Мощный импульсный источник питания

Однажды понадобился автору достаточно мощный источник питания, 150 ватт. Выходное напряжение 20В, при токе нагрузки 5А. Казалось бы, понадобился, ну и ладно, купи трансформатор, прикрепи к нему выпрямитель и конденсатор. Эти проблемы еще на заре развития домашней электроники решались на счет раз-два.

Но, сейчас, когда количество меди в стране и мире катастрофически уменьшается, а в связи с этим цены на трансформаторы так же катастрофически растут, то приходится искать либо деньги, которых тоже больше не становится в связи с тем, что нефть никому не нужна, либо искать другие метод трансформации электроэнергии, получаемой из розетки.

И чем дороже обычные трансформаторы, тем больше растет популярность импульсных источников питания (далее ИИП). Особенно профит от их использования заметен тогда, когда нужно получить именно мощный источник питания.Плюсы ИИП.1. Цена2. Масса

Количество денежных знаков, которые мне пришлось заплатить за детали для ИИП колеблется в районе 500-600 рублей. При этом надо учесть, что покупалось почти все — кольца для трансформатора, резисторы-конденсаторы-микросхемы-диоды и прочее-прочее-прочее. А если взять в качестве донора неисправный блок питания компьютера, то половину денег сразу можно положить обратно в кошелек.

Масса готового ИИП автора составила где-то 0.5…0.6 кг. В тоже время, сравнимый по мощности традиционных тороидальный трансформатор стоит в чипдипе порядка 1.3…1.5 тыр, и весит 1.6 кг чистого веса.

Происходит такой весовой разброс из за того, что ИИП работает на частотах, которые на порядки выше, нежели частота бытовой электроосветительной сети. А в электронике это играет очень большую роль. Выше частота, меньше габариты.

Минусы ИИП.1. Сложность изготовления. Это, правда, относится к любительским технологиям. В промышленных условиях их выпускают сотнями нефти, и даже не подвергают никакой настройке, сразу на прилавок.2. Для настройки может понадобится осциллограф и знание того, какие ручки на нем крутить и в какую сторону.

Основная сложность сборки заключается в намотке и правильной фазировке импульсного трансформатора.

А теперь лирику в сторону, практика.Схема.

Основа схемы — IR2153, самотактируемый драйвер. Может работать на частотах до 150, кажется, килогерц. Но не стоит сильно увлекаться задиранием частоты, и остановится на частотах 30-70 кГц. Иначе, привет эффект Миллера, здравствуйте дополнительные драйвера для полевых транзисторов, прощай простота конструкции.

Схема практически полностью соответствует даташитовской, за исключением нюансов. Питание микросхемы берется от переменного напряжения через гасящий резистор (R1), затем выпрямляется диодом D3. Если бы питание заводилось с выпрямленного сетевого напряжения, то пришлось бы увеличить мощность и сопротивление гасящего резистора, потому что он имеет склонность к нагреванию.Либо, второй вариант — намотать на трансформатор дополнительную обмотку на 15-18 вольт, выпрямить напряжение и питать от него. При этом от сети питание бы бралось только в момент запуска ИИП. Но этот путь сложнее (хоть и идеологически более верен), а нам сейчас нужна простота.

Так же в схеме есть защита от перегрузки по выходу. Выполнена она на токовом трансформаторе Т1 и элементах R2, R4, R5, R6, D7, D8, C3, C9. Если защита не нужна, то ее можно безболезненно удалить их схемы. Для этого достаточно просто заменить перемычкой первичную обмотку Т1 и не устанавливать элементы защиты.

Трансформатор Т2 на схеме имеет отвод во вторичной обмотке. Сделано с претензией на некую универсальность. На одной и той же плате можно собрать как однополярный источник, так и двуполярный. Двуполярные источники питания очень любят те, кто собирает усилители мощности низкой (звуковой) частоты. На Радиокоте уже собаку на этих ИИП для УМЗЧ съели.

Готовое устройство имеет размеры 140х80 мм:

Намотка трансформатора была выполнена на кольце из "народного" феррита проницаемостью М2000. Размер кольца 40х25х11 мм. Первичная обмотка составила 67 витков проводом в эмали, сечением 0,53 мм, мотать в два провода. Намотку распределить равномерно по кольцу.

Вторичная 9 витков в 4 провода. Провод тот же, 0.53. Намотку распределить равномерно по кольцу.Если интересно двуполярное напряжение на выходе, то мотать обе полуобмотки одновременно тем же проводом в 8 жил сразу. Т.е, 4 провода — первая полуобмотка, вторые 4 провода — вторая полуобмотка.

Этим обеспечится симметричность полуобмоток, и как следствие — одинаковое значение напряжение на выходе в положительном и отрицательном плече относительно общего провода. Обмотку так же распределять равномерно по кольцу.

Дроссели фильтра — готовые, взятые с какого-то не сильно живого БП для компа. Но можно и изготовить самостоятельно из цветных колец (из порошкового железа).

Если токовая защита интересна, то токовый трансформатор можно намотать на маленьком кольце феррита М2000, первичная обмотка составляет 1-1.5 витка такого же провода, как и первичная обмотка T2. Вторичная обмотка — 2х50…70 витков провода сечением 0.2…0.3 мм (можно и тоньше, но мотать будет сильно сложнее). Мотать сразу двумя проводами, потом соединять конец одной с началом другой полуобмотки — это будет отвод от середины.

Собранный из исправных деталей ИИП запускается сразу, и не требует дополнительной настройки. Настройки может потребовать узел защиты.

ВНИМАНИЕ, ЭЛЕМЕНТЫ СХЕМЫ НАХОДЯТСЯ ПОД ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ, КОТОРОЕ ОПАСНО ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ И ЖИЗНИ! СОБЛЮДАЙТЕ ВНИМАТЕЛЬНОСТЬ И БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ.

И тем не менее, общие советы по настройке.Для настройки понадобится мультиметр, осциллограф, резиновые перчатки, лампочка накаливания на 220 вольт, мощностью 60-100 ватт. Первое включение производить через лампочку накаливания, транзисторы пока не впаивать. Лампочку поставить вместо предохранителя. Замерить напряжение питания IR-ки. Оно должно быть не менее 9.5 и не более 15 вольт. Если есть такое дело, смотрим ослом на выводе 5 меандр с частотой 50 кГц. Если он есть, впаиваем транзисторы.Если есть возможность, то лучше вообще без подачи сетевого напряжения питания подать отдельное низковольтное питания на IR2153, и смотреть осциллограммы на 5-ой ножке IR-ки.

Если при включении лампочка кратковременно моргает, то вероятность того, что схема собрана правильно — стремиться к 146%. Если сразу горит в полный накал — то искать дохлые транзисторы. Или, если до впайки в схему они были живы — пытаться понять причину их смерти (вероятно, дохлая IR-ка).

Настройка устройства защиты. Надо подключить к ИИП тестовую нагрузку (мощный реостат, или электронный эквивалент нагрузки) на 10-20% мощнее, чем нагрузка, с которой планируется эксплуатировать ИИП, и резистором R5 отрегулировать уверенное срабатывание защиты.

Сравнение габаритов ИИП с традиционным блоком питания на тороидальном трансформаторе 150Вт (трансформатор + плата выпрямителя и сглаживающих фильтров).