Данная статья является логическим продолжением двух предыдущих статей посвященных ИИП на микросхеме IR2161. Здесь представлена усовершенствованная — третья версия импульсного источника питания на данной микросхеме. Рассматриваемое устройство подойдет как новичкам, для которых этот ИИП может стать первым, так и тем, кто уже имеет опыт в постройке импульсных источников питания. И хотя данный блок питания разрабатывался для питания аудио усилителей мощности, он так же хорошо подойдет для питания и других нагрузок.
Основные отличия третьего издания — TE, от второго издания — SE, заключаются в кардинальном изменении компоновки платы блока питания, принятии специальных мер по борьбе с ростом выходного напряжения на холостом ходу (с чем сталкивались некоторые радиолюбители), совершенствовании схемы с целью улучшения качество работы и повышении безопасности устройства.
ИИП 2161TE обладает следующими возможностями и техническими характеристиками:
- Долговременная выходная мощность (без ограничения по времени работы) — 200 Вт;
- Кратковременная выходная мощность (для отработки пиков сигнала) — 300 Вт;
- Идеально подойдет для питания УМЗЧ с суммарной выходной мощностью усилителя до 200 Вт;
- Защита от импульсных перенапряжений и превышения входного напряжения ИИП выше 275 В с помощью варистора;
- Защита от перегрузки и короткого замыкания по выходу блока питания;
- Ограничение пускового тока с помощью термистора и встроенный софт-старт;
- Компенсация просадки выходного напряжения под нагрузкой (подобие стабилизации выходного напряжения);
- Простота конструкции — отсутствие в схеме редких и дорогостоящих радиоэлементов.
Схема импульсного источника питания 2161TE:
Кратко пробежимся по схеме. F1 — входной предохранитель, необходим для защиты проводки от возгорания в случае нештатной ситуации. Далее по схеме следует фильтр электромагнитных помех, состоящий из элементов C4, L1, C2, C3 и C1. Варистор RV1 защищает блок питания от импульсных помех и от превышения входного напряжения выше допустимой величины. Резистор R1 предназначен для разрядки конденсаторов входного фильтра. Термистор RT1 ограничивает пусковой ток блока питания. VDS1 — основной диодный мост, C11 — основной накопительный конденсатор по первичной стороне блока питания. C12 — вспомогательный конденсатор, предназначенный для подавления высокочастотных пульсаций по первичной стороне. Резисторы R5, R6 и R10, предназначены для разрядки основного накопительного конденсатора C11 после отключения блока питания от сети. C13 и C15 — конденсаторы делителя напряжения для первичной обмотки силового трансформатора Т1. Цепи питания IR2161 состоят из двух ветвей: R2, R4, VD4 — для первоначального запуска микросхемы и C8, R3, VD3, VD2 — для самопитания микросхемы D1. Другие элементы цепи питания микросхемы: VD1, C5, C6, необходимы для стабилизации и фильтрации напряжения питания. Верхний драйвер микросхемы питается от VD5 и C9. C7 — времязадающий конденсатор. Цепь защиты от перегрузки и короткого замыкания — R11, R13, R12 (задают порог срабатывания систем защиты) и R9, C10 (фильтр исключающий ложные срабатывания защиты). Затворные цепи ключей — VD6 и R7 для верхнего ключа, VD7 и R8 для нижнего ключа. Конденсатор C14 для соединения первичной и вторичной земель, снижает уровень ВЧ составляющей на выходе ИИП. Диодный мост вторичной стороны собран на диодах VD8 — VD11. Выходные катушки индуктивности L2 и L3 с шунтами — R14 и R18 соответственно, предназначенные для снижения ВЧ составляющей на выходе ИИП, конденсаторы C16 и C19, имеет тоже назначение. Основные накопительные конденсаторы по вторичной стороне — C17, C18 и C20, C21. Резисторы R15-17 и R19-21 — нагрузочные для ИИП, а также служат для разрядки выходных накопительных конденсаторов.
При повторении предыдущих версий ИИП на IR2161, некоторые радиолюбители сталкивались с проблемой, которая заключалась в том, что на холостом ходу (при отсутствии нагрузки), самопроизвольно росло выходное напряжение блока питания. Случалось, что выходное напряжение росло быстро и даже превышало допустимое для выходных конденсаторов значение. Для устранения этого неприятного эффекта, с которым к слову, автор лично не сталкивался, были приняты следующие меры: выходные дросселя L2 и L3, зашунтированы низкоомными резисторами R14 и R18, а также добавлено по три нагрузочных резистора в каждое из плеч блока питания. К сожалению, вышеописанные меры не являют 100% гарантией отсутствия роста выходного напряжения ИИП на холостом ходу. Гарантией является аккуратность сборки, полное удаление остатков флюса с печатной платы и правильно намотанный силовой трансформатор.
В авторском варианте, в качестве сердечника силового трансформатора использован сердечник EI33. Трансформатор рассчитан на долговременную выходную мощность 200 Вт и выходное напряжение +/- 40 В. Первичная обмотка содержит 46 витков, намотанных в два провода, диаметр каждого из которых 0,5 мм. Каждая из вторичных обмоток содержит по 12 витков и намотана в три провода по 0,5 мм. Изоляция обмоток выполнена лавсановой термостойкой лентой: три слоя ленты между первичной и вторичными обмотками, а также по одному слою ленты после каждого слоя первичной обмотки. Части сердечника склеены клеем «момент кристалл» и стянуты несколькими витками лавсановой ленты.
Долговременная выходная мощность данного ИИП, ограничена габаритной мощностью применяемого сердечника силового трансформатора (в авторском варианте EI33) и не должна превышать 200 Вт, а также максимально допустимым током выходных диодов SF54, который не должен превышать 2,5 А. При использовании указанного сердечника силового трансформатора и указанных выходных диодов, допускается изменять выходное напряжение источника питания, путем пересчета количества витков первичной и вторичных обмоток: в меньшую сторону — при выходном токе не более 2,5 А, в большую сторону — при выходной мощности не более 200 Вт (см. таблицу):
Для повышения долговременной выходной мощности свыше 200 Вт и/или выходного тока свыше 2,5 А, необходимо использовать сердечник с большей габаритной мощностью и/или выходные диоды с большим допустимым током, что потребует внесения изменений в рисунок печатной платы.
Далее, по своей хорошей традиции, просто перечислю некоторые важные моменты по повторению описываемого устройства:
- Вывод «G» по схеме, через крепежный винт и металлическую стойку, соединяется с корпусом устройства, к которому так же подключается заземляющий сетевой провод;
- При отсутствии заземления в сетевой розетке, конденсаторы C1 и C2 устанавливать не нужно;
- Не допускается использовать ПВХ изоляционную ленту в качестве изоляции обмоток трансформатора ввиду ее низкой термостойкости;
- При намотке силового трансформатор, в первую очередь, наматывается первичная обмотка ПОЛНОСТЬЮ, затем вторичные обмотки;
- Части сердечника, в обязательном порядке, должны быть склеены — это необходимо для создания небольшого микро зазора между частями сердечника (порядка 0,03 — 0,05 мм);
- Последним на печатную плату устанавливается силовой трансформатор. До этого должны быть впаяны все другие элементы схемы и полностью удалены остатки флюса с платы. После установки трансформатора, удаляются остатки флюса вокруг его выводов, без использования большого количества растворителей, спиртов, бензина, чтобы эти жидкости не проникли под изоляцию трансформатора;
- Радиатор для отвода тепла от транзисторов VT1 и VT2, представляет собой пластину из алюминия, размерами 59 х 35 мм и толщиной 5 мм;
- Силовые транзисторы VT1 и VT2 должны быть надежно изолированы от радиатора;
- Стабилитрон VD1 должен быть на напряжение не ниже 13В и не выше 14,2 В. Допускается в качестве VD1 использовать несколько последовательно соединенных стабилитронов для получения необходимого напряжения стабилизации = 13 … 14,2 В.
- Конденсаторы С2 и С4, должны быть типа X1 или X2, а конденсаторы С1, С3 и С14 — типа Y1 или Y2. Не выполнение данного требования, в случае нештатной ситуации может привести к пожару и/или поражению электрическим током;
- Дроссель подавления электромагнитных помех (L1) должен быть намотан на кольцевом ферромагнитном сердечнике. Индуктивность каждой из обмоток должна быть не менее 2 мГн (лучше больше). Диаметр провода — 0.3 … 0.5 мм (в зависимости от выходной мощности блока питания). Обмотки должны быть надежно изолированны друг от друга и от общего ферромагнитного сердечника;
- Резисторы R1, R5, R6 и R10, могут иметь сопротивление от 680 кОм и выше (меньшее сопротивление позволяет быстрее разряжать конденсаторы после выключения блока питания);
- Резисторы R15-17 и R19-21, могут иметь сопротивление от 15 кОм и выше (меньшее сопротивление позволяет быстрее разряжать конденсаторы после выключения блока питания);
- Для успешного запуска и долгой безаварийной работы блока питания следует использовать ТОЛЬКО оригинальные радиодетали;
- Собранное из исправных радиодеталей устройство, запускается сразу же и не требует никакой настройки;
Печатная плата 2161TE.02, в программе Sprint Layout 5, выглядит следующим образом:
Готовая к монтажу радиоэлементов печатная плата 2161TE.00 в железе:
Авторский вариант ИИП в полностью собранном виде:
Тот же ИИП, в исполнении других радиолюбителей:
P.S.
В качестве постскриптума, прилагаю модифицированную версию блока питания 2161TE, сделанную мной для питания усилителя на двух TDA2030:
Долговременная выходная мощность данной версии блока питания — 100Вт.
Схемы — нет, отличия от оригинальной схемы — незначительные, их легко проследить по печатной плате.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ИИП 2161TE.02 (Pвых=200Вт, Uвых=+/-40В) | |||||||
| R12, R13 | Резистор | 0.47 Ом | 2 | SMD 2010, 0.75Вт | |||
| R11 | Резистор | 0.68 Ом | 1 | SMD 2010, 0.75Вт | |||
| R14, R18 | Резистор | 1 Ом | 2 | SMD 2010, 0.75Вт | |||
| R3 | Резистор | 10 Ом | 1 | Выводной, 0.25Вт | |||
| R7, R8 | Резистор | 51 Ом | 2 | Выводной, 0.25Вт | |||
| R9 | Резистор | 1 кОм | 1 | Выводной, 0.25Вт | |||
| R15, R16, R17, R19, R20, R21 | Резистор | 15 кОм | 6 | SMD 1206, 0.25Вт | |||
| R2, R4 | Резистор | 150 кОм | 2 | Выводной, 0.25Вт | |||
| R1, R5, R6, R10 | Резистор | 680 кОм | 4 | Выводной, 0.25Вт | |||
| RT1 | Термистор | 10D-11 | 1 | Ток > 2A | |||
| RV1 | Варистор | 07K431 | 1 | ||||
| C8 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | Керамический Y5P, 1000В | |||
| C10 | Конденсатор | 1000 пФ | 1 | Керамический X7R, 50В | |||
| C1, C3, C14 | Конденсатор | 2.2 нФ | 3 | Y, 400В | |||
| C2, C4 | Конденсатор | 100 нФ | 2 | X, 275-305В | |||
| C6, C7, C9 | Конденсатор | 100 нФ | 3 | Керамический X7R, 50В | |||
| C12 | Конденсатор | 100 нФ | 1 | CL21 или CBB81, 400В | |||
| C13, C15 | Конденсатор | 0.47 мкФ | 2 | CL21 или CBB81, 400В | |||
| C16, C19 | Конденсатор | 1 мкФ | 2 | CL21, 63В | |||
| C5 | Электролитический конденсатор | 22 мкФ | 1 | 25В | |||
| C11 | Электролитический конденсатор | 220 мкФ | 1 | 400В | |||
| C17, C18, C20, C21 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ | 4 | 50В | |||
| VD2, VD3, VD5 | Выпрямительный диод | HER108 | 3 | ||||
| VD4 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 1 | ||||
| VD6, VD7 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 2 | ||||
| VD8, VD9, VD10, VD11 | Выпрямительный диод | SF54 | 4 | ||||
| VDS1 | Диодный мост | GBU806 | 1 | ||||
| VD1 | Стабилитрон | BZX55-C13 | 1 | 13 … 14,2 В | |||
| VT1, VT2 | MOSFET-транзистор | 2SK3568 | 2 | или IRF740, STF13NM60 | |||
| D1 | Микросхема | IR2161 | 1 | ||||
| L1 | Фильтр ЭМП | > 2 мГн | 1 | ||||
| L2, L3 | Катушка индуктивности | 1-3 мкГн | 2 | ||||
| T1 | Трансформатор | 1 | |||||
| F1 | Предохранитель | 3.15A | 1 | ||||