Jump to content

Welcome to vip-cxema.org

logo3.png

The forum has a section for guests, where you can ask your questions without registration: Вопросы и ответы

By registering, you will be able to send private messages, receive notification of replies to topics. You can always send a message, many restrictions are removed.


AlexRus1234

Ч.а.В.о. по ИИП на основе микросхем серии Ir215x(D)

Recommended Posts

Данная тема создана в связи с относительно большим количеством одинаковых сообщений по микросхемам Ir215x

(в основном ir2153)

Данная тема состоит из

1. Теоретической части(принцип работы полумостовой схемы преобразователя, принцип работы микросхем серии ir215x)

 

2. Всё что надо иметь и знать при сборке ИИП на основе Ir215x

 

 

И так приступаем к теории

 

1) Как работает, и что представляет из себя полумостовая схема преобразователя

 

И так, полумостовой преобразователь относится к двухтакным схемам. Основное отличие от Мостовой схемы, а так же схемы Пуш-пул заключена в наличии половине напряжения на первичной обмотке, (например для авто преобразователя на первичке будет 6 вольт, а для сетевого преобразователя, с питанием 220 вольт, будет 155 +/- вольт, для тех кто не понял почему 155 а не 110 вольт объясняю, питаться преобразователь будет от постоянного напряжения, после диодного моста с конденсатором, и выход будет равен 220 вольт переменного напряжения умножаем на Коэффициент 1.48 получаем 310 вольт постоянки, надеюсь объяснил понятно). Половина напряжения нужна для уменьшения количества витков в первичной обмотке, что-бы сохранить побольше места под вторички, однако полумостовые схемы делаются до 1500 ватт, выше нет смысла, т.к 1500/155= ~10Ампер! Что достаточно много, поэтому для мощностей выше 1500 ватт используют Мостовые схемы, которые имеют уже на первичке полное напряжение питания, собственно 1500/310= ~5Ампер, что в два раза меньше чем в полумостовой схеме. Но тут мы рассмотрим только полумостовую схему.

 

И так, мы поняли где используются полумостовые схемы, рассмотрим как они работают

c7ebdbb5b934t.jpg

Это типичная схема включения полумостовго преобразователя

Рассмотрим компоненты схемы

1) Транзисторы, могут быть как полевые(как в моём случае) так и биполярные, выполняют роль ключа(включают, отключают напряжение через себя)

2)Обмотка трансформатора, зачем она нужна писать не буду

3)И собственно что создаёт половину напряжения на обмотке, это конденсаторы и резисторы(последние нужны для стабилизации делителя на конденсаторах )

Обратите внимание! Конденсаторы не успевают полностью зарядиться, к моменту запуска схемы, их заряд где-то 50-60%

Синей линией показана минусовая шина, красной плюсовая, жёлтой 0

 

И так идёт первый цикл транзистор Т1 открывается и в этот момент происходит разрят с2 , Дальше транзистор закрывается и идёт мёртвое время (dead time) в этот момент транзисторы закрыты  транзисторы закрыты, что бы через них не пошёл сквозной ток, после мёртвого времени открывается Т2  и разрежает С1, в этот момент заряжается разряженный конденсатор с2, дальше транзистор закрывается и идёт мёртвое время, и цикл повторяется Аналогично работают и блоки питания ATX.

 

 

Это всё что я хотел сказать про полумостовую схему, дальше рассмотрим работу микросхем Ir215x
Да ещё видео проверки работоспособности ir215x


 

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

И так, рассмотрим блок схему микросхемы

47210e84304at.jpg

 

 

Тут мы видим несколько модулей, нас интересует только модуль dead time (мёртвое время), и выходные транзисторы

 

dead time в микросхемах серии ir215x(D) фиксированное и равно 1.2 мксек

 

Ниже приведена таблица в которой отражена разница между микросхемами ir215x

 

Микросхема      Максимальное напряжение драйвера   Напряжение питания старта  Напряжение питания стопа 

 

ir2151                              600v                                                           7,7...9,2 V                                     7,4...8,9 V

 

 

ir2153                              600v                                                           8,1...9,9 V                                      7,2...8,8 V

 

 

ir2155                              600v                                                           7,7...9,2 V                                      7,4...8,1 V

 

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Микросхема                   Максимальный ток для зарадки затворов силовых транзисторов / время нарастания   

 

ir2151                                                                           100 mA / 80...120 nS

 

 

 

ir2153                                                                        НЕ УКАЗАНО / 80...150 nS

 

                                                              

                                                  

 

 

 

 

ir2155                                                                        210 mA / 80...120 nS

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Микросхема                  Максимальный ток для разрядки затворов силовых транзисторов / время спада                Напряжение внутреннего стабилитрона

 

 

 

ir2151                                                                210 mA / 40...70 nS                                                                                                             14,4...16,8 V

 

 

 

 

 

ir2153                                                                  НЕ УКАЗАНО / 45...100 nS                                                                                                14,4...16,8 V

 

 

 

 

ir2155                                                                    420 mA / 40...70 nS                                                                                                          14,4...16,8 V

 

 

 

 

 

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

Как мы видим,  основная разница заключена только в токах выходных транзисторов, частоту для ir2151 и ir2155 можно посчитать по формулам ниже, а для ir2153 на нашем сайте

 

d34d33ca362ct.jpg

 

Ну, приступим к рассмотрению схемы, и понимания её работы, внизу вы видите полностью рабочую схему для ir2153

e2ce874ebd57t.jpg

 

И так, рассмотрим каждую деталь, что бы не было вопросов, а потом рассмотрим, как данная схема работает

На элементах C5, C3, R4, R5, T1, T2 построена полу-мостовая схема о которой я писал выше, за L1 выступает первичная обмотка трансформатора

С4- можно вообще выкинуть, он нужен для подавления помех в шине питания микросхемы.

R1 и C1 являются, часто-то задающими элементами, их номиналы нужно считать по формулам, которые я дал выше, в нашем случае, при использовании ir2153 частота будет 71кГц

Дальше идут элементы вольт добавки, Диод(который можно исключить при использовании модификации с буквой (D)) и конденсатор С2

Диод, должен быть рассчитан на рабочую частоту генератора.

Про номинал конденсатора, мы поговорим позже, скажу только что он должен быть обязательно не электролитическим! С ёмкостью не меньше 680нан.

И у нас остались резисторы R2 и R3, они ограничивают ток полевых транзисторов, как, зачем и почему,  расскажу ниже.

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

И так, приступаем к рассматриванию работы схемы

Но перед этим нам надо посчитать номиналы резисторов R2 и R3, для чего они нужны выясним в ходе расчёта.

Итак эти резисторы ограничивают ток затвора полевого транзистора, т.к. по сути полевой транзистор это конденсатор и резистор, резистор установлен между стоком-истоком, а конденсатор подключён к затвору. При зарядке конденсатора уменьшается сопротивление резистора, тем самым увеличивая ток через транзистор. А так как начальное сопротивление конденсатора равно (в теоретическом идеале, в действительности оно такое никогда не будет) нулю. При нулевом сопротивлении ток на затворе будет достаточно большой что бы спалить выходной каскад ИРки. Для его ограничения и нужны эти резисторы. И так приступаем к расчёту:  как известно, наиболее точно динамические свойства полевого транзистора характеризуют не значение его паразитных емкостей, а полный заряд затвора — Qg. Значение параметра Qg связывает между собой математическим путем — импульсный ток затвора с временем переключения транзистора, тем самым предоставляя возможность разработчику правильно рассчитать узел управления.
      К примеру, у полевого транзистора IRF840 при токе стока I
s = 8 A, напряжении сток — исток Uds = 400 В и напряжении затвор — исток Ugs = 10 В полный заряд затвора равен Qg = 63 нКл. При неизменно напряжении затвор — исток заряд затвора уменьшается с увеличением тока стока Is и с уменьшением напряжения сток — исток Ugs.
      Произведем расчет параметров схемы управления при условии, что необходимо достигнуть времени включения транзистора ton = 120 нс. Для этого ток управления драйвера должен иметь значение:

