Как работает импульсный блок питания на IR2153. Какие компоненты нужны для его сборки. Как правильно собрать и настроить такой блок питания. Какие меры безопасности необходимо соблюдать при работе с высоким напряжением.
Принцип работы импульсного блока питания на IR2153
Импульсный блок питания на микросхеме IR2153 представляет собой эффективное решение для создания стабилизированного источника питания. Рассмотрим основные принципы его работы:
- IR2153 — это специализированная микросхема, совмещающая в себе функции ШИМ-контроллера и драйвера силовых ключей
- Микросхема генерирует импульсы управления для силовых MOSFET-транзисторов, работающих в ключевом режиме
- За счет высокочастотного переключения транзисторов обеспечивается эффективное преобразование напряжения
- Обратная связь по выходному напряжению позволяет поддерживать стабильное выходное напряжение при изменении нагрузки
Какие преимущества дает использование IR2153 в импульсном блоке питания? Во-первых, это простота схемотехнического решения — микросхема требует минимум внешних компонентов. Во-вторых, высокая эффективность преобразования энергии — КПД такого блока питания может достигать 80-90%. В-третьих, компактность конструкции за счет работы на высокой частоте.
Основные компоненты схемы импульсного блока питания
Для сборки импульсного блока питания на IR2153 потребуются следующие ключевые компоненты:
- Микросхема IR2153
- Силовые MOSFET-транзисторы (например, IRF840)
- Высокочастотный трансформатор
- Выпрямительные диоды (например, MBR3045PT)
- Фильтрующие конденсаторы
- Дроссели
- Резисторы для задания режимов работы
Какую роль играет каждый из этих компонентов? Микросхема IR2153 является «мозгом» устройства, генерируя управляющие импульсы. MOSFET-транзисторы выполняют роль силовых ключей, коммутируя ток в первичной обмотке трансформатора. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку и преобразование напряжения. Диоды выпрямляют высокочастотное напряжение на вторичной обмотке. Конденсаторы и дроссели образуют выходной фильтр, сглаживая пульсации.
Схема импульсного блока питания на 13.8В 10А
Рассмотрим пример схемы импульсного блока питания на IR2153 с выходным напряжением 13.8В и током до 10А:
- На входе установлен сетевой фильтр и выпрямитель на диодном мосте KBU606
- IR2153 питается через ограничительный резистор 27 кОм от выпрямленного напряжения
- Выходы IR2153 управляют двумя MOSFET IRF840 через резисторы 10 Ом
- В качестве силового трансформатора используется трансформатор от ATX блока питания
- На выходе установлены быстрые диоды MBR3045PT и LC-фильтр
- Обратная связь организована через оптрон PC817 и стабилитрон TL431
Как работает данная схема? IR2153 генерирует противофазные импульсы для управления MOSFET-транзисторами. Транзисторы поочередно коммутируют ток в первичной обмотке трансформатора. На вторичной обмотке формируется переменное напряжение, которое выпрямляется диодами и фильтруется LC-фильтром. Оптронная обратная связь обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.
Расчет и выбор компонентов
При проектировании импульсного блока питания важно правильно рассчитать и выбрать компоненты. На что следует обратить внимание:
- Мощность трансформатора должна соответствовать требуемой выходной мощности с запасом 20-30%
- Рабочее напряжение конденсаторов первичной цепи — не менее 400В
- Ток MOSFET-транзисторов должен быть в 2-3 раза выше расчетного
- Диоды вторичного выпрямителя выбираются с двукратным запасом по току
- Индуктивность выходного дросселя рассчитывается исходя из требуемых пульсаций тока
Как правильно рассчитать номиналы компонентов? Для расчета частоты преобразования используется формула f = 1 / (1.38 * (R * C)), где R — сопротивление резистора, подключенного к выводу 3 IR2153, C — емкость конденсатора на выводе 3. Коэффициент заполнения ШИМ можно задать резистором на выводе 2. Номинал ограничительного резистора питания IR2153 рассчитывается по закону Ома с учетом входного напряжения и тока потребления микросхемы.
Сборка и настройка импульсного блока питания
После расчета и подбора компонентов можно приступать к сборке устройства. Какие этапы нужно пройти:
- Изготовление печатной платы по предоставленному чертежу
- Монтаж компонентов на плату согласно схеме
- Намотка трансформатора (если используется самодельный)
- Сборка конструкции в корпус с обеспечением теплоотвода
- Настройка выходного напряжения подстроечным резистором
- Проверка работы при различных нагрузках
Как правильно выполнить намотку трансформатора? Для намотки используется ферритовый сердечник подходящего размера. Первичная обмотка наматывается проводом 0.5-0.8 мм, вторичная — проводом 1-1.5 мм в зависимости от мощности. Количество витков рассчитывается исходя из требуемых напряжений и частоты преобразования. Важно обеспечить качественную изоляцию между обмотками.
Меры безопасности при работе с импульсным блоком питания
При сборке и эксплуатации импульсного блока питания необходимо соблюдать следующие меры безопасности:
- Использовать качественные изолированные инструменты
- Не прикасаться к цепям под напряжением
- Обеспечить надежное заземление корпуса устройства
- Использовать предохранители соответствующего номинала
- Не превышать максимально допустимую нагрузку
- Обеспечить хорошую вентиляцию для отвода тепла
Какие опасности подстерегают при работе с импульсным блоком питания? Во-первых, это высокое напряжение на входе и в первичных цепях, которое может привести к поражению электрическим током. Во-вторых, возможность выхода из строя компонентов с их перегревом и возгоранием. В-третьих, генерация высокочастотных помех, способных нарушить работу чувствительной аппаратуры. Поэтому важно строго соблюдать правила техники безопасности и не пренебрегать защитными мерами.
Возможные неисправности и способы их устранения
При эксплуатации импульсного блока питания могут возникнуть различные неисправности. Рассмотрим наиболее типичные из них:
- Отсутствие выходного напряжения — проверить предохранитель, наличие питания на IR2153, исправность MOSFET-транзисторов
- Нестабильное выходное напряжение — проверить цепь обратной связи, заменить оптрон
- Повышенный нагрев компонентов — проверить правильность расчета и монтажа, улучшить теплоотвод
- Выход из строя при включении — проверить цепи защиты, ограничительные резисторы
Как локализовать неисправность в импульсном блоке питания? В первую очередь нужно проверить наличие напряжений в контрольных точках схемы. Затем проверить исправность ключевых компонентов — микросхемы IR2153, MOSFET-транзисторов, диодов выпрямителя. Важно также осмотреть плату на предмет повреждений, обгоревших деталей или некачественных паек. При необходимости заменить вышедшие из строя элементы на аналогичные.
Модификации и улучшения базовой схемы
Базовую схему импульсного блока питания на IR2153 можно модифицировать для улучшения характеристик. Какие модификации возможны:
- Добавление цепей плавного пуска для снижения пусковых токов
- Установка схемы защиты от перегрузки и короткого замыкания
- Применение синхронного выпрямителя для повышения КПД
- Использование ШИМ-контроллера с расширенным функционалом
- Добавление фильтров электромагнитных помех
Как реализовать защиту от перегрузки? Можно использовать токовый трансформатор в первичной цепи, сигнал с которого подается на компаратор. При превышении током заданного порога компаратор отключает IR2153 через вывод shutdown. Для защиты от короткого замыкания устанавливается быстродействующий предохранитель в выходной цепи. Применение синхронного выпрямителя на MOSFET-транзисторах вместо диодов позволяет снизить потери и повысить КПД, особенно при низких выходных напряжениях.
Switched Power Supply SMPS 13.8V 10A using IR2153 IC and IRF840, with PCB
| 13.8V-SMPS-Power-Supply-Using-IR2153-IC-and-IRF840-Mosfet |
Эта схема является простой конструкцией для источника питания SMPS с использованием IR2153 IC . Этот чип, который имеет только 8 контактов , функционирует как контроллер PWM , что позволяет создать высокопроизводительный и экономичный нерегулируемый импульсный источник питания для базовых проектов.
Выходное напряжение этого источника питания установлено на 13,8 В и может регулироваться с помощью подстроечного потенциометра RV1 . Он также обеспечивает постоянный ток 10А на своем выходе.
Вас могут заинтересовать:
- Малошумящий высокочастотный повышающий преобразователь постоянного тока на 4 А с использованием MAX1709 и печатной платы
- Регулируемый источник питания от 1,5 до 28 В, 7,5 А с IC LT1083 + печатная плата
- Регулируемый источник питания 1,2–37 В, 6 А, защита от короткого замыкания с помощью LM317 и TIP36 + плата
- Регулируемый импульсный источник питания, 5,1–40 В, 2,5 А с использованием L4960 + плата
- Симметричный регулируемый источник питания, 1,25–47 В, 10 А с Защита от короткого замыкания + плата
- Регулируемый источник питания от 1,25 до 57 В, 6 А с TIP36C + LM317HV + плата
- Регулируемый источник питания от 1,25 до 33 В, 3 А с LM350 + плата
- Стабилизированный источник питания 13,8 В, высокий 10 А с платой
Цепь
Схема в основном состоит из 8 основных ступеней:
Цепь защиты : Включает предохранитель 5А/250В, который срабатывает, если ток превышает ток отключения предохранителя.
В то же время у нас также есть NTC ( отрицательный температурный коэффициент ), это ограничитель импульсного тока, эту же топологию можно найти в большинстве источников питания SMPS, таких как блоки питания для ноутбуков, блоки питания для ПК, компьютеры AT / Блоки питания ATX и т. д.
Фильтр переходных процессов : Этот шаг состоит из начального емкостного фильтра, который предотвращает возвращение высоких частот в сеть или наоборот, и вскоре после этого катушки фильтра электромагнитных помех, которая служит для ослабления высокочастотного шума.
Первичное выпрямление : Состоит из выпрямительного моста D1.
Первичный фильтр : Состоит из конденсаторов C4 и C5.
Переключение : Состоит из ШИМ-генератора и силовых МОП-транзисторов IRF840.
Трансформатор : Трансформатор представляет собой высокочастотный Chopper Trafo и выполняет изоляцию и высокочастотное преобразование сигнала, генерируемого набором ШИМ и переключающими транзисторами.
Быстрое выпрямление : Образован диодом D3, это быстрый и двойной диод, так как частота генерации в цепи достаточно высока.
- Выходной фильтр : Состоит из катушки индуктивности L2 и конденсатора C9.
Эта цепь работает напрямую от электрической сети, это чрезвычайно опасно, любая небрежность или неправильное подключение, ошибка проектирования или любой другой случай может привести к необратимому повреждению.
Мы не несем ответственности ни за какие происшествия. Если у вас недостаточно опыта, не стройте эту схему, а если будете строить, то при тестировании убедитесь, что у вас есть надлежащая защита и вас сопровождает кто-то еще.
Схема ШИМ
Питание микросхемы IR2153 осуществляется через резистор ограничения мощности 27K 5 Вт вместе с конденсатором C5 . Во внутреннем корпусе этой ИМС уже стоит стабилитрон 15,6В , который стабилизирует это напряжение, но ток мал.
Итак, будьте осторожны, не ставьте резистор R3 с меньшим сопротивлением, так как это увеличит ток на входе IC , и стабилитрон может сломаться и, следовательно, сжечь IC .
Улучшенным решением будет поставить стабилитрон 15V для обеспечения стабилизации напряжения IC защиты, что при желании можно сделать.
Если вы используете IR2153D, , нет необходимости использовать диод D2 , который является FR107 или BA159 , так как этот IC уже имеет этот диод внутри, если это диод IR2153 « без буквы D «, оставить как есть на схеме « с диодом D2 «.
Полная принципиальная схема показана чуть ниже на Рисунок 2 , как схема, так и материалы доступны для скачивания по ссылке ниже.
| Рисунок-2-Схема-Схема-ИБП-13,8В-10А-источник питания |
Нет необходимости перематывать трансформатор, просто обратите внимание на распиновку, которую мы будем использовать для Trafo, как показано на рисунке 3 ниже.
| Рис.3-ATX-блок питания-схема подключения проводов Trafo |
Использовалась модель Trafo EI-35A , но мы также можем использовать любой другой блок питания AT или ATX, соответствующий тем же стандартам, например, модели EI-33, ER35, TM3341101QC, ERL35, EI28 и т. д., как показано на рисунке 4 . ниже.
| Рис.4-ATX-Power -Supply-Transformer-Model-E-35A |
он и не вносил никаких изменений, а Дроссель L2 , с выхода Фильтр электромагнитных помех .
Вы также можете использовать обрезки блока питания AT/ATX, но если вы хотите намотать свой собственный фильтр, вы можете намотать его на ферритовый тороидальный сердечник.
Намотка должна выполняться с использованием обмотки с тороидальным сердечником, с катушкой из суперэмалированного медного провода 0,6 мм с 25 витками .
Список компонентов
- Полупроводники
- CI1 ……… Интегральная схема IR2153D или IR2153 ( См. текст )
- Q1, Q2 … IRF840 MOSFET-транзисторы
- D1 ………. KBU606 Диодный мост (или эквивалент)
- D2 ……… FR107 или BA159 Быстродействующий диод (или эквивалент)
- D3 ………. MBR3045PT Быстродействующие диоды (или эквивалент)
- Резисторы
- R1, R2 …. Резистор 150 кОм — ( коричневый , зеленый, желтый, золотой )
- R3 ………. Резистор 27 кОм 5 Вт – ( красный, фиолетовый, оранжевый, золотой )
- R4 ……….. Резистор 8K2 Ом – ( серый, красный, красный, золотой )
- Резистор R5, R6 … 10 Ом – ( коричневый, черный, черный, золотой )
- RV1 . …… Подстроечный резистор 47 кОм
- NTC1….. Термистор 5 Ом
- Конденсаторы
- C1, C2 … 470 нФ — 400 В Полиэфирный конденсатор 2
- C3, C4 … 3 Электролитический конденсатор
- C5, C7 … 100 мкФ — 25 В Электролитический конденсатор
- C6 ………. 680 пФ Полиэфирный конденсатор
- C8 ………. 2,2 мкФ — 400 В Полиэфирный конденсатор
- C9 ………. 2200 мкФ — 25 В Электролитический конденсатор
- Разное
- L1, L2 … Катушка индуктивности *см. текст
- TR1 ……. Трансформатор *см. текст
- F1 ………. 5A Предохранитель под пайку
- Другое…… Провод, припой, пластина, И т. д.
…… Подстроечный резистор 47 кОмПечатная плата
Мы предоставляем печатную плату — , в файлах GERBER, PDF и PNG. Эти файлы доступны для скачать бесплатно , на МЕГА сервере , по прямой ссылке, без обхода.
Все для того, чтобы вам было проще выполнить более оптимизированную сборку дома или в компании, которая печатает платы.
Вы можете скачать файлы в опции «Загрузить» ниже.
Файлы для скачивания, Прямая ссылка:
Нажмите на ссылку рядом с: GERBER, PDF и PNG файлы
Вы можете увидеть официальный пост, нажав здесь!
fvml.com.brЕсли у вас есть какие-либо вопросы, предложения или исправления, пожалуйста, оставьте их в комментариях, и мы ответим на них в ближайшее время.
Подписывайтесь на наш блог!!! Нажмите здесь — elcircuits.com!!!
С уважением!!!
источник питания — проектирование схемы понижающего преобразователя
Заметки по применению — это то, как вы изучаете, как проектировать что-либо, связанное с электроникой, в сложных случаях, когда нет установленной книги и обычно требуется слушать скучного лектора, болтающего на три месяцы, так и не научив вас, как создавать их с нуля. Например, вы вряд ли найдете хорошее объяснение того, как спроектировать частотно-регулируемый привод для двигателя переменного тока или почему он работает, кроме того, что это причудливый инвертор мощности.
International Rectifier имеет, или имел , приложение с разделом по созданию 15-вольтового импульсного источника питания с входным напряжением 40–350 В постоянного тока, из которых вы можете просто использовать мостовой выпрямитель, колпачки фильтра и некоторые предохранители и питать его от выпрямленной сети. переменного тока. Приложение 1044, стр. 15. Если вы не собираетесь использовать его для питания ноутбука и жестких дисков, конструкция, поставляемая с IR2153, должна быть приемлемой для тестирования и изучения понижающих преобразователей/SMPS, вы можете просто использовать понижающие модули из TI или где-то еще для ваших других рельсов, лично мне больше всего нравится LMZM23600, хотя он не соответствует вашим текущим спецификациям.
Модель 2153 можно рассматривать как таймер 555 (ваши ШИМ-часы) с драйвером затвора ( ваш коммутатор ), поэтому, если вы знакомы с ними, это не должно быть слишком сложно. чтобы узнать о понижающих преобразователях / поставках режима переключения с 2153. Если я правильно помню схему, там есть программируемая микросхема опорного напряжения, которая управляет выходным напряжением. Это может быть не приложение для SMPS в частности, но оно, безусловно, предоставляет вам схему, которую вы могли бы использовать/покрутить, чтобы узнать о том, как они работают. Вы также можете использовать Analog LTC4367 в качестве гистерезисного регулятора напряжения, как указано в его техническом описании, он использует меньше деталей, хотя вы, конечно, не сможете подключить к нему сетевой выпрямленный переменный ток.
Что касается тепловыделения, то при использовании полевых МОП-транзисторов с низким значением RDSon у вас не должно возникнуть особых проблем, если таковые имеются. Есть приложения по расчету тепла, рассеиваемого в окружающую среду и на корпус/термопрокладку от Texas Instruments и Maxim, вы можете найти их в Google.
Если я правильно помню, одно из уравнений было (TjMAX — TjAMB) / (тепловое сопротивление) , IE- (125-25) / 83 = 1,2 Вт , поэтому вы можете безопасно рассеять 1,2 Вт без радиатора, и если ваш MOSFET имеет RDSon, скажем, 23 мОм, 92 * Р = Р . Вы, безусловно, должны быть в порядке с 3D-печатной коробкой, если вы используете хорошие компоненты, имеете хороший дизайн и обеспечиваете теплоотвод / воздушный поток, если это необходимо. Вы также должны знать, при какой температуре плавится ваш пластик, не помешало бы иметь компаратор и аналоговый датчик температуры, управляющий полевым МОП-транзистором, чтобы отключить все это, если оно достигнет опасной температуры. Сами ваши жесткие диски в любом случае не должны потреблять много энергии с самого начала.
Мои пять копеек, лично я бы даже не подумал о том, чтобы использовать собственный SMPS для питания жестких дисков и ноутбука, это просто не стоит потраченного времени. Вы, конечно, могли бы это сделать, и вы, безусловно, могли бы изучить каждую схему SMPS в Интернете, но, в конце концов, вы полагаетесь на дизайн, который вы придумали / скопировали, не зная много о дизайне или о том, как он работает.
. Многие схемы, которые вы найдете, будут взяты с какого-то универсального веб-сайта «бесплатных схем», и некоторые из этих схем совершенно опасны. Питать ноутбук от того, что вы разработали, не очень хорошая идея, не стоит иметь тлеющий / взрывающийся ноутбук, вам лучше просто использовать адаптер, предоставленный производителем, таким образом вы можете пожаловаться им, что они взорвали твой ноутбук. Вы можете просто использовать дешевый блок питания ПК для своих жестких дисков (, так как они уже предназначены для этого в любом случае ) и всего, что к ним подключено, а затем припаять несколько проводов от клемм переменного тока внутри корпуса блока питания ( желательно после предохранителя ….), проложите провода через отверстие, подключите провода к стандартной розетке и подключите к ней зарядное устройство для ноутбука. Я бы не стал разбирать ни одну часть блока питания, слишком многое может пойти не так. Затем вы можете просто построить коробку, будь она из дерева, металла или пластика, это не имеет большого значения, если она имеет хороший воздушный поток.
