Импульсный блок питания для усилителя НЧ на ir2153 мощностью 300Вт

Ну, наконец, после небольшого перерыва выкладываю новую статью по сборке импульсного источника двухполярного питания на ir2153 для усилителя низкой частоты. Данный ИИП мощностью 300 Вт может питать такие усилители как “Ланзар” или усилитель на TDA7294 и др., требующие двухполярное питание.

Рассматриваемый блок питания я буду задействовать для питания своего будущего усилителя “Ланзар”. Мощность источника питания 300-400 Вт будет достаточной для двух каналов усилителя  по 100Вт с КПД=55%.

Схема была найдена на просторах интернета, собрана, отработана мною и выложена в виде данной статьи, как проверенная схема, чтобы вы могли без проблем повторить её. Вы же меня понимаете друзья, как редко найденная в интернете схема запускается и работает с первого раза.

На самом деле, схема не сложна, но я с ней помучился и попробую вам объяснить некоторые моменты настройки защиты.

Данный импульсный блок питания имеет защиту от перегрузки. Блок питания нестабилизированный.

Схема ИИП на ir2153 для усилителя низкой частоты.

Данный источник питания не имеет стабилизации, поэтому в выходном каскаде отсутствуют дроссели.

Напряжение планировал +-45Вольт, но расчеты не точны вследствие неизвестного материала сердечника трансформатора, в итоге +-50Вольт при токе 3.5А. Сердечник импортный. Ну, я не огорчился, нормальное напряжение +-50Вольт, в самый раз для моего будущего усилителя.

Опишу немного работу схемы.

Все, что зеленым цветом является плавным запуском. Плавный запуск в данной схеме служит для гашения больших токов при включении источника питания в сеть. При включении в сеть, начинается зарядка большой емкости электролитического конденсатора С10, а так же электролитов в выходном каскаде C13-C16. Суть работы плавного запуска следующая, при включении источника питания в сеть, весь ток протекает через резистор R6, тем самым рассеивая излишки в виде тепла в атмосферу. Как только все емкости зарядились (прошли переходные процессы), замыкаются контакты реле K1, и весь ток начинает течь не через резистор R6 а через замкнутые контакты реле K1. Временная задержка срабатывания реле задается времязадающей емкостью С7. VDS1 является выпрямительным мостом для питания плавного запуска. VD1 стабилитрон на 13 Вольт для питания реле К1.

Перейдем к самому источнику питания. Резистор R2 ограничивает ток питания самого драйвера ir2153, то есть через него запитан драйвер. VD2 является однополупериодным выпрямителем питания драйвера.

Емкость С6 и резистор R4 задают частоту генерации драйвера ir2153. Под статьей можете скачать программу расчета номиналов данных элементов по частоте. Номиналы C6 и R4 указанные на схеме способствуют генерации прямоугольных импульсов с частотой 43-44кГц. Я убавил номинал резистора R4 до 13кОм, тем самым повысил частоту до 50кГц, трансформатор стал греться меньше, но и поднялось напряжение на нагрузке, было +-48 Вольт при токе 3А, стало +-50Вольт, но это только мне на руку.

На транзисторах VT1,VT2,R1,R3 собран “икающий” триггер защиты. R11 является датчиком тока. На нем совсем небольшое падение напряжения, и при увеличении тока во вторичной обмотке, ток первичной обмотки тоже увеличивается, увеличивается и падение напряжения на резисторе R11. Через подстроечный резистор R10 ток поступает на базу транзистора VT1, и при достижении определенного напряжения база-эмиттер примерно 0,6 Вольт транзистор открывается. Через  открытый транзистор VT1 и резистор R1 начинает протекать небольшой ток, который открывает транзистор VT2, через данный транзистор и резистор R3 питание драйвера зашунтируется. Драйвер прекращает работу, ток падает в обмотках трансформатора, транзистор VT1 закрывается. Питание на драйвер вновь появляется, так как закрыт транзистор VT1, а следовательно и VT2, и питание драйвера уже не зашунтировано.

Далее цикл повторяется, пока в первичной обмотке трансформатора не ослабится ток. Визуально это все наблюдается миганием светодиода, эффект “икания”. Подстройка защиты ведется подстроечным резистором R10, но о настройке защиты чуть ниже.

На выходе стоят диоды типа “Шоттки”, позволяющие выпрямить высокочастотный ток. Ну и в каждом из плеч выходного каскада стоят электролиты по 2000мкФ на плечо. Данных баночек вполне достаточно для импульсного источника питания мощностью до 500Вт, используемого под усилитель низкой частоты.

Варистор VDR1 защищает схему от скачков напряжения. При скачке напряжения (напряжение срабатывания MYG14-431 составляет 430В при токе 1мА) сопротивление варистора мгновенно уменьшается, выкорачивая цепь питания схемы, перегорает предохранитель, обрывая сетевое питание.

Дроссель T1 служит для подавления высокочастотных помех на входе.

Детали для сборки импульсного источника питания на ir2153

Дроссель Т1 можете выдрать из любого импульсного блока питания ПК, как это сделал я.
Скачать список компонентов для ИИП на ir2153 в файле PDF.

Трансформатор намотан на кольце марки 2000НМ, размеры 40-24-20 мм. Первичная обмотка содержит 33 витка проводом диаметра 0,85мм в две жилы (перестраховался).

Вторичная обмотка ложится в два слоя. Диаметр провода вторичной обмотки 0,85мм и имеет 13+13 витков (то есть с отводом от середины, всего 26 витков), второй слой аналогичен первому (13+13 витков). Между слоями лежит диэлектрик.

Более подробную инструкцию о расчете и намотке трансформатора читайте в статье «Расчет и намотка импульсного трансформатора», также рекомендую прочитать статью «Как перемотать трансформатор из блока питания ПК».

Данный импульсный источник питания на ir2153 можно пересчитать под любое напряжение, достаточно перемотать трансформатор.

Если надумаете собирать данный блок питания напряжением более +-50В, то следует заменить выходные емкости С13-С16 на более высоковольтные, например на 100В., а также заменить Шоттки, например, на MBR20200.

Пару слов о защите.

Может сложиться так, что после сборки ИИП описанного в этой статье, при запуске будет срабатывать защита. И регулировка подстроечного резистора не даст никакого результата. Тогда следует уменьшить номинал резистора R11 до 0,07 Ом. У меня так и сделано, параллельно зацеплены три резистора по 0,2 Ом.

Суть ребята такая, если номинал резистора R11 большой, например 0,2 Ом, то на нем будет падение напряжения больше чем нужно, и при работе ИИП постоянно будет большое напряжение на базе транзистора VT1, защита будет срабатывать.

Может случиться так, что при испытании на довольно большой нагрузке защита не срабатывает, то можно попробовать увеличить номинал R11, например до 0,15 Ом. Либо попробовать увеличить номинал подстроечного резистора R10, например до 3,3 кОм. Так как, R10 и R11 соединены параллельно, и R11 на два порядка меньше, то увеличение R10 приведет к очень малому (несколько тысячных-сотых долей) изменению эквивалентного соединения.

В общем, повозитесь с настройкой защиты и все поймете. Хотя если все номиналы будут соответствовать схеме, и мотать трансформатор будете на кольце, даже рассчитанном на другое напряжение, у вас все заработает с первого раза. От вас требуется внимательность, и аккуратность.

Замечу, что на плате стоят два резистора R11 сопротивлением 0,22 Ома, соединенных между собой параллельно,  в результате R11 равен 0,11 Ом (по правилу двух параллельно соединенных проводников). У меня на плате три резистора R11 по 0,22 Ома (параллельно соединенных), что дает в результате 0,07 Ом.

Первый запуск и настройка защиты.

Первый запуск всегда делайте через лампу. Что это значит? Это значит, что от сети подключаем не напрямую питание, а в разрыв одного из двух проводов подсоединяем лампу 220 Вольт.

Что нам даст лампа? Лампа – это тот же резистор, в котором визуально можно наблюдать рассеивание лишней мощности в виде света (тепла соответственно тоже), а также предотвратит  перегорание элементов при неисправности в блоке питания.

Если в вашем собранном блоке питания на ir2153 будет присутствовать короткое замыкание (КЗ), чего я вам не желаю, то при подключении через лампу, последняя будет гореть в полный накал и возможно ничего больше не сгорит, так как лампа рассеет всю мощность. Это очевидно, так как схема примет вид:

Если в блоке питания будет обрыв, то лампа не загорится.

При нормальном запуске ИИП наблюдается следующая картина, лампа должна вспыхнуть и погаснуть. Вспыхивает лампа в момент зарядки всех емкостей. Если емкости не разрядить, то второй запуск пройдет без вспыхивания лампы.

Для настройки защиты лампу исключите из цепи, иначе лампа будет рассеивать мощность и не позволит вам, как следует нагрузить ваш ИИП.

Для проверки защиты нужно нагрузить наш ИИП на ir2153. Нагружать будем мощными резисторами. Для этого их нужно рассчитать.  Расчет производим с помощью закона Ома.  На выходе у меня +-50В, если я замерю не относительно ноля, а на плечах, то получу напряжение +100В. Я хочу выжать из моего блока питания ток 3А, это 300Вт (мощность = ток*напряжение). Теперь 100В/3А=33,3 Ом.

Я нашел несколько 25Вт резисторов и собрал из них 33 Ом. Наливаете в тазик воды и опускаете в него подключенные резисторы . В разрыв амперметр, чтобы замерить ток.

Ток потребления 3 Ампера.

Напряжение на плечах 102 Вольта.

Далее плавным вращением подстроечного резистора R10, добиваемся загорания светодиода, который должен начать мигать.  После того, как поймали место, где срабатывает защита, крутим подстроечный резистор R10 в обратном направлении, пока защита перестанет срабатывать. В этом положении оставляем R10. Все, защита настроена, при перегрузке более 300Вт в моем случае, сработает защита.

Несколько советов.

После пайки обязательно сотрите остатки канифоли спиртом или ацетоном. Посадите ключи и Шоттки на радиаторы, через диэлектрические прокладки. После настройки защиты погоняйте ваш блок питания сначала минут  15, потом можете час. После 1 часа работы, трансформатор нагрелся до 64 градусов и рост температуры остановился. Это нормально. Ключи IRF740 работают до 150 градусов, и соответственно будут нагреваться.

Замеры температуры при работе схемы:

При желании и наличии осциллографа, можете пересчитать R4 и С6, для оптимальной настройки частоты. Уменьшив R4 до 13кОм, я увеличил частоту до 50кГц, что сразу сказалось на работе моего блока питания, повысился КПД, а следовательно и уменьшилось выделение тепла.

Печатная плата для ИИП на ir2153 СКАЧАТЬ

Даташит на ir2153 СКАЧАТЬ

Список компонентов для сборки ИИП на ir2153 (PDF) СКАЧАТЬ

Программа расчета частоты драйвера ir2153 по R4 и C6 СКАЧАТЬ

Статья по расчету и намотке импульсного трансформатора ПЕРЕЙТИ

Статья по перемотке импульсного трансформатора из БП ПК ПЕРЕЙТИ.

Похожие статьи

Блок питания своими руками.

Собираем регулируемый блок питания

Те новички, которые только начинают изучение электроники спешат соорудить нечто сверхъестественное, вроде микрожучков для прослушки, лазерный резак из DVD-привода и так далее… и тому подобное… А что насчёт того, чтобы собрать блок питания с регулируемым выходным напряжением? Такой блок питания – это крайне необходимая вещь в мастерской каждого любителя электроники.

С чего же начать сборку блока питания?

Во-первых, необходимо определиться с требуемыми характеристиками, которым будет удовлетворять будущий блок питания. Основные параметры блока питания – это максимальный ток (I_max), который он может отдать нагрузке (питаемому устройству) и выходное напряжение (U_out), которое будет на выходе блока питания. Также стоит определиться с тем, какой блок питания нам нужен:

Регулируемый блок питания – это блок питания, выходное напряжение которого можно менять, например, в пределах от 3 до 12 вольт. Если нам надо 5 вольт — повернули ручку регулятора – получили 5 вольт на выходе, надо 3 вольта – опять повернул – получил на выходе 3 вольта.

Нерегулируемый блок питания – это блок питания с фиксированным выходным напряжением – его менять нельзя. Так, например, многим известный и широко распространённый блок питания «Электроника» Д2-27 является нерегулируемым и имеет на выходе 12 вольт напряжения. Также нерегулируемыми блоками питания являются всевозможные зарядники для сотовых телефонов, адаптеры модемов и роутеров. Все они, как правило, рассчитаны на какое-то одно выходное напряжение: 5, 9, 10 или 12 вольт.

Понятно, что для начинающего радиолюбителя наибольший интерес представляет именно регулируемый блок питания. Им можно запитать огромное количество как самодельных, так и промышленных устройств, рассчитанных на разное напряжение питания.

Далее нужно определиться со схемой блока питания. Схема должна быть простая, легка для повторения начинающими радиолюбителями. Тут лучше остановиться на схеме с обычным силовым трансформатором. Почему? Потому что найти подходящий трансформатор достаточно легко как на радиорынках, так и в старой бытовой электронике. Делать импульсный блок питания сложнее. Для импульсного блока питания необходимо изготавливать достаточно много моточных деталей, таких как высокочастотный трансформатор, дроссели фильтров и пр. Также импульсные блоки питания содержат больше радиоэлектронных компонентов, чем обычные блоки питания с силовым трансформатором.

Итак, предлагаемая к повторению схема регулируемого блока питания приведена на картинке (нажмите для увеличения).

Параметры блока питания:

• Выходное напряжение (U_out) – от 3,3…9 В;

• Максимальный ток нагрузки (I_max) – 0,5 A;

• Максимальная амплитуда пульсаций выходного напряжения – 30 мВ.;

• Защита от перегрузки по току;

• Защита от появления на выходе повышенного напряжения;

• Высокий КПД.

Возможна доработка блока питания с целью увеличения выходного напряжения.

Принципиальная схема блока питания состоит из трёх частей: трансформатора, выпрямителя и стабилизатора.

Трансформатор. Трансформатор Т1 понижает переменное сетевое напряжение (220-250 вольт), которое поступает на первичную обмотку трансформатора (I), до напряжения 12-20 вольт, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора (II). Также, по «совместительству», трансформатор служит гальванической развязкой между электросетью и питаемым устройством. Это очень важная функция. Если вдруг трансформатор выйдет из строя по какой-либо причине (скачок напряжения и пр.), то напряжение сети не сможет попасть на вторичную обмотку и, следовательно, на питаемое устройство. Как известно, первичная и вторичная обмотки трансформатора надёжно изолированы друг от друга. Это обстоятельство снижает риск поражения электрическим током.

Выпрямитель. Со вторичной обмотки силового трансформатора Т1 пониженное переменное напряжение 12-20 вольт поступает на выпрямитель. Это уже классика. Выпрямитель состоит из диодного моста VD1, который выпрямляет переменное напряжение с вторичной обмотки трансформатора (II). Для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямительного моста стоит электролитический конденсатор C3 ёмкостью 2200 микрофарад.

Регулируемый импульсный стабилизатор.

Схема импульсного стабилизатора собрана на достаточно известной и доступной микросхеме DC/DC преобразователя – MC34063.

Чтобы было понятно. Микросхема MC34063 является специализированным ШИМ-контроллером, разработанным для импульсных DC/DC преобразователей. Эта микросхема является ядром регулируемого импульсного стабилизатора, который используется в данном блоке питания.

Микросхема MC34063 снабжена узлом защиты от перегрузки и короткого замыкания в цепи нагрузки. Выходной транзистор, встроенный в микросхему, способен отдать в нагрузку до 1,5 ампер тока. На базе специализированной микросхемы MC34063 можно собрать как повышающие (Step-Up), так и понижающие (Step-Down) DC/DC преобразователи. Так же возможно построение регулируемых импульсных стабилизаторов.

Особенности импульсных стабилизаторов.

К слову сказать, импульсные стабилизаторы обладают более высоким КПД по сравнению со стабилизаторами на микросхемах серии КР142ЕН (КРЕНки), LM78xx, LM317 и др. И хотя блоки питания на базе этих микросхем очень просты для сборки, но они менее экономичны и требуют установки охлаждающего радиатора.

Микросхема MC34063 не нуждается в охлаждающем радиаторе. Стоит заметить, что данную микросхему можно довольно часто встретить в устройствах, которые работают автономно или же используют резервное питание. Использование импульсного стабилизатора увеличивает КПД устройства, а, следовательно, уменьшает энергопотребление от аккумулятора или батареи питания. За счёт этого увеличивается автономное время работы устройства от резервного источника питания.

Думаю, теперь понятно, чем хорош импульсный стабилизатор.

Детали и электронные компоненты.

Теперь немного о деталях, которые потребуются для сборки блока питания.

Трансформатор. В качестве трансформатора подойдёт любой сетевой понижающий трансформатор мощностью 8-10 ватт. Его первичная обмотка (I) должна быть рассчитана на переменное напряжение 220-250 вольт, а вторичная (II) на 12-20 вольт.

Где найти такой трансформатор?

Найти подходящий трансформатор можно в старой, неисправной и морально устаревшей аппаратуре: кассетных магнитофонах, стационарных CD-проигрывателях, игровых приставках и пр. Например, подойдут трансформаторы от старых лампово-полупроводниковых телевизоров советского производства ТВК-110ЛМ, ТВК-110Л2 и ТВК-70. Можно приобрести трансформатор серии ТП114, например ТП114-163М. При подборе силового трансформатора не лишним будет иметь представление о том, как узнать мощность трансформатора.

Силовые трансформаторы ТС-10-3М1 и ТП114-163М

Также подойдёт трансформатор ТС-10-3М1 с выходным напряжением около 15 вольт. В магазинах радиодеталей и на радиорынках можно найти подходящий трансформатор, главное, чтобы он соответствовал указанным параметрам.

Микросхема MC34063. Микросхема MC34063 выпускается в корпусах DIP-8 (PDIP-8) для обычного монтажа в отверстия и в корпусе SO-8 (SOIC-8) для поверхностного монтажа. Естественно, в корпусе SOIC-8 микросхема обладает меньшими размерами, а расстояние между выводами составляет около 1,27 мм. Поэтому изготовить печатную плату для микросхемы в корпусе SOIC-8 сложнее, особенно тем, кто только недавно начал осваивать технологию изготовления печатных плат. Следовательно, лучше взять микросхему MC34063 в DIP-корпусе, которая больше по размерам, а расстояние между выводами у такого корпуса – 2,5 мм. Сделать печатную плату под корпус DIP-8 будет легче.

Диодный мост. Диодный мост для блока питания можно изготовить из 4 отдельных диодов 1N4001-1N4007. Также вместо диодов 1N4001-1N4007 можно применить диоды 1N5819. При этом экономичность блока питания повыситься, поскольку диоды серии 1N58xx – это диоды Шоттки и у них меньшее падение напряжения на p-n переходе, чем у обычных диодов серии 1N400x.

Также в блок питания можно установить диодную сборку выпрямительного моста. Сборка занимает на печатной плате меньше места. Для установки в схему подойдут сборки на ток 1 ампер и выше. Для надёжности можно воткнуть в плату сборку и на 2 ампера – хуже не будет.

Где найти сборку диодного моста? В бэушных платах от любой электроники, которая питается от сети 220 вольт. Даже в компактных люминесцентных лампах – КЛЛ – есть диодный мост. Можно выковырять оттуда. Правда что попадётся, 4 отдельных диода или сборка диодного моста можно только гадать – тут как повезёт.

Если быть более конкретным, то подойдут диодные мосты (сборки): DB101-107, RB151-157, D3SBA10, 2W10M, DB207, RS207 и другие аналогичные и более мощные. Можно с лёгкостью применить диодный мост из неисправного компьютерного блока питания. Они мощные и здоровые, рассчитаны на довольно большой ток – хватить за глаза. Не забудьте проверить его на исправность!

Конденсаторы C1, C2, C4, C5 служат для подавления импульсных помех, которые поступают из электросети. Кроме этого они блокируют импульсные помехи, которые могут поступить в электросеть от самого импульсного стабилизатора.

Элементы защиты. В схеме применено два предохранителя. Предохранитель FU2 представляет собой обычный плавкий предохранитель на ток срабатывания 0,16 А (160 мА). Он включен последовательно с первичной обмоткой (I) трансформатора T1. FU1 – самовосстанавливающийся предохранитель. Когда ток через него становиться больше 0,5 ампер, то его сопротивление резко увеличивается, а ток в цепи выпрямителя и стабилизатора резко падает.

Самовосстанавливающийся предохранитель FRX050-90F

Так реализована защита в случае неисправности преобразователя. Стабилитрон VD3 также служит защитным и работает в паре с самовосстанавливающимся предохранителем FU1. Основная его цель – защитить нагрузку (питаемое устройство) от повреждения высоким напряжением. Напряжение стабилизации стабилитрона составляет 11 вольт. В случае неисправности преобразователя и появления на выходе напряжения более 11 вольт, ток через стабилитрон резко возрастает. Возросший ток в цепи приводит к срабатыванию предохранителя FU1, который ограничивает ток. Поэтому защитный стабилитрон VD3 необходимо установить в схему обязательно. В случае если не удастся найти подходящий самовосстанавливающийся предохранитель, то его можно заменить обычным плавким на ток срабатывания 0,5 ампер.

Список деталей, которые потребуются для сборки блока питания.

Дроссели. Дроссели L1 и L2 можно изготовить самостоятельно. Для этого потребуется два кольцевых магнитопровода из феррита 2000HM типоразмера К17,5 х 8,2 х 5 мм. Типоразмер расшифровывается так: 17,5 мм. – внешний диаметр кольца; 8,2 мм. — внутренний диаметр; а 5 мм. – высота кольцевого магнитопровода. Для намотки дросселя понадобиться провод ПЭВ-2 сечением 0,56 мм. На каждое кольцо необходимо намотать 40 витков такого провода. Витки провода следует распределять по ферритовому кольцу равномерно. Перед намоткой, ферритовые кольца нужно обмотать лакотканью. Если лакоткани нет под рукой, то обмотать кольцо можно скотчем в три слоя. Стоит помнить, что ферритовые кольца могут быть уже покрашены – покрыты слоем краски. В таком случае обматывать кольца лакотканью не надо.

Кроме самодельных дросселей можно применить и готовые. В этом случае процесс сборки блока питания ускориться. Например, в качестве дросселей L1, L2 можно применить вот такие индуктивности для поверхностного монтажа (SMD — дроссель).

SMD-дроссель

Как видим, на верхней части их корпуса указано значение индуктивности – 331, что расшифровывается как 330 микрогенри (330 мкГн). Также в качестве L1, L2 подойдут готовые дроссели с радиальными выводами для обычного монтажа в отверстия. Выглядят они вот так.

Дроссель с радиальными выводами

Величина индуктивности на них маркируется либо цветовым кодом, либо числовым. Для блока питания подойдут индуктивности с маркировкой 331 (т.е. 330 мкГн). С учётом допуска ±20%, который разрешён для элементов бытовой электроаппаратуры, также подойдут дроссели с индуктивностью 264 — 396 мкГн. Любой дроссель или катушка индуктивности рассчитана на определённый постоянный ток. Как правило, его максимальное значение (I_{DC max}) указывается в даташите на сам дроссель. Но на самом корпусе это значение не указывается. В таком случае можно ориентировочно определить значение максимально допустимого тока через дроссель по сечению провода, которым он намотан. Как уже говорилось, для самостоятельного изготовления дросселей L1, L2 необходим провод сечением 0,56 мм.

Дроссель L3 самодельный. Для его изготовления необходим магнитопровод из феррита 400HH или 600HH диаметром 10 мм. Найти такой можно в старинных радиоприёмниках. Там он используется в качестве магнитной антенны. От магнитопровода нужно отломать кусок длиной 11 мм. Сделать это достаточно легко, феррит легко ломается. Можно просто плотно зажать необходимый отрезок пассатижами и отломить излишки магнитопровода. Также можно зажать магнитопровод в тисках, а потом резко ударить по магнитопроводу. Если с первого раза аккуратно разломить магнитопровод не получиться, то можно повторить операцию.

Затем получившийся кусок магнитопровода нужно обмотать слоем бумажного скотча или лакоткани. Далее наматываем на магнитопровод 6 витков сложенного вдвое провода ПЭВ-2 сечением 0,56 мм. Для того чтобы провод не размотался, обматываем его сверху скотчем. Те выводы проводов, с которых начиналась намотка дросселя, в последующем впаиваем в схему в том месте, где показаны точки на изображении L3. Эти точки указывают на начало намотки катушек проводом.

Дополнения.

В зависимости от нужд можно внести в конструкцию те или иные изменения.

Например, вместо стабилитрона VD3 типа 1N5348 (напряжение стабилизации – 11 вольт) в схему можно установить защитный диод – супрессор 1,5KE10CA.

Супрессор – это мощный защитный диод, по своим функциям схож со стабилитроном, однако, основная его роль в электронных схемах – защитная. Назначение супрессора – это подавление высоковольтных импульсных помех. Супрессор обладает высоким быстродействием и способен гасить мощные импульсы.

В отличие от стабилитрона 1N5348, супрессор 1.5KE10CA обладает высокой скоростью срабатывания, что, несомненно, скажется на быстродействии защиты.

В технической литературе и в среде общения радиолюбителей супрессор могут называть по-разному: защитный диод, ограничительный стабилитрон, TVS-диод, ограничитель напряжения, ограничительный диод. Супрессоры можно частенько встретить в импульсных блоках питания – там они служат защитой от перенапряжения питаемой схемы при неисправностях импульсного блока питания.

О назначении и параметрах защитных диодов можно узнать из статьи про супрессор.

Супрессор 1,5KE10CA имеет букву С в названии и является двунаправленным – полярность установки его в схему не имеет значения.

Если есть необходимость в блоке питания с фиксированным выходным напряжением, то переменный резистор R2 не устанавливают, а заменяют его проволочной перемычкой. Нужное выходное напряжение подбирают с помощью постоянного резистора R3. Его сопротивление рассчитывают по формуле:

U_вых = 1,25 * (1+R4/R3)

После преобразований получается формула, более удобная для расчётов:

R3 = (1,25 * R4)/(U_вых – 1,25)

Если использовать данную формулу, то для U_вых = 12 вольт потребуется резистор R3 с сопротивлением около 0,42 кОм (420 Ом). При расчётах, значение R4 берётся в килоомах (3,6 кОм). Результат для резистора R3 также получаем в килоомах.

Для более точной установки выходного напряжения U_вых вместо R2 можно установить подстроечный резистор и выставить по вольтметру требуемое напряжение более точно.

При этом следует учесть, что стабилитрон или супрессор стоит устанавливать с напряжением стабилизации на 1…2 вольта больше, чем расчётное напряжение на выходе (U_вых) блока питания. Так, для блока питания с максимальным выходным напряжением равным, например, 5 вольт следует установить супрессор 1,5KE6V8CA или аналогичный ему.

Изготовление печатной платы.

Печатную плату для блока питания можно сделать разными способами. О двух методах изготовления печатных плат в домашних условиях уже рассказывалось на страницах сайта.

В общем, выбрать есть из чего.

Налаживание и проверка блока питания.

Чтобы проверить работоспособность блока питания его для начала нужно, конечно же, включить. Если искр, дыма и хлопков нет (такое вполне реально), то скорее БП работает. Первое время держитесь от него на некотором расстоянии. Если ошиблись при монтаже электролитических конденсаторов или поставили их на меньшее рабочее напряжение, то они могут «хлопнуть» — взорваться. Это сопровождается разбрызгиванием электролита во все стороны через защитный клапан на корпусе. Поэтому не торопитесь. Подробнее об электролитических конденсаторах можно почитать здесь. Не ленитесь это прочитать – пригодиться не раз.

Внимание! Во время работы силовой трансформатор находиться под высоким напряжением! Пальцы к нему не совать! Не забывайте о правилах техники безопасности. Если надо что-то изменить в схеме, то сначала полностью отключаем блок питания от электросети, а потом делаем. По-другому никак – будьте внимательны!

P.S.

Под занавес всего этого повествования хочу показать готовый блок питания, который был сделан своими руками.

Да, у него ещё нет корпуса, вольтметра и прочих «плюшек», которые облегчают работу с таким прибором. Но, несмотря на это, он работает и уже успел спалить офигенный трёхцветный мигающий светодиод из-за своего бестолкового хозяина, который любит безбашенно крутить регулятор напряжения . Желаю и вам, начинающие радиолюбители, собрать что-нибудь похожее!

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Мощный импульсный блок питания своими руками

В данной статье описан способ изготовления мощного сетевого БП для питания усилителя мощности низкой частоты. Блок питания — основная проблема, с которой приходится сталкиваться после сборки мощных усилителей. Мною было собрано огромное количество блоков питания и хочу поделиться конструкцией наиболее простого и стабильного сетевого ИБП.

Тип блока питания, как уже заметили — импульсный. Такое решение резким образом уменьшает вес и размеры конструкции, но работает не хуже обыкновенного сетевого трансформатора, к которому мы привыкли. Схема собрана на мощном драйвере IR2153. Если микросхема в DIP корпусе, то диод нужно ставить обязательно. На счет диода — обратите внимание, он не обычный, а ультрабыстрый, поскольку рабочая частота генератора составляет десятки килогерц и обычные выпрямительные диоды тут не подойдут.

В моем случае вся схема была собрана на «рассыпухе», поскольку собирал только для проверки работоспособности. Мной схема практически не настраивалась и сразу заработала как швейцарские часы.

Трансформатор — желательно взять готовый, от компьютерного блока питания (подойдет буквально любой, я взял трансформатор с косичкой от блока питания АТХ 350 ватт). На выходе трансформатора можно использовать выпрямитель из диодов ШОТТКИ (тоже можно найти в компьютерных блоках питания), или любые быстрые и ультрабыстрые диоды с током 10 Ампер и более, также можно ставить наши КД213А.

Схему подключайте в сеть через лампу накаливания 220 Вольт 100 ватт, в моем случае все тесты делал инвертором 12-220 с защитой от КЗ и перегруза и только после точной настройки решился подключить в сеть 220 Вольт.

Как должна работать собранная схема?

• Ключи холодные, без выходной нагрузки (у меня даже с выходной нагрузкой 50 ватт ключи оставались ледяными) .
• Микросхема не должна перегреваться в ходе работы.
• На каждом конденсаторе должно быть напряжение порядка 150 Вольт, хотя номинал этого напряжение может откланяться на 10-15 Вольт.
• Схема должна работать бесшумно.
• Резистор питания микросхемы (47к) должен чуть перегреваться во время работы, возможен также ничтожный перегрев резистора снаббера (100 Ом).

Основные проблемы, которые возникают после сборки

Проблема 1. Собрали схему, при подключении контрольная лампочка, которая подключена на выход трансформатора мигает, а сама схема издает непонятные звуки.

Решение. Скорее всего не хватает напряжения для питания микросхемы, попробуйте снизить сопротивление резистора 47к до 45, если не поможет, то до 40 и так (с шагом 2-3кОм ) до тех пор, пока схема не заработает нормально.

Проблема 2. Собрали схему, при подаче питания ничего не греется и не взрывается, но напряжение и ток на выходе трансформатора мизерные (почти ровны нулю)

Решение. Замените конденсатор 400Вольт 1мкФ на дроссель 2мГн.

Проблема 3. Один из электролитов сильно греется.

Решение. Скорее всего он нерабочий, замените на новый и заодно проверьте диодный выпрямитель, может именно из-за нерабочего выпрямителя на конденсатор поступает переменка.

Импульсный блок питания на ir2153 можно использовать для питания мощных, высококачественных усилителей, или же использовать в качестве зарядного устройства для мощных свинцовых аккумуляторов, можно и в качестве блока питания — все на ваше усмотрение.

Мощность блока может доходить до 400 ватт, для этого нужно будет использовать трансформатор от АТХ на 450 ватт и заменить электролитические конденсаторы на 470мкФ — и все!

В целом, импульсный блок питания своими руками можно собрать всего за 10-12 $ и то если брать все компоненты из радиомагазина, но у каждого радиолюбителя найдется больше половины радиодеталей, использованных в схеме.

Как сделать блок питания, выбор схемы. — Радиомастер инфо

Как известно, блок питания едва ли не самое распространенное электронное устройство. Простой блок питания сделать под силу даже начинающим. Но какую схему выбрать? Их столько, что многие теряются. В данной статье коротко рассказано об основных четырех типах схем и даны рекомендации их использования.

Перед тем, ка вы решили изготовить или подобрать готовый блок питания необходимо ответить на следующие вопросы:

1. Какое напряжение должен выдавать блок питания? Это можно определить по характеристикам того устройства, которое будет подключаться к блоку питания.
2. Какой ток должен обеспечивать блок питания? Это так же указано на устройстве, которое будет подключено. Если указана потребляемая мощность, то ток можно определить, разделив мощность на напряжение.

Учитывая сказанное, перейдем к рассмотрению основных типов схем.

1. Бестрансформаторный блок питания с гасящим конденсатором.

Применяется при небольших токах, десятки миллиампер, редко сотни миллиампер. На практике используется для зарядки аккумуляторов небольших фонарей, питания светодиодов и т.д. Схема такого блока питания:

Величина емкости С1 при активной нагрузке определяется по формуле:

С1 – емкость, Ф

Iэфф – эффективное значение тока нагрузки, А

Uc — напряжение сети, В

Uн – напряжение на нагрузке, В

f -частота сети, 50 Гц

π — число 3,14

Если нагрузка не всегда подключена, или ее ток меняется, то схема должна содержать стабилитрон, который не позволит напряжению на конденсаторе С2 и нагрузке превысить допустимое значение:

Величина емкости С1 рассчитывается с учетом максимального тока стабилитрона и тока нагрузки.

В этой формуле: 3,5 — коэффициент, Iстmin — минимальный ток стабилитрона, Iнmax — ток нагрузки максимальный, Ucmin — напряжение сети минимальное, Uвых — напряжение выхода блока питания.

Тип емкости С1 К73-17 или подобные, рабочее напряжение не ниже 400 В. Можно С1 зашунтировать резистором несколько сотен кОм, для разряда конденсатора в выключенном состоянии.

Подробнее о расчетах таких схем рассказано в журнале Радио №5 за 1997 год (стр. 48-50).

Понятно, что при отключенной нагрузке блок питания будет потреблять мощность на работу стабилитрона, соизмеримую с мощностью нагрузки. КПД поэтому низкий. Это одна из причин использования таких схем только для малых токов. Работая с такими блоками питания важно помнить, что их детали имеют гальваническую связь с сетью и опасность поражения током велика.

2. Второй тип схем, трансформаторные блоки питания. Вот основная схема.

По такой схеме можно делать блоки питания практически на любые напряжения и токи. На практике они представлены от маломощных, например, блок питания антенного усилителя собранный в сетевой вилке, до сварочника, вес которого десятки килограмм.

Приблизительный расчет трансформатора можно посмотреть здесь, более подробный и точный здесь.

Если токи нагрузки большие, емкость фильтра С1 нужна большая, тысячи микрофарад. В этом случае после диодного моста нужно ставить сопротивление, несколько Ом, чтобы в момент включения, когда С1 разряжен, бросок зарядного тока не вывел из строя диодный мост.

Если токи несколько ампер, то на диодах будет рассеиваться большая мощность. Для ее снижения применяют диоды Шоттки, на них падает меньшее напряжение (до 0,5 В), в отличие от кремниевых диодов на которых при больших токах может падать больше 1 В.

Чтобы еще снизить потери, применяют двухполупериодный выпрямитель с двумя диодами и двумя обмотками. Вот его схема:

В данном случае вторичных обмотки две. Они соединены последовательно. Мотаются проводом в половину тоньше, чем для схемы с четырьмя диодами. Так, что количество меди то же самое. Потери ниже вдвое, так как диода два. Допустим на каждом падает 1 В, при токе 10 А, это мощность потерь 10 Вт на каждом диоде. Если диода два вместо четырех, в тепло идет не 40 Вт, а 20. Польза очевидна.

Вышеприведенные схемы имеют существенный недостаток. Напряжение на выходе меняется при изменении напряжения сети. Как известно, допустимые изменения напряжения сети ±5%, от 220 В это составит (209-231) В, предельные изменения ±10%, (198-242) В. В процентном отношении так же будет изменяться и выходное напряжение.

Для устранения этого недостатка применяют стабилизаторы, от простейших на стабилитроне, иногда с транзистором, до стабилизаторов на микросхемах.

Например:

Здесь 7812 (LM7812 или аналог) распространенная микросхема стабилизатор на 12 В. Основные правила применения таких микросхем:

— напряжение на входе от 14 В до 35 В, (при минимальном напряжении сети не менее 14 В при максимальном не более 35 В)

— максимальный ток, при длительной работе 1,5 А

— мощность, рассеиваемая без теплоотвода 1,5 Вт, с теплоотводом до 15 Вт (в некоторых справочниках пишут даже 9 Вт).

Главная ошибка, которую допускают при применении таких микросхем заключается в том, что в основном смотрят на ток и забывают про мощность. Например, от микросхемы хотят запитать нагрузку на напряжение 12 В потребляющую ток 1 А. Кажется, что это можно сделать без проблем, ведь максимальный ток этой микросхемы 1,5 А.

Но, допустим, в сети максимальное напряжение 242 В и на входе микросхемы 35 В. Эта микросхема компенсационного типа, т.е. все лишнее напряжение 35 – 12 = 23 В упадет на микросхеме. При этом мощность, которая будет рассеиваться на микросхеме будет равна 23В х 1А= 23Вт. А допустимая мощность, с радиатором, всего 15 Вт. Микросхема перегреется и сгорит. Для такого случая ее допустимый ток 15 Вт : 23 В = 0,65 А, и это с радиатором.

3. Импульсные стабилизаторы в трансформаторных блоках питания.

Эти стабилизаторы имеют значительно меньшие потери, чем выше рассмотренные. В них регулирующий элемент работает в ключевом режиме. У него два состояния полностью открыт или полностью закрыт. Падение напряжения на нем при этом минимально и рассеиваемая мощность также. Величина выходного напряжения пропорциональна длительности выходных импульсов.

Uвых = tоткр/T × Uвх

Где:

Uвых — напряжение на выходе стабилизатора

tоткр – время открытого состояния ключа

Т — период импульсов

Uвх – входное напряжение стабилизатора

Схема, поясняющая принцип работы:

Как видим, здесь присутствует индуктивность L, в которой накапливается энергия и импульсный диод VD. Именно с помощью этих двух элементов, ну и конечно конденсатора С, установленного за индуктивностью, импульсы после ключа VT превращаются в постоянное напряжение.

Пример такой схемы на транзисторах:

И на микросхеме:

4. Импульсные блоки питания.

Это самые эффективные и малогабаритные блоки. У них нет большого понижающего трансформатора, даже при больших токах и мощностях. Пример наиболее мощного импульсного блока питания — сварочный инвертор, который при сварочных токах 250 А весит всего несколько килограмм.

Принцип работы.

Напряжение сети 220 В поступает на диодный мост и затем на фильтр (конденсатор). Напряжение приобретает значение 310 В (при напряжении сети 220 В). Это напряжение питает выходной трансформаторный каскад и генератор. Вся схема работает на частотах до 100 кГц и даже выше. На таких частотах трансформаторы делают из феррита и их габариты в десятки раз меньше, чем у трансформаторов, работающих на частоте сети 50 Гц. Как правило, сама схема импульсного блока питания является стабилизатором и напряжение на выходе не зависит от изменения напряжения сети. Современные импульсные блоки питания, как правило работают при изменении напряжения сети от 110 В до 240 В.

Пример схемы импульсного блока питания, поясняющий принцип работы, на наиболее распространенной микросхеме UC3842.

Напряжение сети 220В через плату фильтра (ППФ) поступает на сетевой выпрямитель (СВ), конденсатор фильтра (Сф) и через обмотку трансформатора на ключ VT. Через сопротивление R3 уменьшенное напряжение поступает на вывод 7 для запуска микросхемы. После начала работы на вывод 7 дополнительно, через диод VD1, с обмотки трансформатора поступает питание в установившемся режиме.

Внутри микросхемы мы видим генератор (ГЕН), ШИМ (широтно-импульсный модулятор) для управления мощным ключом, выполненном на полевом транзисторе VT. На вывод 3 поступает сигнал обратной связи.

Практическая схема импульсного блока питания на микросхеме UC3842:

Пример изготовления схемы блока питания для ноутбука можно посмотреть здесь.

Есть микросхемы импульсных блоков питания, совмещенные с мощным выходным ключом. Но их принцип работы аналогичен рассмотренному.

Вывод.

Если нужны токи десятки миллиампер блок питания можно сделать по схеме первого типа.

Дешевый блок питания, габариты которого не так важны можно собрать по схеме второго типа. Компенсационные стабилизаторы целесообразно применять на токах до 1 А.

Так же недорогой блок питания, даже со стабилизатором выходного напряжения, на токи до 3 А можно собрать по схеме третьего типа.

Ну а если нужен малогабаритный блок питания, с защитой от перегрузок, на токи больше 3 А, с малым уровнем пульсаций, устойчивый к изменениям напряжения сети — конечно нужно собирать по схеме четвертого типа.

Материал статьи продублирован на видео: