Блок питания IR2153 схема

Микросборка IR2153 это универсальный драйвер управления полевыми и IGBT транзисторами. Разрабатывалась она специально для использования в схемах электронного балласта энергосберегающих ламп, поэтому её функциональные возможности при конструирование блока питания немного ограничены. Микросхема позволяет создать на ее базе простой и надежный источник питания.
Лабораторный блок питания за разумную цену
IR2153 типовая схема

Наличие латинской буквы “D” в названии микросборки говорит о том, что в ней имеется встроенный диод для питания каскада управления верхнего ключа и монтировать дополнительный внешний диод нет никакого смысла. Встроенный в IR2153 стабилитрон на 15.6 вольт и относительно малый потребляемый ток, обычно в диапазоне 4-10 мА, позволяют осуществить питание от достаточно высокого напряжения через сопротивление. Частота генерации задается сопротивлением и емкостью подсоединенной к выходам RT и CT (ножки 2 и 3 на схемах выше). Если закоротить выход СТ на минус, то произойдет остановка генерации импульсов и запирание силовых ключей. Эту особенность микросборки можно применить для организации простой защиты. Также следует обратить внимание на тот факт, что стандартная схема включения не нуждается в подключении выхода к мощной средней точке, вполне достаточно развязки по постоянному току через емкость.

IR2153 типовая схема включения

Выбор частоты преобразователя в необходимо взять в диапазоне 40-70 кГц. Поднятие частоты выше, до 100 кГц хоть и немного снизит габариты трансформатора, но совсем чуток. А если учесть, что любой блок питания состоит не только из одного трансформатора, то выигрыш будет совсем копеечным.

На этой микросхеме нами был создан простой источник питания для усилителя низкой частоты на широко известной сборке TDA2050. При этом учитывая тот факт, что оптимальное значение напряжения питания для этого УНЧ находится в диапазоне 18В и более, а уже 20В на них лучше совсем не подавать.

Радиолюбительский блок питания на IR2153

При подачи сетевого напряжения начинается зарядка емкости С3. Зарядный ток способен достигать значений в сотни ампер. Поэтому для реализации защиты диодного моста его необходимо ограничить. С этой целью в схему добавляется, либо небольшое сопротивление, а еще лучше термистор. При мощности в 200-300Вт сопротивление резистора R1 должно лежать в интервале 1…1.5 ом, либо если это термистор 3.3-4.7 ом. Предохранитель тоже потребуется взять такой, чтоб он выдержал первичный бросок тока. При мощности конструкции до 100 Вт предохранитель должен быть на 1.5-2А, при мощности 200-300Вт уже 3-5А.

схема блока питания на IR2153

Входной фильтр БП выполнен на компонентах С1, С2 и Др1. Фильтр защищает БП и сеть от ВЧ и импульсных помех. Емкости должны выдерживать переменное напряжение уровнем не ниже 250В, или постоянное не ниже 400В. Сопротивление R2 разряжает емкости С1 и С2 после отключения блока питания от сети.

Силовое питание идет через выпрямитель собранный на диодном мосту Br1 и емкости С3. Мост должен быть рассчитан на обратное напряжение не ниже 400В. Кроме того, он должен быть способен выдержать кратковременный импульсный бросок при включении БП. При сопротивлении R1 более 2 ом, возможно использование мостов типа RS406-RS408. При увеличении мощности БП более 200Вт и снижении номинала R1 менее 2 ом следует взять мост с большим импульсным током, либо добавить узел мягкого старта. Емкость С3 должна быть рассчитана на 400В или более.

Питание IR2153 происходит от переменного напряжения через цепь из сопротивления R3 и диода D1. Диод можно исключить из схемы, но это снизит ток выдаваемый цепочкой где-то на 1-3%. Диод можно взять почти любой выпрямительный, рассчитанный на обратное напряжение не ниже 400В. Изменяя сопротивление резистора R3 в интервале от 5.1 кОм до 20кОм необходимо обеспечить питание микросборки током от 5 мА до 20 мА.

Вначале советую задать сопротивление 18-20 кОм и замерить напряжение на 1 и 4 выводах IR2153. Если напряжение будет выше уровня в 14.5В, то так и оставляем. Если оно будет ниже 14.5В, то R3 необходимо снизить и вновь его замерить. При применение сопротивлений в интервале от 5.1-10 кОм их мощность должна быть не ниже 2Вт, если R3 выше 10 кОм, то хватит и 1Вт. В моем опыте применялось сопротивление 15 кОм, мощностью 2Вт.

