколько затянуто. По стоимости они тоже отличаются - IR2153 самая дешовая, а вот IR2155 сама дорогая.
Частота генератора, она частота преобразования (на 2 делить не нужно ) для IR2151 и IR2155 определяется по формулам, приведенным ниже, а частоту IR2153 можно определить из графика:

Для того, чтобы выяснить какими транзисторами можно управлять микросхемами IR2151, IR2153 и IR2155 следует знать параметры данных транзисторов. Наибольший интерес при состыковке микросхемы и силовых транзисторов представляет энергия затвора Qg, поскольку именно она будет влиять на мгновенные значения максимального тока драйверов микросхемы, а значит потребуется таблица с параметрами транзисторов. Здесь ОСОБОЕ внимание следует обратить на производителя, поскольку этот параметр у разных производителей отличается. Наиболее наглядно это видно на примере транзистора IRFP450.
Прекрасно понимаю, что для разового изготовления блока питания десяти-двадцати транзисторов все таки многовато, тем не менее на каждый тип транзистора повесил ссылку - обычно я покупаю там. Так что нажимайте, смотрите цены, сравнивайте с розницей и вероятностью купить левак. Разумеется я не утверждаю, что на Али только честные продавцы и весь товар наивысшего качества - жуликов везде полно. Однако если заказывать транзисторы, которые производятся непосредственно в Китае на дьрмо наскочить гораздо сложнее. И именно по этой причине я предпочитаю транзисторы STP и STW, причем даже не брезгую покупать с разборки, т.е. Б/У.

I g = Q g / t on = 63 х 10 -9 / 120 х 10 –9 = 0,525 (A) (1)

При амплитуде импульсов управляющего напряжения на затворе Ug = 15 В сумма выходного сопротивления драйвера и сопротивления ограничительного резистора не должна превышать:

R max = U g / I g = 15 / 0,525 = 29 (Ом) (2)

Расчитаем выходное выходное сопротивление драйверного каскада для микросхемы IR2155:

R on = U cc / I max = 15V / 210mA = 71,43 ohms
R off = U cc / I max = 15V / 420mA = 33,71 ohms

Учитывая расчетное значение по формуле (2) Rmax = 29 Ом приходим к заключению, что с драйвером IR2155 заданное быстродействие транзистора IRF840 получить невозможно. Если в цепи затвора будет установлен резистор Rg = 22 Ом, время включении транзистора определим следующим образом:

RE on = R on + R gate, где RE - суммарное сопротивление, R R gate - сопротивление, установленное в цепь затвора силового транзистора = 71,43 + 22 = 93,43 ohms;
I on = U g / RE on, где I on - ток открытия, U g - величина управляющего напряжения затвора = 15 / 93,43 = 160mA;
t on = Q g / I on = 63 х 10-9 / 0,16 = 392nS
Время выключения можно расчитать используюя теже формулы:
RE off = R out + R gate, где RE - суммарное сопротивление, R out - выходное сопротивление драйвера, R gate - сопротивление, установленное в цепь затвора силового транзистора = 36,71 + 22 = 57,71 ohms;
I off = U g / RE off, где I off - ток открытия, U g - величина управляющего напряжения затвора = 15 / 58 = 259mA;
t off = Q g / I off = 63 х 10-9 / 0,26 = 242nS
К получившимся величинам необходимо добавить время собственного открытия - закрытия транзистора в результате чего реальное время t on составит 392 + 40 = 432nS, а t off 242 + 80 = 322nS.
Теперь осталось убедится в том, что один силовой транзистор успеет полность закрыться до того, как второй начнет открываться. Для этого сложим t on и t off получая 432 + 322 = 754 nS, т.е. 0,754 µS. Для чего это нужно? Дело в том, что у любой из микросхем, будь то IR2151, или IR2153, или IR2155 фиксированное значение DEAD TIME , которое составляет 1,2 µS и не зависит от частоты задающего генератора. В даташнике упоминается, что Deadtime (typ.) 1.2 µs, но там же приводится и сильно смущающий рисунок из которого напрашивается вывод, что DEAD TIME составляет 10% от длительности управляющего импульса:

Чтобы развеять сомнения была включена микросхема и подключен к ней двухканальный осцилограф:

Питание составляло 15 V, а частота получилась 96 кГц. Как видно из фотографии при развертке 1 µS длительность паузы составляет совсем немного больше одного деления, что как раз и соответсвует примерно 1,2 µS. Далее уменьшаем частоту и видим следующее:

Как видно из фото при частоте 47 кГц время паузы практически не изменилось, следовательно вывеска, гласящая, что Deadtime (typ.) 1.2 µs является истинной.
Поскольку микросхем уже работала нельзя было удержаться еще от одного эксперимента - снизить напряжение питания, чтобы убедиться, что частота генератора увеличится. В результате получилась следующая картинка:

Однако ожидания не оправдались - вместо увеличения частоты произошло ее уменьшение, причем менее чем на 2%, чем вообще можно принебречь и отметить, что микросхема IR2153 держит частоту достаточно стабильно - напряжение питания изменилось более чем на 30%. Так же следует отметить, что несколько увеличилось время паузы. Этот факт несколько радует - при уменьшении управляющего напряжения немного увелифивается время открытия - закрытия силовых транзисторов и увеличение паузы в данном случае будет весьма полезным.
Так же было выяснено, что UV DETECT прекрасно справляется со своей функцией - при дальнейшем снижении напряжения питания генератор останавливался, а при увеличии микросхема снова запускалась.
Теперь вернемся к нашей математике по результатам которой мы выснили, что при установленных в затворах резисторах на 22 Ома время закрытия и открытия у нас равно 0,754 µS для транзистора IRF840, что меньше паузы в 1,2 µS, дающую самой микросхемой.
Таким образом при микросхема IR2155 через резисторы 22 Ома вполне нормально сможет управлять IRF840, а вот IR2151 скорей всего прикажет долго жить, поскольку для закрытия - открытия транзисторов нам потребовался ток в 259 mA и 160 mA соответсвенно, а у нее максимальные значения составляют 210 mA и 100 ma. Конечно же можно увеличить сопротивления, установленные в затворы силовых транзисторов, но в этом случае существует риск выйти за пределы DEAD TIME . Чтобы не заниматься гаданием на кофейной гуще была составлена таблица в EXCEL, которую можно взять . Подразумевается, что напряжение питание микросхемы составляет 15 В.
Для снижения коммутационных помех и некоторого уменьшения времени закрывания силовых транзисторов в импульсных блоках питания используют шунтирование либо силового транзистора последовательно сединенными резистором и конденсатором, либо такой же цепочкой шунтируют сам силовой трансформатор. Данный узел называется снаббером. Резистор снабберной цепи выбирают номиналом в 5–10 раз больше сопротивления сток - исток полевого транзистора в открытом состоянии. Емкость конденсатора цепи определяется из выражения:
С = tdt/30 х R
где tdt - время паузы на переключения верхнего и нижнего транзисторов. Исходя из того, что продолжительность переходного процесса, равная 3RC, должна быть 10 раз меньше длительности значения мертвого времени tdt.
Демпфирование задерживает моменты открывания и закрывания полевого транзистора относительно перепадов управляющего напряжения на его затворе и уменьшает скорость изменения напряжения между стоком и затвором. В итоге пиковые значения импульсов затекающего тока меньше, а их длительность больше. Почти не изменяя времени включения, демпфирующая цепь заметно уменьшает время выключения полевого транзистора и ограничивает спектр создаваемых радиопомех.

С теорией немного разобрались, можно приступить и практическим схемам.
Самой простой схемой импульсного блока питания на IR2153 является электронный трансформатор с минимумом функций:

В схеме нет ни каких дополнительных функций, а вторичное двуполярное питание формируется двумя выпрямителями со средней точкой и парой сдвоенных диодов Шотки. Емкость конденсатора С3 определяется из расчета 1 мкФ емкости на 1 Вт нагрузки. Конденсаторы С7 и С8 равной емкости и распологаются в пределах от 1 мкФ до 2,2 мкФ. Мощность зависит от используемого сердечника и максимального тока силовых транзисторов и теоритически может достигать 1500 Вт. Однако это только ТЕОРИТИЧЕСКИ , исходя из того, что к трансформатору прилагается 155 В переменного напряжения, а максимальный ток STP10NK60Z достигает 10А. На практике же во всех даташитах указанно снижение максимального тока в зависимости от температуры кристалла транзистора и для транзистора STP10NK60Z максимальный ток составляет 10 А при температуре кристалла 25 град Цельсия. При температуре кристалла в 100 град Цельсия максимальный ток уже составляет 5,7 А и речь идет именно о температуре кристалла, а не теплоотводящего фланца и уж тем более о температуре радиатора.
Следовательно максимальную мощность следует выбирать исходя из максвимального тока транзистора деленного на 3, если это блок питания для усилителя мощности и деленного на 4, если это блок питания для постоянной нагрузки, например ламп накаливания.
Учитывая сказанное выше получаем, что для усилителя мощности можно получить импульсный блок питания мощностью 10 / 3 = 3,3А , 3,3А х 155В = 511Вт . Для постоянной нагрузки получаем блок питания 10 / 4 = 2,5 А , 2,5 А х 155В = 387Вт . И в том и в другом случае используется 100% КПД, чего в природе не бывает . Кроме этого, если исходить из того, что 1 мкФ емкости первичного питания на 1 Вт мощности нагрузки, то нам потребуется конденсатор, или конденсаторы емкостью 1500 мкФ, а такую емкость заряжать уже нужно через системы софт-старта.
Импульсный блок питания с защитой от перегрезки и софтстартом по вторичному питанию представлен на следующей схеме:

Прежде всего в данном блоке питания присутствует защита от перегрузки, выполненная на трансформаторе тока. Подробности о расчете трансформатора тока можно почитать . Однако в подавляющем большинстве случаев вполне достаточно ферритового кольца диаметром 12...16 мм, на котором в два провода мотается порядка 60...80 витков. Диаметр 0,1...0,15 мм. Затем начало одной обмотки осединяется с концов второй. Это и есть вторичная обмотка. Первичная обмотка содержит один-два, иногда удобней полтора витка.
Так же в схеме уменьшены номиналы резистор R4 и R6, чтобы расширить диапазон питающего первичного напряжения (180...240В). Чтобы не перегружать установленный в микросхему стабилитрон в схеме имеется отдельный стабилитрон мощностью 1,3 Вт на 15 В.
Кроме этого в блок питания введен софт-старт для вторичного питания, что позволило увеличить емкости фильтров вторичного питания до 1000 мкФ при выходном напряжении ±80 В. Без этой системы блок питания входил в защиту в момент включения. Принцип действия защиты основан на работе IR2153 на повышенной частоте в момент включения. Это вызывает потери в трансформаторе и он не способен отдать в нагрузку максимальную мощность. Как только началась генерация через делитель R8-R9 напряжение, подаваемое на трансформатор попадает на детектор VD5 и VD7 и начинается зарядка конденсатора С7. Как только напряжение станет досточным для открытия VT1 к частотозадающей цепочки микросхемы подключается С3 и микросхема выходит на рабочую частоту.
Так же введены дополнительные индуктивности по первичному и вторичному напряжениям. Индуктивность по первичному питанию уменьшает помехи, создаваемые блоком питания и уходящие в сеть 220В, а по вторичному - снижают ВЧ пульсации на нагрузке.
В данном варианте имеется еще два дополнительных вторичных питания. Первое предназначено для запитки компьтерного двенадцативольтового куллера, а второе - для питания предварительных каскадов усилителя мощности.
Еще один подвариант схемы - импульсный блок питания с однополярным выходным напряжением:

Разумеется, что вторичная обмотка расчитывает на то напряжение, которое необходимо. Блок питания можно запаять на той же плате не монтируюя элементы, которых на схеме нет.

Следующий вариант импульсного блока питания способен отдать в нагрузку порядка 1500 Вт и содержит системы мягкого старта как по первичному питанию, так и по вторичному, имеет защиту от перегрузки и напряжение для куллера принудительного охлаждения. Проблема управления мощными силовыми транзисторами решена использованием эмиттерных повторителей на транзистора VT1 и VT2, которые разряжают емкость затворов мощных транзисторов через себя:

Подобное форсирование закрытия силовых транзисторов позволяет использовать довольно мощные экземпляры, такие как IRFPS37N50A, SPW35N60C3, не говоря уже о IRFP360 и IRFP460.
В момент включения напряжение на диодный мост первичного питания подается через резистор R1, поскольку контакты реле К1 разомкнуты. Далее напряжение, через R5 подается на микросхему и через R11 и R12 на вывод обмотки реле. Однако напряжение увеличивается постепенно - С10 достаточно большой емкости. Со второй обмотки реле напряжение поступает на стабилитрон и тиристор VS2. Как только напряжение достигнет 13 В его уже будет достаточно, чтобы пройдя 12-ти вольтовый стабилитрон открыть VS2. Тут следует напомнить, что IR2155 стартует при напряжении питания примерно в 9 В, следовательно на момент открытитя VS2 через IR2155 уже будет генерировать управляющие импульсы, только в первичную обмотку они будут попадать через резистор R17 и конденсатор С14, поскольку вторая группа контактов реле К1 тоже разомкнута. Это существенно ограничит ток заряда конденсаторов фильтров вторичного питания. Как только тиристор VS2 откроется на обмотку реле будет подано напряжение и обе контактные группы замкнуться. Первая зашунтирует токоограничиваюй резистор R1, а вторая - R17 и С14.
На силовом трансформаторе имеет служебная обмотка и выпрямитель на диодах VD10 и VD11 с которых и будет питаться реле, а так же дополнительная подпитка микросхемы. R14 служит для ограничения тока вентилятора принудительного охлаждения.
Используемые тиристоры VS1 и VS2 - MCR100-8 или аналогичные в корпусе ТО-92
Ну и под занавес этой страницы еще одна схема все на той же IR2155, но на этот раз она будет выполнять роль стабилизатора напряжения:

Как и в предудущем варианте закрытие силовых транзисторов производится биполярами VT4 и VT5. Схема оснащена софтстартом вторичного напряжения на VT1. Старт производится от бортовой сети автомобиля а дальше питание осуществляется стабилизированным напряжением 15 В вормируемым диодами VD8, VD9, резистором R10 и стабилитроном VD6.
В данной схеме есть еще один довольно любопытный элемент - tC. Это защита от перегрева радиатора, которую можно использовать практически с любыми преобразователями. Однозначного названия найти не удалось, в простонародье это тепловой предохранитель самовостанавливающийся, в прайсах имеет обычно обозначение KSD301. Используется во многих бытовых электроприборах в качестве защитного или регулирующего температуру элемента, поскольку выпускаются с различной температурой срабатывания. Выглядит этот предохранитель так:

Как только температура радиатора достигнет предела отключения предохранителя управляющее напряжение с точки REM будет снято и преобразователь выключится. После снижение температуры на 5-10 градусов предохранитель востановится и подаст управляющее напряжение и преобразователь снова запустится. Этот же термопредохранитель, ну или термореле можно использовать и в сетевых блоках питания контролируя температуру радиатора и отключая питание, желательно низковольтное, идущее на микросхему - термореле так дольше проработает. Купить KSD301 можно .
VD4, VD5 - быстрые диоды из серии SF16, HER106 и т.д.
В схему можно ввести защиту от перегрузку, но во время ее разработки основной упор делался на миниатюризацию - даже узел софтстарта был под большим вопросом.
Изготовление моточных деталей и печатные платы описаны на следующих страницах статьи.

Ну и под занавес несколько схем импульсных блоков питания, найденых в интернете.
Схема №6 взята с сайта "ПАЯЛЬНИК":

В следующем блоке питания на самотактируемом драйвере IR2153 емкость вольтодобавочного конденсатора сведена до минимальной достаточности 0,22 мкф (С10). Питание микросхемы осуществляется с искуственной средней точки силового трансформатора, что не принципиально. Защиты от перегрузки нет, форма подаваемого в силовой трансформатор напряжения немного корретируется индуктивностью L1:

Подбирая схемы для этой статьи попалась и вот такая. Идея заключается в использовании двух IR2153 в мостовом преобразователе. Идея автора вполне понятна - выход RS триггера подается на вход Ct и по логике на выходах ведомой микросхемы должны образоваться управляющие импульсы противоположные по фазе.
Идея заинтргировала и был проден следственный эксперимент на тему проверки работоспособности. Получить устойчивые управляющие импульсы на выходах IC2 не удалось - либо работал верхний драйвер, либо нижний. Кроме этого сдивагалсь фаза пауза DEAD TIME , на одной микросхеме отностительно другой, что существенно снизит КПД и от идеи были вынуждены отказаться.

Отличительная черта следующего блока питания на IR2153 заключается в том, что если он и будет работать, то работа эта сродни пороховой бочке. Прежде всего бросилась в глаза дополнительная обмотка на силовом трансформаторе для питания самой IR2153. Однако после диодов D3 и D6 нет токоограничивающего резистора, а это означает, что пятнадцативольтовый стабилитрон, находящийся внутри микросхемы будет ОЧЕНЬ сильно нагружен. Что произойдет при его перегреве и тепловом пробое можно только гадать.
Защита от перегрузки на VT3 шунтирует время задающий конденсатор С13, что вполне приемелемо.

Последний приемлемый вариант схемы истоника питания на IR2153 не представляет собой ни чего уникального. Правда автор зачем то уж слишком уменьшил сопротивление резисторов в затворах силовых транзисторов и установил стабилитроны D2 и D3, назначение которых весьма не понятно. Кроме этого емкость С11 слишком мала, хотя возможно речь идет о резонансном преобразователе.

Есть еще один вариант импульсного блока питания с использованием IR2155 и именно для управления мостовым преобразвателем. Но там микросхема управляет силовыми транзисторами через дополнительный драйвер и согласующий трансформатор и речь идет об индукционной плавке металлов, поэтому этот вариант заслуживает отдельной страницы, а всем кто понял хотя бы половину из прочитанного стоит переходить на страницу с ПЕЧАТНЫМИ ПЛАТАМИ .

ВИДЕОИНСТРУКЦИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ СБОРКЕ
ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ НА БАЗЕ IR2153 ИЛИ IR2155

Несколько слов об изготовлении импульсных трансформаторов:

Как определить количество витков не зная марку феррита:

Долго меня волновала тема того, как можно использовать блок питания от компьютера в качестве питания усилителя мощности. Но переделывать блок питания - то ещё развлечение, особенно импульсный с таким плотным монтажом. Хоть я и привычный ко всяким фейерверкам, но домашних пугать очень не хотелось, да и опасненько это и для самого.

В общем, изучение вопроса привело к довольно простому решению, не требующему никаких особенных деталей и практически никакого налаживания. Собрал-включил-работает. Да и хотелось попрактиковаться в вытравливании печатных плат с помощью фоторезиста, так как в последнее время современные лазерные принтеры стали жадными до тонера, и привычная лазеро-утюжная технология не задалась. Результатом работы с фоторезистом я остался очень доволен, - для эксперимента на плате вытравил надпись линией толщиной 0,2мм. И она прекрасно получилась! Итак, довольно прелюдий, опишу схему и процесс сборки-наладки блока питания.

Блок питания на самом деле очень прост, собран практически весь из деталей, оставшихся после разборки не самого хорошего импульсника от компьютера, - из тех, в которые «не докладывают» деталей. Одна из этих деталей - импульсный трансформатор, который можно использовать без перемотки в блоке питания на 12В, или пересчитать, что тоже очень просто, на любое напряжение, для чего я использовал программу Москатова.

Схема блока импульсного блока питания :

В качестве компонентов были использованы следующие:

драйвер ir2153 - микросхема, используется в импульсных преобразователях для питания люминесцентных ламп, её более современный аналог - ir2153D и ir2155. В случае использования ir2153D диод VD2 можно исключить, так как он уже встроен в микросхему. У всех микросхем серий 2153 в цепи питания уже стоит встроенный стабилитрон на 15,6В, поэтому не стоит сильно заморачиваться с устройством отдельного стабилизатора напряжения для питания самого драйвера;

VD1 - любой выпрямительный с обратным напряжением не ниже 400В;

VD2-VD4 - «быстродействующие», с малым временем восстановления (не больше 100нс) например - SF28; На самом деле VD3 и VD4 можно исключить, я их не ставил;

в качестве VD4, VD5 - использован сдвоенный диод от компьютерного блока питания «S16C40″ - это диод «Шоттки», можно поставить любой другой, менее мощный. Нужна эта обмотка для питания драйвера ir2153 после того, как запустится импульсный преобразователь. Можно исключить и диоды и обмотку, если не планируется снимать мощность более 150Вт;

Диоды VD7-VD10 - мощные диоды «Шоттки», на напряжение не ниже 100В и ток не меньше 10 А, например - MBR10100, или другие;

транзисторы VT1, VT2 - любые мощные полевые, от их мощности зависит выходная, но сильно тут увлекаться не стоит, как и снимать с блока более 300Вт;

L3 - намотан на ферритовом стержне и содержит 4-5 витков провода 0,7мм; Эту цепочку (L3, C15, R8) можно вообще исключить, она нужна, чтобы немного облегчить режим работы транзисторов;

Дроссель L4 намотан на кольце от старого дросселя групповой стабилизации того же блока питания от компьютера, и содержит по 20 витков, мотается сдвоенным проводом.

Конденсаторы на входе можно поставить и меньшей ёмкости, их ёмкость можно примерно подобрать исходя и снимаемой мощности блока питания, примерно как 1-2мкФ на 1 Вт мощности. Не стоит увлекаться конденсаторами и ставить на выход блока питания ёмкости больше 10000 мкФ, так как это может привести к «салюту» при включении, так как они при включении требуют значительного тока для зарядки.

Теперь пару слов о трансформаторе. Параметры импульсного трансформатора определены в программе Москатова и соответствуют Ш-образному сердечнику со следующими данными: S0 = 1,68 кв.см; Sc = 1,44 кв.см; Lср.л. = 86см; Частота преобразования - 100кГц;

Получившиеся расчётные данные:

Обмотка 1 - 27 витков 0,90мм; напряжение - 155В; Намотана в 2 слоя проводом, состоящим из 2 жил по 0,45мм; Первый слой - внутренний содержит 14 витков, второй слой - наружний содержит 13 витков;

обмотка 2 - 2 половины по 3 витка проводом 0,5мм; это - «обмотка самопитания» на напряжение около 16В, мотается проводом так, чтобы направления намотки были в разную сторону, средняя точка выводится наружу и подключается на плате;

обмотка 3 - 2 половины по 7 витков, намотана так же многожильным проводом, сначала - одна половина в одну сторону, потом через слой изоляции - вторая половина, в противоположную сторону. Концы обмоток выведены наружу в «косу» и подключаются в общую точку на плате. Обмотка рассчитана на напряжение около 40В.

Таким же образом можно рассчитать трансформатор на любое нужное напряжение. У меня собраны 2 таких блока питания, - один - для усилителя на TDA7293, второй - на 12В для питания всяческих поделок, - используется в качестве лабораторного.

Блок питания для усилителя на напряжение 2х40В:

Импульсный блок питания на 12В:

Блок питания в сборе в корпусе:

Фото испытаний импульсного блока питания, - того, что для усилителя с помощью эквивалента нагрузки из нескольких резисторов МЛТ-2 по 10Ом, включаемых в разной последовательности. Целью было получить данные о мощности, падении напряжения и разности напряжений в плечах +/- 40В. По итогам у меня получились такие параметры:

Мощность - около 200Вт (больше не стал пытаться снимать);

напряжение, в зависимости от загрузки - 37,9-40,1В во всём диапазоне от 0 до 200Вт

Температура на максимальной мощности 200Вт после тестового прогона в течение получаса:

трансформатора - около 70град.цельсия, радиатора диодов без активного обдува - около 90 град.цельсия. С активным обдувом - быстро приближается к комнатной и практически не греется. В итоге радиатор был заменён, и на следующих фото блок питания уже с другим радиатором.

При разработке блока питания были использованы материалы сайта vegalab и radiokot, на форуме «Веги» очень подробно описан этот блок питания, так же есть варианты блока с защитой от КЗ, что есть неплохо. У меня например при случайном КЗ мгновенно сгорела дорожка на плате во вторичной цепи

Внимание!

Первое включение блока питания следует производит через лампу накаливания мощностью не более 40Вт. При первом включении в сеть она должна на короткое время вспыхнуть и погаснуть. Светиться она практически не должна! При этом можно проверить выходные напряжения и попробовать несильно нагрузить блок (не больше 20Вт!). Если всё в порядке, - лампочку можно убирать и приступать к испытаниям.

ЗЫ: При сборке и наладке блока питания ни одного животного не пострадало, хотя один раз-таки был словлен «фейерверк» с искрами и спецэффектами при взрыве силовых ключей. После их замены блок заработал как ни в чём не бывало;

ЗЗЫ: Внимание! Этот блок питания имеет цепи, связанные с сетью высокого напряжения! Если вы не понимаете, что это такое и к чему может привести, - лучше отказаться от идеи собрать этот блок. Кроме того, в цепи высокого напряжения имеется действующее напряжение около 320В!

Раздел: [Схемы]
Сохрани статью в:

Схема такого импульсного блока питания в интернете встречается довольно часто, но в некоторых из них допущены ошибки, я же в свою очередь чуть доработал схему. Задающая часть (генератор импульсов) собран на ШИМ-контроллере IR2153. Схема из себя представляет типичный полумостовой инвертор с мощностью 250 ватт.

Импульсное ЗУ для зарядки аккумуляторов схема
Мощность инвертора можно повысить до 400 ватт, если заменить электролитические конденсаторы на 470 мкФ 200 Вольт.

Силовые ключи с нагрузкой до 30 -50 ватт остаются холодными, но их нужно установить на теплоотводы, возможно будет нужда в воздушном охлаждении.

Использован готовый трансформатор от компьютерного блока питания (подойдет буквально любой). Они имеют шину 12 Вольт до 10 Ампер (зависит от мощности блока, в котором они использовались, в некоторых случаях обмотка на 20 Ампер). 10 Ампер тока вполне хватит для зарядки мощных кислотных аккумуляторов с емкостью до 200А/ч.

