Рис 1 Принципиальная схема БП
В схеме (рис 1) нет ничего необычного для схемотехники с применением микросхемы IR2153: термистор R1 для снижения зарядного тока конденсатора С8 через проводку и диодный мост, предохранитель F1, CLC-фильтр для снижения интенсивности проникновения в осветительную сеть помехи, излучаемой блоком питания (далее — БП); цепь питания микросхемы U1 с гасящим мощным резистором R11, параметрическим стабилизатором на транзисторе Qst, резисторе Rst, задающим ток стабилизации стабилитрона VZ1, выполняющего функцию источника опорного напряжения для регулирующего транзистора Qst. Микросхема U1-IR2153 выполняет привычные функции 2-хтактного генератора прямоугольных импульсов с полумостовым драйвером управления затворами полевых транзисторов (далее — ПТ) Q2, Q4, который несколько умощнен буферными эмиттерными повторителями на транзисторах Q5, Q6 — для работы с более широким спектром ПТ, имеющих более «емкие» затворы, с которыми собственно драйверу микросхемы справиться будет нелегко. RC-генератор (R9, R7, C4) микросхемы снабжен многооборотным триммером (R9) для тщательного выбора частоты генерации в каком-либо из случаев, а на биполярном транзисторе (далее — БТ) Q1, резисторах R3, R5 и сглаживающем конденсаторе C1 выполнен узел защиты по току, токовые данные для которого снимаются с мощного резистора R2, установленного в цепь стока ПТ Q2. С помощью триммера многооборотного можно выставить ток базы БТ Q1, определяемый ещё и падением напряжения на резисторе R2 для открывания Q1 при критическом значении тока через пару ПТ Q2, Q4. В этом случае БТ Q1 можно использовать для шунтирования цепи питания (через токоограничительный резистор R4) микросхемы U1. В случае открытия Q1 напряжение питания самой микросхемы упадет до столь низкого значения (ниже 7,2В), когда встроенный в микросхему детектор напряжения питания (UV DETECT) прекратит работу генератора микросхемы и формирующих выходной сигнал устройств, а ее выходы «упадут» в логический «0». По устранении причин, вызвавших токовую перегрузку, БТ Q1 вновь запрется и микросхема U1 возобновит работу. Для такого режима работы защиты необходимо соединить проволочной перемычкой контакты PR и Vcc. Второй режим защиты — шунтирование с помощью Q1 «тактового» конденсатора C4 с последующим срывом генерации. При этом прерывается последовательность импульсов на выходах микросхемы U1, однако напряжение питания микросхемы сохраняется. В этом варианте перемычка устанавливается между контактами Pr-Rc.
Силовой трансформатор (далее — СТ) Tr1, первичная обмотка которого включена в диагональ моста между средней точкой емкостного делителя на конденсаторах С9, С13 и точкой соединения сток-исток ПТ Q2, Q4, использован от компьютерного БП (далее — БПК) со сходной (полумостовой) схемой и потому, выпрямленное с его обмоток диодами D7-D10 постоянное напряжение присутствует на выходе с вполне стандартными значениями для таких трансформаторов +/-30В (или около того) c максимальным выходным током до 5А. По причине отсутствия каких-либо «лишних» обмоток на СТ, питание «задающей» части схемы БП осуществляется лишь от стабилизатора на БТ Qst. Возможность «самозапита», однако, сохраняется. Для этого достаточно 4-х витков эмалированного провода диаметром 0,3-0,4мм, которые необходимо намотать поверх «штатных» обмоток трансформатора, аккуратно просунув его в щели от оставшегося окна (не разбирать же трансформатор). Один конец обмотки (совершенно не важно — какой именно) — припаять к стоку Q2, второй через диод FR153, например, припаяв второй конец обмотки к его аноду, соединить с контактом Vcc.
О компонентах. БП проектировался под малогабаритные силовые трансформаторы от давно ставших неактуальными компьютерных БП с выходной мощностью до 200Вт. Основание каркаса таких трансформаторов 29Х24,5мм с расстоянием между рядами выводов 18мм. Так же от компьютерных БП использованы малогабаритные дроссели на кольцевых сердечниках Dr1 и Dr2 (от магнитного стабилизатора цепи 3,3В) без доработки. Силовые ПТ Q2, Q4 могут быть любыми с рабочим напряжением от 350В и током от 5А. Но, ПТ, имеющие большую мощность и ток стока, а, так же, меньшее сопротивление открытого канала, — предпочтительней, т.к. могут работать с радиаторами меньшей площади. Сама плата имеет размеры 77Х82мм.
О подключении и мерах безопасности. Процесс наладки лучше организовать с подачей сетевого напряжения через развязывающий трансформатор ~220/~220В и подключенной в разрыв между одним из входных питающих проводов между БП и развязывающим трансформатором балластного сопротивления (токового ограничителя) в виде лампы накаливания, рассчитанной на напряжение осветительной сети (~220В) и мощностью 100-150Вт. Применение развязывающего трансформатора защитит при случайном касании от попадания под потенциал осветительной сети, а лампа в случае неправильного монтажа или действий предохранит электронные компоненты от повреждения. Установка выключателя в разрыв одного из питающих проводов для оперативного отключения не будет лишней. Обмотка силового тр-ра Tr1 имеет неиспользуемые выводы вторичной обмотки, к концу одной из которых относительно «вторичного» общего провода следует подключить индикатор-нагрузку в виде маломощной галогенной лампы 12В/20Вт для оценки работоспособности БП при первом включении. Контроль осциллографом следует осуществлять по любой из вторичных обмоток (так безопаснее для самого осциллографа). Перед первым включением устанавливать перемычки для включения узла защиты не рекомендуется.
Важно. Перед первым включением необходима проверка работы микросхемы U1 с установкой частоты генерации на ее выходах. Для этого следует подать напряжение от любого источника питания напряжением 19-30В плюсовым проводом в точку соединения резисторов R11/Rst и минусовым проводом — на «первичный» общий провод питания (или на любой из выводов резистора R2). Частота устанавливается триммером R7 с контролем осциллографом по затвору ПТ Q2. Приемлемый диапазон частоты для работы БП — 35-80кГц.
О наладке. При включении должна на долю секунды вспыхнуть «балластная» лампа, индицируя переходной процесс, и зажечься лампа индикации. На любой из вторичных обмоток относительно «вторичного» общего провода на дисплее осциллографа должна наблюдаться последовательность четких прямоугольных импульсов с небольшой «ступенькой» при переходе с отрицательной полярности к положительной и — наоборот. Следует дать поработать БП пару минут в заданном режиме и после выключения оценить температуру его компонентов. При кратковременной работе БП в относительно «легком» режиме (20Вт), температура практически всех компонентов не должна быть выше комнатной. В таком случае испытания можно продолжить с более серьезными нагрузками.
О тестировании. БП испытывался с нагрузками до 100Вт при работе на частотах в диапазоне 20-80кГц с использованием различных ПТ в качестве силовых ключей. Все ПТ из списка (IRFP460, IRF840, IRF740, PQPF20N60) справились с работой без каких-либо претензий, в течении получаса с небольшими радиаторами, приклеенные к их корпусам, обслуживая нагрузку около 100Вт. Температура нагрева всех тестируемых ПТ не превышала 40С. При использовании IGBT RHJ3047 на частотах свыше 45кГц наблюдался разогрев предоконечных БТ Q3, Q5 до 40С. Сами IGBT, работая без радиаторов на ту же нагрузку, не нагревались сильнее всех прочих ПТ. В качестве нагрузки при этом использовались 2 галогенные лампы 12В/50Вт, припаянные непосредственно к 12-ти вольтовым частям обмоток СТ. При этом движение тока не затрагивало выходные диоды БП (D7-D10, D7.1-D10.1). Для полного испытания (включающее выходные диоды БП) в качестве нагрузки использовалась плата усилителя на микросхеме TDA7293. Сам усилитель был нагружен мощным 8-омным самодельным резистором, а на вход усилителя был подан синусоидальный сигнал с частотой 400Гц такой величины, что бы мощность нагрузки по показаниям сетевого ваттметра составила 60Вт (при постоянном сигнале на входе усилитель бы не продержался долго). За полчаса работы выходные диоды БП почти не нагрелись, а плата БП была равномерно теплой.
Изображения платы и фото БП в сборе приведены на рисунках 2 (а, б), 3 (а, б, в, г), — соответственно. На рис 4 — фото БП в работе.
Рис 2а Печатная плата блока питания (сторона установки компонентов)
Рис 2б Печатная плата блока питания (сторона пайки)
Рис 2в Печатная плата в готовом виде (сторона установки компонентов)
Рис 2г Печатная плата в готовом виде (сторона пайки)
Рис 3 Плата блока питания в сборе
Рис 4 Блок питания в работе
Транзистор Qst можно заменить на любой с напряжением к-э от 100В и током от 2А
Светодиод должен быть с малым током потребления при достаточной яркости
Диод D3 — с малым временем восстановления или Шоттки
Диоды D7 (D7.1) — D10 (10.1) — SMD Шоттки с рабочим напряжением 60-100В и током от 5А
Резисторы R2, R11 — распаиваются с расстоянием от корпуса резисторов до печатной платы 3-4мм для меньшего теплового воздействия на печатную плату.
Радиаторы для транзисторов Qst, Q2, Q4, — обязательны при длительной работе БП на нагрузку от 40Вт. При работе на нагрузку с большей мощностью или в не вентилируемом корпусе, желательно изготовление Т-образного теплоотвода с ребристой внешней поверхностью для транзисторов Q2, Q4.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
R1
Резистор10 Ом1
Термистор NTC 5A/10OhmR2
Резистор0.1 Ohm/2W1
R3, R9
Резистор6.8 кОм2
R4
Резистор200 Ом1
R5, R7
Подстроечный резистор100к2
R6, R12
Резистор8.2 кОм1
R8
Резистор4.7 кОм1
R10, R14
Резистор22 Ом2
Rst
Резистор3.6 кОм1
C1, C2
Конденсатор2n2/400V1
C3
Конденсатор0.22 мкФ1
C4
Конденсатор2.2 нФ1
C7
Электролитический конденсатор22u/35V1
C8
Электролитический конденсатор100u/400V1
C9, C13
Конденсатор1u/250V1
C10, C15
Конденсаторu68/50V1
C11
Электролитический конденсатор220u/35V1
C12, C14
Электролитический конденсатор2200u/50V1
D2
ДиодRS2041
D1, D4
Выпрямительный диод1N41481
D3
Выпрямительный диодFR2071
D7-D10
ДиодSS5101
D7.1-D10.1
ДиодSS5101
VZ1
Стабилитрон1N4744A1
F1
Предохранитель4A1
Dr1
Катушка индуктивности3mH/3mH1
Dr2
Катушка индуктивности1mH/1mH1
Qst
Транзистор2SC41061
Q1
Выпрямительный диод1N55511
Q3, Q5
Биполярный транзисторBD1401
Q2, Q4
MOSFET-транзисторIRF8401
HL1
Светодиод1
U1
Драйвер питания и MOSFETIR21531
R11
Резистор33k/3W1
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- 2153PWM_mini_V2.dip (335 Кб)