схемы самодельного блока питания на 12 вольт

Импульсный Источник Питания на IR2153.

О статье.
В вольт глобальной помойке много схем с использованием этой микросхемы и описанием делайте вот так и так... А как так и почему? Будет ли работать? На последний вопрос очень часто ответ - нет!! Очень много "Чудодейственных" печаток и советов применить именно 1000мкф х500В конденсатор, который не найти или стоить будет ползарплаты.
Постараюсь описать с чем пришлось столкнуться при построении устройства, как решалось, свести все к простым и понятным принципам, применяя которые каждый может определится с тем, что ему нужно.
О самой "ирке"- IR2153.
Микросхема разработана для применения в электронных балластах экономичных ламп, это устройства микроскопической мощности, работает на частотах порядка 30КГц, не имеет  специально предусмотренных цепей защиты и управления. Это дает повод для размышлений!
IR2153 имеет малое потребление и может питаться просто через гасящий резистор, также имеется разделение для верхнего и нижнего ключей полумоста, поэтому не требуется мотать трансформаторы или применять оптическое разделение сигналов управления ключами.
Это делает микросхему привлекательной не только для любителей, но и для серьезных брендов выпускающих продукцию серийно!

И так, сам проект.

Целью было построить простой, как можно более универсальный, модуль питания мощностью порядка 200Вт.
Область применения от питания галогеновых ламп  до УМЗЧ и тп., как ни странно по стоимости материалов этот модуль может конкурировать с заводскими трансформаторами для галогеновых ламп, в других сферах применения тем более.
Питание -  сеть переменного тока 250В 50..60Гц
Выход - 150В переменного тока частотой 50..60КГц на сменный трансформатор.
Ориентировочная мощность - 200Вт.
Трансформатор на фото:  напряжение холостого хода - 25В, напряжение под нагрузкой 200Вт - 23.5В
Фото1 Здесь блок нагружен на 4 галогеновые лампы 12В 50Вт каждая.
Фото2 Здесь по просьбе фанов этой чипы, блок нагружен на трансформатор 10КВ и убитую люминесцентную лампу, что дает жесткую нагрузку.
Фото3 Здесь запустил настоящий HVшный девайс, называю его свечкой, электроды  кабель 2.5мм2, нагреваются и горят очень шустро, транзисторам тоже нелегко.
Схема
Платы блока. Формат Sprint Layout, основная плата и плата выходного драйвера полевых транзисторов.
Комплектующие:
C1                        - 220мкФ х 450В (у нас все скромненько :) )
C2,C10                - 1мкФ х 400В, пленочка
C3                        - 470..1000мкФ х 25В
C4,C5,C9,C8       - 0.22..0.47мкФ х 63В керамика (или пленка )
C6                         - 10мкФ х 63В
C7                         -1нФ керамика, задающий частоту генератора.
R1,R2                    - 65К 2Вт
R3                           - 12К, задающий частоту генератора.
R4                           - 8.2К
VD1                   - UF4007
VT1,VT3            - BC640
VT2,VT4            - BC639
T1,T2                  - IRF840
DIL8                   - IR2153
F2                       - Fast 2A
 

Настройка.

Перед первым пуском схема не собирается полностью, не впаивается "верхний" ключ Т1.
При включении устройства в сеть появляются напряжения:
на конденсаторах С1 и С2 примерно 300В,  на С3 и С4 14..15В (1 и 4 выводы IR2153), на С5 и С6 - 14..15В (8 и 6 выводы IR2153).
на выходах драйвера IR2153,  между выводов 4 и 5 - 12..14В, между выводов 6 и 7 - 12..14В эти напряжения должны быть равны.
на выходах усилителя драйвера,  между точками COM и OUT (драйвер нижнего ключа) - 11..13В, между точками VS и OUT (драйвер верхнего ключа) - 11..13В, эти напряжения должны быть равны.
Все эти напряжения измеряются мультиметром в режиме измерения постоянного напряжения, на  пределе 75000В, для пущей безопасности и чтобы десятые и сотые доли вольта голову не морочили.
Если имеется возможность то можно сигналы на выходах IR2153 и усилителя драйвера проконтролировать осциллографом.
Внимание!!
Если перепутаются или замкнут точки измерения, что то или все сгорит!
Общий провод осциллографа  должен  НЕ иметь заземления.
После успешной проверки можно впаивать верхний ключ Т1.
 

Узлы преобразователя, принцип их работы.

Сетевой выпрямитель.

Конденсатор C1 выбран относительно небольшой емкости, тк его хватает для работы блока, если блок применять для питания галогеновых ламп то его хватает, если питать УМЗЧ и прочие устройства, то дополнительная фильтрация от сетевого фона 100Гц, легко осуществляется после трансформации и выпрямления, низковольтными электролитами, это и лучше и дешевле, тк стоимость конденсатора 10000мкФх35В гораздо ниже стоимости конденсатора 220мкФх450В.
Небольшая емкость сетевого выпрямителя не влияет на работу IR2153,тк она имеет свой стабилитрон (встроен) и фильтр и питается нормально, а ключи в худшем случае, лишь передадут пульсации 100Гц через трансформатор.
Конденсатор С2 играет важную роль в выпрямителе, он работает с быстро изменяющимися напряжениями, с которыми не справляется медленный электролитический конденсатор.
Конденсатор С2 блокирует ВЧ помехи на шинах питания, благодаря ему схема может выдавать на выход нормальные импульсы, благодаря ему может нормально работать система рекуперации, что снижает выбросы напряжения на транзисторах, повышает надежность и качество схемы.
Очень часто его "забывают" поставить.
 

IR2153 - Питание.

При питании IR2153 через гасящий резистор (R1,R2 ) есть опасность понижения напряжения до критических значений, при уменьшении этого сопротивления улучшается питание драйвера, но увеличивается нагрев платы и всего устройства.  
Такие моменты как: дополнительный внешний драйвер,  повышение частоты преобразования, увеличение емкости затвора (увеличение мощности выходных транзисторов) и даже простое увеличение тока потребления нагрузки, повышают потребление от источника питания IR2153. Единственное спасение - значительный запас по току для источника питания IR2153.
Альтернативные способы питания: от дополнительного источника питания 15В, с конденсаторной развязкой от 6го выхода микросхемы (это также и выход полумоста), от дополнительной обмотки трансформатора.
Для этой схемы например, ситуация с питанием выглядит так :
Частота преобразования 50Кгц, IRF840, гасящий резистор в питании 2х 65К 2вт (32К 4вт).
В схеме только нижний фет – 15.9В
Подключены оба фета – 12.3В
Подключен трансформатор – 13В
Нагрузка 50Вт - 12В
Нагрузка 100Вт – 9.5В
Понизил частоту преобразования всего-то до 40КГц!!
Под нагрузкой 100Вт – напряжение 14В
Очевидно до 100вт потребления на частоте преобразования 60КГц, можно было обойтись питанием от резистора 32Квт, при большей мощности уже никак.
Для обеспечения качественного питания драйвера, сделал дополнительную обмотку 25В на трансформаторе и подал напряжение через 2 резистора по 100Ом на выпрямительный мост, диодный мост (UF4007 x4 ) паяется на место входных клемм питания. Как это сделано видно на Фото1.

IR2153 - Частота генератора.

Паузы между импульсами (Мертвое время) у этого контроллера фиксированные 1.2мкС, из-за этого с ростом частоты коэффициент заполнения импульсов падает.
Так, для частоты 50КГц паузы составляют 12%,  для 100КГц все 24%.
С ростом частоты улучшается пропускная способность большинства ферритов, но уменьшается заполнение импульсов.

Драйвер.

