Автомобильный инвертор на IR2153
Задача проста: есть планшет с программами навигации и навигатор с аналогичными функциями. Задача: заряжать их при помощи родных зарядных устройств.
Почему так? Данные девайсы - особо жрущие электрическую энергию. И требуют они её настолько много, что обычные дешёвые китайские автомобильные зарядки не выдерживают и либо не работают, либо сгорают. Но китайцы же об этом не предупреждают. И даже в наших магазинах об этом не скажут, так как своим товаром продавцы не пользуются.
В силу этих причин были созданы простые требования к автомобильному инвертору: он должен питать штатные зарядные устройства электроники. Вот и всё.
Какие же сложности тут могут быть? Их немного. Прежде всего, следует определиться, что мы будем делать прямоходовый преобразователь. А это значительно упрощает многое.
Чтобы не ставить после трансформатора диодный мост из быстрых высоковольтных диодов, преобразователь сделаем однотактным, для чего используем только один выход микросхемы IR2153. Скважность при этом будет 50%. Так как инвертор по входу потребляет приличный ток, поставим два ключевых транзистора параллельно, чтобы распределить нагрев. Первичных обмотки сделаем тоже две, чтобы не искать толстый провод. Такой подход - не очень правильный и мы не рекомендуем его повторять. По уму, к тому же, в истоки транзисторов при параллельном включении следует поставить выравнивающие резисторы.
Данный инвертор не имеет стабилизации и выходное напряжение под нагрузкой будет слегка просаживаться. Почему же мы выбрали вариант с такой упрощённой схемотехникой?
Все современные зарядки для электроники - импульсные. На входе они имеют диодный мост и электролитический конденсатор. Таким образом, они могут работать и от постоянного тока. В некоторых зарядках диодный мост набран из быстрых диодов, и они могут работать от пульсирующего тока (некоторые китайские инверторы не имеют электролитического конденсатора на выходе). А если зарядки такие "всеядные", то в инверторе для них не нужна стабилизация, что позволяет отказаться от крупного дросселя и сделать схему очень простой для повторения.
Тем не менее, в целях эксперимента мы сделали несколько отводов от вторичной обмотки трансформатора на разные напряжения - от 220 до 310 вольт. Нужный отвод выбирается джампером. Это нужно для тех, кто не до конца верит, что при выпрямлении сетевого напряжения 220 вольт получаются 310 вольт постоянки и боится питать зарядки от 310 вольт. На самом деле, зарядкам всё равно, они работают в очень широком диапазоне питающих напряжений. При тестировании абсолютно все зарядки заработали от всех напряжений, выдаваемых инвертором.
Максимальная мощность, выдаваемая инвертором, будет зависеть от применяемого трансформатора. Под его феррит следует подобрать частоту IR2153, задаваемую цепочкой C1R1. Полевые транзисторы - низковольтные, их следует выбирать по току. Диод на выходе - быстрый высоковольтный. При тестировании удалось успешно запитать лампочку на 60Вт.
Данная конструкция была собрана по результатам проведённого недавно
Собирая какое нибудь очередное устройство, все больше мучает вопрос чем же его питать. Да хорошо когда навалом разной аппаратуры где есть подходящие трансформаторы, а если перематывать??? Перемотать трансформатор занятие не из приятных, пусть даже в расчетах помогает приложения для для расчета трансформатора, сам процесс перемотки часто напрягает.
Помню как то был ТСШ-180, хороший анодно-накальный транс, да и пришлось перематывать. Мотал дня два наверное, плюс проливал лаком что бы была изоляция лучше и не гудел… Собрал его, здоровый такой. Сам весом 3 кг да чуть на ногу не упал. Подумал я об этом всем и решил перейти на импульсные блоки питания и на это масса причин.
