Меню

Импульсный блок питания на IR2153 с защитой

Простой, самодельный импульсный блок питания на IR2153 своими руками

Импульсный блок питания в руках

Инструкция по созданию универсального, простого импульсного блока питания на IR2153 своими руками. Представлена схема, более 40 пошаговых фото и детальные пояснения.

  1. Схема, необходимые компоненты
  2. Сборка своими руками
  3. Тестирование импульсного блока питания
  4. Видео о создании импульсного блока питания

Недавно мы говорили о создании лабораторного блока питания своими руками. Сегодня мы рассмотрим пошагово, как создать универсальный импульсный блок питания на микросхеме IR2153. В интернете полно схем БП на IR2153, но каждая из них имеет свои недостатки, а вот представленная схема — универсальная.

Схема импульсного блока питания на IR2153, необходимые компоненты

Как выглядит схема импульсного блока питания

Подробная схема импульсного БП

Первое, что бросается в глаза, это использование двух высоковольтных конденсаторов вместо одного на 400В. Таким образом можно сразу убить двух зайцев. Эти конденсаторы можно достать из старых блоков питания от компьютера, не тратя на них деньги.

Конденсаторы на схеме

Точка с напряжением на схеме

Плата с конденсаторами

Два конденсатора в руках

Если блока нет, то цены на пару таких конденсаторов ниже, чем на один высоковольтный. Емкость конденсаторов одинаковая и должна быть из расчета 1 мкФ на 1 Вт выходной мощности. Это означает, что для 300 Вт выходной мощности вам потребуется пара конденсаторов по 330 мкФ каждый.

Важно также учитывать следующее соответствие:

  • 150 Вт = 2х120 мкФ
  • 300 Вт = 2х330 мкФ
  • 500 Вт = 2х470 мкФ

Также, если использовать такую топологию, отпадает потребность во втором конденсаторе развязки, что сэкономит место. Кроме того, напряжение конденсатора развязки уже должно быть не 600 В, а всего лишь 250 В. Сейчас вы можете видеть размеры конденсаторов на 250В и на 600В.

Конденсаторы на 250В и на 600В в руках

Следующая особенность схемы — запитка для IR2153. Все, кто строил блоки на ней, сталкивались с сильным нагревом питающих резисторов.

Схема запитки для IR2153

Даже если их ставить от переменки, выделяется очень много тепла. Чтобы этого избежать, вместо резистора используем конденсатор. Это предотвратит нагрев элемента по питанию.

Место расположения конденсатора

Также плата оснащена защитой, но в первоначальном варианте схемы ее не было.

Защита на схеме блока питания

Установка нового элемента на плату блока питания

Обратная сторона печатной платы для БП

После тестов на макете выяснилось, что для установки трансформатора слишком мало места и поэтому схему пришлось увеличить на 1 см, это дало лишнее пространство, на которое нужно установить защиту. Если она не нужна, можно просто поставить перемычки вместо шунта и не устанавливать компоненты, отмеченные красным цветом.

Расположение перемычки на схеме

Компоненты на плате, которые не нужно устанавливать

Ток защиты регулируется с помощью подстроечного резистора:

Подстроечный резистор на схеме

Номиналы резисторов шунта изменяются в зависимости от максимальной выходной мощности. Чем она больше, тем меньше нужно сопротивление. Например, для мощности до 150 Вт нужны резисторы на 0,3 Ом. Если мощность 300 Вт, то лучше использовать резисторы на 0,2 Ом. При 500 Вт и выше ставим резисторы с сопротивлением 0,1 Ом. Данный блок не стоит собирать мощностью выше 600 Вт.

Также нужно сказать пару слов про работу защиты. Она тут икающая. Частота запусков составляет 50 Гц. Это происходит потому, что питание взято от переменки, следовательно, сброс защелки происходит с частотой сети.

Принцип работы защиты отображён на схеме

Если вам нужен защелкивающийся вариант, то в таком случае питание микросхемы IR2153 нужно брать постоянное, а точнее — от высоковольтных конденсаторов. Выходное напряжение данной схемы будет сниматься с двухполупериодного выпрямителя.

Питание защелкивающегося варианта защиты

Основным диодом будет диод Шоттки в корпусе ТО-247, ток выбираете под ваш трансформатор.

Диод Шоттки в руках

Если нет желания брать большой корпус, то в программе Layout его легко поменять на ТО-220. По выходу стоит конденсатор на 1000 мкФ, его с головой хватает для любых токов, так как при больших частотах емкость можно ставить меньше чем для 50-ти герцового выпрямителя.

Расположение выходного конденсатора на 1000 мкФ

Как выглядит выходной конденсатор на 1000 мкФ

Также необходимо отметить и использование некоторых вспомогательных элементов в обвязке трансформатора:

Кроме того, не забываем об Y-конденсаторе между землями высокой и низкой стороны, который гасит помехи на выходной обмотке блока питания.

Нельзя пропускать и частотозадающую часть схемы.

Это конденсатор на 1 нФ, его номинал автор не советует менять, а вот резистор задающей части он поставил подстроечный, на это были свои причины. Первая из них, это точный подбор нужного резистора, а вторая — это небольшая корректировка выходного напряжения с помощью частоты. А сейчас небольшой пример, допустим, вы изготавливаете трансформатор и смотрите, что при частоте 50 кГц выходное напряжение составляет 26В, а вам нужно 24В. Меняя частоту можно найти такое значение, при котором на выходе будут требуемые 24В. При установке данного резистора пользуемся мультиметром. Зажимаем контакты в крокодилы и вращая ручку резистора, добиваемся нужного сопротивления.

Резистор на схеме

Это конденсатор на 1 нФ, его номинал менять не советуем, а вот резистор задающей части можно установить подстроечный, на это есть свои причины. Первая из них — это точный подбор нужного резистора, а вторая — это небольшая корректировка выходного напряжения с помощью частоты.

Читайте также:  Какой выбрать блок питания для светодиодной ленты 12в

Небольшой пример: допустим, вы изготавливаете трансформатор и смотрите, что при частоте 50 кГц выходное напряжение составляет 26 В, а вам нужно 24 В. Меняя частоту, можно найти такое значение, при котором на выходе будут требуемые 24 В. При установке данного резистора пользуемся мультиметром. Зажимаем контакты в крокодилы и, вращая ручку резистора, добиваемся нужного сопротивления.

Расположение резистора с нужным сопротивлением

Установка нужного сопротивления на резисторе

Печатную плату для импульсного блока питания на IR2153 можно скачать ниже:

Импульсный блок питания на IR2153 — сборка своими руками

Сейчас вы можете видеть 2 макетные платы, на которых производились испытания. Они очень похожи, но плата с защитой немного больше.

Макетные платы в руках

Макетки сделаны для того, чтобы можно было заказать изготовление данной платы в Китае.

Демонстрация обратной стороны печатной платы

Технические компоненты на лицевой стороне платы

Тыльная сторона платы для импульсного блока питания

Вот плата уже готова. Выглядит все таким образом. Сейчас быстренько пройдемся по основным элементам ранее не упомянутым. В первую очередь это предохранители. Их тут 2, по высокой и низкой стороне.

Указание на предохранители

Предохранитель зажат двумя пальцами

Далее видим конденсаторы фильтра.

Указание на конденсаторы фильтра

Их можно достать из старого блока питания компьютера. Дроссель наматываем на кольце т-9052, 10 витков проводом сечением 0,8 мм 2 жилы. Однако можно применить дроссель из того же компьютерного блока питания. Диодный мост — любой, с током не меньше 10 А.

Диодный мост в руке

Еще на плате имеются 2 резистора для разрядки емкости, один по высокой стороне, другой — по низкой.

Указание на резистор для разрядки ёмкости

Второй резистор для разрядки ёмкости

Ну и остается дроссель по низкой стороне, его мотаем 8–10 витков на таком же сердечнике, что и сетевой. Как видим, данная плата рассчитана под тороидальные сердечники, так как они при одинаковых размерах с Ш-образными, имеют большую габаритную мощность.

Дроссель для платы

Тестирование самодельного импульсного блока питания на IR2153

Настало время протестировать устройство. Пока основным советом является производить первое включение через лампочку на 40 Вт.

Простая схема тестирования блока питания

Лампочка подключена к блоку питания

Если все работает в штатном режиме, то лампу можно откинуть. Проверяем схему на работу. Как видим, выходное напряжение присутствует. Проверим как реагирует защита. Скрестив пальцы и закрыв глаза, коротим выводы вторички.

Искусственное создание короткого замыкания на блоке питания

Как видим, защита сработала, все хорошо. Теперь можно сильнее нагрузить блок. Для этого воспользуемся нашей электронной нагрузкой. Подключим 2 мультиметра, чтоб мониторить ток и напряжение. Начинаем плавно поднимать ток.

Блок питания подключён к 2-м мультиметрам

Результат тестирования БП на 2-х Амперах

Как видим при нагрузке в 2А, напряжение просело незначительно. Если поставить мощнее трансформатор, то просадка уменьшится, но все равно будет, так как этот блок не имеет обратной связи, поэтому его предпочтительнее использовать для менее капризных схем.

  • Смотрите также, как создать 6-вольтный БП на BQ24450

Итак, где использовать универсальный импульсный блок питания на IR2153? В блоках для DC-DC, для усилителей, паяльников, ламп, двигателей.

Видео о создании импульсного блока питания на IR2153 своими руками:

Источник



Ir2153 лабораторный блок питания регулировка тока

Практическую часть статьи рассмотрим на примере схемы №2 первой части сатьи и чтобы не перепрыгивать туда-сюда расположим здесь принципиальную схему данного блока питания:

Принципиальная схема импульсного блока питания на микросхеме IR2153 (IR2155)

С13 и С14 — предназначены для развязки по постоянному напряжению обмотки трансформатора, на схеме 1 мкФ, на плате 2,2 мкФ. При частоте преобразования 60 кГц реактивное сопротивление конденсатора на 1 мкФ будет составлять Хс = 1 / 2пFC = 5,3 Ома, учитывая то, что по «схемному» вариант по переменному напряжению получается паралельное соединение, т.е. получается 2 мкФ, то реактивное сопротивление составит 2,7 Ома. При протекании через это сопротивление тока в 2 А на конднесаторе будет условное «падение» напряжения всего в 2,7 Ома х 2 А = 5,4 В, что составляет 1,8 %. Другими словами выходное напряжение блока питания будет изменяться менее чем на 2 % под нагрузкой и без нее за счет реактивного сопротивление конденсаторов. При использовании конденсаторов на 2,2 мкФ в качестве С13 и С14 реактивное сопротивление составляет 1,2 Ома и под нагрузкой оно изменится на 0,8 %. Учитывая то, что напряжениесети может колебаться до 7% и это считается нормой изменения в 0,8 — 2 % врядли кто заметит, поэтому можно использовать конденсаторы от 1 мкФ до 4,7 мкФ, правда в эту плату габариты емкостей на 4,7 мкФ уже не будут слишком велики.
Сопротивление R20 может колебаться в гораздо бОльших пределах, поскольку его номинал зависит от потребляемого вентилятором принудительного охлажедения и полученным в конечном итоге выходного напряжения.
Сомнения в итоговом напряжении не напрасны, поскольку силовой трансформатор высокочастотный и имеет небольшое количество витков, а мотать дробные части витка довольно проблематично. Для примера рассмотрим случай, когда первичная обмотка составляет 17 витков. Прилагаемое к ней напряжение равно 155 В (после выпрямителя на VD1 получается 310 В, следовательно половина напряжение питания и есть 155 В). Воспользуемся пропорцией U перв / Q перв = U втор / Q втор , где U перв — напряжение на первичной обмотке, Q перв — количество витков первичной обмотки, U втор — напряжение вторичной обмотки, Q втор — количество витков вторичной обмотки и выясним, какие вторичные напряжения мы можем получить:
155 / 17 = ? / 5, где » ? » — выходное напряжение. Если во вторичной обмотке у нас будет 5 витков, то выходное напряжение будет составлять 45 В, если вторичка будет 4 витка, то выходное напряжение трансформатора составит 36 В.
Как видите получить напряжение ровно 40 вольт уже проблематично — нужно мотать 4,4 витка, а реальность показывает, что использовать обмотки не кратные половине витка довольно рискованно — можно намагнитить трансформатор и потерять силовые транзисторы.
В конечном итоге после монтажа компонентов печатная плата блока питания приобретет следующий вид:

Читайте также:  Блок питания импульсный 45Вт MEAN WELL EPS 45 12 EPS 45 12

На плате пока нет диодных мостов, силовых транзисторов, радиатров и моточных деталей, о которых сейчас и поговорим. При изготовлении импульсных блоков питания не стоит забывать о скин эффекте, который проявляется при протекании через проводник высокочастотного сигнала. Смысл этого эффекта заключается в том, что чем выше частота переменного напряжениея, тем меньше протекает ток через середину проводника, т.е. ток как будто стремится выйти на поверхность. Отсюда и название SKIN -кожа, шкура. По этому для высокочастотных трансформаторов необходимое от протекающего тока сечение получают методом сложения в жгут нескольких проводников меньшего диаметра, тем самым существенно снижая скин эффект и увеличивая КПД преобразователя.
Самым популярным способом сложения проводников является витой жгут. Определившись с длиной провода, необходимого для обмотки (одинарным проводм мотают необходимое количество витков и добавляют к полученной длине еще 15-20%) необходмое количество проводов растягиваю на эту длину а затем при помощи дрели и воротка свивают в один жгут:

Изготовление ленточного жгута более трудоемко — провода растягивают в непосредственной близости другу к другу и склеивают полиуритановым клеем, типа «МОМЕНТ КРИСТАЛЛ». В результате получается гибкая лента, намоитка которой позоволяет добится наибольшей плотности намотки:

Ленточный жгут для намотки силового трансофрматора импульсного блока питания

Перед намоткой ферритовое кольцо следует подготовить. Прежде всего необходимо закруглить углы, поскольку они с легкостью повреждают лак на обмоточном проводе:

Обточка углов ферритового кольца

Затем необходимо кольцо изолировать, поскольку феррит имеет достаточно низкое сопротивление и в случае повреждения лака на обмоточном проводе может произойти межвиитковое замыкание. В середине, на азднем плане кольцо обмотано обычной бумагой для принтера, справа — бумага пропитана эпоксидным клеем, в середине спереди — наиболее предпочтительный материал — фторопластовая пленка:

Изоляция ферритового кольца

Так же кольца можно обматывать матерчатой изолентой, но она довольно толстая и существенно сокращает размер окна, а это не очень хорошо.
Используя в качестве сердечника ферритовое кольцо обмотку необходимо равномерно распределить по всему сердечнику, что довольно существенно увеличивает магнитную связь обмоток и уменьшает создаваемые импульсным трансформатором электро-магнитные помехи:

Источник

Импульсный блок питания на IR2153 с защитой

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.

импульсный источник питания на ir2153

Схема электрическая принципиальная импульсного блока питания на IR2153

Принцип работы источника питания

Входной фильтр представлен элементами С1, Др1, С2, R2 – он предназначен для защиты блока питания от высокочастотных помех и пульсаций присущих в сети. Резистор R2 выполняет функцию разряда конденсаторов С1, С2 после выключения источника питания. Конденсаторы С1, С2 должны выдерживать действующее напряжение сети (311 В), то есть необходимо применить конденсаторы выдерживающие напряжение 400 В типа Х2.
При включении источника питания в сеть ток проходит через фильтр, диодный мост и начинает заряжать конденсатор С3. При этом ток заряда конденсатора достаточно велик и грозит пробою диодного моста Br1. Для ограничения тока заряда при старте БП применен резистор R1. Вместо резистора R1 можно применить термистор номиналом от 3,3 – 4,7 Ом. Диодный мост Br1 должен быть рассчитан на приложенное к нему обратное напряжение не менее 400 В, в данном случае подойдут диодные мосты типа RS406, RS407. Конденсатор С3 должен быть рассчитан также на напряжение в 400 В, при этом его емкость подбирается из расчета 1 мкФ на 1 Вт выходной мощности.
Для организации питания микросхемы IR2153 применяется цепочка R3, D1. Сопротивлением R3 в диапазоне от 5,1 кОм до 20 кОм добиваются потребления тока микросхемой от 5 мА – 20 мА. Оптимальный номинал резистора R3 подбирается исходя из замера напряжения на выводах 1, 4 микросхемы IR2153 – данное напряжение должно составлять не менее 14,5 В. Резистор R3 должен быть рассчитан на рассеиваемую мощность в 2 Вт.
Питание каскадов управления выходных транзисторов микросхемы осуществляется цепочкой D2, С7. Если в схеме применена микросхема IR2153D, то диод D2 не устанавливается. Емкость С7 – 0,22мкФ напряжением не менее 25 В.
Мощность данного блока питания задается выходными полевыми транзисторами Т2, Т3, которые представлены транзисторами типа IRF830. Данные транзисторы способны отдать мощность в 100 Вт. Однако если применить в качестве Т2, Т3 транзисторы типа IRF840 то можно добиться выходной мощности до 250 Вт.
Конденсатор С11 предназначен для гашения помех, передаваемых трансформатором Tr1. Конденсаторы С8, С9 – служат для подавления ВЧ помех, а R8, R9 – для их разрядки. R7, C10 – подавляет паразитные колебания присутствующие во время работы Tr1.
Выходные выпрямительные диоды должны выдерживать обратное напряжение более 100 В (при условии выходного напряжения в 18 В) т.е не менее чем в 5 раз. Время обратного восстановления диодов – не менее 100 наносекунд.
Защита от короткого замыкания на выходе ИП представлена транзистором Т1, светодиодом LED1, диодом D7, резисторами R10-R13 и конденсатором С16. Принцип работы заключается в следующем: при увеличении тока потребления проходящего через резистор R10 на нем увеличивается падение напряжения, которого хватает для открытия транзистора Т1. Когда Т1 открывается, то через диод D7 вывод микросхемы IR2153 оказывается на земле, что приводит к отключению генерации микросхемы. Далее падение напряжения на R10 исчезает и ИП вновь возобновляет работу. Таким образом, мы имеем «икающую» защиту.
Трансформатор Tr1 представляет собой ферритовое кольцо проницаемостью в 2000НМ, типоразмером 32х20х6. Первичная обмотка I содержит 161 виток намотанного скруткой в три провода ПЭЛ диаметром 0,25 мм. Вторичная обмотка имеет по 21 витку намотанного скруткой в три провода ПЭЛ диаметром 0,4 мм.
Для однополярного питания вторичная обмотка наматывается без отвода.
Для того, чтобы получить на выходе блока питания напряжение выше или ниже 18 В, необходимо пропорционально увеличить или уменьшить количество витков вторичной обмотки трансформатора Tr1.

Читайте также:  Аудио процессор и блок питания DCNM APS2

Источник

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

IR2153 — параметры микросхемы, даташит и схемы блоков питания

На основе микросхемы IR2153 и силовых IGBT транзисторов было сконструировано множество схем, таких как драйвер и генератор индукционного нагревателя, источник питания для катушки Тесла, DC-DC преобразователи, импульсные источники питания и так далее. А связка NGTB40N120FL2WG + IR2153 работают вместе как нельзя лучше, где IR2153 является драйвером — задающим генератором импульсов, а пара биполярных транзисторов с изолированным затвором на 40А/1000В может обрабатывать большой ток нагрузки.

Схемы включения IR2153

IR2153 - параметры микросхемы, даташит и схемы блоков питанияПринципиальная схема включения IR2153 IR2153 - параметры микросхемы, даташит и схемы блоков питанияIR2153 — схема электрическая БП IR2153 - параметры микросхемы, даташит и схемы блоков питанияСхема Теслы на IR2153

Если вы собираетесь повторить одну из этих схем — вот архив с файлами печатных плат. Схема формирователя стробирующих импульсов для их управления работает от 15 В постоянного тока — на транзисторы выходного каскада подаётся до 400 В напряжения.

IR2153 - параметры микросхемы, даташит и схемы блоков питания

IR2153 импульсный блок питания на плате

Кстати, IR2153 — это улучшенная версия популярных микросхем IR2155 и IR2151, которая включает высоковольтный полумостовой драйвер затвора. IR2153 предоставляет больше возможностей и проще в использовании, чем предыдущие м/с. Тут имеется функция отключения, так что оба выхода формирователя стробирующих импульсов могут быть отключены с помощью низкого напряжения сигнала. Помехоустойчивость была значительно улучшена, как за счет снижения пиковых импульсов. Наконец, особое внимание было уделено максимально всесторонней защите от электростатических разрядов на всех выводах.

Источник