Краткая справка об одном из действующих лиц. Эффект Миллера.
Его причина емкость между входом электрического каскада и его выходом, он не зависит от разводки печатной платы и даже от схемы каскада, ну например он был обнаружен Миллером в ламповом усилителе и до сих пор везде преследует электронщиков. 
В схемах преобразователей эффект Миллера создает сквозные токи и нагрев транзисторов на холостом ходу, при работе преобразователя на тяжелую нагрузку грозит выводом блока из строя.
Теперь дальше..

IR2153 имеет свой встроенный драйвер, и первый раз я запустил блок  используя его.
Вот как он работает.
Сигнал на затворе IRF840  
Сигнал на затворе IRFP460
Осциллограммы отличаются оочень ровным фронтом (нарастание импульса) неправда ли?
Даже если уменьшить частоту импульсов до 30КГц остаются огромные сквозняки от эффекта Миллера, этими тычками тока можно полюбоваться на осциллограммах.
Тем, не менее можно услышать, точнее  прочитать, что так все работает!! Этому можно верить, схема наверное не сразу загорится, особенно на большом радиаторе.
Драйвер очень слабый (200мА в импульсе), рассчитан на транзисторы небольшой мощности, ведь это микросхема для балласта в лампах!
Драйвер в виде транзисторных повторителей, примененный в этом проекте значительно улучшает ситуацию.
Сигнал с транзисторным повторителем.
Внешний драйвер снижает эффект Миллера, повышает КПД блока.
Все эти осциллограммы были с абсолютно пустым выходом полумоста, ни снабберов, нет даже обмотки трансформатора.
Теперь сигналы с нагруженных транзисторов.
IRF840 нагрузка 200Вт.  сигнал ровный и транзисторы мало греются.  
IRF840 10КВ трансформатор + лдс, нагрузка трансформатор 10КВ на 3х сердечниках 110пц15, нагруженный на люминесцентную лампу - извращенной формы трансформаторная коротышка.
Еще момент, при подключении хотя бы первичной обмотки трансформатора, транзисторы перестают греться и тычки Миллера пропадают по фронту, пропадать пропадают но, Миллер никуда не пропадает, иии вот он, опять появляется, теперь по спаду импульса, на осциллограммах с блока под нагрузкой! Вуаля! И видно, что даже мощный внешний драйвер с трудом удержал блок от пожара. Так что драйвер необходим, чтобы повысить надежность блока.
Стоимость  приведенного драйвера всего 10% от стоимости IR2153.
Пока кромсал блок, собрал еще один драйвер, он еще лучше давит Миллера, хотя транзисторы все те же, видимо за счет повышения усиления каскада, при тестах просто подрезал имеющуюся печатку драйвера и допаял транзистор. Схема и  осциллограмма, блок на холостом ходу.

Трансформатор(ы).

По своей сути, импульсный трансформатор для прямоходовых схем, ни чем не отличаются от обычного трансформатора переменного тока 50Гц.
На холостом ходу, ток через первичную обмотку определяется индуктивным сопротивлением, очень незначителен, и должен быть именно таким.
Нагруженный трансформатор трансформирует сопротивление нагрузки подключенной ко вторичной обмотке, в соответствии с коэффициентом трансформации (соотношение витков первичной и вторичной обмоток) и ток в первичной обмотке определяется трансформированным сопротивлением нагрузки.
Толщина проводов определяется максимальным током, и конструкцией обмотки, при многослойных, провод нужен толще.
Сердечник с повышением частоты лучше передает энергию, но в нем могут возрастать потери на перемагничивание, с понижением частоты феррит легче входит в насыщение что может вызвать резкое снижение индуктивности первичной обмотки в тысячи раз и сгорание блока.
Пример "народного" трансформатора, для полумоста 50..60КГц.
Феррит марки 2000НМС, от строчного трансформатора твс110пц15, первичная обмотка 150В -  30..40 витков провода, вторичная рассчитывается на нужное напряжение, исходя из необходимого напряжения и коэффициента вольт\виток в первичной обмотке.
Например для этого сердечника:
Питание выходного каскада полумост 310В, тогда напряжение импульсов на первичной обмотке трансформатора 150В
Первичная обмотка на 150В - 30 витков (5В\виток)
Вторичная обмотка на 15В - 3витка
Если вторичная обмотка имеет небольшое кол-во витков и плохое заполнение окна трансформатора, то можно вторичную обмотку мотать несколькими параллельными проводниками которые потом спаиваются парралельно, так можно понизить нагрев вторичной обмотки и повысить магнитную связь обмоток. Для одного такого сердечника пропускная способность примерно 500Вт, и при необходимости сердечники можно параллелить, пропоционально снижая количество витков первичной обмотки, так для двух сердечников можно брать 20витков, для трех - 15 витков.
Конструкция такого трансформатора конечно не оптимальна, но его легко изготовить дома и мотая первичную и вторичную обмотки на разных сторонах феррита, можно добиться мягкой связи между обмотками, что может спасти устройство при коротком замыкании во вторичной обмотке.
Трансформатор из этого проекта.
Сердечник набран из 8 колец TN2010-3E25, 5340nH (20,6x9,2x7,5mm)
Первичная обмотка 150В - 12 Витков провода в ПХВ изоляции
Вторичная обмотка  - 1виток
Здесь слабое звено материал сердечника, пригодный лишь для слабых магнитных полей, может легко войти в насыщение и спалить блок питания. Но в принципе конструкция перспективна для любителей, только материал подобрать другой.
Надеюсь что предложенный материал, поможет заинтересованным лицам, определиться с необходимой схемотехникой, для создания устройства под свои нужды.
Иии..  помните любой неожиданный чих или непропаяный затвор транзистора вызовет мгновенный и беспощадный ПЫХХ, т.к. все узлы гальванически связанны ни что не спасется.

Комментарии посетителей:
drv
Фото блока питания

Блок питания нашел свое практическое применение, начинаю делать УМЗЧ и вот такой блок питания получился, емкостей пока что 47000мкФ х25В, на плате есть место еще для 8 банок, тогда емкость только этого фильтра будет 84600мкФ.
Обычно подключение больших емкостей к ИИП вызывает проблемы с запуском, этот блок легко запускается нагруженный и фильтром большой емкости и галогеновой лампой 50вт, ток КЗ более 50А.
Черная муфта на проводниках снижает нагрузку на полевые транзисторы на фронтах, и делает ВАХ трансформатора более \"мягкой\" как у железного трансформатора, это разборная муфта с ферритовым сердечником которая устанавливается на кабеля для устранения помех.

Важно, добавленно 29.08.2012

Один сердобольный хам в узких кругах известный как Евгений Светницкий сделал совершенно справедливое замечание
Осциллограф нужно отрывать не от земли, а от сети через трансформатор 220-220В или автономное питание.

Считаю себя обязанным донести до круга читалелей моего тварения эту мысль.

Не уверен что у меня хватит терпения поступить по этому совету, так как проще воткнуть переходник одеваемый на вилку, или удлинитель без земли, а током получал много много от чего угодно но только не от осциллографа, ну например частенько от незаземленных компов, которые каждый второй.

Тут решайте сами, БЕЗОПАСНОСТЬ знаете ли дело личное

geovas
Здравствуйте! Меня очень заинтересовала статья о ИИП на IR2153. Я сейчас собираю ИИП для усилителя на основе LM4780. Требуемая мощность порядка 200Вт. Собираюсь использовать трансформатор от AXT БП. В вашей конструкции мне не нравится одной: на трансформатор поступает униполярные импульсы, а как я понимаю это не очень хорошо. С другой стороны в схеме ИИП: _http://www.miliamper.narod.ru/Amp-ru.htm меня не устраивае отсутствие буфера между мосфетом и IR-кой. Не подскажете ли вы мне, можно ли использовать вашу идею с буфером БПТ в такой схеме? И если можно, то как? В вышеуказанной схеме естественно будет изменена низковольтная часть (после трансформатора), в частности питание должно получиться биполярным, в идеале +-24В. У меня есть диоды 20CTQ150, планирую использовать их в качестве выходного выпрямителя, хватит ли запаса по напряжению (150В)? Надеюсь данный сайт - жив, хотя и нету новых топиков. Спасибо за внимание.
drv
geovas

в моей конструкции применен стандартный выход - полуост, полумост это двутактное устройство и дает на трансформатор двуполярное напряжение, также как и в предложенной вами статье.
единственное отличие от полного моста, на трансформатор поступает половина напряжения питания, те питаем 310В от сетевого выпрямителя, а на трансформатор идут импульсы 150В. трансформатор компьютерного блока питания как раз и работает с полумостом.

по диодам.
запас по напряжению 2U то есть, 2х 24В= 48 что примерно в 3 раза меньше максимального тока ваших диодов, должно пахать.

хочу заметить что для умзч, особенно с блоком питания на данной чипе необходимы хорошие конденсаторы в питании, что в свою очередь вызывает другую проблему - пуск ИИП.
предложенная вами статья никак не рассматривает этот момент, я пока остановился на применении дросселей перед выпрямителем, что делает ВАХ трансформатора более \"мягкой\" и ток кз и зарядки капов снижается до приемлимого для транзисторов.
так же применяю дроссель PFC из компьютерного блока питания, что значительно улучшает характеристики блока питания.

форум скорее жив чем мертв, с посещением проблемы.. smile.gif

geovas
drv, спасибо вам за ответ! Моя конструкция временно превратилась в долгострой, однако у меня недавно поломался музцентр samsung и проект самодельного усилителя возобновлен smile.gif
Надумал уже собирать вашу схему ИИП, т.к. она мне кажется самой продуманной схемой на IR-ке в рунете. Вот только маленькая незадача, нигде нету bc639 и bc640 (но есть bc539 и bc540), на что их можно заменить без замены других компонентов? А вот саму IR я думаю питать от маломощного блока питания 50Гц. Вообще, есть опасность пожара при просадке питания на этой микросхеме во время работы? Просто сначала хочу попробовать поэкспериментировать без дополнительного БП. Выжимать из усилителя всю мощность (120Вт) по-началу не планирую. Идею с дросселями учту, думаю в ATX БП найдутся подходящие \"заготовки\". Извиняюсь за сумбурный текст.
drv
geovas
здравствуйте!!

моя схема не может быть самой продуманной, хотяб в силу отсутствия должного образования, скорее самая выстраданая и измучанная smile.gif.

что же на счет долгостроя.. этим блоком занимаюсь почти год, сейчас вот почти уверен что этому блоку питания необходим мягкий пуск, думаю просто дополнительный модуль воткнуть прям на эту же плату, когда это произойдет не знаю smile.gif.

собирать схему можно и без модуля драйвера, в этом случае неудобства от эффекта миллера и динамика хромать будет, но работать будет, радиатор чуть побольше и все!!

Ваших транзюков я не нашел, ни в продаже, ни в яндексе, бумажной литры не имею, так что сказать ничего не могу.. нуу кроме того что транзюки нужны на ток 1А и более, напряжение около 100В, усилением по току порядка 50.

Если на микрухе будет просадка напряжения, то выходное напряжение с блока питания будет просто пульсировать (лампа мигать).
Сейчас использую готовый трансформатор из компового блока питания, только там напряжение выходное получается не 12В, а что то порядка 20В, на плату этот трансформатор встает с минимальными переделками печатки.

дроссель PFC практически не влияет на работу устройства, ну разве что искрение от заряда сетевого капа ууменьшает, но если блоку питания вздумается сгореть то с PFC дросселем он это сделает аккуратно не навредив окружающим.

так что из компового блока можно и дроссель PFC взять и трансформатор.

вообщем и целом мне этот импульсник нравится, небольшой размер вес порядка 200гр и это при мощности до 500вт,
железяки такого не дают это факт!!

geovas
Ой, простите, я имел в виду bc547 и bc557, в мозгу что-то заело видимо...
Спасибо вам за советы, надеюсь что скоро будет время и я соберу все что хотел!
drv
вроде все.. довел свой блок до ума
напряжение выходное 25В
ток короткого замыкания 28А
в режиме кз может работать около минуты, дальше греются диоды выпрямителя и балластные дросселя, конденсаторы заряжаются аккуратненько, как железным трансформатором.

индуктивности катушек дать не могу, издох мультиметр настраивал все по амперметру, если нужно будет расскажу.
дросселя на плате выпрямителя - на фотке по 8витков на цилиндрических сердечниках 6х15мм снял с материнской платы компа.
дроссель включенный последовательно с первичной обмоткой трансформатора \"гантелька\" индуктивность сказать не могу

http://www.hot.ee/databox000/IR2153/IMGP0022.JPG
http://www.hot.ee/databox000/IR2153/IMGP0019.JPG

блок питания получился скорее универсальный чем для усилка, много чего нужно поубавить, да и монтаж как то не очень все..
с другой стороны модульность сильно выручила на этапе изучения и наладки, а следующий блок уже можно собрать конкретно для усилка и все на одной печатке.

ZavA24
Здравствуйте, drv. Сделал блок питания согласно Вашей статье. При проведении замеров выяснилось следующее : Замер ( С3 и С4 14..15В (1 и 4 выводы IR2153), на С5 и С6 - 14..15В (8 и 6 выводы IR2153)) - соответствует описанию в статье, а вот замер - ( между выводов 4 и 5 - 12..14В, между выводов 6 и 7 - 12..14В ) - составляет 6 В, точно так же и ( между точками COM и OUT (драйвер нижнего ключа) - 11..13В, между точками VS и OUT (драйвер верхнего ключа) - 11..13В ) - по 6В. Подскажите пожалуйста где я \"накосячил\". Заранее премного благодарен.
З.Ы. Все детали новые.
drv
ZavA24

извиняюсь за долгое молчание!
вы наверное поняли сами, что у вас все в порядке!!

накосячил я, на входах и выходах драйвера импульсное напряжение, если коэффициент заполнения импульсов примерно 50% то мультиметр и покажет примерно половину напряжения импульсов те эффективное значение напряжения.

самое главное условие чтобы напряжения в обоих каналах были равны.

у меня аська часто работает, если долго не отвечаю стучитесь, только указывайте откуда вы, всегда рад ответить на вопросы по своим писанинам! успехов всем.

андрей90
привет всем, собрал блок питаия но не все контрольные напряжения совпадают,не совпадоет между 6 и 8 выводом и соответственно( 4-5 все норм осцилограф показал осцилограмму и тестер 5 вольт) и 6-7 1 вольт и осцилограмма конечно бред,вообщем менял ирку проверял всю обводку ирки, проводил измерения на холостом ходу(7 и 5 вывод в воздухе) подскажите,в чем может быть дело? заранее спасибо
Остальные комментарии(62) можно прочитать на форуме


Поделись с друзьями



Рекомендуем посмотреть ещё:


Закрыть ... [X]

Схема самодельного сварочного полуавтомата. Самодельные Обувь ручной работы сайты

Схемы самодельного блока питания на 12 вольт Самодельный лабораторный блок питания. Схема и описание
Схемы самодельного блока питания на 12 вольт Повышающий преобразователь напряжения на TL494
Схемы самодельного блока питания на 12 вольт Преобразователь напряжения 12-220
Схемы самодельного блока питания на 12 вольт Схемы блоков питания
Схемы самодельного блока питания на 12 вольт Электрические схемы
Схемы самодельного блока питания на 12 вольт МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ
Схемы самодельного блока питания на 12 вольт 25 моделей с капюшоном связанных спицами для детей


ШОКИРУЮЩИЕ НОВОСТИ