Блок питания на ир2153. Импульсные блоки питания на IR2153: обзор схем, особенности и практические рекомендации — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работают импульсные блоки питания на IR2153. Какие преимущества и недостатки у этой микросхемы. Какие схемы можно реализовать на IR2153. На что обратить внимание при проектировании блока питания на IR2153.

Содержание

Принцип работы импульсного блока питания на IR2153

IR2153 — это специализированная микросхема для управления полумостовыми импульсными преобразователями. Она генерирует два комплементарных сигнала для управления ключами полумоста с фиксированной «мертвой зоной» между их включениями. Это позволяет реализовать эффективный импульсный преобразователь с минимальным количеством внешних компонентов.

Основные особенности IR2153:

Встроенный генератор с частотой до 1 МГц
Фиксированное время «мертвой зоны» между переключениями
Высоковольтный драйвер верхнего ключа
Защита от пониженного напряжения питания
Возможность синхронизации от внешнего источника

Для работы IR2153 требуется минимум внешних компонентов — в базовой схеме это резистор и конденсатор для задания частоты, бутстрепный конденсатор для питания драйвера верхнего ключа и силовые ключи.

Преимущества использования IR2153 в импульсных блоках питания

Использование специализированной микросхемы IR2153 дает ряд преимуществ при разработке импульсных источников питания:

Простота схемы — минимум внешних компонентов
Высокая надежность за счет встроенных защит
Возможность работы на высоких частотах (до 1 МГц)
Встроенная «мертвая зона» исключает сквозные токи
Широкий диапазон входных напряжений (до 600В)
Низкая стоимость готового решения

Благодаря этим особенностям IR2153 часто используется в недорогих импульсных блоках питания средней мощности (до 500 Вт).

Типовые схемы импульсных блоков питания на IR2153

На базе IR2153 можно реализовать несколько типовых схем импульсных преобразователей:

1. Обратноходовой преобразователь

Самая простая топология для маломощных источников питания (до 100 Вт). Требует минимум компонентов, но имеет ограниченную выходную мощность.

2. Полумостовой преобразователь

Классическая схема на IR2153. Позволяет получить мощность до 300-500 Вт при использовании одной микросхемы. Требует трансформатор с двумя первичными обмотками.

3. Двухтактный преобразователь

Более сложная схема, требующая двух IR2153 и четырех ключей. Позволяет получить мощность свыше 500 Вт. Имеет лучшие показатели по КПД и пульсациям.

Особенности проектирования блоков питания на IR2153

При разработке импульсного источника питания на IR2153 следует учитывать несколько важных моментов:

Правильный выбор частоты преобразования (обычно 50-200 кГц)
Расчет трансформатора с учетом выбранной частоты
Выбор силовых ключей с запасом по напряжению и току
Обеспечение надежного отвода тепла от силовых элементов
Разработка цепей обратной связи и стабилизации выходного напряжения

Реализация дополнительных схем защиты (от перегрузки, КЗ и т.д.)

Правильный учет этих факторов позволит создать надежный и эффективный источник питания на базе IR2153.

Ограничения и недостатки IR2153

Несмотря на простоту применения, IR2153 имеет ряд ограничений:

Фиксированная «мертвая зона» не оптимальна для всех режимов
Отсутствие встроенной защиты от перегрузки по току
Нет возможности регулировки выходного напряжения
Ограниченная максимальная выходная мощность (до 300-500 Вт)
Чувствительность к помехам в цепи задания частоты

Эти недостатки следует учитывать при выборе IR2153 для конкретного применения. В ряде случаев более подходящим может оказаться использование ШИМ-контроллеров, например TL494 или UC3842.

Практические рекомендации по применению IR2153

На основе опыта разработки блоков питания на IR2153 можно дать несколько практических рекомендаций:

Используйте качественные компоненты в цепи задания частоты
Обеспечьте хорошую развязку по питанию микросхемы
Применяйте снабберные цепи для защиты ключей
Реализуйте дополнительную токовую защиту на отдельных элементах
Используйте оптронную развязку в цепи обратной связи
Тщательно отработайте тепловые режимы силовых элементов

Соблюдение этих рекомендаций поможет создать надежный и долговечный импульсный источник питания на базе IR2153.

Сравнение IR2153 с альтернативными решениями

Для оценки применимости IR2153 в конкретном проекте полезно сравнить ее с альтернативными вариантами:

Параметр	IR2153	TL494	UC3842
Максимальная частота	1 МГц	300 кГц	500 кГц
Регулировка выходного напряжения	Нет	Есть	Есть
Защита от перегрузки	Нет	Есть	Есть
Сложность применения	Низкая	Средняя	Средняя
Стоимость решения	Низкая	Средняя	Средняя

Как видно, IR2153 выигрывает по простоте и стоимости, но проигрывает в функциональности. Выбор конкретного решения зависит от требований проекта.

SMPS IR2153 и трансформаторы ATX

Статус: Закрыто для дальнейших ответов.

Перейти к последнему

Dzony988

Участник

09.04.2011 15:27

09.04.2011 15:27

.
Разбираю много трансов ATX. и все одинаковые, только отличаются тиками проводов и размером ферритового сердечника. Количество витков одинаковое.
Я хочу использовать шины 12 В (без заземления, то есть 14 витков) от трансформатора, чтобы получить +-50 В постоянного тока или более, изменяя частоту IR2153. Я использую две пары драйверов IR2153 и Mosfet IRF740 для двух ATX-трансов, два моста на вторичной стороне.
Для +15В для питания IR2153 использую IRF730 с 330К и ZD15V на затворе и ZD15 с 100мкФ и 100нФ на сорсе.

Выходные мосты 4xMBR10100 ич.
Это лучшее предположение, которое у меня было.
Что вы думаете об этом?
(Подумай еще, на схеме, на первичной стороне +знаки ошибочны)

Можно использовать одну пару IR2153+MOS-FET даже с двумя трансформаторами. обе первичные обмотки могут быть соединены параллельно, а вторичные последовательно с правильной полярностью, чтобы получить +-50 В или более. со стандартным трансформатором ATX smps вы можете получить около +-25 В при большой нагрузке и до +-33 В без нагрузки. соедините 2 из них последовательно, чтобы получить почти вдвое больше. используйте всего 4 диода Шотки для выпрямления, и не забудьте добавить схему защиты от перегрузки по току, иначе все взорвется при КЗ или даже при пуске из-за большого пускового тока конденсаторов.
дальнейшее улучшение, которое можно сделать, чтобы повысить эффективность, если бы вы могли демонтировать сердечник трансформатора и добавить зазор 0,3 мм, чтобы уменьшить индуктивность намагничивания примерно до 500-700 мкГн и использовать последовательный конденсатор 0,22 мкФ, тогда транзисторы могут работать в zvs и им даже не нужен радиатор до 200-300Вт.
резистор Rf должен быть только 10k и Cf=1nf. у вас будет около 70 кГц. трансформатор также будет охлаждаться из-за меньшего магнитного потока и нагреваться только тогда, когда потребление тока будет высоким, но для аудиоприложений это не является серьезной проблемой, отношение пикового значения к среднему достаточно велико, чтобы не создавать значительного повышения температуры. вверх.

Dzony988
Участник
09.04.2011 19:02
#4
09.04.2011 19:02

Конечно, если их перемотать. Тогда ты сможешь получить все, что захочешь. Вы можете получить 400 Вт от одного EI33 (типичное дешевое ядро блока питания), но это уже слишком. С другой стороны, они будут вполне довольны мощностью 300 Вт каждый, так что ваша цель в 600 Вт будет достигнута.
Проблема в том, что существует множество вариантов, в разных источниках питания используются немного разные трансформаторы в зависимости от рабочей частоты и выходного тока. Лучший способ — разобрать их и перемотать. Я уверен, что вы можете найти медный провод. Проволока 0,3 мм — самая универсальная проволока, которую я когда-либо использовал. Достаточно тонкие, чтобы намотать GDT на эти маленькие сердечники EE-16, а когда вам понадобится больший ток, просто соедините несколько проводов и скрутите их вместе. Самодельный литцендрат.
Могу ли я просто увеличить частоту переключения и использовать обмотку 5 В без большого заземления (это 8 витков). Обмотка 5 В имеет провод 3×0,8 мм, что означает гораздо больший ток, чем обмотка 12 В, где один провод 0,8 мм и 14 витков без большого заземления.
Исходная частота переключения на atx smps составляет около 50 кГц, если увеличить до 90 кГц, могу ли я получить +-50 В на обмотке 5 В, и как насчет последовательного включения конденсатора с первичной обмоткой? Какова его функция вообще и значение в зависимости от частоты переключения.
Это «большое заземление» необходимо для полумостового питания, потому что оно имеет двухполупериодный выходной сигнал — в основном это две одинаковые вторичные обмотки, которые выпрямляются двумя диодами в один выход. Обычно они наматываются как одна обмотка с центральным отводом, соединенным с землей. Есть небольшая хитрость с выходом 12 В, которая позволяет ему не иметь центрального ответвления.
При увеличении частоты коммутации увеличиваются потери в проводе. Выходное напряжение остается прежним, потому что, поскольку вы никаким образом не модифицировали трансформатор, соотношение витков первичной и вторичной обмотки остается прежним. Конденсатор на первичной стороне предназначен для блокировки смещения постоянного тока, которое может привести к насыщению сердечника трансформатора и взрыву транзисторов. Помните, что сопротивление обмоток постоянному току очень низкое — переключающие транзисторы воспринимают это как высокое сопротивление только из-за индуктивности, которую сердечник оказывает на эту обмотку. Когда сердечник насыщается, индуктивность падает до нуля, и ваши транзисторы, по сути, вызывают короткое замыкание.
Ipk — пиковый ток в первичной обмотке трансформатора
Ton max — максимальное время включения в мкс — это 1/частота в кГц*макс. рабочий цикл*1000
Vdroop — допустимое падение напряжения на конденсаторе. Этот конденсатор формирует сигнал с «падением», он становится не прямоугольным, а имеет нисходящий наклон. Падение напряжения на этой крутизне должно быть не более 10% от напряжения на первичных конденсаторах, поэтому оно должно быть около 10-15 В для источника питания 230 В.
Вы увидите, что размер этого конденсатора в большинстве (если не во всех) компьютерных блоках питания слишком мал, потому что он недешев. Меньшее значение конденсатора = более высокое падение напряжения = более высокий первичный ток = более высокие потери. Вы можете просто использовать несколько параллельно, чтобы получить более высокое значение. При выходной мощности 500 Вт подойдет конденсатор 4,7 мкФ. Излишне говорить, что это ДОЛЖНА быть крышка типа MKT / MKP (хотя вы можете попробовать электролитическую, это будет интересно).
Что ж, если у вас нет первичного ограничения тока, наиболее вероятным выходом из строя являются первичные транзисторы. Первичный ток обычно измеряется через трансформатор драйвера, если вы используете биполярные транзисторы для силовых ключей.
Для полевого МОП-транзистора рассеяние — это первичный среднеквадратический ток по сравнению с RDS (вкл.). Поскольку в полумосте два ключа, вы делите полученное значение на два, чтобы получить рассеивание в каждом MOSFET. Но MOSFET RDS(on) зависит от температуры, поэтому вам следует следовать графикам в таблице данных, чтобы найти сопротивление при ожидаемой рабочей температуре. Кстати, у вас есть три основные ошибки в вашей схеме.
1. Суть полумоста/полного моста заключается в двухполупериодном выпрямлении, так почему же вы подключаете только половину вторичной обмотки трансформатора? И вам нужно только два диода (или один двойной диод) на выход. Вот почему у вас есть трансформатор с центральным отводом.
2. Нет выходной катушки индуктивности. Результатом будут высокие пульсации и преждевременный выход из строя конденсаторов. Род Эллиот может быть хорошим звукоинженером, но он совершенно не имеет ни малейшего представления о переключении источников питания.
3. Нет положения для регулирования. Отсутствие регулирования не только приводит к огромной разнице между напряжениями холостого хода и напряжения нагрузки (импульсные трансформаторы сами по себе регулируют намного хуже, чем сетевые трансформаторы), но и вынуждает вас использовать очень большие первичные конденсаторы, потому что все пульсации частоты сети будут проходить через них. .
Следующий вопрос: как рассчитать первичный среднеквадратичный ток, я полагаю? Тебе действительно стоит пойти почитать несколько книг. Я рекомендую «Switching Power Supply Design Third Edition» как лучшую книгу для начинающих. Он не объясняет всего и имеет привычку отсылать вас обратно к половине книги, чтобы найти формулу, но его легко понять.
Но как получить положительное/отрицательное напряжение при параллельном соединении обеих обмоток, спросите вы? Это может быть не сразу очевидно, но проверьте вложение. Недостатком является то, что вам понадобятся диоды, подключенные «наоборот» (общий анод) для отрицательной шины. Таким образом, вам придется использовать двойные диоды как одиночные. Но я уверен, что у вас их достаточно.
Привет,
чтобы не было проблем, советую IR21531D, Также упрощает схему, т. к. в него включен бутстрепный диод.
Основная причина в том, что этот чип был модернизирован по сравнению с IR2151.
, особенно в последовательности загрузки.
Одно предложение, пожалуйста, добавьте схему плавного пуска для IR2153, этот чип не имеет функции плавного пуска, возможно, когда-нибудь вызовет одностороннее насыщение петли гистерезиса. Другой выбор — TL494 ИЛИ SG3525, функция SS внутри.
однако я решил проблему на старте 21531. при наличии короткого замыкания или высокого поглощения. Прилагаю фото просто для любопытства. работал с 2002 по 2007 без проблем в усилителях класса H.
Я думаю, что это работает лучше, меньше RFI / EMI некоторых нерегулируемых на рынке.
где-то на этом форуме я уже выкладывал схему.
Привет,
, конечно, не так просто разработать эффективную защиту для 21531.
Но так как они хотели использовать 2151.
TL494 хорош, Также вы можете добавить драйвер, например. IR21xx или трансформатор для управления полевым транзистором.
однако я решил проблему на старте 21531. при наличии короткого замыкания или высокого поглощения. Прилагаю фото просто для любопытства. работал с 2002 по 2007 без проблем в усилителях класса H.
Я думаю, что он работает лучше, меньше RFI / EMI некоторых нерегулируемых на рынке.
где-то на этом форуме я уже выкладывал схему.
Привет,
думаю проблема сосредоточена на защите по току (особенно при запуске), а не на том что происходит при 290 В переменного тока. Решается это по-разному, в зависимости от того сколько стоит БП. (здесь используется варистор)
Когда я разрабатывал этот smps, компания задала два ключевых параметра. компактный, низкая стоимость производства, большой выходной импульсный ток, прочный и надежный, если они пропускают MOSFET-усилитель.
Этот БП очень простой, но в нем есть все необходимое (у меня ничего не сохранилось).
Все выходы в фильтре L-C.
ну и как решить, что у ir21531 высокий УФЛО и потом, гонит мосфет уже на полную мощность? (IR21531 не имеет управляющего контакта DT)
Затем, поскольку IR215xx основан на 555, я могу изменять рабочий цикл, изменяя порог на контакте CX. один BC337 и несколько компонентов, участвующих в этой функции. Простой! при запуске полумост не сбалансирован на низком уровне, обратно медленно балансируется, если выход свободен (без короткого замыкания или перегрузки) время запуска 2 сек.
Токовая защита вне запуска очень проста.
Все можно исправить , если есть опыт, я думаю.
У меня нет времени на видео но уверяю вас что тысячи отработали за пять лет и ни разу не взорвались. (ампер.. да)
Этот БП, тока снят с производства.
С уважением