Недавно под заказ попросили сделать высоковольтный генератор. Сейчас некоторые спросят себя - какое отношение имеет высоковольтный генератор к зарядному устройству? Должен заметить, что один из самых простых импульсных зарядников можно построить на базе приведенной схемы и в качестве наглядной демонстрации я решил собрать
инвертор на макете и изучить все основные достоинства и недостатки данного инвертора.
Автоэлектрика. Мощное импульсное зарядное устройство для АКБ.
Ранее, я уже выкладывал статью про зарядное устройство на основе полумостового инвертора на драйвере IR2153, в этой статье тот же драйвер, только чуть иная схематика, без использования емкостей полумоста, так, как с ними было много вопросов и многие просили схему без конденсаторов.
Но без конденсаторов и тут не обошлось, он нужен для сглаживания помех и бросков после сетевого выпрямителя, емкость я подобрал 220 мкФ, но можно и меньше - от 47 мкФ, напряжение 450 Вольт в моем случае, но можно ограничиться 330-400 Вольт.
Диодный мост можно собрать из любых выпрямительных диодов с током не менее 2А (желательно в районе 4-6А и более) и с обратным напряжением не менее 400 Вольт, в моем случае был использован готовый диодный мост из компьютерного блока питания, обратное напряжение 600 Вольт при токе 6 Ампер - то, что надо!
Напомню, что это самый простой вариант подключения микросхемы и самый простой ИБП от сети 220 Вольт, который может вообще существовать, если хотите долговечное зарядное устройство, то схему придется доработать.
Для обеспечения нужных параметров питания микросхемы использован резистор 45-55кОм с мощностью 2 ватт, если таковых нет, то можно подключить последовательно 2-3 резисторов, конечное сопротивление которых, будет в пределе указанного.
Диод от 1-ой к 8-ой ножке микросхемы должен быть с током не менее 1 А и с обратным напряжением не ниже 300 Вольт, в моем случае был использован быстрый диод на 1000 Вольт 3 Ампер, но он не критичен, можно использовать диоды HER107, HER207, HER307, FR207 (на крайняк), UF4007 и т.п.
Полевые транзисторы нужны высоковольтные, типа IRF840 или IRF740. Трансформатор был взят готовый, от компьютерного блока питания. На входе питания стоят два пленочных конденсатора до и после дросселя, дроссель взят готовый, он имеет две одинаковые обмотки (независимые друг от друга) каждая по 15 витков провода 0,7мм.
Термистор, предохранитель, резистор на входе - тут только для защиты схемы от резких бросков напряжения, не советую их убрать, но схема и без них прекрасно работает. Выпрямляется выходное напряжение мощным сдвоенным диодом, который тоже можно найти в компьютерном блоке питания.
На выходах трансформатора образуется разное напряжение (3,3/5/12Вольт). Шину 12 Вольт найти очень легко, обычно это два вывода с одного края, нужную обмотку найти легко, если использовать галогенную лампу на 12 Вольт, судя по свечению можно сделать вывод о напряжении.
Готовый блок можно дополнить регулятором мощности и защитой от перегруза и короткого замыкания и получить полноценное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, напомню, что ток с шины 12 Вольт доходит до 8-12 Ампер, зависит от конкретного типа трансформатора.
Очень мощное зарядное устройство на автомобиль до 50 Ампер. Мы уже не один раз заводили речь о различных зарядных устройствах для аккумуляторов. Этот раз будет не исключение, рассмотрим очень мощное зарядное устройство, которое в итоге может выдавать мощность до 600 Вт с возможностью разгона до 1500 Вт.
Понятно, что при таких высоких мощностях не обойтись без импульсного источника питания, иначе габариты такого устройства у нас будут неподъемной массы и размеров. Схема достаточно проста, представлена на рисунке ниже.
Принцип работы в общем-то не отличается от других импульсных источников питания, которые мы рассматривали ранее. Структура работы построена следующим образом, изначальное сетевое напряжения фильтруется, убираются не желательные пульсации, затем выпрямляется и подается на ключи, которые и формируют импульсы высокой частоты соответствующие схеме управления ими. Далее импульсный трансформатор понижает напряжения до необходимого значения и выпрямляется обычным мостовым выпрямителем. В общем и целом все просто.
В данном случае роль схемы управления ключами играет задающий генератор на базе микросхемы IR2153. Обвес микросхемы представлен на схеме.
В качестве ключей использовались транзисторы IRF740 можно использовать и другие, сразу отметим что именно транзисторами задается итоговая мощность зарядника. При использовании IRF740 гарантирована мощность примерно в 850 Вт.
На входе помимо фильтра также установлен термистор для ограничения пускового тока. Термистор должен быть не более 5 Ом и рассчитан на ток до 5 А. Есть в схеме и небольшая тонкость, т.к. на входе напряжения сетевое 50 Гц требования к диодам, кроме стандартных: обратного напряжения (в 600 В) и тока (6-10 А) нет никаких, можно брать практически любые с заданными параметрами.
Второй же мост установленный на выходе имеет одну особенность, связанную с тем, что с трансформатора подается напряжение высокой частоты, поэтому помимо обратного напряжения не менее 25 В и обратного тока до 30 А, в обязательном порядке необходимо брать ультрабыстрые диоды. Кстати в качестве первого моста не обязательно использовать 4 диода, можно взять готовую диодную сборку с компьютерного блока питания.
Будет гораздо удобней в монтаже. Электролитические конденсаторы, установленные после первого моста, должны быть рассчитаны на напряжение не менее 250 В и емкостью 470 мкФ их кстати тоже можно взять из компьютерного блока питания. С трансформатором также все просто, можно взять его из того же самого компьютерного блока питания, который даже перематывать нет необходимости.
Силовые ключи естественно необходимо установить на теплоотвод, т.к. общих точек у транзисторов нет устанавливаем их либо на разные радиаторы, либо изолируем их слюдяными прокладками.
Для облегчения ремонтных работ желательно установить микросхему в специальный корпус для ее легкого снятия и замены, это значительно облегчит ремонт и настройку. Для проверки устройства после монтажа, включите его в холостом режиме, т.е. без нагрузки. Силовые ключи в этом случае должны не греться вообще. Мощность 25 Омных резисторов на затворах полевиков достаточно взять 0,5 Вт.
Резистор, установленный по питанию микросхемы IR2153, может быть взять в диапазоне от 47 кОм до 60 кОм с ваттнойстью не менее 5 Вт, является токоограничительным для защиты по току микросхемы. Выходные конденсаторы должны быть подобраны напряжением не менее 25 В и емкостью 1000 мкФ.
Сразу хочу обратить ваше внимание, что в схеме отсутствует защита от КЗ, переполюсовки, отсутствует индикация работы и т.д. Все эти недоработки можно легко исправить, тем более они были описаны на нашем ресурсе не один раз.
И ещё хочу отметить один момент, если вам нужно отремонтировать автомобиль или заправить кондиционер, то нет проблем. Есть отличная компания, которая занимается этим на профессиональном уровне и в то же время делает всё как для себя.
Источник питания IR2153 500Вт — предлагаю ознакомится, а при желании и повторить схему импульсного блока питания для усилителя мощности реализованной на широко известной IR2153. Это самотактируемый полу-мостовой драйвер, усовершенствованная модификация драйвера IR2151, который включает в себя программу высоковольтного полу-моста с генератором эквивалентным интегральному таймеру 555 (К1006ВИ1). Отличительная особенность чипа IR2153 заключается в улучшенных функциональных возможностях и не требующий особых навыков в его использовании, очень простой и эффективный прибор относительно раннее выпускаемых микросхем.
Отличительные свойства данного источника питания:
- Реализована схема защита от возможных перегрузок, а также защита при коротком замыкании в обмотках импульсного трансформатора.
- Встроена схема мягкого запуска блока питания.
- Имеет функцию защиты устройства по входу, которую выполняет варистор предохраняющий БП от бросков напряжения в электросети и его чрезмерного значения, а также от случайной подачи на вход 380v.
- Несложная в освоении и недорогая схема.
Характеристики, которыми обладает источник питания IR2153 500Вт
Номинальная выходная мощность — 200Вт, если использовать трансформатор с большей мощностью, то можно получить 500Вт.
Музыкальная или RMS мощность на выходе составляет — 300Вт. Можно получить 700Вт с трансформатором более высокой мощности.
Рабочая частота стандартная — 50кГц
Напряжение на выходе составляет — два плеча по 35v. В зависимости от того на какие напряжения намотан трансформатор можно снимать соответствующие значения выходного напряжения.
Коэффициент полезного действия составляет 92%, но также зависит от конструкции трансформатора.
Схема управления БП является штатной для чипа IR2153 и заимствована из его даташита. Модуль защиты от короткого замыкания и перегрузки имеет возможность настройки тока, при котором будет происходить отсечка с одновременным включением сигнального светодиода. При переходе источника питания в режим защиты при нештатной ситуации, он может прибывать в таком состоянии неограниченное время, хотя потребление устройством тока останется сравнимым с током холостого хода не нагруженного БП. Что касается образца моей модификации, то там защита настроена на ограничение мощности потребления блоком питания от 300 Вт, что дает гарантию от чрезмерной нагрузки, а следовательно и от избыточного нагрева, что в свою очередь чревато выходом из стоя полностью всего блока.
Момент тестирования с нагрузкой
Вот здесь лежит файл, там все относительно блока питания подробно расписано, а также имеются рекомендации как увеличить выходную мощность. Любой радиолюбитель прочитав этот материал в состоянии самостоятельно изготовить блок питания под необходимую ему мощность и соответственно напряжения на выходе.
Сжатая папка с методом расчета трансформатора и положенная к этому программа.
Скачать:
Скачать:
Программа для расчета номинальных значений компонентов для назначения необходимой частоты работы IR2153.
Скачать:
Печатная плата.
Скачать:
Печатная плата создана с расчетом установки в нее компьютерного трансформатора и выходных ультрабыстрых диодов типа MUR820 и BYW29-200, тем самым предоставляется возможность ее применения в источниках питания с мощностью в 250 Вт на выходе. Но имеется и уязвимое место — это площадка под конденсатор С3. Если не найдется подходящего по диаметру конденсатора, то тогда нужно будет плату незначительно раздвинуть.
Для ЛУТ печатную плату в зеркальном изображении делать не нужно.
Информационная статья по использованию драйверов IR.
Скачать:
Здесь немного измененный блок питания. Принципиальное его отличие от вышеизложенной схемы в устройстве реализованной защиты.
Долго меня волновала тема того, как можно использовать блок питания от компьютера в качестве питания усилителя мощности. Но переделывать блок питания - то ещё развлечение, особенно импульсный с таким плотным монтажом. Хоть я и привычный ко всяким фейерверкам, но домашних пугать очень не хотелось, да и опасненько это и для самого.
В общем, изучение вопроса привело к довольно простому решению, не требующему никаких особенных деталей и практически никакого налаживания. Собрал-включил-работает. Да и хотелось попрактиковаться в вытравливании печатных плат с помощью фоторезиста, так как в последнее время современные лазерные принтеры стали жадными до тонера, и привычная лазеро-утюжная технология не задалась. Результатом работы с фоторезистом я остался очень доволен, - для эксперимента на плате вытравил надпись линией толщиной 0,2мм. И она прекрасно получилась! Итак, довольно прелюдий, опишу схему и процесс сборки-наладки блока питания.
Блок питания на самом деле очень прост, собран практически весь из деталей, оставшихся после разборки не самого хорошего импульсника от компьютера, - из тех, в которые «не докладывают» деталей. Одна из этих деталей - импульсный трансформатор, который можно использовать без перемотки в блоке питания на 12В, или пересчитать, что тоже очень просто, на любое напряжение, для чего я использовал программу Москатова.
Схема блока импульсного блока питания :
В качестве компонентов были использованы следующие:
драйвер ir2153 - микросхема, используется в импульсных преобразователях для питания люминесцентных ламп, её более современный аналог - ir2153D и ir2155. В случае использования ir2153D диод VD2 можно исключить, так как он уже встроен в микросхему. У всех микросхем серий 2153 в цепи питания уже стоит встроенный стабилитрон на 15,6В, поэтому не стоит сильно заморачиваться с устройством отдельного стабилизатора напряжения для питания самого драйвера;
VD1 - любой выпрямительный с обратным напряжением не ниже 400В;
VD2-VD4 - «быстродействующие», с малым временем восстановления (не больше 100нс) например - SF28; На самом деле VD3 и VD4 можно исключить, я их не ставил;
в качестве VD4, VD5 - использован сдвоенный диод от компьютерного блока питания «S16C40″ - это диод «Шоттки», можно поставить любой другой, менее мощный. Нужна эта обмотка для питания драйвера ir2153 после того, как запустится импульсный преобразователь. Можно исключить и диоды и обмотку, если не планируется снимать мощность более 150Вт;
Диоды VD7-VD10 - мощные диоды «Шоттки», на напряжение не ниже 100В и ток не меньше 10 А, например - MBR10100, или другие;
транзисторы VT1, VT2 - любые мощные полевые, от их мощности зависит выходная, но сильно тут увлекаться не стоит, как и снимать с блока более 300Вт;
L3 - намотан на ферритовом стержне и содержит 4-5 витков провода 0,7мм; Эту цепочку (L3, C15, R8) можно вообще исключить, она нужна, чтобы немного облегчить режим работы транзисторов;
Дроссель L4 намотан на кольце от старого дросселя групповой стабилизации того же блока питания от компьютера, и содержит по 20 витков, мотается сдвоенным проводом.
Конденсаторы на входе можно поставить и меньшей ёмкости, их ёмкость можно примерно подобрать исходя и снимаемой мощности блока питания, примерно как 1-2мкФ на 1 Вт мощности. Не стоит увлекаться конденсаторами и ставить на выход блока питания ёмкости больше 10000 мкФ, так как это может привести к «салюту» при включении, так как они при включении требуют значительного тока для зарядки.
Теперь пару слов о трансформаторе. Параметры импульсного трансформатора определены в программе Москатова и соответствуют Ш-образному сердечнику со следующими данными: S0 = 1,68 кв.см; Sc = 1,44 кв.см; Lср.л. = 86см; Частота преобразования - 100кГц;
Получившиеся расчётные данные:
Обмотка 1 - 27 витков 0,90мм; напряжение - 155В; Намотана в 2 слоя проводом, состоящим из 2 жил по 0,45мм; Первый слой - внутренний содержит 14 витков, второй слой - наружний содержит 13 витков;
обмотка 2 - 2 половины по 3 витка проводом 0,5мм; это - «обмотка самопитания» на напряжение около 16В, мотается проводом так, чтобы направления намотки были в разную сторону, средняя точка выводится наружу и подключается на плате;
обмотка 3 - 2 половины по 7 витков, намотана так же многожильным проводом, сначала - одна половина в одну сторону, потом через слой изоляции - вторая половина, в противоположную сторону. Концы обмоток выведены наружу в «косу» и подключаются в общую точку на плате. Обмотка рассчитана на напряжение около 40В.
Таким же образом можно рассчитать трансформатор на любое нужное напряжение. У меня собраны 2 таких блока питания, - один - для усилителя на TDA7293, второй - на 12В для питания всяческих поделок, - используется в качестве лабораторного.
Блок питания для усилителя на напряжение 2х40В:
Импульсный блок питания на 12В:
Блок питания в сборе в корпусе:
Фото испытаний импульсного блока питания, - того, что для усилителя с помощью эквивалента нагрузки из нескольких резисторов МЛТ-2 по 10Ом, включаемых в разной последовательности. Целью было получить данные о мощности, падении напряжения и разности напряжений в плечах +/- 40В. По итогам у меня получились такие параметры:
Мощность - около 200Вт (больше не стал пытаться снимать);
напряжение, в зависимости от загрузки - 37,9-40,1В во всём диапазоне от 0 до 200Вт
Температура на максимальной мощности 200Вт после тестового прогона в течение получаса:
трансформатора - около 70град.цельсия, радиатора диодов без активного обдува - около 90 град.цельсия. С активным обдувом - быстро приближается к комнатной и практически не греется. В итоге радиатор был заменён, и на следующих фото блок питания уже с другим радиатором.
При разработке блока питания были использованы материалы сайта vegalab и radiokot, на форуме «Веги» очень подробно описан этот блок питания, так же есть варианты блока с защитой от КЗ, что есть неплохо. У меня например при случайном КЗ мгновенно сгорела дорожка на плате во вторичной цепи
Внимание!
Первое включение блока питания следует производит через лампу накаливания мощностью не более 40Вт. При первом включении в сеть она должна на короткое время вспыхнуть и погаснуть. Светиться она практически не должна! При этом можно проверить выходные напряжения и попробовать несильно нагрузить блок (не больше 20Вт!). Если всё в порядке, - лампочку можно убирать и приступать к испытаниям.
