Импульсный источник питания для УМЗЧ на IR2161 [2017]

Представляю вашему вниманию импульсный источник питания на микросхеме IR2161. Эта микросхема является контроллером балластов галогенных ламп, но благодаря своим свойствам отлично подходит для создания на ее основе импульсных блоков питания. Микросхема имеет встроенную защиту от перегрузки и короткого замыкания, эффективный софт-старт, защиту от перегрева и адаптивное мертвое время. 

Стандартная схема включения IR2161 из даташита показана ниже:

А здесь показана схема самого блока питания, главного героя этой статьи:

Схема позволяет на ее основе собрать импульсный источник питания для УМЗЧ или других целей, мощностью до 500Вт. 

Пойдем по порядку. На входе блока питания у нас стоит термистор и предохранитель. Термистор я использовал из компьютерного блока питания. Предохранитель в моем случае на 3,15А. Далее следует фильтр сетевого напряжения, который построен на C1, L1, C2. Дроссель L1 так же мною взят из компьютерного блока питания. Сетевое напряжение выпрямляется диодным мостом RS607 (6А, 700В) или диодным мостом построенном на четырех дискретных диодах 1N5408 (3А, 1000В). Вместо диодного моста RS607 можно применить другой диодный мост с током 4-8А. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются высоковольтным электролитом С8 (330мкФ 400В). Емкость конденсатора C8 зависит от необходимой выходной мощности блока питания, его емкость должна быть не менее 1мкФ на 1Вт выходной мощности, лучше если на 1Вт выходной мощности будет приходится 1,5 - 2мкФ емкости. С5 необходим для борьбы с высокочастотными помехами в цепи первичного питания. Контроллер IR2161 запитывается через цепь VD1, R2, R3. Резисторы R2 и R3 рассеивают примерно 2Вт тепла и в процессе работы нагреваются до 70-80 градусов, это нормально, волноваться по этому поводу не стоит. С3 предназначен для сглаживания пульсаций напряжения питания контроллера. Конденсатор С4 задает время работы софт-старта, производитель рекомендует в его качестве использовать конденсатор емкостью 100нФ. Диод VD2 должен быть быстродействующим и в его качестве выбираем диод HER108. Относительно номинала конденсатора C6 производитель не дает никаких рекомендаций, но я рекомендую выбирать его номинал равный 100-220нФ. Затворные резисторы R4 и R5 выбираются исходя из того какие применяются ключи, для IRF740 оптимальный номинал этих резисторов 22 Ом. Номиналы цепи R6 и C7 рекомендованы производителем и я решил прислушаться к данной рекомендации. Резистор R7 задает ток срабатывания защита от перегрузки и короткого замыкания, как выбирать его номинал будет описано далее. Насчет номинала конденсаторов C9 и C11 производитель так же не дает никаких рекомендация, я же выбрал их номинал равный 470нФ. Цепь C10 и R8 предназначена для гашения выбросов напряжения на первичной обмотке трансформатора. Конденсатор C12 предназначен для уменьшения всех видов помех генерируемых импульсным блоком питания. Т1 - основной импульсный трансформатор, о нем поговорим более подробно далее. VDS2 диодный мост цепей вторичного питания, необходимо применять только быстрые диоды, либо диоды Шоттки. Диоды выбираются исходя их выходного напряжения и тока, об этом более подробно поговорим далее. Индуктивности L1 и L2 я взял из компьютерного блока питания, представляют они из себя катушки по 3-5 витков провода, намотанных на ферритовом стержне. С13 и С15 предназначены для подавления высокочастотных помех во вторичных цепях питания, их номинал может быть любым, но чем больше их номинал - тем лучше. Электролиты С14 и С16 выбираются исходя из требуемой выходной мощности блока питания, моя рекомендация - по 470мкФ в плече на каждые 100Вт выходной мощности, но не менее 1000мкФ. Лучше применять несколько конденсаторов меньшей емкости, чем один с большой емкостью, это связано с допустимым током пульсаций конденсаторов.

При достижении определенного значения потребляемой от блока питания мощности (или при коротком замыкании на выходе блока питания), срабатывает защита. Мощность при которой будет срабатывать защита выбирается исходя из сопротивления резистора R7. Зная мощность, которую вы рассчитываете получить от данного блока питания, вы можете выбрать номинал резистора R7 из таблицы ниже. 

Так же можно более точно рассчитать номинал R7 по формуле: R7 = 0,141 * Vac / Pload
где, R7 - номинал резистора в Ом, Vac - напряжение на входе блока питания (обычно это 220-230В) в вольтах, Pload - требуемая выходная мощность в Вт. 

Мощность рассеиваемая на резисторе R7 рассчитывается по формуле: Pr7 = (Pload / Vac)^2 * R7.

Диоды диодного моста VDS2 должны быть обязательно быстродействующими либо диодами Шоттки. Я применил диоды SF54 (5A, 200В). С этими диодными мостами можно в снимать с каждого плеча блока питания до 3А. Диоды SF54 необходимо устанавливать на плату таким образом, чтобы выводы диода были максимально возможной длины - это необходимо для эффективного отвода тепла от кристалла и его рассеивания. Диодный мост VDS1, необходимо устанавливать таким же образом, оставляя выводы максимальной длины. При необходимости получить больший выходной ток, необходимо применять диоды в корпусе ТО-220 c возможностью крепления к радиатору. Для установки таких диодов необходимо немного изменить печатную плату. В качестве более мощной замены диодам SF54, можно применить диоды BYW29 (8А, 200В), 8ETH06 (8А, 600В), 15ETH06 (15А, 600В), SF164 (16A, 200В).

Трансформатор Т1 рассчитывается с применением специализированных компьютерных программ. Первичную обмотку я намотал проводом диаметром 0,5мм, 50 витков. В моем случае напряжение вторичных обмоток выбирается из расчета 3,1В на виток. Мне необходимо было получить напряжение плеча на выходе блока питания примерно 40В, а это соответствует 13 виткам в каждую из полуобмоток трансформатора. Для намотки я использовал два провода по 0,5мм. Диаметр провода обмоток я рекомендую выбирать из расчета 1мм (по диаметру провода) на каждые 3А тока, для первичной обмотки я рекомендую использовать провод 0,3мм (по диаметру) на каждые 100Вт выходной мощности, но не менее 0,5мм. Лучше мотать в несколько более тонких проводов, чем одним толстым (это связано с поверхностным эффектом). Сердечник трансформатора я взял от компьютерного блока питания, вы можете применять любой другой сердечник подходящий под ваши потребности по габаритной мощности, скорее всего для этого придется немного изменить печатную плату.

Хочу обратить ваше внимание на то, что необходимо применять только оригинальные ключи IRF740. На рынке встречается очень много их подделок. С поддельными ключами, блок питания работать не будет. Оригинальные ключи производства Vishay выглядят таким образом (транзисторы от других производителем могут выглядеть иначе): 

Правильно собранный из исправных деталей, блок питания, начинает работать сразу же после первого включения и в какой-либо настройке и регулировке не нуждается.

В приложении находится два варианта печатных плат: один вариант с выпрямителем VDS1 на основе дискретных диодов 1N5408, второй вариант с выпрямителем на основе диодной сборки RS607.

Фото готового устройства:

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• ИИП
• ИБП
• Блок питания
• Sprint-Layout