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.
Самотактируемый полумостовой драйвер
Отличительные особенности:
- Интегрированный 600В полумостовой драйвер
- 15.6В стабилитрон на линии Vcc
- Действительная микромощность при старте
- Более жесткое начальное управление временем паузы
- Низкий температурный коэффициент длительности паузы
- Функция выключения (1/6 от Vcc на выводе СТ)
- Увеличенный гистерезис блокировки при снижении напряжения (1 В)
- Более маломощная схема преобразования уровня
- Постоянная ширина импульсов LO,HO при старте
- Уменьшено di/dt для лучшей нечувствительности к шумам
- Выход драйвера нижнего уровня в фазе с RT
- Внутренний 50нс диод запуска (IR2153D)
- Увеличенная стойкость к защелкиванию на всех входах и выходах
- Защита от электростатических разрядов на всех выводах
- Напряжение смещения V OFFSET не более 600В
- Скважность 2 (меандр)
- Tr/Tp 80/40нс
- Vclamp 15.6В
- Пауза 1.2 мкс
Типовая схема включения:
Блок-схема:
Расположение выводов:
Описание выводов:
Описание:
IR2153 – улучшенная версия драйвера IR2155 и IR2151, которая содержит драйвер високовольтного полумоста с генератором аналогичным промышленному таймеру 555 (К1006ВИ1). IR2153 отличается лучшими функциональными возможностями и более прост в использовании по сравнению с предыдущими микросхемами. Функция выключения в данном устройстве совмещена с выводом СТ, при этом выключение обоих каналов происходит при подаче управляющего сигнала низкого уровня.
Кроме того, формирование выходных импульсов связано с моментом пересечения увеличивающегося напряжения на Vcc порога схемы блокировки от понижения напряжения, тем самым была достигнута более высокая стабильность импульсов при запуске.
Стойкость к шумам была значительно улучшена за счет уменьшения скорости изменения тока драйверов (di/dt) а также за счет увеличения гистерезиса схемы блокировки от понижения напряжения (до 1В). Наконец, существенное внимание было уделено повышению стойкости защелок и обеспечению всесторонней защиты от электростатических разрядов на всех выводах.
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:
МИКРОСХЕМА |
Максимальное напряжение драйвера |
Напряжение питания старта |
Напряжение питания стопа |
Максимальный ток для зарадки затворов силовых транзисторов / время нарастания |
Максимальный ток для разрядки затворов силовых транзисторов / время спада |
Напряжение внутреннего стабилитрона |
100 mA / 80...120 nS |
210 mA / 40...70 nS |
|||||
НЕ УКАЗАНО / 80...150 nS |
НЕ УКАЗАНО / 45...100 nS |
|||||
210 mA / 80...120 nS |
420 mA / 40...70 nS |
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.
ПОПУЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ |
|||||||
НАИМЕН-НИЕ |
НАПРЯЖЕНИЕ |
МОЩНОСТЬ |
ЕМКОСТЬ |
Qg |
|||
СЕТЕВЫЕ (220 V) |
|||||||
17...23nC (ST ) |
|
||||||
38...50nC (ST ) |
|||||||
35...40nC (ST ) |
|||||||
39...50nC (ST ) |
|||||||
46nC (ST ) |
|||||||
50...70nC (ST ) |
|||||||
75nC (ST ) |
|||||||
84nC (ST ) |
|||||||
65nC (ST ) |
|||||||
46nC (ST ) |
|
||||||
50...70nC (ST ) |
|||||||
75nC (ST ) |
|||||||
65nC (ST ) |
|||||||
| STP20NM60FP | 54nC (ST ) |
||||||
|
|||||||
150nC (IR) |
|||||||
150...200nC (IN) |
|||||||
252...320nC (IN) |
|||||||
87...117nC (ST ) |
|||||||
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:
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.
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