Причины выбора импульных блоков питания:
1. П ервая и не маловажная причина, это финансовая. Вот у нас тот же ТСШ-180 а.-накальный стоит 150-180 грн. В то время как ИИП 200Вт на IR2153 в сборе стоит будет 130-160 грн. Да разница не велика, зато у вас же дома полно нужных деталей. К примеру я докупил только IRF740 и IR2153 и заплатил 40грн. Как разница?? А еще и от хлама немного избавился)) А еще незабываем что в расчет уже и мост и банки, а к трансу это тоже надо покупать. А хорошие баночки о как хорошо стоят. А на ИИП вместо 22 000мФ, можно поставить 3300мФ и разницы в фильтрации даже не заметиш
2. В торая причина габаритность. Трансы тяжелые, ватт так на 200 весом 3-4кг, заменяется ИИП массой 300г и размером платы гдето 120*120мм. Удобно в коробке DVD собрать что то мощное, Ланзар например…
3. Э то низкий уровень помех в пределах 20-20 000Гц. Это для усилителя низких частот очень хорошо, даже великолепно. Не помех, не фона нет.
На схеме видем силивую часть в которой присутствует: защитные цепи (R1,R2,FU1)фильтр C-R-C(C1,L1,C1), выпрямитель с фильтр-делителем(VD1(400В 3A),C3,C4,C6,C7, R44,R6) и ключевую часть в которую входят два мосфета(VT1,VT2), трансформатор(T1) и две помехо подавляющие цепи(R8C9,C8R7)
Ничего сложного и в управляющей части. Питающая часть микросхемы состоит из баластного резистора R9, стабилитрона VD2. фильтра C10C11, и еще одного баластного резистора R10. В ходе работы возможно прийдется подобрать R9R10.
Частота работы ШИМ задается R11C13. И расчитывается по формуле f=1/1.4*(R11+75Ом)*С13. В нашем случае выходит f=1/1.4*(10000+75)*0.000000001=70896 Гц= 70.9кГц. Будте внимательны с ноликами
Ну тут толком нечего рассказывать: Сдвоеный диод VD4, фильтр-выпрямитель C14-L3-C15-C16 и все. Помните при расчете, что это не стабилизированный БП и напряжение может плавать. Поэтому лучше при расчетах введите на пару вольт меньше
По расчету трансформатора вам поможет приложение для расчета Импульсных трансформаторов. Совет вторичку мотать косой из более тонкого провода, дабы избежать скин-эфекта.
Кстати у одного моего знакомого от такой схемы питается 2.1 собранны на TDA2030A сумарной мощью 65Вт. Это небольшая часть от того что выдает ИИП на IR2153, зато работает который год. Да опять же трансформатор на 70Вт щас стоит так же как и блок ИИП на IR2153, так в ИИП еще и запаса 130Вт…
На этом все, всем спасибо за внимание и удачи в сборке…
Упрощенный мост на IR2153 — такое устройство как мост реализованный на универсальном драйвере для управления полевыми транзисторами, справедливо считается одним из наиболее эффективных модулей преобразователя. Но, чтобы собрать такой прибор потребуются существенные денежные вложения, а также нужно учитывать технологический уровень сложности при его изготовлении. Это если вы собираетесь взяться за конструирование высоко мощного моста на несколько киловатт, тогда да, будут некоторые затруднения.
А вот если воспользоваться приведенной ниже схемой, то никаких проблем не будет, тем более устройство собрано на двух популярных чипах IR2153 , представляющих собой высоковольтные драйвера с внутренним генератором. Принцип включения микросхем обычный и неоднократно тестировался на полумосте. Особенность вызывает первоочередное тактирование второй микросхемы от R-входа.
Номинальные значения электронных компонентов:
B1 — диодный мост RS2007, RS3507 и тому подобные. При эксплуатации на мощностях более пары сотен ватт необходимо поставить на него радиатор.
C1, C7 — электролиты 630…1000мкФ х 400В
R1, R5 — 33..56кОм 2Вт. Для более точного расчета можете воспользоваться формулой
R=310/(2*Cзатвора*15.6*fраб+0.003)
C2, C5 — электролиты 220мкФ 25В
C8, C9 — керамика 0.1мкФ 25В
R8 — 2Ом 0.25Вт
R9 — 24кОм
R10 — 6кОм
R2, C3 — рассчитываются по даташиту на IR2153 исходя из требуемой частоты
IC1, IC2 — IR2153, IR2153D, IR21531 (если применяется IR2153D то D1 и D2 не ставить!)
D1, D2, D3, D4 — UF4007, BYW26C, BY329 или другие подобные ультрабыстрые диоды
C4, C6 — танталовые 22мкФ 25В
R3, R4, R6, R7 — 10…30Ом 0.25Вт (меньшее значение для тяжелых затворов, большее — для легких)
Q1, Q2, Q3, Q4 — IRF840 или что-то подобное. Все зависит от ваших потребностей
Насчет расчетов например: R2,С3 как сказано выше, нужно определять по даташиту, к тому же есть множество программ для расчета. Если для кого то это дремучий лес то я считаю, тогда и не надо вообще браться за конструирование.
Ниже показана печатная плата с нанесенной на нее обозначениями деталей и их места установки.
В качестве нагрузки данного моста могут послужить выходной трансформатор строчной развертки телевизора, SSTC-катушка либо что-то аналогичное им, но мощность не должна превышать 1000 Вт. Если использовать большие мощности, то нет никакой гарантии в стабильной работе микросхемы. Если же все таки возникает необходимость реализовать высокие мощности, то тогда необходимо добавить емкость конденсаторов в цепи фильтров 310v, то тогда существует вероятность, что будет прекрасно работать и на высокой мощности.
Техническая информация
1.
Когда осуществляется запуск, то создается сильный импульсный бросок тока в следствии происходящего цикла зарядки конденсаторов в цепи фильтра. При этом возможно срабатывание автоматов, если такое происходит, то нужно в сетевую цепь установить NTC-термистор, который применяется для защиты импульсных питающих источников и электронных балластных систем, предварительно подобрав его значения по необходимому току.
2.
При подключении к мосту в качестве нагрузки выходной строчный трансформатор, то первичную обмотку нужно наматывать в количестве 65 витков не меньше.
3.
При компоновке элементов на печатную плату, лучше всего под микросхемы нужно будет устанавливать панельки, а в них уже помещать саму микросхему после полного завершения монтажа схемы.
Но не одна, а сразу четыре. В этом материале будет представлено вам несколько схем импульсных источников питания, выполненных на популярной и надежной микросхеме IR2153. Все эти проекты были разработаны известным пользователем Nem0. Поэтому я здесь буду писать от его имени. Показанные здесь все схематические решения были пару лет назад лично автором собраны и протестированы.
В общем начнем пока с так называемого «высоковольтного» блока питания:
Схема традиционная, которую использует Nem0 в большинстве своих конструкций импульсников. Драйвер получает питание напрямую от электросети через сопротивление. Это в свою очередь способствует уменьшению рассеиваемой на этом сопротивлении мощности, сравнительно с подачей напряжения от цепи 310v. Схема импульсного блока питания располагает функцией плавного включения напряжения, что существенно ограничивает пусковой ток. Модуль плавного пуска запитывается через конденсатор С2 понижающий сетевое напряжение 230v.
В блоке питания предусмотрена эффективная защита предотвращения короткого замыкания и пиковой нагрузки во вторичном силовом тракте. Роль датчика тока выполняет постоянный резистор R11, а регулировку тока срабатывания защиты выполняется с помощью подстроечника R10. Во время отсечки тока защитой, начинает светится светодиод, сигнализирующий о том, что защита сработала. Выходное двух полярное выпрямленное напряжение составляет +/-70v.
Трансформатор выполнен с одной первичной обмоткой, состоящей из пятидесяти витков, а 4 вторичные обмотки, содержат по двадцать три витка. Диаметр медной жилы и магнитопровод трансформатора расчитываются в зависимости от заданной мощности определенного блока питания.
Теперь рассмотрим следующий блок питания:
Эта версия блока питания во много схожа с описанной выше схемой, хотя в ней имеется существенное отличие. Дело в том, что здесь напряжение питания на драйвер поступает от специальной обмотки трансформатора, через балластный резистор. Все остальные компоненты в конструкции практически одинаковы.
