Импульсный бп на ir2153. Импульсный блок питания на IR2153. Отличительные свойства данного источника питания

Собирая какое нибудь очередное устройство, все больше мучает вопрос чем же его питать. Да хорошо когда навалом разной аппаратуры где есть подходящие трансформаторы, а если перематывать??? Перемотать трансформатор занятие не из приятных, пусть даже в расчетах помогает приложения для для расчета трансформатора, сам процесс перемотки часто напрягает.

Помню как то был ТСШ-180, хороший анодно-накальный транс, да и пришлось перематывать. Мотал дня два наверное, плюс проливал лаком что бы была изоляция лучше и не гудел… Собрал его, здоровый такой. Сам весом 3 кг да чуть на ногу не упал. Подумал я об этом всем и решил перейти на импульсные блоки питания и на это масса причин.

Причины выбора импульных блоков питания:

1. П ервая и не маловажная причина, это финансовая. Вот у нас тот же ТСШ-180 а.-накальный стоит 150-180 грн. В то время как ИИП 200Вт на IR2153 в сборе стоит будет 130-160 грн. Да разница не велика, зато у вас же дома полно нужных деталей. К примеру я докупил только IRF740 и IR2153 и заплатил 40грн. Как разница?? А еще и от хлама немного избавился)) А еще незабываем что в расчет уже и мост и банки, а к трансу это тоже надо покупать. А хорошие баночки о как хорошо стоят. А на ИИП вместо 22 000мФ, можно поставить 3300мФ и разницы в фильтрации даже не заметиш

2. В торая причина габаритность. Трансы тяжелые, ватт так на 200 весом 3-4кг, заменяется ИИП массой 300г и размером платы гдето 120*120мм. Удобно в коробке DVD собрать что то мощное, Ланзар например…

3. Э то низкий уровень помех в пределах 20-20 000Гц. Это для усилителя низких частот очень хорошо, даже великолепно. Не помех, не фона нет.

На схеме видем силивую часть в которой присутствует: защитные цепи (R1,R2,FU1)фильтр C-R-C(C1,L1,C1), выпрямитель с фильтр-делителем(VD1(400В 3A),C3,C4,C6,C7, R44,R6) и ключевую часть в которую входят два мосфета(VT1,VT2), трансформатор(T1) и две помехо подавляющие цепи(R8C9,C8R7)

Ничего сложного и в управляющей части. Питающая часть микросхемы состоит из баластного резистора R9, стабилитрона VD2. фильтра C10C11, и еще одного баластного резистора R10. В ходе работы возможно прийдется подобрать R9R10.
Частота работы ШИМ задается R11C13. И расчитывается по формуле f=1/1.4*(R11+75Ом)*С13. В нашем случае выходит f=1/1.4*(10000+75)*0.000000001=70896 Гц= 70.9кГц. Будте внимательны с ноликами

Ну тут толком нечего рассказывать: Сдвоеный диод VD4, фильтр-выпрямитель C14-L3-C15-C16 и все. Помните при расчете, что это не стабилизированный БП и напряжение может плавать. Поэтому лучше при расчетах введите на пару вольт меньше

По расчету трансформатора вам поможет приложение для расчета Импульсных трансформаторов. Совет вторичку мотать косой из более тонкого провода, дабы избежать скин-эфекта.

Кстати у одного моего знакомого от такой схемы питается 2.1 собранны на TDA2030A сумарной мощью 65Вт. Это небольшая часть от того что выдает ИИП на IR2153, зато работает который год. Да опять же трансформатор на 70Вт щас стоит так же как и блок ИИП на IR2153, так в ИИП еще и запаса 130Вт…

На этом все, всем спасибо за внимание и удачи в сборке…

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

Внимание! Данная схема не рекомендуется к сборке! Есть более совершенная и надежная схема:

Представляю вашему вниманию просто импульсный блок питания на микросхеме IR2153.

Схема импульсного блока питания представляет собой стандартную схему из даташита. Отличие схемы от даташитной лишь в оригинальном способе запитки драйвера и простой, высокоэффективной защите от короткого замыкания и перегрузок.

Драйвер запитывается непосредственно от сети, через диод и гасящий резистор, а не после основного выпрямителя от шины +310В как это делают обычно. Такой способ запитки дает нам сразу несколько преимуществ:

1. Снижает мощность рассеиваемую на гасящем резисторе. Что снижает выделение тепла на плате и повышает общий КПД схемы.
2. В отличает от запитки по шине +310В обеспечивает более низкий уровень пульсаций напряжения питания драйвера.

Защита от перегрузок и КЗ выполнена на паре транзисторов 2N5551/5401. В качестве датчика тока в данной схеме используются резисторы включенные в исток нижнего плеча преобразователя. Это позволяет отказаться от трудоемкого процесса намотки токового трансформатора. С помощью R6 настраивается порог срабатывания защиты.

При КЗ или перегрузке, когда падение напряжения на R10 R11 достигает заданной величины, такой величины при котором на базе VT1 напряжение станет больше 0,6 - 0,7В, сработает защита и питание микросхемы будет шунтировано на землю. Что в свою очередь отключает драйвер и весь БП в целом. Как только перегрузка или КЗ устранено, питание драйвера возобновляется и блок питания продолжает работу в штатном режиме. Светодиод HL1 сигнализирует о срабатывании защиты.

Защита настраивается так. К выходу каждого плеча блока питания подключаются мощные 10 Ом"ные резисторы. Включается блок питания в сеть. Вращением движка R6 добиваемся того чтобы HL1 погас, а затем выставляем движок в такое положение, чтобы HL1 еще не горел, но при минимальном повороте движка в сторону уменьшения тока срабатывания защиты, светодиод загорался. При такой настройке защиты, она будет срабатывать при выходной мощности приблизительно 300Вт. Такой режим работы безопасен для данных ключей (IRF740) и драйвера.

Трансформатор намотан на сердечнике ER35/21/11. Первичная обмотка намотана в два провода 0,63мм2 и содержит 33 витка. Вторичная обмотка состоит из двух половинок, намотанных в три провода 0,63мм2 и каждая половинка содержит по 9 витков.

Печатная плата выполнена в формате . Распечатке на лазерном принтере зеркалить ее не нужно.

Список радиоэлементов

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.

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.