Главным компонентом рассматриваемого источника питания является микросхема (драйвер) IR2153. Данный драйвер выпускается в двух исполнениях - IR2153 и IR2153D. Буква D обозначает, что микросхема оснащена диодом, предназначенным для питания каскада управления верхнего ключа. Таким образом, если в схеме применить драйвер IR2153D, то диод D2 устанавливать не требуется. Частота генерации данного источника питания задается резистором R4 и конденсатором C6 подключенным к выводам микросхемы RT (ножка 2) и CT (ножка 3). Оптимальной частотой генерации микросхемы является частота в 40 – 70 кГц, именно под данный диапазон подобран сердечник трансформатора Tr1. Особенностью микросхемы является способность остановки генерации путем закорачивания вывода CT на минус. Этот принцип применен для организации защиты микросхемы от короткого замыкания на выходе данного источника питания.

Схема электрическая принципиальная импульсного блока питания на IR2153

Принцип работы источника питания

Внимание! Данная схема не рекомендуется к сборке! Есть более совершенная и надежная схема:

Представляю вашему вниманию просто импульсный блок питания на микросхеме IR2153.

Схема импульсного блока питания представляет собой стандартную схему из даташита. Отличие схемы от даташитной лишь в оригинальном способе запитки драйвера и простой, высокоэффективной защите от короткого замыкания и перегрузок.

Драйвер запитывается непосредственно от сети, через диод и гасящий резистор, а не после основного выпрямителя от шины +310В как это делают обычно. Такой способ запитки дает нам сразу несколько преимуществ:

1. Снижает мощность рассеиваемую на гасящем резисторе. Что снижает выделение тепла на плате и повышает общий КПД схемы.
2. В отличает от запитки по шине +310В обеспечивает более низкий уровень пульсаций напряжения питания драйвера.

Защита от перегрузок и КЗ выполнена на паре транзисторов 2N5551/5401. В качестве датчика тока в данной схеме используются резисторы включенные в исток нижнего плеча преобразователя. Это позволяет отказаться от трудоемкого процесса намотки токового трансформатора. С помощью R6 настраивается порог срабатывания защиты.

При КЗ или перегрузке, когда падение напряжения на R10 R11 достигает заданной величины, такой величины при котором на базе VT1 напряжение станет больше 0,6 - 0,7В, сработает защита и питание микросхемы будет шунтировано на землю. Что в свою очередь отключает драйвер и весь БП в целом. Как только перегрузка или КЗ устранено, питание драйвера возобновляется и блок питания продолжает работу в штатном режиме. Светодиод HL1 сигнализирует о срабатывании защиты.

Защита настраивается так. К выходу каждого плеча блока питания подключаются мощные 10 Ом"ные резисторы. Включается блок питания в сеть. Вращением движка R6 добиваемся того чтобы HL1 погас, а затем выставляем движок в такое положение, чтобы HL1 еще не горел, но при минимальном повороте движка в сторону уменьшения тока срабатывания защиты, светодиод загорался. При такой настройке защиты, она будет срабатывать при выходной мощности приблизительно 300Вт. Такой режим работы безопасен для данных ключей (IRF740) и драйвера.

Трансформатор намотан на сердечнике ER35/21/11. Первичная обмотка намотана в два провода 0,63мм2 и содержит 33 витка. Вторичная обмотка состоит из двух половинок, намотанных в три провода 0,63мм2 и каждая половинка содержит по 9 витков.

Печатная плата выполнена в формате . Распечатке на лазерном принтере зеркалить ее не нужно.

Список радиоэлементов

Блок питания построен по полу мостовой схеме на основе микросхемы IR2153. На выходе этого блока можно получить любое нужное вам напряжение, все зависит от параметров вторичной обмотки трансформатора.

Подробно рассмотрим схему импульсного блока питания.

Мощность источника питания именно с такими компонентами около 150 ватт.

Сетевое переменное напряжение через предохранитель и термистор поступает на диодный выпрямитель.

После выпрямителя стоит электролитический конденсатор, который в момент включения блока в сеть будет заряжаться большим током, термистор как раз ограничивает этот ток. Конденсатор нужен с напряжением 400-450 Вольт. Далее постоянное напряжение поступает на силовые ключи. Одновременно через ограничительный резистор и выпрямительный диод поступает питание на микросхему IR2153.

Резистор нужен мощный, не менее 2-х ватт, лучше взять 5-и ваттный. Напряжение питания для микросхемы дополнительно сглаживается небольшим электролитическим конденсатором, емкостью от 100 до 470мкФ, желательно на 35 Вольт. Микросхема начинает вырабатывать последовательность прямоугольных импульсов, частота которых зависят от номинала компонентов времязадающей цепи, в моем случае частота находиться в районе 45кГц.

На выходе установлен выпрямитель со средней точкой. Выпрямитель в виде диодной сборки в корпусе то-220. Если выходное напряжение планируется в пределах 40 вольт, то можно использовать диодные сборки выпаянные из компьютерных блоков питания.

Конденсатор вольтодобавки, предназначен для корректного срабатывания верхнего полевого ключа, емкость зависит от того, какой транзистор использован, но в среднем 1мкФ хватит для большинства случаев.

Перед запуском нужно проверить работу генератора. Для этих целей от внешнего источника питания на указанные выводы микросхемы подается около 15-и вольт постоянного напряжения.
Далее проверяется наличие прямоугольных импульсов на затворе полевых ключей, импульсы должны быть полностью идентичными, одинаковой частоты и заполнения.
Первый запуск источника питания обязательно делается через страховочную лампу накаливания на 220 Вольт с мощностью около 40 ватт, будьте предельно осторожны, не дотрагивайтесь платы во время работы, после отключения блока от сети дождитесь несколько минут пока высоковольтный конденсатор не разрядится через соответствующий резистор.
Очень важно указать то, что эта схема не имеет защиты от коротких замыканий, поэтому любые короткие замыкания, даже кратковременные приведут к выходу из строя силовых ключей и микросхемы IR2153, так, что будьте аккуратны.

Источник питания IR2153 500Вт — предлагаю ознакомится, а при желании и повторить схему импульсного блока питания для усилителя мощности реализованной на широко известной IR2153. Это самотактируемый полу-мостовой драйвер, усовершенствованная модификация драйвера IR2151, который включает в себя программу высоковольтного полу-моста с генератором эквивалентным интегральному таймеру 555 (К1006ВИ1). Отличительная особенность чипа IR2153 заключается в улучшенных функциональных возможностях и не требующий особых навыков в его использовании, очень простой и эффективный прибор относительно раннее выпускаемых микросхем.

Отличительные свойства данного источника питания:

• Реализована схема защита от возможных перегрузок, а также защита при коротком замыкании в обмотках импульсного трансформатора.
• Встроена схема мягкого запуска блока питания.
• Имеет функцию защиты устройства по входу, которую выполняет варистор предохраняющий БП от бросков напряжения в электросети и его чрезмерного значения, а также от случайной подачи на вход 380v.
• Несложная в освоении и недорогая схема.

Характеристики, которыми обладает источник питания IR2153 500Вт
Номинальная выходная мощность — 200Вт, если использовать трансформатор с большей мощностью, то можно получить 500Вт.
Музыкальная или RMS мощность на выходе составляет — 300Вт. Можно получить 700Вт с трансформатором более высокой мощности.
Рабочая частота стандартная — 50кГц
Напряжение на выходе составляет — два плеча по 35v. В зависимости от того на какие напряжения намотан трансформатор можно снимать соответствующие значения выходного напряжения.
Коэффициент полезного действия составляет 92%, но также зависит от конструкции трансформатора.

Схема управления БП является штатной для чипа IR2153 и заимствована из его даташита. Модуль защиты от короткого замыкания и перегрузки имеет возможность настройки тока, при котором будет происходить отсечка с одновременным включением сигнального светодиода. При переходе источника питания в режим защиты при нештатной ситуации, он может прибывать в таком состоянии неограниченное время, хотя потребление устройством тока останется сравнимым с током холостого хода не нагруженного БП. Что касается образца моей модификации, то там защита настроена на ограничение мощности потребления блоком питания от 300 Вт, что дает гарантию от чрезмерной нагрузки, а следовательно и от избыточного нагрева, что в свою очередь чревато выходом из стоя полностью всего блока.

Момент тестирования с нагрузкой

Вот здесь лежит файл, там все относительно блока питания подробно расписано, а также имеются рекомендации как увеличить выходную мощность. Любой радиолюбитель прочитав этот материал в состоянии самостоятельно изготовить блок питания под необходимую ему мощность и соответственно напряжения на выходе.

Сжатая папка с методом расчета трансформатора и положенная к этому программа.
Скачать:
Скачать:

Программа для расчета номинальных значений компонентов для назначения необходимой частоты работы IR2153.
Скачать:

Печатная плата.
Скачать:

Печатная плата создана с расчетом установки в нее компьютерного трансформатора и выходных ультрабыстрых диодов типа MUR820 и BYW29-200, тем самым предоставляется возможность ее применения в источниках питания с мощностью в 250 Вт на выходе. Но имеется и уязвимое место — это площадка под конденсатор С3. Если не найдется подходящего по диаметру конденсатора, то тогда нужно будет плату незначительно раздвинуть.
Для ЛУТ печатную плату в зеркальном изображении делать не нужно.

Информационная статья по использованию драйверов IR.
Скачать:

Здесь немного измененный блок питания. Принципиальное его отличие от вышеизложенной схемы в устройстве реализованной защиты.

Представляю вашему вниманию импульсный источник питания для УМЗЧ на популярной микросхеме IR2153.

Данный блок питания обладает следующими достоинствами:

• Защита от перегрузок и короткого замыкания как в первичной обмотке импульсного трансформатора, так и во вторичных цепях питания.
• Схема плавного пуска ИБП.
• Варистор на входе ИБП защищает от повышение сетевого напряжения выше опасного значения и от подачи на вход 380В.
• Простая и дешевая схема.

Основные технические характеристики ИБП (характеристики приведены для моего конкретного экземпляра):
Долговременная выходная мощность - 300Вт
Кратковременная выходная мощность - 500Вт
Рабочая частота - 50кГц
Выходное напряжение - 2х35В (можно получить любое необходимое выходное напряжение в зависимости от намотки трансформатора).
КПД - не менее 85% (зависит от трансформатора)

Управляющая часть ИБП является стандартной и взята прямиком из даташита на IR2153.
Схема ИБП включает в себя так же: защиту от перегрузок и КЗ. Защита может быть настроена на любой необходимый ток срабатывания с помощью подстроечного резистора - R10. О срабатывании защиты свидетельствует свечение светодиода HL1. При активной защите, в аварийном состоянии ИБП может находится сколько угодно долго, при этом он потребляет ток такой же как и на холостом ходу без нагрузки. В моей версии защита настроена на срабатывание при потреблении от ИБП мощности 300Вт и более. Это гарантирует то, что ИБП не будет перегружен и не выйдет из строя в результате перегрева.В качестве датчика тока в данной схеме используются резисторы включенные последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора. Это позволяет отказаться от трудоемкого процесса намотки токового трансформатора. При КЗ или перегрузке, когда падение напряжения на R11 достигает заданной величины, такой величины при котором на базе VT1 напряжение станет больше 0,6 - 0,7В, сработает защита и питание микросхемы будет шунтировано на землю. Что в свою очередь отключает драйвер и весь БП в целом. Как только перегрузка или КЗ устранено, питание драйвера возобновляется и блок питания продолжает работу в штатном режиме.

Схема ИБП предусматривает плавный пуск, для этого в ИБП присутствует специальный узел, который ограничивает пусковой ток. Это необходимо для того, чтобы облегчить работу ключам при запуске ИБП. При подключении ИБП в сеть, пусковой ток ограничивается резистором R6. Через данный резистор течет ВЕСЬ ток. Этим током заряжается основная первичная емкость С10 и вторичные емкости. Все это происходит в считанные доли секунд, и когда зарядка завершена и ток потребления снизился до номинального значения, происходит замыкание контактов реле К1 и контакты реле шунтируют R6, тем самым запуская ИБП на полную мощность. Весь процесс занимает не более 1 секунды. Этого времени достаточно чтобы завершились все переходные процессы.

Драйвер запитывается непосредственно от сети, через диод и гасящий резистор, а не после основного выпрямителя от шины +310В как это делают обычно. Такой способ запитки дает нам сразу несколько преимуществ:

1. Снижает мощность рассеиваемую на гасящем резисторе. Что снижает выделение тепла на плате и повышает общий КПД схемы.
2. В отличает от запитки по шине +310В обеспечивает более низкий уровень пульсаций напряжения питания драйвера.

На входе блока питания, сразу после предохранителя установлен варистор. Он служит для защиты от повышения напряжение в сети выше опасного предела. При аварии сопротивление варистора резко падает и происходит короткое замыкание, в следствии которого перегорает предохранитель F1, тем самым размыкая цепь.

Таким вот образом я тестировал ИБП на полной мощности.

В качестве нагрузки у меня выступают 4 керамических, проволочных резистора мощностью 25Вт, погруженные в емкость с "кристально чистой" водой. После часа прохождения тока через такую воду все примеси всплывают наверх и чистая вода превращается в бурую, ржавую жижу. Вода усиленно испарялась и за час испытаний нагрелась практически до кипения. Вода необходима для отвода тепла от мощных резисторов, если кто не понял.

Трансформатор в моем варианте ИБП, намотан на сердечнике EPCOS ETD29. Первичная обмотка проводом 0,8мм2, 46 витков в два слоя. Все четыре вторичные обмотки намотаны тем же проводом в один слой по 12 витков. Может показаться, что сечение провода не достаточно, но это не так. Для работы этого ИБП на питание УМЗЧ этого достаточно, так как средняя потребляемая мощность значительно ниже максимальной, а кратковременные пики тока ИБП без труда отрабатывает за счет емкостей питания. При долговременной работе на резистор, при выходной мощности 200Вт, температура трансформатора не превысила 45 градусов.

Для увеличения выходного напряжение более 45В необходимо заменить выходные диоды VD5 VD6 на более высоковольтные.

Для увеличение выходной мощности необходимо использовать сердечник с большей габаритной мощностью и обмотками, намотанными проводом большего сечения. Для установки другого трансформатора придется изменить рисунок печатной платы.

Печатная плата в готовом виде выглядит так (выполнено ):

Размеры платы 188х88мм. Текстолит я использовал с толстой медью - 50мкм, вместо стандартных 35мкм. Можно использовать медь стандартной толщины. В любом случае не забывайте хорошенько пролудить дорожки.

Список радиоэлементов