Схемы импульсных блоков питания на микросхеме IR2153

Устройство мягкого пуска с защитой от токовых перегрузок и КЗ

– Интересно, а что можно увидеть, если низе́нько пролететь над глухим бурятским селением тарбагатайского района, вооружившись комплексом радиолокационного наблюдения?
– Что, что? Узкораспахнутые глаза нескольких офонаревших финно-угров, а так же электромагнитную мешанину помех в полосе частот 1...100 МГц.
Железный конь пришёл на смену крестьянской лошадке! Энергосберегающие лампы, телевизоры, компьютеры, зарядные устройства и прочий хай-тек с импульсными источниками питания – на смену лампочке Ильича!
Вот и приходится бедолаге-радиолюбителю уживаться с разномастными ИБП, излучающими в эфир интенсивный высокочастотный шлак во всех КВ-диапазонах.
А что тут попишешь? Прогресс как-никак..., технологичность, блин..., массогабариты, мать их за ногу...

И чтобы не застрять на обочине инновационного пути, поклонимся и припадём к импульсным блокам питания и мы. А начнём с двуполярного импульсного источника для мощного усилителя мощности.

Что нужно правильному ИПБ для комфортного выполнения своих непосредственных обязанностей?

1. Мягкий, он же плавный, пуск при включении импульсного блока питания, предотвращающий превышение допустимых токов полупроводников от работы на фактически короткозамкнутую нагрузку, образующуюся вследствие мгновенного заряда электролитических ёмкостей выпрямителя.
Часто используемые для этих целей термисторы не так уж и хороши, в силу инерционной зависимости изменения сопротивления от температуры. Результат – кирдык блоку питания из-за того, что просто выключили и тут же включили БП тумблером.

2. Правильная и быстрая защита ИБП от токовых перегрузок и КЗ, полностью отключающая устройство от сети при возникновении нештатных ситуаций.
Распространённое шунтирование на землю точки питания микросхемы-драйвера, управляющего ключевыми транзисторами, может выручить далеко не во всех ситуациях. Слабым звеном здесь оказывается наличие электролитического конденсатора в цепи питания, приводящего к существенной задержке такого обесточивания микросхемы со всеми вытекающими невесёлыми последствиями.

3. Наличие входных и выходных LC-фильтров для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть и нагрузку.

4. Компактность, надёжность и радующая глаз простота исполнения.

Тезисы оформлены без нарушений требований, переходим к схеме электрической принципиальной импульсного блока питания.

Рис.1 Схема плавного пуска и защиты импульсного блока питания на IR2153

Начнём со схемы (Рис.1), обеспечивающей мягкий и плавный пуск ИБП. Она же является устройством защиты импульсного блока питания от токовых перегрузок и КЗ, она же содержит элементы, предотвращающие проникновение импульсных помех в питающую сеть, она же формирует необходимые постоянные напряжения, необходимые для работы драйвера и ключевых транзисторов.

Так, а что там, собственно-то, осталось? С гулькин хрен! Надо ж было сразу всё рисовать, а не размножать всякие писульки! – резонно зафиксирует мысль подготовленный радиолюбитель.

Торопиться не надо!
Во-первых, приведённая схема сгодится не только для преобразователей, собранных на IR2153, но и для любых других устройств, независимо от используемой элементной базы. Низковольтное напряжение (15В) может быть выбрано любой величины, посредством замены D2 на стабилитрон с соответствующим напряжением пробоя.

Во-вторых, даже при изготовлении источника питания на заявленной в заголовке микросхеме IR2153, имеет серьёзный резон сначала собрать приблуду, приведённую на Рис.1, десяток раз проверить соответствие принципиальной схеме, прозвонить тестером на отсутствие КЗ между дорожками платы, далее, подключившись к сети, убедиться в наличии работоспособности, а затем уже продолжать все дальнейшие манипуляции.
Настройки схема не требует, при отсутствии ошибок сразу запашет как зверь!

А вот теперь можно повеселиться по полной программе! Любые дефективные двигания шаловливыми ручонками при сборке преобразователя, ключевых транзисторов и импульсного трансформатора будут моментально зафиксированы устройством защиты и не приведут к каким-либо серьёзным последствиям для элементов схемы. Ручонки могут пострадать, элементы - вряд ли!

Как это всё работает?

Переключатель S1 – это тумблер без фиксации, алгоритм работы (on)-off-(on), количество контактных групп – 2.
В момент перевода тумблера в состояние "вкл" через сопротивление R1 и двухполупериодный выпрямитель Br1 начинается заряд входного сглаживающего конденсатора C3.
Номинал резистора выбран такой величины, чтобы максимальный импульсный ток, протекающий через элементы в начальный момент включения, не превышал 10А.

По мере заряда конденсатора увеличивается и ток через последовательную цепочку R2, LED1, Ref1, D2. Через несколько десятков миллисекунд этот ток достигает значения, достаточного для включения реле Ref1. После включения реле, его контакты К1 замыкают и R1, и контакты тумблера. Всё – плавный пуск импульсного блока питания завершён, светодиод горит, можно отпускать пипку переключателя.

Выключение блока питания у нас завязано на схеме защиты, реализованной на транзисторах Т1, Т2, включённых по схеме эквивалента тиристора. Какой должна быть эта схема для предотвращения ложных срабатываний, мы подробно рассмотрели на странице   Ссылка на страницу .

Схема обладает небольшим и предсказуемым током включения (около 100мкА), что позволяет отказаться от построечных резисторов при выборе необходимого порога срабатывания. Величина сопротивления R=R6IIR7 выбирается исходя из формулы R=0,77/Iср, т.е. в нашем случае Iср=0,77/0,5=1,54А.

Механизмы выключения ИБП – что при нажатии кнопки S1 в положение "выкл", что при срабатывании защиты абсолютно идентичны. Под воздействием напряжения, превышающем пороговый уровень на переходе база-эмиттер транзистора Т1, аналог тиристора переходит в проводящее состояние, верхний вывод реле замыкается на нулевую точку, реле отщёлкивается, блок питания от сети полностью отключается.

П-образный фильтр С1, Др1, С2 служит для предотвращения проникновения импульсных помех в сеть. Я использовал готовый 2х2.2мГн, 2A фирмы Epcos, позволяющий работать с мощностями до 600Вт. Если не влом заняться самообразованием, то можно намотать синфазный дроссель и самостоятельно на ферритовых кольцах с высокой магнитной проницаемостью.

Диодный мост должен быть рассчитан на постоянное обратное напряжение не менее 400В, у меня под рукой оказалась радиодеталь с большим запасом по мощности – BR1004 на 10А.

Использованое в схеме реле рассчитано на номинальное рабочее напряжение 12 В. Реле должно выдерживать необходимый максимальный коммутируемый ток и не гнушаться работой с сетевым напряжением. Ток срабатывания не должен превышать 20 мА, как правило, в документации такие реле называются – High Sensitive. Сопротивление обмотки при таких параметрах составляет плюс-минус 700 Ом.

Ограничений по максимальной мощности импульсного блока питания у приведённой схемы защиты и плавного пуска – нет. Естественным образом следует озаботиться выбором элементов Др1 и Br1, соответствующих максимальным токам, гуляющим по высоковольтным цепях устройства.

Принято считать, что минимальная величина ёмкости электролитического конденсатора С3 должна составлять 100 МкФ на каждые 100 Вт мощности. Увеличение этого значения в 1,5...2 раза, пойдёт только на пользу характеристикам ИБП, хотя и излишний фанатизм не приветствуется во избежание чрезмерного увеличения массогабаритных характеристик.

Стабилитрон D1 я пририсовал на схеме на всякий пожарный уже в процессе написания статьи для исключения возможного включения реле обратным напряжением, накопленным на С4 в момент срабатывания транзисторной защёлки. В оригинале всё прекрасно работает и без него!

Что-то, как-то слишком многословно получилось.
«Краткость есть душа ума...». Ну да ладно, продолжим разговор на следующей странице.

Дальше