webdonsk.ruУсилитель d класса своими руками ir2153
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 03.09.2024
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
Здесь блок нагружен на 4 галогеновые лампы 12В 50Вт каждая.
Здесь по просьбе фанов этой чипы, блок нагружен на трансформатор 10КВ и убитую люминесцентную лампу, что дает жесткую нагрузку.
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
Узлы преобразователя, принцип их работы.
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.
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 32К\4вт, 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.
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.
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:
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.
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.
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
Мнения читателей
Как сделать что бы напряжение регулировалось на рис 6?
плёнка в цепи трансформатора защищает последний от постоянной составляющей, без него трансформатор может намагнититься и бах.
Конденсатор в цепи трансформатора нужен. МОЙ ОПЫТ. Ёмкость кондёра подбираю от максимальной мощности. При завышенной ёмкости транзисторы не выдирживают ток и летят. На эл. сварке ток регулирую ёмкостью кандёра.
Не нужно думать о прошлом! Конденсатор развязки силового трансформатора не нужен, его роль выполняют конденсаторы фильтра со средней точкой. На частоте 50 Кгц разница в сопротивлении 220 мф и 1 мф соизмеримы. Как то так
По даташиту нужен кондер в цепи запитки трансформатора, на рис. 6 его нет. Транс уйдёт в перенасыщение.
Есть ли в схеме на рисунке 4 стабилизация напряжения через обратную связь?
на рис 6 ошибка нет конденсатора в цепи трансформатора выхода
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:
Добрый день! Моё мнение: Схема (первая) будет работать, всё, что нужно есть! Советы заменить драйвер, добавить емкость и т.п. есть необоснованные. Если что-то менять, то это уже отдельная схема и другие обсуждения. Слабое место это конденсаторы со средней точкой на 200 в! Да, работать будет, но если бы конденсатор мог, то высказал свои пожелание увеличить напряжение пробоя до 350 в.! Вот просто фильтр - пол беды, а развязка нагрузки и работа на обмотку трансформатора это другое. Считаем, кому не лень: 310 в (напр. питания) + 150 в (ЭДС разряда индуктивности трансформатора) = 460 в. Половина равна 230 в. А может быть "БАХ!" - может, но будет "п-ш-ш-ш-и-к!" и конденсатор потечет. Вроде понятно объяснил. А схема будет работать и отдаст то, на что рассчитывалась! Факт! Защита! Самая хорошая защита - та, что проста! Т.е. предохранитель и на входе и на выходе. Скорость срабатывания предохранителя достаточна для времени импульсного тока ключа в 25 а! А вы понимает, что этого хватит? Хватит. Для получения максимального КПД нужно подобрать частоту импульсов под применяемый трансформатор, это очевидно т.к. феррит нагревался до 100 гр. свойства потерял, расчет будет с поправкой. Как подобрать - просто. Меряем ток потребления схемой после выпрямителя. Меняя частоту от большей к меньшей находим момент увеличения тока - стоп! Увеличиваем частоту на 1-2 Кгц. Всё! Как изменять частоту? Просто, замените резистор Rt на подстроечный большего сопротивления (без фанатизма). Подбирать частоту нужно и для трансформатора из БП компьютера. Разброс рабочих частот от 32 Кгц до 55 Кгц .Всем успеха. Что касается второй схемы - это вариант всех ошибок первой и ещё каких то схем из Интернета! Почему? Первое и важное в "datasheet" IR2153 IRF740 четкие противоречия: напряжение пробоя не меньше 600 в. а ключи на 400 в. Емкость затвора для 2153 (нагрузка) не более 1000 пф, а у 740 = 1400 пф. Да, лампочки будут светиться, но с этим блоком вы обречены на покупку и не одного комплекта деталей. Напряжение на выходе будет проседать - нет нужной крутизны импульсов. КПД буде ниже максимального, греем окружающую среду. В общем подбор деталей (второй) схемы - это ошибка! Для 740 нужен драйвер 2155 (рекомендации изготовителя) емкость до 2200 пф в нагрузке. Схема - эксперимент со взрывом! Собираете строго в очках и перчатках! Что бы я собрал в паре? Ключи STP5NK60C (или 4NK60, 6NK60, 7NK60. ) При выборе ключа смотрим ток при 100 гр - достаточно 2-3 а, и конечно емкость затвора =
| 0 |
Очень доступно все изложено. И технологично - как разобрать, намотать и собрать транс.
Для получения полноценного усилителя мощности НЧ требуется хороший источник питания, приведена схема простого блока питания для УМЗЧ. От параметров источника питания качество звучания зависит не чуть не меньше, чем от самого усилителя и относится халатно к его изготовлению не следует.
Описаний методик расчетов типовых трансформаторов более чем достаточно. Поэтому здесь предлагается описание импульсного источника питания, который может использоваться как с усилителями на базе TDA7293 (TDA7294), так и с любым другим усилителем мощности ЗЧ как на микросхемах,так и на транзисторах.
Основой данного блока питания (БП) служит полумостовой драйвер с внутренним генератором IR2153 (IR2155), предназначенный для управления транзисторами технологий MOSFET и IGBT в импульсных источниках питания.
Принципиальная схема
Функциональная схема микросхем приведена на рисунке 1, зависимость выходной частоты от номиналов RC-задающей цепочки на рисунке 2.
Рис. 1. Функциональная схема микросхем IR2153, IR2155.
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.
Рис. 2. Графики зависимости выходной частоты от номиналов RC-задающей цепочки для микросхемы IR2153.
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.
Рис. 3. Принципиальная схема импульсного сетевого блока питания для усилителей НЧ на 100-500Вт.
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.
О трансформаторе
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.
Таблица 1. Габаритная мощность трансформатора при разной частоте преобразования, количество витков для первичной обмотки.
| 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 | ||
Как видно из таблицы габаритная мощность трансформатора зависит не только от габаритов сердечника, но и от частоты преобразования.
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.
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.
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).
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.
О мощности БП и транзиаторах
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.
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.
| 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.
| 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.
Налаживание
Регулировку производят без нагрузки начиная с максимальной чувствительности и добиваясь устойчивого запуска преобразователя.
Принцип регулировки основан на том, что в момент запуска преобразователя он нагружен максимально, поскольку требуется зарядить емкости фильтров вторичного питания и нагрузка на силовую часть преобразователя максимальная.
Читайте также: