Четыре импульсных блока питания на IR2153

IR2161 VS IR2153. Импульсный блок питания на IR 2161

Эта статья будет интересна тем кто собирал ИИП на основе IR2153. На самом деле IR2153 плохо подходит для создания ИИП, из-за отсутствия штатной системы защиты от КЗ и перегрузок, невозможность при необходимости «димированния» и создания обратной связи по напряжению и току.

Более подходит для создания ИИП IR2161. Это полумостовой импульсный преобразователь для питания галогеновых ламп. Особенности 2161 - защита от перегрузок и КЗ с автоматическим сбросом, мягкий старт, возможность димирования (несколькими способами), возможность построения обратной связи. После построения входных и выходных каскадов получается импульный источник питания.
Вот схема ИИП на 2161.

Напряжение питания и ток у этих микросхем примерно одинаковые, значит можно использовать для 2161 схему питания как у 2153 на резисторах R2 и R3 по 2 Вт, можно использовать китайский «кирпичь» 5 Вт на 18-30 кОм.

На борту 2161 присутствует функция мягкого старта (софтстарт). Работает примерно так: сразу же после запуска, частота внутреннего тактового генератора микросхемы составляет около 125 кГц, что значительно выше рабочей частоты выходного контура С13С14Тr1 (около 36 кГц), в результате напряжение на вторичной обмотке Т1 будет мало. Внутренний генератор микросхемы управляется напряжением, его частота обратно пропорциональна напряжению на конденсаторе С7. Сразу же после включения, С7 начинает заряжаться от внутреннего источника тока микросхемы. Пропорционально росту напряжения на нем будет уменьшаться частота генератора микросхемы. При достижении 5В (около 1сек.) частота уменьшится до рабочего значения, около 36кГц, а напряжение на выходе схемы соответственно достигнет номинального значения. Таким образом и реализован мягкий старт, после его завершения IC1 переходит в рабочий режим.

Вывод CS (выв.4) IC1 является входом внутреннего усилителя ошибки и используется для контроля тока нагрузки и напряжения на выходе полумоста. В случае резкого увеличения тока нагрузки, например, при коротком замыкании, падение напряжения на токоизмерительном резисторе R7 превысит 0,56В, а следовательно и на выв.4 IC1, внутренний компаратор переключится и остановит тактовый генератор. . В апнот и даташит присутствуют расчеты резсистора-токового датчика R7. Вывод можно сделать сразу 0,33 Ом - 100Вт, 0,22 Ом - 200Вт 0,1 Ом-300Вт, не испытывал, но можно попробовать 2 резистора параллельно по 0,1 Ом - тогда максимальная нагрузка составит 400Вт. Испытание защиты от КЗ я показал а видео. Более подробно режимы работы микросхемы IR2161 рассмотрены в даташит.
Конденсатор C3 емкостью не менее 1мкФ на 1Вт выходной мощности. С таким конденсатором обязательно применение термистора NTC1, например от компьютерного блока питания.

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.

Здравствуйте дорогие читатели, это мой первый блог так что не судите строго да и не писал я никогда статей.Если честно очень надоели в сети сырые схемы блоков питания,так как я лет 15 уже занимаюсь импульсными блоками питания и сразу вижу косяк на схеме,а ведь люди собирают эти схемы!!! тратят время и деньги а они не работают или работают но с косяками.Ну и вот у меня появилось немного времени и я решил создать блог по блокам питания которые действительно работают как надо.
Ну начнем пожалуй с этой очень популярной схемы которая валяется чуть ли не в каждом форуме или сайте посвященному электронике.

Вот эта схема. На вид нечего необычного,имеет право на жизнь,так но не так!!!Еще замечу что в этой схеме хоть поставили конденсатор 1МФ250В, а то в большинстве случаев его нет вообще и как он работает без него можно только представить или ждать когда же он все таки взорвется! Хотя и так в принципе если собрать эту схему то надо ждать когда она взорвется! Другими словами ее надо доработать и этот блок питания прослужит вам долгие годы. На многих сайтах на которых я побывал ее в основном используют для шуруповёртов у которых сели аккумуляторы и его монтируют в отсек от аккумуляторов. Ну вот и у меня тоже померли аккумуляторы в дорогом шуруповерте который уже давно снят с производства и я их просто не найду. Вот и решил я собрать простой компактный блок питания из старого завалявшегося БП ATX и соответственно его доработать.Ну что же приступим к вскрытию)))

Ну давайте по порядку первое что бросается в глаза это 1МФ250В(как он еще у людей не взрывался я не понимаю) после диодного моста напряжение становится 310 вольт значит он должен быть как минимум 1МФ400В.

Дальше еще один конденсатор 220мф 16в,это напряжение впритык совсем, если почитать даташит то внутри этой схемы стоит стабилитрон на 15,6 вольт,это значит в запасе всего 0,4 вольта, этого мало.Меняем на 220мф 35в или можно 100мф 35в,эта цепь не критична к емкости,просто дополнительный фильтр для питания микросхемы,я сюда ставил от 47 до 220мкф и на работу это никак не влияло.

И еще SF38 3А 600В, но например сколько я встречал шуруповертов там пиковый ток в среднем 7-8 ампер,а в моем аж 10-11 ампер,так что эти диоды здесь совсем не к месту да и на радиатор их не закрепишь,а греться они будут.Так что смело меняем их на диодную сборку MBR2040 она 20 ампер 40 вольт (с запасом).
Далее на выходе выпрямителя стоит 100мкф 100в,для чего такая маленькая емкость и такое большое напряжение я не понимаю!(у автора этой схемы явно какое то странное представление о электронике) Тут надо поставить 1000мкф 16в,а лучше два параллельно. У нас все таки индуктивная нагрузка будет,мы двигатель крутить будем.
Почти закончили)) еще пару мелочей. Стоит на выходе дроссель 100uH, ЗАЧЕМ?!!!Типа пусть будет?он там вообще не нужен, мы не для усилителя блок питания собираем, да и индуктивность от "фонаря" написана и усилителей нормальных я с одно полярным питанием не видел,смело выкидываем его со схемы это лишний элемент.
Ну и напоследок чтоб так скажем поставить жирную точку))Расчетная частота преобразователя в этой схеме получается 66,7 кГц,а завод рассчитал трансформатор на 100 кГц,так что он будет греться и работать нестабильно да и не только он,а еще и полевики.Честно говоря я вообще сомневаюсь что можно больше 4-5 ампер выжать с этого трансформатора закорачивая обмотки как показано на рисунке выше да еще и с 5 вольтовой обмотки,а нам нужно 12 вольт. Вообще лучше же конечно перемотать самому трансформатор,так будет надежней и уверенней что все будет работать как надо. Не доверяю я если честно сказать этим китайцам,у них все работает на пределе возможного.
И так начнем собирать наш блок питания

Из всего вышеперечисленного делаем выводы и заменяем детали на те которые должны быть в действительности.Вот и получилась у нас вот такая схема.

И так что же мы можем взять из блока питания, так как у нас блок должен получится бюджетным мы много чего возьмем из ненужного БП ATX.

1) D1-D4 - RL205 или RL207
2) C1-C2 - 220u200v или 330u200v
3) NTC - любой который там стоит
4) D5 - HER108 или FR107
5) C5 - 1u50v
6) D6 - MBR2040 или подобная сборка стоящая там
7) C7-C8 - 1000u16v
8) C9 - 100n
9) Tr1 - трансформатор (самый большой из трех стоящих на плате)
10) F1 - тоже можно выгрызть если он остался живой))

Я в своей схеме использовал самый маленький трансформатор из семейства ATX, 3 на фото.

Ну и остается докупить (или найти у себя на полочках) совсем немного деталей))
Кстати очень советую IR2151 заменить на IR2153 ,будут конечно работать обе эти микросхемы, но IR2153 более живучая,да и слишком много мне брака попадалось IR2151 и горели они по неизвестным причинам,а с ней следом и полевики за компанию)) Я уже давно отказался от IR2151 печатаем и сразу под утюг(открывается любой программой)

фото платы, верх печатаем и сразу под утюг(открывается любой программой)

На плате есть одна перемычка про нее не забудьте и настоятельно рекомендую вам первый запуск проводить через лампочку 60-100W чтобы избежать взрывов и салютов)))

Ну на этом пожалуй закончим, удачной сборки вам и всех благ)))

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.

Измерения после сборки ИБП:

Измерения между плечами:
U вх - 225 вольт, нагрузка - 100 ватт, U вых +- = 164 вольта
U вх - 225 вольт, нагрузка - 500 ватт, U вых +- = 149 вольта
U вх - 225 вольт, нагрузка - 834 ватт, U вых +- = 146 вольта

Проседание есть конечно. При нагрузке 834 ватт перед входным выпрямителем напряжение проседает с 225 вольт до 220 вольт, после выпрямителя проседает аж на 20 вольт с 304 вольт на 284 вольт при нагрузке 834 ватт. Но в принципе проседание на выходе на каждое плечо получается 9 вольт, что в принципе допустимо, так как ИБП не стабилизированный.

Спасибо всем за внимание.