Использование и злоупотребление IR2153 для фидеров до 1,5кВт

Схема импульсного блока питания на IR2151-IR2153

Импульсный блок питания на IR2151-IR2153

images-stories-0rrtnf3.jpg Плюс любого импульсного блока питания состоит в том что не требуется намотки или покупки громоздкого трансформатора.А требуется всего лишь трансформатор с несколькими витками.Данныйблок питаниясделать 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.

images-stories-01blokinsrar.png

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

Читайте также:  Beyerdynamic T1 2nd Gen. Какими должны быть наушники

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.

  • Комментарии

Принципиальная схема

Функциональная схема микросхем приведена на рисунке 1, зависимость выходной частоты от номиналов RC-задающей цепочки на рисунке 2.

Микросхема обеспечивает паузу между импульсами «верхнего» и «нижнего» ключей в течении 10% от длительности импульса, что позволяет не опасаться «сквозных» токов в силовой части преобразователя.

Практическая реализация БП приведена на рисунке 3. Используя данную схему можно изготовить БП мощностью от 100 до 500Вт, необходимо лишь пропорционально увеличивать емкость конденсатора фильтра первичного питания С2 и использовать соответствующий силовой трансформатор ТV2.

funkcionalnaya-shema-mikroshem-ir2153-ir2155.png

Рис. 1. Функциональная схема микросхем IR2153, IR2155.

Емкость конденсатора С2 выбирается из расчета 1… 1,5 мкФ на 1 Вт выходной мощности, например при изготовлении БП на 150 Вт следует использовать конденсатор на 150…220 мкФ.

Диодный мост первичного питания VD можно использовать в соответствии с установленным конденсатором фильтра первичного питания, при емкостях до 330 мкФ можно использовать диодные мосты на 4…6А, например RS407 или RS607.

При емкости конденсаторов 470… 680 мкФ нужны уже более мощные диодные мосты, например RS807, RS1007.

Об изготовлении трансформатора можно разговаривать долго, однако вникать в глубокую теорию расчетов слишком долго и далеко не каждому нужно.

Поэтому расчеты по книге Эраносяна для самых ходовых типоразмеров ферритовых колец М2000НМ1 просто сведены в таблицу 1.

Как видно из таблицы габаритная мощность трансформатора зависит не только от габаритов сердечника, но и от частоты преобразования.

Читайте также:  Hi-Fi за копейки. Обзор Xiaomi In Ear Headphones Pro HD

Изготавливать трансформатор для частот ниже 40 кГц не очень логично — гармониками можно создать не преодолимые помехи в звуковом диапазоне. Изготовление трансформаторов на частоты выше 100 кГц уже непозволительно по причине саморазогрева феррита М2000НМ1 вихревыми токами.

shema-20087-19.jpg

Рис. 2. Графики зависимости выходной частоты от номиналов RC-задающей цепочки для микросхемы IR2153.

В таблице приведены данные по первичным обмоткам, из которых легко вычисляются отношения витков/вольт и дальше уже вычислить, сколько витков необходимо для того или иного выходного напряжения труда не составит.

Следует обратить внимание на то, что подводимое к первичной обмотке напряжение составляет 155 В — сетевое напряжение 220 В после выпрямителя и слаживающего фильтра будет составлять 310 В постоянного напряжения, схема полу мостовая, следовательно к первичной обмотке будет прилагаться половина этого значения.

shema-20087-20.jpg

Рис. 3. Принципиальная схема импульсного сетевого блока питания для усилителей НЧ на 100-500Вт.

Так же следует помнить, что форма выходного напряжения будет прямоугольной, поэтому после выпрямителя и слаживающего фильтра величина напряжения от расчетной отличаться будет не значительно.

Таблица приведена до мощностей 2400 Вт (на будущее, для более мощных вариантов схем блока питания).

Таблица 1.

