Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Мощный импульсный блок питания своими руками

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.

Читайте так же:
Как сделать калитку из профильной трубы

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.

Импульсный свет в фотографии

о накамерных вспышках, студийных моноблоках, генераторах и т.п..

  • Вход
  • Регистрация
  • Ссылки
  • Поиск

Текущее время: 12 дек 2021, 21:53

Малогабаритный импульсный блок питания для паяльника 12В/2А

  • Автор
  • Сообщение

Малогабаритный импульсный блок питания для паяльника 12В/2А

  • Цитата

Малогабаритный импульсный блок питания для паяльника 12В/2А

с давних времен лежал без дела низковольтный паяльник 12 вольт 24 Вата. в прошлом месяце разбирали старый компьютерный хлам — глаз «зацепился» за медиаконвертер, вернее за его корпус.

решил попрактиковаться сочетая полезное с приятным. итог здесь.

схема и монтажка
Изображение Изображение

детали
В основном использовались БУ с распайки всякого барахла. покупать пришлось ферит, каркас IC и по мелочи.

в первоначальной задумке было использовать в качестве выходных диодов — 1N5822 (на фото).
но как оказалось, что на токе 2-3 ампера они довольно сильно нагревались. поэтому было решено заменить их на сборку 16С40 в TO220 корпусе и использовать радиатор 6-10см2.
при эксплуатации радиатор нагревается до 45 градусов. слегка греется трансформатор, ключевой транзистор комнатной температуры.

в обще использование 12 вольтового паяльника менее выгодно по сравнению с 24 вольтовой версией. это бы уменьшило тепловыделение.

плата 103х66мм высота конструкции в сборе 13мм.

трансформатор

расчетные параметры:
сердечник CF138 2×0.25GAP
I — 202витков (176 витков реально) (4M+5M)

Ia — 2 слоя 0.24 94витка
III — 20витков (питание IC)
1слой 2х0.24

20витков (1M+1M)
II — 12витков (нагрузка)
2слоя 3×0.58

12витков (1M+1M+1M)
Ib 2 слоя 0.24 82витка

Индуктивность
I 4800mkH
замкнута II 55mkH
замкнута III 70mkH
замкнута II+III 38mkH

фотографии

Изображение Изображение Изображение Изображение Изображение

p.s.
если будет интересно, выложу фотки законченной конструкции.

кроме того, есть возможность в этих же габаритах собрать регулируемую версию паяльника с датчиком. то есть прорабатывал схему. но это версия не собиралась и не испытывалась за не имением такого паяльника.

Простой блок питания

Как-то недавно мне в интернете попалась одна схема очень простого блока питания с возможностью регулировки напряжения. Регулировать напряжение можно было от 1 Вольта и до 36 Вольт, в зависимости от выходного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

схема простого блока питания

Внимательно посмотрите на LM317T в самой схеме! Третья нога (3) микросхемы цепляется с конденсатором С1, то есть третяя нога является ВХОДОМ, а вторая нога (2) цепляется с конденсатором С2 и резистором на 200 Ом и является ВЫХОДОМ.

С помощью трансформатора из сетевого напряжения 220 Вольт мы получаем 25 Вольт, не более. Меньше можно, больше нет. Потом все это дело выпрямляем диодным мостом и сглаживаем пульсации с помощью конденсатора С1. Все это подробно описано в статье как получить из переменного напряжения постоянное. И вот наш самый главный козырь в блоке питания — это высокостабильный регулятор напряжения микросхема LM317T. На момент написания статьи цена этой микросхемы была в районе 14 руб. Даже дешевле, чем буханка белого хлеба.

Читайте так же:
Инверторная сварка ресанта 160

Описание микросхемы

LM317T является регулятором напряжения. Если трансформатор будет выдавать до 27-28 Вольт на вторичной обмотке, то мы спокойно можем регулировать напряжение от 1,2 и до 37 Вольт, но я бы не стал подымать планку более 25 вольт на выходе трансформатора.

Микросхема может быть исполнена в корпусе ТО-220:

LM317T

или в корпусе D2 Pack

Она может пропускать через себя максимальную силу тока в 1,5 Ампер, что вполне достаточно для питания ваших электронных безделушек без просадки напряжения. То есть мы можем выдать напряжение в 36 Вольт при силе тока в нагрузку до 1,5 Ампера, и при этом наша микросхема все равно будет выдавать также 36 Вольт — это, конечно же, в идеале. В действительности просядут доли вольта, что не очень то и критично. При большом токе в нагрузке целесообразней поставить эту микросхему на радиатор.

Для того, чтобы собрать схему, нам также понадобится переменный резистор на 6,8 Килоом, можно даже и на 10 Килоом, а также постоянный резистор на 200 Ом, желательно от 1 Ватта. Ну и на выходе ставим конденсатор в 100 мкФ. Абсолютно простая схемка!

Сборка в железе

Раньше у меня был очень плохой блок питания еще на транзисторах. Я подумал, почему бы его не переделать? Вот и результат 😉

простой блок питания в сборе

Здесь мы видим импортный диодный мост GBU606. Он рассчитан на ток до 6 Ампер, что с лихвой хватает нашему блоку питания, так как он будет выдавать максимум 1,5 Ампера в нагрузку. LM-ку я поставил на радиатор с помощью пасты КПТ-8 для улучшения теплообмена. Ну а все остальное, думаю, вам знакомо.

LM317 на радиаторе

А вот и допотопный трансформатор, который выдает мне напряжение 12 Вольт на вторичной обмотке.

понижающай трансформатор

Все это аккуратно упаковываем в корпус и выводим провода.

блок питания в корпусе

самодельный блок питания

Минимальное напряжение у меня получилось 1,25 Вольт, а максимальное — 15 Вольт.

максимальное напряжение минимальное напряжение

Ставлю любое напряжение, в данном случае самые распространенные 12 Вольт и 5 Вольт

выставляю 12 Вольт выставляю 5 Вольт

Все работает на ура!

Очень удобен этот блок питания для регулировки оборотов мини-дрели, которая используется для сверления плат.

дрель + блок питания

Аналоги на Алиэкспресс

Кстати, на Али можно найти сразу готовый набор этого блока без трансформатора.

Ссылка на этот кит-набор здесь .

Лень собирать? Можно взять готовый 5 Амперный меньше чем за 2$:

Посмотреть можно по этой ссылке.

Если 5 Ампер мало, то можете посмотреть 8 Амперный. Его вполне хватит даже самому прожженному электронщику:

Также неплохо было бы доработать этот блок питания ампервольтметром

который также можно купить на Али здесь .

С трансформатором и корпусом уже будет подороже:

Вот так он будет выглядеть при сборке

Глянуть его можно по этой ссылке. Может быть найдете подешевле.

А лучше вообще не заморачиваться и взять готовый лабораторный мощный блок питания со всеми прибамбасами:

Самый простой ИИП 1кВт для усилителя.

Характеристики:
— напряжение питания: 210-240в;
— напряжение на выходе (холостой ход): +84/-84в;
— дополнительные сервисные напряжения: +15/-15в 100мА, +12в 100мА.
— напряжение на выходе при номинальной мощности: +72/-72в (-14,2%);
— мощность постоянная: 1000вт;
— мощность кратковременная: более 1500вт;
— защита от короткого замыкания: есть.

Читайте так же:
Ацетилен и кислород реакция

Прошло уже более 2-х лет с момента создания импульсного блока питания на микросхеме SG3525 с применением трансформатора гальванической развязки. ИИП показал себя очень достойно, доработанная версия обладает отличной надёжностью, повторяемостью и отличается дешевизной.
Про данный блок питания мощностью 300вт можно почитать здесь: ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ НА SG3525+ТГР.

Теперь набравшись немного опыта и знаний я попробую прокачать блок питания повысив мощность более чем в 3 раза. Для начала я убрал стабилизацию напряжения, чтобы ИИП хорошо работал с усилителями D-класса, затем усилил печатную плату и поставил более мощные силовые элементы. Принцип работы расписывать не буду, думаю, что вряд-ли новички без опыта станут сразу собирать киловаттный блок.

Топология остаётся той же — полумост, но для минимизации потерь я использовал полевые транзисторы с очень низким сопротивлением открытого канала KCX9860A от производителя KIA Semicon Tech (600V 47A 81 mΩ). Но чем мощнее ключи, тем сложнее ими управлять. Тяжеленный затвор и долгое время переключения создают некоторые сложности при постойке мощного ИИП. Для управления транзисторами применена все та же микросхема SG3525 с трансформатором гальванической развязки и конденсаторным блоком питания для запитки ШИМ-контроллера.

Часть 1. Управление тяжелыми полевыми транзисторами..
Посмотрим на график тока через полевик в зависимости от напряжения на его затворе.

Зависимость тока полевого транзистора от напряжения на его затворе.

Для полного открытия транзистора при 25°C на затвор нужно подать 5в, и около 6в при 150°C. Так зачем же заряжать затвор напряжением 12в, если это не имеет никакого смысла. С увеличением напряжения на затворе, его заряд сильно увеличивается, что приводит к повышению потребления от ШИМ-контроллера.
Данный график показывает, как увеличивается заряд затвора в зависимости от приложенного на него напряжения.

Зависимость заряда затвора от приложенного напряжения на затворе.

Вывод: управление тяжелыми полевыми транзисторами намного проще осуществлять пониженным напряжением. Для полевых транзисторов KCX9860A оптимальное напряжение на затворе будет составлять 6в.

Часть 2. Трансформатор гальванической развязки.
В качестве ТГР применено ферритовое кольцо R16*10*4,5 из материала PC40. Для того, чтобы ШИМ контроллер потреблял меньше энергии на перемагничивание сердечника, я увеличил количество витков первичной обмотки до 60-ти. При 45 витках ток потребления SG3525 без подключенных полевиков составляет поряка 25мА, при 60 витках 18мА соответственно. Т.е. с малым количеством витков повышенная индукция в сердечнике привидит к повышенным потерям, микросхеме тяжело переключать обмотку даже на холостом ходу, сама SG3525 без подключенного ТГР потребляет около 10мА. Рассчитал количество витков вторичных обмоток, для 6в будет достаточно намотать по 30 витков. (12в/60*30=6в).
Трансформатор мотал сразу 3 жилами, первичная обмотка 60витков, вторичные 2*30витков.

Трансформатор гальванической развязки.

Подключил полевые транзисторы, ток потребления SG3525 вырос до 38мА, что совсем не много.
Одно из преимуществ ТГР состоит в том, что он заряжает затвор полевиков еще и отрицательным напряжением.. Время включения полевого транзистора происходит в диапазоне от -6 до +6в, а выключения от +6 до 0в, т.е. закрывается он 2 раза быстрее. Иными словами добавляется свой dead time с помощью ТГР, время которого можно вычислить по осциллографу.
Резистор 10ом в первичке ТГР облегчает микросхеме работу при жёстком переключении, а завторные резисторы 20ом немого замедляют переключение полевиков и тоже разгружают управляющую цепь.
Опыты показали, что очень низкое сопротивление затворных резисторов приводит к слишком резкому открытию полевых транзисторов, ток в первичке при таком переключении превышает 20А. Это приводит к срабатыванию защиты даже при нагрузке около 500вт. А если убрать завторные резисторы и соединить напрямую к ТГР, то ИИП вообще будет запускаться лишь через раз.

Читайте так же:
Изображение наружной резьбы на чертеже

Итог: слишком низкое значение затворных резистором приводит к большим импульсным токам при переключении. И это касается не только данного ИИП, то же самое я заметил в усилителе D-класса, строило заменить завторные резисторы с 30ом до 60-ти, токовая защита перестала ложно срабатывать. Причем нагрев транзисторов остался прежним.

Часть3. Силовой трансформатор.
В качестве силового трансформатора я выбрал кольцо R40*24*20 из материала PC40, потому, что они во много раз дешевле трансформаторов с каркасами.
Самая продвинутая программа для расчета кольцевых трансформаторов:

Тремя жилами проводом 0.75мм в один слой мне удалось намотать только 27 витков первичной обмотки. Скорректировал в программе данные и пересчитал заново. Главное, не задирать индукцию в сердечнике, чтобы не было перегрева трансформатора. Можно играть частотой и индукцией, чтобы попасть в нужное число витков.

Формула определения числа витков вторичных обмоток для необходимого напряжения на холостом ходу.

N2=U/Uтр*N1= 80/155*27=14 витков, где
U — необходимое постоянное напряжение в плече;
Uтр — напряжение на первичной обмотке трансформатора, для полумостового преобразователя оно будет равно половине выпрямленного сетевого напряжения. 220*1,41/2= 155в;
N1 — количество витков первичной обмотки трансформатора, считается в программе.

Силовой трансформатор.

Часть 4. Софтстарт.
В данной схеме есть два софтстарта. Первый — осуществляется посредством ШИМ контроллера. При пуске на полевые транзисторы подаются узкие импульсы, которые не полностью их открывают и пусковой ток не превышает ограничение в 20 ампер даже со значительными ёмкостями на выходе.
Второй софтстарт построен на реле, и служит для ограничения тока заряда больших сетевых ёмкостей. В нашем случае 990мкф сначала около полсекунды заряжаются через токоограничивающий резистор 33ома, и только потом напрямую подключаются к сети 220в. Пусковой ток через вилку при этом не превышает 8А, без софтстарта он достигал бы 50А в момент включения.
Реле софтстарта запитано все от того же конденсаторного блока питания, подойдёт любое реле на 12 в с сопротивлением катушки не ниже 200ом. Конденсатор 1000мкф задаёт задержку срабатывания реле при пуске.

Часть 5. Сборка и настройка.
Первым делом на плату монтируются малогабаритные элементы, затем все остальные.
Важно: первый пуск и проверка производится с низким напряжением питания. Для этого необходимо поставить 3 перемычки и подать на вход 13 в постоянного напряжения. Должен появится сигнала на обмотках ТГР и красивый менандр на силовом трансформаторе, на выходе в плечах питания должно появится около +5в/-5в.
Далее проверяем работу тригера, замыкаем транзистор оптопары (у PC817 со стороны точки находится светодиод, с другой — транзистор), генерация должна мгновенно прекратиться. Если все так, то убираем временные перемычки и первый пуск делаем через токоограничиваюший резистор 100-200ом.

Читайте так же:
Адаптер под шуруповерт для ледобура iceberg

Также важно при больших мощностях, применив полевые транзисторов с низким сопротивление открытого канала, ставить снабберную цепочку. Более лёгкие полевики работали нормально без нее, но с этими пришлось поставить 33ома+2.2нф. Вот что было без снаббера на больших мощностях, при переходе через ноль появлялись выбросы на обмотках силового трансформатора.

Часть 6. Защиты.
Токовая защита настраивается очень просто, ее порог срабатывания зависит от сопротивления токового шунта. Светодиод оптопары загорается примерно от 1в, тогда шунт 0,05 ома даёт отсечку на 1в/0,05ом=20А.
Мощность на шунте при 1квт выходной мощности составит (1000вт/150в/2)²*0,05ом =0,55вт.
Важно, чтобы токовый шунт был безындуктивным. Можно использовать метеллопленочные или СМД резисторы, проволочные не годятся. После срабатывания тригера, дальнейшая работа возможна только после отключения блока питания от сети на несколько секунд.
ИИП спокойно выдерживает короткое замыкание между плечами, как во время работы, там и при попытке запуска с закороченным выходом. Главное, не проверять сработка защиты с токограничительной лампочкой в разрыве.

Часть 7. Охлаждение.
Алюминиевая пластина -радиатор толщиной 2мм крепится снизу платы. Для дополнительно охлаждения ее нужно прикрутить к нижней крышке усилителя, в зависимости от характера нагрузки может понадобится вентилятор. Например с усилителем D-класса нагрев будет незначительный, а при работе на постоянную резистивную нагрузку придется ставить активное охлаждение или массивные радиаторы.

Часть 8. Тест.
Для проверки блока питания я подключал к нему 2 утюга помещенные в воду.


Тесты проводил в течении часа, нагрузка 980вт.

Нагрев элементов:
Полевики — 72°С;
Шоттки — 70°С;
Диодный мост 75°С;
Трансформатор 75°С;
Можно смело сказать, что все теплое и в пределах нормы, правда для охлаждения пластины пришлось приделать мощный радиатор.

Напряжения и осциллограммы под нагрузкой:

Холостой ход +84/-84в Нагрузка 490 вт: +75/-75в (-10,7%) Нагрузка 982 вт: +72/-72в (-14,2%).

SG3525 сама может справиться с мощными полевиками. Софтстарт на реле работает отлично, задержка включения 0,5сек, нагрев элементов умеренный, защита от КЗ работает хорошо.

Важно:
— грамотно подобрать затворные резисторы;
— точно рассчитать необходимое напряжение для управления завторами полевиков и определить нужное количество витков ТГР;
— установить снабберную цепочку;
— проверку осуществлять при напряжении 13в временно установив соответствующие перемычки.
— применить только высокоэффективные полевые транзисторы с напряжением не ниже 500-600в, током не ниже 30А и сопротивлением открытого канала 50-200мОм.
— дроссели на выходе обязательны;
— соблюдать технику безопасности, в данном ИИПе под сетевым напряжением находится даже SG3525, сетевые банки разряжаются более 5 минут после отключения.
— не забыть убрать временные перемычки после проверки ИИП от 13в.

Самый простой ИИП 1кВт для усилителя.: 16 комментариев

Отличный блок,Илюше Ст не показывайте,а то заплачет со своими 100 ваттными)

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector