Схема импульсного блока питания на IR2151-IR2153. Импульсный блок питания на IR2153 В общем начнем пока с так называемого «высоковольтного» блока питания

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.

Главным компонентом рассматриваемого источника питания является микросхема (драйвер) IR2153. Данный драйвер выпускается в двух исполнениях - IR2153 и IR2153D. Буква D обозначает, что микросхема оснащена диодом, предназначенным для питания каскада управления верхнего ключа. Таким образом, если в схеме применить драйвер IR2153D, то диод D2 устанавливать не требуется. Частота генерации данного источника питания задается резистором R4 и конденсатором C6 подключенным к выводам микросхемы RT (ножка 2) и CT (ножка 3). Оптимальной частотой генерации микросхемы является частота в 40 – 70 кГц, именно под данный диапазон подобран сердечник трансформатора Tr1. Особенностью микросхемы является способность остановки генерации путем закорачивания вывода CT на минус. Этот принцип применен для организации защиты микросхемы от короткого замыкания на выходе данного источника питания.

Схема электрическая принципиальная импульсного блока питания на IR2153

Принцип работы источника питания

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.

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.