Мощность на выходе этого источника питания обусловлено как характеристикой трансформатора и параметрами микросхемы IR2153, но и ресурсом диодов в выпрямителе. В данной схеме были задействованы диоды КД213А, у которых обратное максимальное напряжение 200v и прямой максимальный ток 10А. Для обеспечения корректной работы диодов при больших токах, их нужно устанавливать на радиатор.
Отдельного внимания заслуживает дроссель Т2. Наматывают его на совместном кольцевом магнитопроводе, в случае необходимости можно использовать другой сердечник. Намотка делается эмаль-проводом с сечением рассчитанным согласно току в нагрузке. Также и мощность импульсного трансформатора определяется в зависимости от того, какую выходную мощность вы хотите получить. Очень удобно делать расчеты трансформаторов с помощью специальных компьютерных калькуляторов.
Теперь третья схема импульсного блока питания на мощных полевых транзисторах IRFP460:
Этот вариант схемы уже имеет конкретную разницу относительно предыдущих моделей. Главные отличия, это система защиты от КЗ и перегруза здесь собрана с использованием трансформатора по току. И есть еще одна разница, это наличие в схеме пары предвыходных транзисторов BD140. Именно эти транзисторы дают возможность отрезать большую входную емкость мощных полевых ключей, относительно выхода драйвера.
Есть еще маленькое отличие, это гасящий напряжение резистор, относящейся к модулю плавного включения, установлен он в цепи 230v. В предыдущей схеме он расположен в силовом тракте +310v. Кроме этого в схеме имеется ограничитель перенапряжения, служащий для гашения остаточного импульса трансформатора. Во всем остальном никаких различий между приведенными выше схемами у этой больше нет.
Всем здравствуйте!
Предыстория:
На сайте есть схема усилителей мощности звуковой частоты(УНЧ) 125, 250, 500, 1000 Ватт , я выбрал 500 Ватт вариант, так как кроме радиоэлектроники, немного увлекаюсь еще музыкой и поэтому хотелось что то по качественнее из УНЧ. Схема на TDA 7293 меня не как не устраивала, поэтому решил вариант на полевых транзисторах 500 ватт. С начала почти собрал один канал УНЧ, но работа остановилась по разным причинам (время, деньги и недоступность некоторых компонентов). В итоге докупил не достающие компоненты и закончил один канал. Также через определенное время и второй канал собрал, все это настроил и протестировал на блоке питания от другого усилителя, все работало на высшем уровне и качество очень понравилось, даже не ожидал что так будет. Отдельное, огромное спасибо радиолюбителям Boris, AndReas, nissan которые на протяжении всего времени пока собрал, помогли в его настройке и в других нюансах
. Далее дело стало за блоком питания. Конечно хотелось бы сделать на обычном трансформаторе блок питания, но опять же все останавливается на доступности материалов для трансформатора и их стоимости. Поэтому решил все-таки остановиться на ИБП.Ну а теперь о самом ИБП:
Транзисторы я использовал IRFP 460, так как не нашел указанных на схеме. Пришлось транзисторы ставить наоборот развернув на 180 градусов, просверлить дырки под ножки больше и проводками спаять (на фото видно). Когда сделал печатную плату , то позже только понял что нужных как на схеме транзисторов мне не найти, поставил те что были (IRFP 460). Транзисторы и выходные выпрямительные диоды обязательно установить на теплоотвод через изолирующие тепло проводящие прокладки, а так же нужно охлаждать кулером радиаторы, иначе могут перегреться транзисторы и выпрямительные диоды, но нагрев транзисторов конечно зависит и от типа примененных транзисторов. Чем ниже внутреннее сопротивление полевика, тем меньше будут греться.
Также пока не установил Варистор 275 Вольт по входу, так как нет не в городе и у меня тоже, а через интернет дорого заказывать одну деталь. У меня будут стоять отдельно вынесенные электролиты по выходу, потому что нет в наличии на нужное напряжение и типоразмер не подходит. Решил поставить 4 электролита по 10000 Мкф * 50 Вольт по 2 последовательно в плечо, в сумме в каждом плече получится по 5000 Мкф *100 вольт, что будет в полне достаточно для блока питания, но лучше поставить по 10000 мкф * 100 вольт в плечо.
На схеме указан резистор R5 47 кОм 2 W по питанию микросхемы, его следует заменить на 30 кОм 5 W (лучше 10 W) для того что бы при большой нагрузке, хватило тока микросхеме IR2153, иначе может уйти в защиту от недостатка тока или будет пульсировать напряжение что отразится на качестве. В схеме автора стоит 47 кОм, это много для такой мощности блока питания. Кстати, резистор R5 будет греться очень сильно, не переживайте, тип этих схем на IR2151, IR2153, IR2155 по питанию сопровождается сильным нагревом R5.
В моем случае я использовал ферритовый сердечник ETD 49 и он у меня очень тяжело влез на плату. При частоте 56 КГц, он по расчетам может отдать на этой частоте до 1400 ватт, что в моем случае имеет запас. Можно использовать и тороидальный или другой формы сердечник, главное что бы подходил по габаритной мощности, проницаемости и естественно что бы хватило место его расположить на плате.
Намоточные данные для ETD 49: 1-ка=20 витков проводом 0.63 в 5 проводов (обмотка 220 вольт). 2-ка= основная силовая двуполярная 2*11 витков проводом 0.63 в 4 провода (обмотка 2*75-80) вольт. 3-ка= 2.5 витка проводом 0.63 в 1 провод (обмотка 12 вольт, для софт старт). 4-ка= 2 витка проводом 0.63 в 1 провод (обмотка дополнительная для питания предварительных схем (темброблок и т.п.). Каркас трансформатора нужно вертикального исполнения, у меня горизонтального, поэтому пришлось городить. Можно намотать в бескаркасном исполнении. На остальных типах сердечником вам придется рассчитывать самому, можно с помощью программы которую я оставлю в конце статьи. В моем случае я использовал двуполярное напряжение 2*75-80 вольт для усилителя 500 ватт, почему меньше, потому что нагрузка усилителя будет не 8 Ом а 4 Ом.
Настройка и первый запуск:
При первом запуске ИБП обязательно установите в разрыв сетевого кабеля и ИБП лампочку 60-100 ватт. При включении если лампочка не горит, значит уже хорошо. При первом пуске может включиться защита от КЗ и загорится светодиод HL1, так как электролиты большой емкости и в момент включения берут огромный ток, в случае если это произошло, то надо многооборотный резистор перекрутить по часовой стрелке до упора, а потом ждать пока погаснет светодиод в выключенном состоянии и пробовать включать заново что бы удостовериться в работоспособности ИБП, а потом регулировать защиту. Если все правильно спаяли и использовали правильные номиналы деталей, ИБП запустится. Далее когда удостоверились что ИБП включается и есть все напряжения на выходе, нужно установить порог срабатывания защиты. При настройке защиты обязательно нагрузите ИБП между двумя плечами основной выходной обмотки (которая для питания УНЧ) лампочкой 100 ватт. Когда при включении ИБП под нагрузкой (лампочка 100 ватт) загорается светодиод HL1, нужно по не многу крутить переменный многооборотный резистор R9 2.2 кОм против часовой стрелки пока не будет срабатывать защита при включении. Когда при включении будет загораться светодиод, нужно выключить и дождаться пока он погаснет и по понемногу подкручивая по часовой стрелке в выключенном состоянии и включая опять его пока не перестанет срабатывать защита,
только нужно крутить понемногу например 1 оборот и не сразу на 5-10 оборотов, т.е. выключил подкрутил и включил, сработала защита - опять такая же процедура в несколько раз пока не достигнете нужного результата. Когда вы установите нужный порог, то в принципе блок питания готов к использованию и можно убрать лампочку по сетевому напряжению и пробовать нагрузить блок питания активной нагрузкой ну например ватт 500. Там конечно можно поиграться с защитой уже кому как нравится, но не рекомендую устраивать тесты с КЗ, так как это может привести к неисправности хоть есть и защита, емкость некая не успеет разрядится, реле не отреагирует мгновенно или залипнет и может быть неприятность. Хотя я делал случайно и не случайно некоторое количество замыканий, защита работает. Но ничего вечного нет.