Диодный выпрямитель — в моем случае была использована мощная диодная сборка шоттки на 30 Ампер. Диод всего один.

ВНИМАНИЕ!
Не коротить вторичную обмотку трансформатора, это приведет к резкому повышению тока в первичной цепи, к перегреву транзисторов, в следствии чего они могут выйти из строя.

Дроссель — тоже был снят от импульсного БП, его при желании можно исключить из схемы, он тут применен в сетевом фильтре.

Предохранитель тоже не обязательно ставить. Термистор — любой (я взял от нерабочего компьютерного блока питания). Термистор сохраняет силовые транзисторы во время бросков напряжения. Половина компонентов этого блока питания можно выпаять из нерабочих компьютерных БП, в том числе и электролитические конденсаторы.

Полевые транзисторы — я ставил мощные силовые ключи серии IRF740 с напряжением 400 Вольт при токе до 10 Ампер, но можно использовать любые другие аналогичные ключи с рабочим напряжением не менее 400 Вольт с током не менее 5 Ампер.

К блоку питанию не желательно добавить дополнительные измерительные приборы, поскольку ток тут не совсем постоянный, стрелочный или электронный Вольтметр могут работать неправильно.
Готовое зарядное устройство достаточно компактное и легкое, работает полностью бесшумно и не греется при холостом ходу, обеспечивает достаточно большой выходной ток. Затраты на компоненты минимальны, но на рынке такие ЗУ стоят 50-90$.

Очень мощное зарядное устройство на автомобиль до 50 Ампер. Мы уже не один раз заводили речь о различных зарядных устройствах для аккумуляторов. Этот раз будет не исключение, рассмотрим очень мощное зарядное устройство, которое в итоге может выдавать мощность до 600 Вт с возможностью разгона до 1500 Вт.

Понятно, что при таких высоких мощностях не обойтись без импульсного источника питания, иначе габариты такого устройства у нас будут неподъемной массы и размеров. Схема достаточно проста, представлена на рисунке ниже.

Принцип работы в общем-то не отличается от других импульсных источников питания, которые мы рассматривали ранее. Структура работы построена следующим образом, изначальное сетевое напряжения фильтруется, убираются не желательные пульсации, затем выпрямляется и подается на ключи, которые и формируют импульсы высокой частоты соответствующие схеме управления ими. Далее импульсный трансформатор понижает напряжения до необходимого значения и выпрямляется обычным мостовым выпрямителем. В общем и целом все просто.

В данном случае роль схемы управления ключами играет задающий генератор на базе микросхемы IR2153. Обвес микросхемы представлен на схеме.

В качестве ключей использовались транзисторы IRF740 можно использовать и другие, сразу отметим что именно транзисторами задается итоговая мощность зарядника. При использовании IRF740 гарантирована мощность примерно в 850 Вт.

На входе помимо фильтра также установлен термистор для ограничения пускового тока. Термистор должен быть не более 5 Ом и рассчитан на ток до 5 А. Есть в схеме и небольшая тонкость, т.к. на входе напряжения сетевое 50 Гц требования к диодам, кроме стандартных: обратного напряжения (в 600 В) и тока (6-10 А) нет никаких, можно брать практически любые с заданными параметрами.

Второй же мост установленный на выходе имеет одну особенность, связанную с тем, что с трансформатора подается напряжение высокой частоты, поэтому помимо обратного напряжения не менее 25 В и обратного тока до 30 А, в обязательном порядке необходимо брать ультрабыстрые диоды. Кстати в качестве первого моста не обязательно использовать 4 диода, можно взять готовую диодную сборку с компьютерного блока питания.

Будет гораздо удобней в монтаже. Электролитические конденсаторы, установленные после первого моста, должны быть рассчитаны на напряжение не менее 250 В и емкостью 470 мкФ их кстати тоже можно взять из компьютерного блока питания. С трансформатором также все просто, можно взять его из того же самого компьютерного блока питания, который даже перематывать нет необходимости.

Силовые ключи естественно необходимо установить на теплоотвод, т.к. общих точек у транзисторов нет устанавливаем их либо на разные радиаторы, либо изолируем их слюдяными прокладками.

Для облегчения ремонтных работ желательно установить микросхему в специальный корпус для ее легкого снятия и замены, это значительно облегчит ремонт и настройку. Для проверки устройства после монтажа, включите его в холостом режиме, т.е. без нагрузки. Силовые ключи в этом случае должны не греться вообще. Мощность 25 Омных резисторов на затворах полевиков достаточно взять 0,5 Вт.

Резистор, установленный по питанию микросхемы IR2153, может быть взять в диапазоне от 47 кОм до 60 кОм с ваттнойстью не менее 5 Вт, является токоограничительным для защиты по току микросхемы. Выходные конденсаторы должны быть подобраны напряжением не менее 25 В и емкостью 1000 мкФ.

Сразу хочу обратить ваше внимание, что в схеме отсутствует защита от КЗ, переполюсовки, отсутствует индикация работы и т.д. Все эти недоработки можно легко исправить, тем более они были описаны на нашем ресурсе не один раз.

И ещё хочу отметить один момент, если вам нужно отремонтировать автомобиль или заправить кондиционер, то нет проблем. Есть отличная компания, которая занимается этим на профессиональном уровне и в то же время делает всё как для себя.

Доброго дня всем! Вот смотрю схемы в Интернете блоков питания импульсных и... И не понимаю! Толи авторы не читают "Datasheet" на компоненты, толи специально отбивают охоту собирать ИБП??? . Смотрим описание IR2153 : "улучшенная версия IR2153 -2155, перечень улучшений сводится к защите от помех. .. Читаем: рекомендуемая емкость нагрузки 1000 пф, мощность 0,650 вт (кратковременно)! Так это данные на IR2151 !!! И так имеем: IR2153 может управлять ключами с емкостной нагрузкой в 1n=1000пф! Смотрим "datasheet" ключей. IR740 - 1450 пф. В полтора раза превышает рекомендованное. Теперь напряжение. Рекомендовано максимальное напряжение ключей 600 v(в) ! А ключи имеют 400 в. Ну да, это больше 310 в! Однако всем, кто сталкивался с промышленными схемами ИБП, хорошо известно, что ключи ставятся на напряжение не меньше 600 в. Только в Китайских схемах иногда появляются сгоревшие на 500 в. Надеюсь объяснил понятно?! Что касается тока ключа, и сопротивления ключа в открытом состоянии. Это мало влияет на мощность ИБП. Объясню. Для импульсного блока питания ток ограничен прохождением через нагрузку и как правило в импульсе не превышает 2-3 а. В импульсе! Смотрим "datasheet" ключей и видим: при температуре кристалла 100 гр. ток с большим запасом у IR740. Однако в данном случае это для ключа минус! Чем больше ток ключа - тем больше время переключения (см. график там же) и уж конечно меньше крутизна импульса, а значит КПД меньше максимального (75%). Соответственно данный ключ работать будет, но плохо!!! В результате перечисленного: такое сочетание влечет выгорание как ключей так и драйвера! Кто хочет повторить эту схему - обречен на горсть сгоревших деталей! Я не прав? Почитайте комментарии к подобным схемам. Следует вопрос: ты такой умный, так что посоветуешь? Посоветую, всем кто хочет иметь простую сборку ИБП, взять схему из описания и рекомендации Компании "IR" - драйвер IR2153 с ключами на ток 4-5 а и макс. напряжением 600-900 в с емкостью управляющего электрода не более 1000 пф. Пример STP5NK600C и подобные MOSFET триоды. Теперь про сопротивление в открытом состоянии для ключа: действительно чем оно больше - тем сильнее нагрев ключа. Кто то скажет и меньше КПД. В данном случае КПД не 100% и влияние сопротивления очень мало. Так что влияет на КПД? На КПД влияет сама схема ИБП, для КПД до 94% собираем резонансный ИБП. КПД до 75% - с правильными ключами на IR2153 !. вам мало такого КПД? Хм. А как насчет трансформатора импульсного? Он как ограничит КПД? Кто то посчитал уже? Потери при частотах с выше 50 Кгц возрастают в разы, хотя и до 50 Кгц потери не нулевые. Смотрим промышленные схемы: намотка импульсных трансформаторов очень капризное занятие, два, одинаково намотанных, трансформатора имеют различную индуктивность! Что это? А это то и есть! Каждый ИТ имеет всою оптимальную рабочую частоту. А это как Вам? Всё - дальше читайте и смотрите схемы ИБП телевизоров, мощных усилителей, и прочих заводских электроприборов. Успеха Вам!

Главная » Устройство  » Bg на 2153 с регулировкой выходного напряжения. Мощное импульсное зарядное устройство. Аспекты подбора оборудования