Питание каскадов управления верхним полевым транзистором осуществляется через диод D2 (для IR2153D он не нужен) и емкостью С7. Конденсатор должен быть номиналом не менее 0.22 мкФ при применение одного транзистора в плече, и не ниже 0.47 мкФ при использование двух транзисторов. Диод D2 должен быть рассчитан на средний ток 1-2А и обратное напряжение не ниже 500В и временем обратного восстановления не ниже 100 наносекунд. Под эти параметры подойдут SF18, SF28, HER106…108, HER156…158, HER206…208, UF4005…4007, MUR170…1100.

Частота работы преобразователя задается при расчете трансформатора. Здесь нам нужно определить значения резистора R4 и емкости С6 для задания частоты генерации микросборки. Это легко сделать используя программу Freq2153 (смотри в архиве по ссылке выше).

Если мощность источника питания до 100Вт логично использование полевых транзисторов типа IRF830/ IRF830B. Транзисторы IRF840/IRF740 можно применить если хотим поднять выходную мощность до уровня 250-300 ватт при применение одного транзистора на плечо. Кроме того для увеличения выходной мощности БП в каждое плечо можно добавить параллельно по два полевых транзистора. Затвор каждого VT подсоединяется к микросхеме IR2153 через сопротивление номиналом 47-62 ом.

Емкости С8-С9 имеют двойное значение. С одной стороны они дают точку для подсоединения второго вывода первичной обмотки трансформатора, с другой, подавляют различные ВЧ помехи. Резисторы R8 и R9 необходимы для разрядки емкостей, в том числе и С3. Для снижения нагрева сопротивление выбирается большим, из-за чего разряд емкости С3 идет до безопасного значения напряжения, где-то за 30 секунд. После отсоединения преобразователя от сети нельзя прикасаться к ВЧ части БП раньше 30 секунд.

Цепочка R7-С10 давит паразитные колебания, могущие возникнуть на трансформаторе из-за ключевого режима работы полевых транзисторов. Через трансформатор в выходные цепочки могут поступать помехи. Для их подавления в конструкцию введен высоковольтный керамический конденсатор С11. Значение его емкости может лежать в интервале 2.2-5.1 нФ, а допустимый уровень напряжения должен быть не ниже 1.5 киловольт.

Выходной выпрямитель должен выдерживать обратное напряжение превышающее выходной уровень не ниже чем в 3 раза, а желательно в 6 раз. Время обратного восстановления диодов должно быть не ниже 100 наносекунд. Для этих целей я взял диоды типа BYW29-150.

Дроссели L1 L2 наматывают на незамкнутом сердечнике, либо на ферритовом кольце желто-синего цвета). Мотать на обычном феррите не советую. При намотке на один сердечник пары дросселей, следует помнить о фазировке, т.к направление тока вокруг сердечника у всех обмоток должно быть в одну сторону.

В схеме использована так называемый “икающий” тип защиты по потребляемому току. Она выполнена на компонентах T1, LED1, D7, резисторах R10-R13 и конденсаторе C16. Токовым датчиком является сопротивление R10. В случае превышения допустимого значения тока возрастающее напряжение на этом сопротивление через резистор R11 следует на базу биполярного транзистора Т1 и отпирает его. При этом через диод D7 будет заземлен третий вывод микросборки IR2153. Это приведет к остановке её работы и закрытию выходных транзисторов. Также начинает светиться индикатор LED1. Остановка работы выходного каскада приведет к снижению тока потребления, напряжение на резисторе R10 падает, транзистор Т1 запирается, IR2153 снова начнет работать. Если причина не исчезнет, то процесс повториться опять.

Конечно, работа данного типа защиты достаточно далека от идеала, но тем не менее польза от неё весьма заметная и это гораздо лучше чем совсем ничего. Она обеспечивает плавную зарядку подсоединенных к выходу схемы больших емкостей (так называемый "мягкий старт"), чем защищает диоды на выходе от перегрузки. По этой причине можно видеть короткое срабатывание защиты при включении БП. Кроме того, она защищает весь ИИП от КЗ на выходе. Наиболее ответственным компонентом защиты является сопротивление R10. В случае его обрыва перегорают Т1, D7, IR2153 и оба выходных транзистора. Без этого сопротивления схему нельзя включать в сеть.

блок питания IR2153 на печатной плате

Для отвода тепла от транзисторов используется Г-образный радиатор площадью 28х45 мм и высотой 3 см сделанный своими руками из металла от корпуса ПК. В нижней части радиатора есть три ножки для пайки к печатной плате.

Пример расчета трансформатора, программу для этого, а также чертеж печатной плате вы можете скачать по зеленой ссылке выше.