Простой импульсный блок питания на IR2153

ПОМОГИТЕ Блок питания на ir2153

В общем, прошу помощи, уважаемые коллеги: нашел схемку на блок питания на ir2153, сделал печатную плату, спаял схемму, вышли из строя ключевые транзисторы, диодный мост. может ли быть дело в трансформаторе (мотал сам тороид)?

Темы из этой же категории

demyuri

МЕСТНЫЙ СТОРОЖИЛА

Регистрация 31.10.2019 Сообщения 8 690 Реакции 7 093 Баллы 200 Возраст 48 Адрес РОССИЯ Веб-сайт youtu.be Город Барнаул Имя Юрий Станок 3018 ПРО, доработанный Плата Дятел 3.4 Прошивка 1.1f

Может лучше к Ванге отправить?

Схема, печатка, фото платы? Сквозь монитор никто не сможет заглянуть, точно знаю, что ни у кого здесь такой навык не прокачан.

Robinson1957

ЗНАЕТ ЧТО ГОВОРИТ

Регистрация 07.01.2020 Сообщения 3 323 Реакции 3 988 Баллы 188 Возраст 65 Город г.Новокузнецк Имя Владимир Отчество Александрович Станок 1610>2016 Плата W 2.08 Прошивка v1.1F

Может и не бахнуло бы, если бы сооблюдали правило первого запуска импульсных питальников, через лампочку. А там и видно было бы, работает конструкция или что то накосячили. Всегда применяю это правило, не только для вновь создаваемых устройств, но и ремонтируемых.

SnakeKVC

Дежурный персонал

Регистрация 27.12.2019 Сообщения 4 778 Реакции 3 918 Баллы 138 Возраст 44 Адрес от верблюда Город Самара Имя Андрей Отчество Евгеньевич Станок 3018 Upgraded Плата Woodpecker v3.4 Прошивка 1.1f

Многие в схеме забывают в первичку транса кондёр поставить. Вот и БА-БАХ!

Vlad-I-Mir

ЗНАЕТ ЧТО ГОВОРИТ

Регистрация 23.02.2021 Сообщения 2 462 Реакции 3 140 Баллы 188 Возраст 52 Адрес Россия Веб-сайт cnc3018.ru Город Задонск Область Липецкая Имя Владимир Отчество Викторович Станок CNC 3018 Pro Плата CNC шилд, 3.2 Прошивка 1,1h

Vlad-I-Mir

ЗНАЕТ ЧТО ГОВОРИТ

DrobyshevAlex

МЕСТНЫЙ

Может. Особенно если там межвитковое замыкание.
А может если КЗ на выходе.

Чем больше тока на выходе нужно, тем больше через ключи его течет.

Я вот себе два собрал на этой микрухе Простой импульсный блок питания на IR2153 своими руками
Только лучше платку управления впаять, чтоб контакт был отличный)
Там есть резистор подстроечный. Если есть осцил, можно выставить частоту, чтоб ключи переключались при нулевом токе, тогда практически на них нет нагрева. То есть чтоб работал на резонансной частоте. Можно конечно при идеальном измерителе емкостей и конденстаоров рассчитать частоту Но проще осцилом) Но если нет осцила, все равно работает, как обычный БП на 2153)
Ну и защита от КЗ есть небольшая, после КЗ нужно выключить и включить БП.

Что же касается импульсников. То первое включение лучше делать через лампочку ватт на 100-200. То есть не аналог светодиоды, а со спиралью
Если нагрузки нет на выходе, то лампа должна не гореть, либо гореть очень очень тускло, сомтря какая лампа.

Когда вылетают ключи, обычно у меня вылетали так же резисторы на затворах и сами ir2153. Может даже диод вылететь подкачки верхнего ключа и диодный мост.

Adagumer

СКАЗАЛ ТУТ НЕМНОГО

DrobyshevAlex

МЕСТНЫЙ

SnakeKVC

Дежурный персонал

Может. Особенно если там межвитковое замыкание.
А может если КЗ на выходе.

Чем больше тока на выходе нужно, тем больше через ключи его течет.

Цитата “Если есть осцил, можно выставить частоту, чтоб ключи переключались при нулевом токе”.
У этих микросхем есть такое понятие как deadtime, и то что Вы написали про резистор ничего общего с “нулевым” током не имеет. Этот резистор просто задаёт частоту переключений. И чтобы не было “сквозняка”, в микрухе применён deadtime период. Иначе ключи просто будет вышибать при каждом включении.

Простой импульсный блок питания на IR2153

Радиолюбительские поделки очень разнообразны, но у всех есть нечто общее — для почти любой законченной конструкции нужен сетевой блок питания, причем зачастую довольно мощный. Обычные трансформаторы тяжелы и дОроги, тем более не у каждого в «тумбочке» имеется выбор на разные напряжения. Выход очевиден, импульсный блок питания компактен, дешев (речь о мощностях условно до 500Вт), и если не требуется исключительное качество выходного напряжения — весьма прост, надежен и не требует настройки. Разумеется, при изготовлении прямыми руками на правильно разведенной плате по правильной схеме из исправных деталей.

Знакомый с прайсами торговых фирм читатель скажет: ничего себе дешево, трансформатор готовый почти столько же стоит! И будет прав, если покупать новые детали в розницу — выйдет не совсем уже и дешево. Однако у любого практикующего электронщика где-то в радиусе досягаемости наверняка найдется блок питания от старого стационарного компьютера, который обойдется за бесценок. АТ, АТХ, в любом из этих раритетов найдется процентов 90 необходимых компонентов. Ну а докупить что-нибудь дешевое уже не проблема.

Потребность в таких вот легких и компактных БП лично у меня за последние пару недель возникла уже дважды: понадобился блок питания для паяльной станции на жале Т12 (25В х 4А) и питание для околокомпьютерного УМЗЧ (плюс/минус 27В с током до 4А). Схем различных импульсников в сети навалом, однако хотелось что-то простое, без стабилизации выходного напряжения, и при этом надежное, не требующее кропотливой намотки трансформатора «с нуля», из «подножного корма» тумбочки с деталями. Выбор пал на очень распространенный драйвер полумоста (с обратноходами возиться не хотелось, там полюбому трансформатор мотать, подбирать зазор и т. п.) IR2153D (микросхемы без буквы D тоже годятся, просто есть мелкий ньюанс в схеме) или можно взять более современный аналог IRS2153.

Почему именно эта микросхема? Причин несколько: дешевая, распространенная, простейшее включение с минимумом внешних компонентов, изначальная «заточенность» под управление затворами «верхнего» и «нижнего» силовых MOSFETов без применения специальных трансформаторов, независимая от частоты фиксированная пауза «deadtime» 1,2мксек, широкий диапазон собственно частот, до 100кГц по даташиту. Конечно, сразу же захотелось приколхозить стабилизацию и защиты, но для этих целей есть намного более подходящие микросхемы, а для простейшего «электронного трансформатора» выбранный чип — в самый раз.

Даташит от производителя весьма лаконичен: ни тебе референсной разводки платы, ни различных вариантов применения, лишь таблицы характеристик с краткими пояснениями. Справедливости ради стоит отметить, что вся необходимая информация имеется, однако требуется некоторый опыт разработки импульсных источников, чтобы с нуля соорудить что-то под свои нужды. Гугл дал огромное количество различных схем на этом чипе, от простейших до весьма сложных и навороченных, последние я отфильтровал по вышеобозначенной причине, а десяток достаточно простых сохранил для анализа (никому не рекомендую слепо повторять конструкции, не разобравшись хотя-бы в базовых принципах работы и не убедившить в отсутствии грубых ошибок в схеме).

Самый поверхостный обзор вызвал грусть: все выбранные по критерию простоты схемы имели очевидные ошибки или крупные недочеты, не говоря уже о разводке печатных плат. Поэтому решил вспомнить опыт работы в одной из фирм, разрабатывающих источники питания и скомпилировать более-менее правильную схему. Печатную плату тоже решил развести сам, во-первых, чтобы избежать чужих ляпов, а во-вторых — под имеющиеся после разборки безымянного блока питания (АТХ 400Вт) компоненты. Как уже говорилось, там есть все необходимое, за исключением самой микросхемы, но она стоит действительно копейки (если покупать, а можно поискать на разных платах от «электронных дросселей» ламп дневного света) и в наличии практически в любом профильном магазине. Нет, вру, еще не было силовых «полевиков» с изолированным затвором и N-каналом, но этого добра наверное у всех и так полно, надо только выбрать подходящую пару (кстати, совсем не обязательно именно идентичные, можно просто с близкими параметрами). В распотрошенном блоке питания силовые ключи были биполярные, для задуманной схемы не подходят совершенно.

Простой, импульсный блок питания на IR2153

Блок питания построен по полу мостовой схеме на основе микросхемы IR2153. На выходе этого блока можно получить любое нужное вам напряжение, все зависит от параметров вторичной обмотки трансформатора.

Подробно рассмотрим схему импульсного блока питания.

Мощность источника питания именно с такими компонентами около 150 ватт.

Сетевое переменное напряжение через предохранитель и термистор поступает на диодный выпрямитель.

После выпрямителя стоит электролитический конденсатор, который в момент включения блока в сеть будет заряжаться большим током, термистор как раз ограничивает этот ток. Конденсатор нужен с напряжением 400-450 Вольт. Далее постоянное напряжение поступает на силовые ключи. Одновременно через ограничительный резистор и выпрямительный диод поступает питание на микросхему IR2153.

Резистор нужен мощный, не менее 2-х ватт, лучше взять 5-и ваттный. Напряжение питания для микросхемы дополнительно сглаживается небольшим электролитическим конденсатором, емкостью от 100 до 470мкФ, желательно на 35 Вольт. Микросхема начинает вырабатывать последовательность прямоугольных импульсов, частота которых зависят от номинала компонентов времязадающей цепи, в моем случае частота находиться в районе 45кГц.

На выходе установлен выпрямитель со средней точкой. Выпрямитель в виде диодной сборки в корпусе то-220. Если выходное напряжение планируется в пределах 40 вольт, то можно использовать диодные сборки выпаянные из компьютерных блоков питания.

Конденсатор вольтодобавки, предназначен для корректного срабатывания верхнего полевого ключа, емкость зависит от того, какой транзистор использован, но в среднем 1мкФ хватит для большинства случаев.

Перед запуском нужно проверить работу генератора. Для этих целей от внешнего источника питания на указанные выводы микросхемы подается около 15-и вольт постоянного напряжения.
Далее проверяется наличие прямоугольных импульсов на затворе полевых ключей, импульсы должны быть полностью идентичными, одинаковой частоты и заполнения.
Первый запуск источника питания обязательно делается через страховочную лампу накаливания на 220 Вольт с мощностью около 40 ватт, будьте предельно осторожны, не дотрагивайтесь платы во время работы, после отключения блока от сети дождитесь несколько минут пока высоковольтный конденсатор не разрядится через соответствующий резистор.
Очень важно указать то, что эта схема не имеет защиты от коротких замыканий, поэтому любые короткие замыкания, даже кратковременные приведут к выходу из строя силовых ключей и микросхемы IR2153, так, что будьте аккуратны.

Схема также лишена обратной связи по напряжению, так что выходное напряжение будет плавать в зависимости от перепадов сетевого напряжения. Многие скажут, кому нужен этот блок питания, если он такой нехороший. На самом деле блоки питания на IR2153 очень популярны, они просты, практически не требуют наладки, себестоимость маленькая и к тому если использовать соответствующий трансформатор, выпрямитель, транзисторы и входной электролит, с блока питания можно выкачивать до пол киловатта мощности, но и это не все, я делал вплоть до 1 киловатта, правда с дополнительным эмиттерным повторителем и прочими плюшками, включая защиту от коротких замыканий, перенапряжения и релейным плавным пуском, схема такого блока питания сейчас перед вами.

Схема простого балласта на IR2153

В статье, ниже рассмотрим простую схему электронного балласта на микросхеме IR2153 (IR2151).

Основные параметры IR2153 таковы:

максимальное напряжение на выводе V_B относительно общего провода — 600 В;
напряжение питания (V_cc) —15 В;
ток потребления (I_сс) — 5 мА;
максимальный ток управления 1 — +100 мА / -210 мА;
время включения (t_on) — 80 нc;
время выключения (t_off) — 40 нc;
пауза коммутации (задержка) — 1,2 мкс.

Принципиальная электрическая схема электронного балласта, выполненного на основе IR2153, изображена на рисунке, ниже:

Принципиальная схема IR2153

IR2153 — это драйвер мощных полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET), с внутренним генератором. Он представляет собой точную копию генератора, использующегося в таймере серии 555, отечественный аналог— КР1006ВИ1. Работает непосредственно от шины постоянного напряжения через гасящий резистор R1.

Внутренняя стабилизация напряжения предотвращает превышение напряжения V_QC выше 15,6 В. Блокировка по пониженному напряжению блокирует оба выхода управления затворами VT1 и VT2, когда напряжение V_cc ниже 9 В.

Структурная схема IR2153

DA1 имеет два управляющих выхода:

нижний 5 для управления VT2;
верхний 7 выход для управления VT1, «плавающий», т. к. формирователь импульсов управления полевым транзистором VT1 питается от плавающего источника питания, который образуют элементы VD2, С7).

При управлении силовыми ключами (VT1, VT2) микросхема IR2151 обеспечивает задержку коммутации продолжительностью 1,2 мкс для предотвращения ситуации, когда транзисторы VT1 и VT2 одновременно открыты и через них протекает сквозной ток, который моментально выводит оба транзистора из строя.

Примечание.

Данный балласт рассчитан на питание одной или двух ламп мощностью 40 (36) Вт (ток лампы— 0,43 А) от сети переменного тока 220 В 50 Гц. При использовании двух ламп по 40 Вт необходимо добавить элементы, выделенные пунктиром (EL2, L3, С11, RK3). Следует заметить, что для устойчивой работы номиналы элементов в параллельных ветвях должны быть равными (L3, С11 = L2, С10), а длина проводов, подводимых к лампам, — одинаковой.

При работе одного драйвера на две лампы предпочтительнее использовать частотный прогрев электродов (без позисторов). Об этом способе будет рассказано в следующей статье (при описании ЭПРА на микросхеме IR53HD420).

При использовании ламп другой мощности (18—30 Вт) следует изменить номиналы L2 = 1,8—1,5 мГн (соответственно); при использовании ламп мощностью 60—80 Вт — L2 = 1—0,85 мГн, a R2 — из условия выполнения F_r = F_б (формулы расчета этих частот приведены ниже).

Напряжение сети 220 В поступает на сетевой фильтр (фильтр электромагнитной совместимости), образованный элементами C1, L1, С2, СЗ. Необходимость его применения вызвана тем, что ключевые преобразователи являются источниками электромагнитных радиочастотных помех, которые сетевые провода излучают в окружающее пространство как антенны.

Действующие российские и зарубежные стандарты нормируют уровни радиопомех, создаваемых этими устройствами. Хорошие результаты дают двухзвенные LC-фильтры и экранировка всей конструкции.

На входе сетевого фильтра включен традиционный узел защиты от сетевых перенапряжений и импульсных помех, включающий варистор RU1 и предохранитель FU1. Терморезистор RK1 с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) ограничивает бросок входного тока, обусловленный зарядом емкостного фильтра С4 на входе инвертора при подключении электронного балласта к сети.

Далее напряжение сети выпрямляется диодным мостом VD1 и сглаживается конденсаторам С4. Цепочка R1C5 питает микросхему DA1 — IR2153. Частота внутреннего генератора F_r микросхемы задается элементами R2 = 15 кОм; С6 = 1 нФ в соответствии с формулой:

Резонансная частота балластной схемы F₆ задается элементами L2 = 1,24 мГн; С10 = 10 нФ в соответствии с формулой:

Правило.

Для обеспечения хорошего резонанса требуется выполнение следующего условия: частота внутреннего генератора должна быть примерно равна резонансной частоте балластной схемы, т. е. F_г= F_б

В нашем случае это правило выполняется. Элементы VD2, С7 образуют плавающий (бутстрепный) источник питания формирователя импульсов управления полевым транзистором VT1. Элементы R5, С9 — демпфирующая цепь (snubber), предотвращающего защелкивание (срабатывания паразитного тиристора в структуре КМОП драйвера) выходных каскадов микросхемы. R3, R4 — ограничительные затворные резисторы, ограничивают наведенные токи и тоже предохраняют выходные каскады микросхемы от защелкиваниия. Увеличивать (в больших пределах) сопротивление этих резисторов не рекомендуется, т. к. это может привести к самопроизвольному открытию силовых транзисторов.

Конструкция и детали

Дроссель сетевого фильтра L1 намотан на ферритовом кольце К32х20х6 М2000НМ двухжильным сетевым проводом до полного заполнения окна. Возможна замена на дроссель от ПФП блока питания телевизора, видеомагнитофона, компьютера.

Хорошие результаты помехоподавления дают специализированные фильтры EPCOS:

B8414-D-B30;
В8410-В-А14.

Дроссель электронного балласта L2 выполнен на Ш-образном магнитопроводе из феррита М2000НМ. Типоразмер сердечника Ш5х5 с зазором 8 = 0,4 мм. Величина зазора в нашем случае — это толщина прокладки между соприкосающимися поверхностями половинок магнитопровода. Возможна замена магнитопровода на Шбхб с зазором 8 = 0,5 мм; Ш7х7 с зазором 8 = 0,8 мм.

Для изготовления зазора необходимо проложить прокладки из немагнитного материала (нефольгированный стеклотекстолит или гетинакс) соответствующей толщины между соприкосающимися поверхностями половинок магнитопровода и скрепить эпоксидным клеем.

Примечание.

От величины немагнитного зазора зависит величина индуктивности дросселя (при постоянном количестве витков). При уменьшении зазора индуктивность возрастает, при увеличении — уменьшается. Уменьшать величину зазора не рекомендуется, т. к. это приводит к насыщению сердечника.

При насыщении сердечника его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечет за собой пропорциональное уменьшение индуктивности. Снижение индуктивности вызывает ускоренный рост тока через дроссель и его нагрев. Возрастает и ток, проходящий через ЛЛ, что отрицательно сказывается на сроке ее службы. Ускоренно нарастающий ток через дроссель также вызывает ударные токовые перегрузки силовых ключей VT1, VT2, повышенные омические потери в ключах, их перегрев и преждевременный выход из строя.

Обмотка L2 — 143 витка провода ПЭВ-2 диаметром 0,25 мм. Межслойная изоляция — лакоткань. Намотка — виток к витку.

Основные размеры Ш-образных сердечников (состоят из двух одинаковых Ш-образных сердечников) из магнитомягких ферритов (по ГОСТ 18614-79) приведены в таблице, ниже:

Транзисторы VT1, VT2 — IRF720, мощные полевые транзисторы с изолированным затвором. MOSFET— это Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor; в отечественном варианте МОП ПТ — полевые транзисторы структуры металл-окисел-полупроводник.

Рассмотрим их параметры:

постоянный ток стока (7_D) — 3,3 А;
импульсный ток стока (7_DM) — 13 А;
максимальное напряжение сток-исток (V_DS) — 400 В;
максимальная рассеиваемая мощность (P_D) — 50 Вт;
диапазон рабочих температур (Г.) — от -55 до +150 °С;
сопротивление в открытом состоянии — 1,8 Ом;
общий заряд затвора (Q_G) — 20 нКл;
входная емкость (C_ISS) — 410 пФ.
При выборе и замене транзисторов (сравнение в таблице, ниже) для электронных балластов следует помнить, что на сегодняшний день количество фирм, производящих полевые транзисторы, довольно велико (IR, STMicro, Toshiba, Fairchild, Infineon и т. д.).

Ассортимент транзисторов постоянно расширяется, появляются более совершенные с улучшенными характеристиками. Параметры, на которые следует обращать повышенное внимание:

постоянный ток стока (ID);
максимальное напряжение сток-исток (VDS);
сопротивление в открытом состоянии, RDS(on);
общий заряд затвора (QG);
входная емкость

Возможные замены транзисторов для электронного балласта:

IRF730, IRF820, IRFBC30A (International Rectifier);
STP4NC50, STP4NB50, STP6NC50, STP6NB50 (STMicroelectronics);
полевыетранзисторы фирмы Infineon серии LightMos, CoolMOS, SPD03N60C3, ILD03E60, STP03NK60Z;
PHX3N50E фирмыPHILIPS и т. п.

Транзисторы установлены на небольшие пластинчатые радиаторы. Длина проводников между выходами драйвера 5,7, резисторами в цепях затворов R3, R4 и затворами полевых транзисторов должна быть минимальной.

Диодный мост VD1 — импортный RS207; допустимый прямой ток 2 А; обратное напряжение 1000 В. Можно заменить на четыре диода с соответствующими параметрами.

Диод VD2 класса ultra-fast (сверхбыстрый) — обратное напряжение не менее 400 В; допустимый прямой постоянный ток — 1 А; время обратного восстановления—35 не. Подойдут 11DF4, BYV26B/C/D, HER156, HER157, HER105—HER108, HER205—HER208, SF18, SF28, SF106—SF109, BYT1-600. Этот диод должен располагаться как можно ближе к микросхеме.

Микросхема DA1— IR2153, она заменима на IR2152, IR2151, IR2153D, IR21531, 1R2154, IR2155, L6569, МС2151, MPIC2151. При использовании IR2153D диод VD2 не требуется, т. к. он установлен внутри микросхемы.

Резисторы R1—R5 — ОМЛТ или МЛТ.

Конденсаторы С1—СЗ — К73-17 на 630 В; С4 — электролитический (импортный) на номинальное напряжение не менее 350 В; С5 — электролитический на 25 В; С6 — керамический на 50 В; С7 — керамический или К73-17 на напряжение не менее 60 В; С8, С9 — К73-17 на 400 В; С10 — полипропиленовый К78-2 на 1600 В.

Варистор RU1 фирмы EPCOS — S14K275, S20K275, заменим на TVR (FNR) 14431, TVR (FNR) 20431 или отечественный СН2-1а-430 В.

Терморезистор (термистор) RK1 с отрицательным температурным коэффициентом (NTC — Negative Temperature Coefficient) — SCK 105 (10 Ом, 5 А) или фирмы EPCOS — B57234-S10-M, B57364-S 100-М.

Термистор можно заменить на проволочный резистор 4,7 Ом мощностью 3—5 Вт.

Позистор RK2 — термистор РТС (Positive Temperature Coefficient) с положительным температурным коэффициентом. Разработчики IR2153 рекомендуют использовать позистор фирмы Vishay Cera-Mite — 307С1260. Его основные параметры:

номинальное сопротивление при +25 °С — 850 Ом;
мгновенное (максимально допустимое) среднеквадратичное напряжение, прикладываемое к позистору при зажигании лампы — 520 В;

постоянное (максимально допустимое) среднеквадратичное напряжение, прикладываемое к позистору при нормалной работе лампы, —175 В;
максимальный допустимый ток переключения (переводящий позистор в высокоомное состояние) — 190 мА;
диаметр позистора — 7 мм.

Возможная замена позистора RK2 — импульсные позисторы фирмы EPCOS (число циклов переключения 50000—100000): В59339-А1801-Р20, В59339-А1501-Р20, B59320-J120-A20, В59339-А1321-Р20.

Позисторы с необходимыми параметрами в количестве, достаточном для восьми электронных балластов, можно изготовить из широко распространенного позистора СТ15-2-220 от системы размагничивания телевизора ЗУСЦТ. Разобрав пластмассовый корпус, извлекают две «таблетки». Алмазным надфилем делают на каждой два надпила крест-накрест, как показано на рисунке, ниже, и разламывают ее по надпилам на четыре части.

К металлизированным поверхностям изготовленного таким образом позистора очень трудно припаять выводы. Поэтому, как показано на рисунке, выше, делают в печатной плате (поз. 3) прямоугольное отверстие и зажимаю обломок «таблетки» (поз. 1) между упругими контактами (поз. 2), припаянными к печатным проводникам. Подбирая размер обломка, можно добиться желаемой продолжительности прогрева лампы.

Настройка

Разброс параметров элементов С6, L2, СЮ может потребовать подстройки частоты драйвера. Равенства частоты задающего генератора микросхемы IR2153 резонансной частоте контура L2C10 проще всего добиваться подборкой частотозадающего резистора R2. Для этого его удобно временно заменить парой последовательно соединенных резисторов: постоянного (10—12 кОм) и подстроечного (10—15 кОм). Критерием правильной настройки служат надежный запуск (зажигание) и устойчивое горение лампы.

Балласт собран на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита и помещен в алюминиевый экранирующий кожух. Печатная плата и расположение элементов показана на рисунке, ниже:

Подробнее о принципе работы электронного балласта можно узнать из этой статьи:

Электронный ПРА (балласт). Принцип работы.

Источник: Давиденко Ю. Н. 500 схем для радиолюбителей. Современная схемотехника в освещении. Эффективное электропитание люминисцентных, галогенных ламп, светодиодов, элементов «Умного дома»

Сетевой импульсный блок питания +-25В для УМЗЧ (IR2151, IRF740)

Принципиальная схема сетевого импульсного источника питания для УНЧ, выходное напряжение +-25В при токе до 4,5А (примерно 200Вт). Схема собрана на микросхеме IR2153 и транзисторах IRF740. Приведены полезные советы по сборке и наладке устройства.

Хочу предложить небольшой обзор по данной схеме. Как-то была нужда собрать человеку простенький УНЧ, был найден корпус от старого предусилителя «радиотехника».

Места в корпусе много, но уместить сетевой трансформатор не получилось, корпус оказался по высоте маловат. Было решено собрать импульсный блок питания на микросхеме ir2153, как раз одна валялась без дела.

Принципиальная схема

Изначально за основу была взята схема с [1] — настоятельно рекомендую не собирать так как там предложено, иначе можно устроить пожар или взрыв, схема с фатальной ошибкой и не одной.

Рис. 1. Схема импульсного блока питания, взятая за основу.

Исправил ошибки на той схеме и добавил еще несколько элементов (показаны красными стрелками), чтобы данный импульсник был годен для питания УНЧ.

Рис. 2. Схема импульсного блока питания для УМЗЧ мощностью до 200Вт.

В первой схеме основная ошибка — нет разделительного конденсатора между полевыми транзисторами и трансформатором, без этого конденсатора транзисторы сразу же взорвутся при включении, или через пару минут как раскалятся…

У микросхемы IR2153 первый вывод — это плюс питания, поскольку напряжение на выводе 1 микросхемы в пределах 16-18 вольт то конденсатор должен быть на порядок выше по напряжению, а не впритык как указано на первоначальной схеме — на 16В. Можно установить конденсатор на напряжение 25В, я поставил на 35В.

Идем дальше, запитывать микросхему так как указано на первоначальной схеме через диод и резистор в 18К, нельзя!! Посмотрите как запитывается микросхемы IR2153 у меня (рисунок 2), а не непосредственно от переменки 220вольт (рисунок 1).

В схеме на рисунке 1 скачек напряжения в сети сразу же приведет к сгоранию микросхемы, хорошо если просто работать все перестанет, а так опять же взорвутся транзисторы.

Вот эти три ошибки на схеме с рисунка 1 могут привести к очень печальным последствиям!

Детали балласта люминесцентной лампы

Электролитические конденсаторы типа К50-68, неполярные — К10-17б , К73-17. Минимальное напряжение конденсатора С5 должно быть не менее 400 В. Диод VD5 обязан быть типа ultra-fast рассчитанным на обратное напряжение не менее 400 В. Им могут быть следующие диоды: BYV26D, 11DF4, BYV26C, BYV26B, HER156, HER157, HER105, SF28, HER205, HER106, HER206, SF106. Микросхему IR2151 возможно заменить на IR2153, IR2152, IR2155.

Возможна замена транзисторов: КП728, КП726, IRF730, IRF740, IRF840, КП770Д, КП751А. Термистор R7 возможно поменять на В59339-А1801-Р20 или же на В59339-А1501-Р20, B59320-J120-A20. Хотя иногда данный термистор можно исключить из схемы. Для этого попробуйте запустить лампу без термистора. Если она включается уверенно, без многократных вспышек, то термистор можно не устанавливать.

Детали и конструкция

Дроссель фильтра по питанию 220 Вольт (Др1) взят из импульсного БП от телевизора, подойдет любой с учетом того какую мощность желаете получить… Варистор — любой на 10 ом, только не от зарядки для телефона и подобных маломощных импульсных БП.

Индуктивность по 25 Вольтам (L) взята от компьютерного БП на 450ватт, лишние обмотки были смотаны — оставляем только те что намотаны толстым проводом.

Высокочастотный трансформатор Tr1 взят оттуда же, подробно остановлюсь на его намотке с нуля. Разобрать такой трансформатор не расколов феррит достаточно сложно. Чтобы упростить задачу, нужно положить его на плиту и нагреть до сотни градусов, иными словами как только капелька воды на феррите будет кипеть — значит можно разбирать.

При таком нагреве, клей становится мягким и половинки феррита легко вытаскиваются из каркаса с обмоткой. При намотке трансформаторов в импульсных схемах рекомендуют мотать обмотки несколькими проводами — до 8 штук одновременно.

Делать так совсем не обязательно, первичную обмотку I мотал одним эмалированным медным проводом диаметром 0,45 мм — 49 витков. Вторичные обмотки II и III мотал двумя проводами диаметром 0,8 мм — по 8 витков в каждой.

Диоды выпрямителя ставим быстродействующие — из отечественных подойдут КД213 или КД212. У последних ток нагрузки по справочнику — 1А, а у КД213 — 10А. Подойдут диоды с граничной рабочей частотой 100кгц.

Вместо транзистора IRF740 можно поставить IRF840 и им подобные. Радиатор под транзисторы можно поставить в два раза меньше, при полной длительной нагрузке транзисторы греются не очень сильно — на ощупь градусов 45. Транзисторы обязательно нужно ставить на радиатор через изолирующие прокладки.

Вместо диодов RL205 можно поставить любой диодный мост с максимальным постоянным обратным напряжением 600В и максимальным постоянным прямым током 6А.

Переходная емкость (0,1мкФ) между транзисторами и трансформатором должна быть обязательно на напряжение 630В!

С указанными номиналами данная схема обеспечивает выходную мощность примерно 200 Вт при токе до 4,5А.

Печатку к схеме БП не делал — сразу рисовал на текстолите. У каждого детали и их варианты расположения могут быть разные. Схема простая и нарисовать свою печатку не составит большого труда.

Вот что получилось у меня:

Рис. 3. План моей печатной платы для импульсного сетевого блока питания.

Как видно из наброска, вместо разделительного конденсатора между транзисторами и трансформатором у меня установлены три штуки. Пришлось так поступить поскольку как не было одного на нужное напряжение, в итоге собрал из разных конденсаторов с общей емкостью в 0,5мкФ.

Самый идеальный вариант будет — 1мкФ на 630В. Но все работает вполне нормально и с емкостью на 0,1мкФ и с емкостью на 0,5мкФ.

Рис. 4. Готовая печатная плата для импульсного источника питания (вид со стороны соединений).

Рис. 5. Готовая плата импульсного источника питания (вид со стороны деталей).

Рис. 6. Самодельный сетевой импульсный блок питания для УМЗЧ.

Рис. 7. Внешний вид сетевого импульсного БП для усилителя мощности НЧ.

Импульсный блок питания усилителя на IR2151, IR2153

Импульсные блоки питания – наиболее эффективный класс вторичных источников питания. Они характеризуются компактными размерами, высокой надежностью и КПД. К недостаткам можно отнести лишь создание высокочастотных помех и сложность проектирования /реализации.

Все импульсные ПБ – это своего рода инверторы (системы, генерирующие переменное напряжение на выходе высокой частоты из выпрямленного напряжения на входе). Сложность таких систем даже не в том, чтобы сначала выпрямить входное сетевое напряжение, или в последующем преобразовать выходной высокочастотный сигнал в постоянный, а в обратной связи, которая позволяет эффективно стабилизировать выходное напряжение.

Особо сложным здесь можно назвать процесс управления выходными напряжениями высокого уровня. Очень часто блок управления питается от низковольтного напряжения, что порождает необходимость согласования уровней.

Драйверы IR2151, IR2153

Для того, чтобы управлять независимо (или зависимо, но со специальной паузой, исключающей одновременное открытие ключей) каналами верхнего и нижнего ключа, применяются самотактируемые полумостовые драйвера, такие как IR2151 или IR2153 (последняя микросхема является улучшенной версией исходной IR2151, обе взаимозаменяемы).

Существуют многочисленные модификации данных схем и аналоги от других производителей.

Типовая схема включения драйвера с транзисторами выглядит следующим образом.

Рис. 1. Схема включения драйвера с транзисторами

Тип корпуса может быть PDIP или SOIC (разница на картинке ниже).

Рис. 2. Тип корпуса PDIP и SOIC

Модификация с буквой D в конце предполагает наличие дополнительного диода вольтодобавки.

Различия микросхем IR2151 / 2153 / 2155 по параметрам можно увидеть в таблице ниже.

ИБП на IR2153 – простейший вариант

Сама принципиальная схема выглядит следующим образом.

Рис. 3. Принципиальная схема ИБП

На выходе можно получить двухполярное питание (реализуется выпрямителями со средней точкой).

Мощность БП можно увеличить за счет изменения параметров емкости конденсатора C3 (считается как 1:1 – на 1 Вт нагрузки требуется 1 мкф).

В теории выходную мощность можно нарастить до 1.5 кВт (правда для конденсаторов такой ёмкости потребуется система soft-старта).

При конфигурации, обозначенной на принципиальной схеме, достигается выходная сила тока 3,3А (до 511 В) при использовании в усилителях мощности, или 2,5А (387 В) – при подключении постоянной нагрузки.

ИБП с защитой от перегрузок

Рис. 4. Схема ИБП с защитой от перегрузок

В данном БП предусмотрена система перехода на рабочую частоту, исключающая броски пускового тока (софт-старт), а также простейшая защита от ВЧ помех (на входе и выходе катушки индуктивности).

ИБП мощностью до 1,5 кВт

Схема ниже может обеспечивать работу с мощными силовыми транзисторами, такими как SPW35N60C3, IRFP460 и т.п.

Рис. 5. Схема ИБП мощностью до 1,5 кВт

Управление мощными VT4 и VT5 реализовано через эмиттерные повторители на VT2 и VT1.

БП усилителя на трансформаторе из БП компьютера

Часто случается так, что комплектующие покупать практически и не нужно, они могут стоять и пылиться в составе давно неиспользуемой техники, например, в системном блоке ПК где-то в подвале или на балконе.

Ниже приведена одна из достаточно простых, но не менее работоспособных схем ИБП для усилителя.

Рис. 6. Схема ИБП для усилителя

Пример готовой печатной платы может выглядеть следующим образом.

Рис. 7. Печатная плата устройства

А полностью реализованный узел так.

Рис. 8. Внешний вид устройства

Дроссель балласта люминесцентной лампы

Первый вариант: феррит марки 2500НМС1 имеющий размер Ш 5х5 с зазором 0,2 мм. Обмотка выполнена проводом ПЭВ-2 диаметром 0,2 мм и содержит 100 витков.
Второй вариант: феррит марки 2000НМ имеющий размер Ш 6х6 с зазором 0,25 мм. Обмотка выполнена проводом ПЭВ-2 диаметром 0,2 мм и содержит 135 витков.

Люминесцентные лампы можно питать не только от сети 220 вольт, но и от мощных стационарных источников питания, к примеру, питание люминесцентной лампы от 12 вольт.

НАДЕЖНЫЙ ИИП НА IR2153 (СОФТСТАРТ+ЗАЩИТА ОТ КЗ)

Предлагаю вам простую схему импульсного блока питания для усилителя на основе легендарной микросхемы IR2153. Схем в сети очень много, но ни одна не имеет нормального софтстарта, из-за чего начинающие радиолюбители палят много полевых транзисторов и микросхем (я тоже с этого начинал

Характеристики:
— напряжение питания: 210-240в;
— напряжение на выходе (холостой ход): +38/-38в;
— мощность: 300вт;
— софтстарт: есть.
— защита от короткого замыкания: есть

Данная схема отличается от всех остальных тем, что в ней каждый полевик защищен от токовой перегрузки. Принцип работы защиты очень прост, рассмотрим схему управления нижним полевиком. С выхода LO микроcмы IR2153 поступаем меандр амплитудой 12в и частотой 44кГц, через конденсатор С11 и затворный резистор R8 этот сигнал открывает и закрывает полевик. Как только ток через шунт R10 хоть на мгновение превысит значение 7А, зарядится конденсатор С13, транзистор VT2 откроется и разрядит внутреннюю емкость полевика и конденсатор С11. Трансзистор T2 закроется , и может быть открыт только поле следующего сигнала от IR2153. Ток через полевый транзистор будет иметь форму острой иголки (подобие ШИМ с малым заполнением импульса).

При 6А импульсы обычные:

При токе более 7А импульсы принимают следующую форму:

Первое включение нужно осуществлять при подаче на вход 12в вместо 220, установив перемычку на резистор R4. На плате подписаны +12 и -12в для проверки. Если все нормально работает и на выходе в плечах есть небольшое постоянное напряжение, значит все собрано верно и можно включать в сеть через лампочку, затем напрямую. Блок питания стартует очень мягко, можно смело ставить на выходе большие емкости, при коротком замыкании на выходе напряжение падает до нуля, затем снова поднимается до оптимального значения.

Фото собранного блока питания:

Осциллограммы на обмотках трансформатора:

Холостой ход Добавляем снаббер 100ом + 220пф стало поменьше звона Нагрузка 250вт, огромный Deadtime Удалось зафиксировать работу софтстарта при включении, заряд емкостей по 1000мкф в плече происходит за 10мС Увеличиваем развертку Начало пуска

Удачи в повторении….

Более надежный вариант с триггерной защитой:

Собранный блока питания.

R17 и транзистор VT4 — датчик тока, VT1 и VT3 — триггер, VT2 — при защелкивании притягивает вывод (CT) микросхемы IR2153 к земле, мгновенно останавливая генерацию. При токовой перегрузке или КЗ ИИП выключается, дальнейшая работа возможна при обесточивании на 1 минуту. С9 — предотвращает ложное срабатывание защиты при первом пуске, когда заряжаются емкости во вторичке.

Печатная плата второй версии:

Описание сборки данного блока питания.

Силовой трансформатор намотан на кольце R31*19*15 PC40.

Ферритовое кольцо.

Для надежности поверх лака уложен слой изоляции в 1 слой:

Слой изоляции.

Первичная обмотка содержит 52 витков проводом 0,75мм. Выводы дополнительно изолируются термоусадкой.

Первичная обмотка.

Далее накладываются 2 слоя изоляиции:

Двойной слой изоляции.

Вторичная обмотка содержит 11 витков, мотается разом 4-мя жилами провода 0,75мм (в диаметре). При 52 витках первички будет ровно 3в/виток, 11 витков вторички дадут нам +33/-33в на выходе.

Вторичная обмотка.

Те выводы, что снизу фиксируются нитками, также сразу надо зачистить все жилы:

Готовый трансформатор.

Синфазный дроссель, установлена перегодка для разделения обмоток:

Ферритовое кольцо для синфазного фильтра. R16*10*4.5 PC40

Обмотки выполнены проводом 0,5 мм длиной по 50см каждая, выводы также зачищаются:

Синфазный дроссель.

Проводом 0,75мм на оправке сделаны обмотки для силовых дросселей:

Намотка дросселя.

Далее на сердечниках 6*20 Zn600 с помощью клея крепятся обмотки:

Силовые дроссели.

Закупаем все необходимые детали:

Набор деталей.

Подложка от самоклейки с помощью скотчка крепится на лист бумаги А4:

Подложка.

Распечатываем на принтере рисунок платы, зеркалить ничего не надо!

Распечатанный рисунок.

Чистка меди наждачкой.

Обезжириваем медь и кладем подложку рисунком вверх на полумягкую поверхность, например книгу:

До переноса рисунка обезжириваем поверхность меди.

Кладем текстолит медью вниз и выравниваем по отметкам:

Текстолит на рисунке.

Ставим сверху утюг, прижимаем сильно, не двигаем горячий утюг в течении 1 минуты:

Утюг — мощность на максимум.

После убираем утюг, приживаем сверху текстолит еще парочкой книг, и даем немного остынуть. Далее подложка легко отрывается, а рисунок остается на медной поверхности:

Отрываем подложку.

Кладем текстолит в раствор хлорного железа:

В растворе хлорного железа.

После травления сверлим отверстия и залуживаем:

Олово, паяльник с оплеткой и канифолью

Вставляем резисторы и всякую мелочь:

Резисторы+перемычки.

Далее более габаритные элементы:

Остальное

Правильно фазируем обмотки, тут проще некуда, если провода заранее промаркировать:

Не забываем зачищать лак на проводах.

Вставляем трансформатор на место:

Установка трансформатора.

Загибаем выводы и запаиваем:

Осталось запаять.

Сверлим радиатор для крепления транзисторов, делаем прижимную планку, а снизу делаем отверстие сверлом на 2,5мм и метчиком на 3 нарезаем резьбу для крепления радиатора:

Сверление отверстий и нарезание резьбы.

Устанавливаем радиатор на место:

Крепим радиатор.

Все тщательно проверяем:

Проверка на «сопли» с помощью подсветки платы фонариком.

Готовимся к проверке работоспособности от блока питания 12в:

Перед проверкой от 12 в ставим перемычку.

На вход вместо 230в подаем 12в ( +и- обозначены на плате) на выходе должно появится небольшое постоянное напряжение:

Проверка от 12в с перемычкой, на выходе около 1в в плече.

Смотрим форму сигнала на затворах транзисторов:

Форма сигнала на затворе полевика, питание 12в ( для безопасности).

А на обмотках трансформатора должен появится меандр частотой 45-47кГц:

Проверка меандра на первичке при питании от 12в.

Далее обязательно убираем перемычку с резистора снизу платы и включаем в сеть:

Первое включение от сети с резистором 200ом в разрыв.

Прижимаем транзисторы к радиатору изолировав их с помощью теплопроводных прокладок:

Крепление транзисторов к радиатору.

Силовые диоды при работе греются довольно сильно.

Вид сверху.

Форма сигнала на вторичных обмотках на холостом ходу:

Холостой ход, питание 220в, вторичка.

Тоже самое, но нагрузка 180вт.

Нагрузка 180вт.

ИИП работает хорошо, софтстарт, триггерная защита от КЗ. Микры китайские с али, но работают нормально, частота 47кГц. IR2153 Deadtime бы поменьше, было бы круто, напряжение под нагрузкой падает на 15%.

Схема импульсного блока 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 .

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.