тип 40кГц 50кГц 60кГц 70кГц 80кГц 90кГц 100кГц
ДЛЯ КОЛЬЦА К40х25х11
1 кольцо К40х25х11 мощность 100 130 160 175 200 220 250
витки 180 145 120 105 90 80 72
2 КОЛЬЦА К40х25х22 мощность 200 230 280 330 370 420 470
витки 90 72 60 52 45 40 36
ДЛЯ КОЛЬЦА К45х28х8
1 КОЛЬЦО К45х28х8 мощность 110 135 150 180 200 230 240
витки 217 174 145 124 110 97 87
2 КОЛЬЦА К45х28х16 мощность 200 240 290 340 390 440 480
витки 109 87 73 62 55 49 44
3 КОЛЬЦА К45х28х24 мощность 290 360 440 510 580 660 730
витки 82 66 55 47 41 36 33
4 КОЛЬЦА К45х28х32 мощность 380 490 580 680 780 870 970
витки 62 50 41 35 31 28 25
5 КОЛЕЦ К45х28х40 мощность 500 600 700 850 950 1100 1200
витки 50 40 35 30 25 22 20
6 КОЛЕЦ К45х28х48 мощность 550 700 850 1000 1150 1300 1450
витки 41 33 28 24 21 19 17
7 КОЛЕЦ К45х28х56 мощность 650 850 1000 1150 1350 1500 1700
витки 35 30 24 20 18 16 14
8 КОЛЕЦ К45х28х64 мощность 750 950 1150 1350 1550 1750 1950
витки 31 25 21 18 16 14 13
9 КОЛЕЦ К45х28х72 мощность 850 1000 1300 1500 1750 1950 2200
витки 28 22 18 16 14 13 11
10 КОЛЕЦ К45х28х80 мощность 970 1200 1450 1700 1950 2200 2400
витки 25 20 17 14 12 11 10

Диаметры необходимых проводов рассчитываются из отношения 5 А на 1 кв мм сечения провода. Причем лучше использовать несколько проводов меньшего диаметра, чем один, более толстый провод.

Это требование относится ко всем преобразователям напряжения, с частотой преобразования выше 10 кГц, так как начинает уже сказываться скин-эффект — потери внутри проводника, поскольку на высоких частотах ток течет уже не по всему сечению, а по поверхности проводника и чем выше частота, тем сильнее сказываются потери в толстых проводниках.

Поэтому не рекомендуется использовать в преобразователях с частотой преобразования выше 30 кГц проводники толще 1 мм. Следует так же обратить внимание на фазировку обмоток — неправильно сфазированные обмотки могут либо вывести силовые ключи из строя, либо снизить КПД преобразователя.

Но вернемся к БП, приведенному на рисунке 3. Минимальная мощность данного БП практически ни чем не ограничена, поэтому можно изготовить БП и на 50 Вт и меньше. Верхний же предел мощности ограничен некоторыми особенностями элементной базы.

Для получения больших мощностей требуются транзисторы MOSFET более мощные, а чем мощнее транзистор, тем больше емкость его затвора.

Читайте также:  Простейший вариант мостового включения усилителя

Если емкость затвора силового транзистора довольно высокая, то для её заряда-разряда требуется значительный ток. Ток транзисторов управления IR2153 довольно не велик (200 мА), следовательно, эта микросхема не может управлять слишком мощными силовыми транзисторами на больших частотах преобразования.

Исходя из вышесказанного становится ясно, что максимальная выходная мощность преобразователя на базе IR2153 не может быть более 500…600 Вт при частоте преобразования 50…70 кГц, поскольку использование более мощных силовых транзисторов на этих частотах довольно серьезно снижает надежность устройства.

Список рекомендуемых транзисторов для силовых ключей VТ1, VТ2 с краткими характеристиками сведен в таблицу 2.

Таблица 2

Наименование Емкость затвора, пкФ Сопротивление открытого перехода, Ом Максимальное напряжение, В Максимальный ток, А
IRF740 1600 0,55 400 10 А
IRF840 1300 0,85 500 8 А
STP10NK60Z 1370 0,75 600 10 А

Выпрямительные диоды вторичных цепей питания должны иметь наименьшее время восстановления и как минимум двукратный запас по напряжению и трехкратный току.

Последние требования обоснованы тем, что выбросы напряжения самоиндукции силового трансформатора составляют 20…50 % от амплитуды выходного напряжения. Например при вторичном питании в 100 В амплитуда импульсов самоиндукции может составлять 120…

150 В и не смотря на то, что длительность импульсов крайне мала ее достаточно чтобы вызвать пробой в диодах, при использовании диодов с обратным напряжением в 150 В.

Трехкратный запас по току необходим для того, чтобы в момент включения диоды не вышли из строя, поскольку емкость конденсаторов фильтров вторичного питания довольно высокая, и для их заряда потребуется не малый ток. Наиболее приемлемые диоды VD4-VD11 сведены в таблицу 3.

Таблица 3.

Наименование Максимальное напряжение, В Макс. ток, А Обратное время восстанов., нС Примечания
16CTQ100 100 8 2 диода Шотки по 8 А в корпусе ТО-220
20CTQ150 150 10 2 диода Шотки по 10 А в корпусе Т0-220
30CPQ100 100 15 2 диода Шотки по 15 А в корпусе ТО-247
30CPQ150 150 15 2 диода Шотки по 15 А в корпусе ТО-247
40CPQ100 100 20 2 диода Шотки по 20 А в корпусе ТО-247
60CPQ150 150 30 2 диода Шотки по 30 А в корпусе Т0-247
15ETH06FP 600 15 35 1 диод 15 А в корпусе ТО-220
30EPF06 600 30 40 1 диод 30 А в корпусе Т0-247
30ETH06PBF 600 30 40 1 диод 30 А в корпусе ТО-220
80EBU02 200 80 35
HER308 1000 3 30 DO-201
HER605 400 6 50 DO-201
HFA06TB120 1200 6 26 ТО-220
HFA08TB120 1200 8 28 ТО-220
HFA15TB60 600 15 60 ТО-220
HFA16TB120 1200 16 30 ТO-220
HFA25PB60 600 25 23 ТО-247
HFA30PB120 1200 30 37 ТО-247
MUR2020CT 200 10 25 2 диода по 10 А в корпусе ТО-220
MUR820 200 8 25 ТО-220
SF54 300 5 35 DO-201
SF56 600 5 35 DO-201
SF84 400 8 35 ТО-220

Емкость фильтров вторичного питания (С11, С12) не следует увеличивать слишком сильно, поскольку преобразование производится на довольно больших частотах.

Для уменьшения пульсаций гораздо актуальней использование большой емкости в первичных цепях питания и правильный расчет мощности силового трансформатора.

Во вторичных же цепях конденсаторов на 1000 мкФ в плечо вполне достаточно для усилителей до 100 Вт (конденсаторы по питанию, установленные на самих платах УМЗЧ должны быть не менее 470 мкФ) и 4700 мкФ для усилителя на 500 Вт.

Печатная плата

На принципиальной схеме изображен вариант выпрямителей вторичного силового питания, выполненный на диодах Шотки, под них и разведена печатная плата (рисунок 4).

Рис. 4. Печатня плата для импульсного блока питания к УМЗЧ — сторона дорожек.

Рис. 5. Печатня плата для импульсного блока питания к УМЗЧ — сторона деталей.

На диодах VD12, VD13 выполнен выпрямитель для вентилятора принудительного охлаждения теплоотводов, на диодах VD14-VD17 выполнен выпрямитель для низковольтного питания (предварительные усилители, активные регуляторы тембра и т.д.). На том же рисунке приведен чертеж расположения деталей и схема подключения.

В преобразователе имеется защита от перегрузки, выполненная на трансформаторе тока ТV1, состоящая из кольца К20х12х6 феррита М2000 и содержащего 3 витка первичной обмотки (сечение такое же как и первичная обмотка силового трансформатора и 3 витка вторичной обмотки, намотанной двойным проводом диаметром 0,2…0,3 мм.

При перегрузке напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТV1 станет достаточным для открытия тиристора VS1 и он откроется, замкнув питание микросхемы IR2153, тем самым прекратив ее работу. Порог срабатывания защиты регулируется резистором R8.

Об остальных деталях:

  • конденсатор С5 — пленочный на 0,33… 1 мкФ 400В;
  • конденсаторы С9, С10 — пленочные на 0,47…2,2 мкФ минимум на 250В;
  • индуктивности L1…L3 выполнены на ферритовых кольцах К20х12х6 М2000 и наматываются проводом 0,8… 1,0 мм до заполнения виток к витку в один слой;
  • С14, С15 — пленочные на 0,33…2,2 мкФ на напряжение не менее 100 В при выходном напряжении до 80 В;
  • конденсаторы С1, С4, С6, С8 можно керамические, типа К10-73 или К10-17;
  • С7 можно и керамический, но лучше пленочный, типа К73-17.

Импульсный источник питания для УМЗЧ — IR2161 SE [2017]

Новокузнецк, Кемеровская обл. Логин: Пароль Забыли? Импульсный блок питания для лампового предусилителя. Практика Блоки питания. Теперь подытожим: Стабилизированный, 6. Иначе какая вообще надежность? Мягкий старт. Список всех статей. Работаю в Relpro Industrial Group в направлении производства реле и выпрямительных систем.

Начальник, инженер, технолог, монтажник и специалист по применению в одном лице, хотя, к счастью, почти всегда есть кому меня заменить в вопросах монтажа и инженерии :. Читательское голосование Статью одобрили читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем. Часто встречается явление, когда басист хочет изменить или улучшить звук своего инструмента Гитарный преамп Tomato — исправленная печатка. Tomato updated pcb. Что это? Это мой ламповый гитарный предусилитель с низким анодным напряжением. Давно я Ламповый преамп для микрофона, 6Н2П Пишу музыку и стихи, а потом и играю.

Читайте также:  JBL Synthesis SSW-2: тест сабвуфера-мастодонта

Людям нравится! Гитарный ламповый преамп Engl E по следам Гишяна Азнаура Как- то так всегда получается, что поиск «того самого звука» затягивается на неопределенный срок. Гитарный преамп Bogner Sharp на лампах 6Ф1П Статья не претендует на научность, и скорее повествует о том, как собирают и как лучше Модификация лампового преампа Mesa Mark Когда-то я был новичком в конструировании ламповых гитарных усилителей, но я очень хотел играть на Гитарный комбик на TDA с ламповым преампом Tomato 6н2п Поговорим про то, как можно смастерить такой прекрасный гитарный усилок порядка 60 Ватт и отличный Мой преамп Tomato Простой гибридный гитарный усилитель для начинающих Противостояние приятного на слух звука лампового гитарного усилителя и массогабаритных Турута Издательство: ДМК Проектирование корпусов Выслал материал по созданию корпусов, но не выложил фото.

Специально сделал небольшой пример, но Комментарий 1 от , Ответить С нами с Миша , спасибо за отличную полную статью! Она явилась логическим продолжением твоей статьи » Простой метод выбора ключевых транзисторов для импульсных источников питания » С Наступающим!!! Комментарий 2 от , Ответить С нами с 5. Очень заинтересовала эта тема, замечательная, простая и полная статья. Много чего для себя подчеркнул, нового узнал. Спасибо большое, отличная статья!

Комментарий 3 от , За статью большой плюс! Для тех кто начинает работать с ИИП, большое подспорье подробное описание и готовые печатные платы. Данная схемотехника ,на мое ИМХО, несложна и достаточно надежна, ранее свой первый импульсник делал на й полумост, правда тогда еще не сильно в ходу были готовые драйверные ИМС, был трансформаторный драйвер, а вот из всех видов защит, тоже выбрал токовую по первичке силового транса, работала надежно.

Добавлю только, что для наладки и «познания» работы ИИП желательно иметь осциллограф. Комментарий 4 от , Спасибо за статью, Михаил!!! Интересно и весело Комментарий 5 от , Спасибо за отзывы по статье. SG я выбрал по причине ее «готовости» — у нее есть все необходимое, как плавный пуск, защита по току, выходные драйверы и контроль напряжения.

Так например, даже для подключения к интегральному драйверу типа IR все равно необходимо поставить между ними драйвер на транзисторах, иначе могут возникнуть проблемы от вялых фронтов до помех. Частота работы порядка 68 кГц. Не слишком много, чтобы начались проблемы, но и не слишком мало, чтобы пришлось использовать большие моточные изделия. Скоро будет еще одна статья по «апгрейду» этого ИИП, думаю, многим будет интересно: рассмотрю вопросы как увеличения мощности на текущем «железе», так и использования ИИП в других целях и режимах.

Комментарий 6 от , Ответить С нами с 3. Спасибо за статейку. Удачи всем в Новом ом году! Комментарий 7 от , С интересом прочел Вашу статью, Михаил. Все очень неплохо, но в некоторых местах хотелось бы конкретики и вразумительных пояснений.

Ну, например, в этом месте Многие пытаются создать что-то серьезное и мощное на IR или, что ещё хуже, IR Такой подход обычно ведёт к провалу. Простые конструкции в условиях мастерской работают, но более серьезные нагрузки и условия эксплуатации чаще всего приводят к фейерверку. Любители чипа IR и других самопитающихся чудес самым большим минусом выбранного ШИМа называют необходимость отдельного дежурного питания. Все дело в накалах ламп- при старте они холодные и требуют очень большой пусковой ток.

Потому лучше намотать первичную обмотку первой и не делить её. Индуктивность рассеивания увеличится, зато магнитное сцепление ослабится и ВАХ станет более крутой. В результате на старте во время резкого увеличения тока, столь же резкого возрастания тока в ключах не будет. Высоковольтный стабилизатор капризный. И даже не просто капризный, а склонный к самовозбуждению.

Вся его проблема в затворном резисторе R Лучше его впаивать не целиком в плату, а только с одной стороны. А вывод идущий к затвору транзистора Q3 припаять напрямую к затвору, удалив дорожку. А вообще идеально, если резистор будет не индуктивный. Комментарий 8 от , Это как в простонародье называется «подрочить вилкой в розетке».

Жесткий игольчатый шум их убивает наповал, потому как теоретически эти подобия взрослых братьев вообще не предназначены для дорогой и сложной техники.

Только для мелочи и ширпотреба, которое не жалко заменить и ужимается в серьезные рамки в вопросах эксплуатации. То, что некие фирмы предпочли сократить расходы в минимум и использовать шлак- это не профессионализм, это маркетинг. Я работаю в сфере производства промышленной автоматики и выпрямительных систем, за все время работы не встретил ни разу настоящих профессиональных преобразователей на подобных микросхемах, даже в низшем ценовом сегменте условно, порядка рублей за 2квт модули.

Потому что нельзя использовать шлак там, где это может обернуться отказом в работе ШПТ на подстанции. Перечитайте 3 абзац. Сделали вывод? Наверное, нет, не любят люди читать. Так вот, новичкам с той же UC совладать тяжело, ибо уже давно известно и обсосано во всех позах, что эта микросхема капризная, требовательна к разводке, длине и ширине линий и т.

Последнее, что нужно новичку- пытаться понять, что пошло не так просто потому, что неправильно разведена плата. А возможно этот пункт даже еще абсурднее, если Вы не осилили понять что именно я написал в статье. Не Вы первый, не Вам же быть последним. Только должно ли меня волновать, согласны Вы с моим выбором или нет? Вот например, я езжу на японском автомобиле 98 года выпуска, и «серьезно ремонтировал» его только раз.

Сразу после того как приобрел, даже можно сказать, что просто обслужил. А вот кум ездит на ВАЗ 12 года, и постоянно что- то ремонтирует.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий