Здравствуйте, уважаемые читатели! Сегодня я хочу рассказать вам о своем опыте создания импульсных источников питания. В частности, речь пойдет о том, как самостоятельно собрать импульсный источник питания на базе микросхемы IR2153.
Микросхема IR2153 — это высоковольтный драйвер затвора, который используется для построения различных схем, включая блоки питания, зарядные устройства и многое другое. Она работает с напряжением питания от 10 до 20 вольт, имеет рабочий ток 5 мА и способна выдерживать температуру до 125 градусов Цельсия.
Многие начинающие радиолюбители испытывают страх перед созданием своего первого импульсного блока питания и часто предпочитают использовать трансформаторные блоки. Я тоже поначалу боялся, но все же решил попробовать, тем более что у меня было достаточно деталей для сборки. Теперь давайте рассмотрим схему. Это стандартный полумостовой источник питания с использованием микросхемы IR2153.
Детали
Диодный мост на входе должен быть выполнен на базе 1n4007 или готовой сборки, рассчитанной на ток не менее 1 А и обратное напряжение 1000 В.
Резистор R1 рекомендуется использовать мощностью не менее 2 Вт, но можно и 5 Вт, с сопротивлением 24 кОм. Резисторы R2, R3 и R4 должны иметь мощность 0,25 Вт.
На стороне высокого напряжения следует установить электролитический конденсатор на 400 В и емкостью 47 мкФ. На выходе необходимо использовать конденсатор с напряжением 35 В и емкостью от 470 до 1000 мкФ. Конденсаторы фильтра должны быть пленочными, рассчитанными на напряжение не менее 250 В и емкостью от 0,1 до 0,33 мкФ. Конденсатор С5 имеет емкость 1 нФ и является керамическим. Конденсатор С6 также керамический, с емкостью 220 нФ и напряжением 220 В, а конденсатор С7 пленочный, с емкостью 220 нФ и напряжением 400 В. Транзисторы VT1 и VT2 должны быть типа N IRF840. Трансформатор следует взять от старого блока питания компьютера. На выходе рекомендуется использовать полноценный диодный мост из четырех ультрабыстрых диодов HER308 или аналогичных.
В архиве можно скачать схему и плату:
Печатная плата изготовлена на куске фольгированного одностороннего стеклотекстолита методом ЛУТ. Для удобства подключения питания и подключения выходного напряжения на плате стоят винтовые клемники.
Схема импульсного блока питания на 12 В
Эта схема завоевала популярность среди радиолюбителей, так как она проста в реализации и часто используется в качестве первого импульсного источника питания. Её коэффициент полезного действия (КПД) значительно выше, чем у многих других решений, и при этом она компактна. Питание поступает от сети 220 вольт. На входе установлен фильтр, состоящий из дросселя и двух пленочных конденсаторов, рассчитанных на напряжение 250–300 вольт и емкостью от 0,1 до 0,33 мкФ. Эти компоненты можно найти в компьютерных блоках питания.
В моём случае фильтр не установлен, но его рекомендуется добавить. Затем напряжение подаётся на диодный мост, рассчитанный на обратное напряжение не менее 400 вольт и ток не менее 1 ампера. Можно использовать готовую диодную сборку. Далее по схеме стоит сглаживающий конденсатор с рабочим напряжением 400 В, так как амплитудное значение сетевого напряжения составляет около 300 В. Ёмкость конденсатора подбирается из расчёта 1 мкФ на 1 Вт мощности. Поскольку я не планирую использовать этот блок с большими токами, в моём случае достаточно конденсатора на 47 мкФ. Хотя из такой схемы можно получать сотни ватт мощности.
Питание микросхемы берётся с переменного напряжения. Здесь организован источник питания с резистором R1, который обеспечивает гашение тока. Желательно использовать резистор мощностью не менее двух ватт, так как он будет нагреваться. Затем напряжение выпрямляется с помощью одного диода и поступает на сглаживающий конденсатор, а затем на микросхему. Первый вывод микросхемы — это плюс питания, а четвёртый вывод — минус питания.
Можно создать отдельный источник питания и подать на него 15 В с правильной полярностью. В данном случае микросхема функционирует на частоте 47–48 кГц. Для этой частоты предусмотрена RC-цепочка, состоящая из резистора R2 сопротивлением 15 кОм и пленочного или керамического конденсатора емкостью 1 нФ. В таких условиях микросхема будет работать корректно и генерировать прямоугольные импульсы на своих выходах, которые затем поступают на затворы мощных полевых транзисторов через резисторы R3 и R4. Номиналы этих резисторов могут варьироваться от 10 до 40 Ом. Для транзисторов следует использовать N-канальные модели. В данном случае применены IRF840 с максимальным рабочим напряжением сток-исток 500 В и максимальным током стока 8 А при температуре 25°C, а также с максимальной рассеиваемой мощностью 125 Вт. Далее по схеме расположен импульсный трансформатор, за которым следует выпрямитель из четырех ультрабыстрых диодов марки HER308. Обычные диоды не подходят для работы на высоких частотах, поэтому используются именно ультрабыстрые. После моста напряжение подается на выходной конденсатор емкостью 35 В и 1000 мкФ или 470 мкФ. В импульсных источниках питания не требуется чрезмерно большая емкость конденсатора.
Трансформатор, который можно найти на печатных платах компьютерных блоков питания, несложно определить по его размеру. На фотографии он выделяется как самый крупный элемент.
Чтобы перемотать такой трансформатор, нужно ослабить клей, который скрепляет половинки феррита. Для этого можно использовать паяльник или паяльный фен, медленно прогревая трансформатор. Также можно опустить его в кипящую воду на несколько минут, а затем аккуратно разъединить половинки сердечника.
После этого необходимо смотать все базовые обмотки и намотать новые. Для получения выходного напряжения в диапазоне 12-14 вольт, первичная обмотка должна содержать 47 витков провода диаметром 0,6 мм, соединённого в две жилы. Важно изолировать каждый слой обмотки обычным скотчем, отмечая начало и конец обмоток.
Вторичная обмотка должна содержать 4 витка того же провода, но уже в 7 жил. Важно производить намотку в одном направлении и изолировать каждый слой скотчем. Если не соблюдать эти правила, трансформатор может не работать или работать неправильно, не обеспечивая полную мощность блока питания.
Проверка блока
Ну а теперь давайте протестируем наш блок питания так как мой вариант полностью исправен то я сразу подключаю в сеть без страховочной лампы.
Проверим выходное напряжение как видим оно в районе 12 – 13 В не много гуляет от перепадов напряжения в сети.
В качестве нагрузки автомобильная лампа на 12 В мощностью 50 Ватт ток соответственно протекает 4 А. Если такой блок дополнить регулировкой тока и напряжения, поставить входной электролит большей емкости, то можно смело собирать зарядное устройство для авто и лабораторный блок питания.
Перед тем как подключить блок питания, убедитесь, что все соединения выполнены правильно. Затем включите его через лампу накаливания мощностью 100 ватт. Если лампа горит ярко, это указывает на ошибки в сборке: возможно, остались несмытые остатки флюса или неисправен какой-либо компонент. При правильной установке лампа должна загореться и сразу погаснуть, что свидетельствует о том, что входной конденсатор зарядился и сборка выполнена корректно. Поэтому важно проверять все компоненты перед их установкой на плату, даже если они новые. Также важно обратить внимание на напряжение на микросхеме между выводами 1 и 4: оно должно быть не менее 15 В. Если это не так, необходимо подобрать другой номинал резистора R2.