Импульсный блок питания своими руками на ir2153 с защитой от кз схема
Обновлено: 04.07.2024
Ну, наконец, после небольшого перерыва выкладываю новую статью по сборке импульсного источника двухполярного питания на ir2153 для усилителя низкой частоты. Данный ИИП мощностью 300 Вт может питать такие усилители как “Ланзар” или усилитель на TDA7294 и др., требующие двухполярное питание.
Рассматриваемый блок питания я буду задействовать для питания своего будущего усилителя “Ланзар”. Мощность источника питания 300-400 Вт будет достаточной для двух каналов усилителя по 100Вт с КПД=55%.
Схема была найдена на просторах интернета, собрана, отработана мною и выложена в виде данной статьи, как проверенная схема, чтобы вы могли без проблем повторить её. Вы же меня понимаете друзья, как редко найденная в интернете схема запускается и работает с первого раза.
На самом деле, схема не сложна, но я с ней помучился и попробую вам объяснить некоторые моменты настройки защиты.
Данный импульсный блок питания имеет защиту от перегрузки. Блок питания нестабилизированный.
Схема ИИП на ir2153 для усилителя низкой частоты.
Данный источник питания не имеет стабилизации, поэтому в выходном каскаде отсутствуют дроссели.
Напряжение планировал +-45Вольт, но расчеты не точны вследствие неизвестного материала сердечника трансформатора, в итоге +-50Вольт при токе 3.5А. Сердечник импортный. Ну, я не огорчился, нормальное напряжение +-50Вольт, в самый раз для моего будущего усилителя.
Опишу немного работу схемы.
Все, что зеленым цветом является плавным запуском. Плавный запуск в данной схеме служит для гашения больших токов при включении источника питания в сеть. При включении в сеть, начинается зарядка большой емкости электролитического конденсатора С10, а так же электролитов в выходном каскаде C13-C16. Суть работы плавного запуска следующая, при включении источника питания в сеть, весь ток протекает через резистор R6, тем самым рассеивая излишки в виде тепла в атмосферу. Как только все емкости зарядились (прошли переходные процессы), замыкаются контакты реле K1, и весь ток начинает течь не через резистор R6 а через замкнутые контакты реле K1. Временная задержка срабатывания реле задается времязадающей емкостью С7. VDS1 является выпрямительным мостом для питания плавного запуска. VD1 стабилитрон на 13 Вольт для питания реле К1.
Перейдем к самому источнику питания. Резистор R2 ограничивает ток питания самого драйвера ir2153, то есть через него запитан драйвер. VD2 является однополупериодным выпрямителем питания драйвера.
Емкость С6 и резистор R4 задают частоту генерации драйвера ir2153. Под статьей можете скачать программу расчета номиналов данных элементов по частоте. Номиналы C6 и R4 указанные на схеме способствуют генерации прямоугольных импульсов с частотой 43-44кГц. Я убавил номинал резистора R4 до 13кОм, тем самым повысил частоту до 50кГц, трансформатор стал греться меньше, но и поднялось напряжение на нагрузке, было +-48 Вольт при токе 3А, стало +-50Вольт, но это только мне на руку.
На транзисторах VT1,VT2,R1,R3 собран “икающий” триггер защиты. R11 является датчиком тока. На нем совсем небольшое падение напряжения, и при увеличении тока во вторичной обмотке, ток первичной обмотки тоже увеличивается, увеличивается и падение напряжения на резисторе R11. Через подстроечный резистор R10 ток поступает на базу транзистора VT1, и при достижении определенного напряжения база-эмиттер примерно 0,6 Вольт транзистор открывается. Через открытый транзистор VT1 и резистор R1 начинает протекать небольшой ток, который открывает транзистор VT2, через данный транзистор и резистор R3 питание драйвера зашунтируется. Драйвер прекращает работу, ток падает в обмотках трансформатора, транзистор VT1 закрывается. Питание на драйвер вновь появляется, так как закрыт транзистор VT1, а следовательно и VT2, и питание драйвера уже не зашунтировано.
Далее цикл повторяется, пока в первичной обмотке трансформатора не ослабится ток. Визуально это все наблюдается миганием светодиода, эффект “икания”. Подстройка защиты ведется подстроечным резистором R10, но о настройке защиты чуть ниже.
На выходе стоят диоды типа “Шоттки”, позволяющие выпрямить высокочастотный ток. Ну и в каждом из плеч выходного каскада стоят электролиты по 2000мкФ на плечо. Данных баночек вполне достаточно для импульсного источника питания мощностью до 500Вт, используемого под усилитель низкой частоты.
Варистор VDR1 защищает схему от скачков напряжения. При скачке напряжения (напряжение срабатывания MYG14-431 составляет 430В при токе 1мА) сопротивление варистора мгновенно уменьшается, выкорачивая цепь питания схемы, перегорает предохранитель, обрывая сетевое питание.
Дроссель T1 служит для подавления высокочастотных помех на входе.
Детали для сборки импульсного источника питания на ir2153
Трансформатор намотан на кольце марки 2000НМ, размеры 40-24-20 мм. Первичная обмотка содержит 33 витка проводом диаметра 0,85мм в две жилы (перестраховался).
Вторичная обмотка ложится в два слоя. Диаметр провода вторичной обмотки 0,85мм и имеет 13+13 витков (то есть с отводом от середины, всего 26 витков), второй слой аналогичен первому (13+13 витков). Между слоями лежит диэлектрик.
Данный импульсный источник питания на ir2153 можно пересчитать под любое напряжение, достаточно перемотать трансформатор.
Если надумаете собирать данный блок питания напряжением более +-50В, то следует заменить выходные емкости С13-С16 на более высоковольтные, например на 100В., а также заменить Шоттки, например, на MBR20200.
Пару слов о защите.
Может сложиться так, что после сборки ИИП описанного в этой статье, при запуске будет срабатывать защита. И регулировка подстроечного резистора не даст никакого результата. Тогда следует уменьшить номинал резистора R11 до 0,07 Ом. У меня так и сделано, параллельно зацеплены три резистора по 0,2 Ом.
Суть ребята такая, если номинал резистора R11 большой, например 0,2 Ом, то на нем будет падение напряжения больше чем нужно, и при работе ИИП постоянно будет большое напряжение на базе транзистора VT1, защита будет срабатывать.
Может случиться так, что при испытании на довольно большой нагрузке защита не срабатывает, то можно попробовать увеличить номинал R11, например до 0,15 Ом. Либо попробовать увеличить номинал подстроечного резистора R10, например до 3,3 кОм. Так как, R10 и R11 соединены параллельно, и R11 на два порядка меньше, то увеличение R10 приведет к очень малому (несколько тысячных-сотых долей) изменению эквивалентного соединения.
В общем, повозитесь с настройкой защиты и все поймете. Хотя если все номиналы будут соответствовать схеме, и мотать трансформатор будете на кольце, даже рассчитанном на другое напряжение, у вас все заработает с первого раза. От вас требуется внимательность, и аккуратность.
Замечу, что на плате стоят два резистора R11 сопротивлением 0,22 Ома, соединенных между собой параллельно, в результате R11 равен 0,11 Ом (по правилу двух параллельно соединенных проводников). У меня на плате три резистора R11 по 0,22 Ома (параллельно соединенных), что дает в результате 0,07 Ом.
Первый запуск и настройка защиты.
Первый запуск всегда делайте через лампу. Что это значит? Это значит, что от сети подключаем не напрямую питание, а в разрыв одного из двух проводов подсоединяем лампу 220 Вольт.
Что нам даст лампа? Лампа – это тот же резистор, в котором визуально можно наблюдать рассеивание лишней мощности в виде света (тепла соответственно тоже), а также предотвратит перегорание элементов при неисправности в блоке питания.
Если в вашем собранном блоке питания на ir2153 будет присутствовать короткое замыкание (КЗ), чего я вам не желаю, то при подключении через лампу, последняя будет гореть в полный накал и возможно ничего больше не сгорит, так как лампа рассеет всю мощность. Это очевидно, так как схема примет вид:
Если в блоке питания будет обрыв, то лампа не загорится.
При нормальном запуске ИИП наблюдается следующая картина, лампа должна вспыхнуть и погаснуть. Вспыхивает лампа в момент зарядки всех емкостей. Если емкости не разрядить, то второй запуск пройдет без вспыхивания лампы.
Для настройки защиты лампу исключите из цепи, иначе лампа будет рассеивать мощность и не позволит вам, как следует нагрузить ваш ИИП.
Для проверки защиты нужно нагрузить наш ИИП на ir2153. Нагружать будем мощными резисторами. Для этого их нужно рассчитать. Расчет производим с помощью закона Ома. На выходе у меня +-50В, если я замерю не относительно ноля, а на плечах, то получу напряжение +100В. Я хочу выжать из моего блока питания ток 3А, это 300Вт (мощность = ток*напряжение). Теперь 100В/3А=33,3 Ом.
Я нашел несколько 25Вт резисторов и собрал из них 33 Ом. Наливаете в тазик воды и опускаете в него подключенные резисторы . В разрыв амперметр, чтобы замерить ток.
Ток потребления 3 Ампера.
Напряжение на плечах 102 Вольта.
Далее плавным вращением подстроечного резистора R10, добиваемся загорания светодиода, который должен начать мигать. После того, как поймали место, где срабатывает защита, крутим подстроечный резистор R10 в обратном направлении, пока защита перестанет срабатывать. В этом положении оставляем R10. Все, защита настроена, при перегрузке более 300Вт в моем случае, сработает защита.
Несколько советов.
После пайки обязательно сотрите остатки канифоли спиртом или ацетоном. Посадите ключи и Шоттки на радиаторы, через диэлектрические прокладки. После настройки защиты погоняйте ваш блок питания сначала минут 15, потом можете час. После 1 часа работы, трансформатор нагрелся до 64 градусов и рост температуры остановился. Это нормально. Ключи IRF740 работают до 150 градусов, и соответственно будут нагреваться.
Замеры температуры при работе схемы:
При желании и наличии осциллографа, можете пересчитать R4 и С6, для оптимальной настройки частоты. Уменьшив R4 до 13кОм, я увеличил частоту до 50кГц, что сразу сказалось на работе моего блока питания, повысился КПД, а следовательно и уменьшилось выделение тепла.
Печатная плата для ИИП на ir2153 СКАЧАТЬ
Список компонентов для сборки ИИП на ir2153 (PDF) СКАЧАТЬ
Программа расчета частоты драйвера ir2153 по R4 и C6 СКАЧАТЬ
Статья по расчету и намотке импульсного трансформатора ПЕРЕЙТИ
Статья по перемотке импульсного трансформатора из БП ПК ПЕРЕЙТИ.
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 импульсного блока питания на IR2153, необходимые компоненты
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.
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
Следующая особенность схемы — запитка для IR2153. Все, кто строил блоки на ней, сталкивались с сильным нагревом питающих резисторов.
Даже если их ставить от переменки, выделяется очень много тепла. Чтобы этого избежать, вместо резистора используем конденсатор. Это предотвратит нагрев элемента по питанию.
Также плата оснащена защитой, но в первоначальном варианте схемы ее не было.
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.
Ток защиты регулируется с помощью подстроечного резистора:
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.
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.
Основным диодом будет диод Шоттки в корпусе ТО-247, ток выбираете под ваш трансформатор.
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.
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.
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.
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.
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.
Макетки сделаны для того, чтобы можно было заказать изготовление данной платы в Китае.
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.
Далее видим 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.
Еще на плате имеются 2 резистора для разрядки емкости, один по высокой стороне, другой — по низкой.
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.
Тестирование самодельного импульсного блока питания на IR2153
Настало время протестировать устройство. Пока основным советом является производить первое включение через лампочку на 40 Вт.
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.
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.
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.
Видео о создании импульсного блока питания на IR2153 своими руками:
Импульсный БП двухполярный(Для УМЗЧ)
Сначала собрал на печатке все до силового транса, кроме токового резистора и светодиода.
Транс хоть и был уже намотан на нужные мне параметры, но первый запуск делал с родным, без перемоток, 100% рабочим комповым трансом. Хоть и не плохо получается мотать трансы, но мало ли что. Проводом мотаю б/у, а там может и лак лопнуть, та и фазировку можно перепутать. Короче что-бы знать где искать причину в случае косяка. Припаиваю проводками транс к плате, к трансу к 12 вольтовой обмотке диодную сборку, а к диоду и косе 12 вольтовую лампочку 1-2 вата с панели приборов (для наглядности).
Полевики временно, тоже на случай косяка :)) ставлю IRF730. у меня их много и не жалко.
В розетку включаю через лампу 220вольт. Воткнул, лампа 220 вспыхнула и погасла, а на выходе светится лампочка 12 вольт.
Через минуту выдернул с розетки и попробовал, ничего не греется (все без радиаторов). За минуту работы, с такой нагрузкой должно быть все холодное. Устал уже печатать, передохну маленько.
Такой нашел подходящий корпус для усилка что собираю
Все класс, БП работает. Хотя при правильной сборке и исправных деталях все схемы работают.
Теперь защита:
Выдернул с розетки, разрядил сетевой электролит (было такое, спалил ИРку, замкнул паяльником когда еще не разрядился электролит). Впаиваю светодиод перегрузки и опять втыкаю в розетку. Засветился светодиод, сработала защита. тоже все нормально, защита работает, косяков нету.
Впаиваю токовый резистор, подстроечник выкручен влево. Включаю, и опять сработала защита . Подкручиваю подстроечник по часовой, пока не станет запускаться. Если все равно не запускается, увеличиваю конденсатор тот что на схеме возле подстроечного резистора 0,47мкф (изначально у меня он стоял 0,1мкф).
Вот почти и вся настройка защиты, начинаю впаивать в плату свой намотанный транс и все чего не допаял.
Аааа, забыл самое главное ПРОВЕРИТЬ РАБОТУ ЗАЩИТЫ
Ну, тут как повезет :)) , откинул лампу 220 вольт, включаю в розетку, лампочка 12 вольт свети. Беру отвертку, зажмурился (как советовал Seriyvolk) иииии ЖжАХ по фазам. Открываю один глаз, светится светодиод, защита сработала. Ну вот, теперь точно все класс. Еще несколько раз попробовал коротнуть, НОРМАЛЬНО. Продолжаю впаивать, что не допаял.
Собрал всю эту кухню, включаю опять через лампу 220вольт(на всякий случай),на выход тестер. твою медь -опять сработала защита.
Пиковый ток заряда выходных емкостей приводит к срабатыванию защиты. Меняю кондер тот что в схеме 0,47мкф на 1мкф. Теперь запустился. На выходе 78 вольт, хотя рассчитывалось на +-38вольт, ну да и хрен с ним. Цепляю нагрузку 4 лампы по 24вольта, по 2 в плечо и включаю:
Ток замеряется на фото в одном плече, греются шнурки на тестере.
Напряжение просело на 3 вольта в каждом плече. Многовато, но это малая емкость сетевого электролита. стоит 220мкфх400вольт, а для такой нагрузки 275ват, нужно хотя бы 330мкф.
Через пол часа работы, радиатор чуть-чуть теплый, транс немного теплее, из за того что его габаритная мощность 200ват.
Принудительное охлаждение вообще не нужно.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Вот собственно и мой БП, строго не судите по качеству монтажа)
Файлы: jh.lay (137.7 Kb) · 2691778.jpg (71.1 Kb) · 0016116.jpg (127.7 Kb) · 4884347.jpg (194.5 Kb) · 2907119.jpg (146.5 Kb) · 0271561.jpg (150.7 Kb)
Привет, вижу давно не появлялся, но даром время не теряешь УМЗЧ на 7294 наверное будет?
Читайте также: