0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схема лабораторного импульсного блока питания на микросхеме IR2153 с регулировкой уровня выходного напряжения 1,5-50В (3А), устройством мягкого пуска и защитой от токовых перегрузок и КЗ

Схема лабораторного импульсного блока питания на микросхеме IR2153
с регулировкой уровня выходного напряжения 1,5-50В (3А), устройством мягкого пуска и защитой от токовых перегрузок и КЗ.

Продолжим работу с картиной неизвестного художника «Девочка с персиками и импульсным блоком питания».
Ощущение свежести, молодости, радостно-спокойного настроения создаётся, прежде всего, когда мы рассматриваем девочку, которая, слегка вскинув брови и излучая тихий свет, ласково поглаживает металлический кожух лабораторного ИБП, расположившегося на белоснежной скатерти большого деревянного стола.
С удовольствием позируя художнику, сомкнув губы и пристально всматриваясь в нас, она задумалась о чем-то.

А задумалась она, скорее всего, о том, что импульсный блок питания и лабораторный блок питания — это несколько разные вещи, где-то даже, не вполне совместимые.
Профессиональный мощный лабораторный источник питания с регулируемым выходным напряжением — это здоровый и тяжёлый металлический ящик, с могучими силовыми 50-ти герцовыми трансформаторами, классическими аналоговыми стабилизаторами, и не подвластный ни современным схемотехническим изыскам, ни транспортировке посредством неокрепших девичьих рук.
Зато такую вещь не стыдно подключить к любой самой чувствительной схеме с обострённой реакцией на различные типы наводок по питающим цепям.

Так вот! Такие лабораторные БП мы на этой странице рассматривать не будем!
Для большинства радиолюбительских поделок сгодится и импульсный агрегат. О том, чтобы он не сильно плевался импульсными помехами, как в бытовую электросеть, так и в нагрузку — внимательно позаботимся в рамках данной передовицы.

И, как водится, начнём с жизненно важной схемы (Рис.1), обеспечивающей плавный пуск ИБП и осуществляющей защиту всего устройства от токовых перегрузок и КЗ.

Обстоятельный «разбор полётов» данного узла мы провели на странице Ссылка на страницу, для желающих ознакомиться — добро пожаловать по ссылке.

Далее приведём схему собственно импульсного понижающего преобразователя с регулируемым импульсным стабилизатором напряжения на борту.

Технические характеристики блока питания с импульсным стабилизатором напряжения:

Входное переменное напряжение 180. 240 В,
Регулируемое выходное напряжение 1,5. 50 В,
Выходной ток во всем диапазоне напряжений, не более 3 А,
Срабатывание защиты по выходному току 3 А,
Срабатывание защиты по входному току 1,5 А,
Уровень пульсаций выходного напряжения, не более 15 мВ.

По большому счёту, всё нарисованное на схеме (Рис.2) мы уже так же подробно обсудили на различных страницах сайта. Поэтому, чтобы не повторяться, приведу ссылки на эти материалы:

Основная часть импульсного блока питания, выполненная на DA1, T1, T2, Tr1, описана на прошлой странице Ссылка на страницу.
Импульсный регулируемый стабилизатор напряжения на микросхеме LM2576HV-ADJ с картинками — на странице Ссылка на страницу

Импульсный трансформатор намотан на низкочастотном ферритовом кольце EPCOS N87 с габаритной мощностью 265 Вт и размерами R 30,5×20,0×12,5.
Первичная обмотка содержит 63 витка обмоточного провода диаметром 0,7мм,
Вторичная — 23 витка провода диаметром 1,2мм.

Как правильно мотать эти обмотки, и что делать, если под рукой не оказалось сердечника приведённого типоразмера, опять же, подробно и, опять-таки, с картинками расписано на странице Ссылка на страницу

Поскольку устройство работает в импульсном режиме с достаточно высоким КПД, полупроводники не нуждаются в больших теплоотводах. В нашем случае, для рассевания тепла транзисторов Т1, Т2 достаточно теплоотвода суммарной площадью 100 см2. Такие же радиаторы вполне сгодятся и для выходного выпрямительного моста, и для интегрального стабилизатора DA2.

Читайте так же:
Регулировка металлических браслетов часов

Если работа источника питания предполагается с нагрузками, не критичными к пульсациям выходного напряжения, вполне допустимо отпочковать от схемы (Рис.2) элементы L2, С9, С10. Уровень пульсаций выходного напряжения в этом случае возрастёт до величины 120-200 мВ.

Делаем своими руками регулируемый блок питания на LM 317

Сборка лабораторного блока питания

Рано или поздно любой начинающий радиолюбитель сталкивается с необходимостью заиметь простой, надёжный и недорогой регулируемый блок питания для проверки собственных поделок, ну и, конечно же, тестирования новых «пациентов». Вариантов немного – либо купить уже готовый блок с требуемыми характеристиками в магазине или же у более опытного коллеги по ремеслу, либо собрать устройство самостоятельно из подручных материалов. С учётом цен на более-менее качественные ИИП с регулировкой напряжения (в среднем от 15 до 80 у. е.) вывод напрашивается сам собой.

Не хотим покупать, хотим создавать!

Простой регулируемый блок питания с регулировкой напряжения от 0 до 15 В

Один из самых простых и универсальных вариантов – блок питания на LM 317. Это популярный и недорогой регулируемый линейный стабилизатор напряжения, обычно изготавливаемый в корпусе ТО-220. Узнать, какая ножка за что отвечает, можно из картинки ниже.

Основные характеристики таковы:

  • Входное напряжение до 40 В.
  • Ток на выходе до 2,3 А.
  • Минимальное выходное напряжение – 1,3 В.
  • Максимальное выходное напряжение – Uвх-2 В.
  • Рабочая температура – до 125 градусов Цельсия.
  • Погрешность стабилизации – не более 0,1% от Uвых.

Чуть подробнее остановимся на максимальном токе. Дело в том, что LM 317 – линейный стабилизатор. «Лишнее» напряжение на ней превращается в тепло, а максимальный теплопакет микросхемы с дополнительным радиатором охлаждения составляет 20 Вт, без него – около 2,5 Вт. Зная формулу расчёта мощности, мы можем посчитать, какой ток реально получить при различных условиях. Например, Uвх=20 В, Uвых=5 В – падение напряжения Uпад = 15В.

При теплопакете 20 Вт это означает максимально допустимый ток в 1,33 А (20 Вт/15 В=1,33 А). А без радиатора – всего 0,15А. Так что помимо радиодеталей следует озаботиться поиском радиатора – подойдёт какой-нибудь помассивнее, от старого усилителя мощности, да и к выбору источника питания нужно подойти с умом.

Комплектующие и схема

Деталей нужно совсем немного:

  • 2 резистора: постоянный, номиналом 200 Ом 2 Вт (лучше мощнее) и переменный настроечный 6,8 кОм 0,5 Вт;
  • 2 конденсатора, напряжение в соответствии с требованиями, ёмкость – 1000…2200 мкФ и 100…470 мкФ;
  • диодный мост или диоды, рассчитанные на напряжение от 100В и ток не менее 3..5 А;
  • вольтметр и амперметр (диапазон измерений, соответственно, 0…30 В и 0…2 А) – сойдут аналоговые и цифровые, на ваш вкус.
  • трансформатор с подходящими характеристиками – на выходе не более 25…26 В и ток не менее 1 А – по мощности лучше подобрать с хорошим запасом, чтобы не возникла перегрузка.
  • радиатор с винтовым креплением и термопаста.
  • корпус будущего блока питания, в который влезут все детали, и, что важно, с хорошей вентиляцией.
  • опционально: винтовые зажимы, ручки регулировки, «крокодилы» для выводов, ну и прочая мелочёвка – тумблеры, индикаторы работы, предохранители, которые уберегут блок питания от серьёзных поломок и сделают работу с ним более удобной.

Блок питания своими руками

На всякий случай отдельно разъясним, почему напряжение трансформатора не более 25 В. При выпрямлении с использованием фильтрующего конденсатора напряжение на выходе повышается на корень из двух, то есть примерно в 1,44 раза. Таким образом, имея на выходе обмоток 25 В переменного тока, после диодного моста и сглаживающего конденсатора напряжение составит около 35–36 В постоянного тока, что довольно близко к пределу микросхемы. Помните об этом, когда будете выбирать конденсаторы и трансформатор!

Читайте так же:
Как регулировать температуру биметаллического радиатора

Как видите, работы очень мало – распайка деталей может выполняться даже навесным монтажом, без ущерба качеству, при условии аккуратного изолирования всех контактов и живучести блока питания.

После сборки не торопитесь подключать к блоку нагрузку – сначала проверьте напряжение питания на выходе диодного моста, а потом запустите блок на холостом ходу и пальцем проверьте температуру стабилизатора – он должен быть прохладным. После подключите питание от блока к какой-нибудь нагрузке и проверьте показания напряжения на выходе – они не должны меняться.

Немного нюансов

Схема регулируемого двухполярного блока питания

LM 317 имеет множество аналогов как хороших, так и не очень – будьте бдительны, выбирая товар на рынке! Если важна точность регулировки, можно изменить номинал настроечного резистора до 2,4 кОм – диапазон выходных напряжений, конечно, уменьшится, зато случайное касание ручки почти не изменит напряжение на выходе – а иногда это очень важно! Поэкспериментируйте с разными номиналами, чтобы сделать свой блок питания удобным.

Ещё нужно соблюдать температурный режим – оптимальная температура работы LM 317 составляет 50…70 градусов Цельсия, и чем сильнее греется микросхема, тем хуже точность стабилизации напряжения.

Если предполагаются постоянные большие нагрузки, скажем запитывание усилителей мощности или электродвигателей – желательно не только закрепить микросхему на радиаторе, но и увеличить ёмкость сглаживающего конденсатора до 4700 мкФ и выше. При правильно подобранной ёмкости под нагрузкой напряжение не будет проседать.

Когда вы решите обзавестись собственными универсальным источником питания, подумайте, что для вас будет лучше – отдать приличную сумму за готовое решение или же собрать устройство своими руками, используя недорогие комплектующие и потешив собственное самолюбие пусть небольшим, но, все же, достижением.

Стоимость регулируемого блока питания, сделанного своими руками, невелика – от себестоимости самой микросхемы (около 20 рублей) до 700–800 рублей при покупке новых деталей в магазине.

Простой блок питания с регулировкой напряжения на микросхеме

Рано или поздно перед радиолюбителем возникает проблема изготовления универсального блока питания (БП), который пригодился бы на «все случаи жизни». То есть имел достаточную мощность, надёжность и регулируемое в широких пределах выходное напряжение, к тому же защищал нагрузку от «чрезмерного потребления» тока при испытаниях и не боялся коротких замыканий.

Предлагается, по мнению автора, наиболее удовлетворяющий этим условиям достаточно простой для повторения БП, обеспечивающий стабилизированное напряжение 1,5-24 В при выходном токе до ЗА. Кроме того, он может работать в режиме источника тока с возможностью плавной регулировки тока стабилизации в пределах 10-100 мА или с фиксированными значениями тока 0,1 А, 1 А, 3 А.

Рассмотрим схему БП (см. рис.1). Основой её является традиционная схема стабилизатора напряжения, «сердцем» — микросхема КР142ЕН12, которая в настоящее время доступна широкому кругу радиолюбителей. В качестве силового трансформатора выбран довольно мощный унифицированный накальный трансформатор ТН-56, который имеет четыре вторичные обмотки с допустимым током 3,4 А и напряжением каждой 6,3 В. В зависимости от требуемого выходного напряжения переключателем SA2 подключаются две, три или четыре последовательно соединённые обмотки. Это необходимо для уменьшения мощности, рассеиваемой на регулирующем элементе, а, следовательно, повышения КПД устройства и облегчения температурного режима. Действительно, в самом неблагоприятном режиме, при максимальной разности между входным и выходным напряжениями (конечно, если выходное напряжение соответствует диапазону, указанному переключателем SA2) и максимальном токе 3 А рассеиваемая на регулирующем элементе мощность составит:

Читайте так же:
Регулировка яркости ксеноновых ламп

Переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1-VD4 и сглаживается на конденсаторе C5. Предохранитель FU2 защищает трансформатор при выходе из строя диодов выпрямителя. Транзисторы VT1, VT2 служат для увеличения выходного тока БП и облегчения режима работы интегрального стабилизатора DA1. Резистором R1 задаётся ток через DA1, открывающий VT2:

Дополнительные удобства при работе с БП обеспечивает вольтметр pV, в качестве которого используется микроамперметр типа М95 с током полного отклонения 0,15 мА.

Сопротивление резистора R11 подбирается так, чтобы конечному значению шкалы соответствовало напряжение 30 В. Также можно использовать любую другую измерительную головку с током полного отклонения до 1,5 мА, подобрав токоограничительный резистор R11.

В качестве переключателей SA2, SA3 используются галетные — типа 11ПЗНМП. Для увеличения допустимого коммутируемого тока эквивалентные выводы трёх галет запараллелены. Фиксатор установлен в зависимости от количества положений.

Конденсатор C5 сборный и состоит из пяти параллельно включенных конденсаторов типа К50-12 ёмкостью 2000 мкф x 50 В.

Транзистор VT1 установлен снаружи на радиаторе площадью 400 см&sup2. Его можно заменить на КТ803А, КТ808А, VT2 может быть заменён на КТ816Г. Пару транзисторов VT1, VT2 можно заменить одним КТ827А, Б, В или Д ( При такой замене диод VD5 можно исключить, т.к. он уже имеется внутри транзистора. A.K. ). Диоды VD6, VD7 любые, лучше германиевые с меньшим прямым падением напряжения и допустимым обратным напряжением не менее 30 В. Диоды VD1 — VD4 типа КД206А, КД202А, Б, В или аналогичные устанавливаются на радиаторах.

При самостоятельном изготовлении трансформатора TV1 можно руководствоваться методикой, описанной в [З]. Габаритная мощность трансформатора должна быть не менее 100 Вт, лучше 120Вт. При этом можно будет домотать ещё одну обмотку напряжением 6,3 В. В этом случае добавится ещё один диапазон 24 — 30 В, что обеспечит при токе нагрузки 3 А диапазон регулирования выходного напряжения 1,5-30 В.

Наладка блока питания проводится по известной методике и особенностей не имеет. Правильно собранный БП начинает работать сразу. При работе с БП вначале переключателем SA2 выбирают необходимый диапазон выходного напряжения, резисторами «ГРУБО» и «ТОЧНО» выставляют требуемое выходное напряжение, ориентируясь по показаниям встроенного вольтметра. Переключателем SA3 выбирают предел ограничения тока и подключают нагрузку. Следует отметить, что при всей простоте схемы данный блок питания совмещает два устройства: стабилизатор напряжения плюс стабилизатор тока. БП не боится коротких замыканий и даже может защитить элементы подключаемого к нему электронного устройства, что очень важно при проведении различных испытаний в радиолюбительской практике.

Простой блок питания с регулировкой напряжения на микросхеме

БЛОК ПИТАНИЯ НА IR2153 ИЛИ IR2155
СО СТАБИЛИЗАЦИЕЙ

Да, да, это не опечатка или провокация. Это действительно блок питания на IR2153 со стабилизированным выходным напряжением. Кроме этого данная схема может стабилизировать и ток, что делает данный блок питания весьма и весьма универсальным. Есть конечно некорые недостатки в данной конструкции, но это плата за простоту схемы.
Не большая пояснялка.
Идея регулировки выходного напряжения при помощи частоты не нова и тут я велосипед не изобрел. Еще пару лет назад я делал стабилизатор тока для мощных светодиодов, но во время пусконаладочных работ светодиоды погорели и топология этого блока питания была отложена.
Вернулся я к ней по причине изыскательских работ по созданию простого, дешевого и довольно надежного блока питания.
Нет, речь не идет о лабораторном блоке питания с регулировкой выходного напряжения от нуля до максимального значения. Речь идет имеено о блоке питания с фиксированным выходным напряжением с небольшим диапазоном регулировки. Т.е. этот преобразователь напряжения для питания какого устройства, а не проверочный источник напряжения.
Была попытка собрать резонансный блок питания на FSFR2100, но она закончилась крахом — два раза покупал эти микрухи на Али и обоа раза брак. Первые микросхемы прекрасно работали, отлично изменяли частоту на выходе, но что то внутри было не правильно и при питании выше 130 вольт они тупо затыкались. Вторая покупка работала на сетевом напряжении, но частота гуляла и естественно гуляло выходное напряжение. В общем не срослось.
Сама по себе IR2153 как бы не предназначена для стабилизации выходного напряжения, это микросхема для создания электронного балласта люминисцентных ламп и по сути является простым электронным трансформатором пропорционально изменяет выходное напряжение при изменении входного.
Однако в среде радиолюбителей эта микросхема завоевала популярность при создании блоков питания из за своей простоты, а моральная старость делает стоимость этой микросхемы довольно привлекательной.
Однако в этой микросхеме не предусмотренн ввод обратной связи, но она имеет внешние частотозадающие цепочки, следовательно на частоту преобразования можно влиять извне. Но чтобы влиять нужно изменять либо емкость конденсатора, либо сопротивление резистора, который используется именно как резистор, а не регулятор стабилизатора тока, как это сделано в TL494 или SG3525.
Варикапы могут менять свою емкость в зависимости от поданного напряжения, но их емкость очень мала и придется их ставить несколько штук. Да и не получится гальванически развязать первичную цепь от вторичной, а это уже сразу ставит крест на этой идее.
Остаются оптроны лампа-фоторезистор, но у лампы хоть не большая, но инерционность есть. Следовательно нужен оптрон светодиод-фоторезистор. На Али такие есть, но цену на них задрали уж слишком не обоснованную.
Остается собрать оптрон самому, скрестив обычный белый светодиод с фоторезистором:

Читайте так же:
Как регулировать яркость светодиода резистором

Заготовки для изготовления оптрона

Для этого была использована термоусадочная трубка черного цвета диаметром 6 мм. Для увеличения затемненности трубка одеватеся в два слоя, торцы заливаются краской или герметиком.

Самодельный оптрон светодиод-фоторезистор

Тут следуте обратить внимание на одну вещь — для изготовления данного блока питания необходимо несколько светодиодов одного типа. Один светодиод потребуется для изготовления оптрона, а остальные для индикации режимов работы. Светодиоды необходимы одного типа, поскольку соединены последовательно и нужно исключить разность протекающего через светодиоды тока.
Первоначально была собрана схема для тестовых проверок и выяснения на сколько идея регулировка напряжения и тока с помощью изменения частоты работоспособна.

Сразу необходимо сказать, что приведенная принципиальная схема инвертора уже прошла тюнинг и имеет все необходимые элементы и номиналы, но не совсем пригодна для изготовления. универсального блока питания, поскольку имеет некоторые неудобства в организации обратной связи.
Дело в том, что светодиод оптрона запитывается с обратной связи по напряжению и току через логическое "ИЛИ" организованное диоды VD7 и VD8.
Но тут есть недостаток — не понятно по какой причине изменяется выходное напряжение да и подпорка светодиодов "снизу" ограничивает использование внешнего регулятора, если в нем вдруг возникнет необходимость.
Кроме этого возникла еще одна проблема — у величением частоты возрастает потребление самим драйвером — требуется больше энергии на открытие-закрытие силовых транзисторов. Из за увеличенного потребления увеличивается падение напряжения на токоограничивающих резисторах R1-R4 и напряжение питания самой микросхемы IR2153 уже не хватает и она самоблокируется.
Чтобы исключить эту ситуацию как раз и пришлось использовать 4 резистора по 91 кОм, т.е. финальное сопротивление равно почти 23 кОм. Причем выделение тепла на этих резисторах тоже вполне приличное — почти 4 Вт, т.е. эта гирлянда будет греться и довольно не плохо.

Читайте так же:
Двери в шкафу не закрываются отрегулировать

В этом варианте светодиод оптрона запитывается так же через логическое "ИЛИ", но в этот раз в качестве диодов выступают светодиоды VD1-VD3, каждый из которых индицирует режим работы.
VD1 — индикация того, что ограничение осуществляется по напряжению.
VD2 — индикация того, что регулировка происходит по току.
VD3 — индицирует о том, что выходное напряжение управляется от внешнего источника.
Так же в этом варианте изменено питание IR2153 — старт производится от резистора R2, а вот питание в рабочем режиме происходит через емкостной делитель С12. Такое решение позволяет избавится греющегося резистора токоограничения и получить изменяющееся от частоты сопротивление — реактивное сопротивление емкости уменьшается при увеличении частоты. Это позволяет сильно не беспокоится об изменяющемся потреблении при увеличении частоты — реактивное сопротивление С12 будет уменьшаться и компенсировать увеличивающееся потребление хотя бы частично. Для исключения перегрузки стабилитрона внутри микросхемы по питанию установлен отдельный стабилитрон VD5, который будет гасить излишки напряжения с емкостного делителя С12.
Есть еще одно отличие от первоначального варианта — в качестве силовых транзисторов использованы транзисторы на 20 ампер, а вместо IR2153 используется IR2155, у которой выходной ток больше, чем у IR2153.
О перегрузке самой IR2155 речь не идет хоть и транзисторы несколько тяжелее, но энегрия затвора остается не критичной — FQP20N60 — Qg — 74nC, резистор в затвор не более 10 Ом, STP20N65M5 — Qg 40 nC, в затвор резисторы не более 36 Ом, SPA20N60C3 и SPW20N60C3 — Qg 114 nC, эти самые тяжелые, в затвор не более 1 Ома.
Наладка данного блока питания традиционна — сначала подается питание от отдельного источника питания на саму IR2155, и проверяется частота преобразования. Она должна быть чуть больше 20 кГц.
Затем необходимо подать напряжение на светодиод VD3 и светодиод оптрона UH1, разумеется через токоограничивающий резистор — его нет на плате. При подаче напряжения на эту связку светодиодов частота преобразования должна превысить 200 кГц.
После этого снимает напряжение с управляющего светодиода и уже можно подать имитацию сетевого напряжение — на С2 нужно подать 30-60 вольт и убедится, что перегрузки не происходит. Разумеется, что на плате нужно запаять перемычку под дросселе рассеивания:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector