Преобразователь напряжения на микросхеме IR2153. Схема импульсного блока питания на IR2151-IR2153 Преобразователь напряжения на ir2153 схема

Всем здравствуйте!

Предыстория:

На сайте есть схема усилителей мощности звуковой частоты(УНЧ) 125, 250, 500, 1000 Ватт , я выбрал 500 Ватт вариант, так как кроме радиоэлектроники, немного увлекаюсь еще музыкой и поэтому хотелось что то по качественнее из УНЧ. Схема на TDA 7293 меня не как не устраивала, поэтому решил вариант на полевых транзисторах 500 ватт. С начала почти собрал один канал УНЧ, но работа остановилась по разным причинам (время, деньги и недоступность некоторых компонентов). В итоге докупил не достающие компоненты и закончил один канал. Также через определенное время и второй канал собрал, все это настроил и протестировал на блоке питания от другого усилителя, все работало на высшем уровне и качество очень понравилось, даже не ожидал что так будет. Отдельное, огромное спасибо радиолюбителям Boris, AndReas, nissan которые на протяжении всего времени пока собрал, помогли в его настройке и в других нюансах . Далее дело стало за блоком питания. Конечно хотелось бы сделать на обычном трансформаторе блок питания, но опять же все останавливается на доступности материалов для трансформатора и их стоимости. Поэтому решил все-таки остановиться на ИБП.

Ну а теперь о самом ИБП:

Транзисторы я использовал IRFP 460, так как не нашел указанных на схеме. Пришлось транзисторы ставить наоборот развернув на 180 градусов, просверлить дырки под ножки больше и проводками спаять (на фото видно). Когда сделал печатную плату , то позже только понял что нужных как на схеме транзисторов мне не найти, поставил те что были (IRFP 460). Транзисторы и выходные выпрямительные диоды обязательно установить на теплоотвод через изолирующие тепло проводящие прокладки, а так же нужно охлаждать кулером радиаторы, иначе могут перегреться транзисторы и выпрямительные диоды, но нагрев транзисторов конечно зависит и от типа примененных транзисторов. Чем ниже внутреннее сопротивление полевика, тем меньше будут греться.

Также пока не установил Варистор 275 Вольт по входу, так как нет не в городе и у меня тоже, а через интернет дорого заказывать одну деталь. У меня будут стоять отдельно вынесенные электролиты по выходу, потому что нет в наличии на нужное напряжение и типоразмер не подходит. Решил поставить 4 электролита по 10000 Мкф * 50 Вольт по 2 последовательно в плечо, в сумме в каждом плече получится по 5000 Мкф *100 вольт, что будет в полне достаточно для блока питания, но лучше поставить по 10000 мкф * 100 вольт в плечо.

На схеме указан резистор R5 47 кОм 2 W по питанию микросхемы, его следует заменить на 30 кОм 5 W (лучше 10 W) для того что бы при большой нагрузке, хватило тока микросхеме IR2153, иначе может уйти в защиту от недостатка тока или будет пульсировать напряжение что отразится на качестве. В схеме автора стоит 47 кОм, это много для такой мощности блока питания. Кстати, резистор R5 будет греться очень сильно, не переживайте, тип этих схем на IR2151, IR2153, IR2155 по питанию сопровождается сильным нагревом R5.

В моем случае я использовал ферритовый сердечник ETD 49 и он у меня очень тяжело влез на плату. При частоте 56 КГц, он по расчетам может отдать на этой частоте до 1400 ватт, что в моем случае имеет запас. Можно использовать и тороидальный или другой формы сердечник, главное что бы подходил по габаритной мощности, проницаемости и естественно что бы хватило место его расположить на плате.

Намоточные данные для ETD 49: 1-ка=20 витков проводом 0.63 в 5 проводов (обмотка 220 вольт). 2-ка= основная силовая двуполярная 2*11 витков проводом 0.63 в 4 провода (обмотка 2*75-80) вольт. 3-ка= 2.5 витка проводом 0.63 в 1 провод (обмотка 12 вольт, для софт старт). 4-ка= 2 витка проводом 0.63 в 1 провод (обмотка дополнительная для питания предварительных схем (темброблок и т.п.). Каркас трансформатора нужно вертикального исполнения, у меня горизонтального, поэтому пришлось городить. Можно намотать в бескаркасном исполнении. На остальных типах сердечником вам придется рассчитывать самому, можно с помощью программы которую я оставлю в конце статьи. В моем случае я использовал двуполярное напряжение 2*75-80 вольт для усилителя 500 ватт, почему меньше, потому что нагрузка усилителя будет не 8 Ом а 4 Ом.

Настройка и первый запуск:

При первом запуске ИБП обязательно установите в разрыв сетевого кабеля и ИБП лампочку 60-100 ватт. При включении если лампочка не горит, значит уже хорошо. При первом пуске может включиться защита от КЗ и загорится светодиод HL1, так как электролиты большой емкости и в момент включения берут огромный ток, в случае если это произошло, то надо многооборотный резистор перекрутить по часовой стрелке до упора, а потом ждать пока погаснет светодиод в выключенном состоянии и пробовать включать заново что бы удостовериться в работоспособности ИБП, а потом регулировать защиту. Если все правильно спаяли и использовали правильные номиналы деталей, ИБП запустится. Далее когда удостоверились что ИБП включается и есть все напряжения на выходе, нужно установить порог срабатывания защиты. При настройке защиты обязательно нагрузите ИБП между двумя плечами основной выходной обмотки (которая для питания УНЧ) лампочкой 100 ватт. Когда при включении ИБП под нагрузкой (лампочка 100 ватт) загорается светодиод HL1, нужно по не многу крутить переменный многооборотный резистор R9 2.2 кОм против часовой стрелки пока не будет срабатывать защита при включении. Когда при включении будет загораться светодиод, нужно выключить и дождаться пока он погаснет и по понемногу подкручивая по часовой стрелке в выключенном состоянии и включая опять его пока не перестанет срабатывать защита,
только нужно крутить понемногу например 1 оборот и не сразу на 5-10 оборотов, т.е. выключил подкрутил и включил, сработала защита - опять такая же процедура в несколько раз пока не достигнете нужного результата. Когда вы установите нужный порог, то в принципе блок питания готов к использованию и можно убрать лампочку по сетевому напряжению и пробовать нагрузить блок питания активной нагрузкой ну например ватт 500. Там конечно можно поиграться с защитой уже кому как нравится, но не рекомендую устраивать тесты с КЗ, так как это может привести к неисправности хоть есть и защита, емкость некая не успеет разрядится, реле не отреагирует мгновенно или залипнет и может быть неприятность. Хотя я делал случайно и не случайно некоторое количество замыканий, защита работает. Но ничего вечного нет.

Как известно люминисцентные лампы запитываются напряжением до 400 В. Поэтому их использование в автомобилях весьма затруднительно, потому что редко когда заводы изготовители делают преобразователи напряжения для питания подобных ламп.

Да и их срок службы заставляет желать лучшего, в этой связи их применение в автомобилях отсутствует полностью. Однако подобные лампы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими, это и энергосберегательность и большой спектр свечения, высокая светоотдача.

Однако необходимость сборки преобразователя напряжения для его работы, практически убивает желание их использовать. Если у вас есть желания использовать подобные лампы в своем авто, мы представляем вам схему реализации преобразователя на основе микросхемы IR2153. Этот драйвер зачастую используется в импульсных преобразователях, однако мы его приспособим под преобразователь напряжения.

Схема подключения микросхемы и навесные элементы представлены ниже. Трансформатор придется намотать самим, ничего сложного в этом нет. Ферритовое кольцо надо взять от трансформатора мощностью не менее 150 Вт. Первичная обмотка мотается проводом сечением не менее 0,7 мм? 25 витков.

Вторичную обмотку мотаем тем же проводом 65 витков. Коэффициент трансформации позволяет поднять напряжение до 220-260 В, чего в принципе достаточно для розжига ламп.

Мощность преобразователя будет составлять около 100 Вт, это с большим запасом хватит для запитки любой лампы.

Выходное напряжение с трансформатора переменное, оно не подходит для запитки газоразрядных ламп. Поэтому его необходимо выпрямить, либо так как показано на схеме одним диодом и конденсатором или использовать полноценный диодный мост, который снизит пульсации на выходе. Для выпрямления использовать только высокочастотные импульсные диоды, например, HER107/207/307, FR107/207/307, UF4007, UF5408, MUR460 или подобного класса.

Конденсатор ставить с рабочим напряжением не менее 400 В. Трансформатор можно взять со старого блока питания компьютера. Транзисторы устанавливать либо на разные теплоотводы, либо на один с изолированием корпусов транзисторов через слюдяную прокладку.

!
В данной статье мы вместе с Романом (автором YouTube канала «Open Frime TV») соберем универсальный блок питания на микросхеме IR2153. Это некий «франкенштейн», который содержит в себе лучшие качества из разных схем.

В интернете полно схем блоков питания на микросхеме IR2153. Каждая из них имеет некие положительные особенности, но вот универсальной схемы автор еще не встречал. Поэтому было принято решение создать такую схему и показать ее вам. Думаю, можно сразу к ней перейти. Итак, давайте разбираться.

После заказа автор с нетерпением ждал платы, и вот они уже приехали. Раскрываем посылку, платы достаточно хорошо упакованы - не придерешься. Визуально осматриваем их, вроде все отлично, и сразу же приступаем к запайке платы.

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.

Упрощенный мост на IR2153 — такое устройство как мост реализованный на универсальном драйвере для управления полевыми транзисторами, справедливо считается одним из наиболее эффективных модулей преобразователя. Но, чтобы собрать такой прибор потребуются существенные денежные вложения, а также нужно учитывать технологический уровень сложности при его изготовлении. Это если вы собираетесь взяться за конструирование высоко мощного моста на несколько киловатт, тогда да, будут некоторые затруднения.

А вот если воспользоваться приведенной ниже схемой, то никаких проблем не будет, тем более устройство собрано на двух популярных чипах IR2153 , представляющих собой высоковольтные драйвера с внутренним генератором. Принцип включения микросхем обычный и неоднократно тестировался на полумосте. Особенность вызывает первоочередное тактирование второй микросхемы от R-входа.

Номинальные значения электронных компонентов:

B1 — диодный мост RS2007, RS3507 и тому подобные. При эксплуатации на мощностях более пары сотен ватт необходимо поставить на него радиатор.
C1, C7 — электролиты 630…1000мкФ х 400В
R1, R5 — 33..56кОм 2Вт. Для более точного расчета можете воспользоваться формулой
R=310/(2*Cзатвора*15.6*fраб+0.003)
C2, C5 — электролиты 220мкФ 25В
C8, C9 — керамика 0.1мкФ 25В
R8 — 2Ом 0.25Вт
R9 — 24кОм
R10 — 6кОм
R2, C3 — рассчитываются по даташиту на IR2153 исходя из требуемой частоты
IC1, IC2 — IR2153, IR2153D, IR21531 (если применяется IR2153D то D1 и D2 не ставить!)
D1, D2, D3, D4 — UF4007, BYW26C, BY329 или другие подобные ультрабыстрые диоды
C4, C6 — танталовые 22мкФ 25В
R3, R4, R6, R7 — 10…30Ом 0.25Вт (меньшее значение для тяжелых затворов, большее — для легких)
Q1, Q2, Q3, Q4 — IRF840 или что-то подобное. Все зависит от ваших потребностей

Насчет расчетов например: R2,С3 как сказано выше, нужно определять по даташиту, к тому же есть множество программ для расчета. Если для кого то это дремучий лес то я считаю, тогда и не надо вообще браться за конструирование.

Ниже показана печатная плата с нанесенной на нее обозначениями деталей и их места установки.

В качестве нагрузки данного моста могут послужить выходной трансформатор строчной развертки телевизора, SSTC-катушка либо что-то аналогичное им, но мощность не должна превышать 1000 Вт. Если использовать большие мощности, то нет никакой гарантии в стабильной работе микросхемы. Если же все таки возникает необходимость реализовать высокие мощности, то тогда необходимо добавить емкость конденсаторов в цепи фильтров 310v, то тогда существует вероятность, что будет прекрасно работать и на высокой мощности.

Техническая информация

1. Когда осуществляется запуск, то создается сильный импульсный бросок тока в следствии происходящего цикла зарядки конденсаторов в цепи фильтра. При этом возможно срабатывание автоматов, если такое происходит, то нужно в сетевую цепь установить NTC-термистор, который применяется для защиты импульсных питающих источников и электронных балластных систем, предварительно подобрав его значения по необходимому току.
2. При подключении к мосту в качестве нагрузки выходной строчный трансформатор, то первичную обмотку нужно наматывать в количестве 65 витков не меньше.
3. При компоновке элементов на печатную плату, лучше всего под микросхемы нужно будет устанавливать панельки, а в них уже помещать саму микросхему после полного завершения монтажа схемы.