Импульсный блок питания на IR2153

Когда есть желание запитать достаточно мощное устройство, то нужно решить, во-первых, проблему финансового характера — стоимость мощного трансформатора высока. Во-вторых, зачастую найти готовый и полностью подходящий под все требования трансформатор иногда бывает не просто.

Еще одна проблема — массогабаритного характера. Чем мощнее нагрузка, тем мощнее должен быть источник питания. То есть в любом случае источник питания должен быть готов отдать гораздо больше мощности, чем потребляет нагрузка. Иначе источник питания будет работать на пределе, что в конечном итоге приведет к его выходу из строя.

Неплохим компромиссом традиционному блоку питания может стать импульсный источник питания (ИИП). ИИП работает на частотах более высоких, чем частота электроосветительной сети. Иногда их частота на несколько порядков выше, чем 220 вольт в розетке на стене. Из этого следует то, что габариты трансформатора будут тоже на порядок-другой меньше, нежели у традиционного трансформатора. Из этого же следует, что и цена такого трансформатора будет сильно ниже, нежели того же самого традиционного трансформатора.

Из всего вышесказанного можно заключить, что ИИП обладает как минимум двумя преимуществами перед традиционными схемами питания:

1. Габариты и масса конечного устройства меньше.
2. Цена конечного устройства ниже, чем традиционного устройства.

Есть, конечно же, и недостатки.

1. Само по себе устройство сложнее, чем устройство питания на обычном трансформаторе. Традиционный блок питания можно сделать, не имея особых навыков. Для изготовления ИИП нужен хоть и не большой, но опыт. Желательно также иметь в наличии измерительную технику (осциллограф очень приветствуется) помимо обычного мультиметра. И хотя бы базовые навыки ее использования.

С лирикой покончили, перейдем к практике. Импульсный источник будет строиться на широко распространенной микросхеме IR2153 (D)(S). Это специализированная микросхема, улучшенная версия IR2151 и IR2155, представляет собой самотактируемый полумостовой драйвер. Микросхемы c индексами S и D – это некоторые разновидности, D – более новый вариант, именно его International Rectifier рекомендует использовать для новых дизайнов. Основная разница между ними не сильно велика, и ничего страшного не будет, если применять без индекса, либо с индексом S.
Схема устройства.

Узел на элементах L1, C1, C2 выполняет роль фильтра помех, который предотвращает их проникновение из ИИП в сеть. Элементы R1, D3 и C4 – это выпрямитель для внутреннего питания микросхемы IR2153. Питание микросхемы должно быть в пределах 9,5-15 вольт. Верхний предел обеспечивается внутренним стабилитроном на 15 вольт.

Частота работы микросхемы задается элементами С5, R3. В данном случае частота выбрана 50 кГц. Дальнейшее повышение частоты возможно, но не стоит увлекаться, так как будет сложнее управлять ключевыми транзисторами из-за растущего эффекта Миллера. Чтобы его нивелировать, потребуется внесение дополнительно драйвера ключевых транзисторов.

Выпрямитель вторичного напряжения построен на классическом диодном мосту, собранному из 4-х диодов Шоттки MBR10100. Выходное напряжение двуполярное. Фильтруется напряжение двойным LC-фильтром L3, C13, C15 (L2, C14, C16) и L5, C18, C19 (L4, C17, C20). В скобках – фильтрующие элементы для нижнего (по схеме) плеча.

Из особенностей. Данная схема содержит триггерную защиту от перегрузки. Она выполнена на элементах T1 (токовый трансформатор), диодах D7, D8, резисторах R2, R4, R5 и R6, тиристоре D2. Токовый трансформатор выполняет роль измерителя нагрузки, протекающей через ключевые транзисторы, выполнен в виде повышающего трансформатора. Импульсное напряжение с ТТ выпрямляется диодами D7,D8, и поступает на делитель напряжения на R5. Этим резистором можно выставлять порог срабатывания защиты.

Если защита от перегрузок не требуется, то вышеозначенные элементы можно не устанавливать. При этом первичную обмотку Т1 нужно будет заменить проволочной перемычкой. Сечение перемычки должно быть не меньше сечения провода первичной обмотки силового трансформатора. Каких-то других особенностей схема не имеет.

Об изготовлении трансформаторов. Данная схема рассчитывалась на двуполярное выходное напряжение +-20 вольт. Все намоточные данные приводятся для этих значений. Основной силовой трансформатор Т2 мотается на одном кольце 40х25х11 из «народного» феррита М2000.

Немного о подготовке сердечника для Т2. Сердечник перед намоткой необходимо обработать надфилем (или наждачной шкуркой) – сточить острые грани. Это может предотвратить возможное нарушение эмалевой изоляции обмоточного провода. Далее нужно обмотать сердечник лакотканью в один слой.

Сначала мотается первичная обмотка, затем вторичная. Обе обмотки нужно равномерно распределить по сердечнику. После намотки первичной обмотки необходимо нанести два-три слоя лакоткани.

Первичная обмотка составляет 67 витков проводом сечением 0,53 мм. Вторичная обмотка — с отводом от середины. Каждая полуобмотка представляет из себя 9 витков жгутом из трех проводов сечением 0,53 мм. Из особенностей намотки вторички надо отметить то, что она выполнена одновременно шестью проводами (по три провода для каждой полуобмотки).

Конец первой полуобмотки соединяется с началом второй – это будет отвод от середины. Одновременная намотка обеих полуобмоток даст гарантию того, что намотки будут симметричными и разницы в выходных напряжений не будет.

Токовый трансформатор представляет собой кольцевой сердечник из феррита проницаемостью М2000 практически любого размера. Лучше применять маленькие кольца (например 17,5х8,2х5). Вторичная обмотка мотается сразу двумя проводами (сечение провода не важно, лишь бы уместилось), количество витков — 70. Далее нужно соединить конец первой обмотки с началом второй. Это будет средняя точка вторичной обмотки этого трансформатора. Первичная обмотка представляет из себя 1-1,5 витка провода сечением не меньше, чем для первичной обмотки Т2.

Дроссели вторичных напряжений. Автор применил готовые дроссели, которые были демонтированы из неисправных блоков питания. Можно изготовить их самостоятельно. Для этого потребуются сердечники (кольцевые или гантелевидные) из порошкового (распыленного) железа.

  

Как правило, такие сердечники окрашены в желтый либо зеленый цвета. Возможно, что на них будет краской с одной стороны кольцо другого цвета (белого, красного и т.п.). Такие сердечники обладают низкой магнитной проницаемостью. Их можно демонтировать из неисправных блоков питания компьютеров. Обмотка мотается виток к витку до заполнения сердечника. Сечение провода должно быть выбрано согласно тому, какой максимальный ток нагрузки ожидается.

Печатная плата размерами 140х80 (размеры в миллиметрах).

Резисторы R9, R10 припаиваются со стороны печатных проводников напрямую на выводы электролитических конденсаторов. Для облегчения теплового режима работы ключевых транзисторов и диодов (в выпрямителе вторичных напряжений) необходимо установить на легкие радиаторы.

Настройка.
ВАЖНО! СОБЛЮДАЙТЕ ПРАВИЛА ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ. На элементах схемы присутствует опасное для жизни напряжение!
На что еще нужно обратить внимание во время настройки. После выключения устройства из сети 220 вольт обязательно нужно дождаться разрядки электролитических конденсаторов. Либо принудительно разряжать их через мощный (3-5 ватт) резистор сопротивлением 50 кОм.

При применении исправных деталей схема настройки не требует (кроме устройства защиты). Основное внимание нужно уделить правильности намотки трансформатора (трансформаторов) и фазировки их вторичных обмоток. Перед настройкой убедиться в том, что ползунок резистора в узле защиты стоит в нижнем (по схеме) положении. Ключевые транзисторы впаивать в последнюю очередь.

Перед первым включением в сеть желательно проверить осциллографом генерацию меандра на пятом выводе микросхемы. Для этого нужно подать +12 вольт на микросхему от отдельного источника.

Если генерация есть и составляет расчетные 50 кГц (плюс-минус разумный разбег), то можно включить ИИП в сеть. Но делать это нужно через лампу накаливания на 60-100 Вт. Лампу нужно поставить вместо предохранителя. Включение может сопровождаться коротким зажиганием лампы. Время вспышки лампы зависит от емкости электролитических конденсаторов. Чем емкость больше, тем дольше вспышка.

После включения ИИП в сеть 220 вольт нужно сразу замерить напряжение на 1-й ножке микросхемы. Если оно в пределах 12-15 вольт, то все нормально. Еще раз проверить генерацию меандра на 5-й ножке микросхемы. После этого можно впаять ключевые транзисторы. Включение производить так же, через лампу. Если после включения лампа не горит, то проверить наличие напряжения на выходе вторичной обмотке трансформатора:

Если оно присутствует, то можно приступить к настройке узла защиты. Для этого понадобится регулируемая нагрузка. Выставить нагрузку таким образом, чтобы ток через нее составил чуть выше (на 15-20 процентов) расчетных максимальных значений. Далее отрегулировать переменным резистором порог срабатывания защиты.

Готовое устройство.

Для сравнения, похожее по мощности и напряжению питающее устройство (вернее, макет).

Вес трансформатора (по его паспорту) составляет 1,65 кг. С выпрямителем и фильтром оно по габаритам превышает ИИП.

Файлы для изготовления (схема, плата в формате Diptrace).

Импульсный блок питания на IR2153: 2 комментария

  1. Ubuntu VPS

    Собрал второй такой блок питания. У меня что то цикает. То ли ключи защиты, то ли ещё что. Подскажите куда копать? Первый у меня сразу заработал. И работает уже год как.

    1. Электронные устройства Автор записи

      Проверить уровень питания IR-ки, вполне возможно, что ей не хватает.
      Проверить выходные цепи на предмет КЗ.
      Проверить правильность намотки вторичных обмоток (начало-конец обмотки).

Добавить комментарий для Электронные устройства Отменить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


+ 3 = семь

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>