            Ig = Qg / ton = 63 х 10-9 / 120 х 10–9 = 0,525 (A) (1)

      При амплитуде импульсов управляющего напряжения на затворе Ug = 15 В сумма выходного сопротивления драйвера и сопротивления ограничительного резистора не должна превышать:

            Rmax = Ug / Ig = 15 / 0,525 = 29 (Ом) (2)

      Расчитаем выходное выходное сопротивление драйверного каскада для микросхемы IR2155:

            Ron = Ucc / Imax = 15V / 210mA = 71,43 ohms
            Roff = Ucc / Imax = 15V / 420mA = 33,71 ohms

      Учитывая расчетное значение по формуле (2) Rmax = 29 Ом приходим к заключению, что с драйвером IR2155 заданное быстродействие транзистора IRF840 получить невозможно. Если в цепи затвора будет установлен резистор Rg = 22 Ом, время включении транзистора определим следующим образом:

            REon = Ron + Rgate, где RE - суммарное сопротивление, Rout - выходное сопротивление драйвера, Rgate - сопротивление, установленное в цепь затвора силового транзистора = 71,43 + 22 = 93,43 ohms;
           
Ion = Ug / REon, где Ion - ток открытия, Ug - величина управляющего напряжения затвора = 15 / 93,43 = 160mA;
           
ton = Qg / Ion = 63 х 10-9 / 0,16 = 392nS
      Время выключения можно расчитать используюя теже формулы:
           
REoff = Rout + Rgate, где RE - суммарное сопротивление, Rout - выходное сопротивление драйвера, Rgate - сопротивление, установленное в цепь затвора силового транзистора = 36,71 + 22 = 57,71 ohms;
           
Ioff = Ug / REoff, где Ioff - ток открытия, Ug - величина управляющего напряжения затвора = 15 / 58 = 259mA;
           
toff = Qg / Ioff = 63 х 10-9 / 0,26 = 242nS
            К получившимся величинам необходимо добавить время собственного открытия - закрытия транзистора в результате чего реальное время ton составит 392 + 40 = 432nS, а toff 242 + 80 = 322nS.
            Теперь осталось убедится в том, что один силовой транзистор успеет полность закрыться до того, как второй начнет открываться. Для этого сложим t
on и toff получая 432 + 322 = 754 nS, т.е. 0,754 µS. Для чего это нужно? Дело в том, что у любой из микросхем, будь то IR2151, или IR2153, или IR2155 фиксированное значение DEAD TIME, которое составляет 1,2 µS и не зависит от частоты задающего генератора(что я и писал выше).

Таким образом при микросхема IR2155 через резисторы 22 Ома вполне нормально сможет управлять IRF840, а вот IR2151 скорей всего прикажет долго жить, поскольку для закрытия - открытия транзисторов нам потребовался ток в 259 mA и 160 mA соответсвенно, а у нее максимальные значения составляют 210 mA и 100 ma. Конечно же можно увеличить сопротивления, установленные в затворы силовых транзисторов, но в этом случае существует риск выйти за пределы DEAD TIME.

Чтобы не заниматься гаданием на кофейной гуще была составлена таблица в EXCEL, которую можно взять ЗДЕСЬ. Подразумевается, что напряжение питание микросхемы составляет 15 В.

Ну теперь рассмотрим работу микросхемы
e2ce874ebd57t.jpg

  Выводы 8, 7 и 6 микросхемы IR2153 являются соответственно выходами VB, HO и VS, т.е. питанием управления верхним плечом, выходом оконечного каскада управления верхним плечом и минусовым проводом модуля управления верхним плечом. Внимание следует обратить на тот факт, что в момент включения управляющее напряжение присутствует на Q RS триггера, следовательно силовой транзистор нижнего плеча открыт. Через диод VD1 заряжается конденсатор С3, посколько его нижний вывод через транзистор VT2 соединен с общим проводом.
      Как только RS триггер микросхемы меняет свое состояние VT2 закрывается, а управляющее напряжение на выводе 7 IR2153 открывает транзистор VT1. В этот момент напряжение на выводе 6 микросхемы начинает увеличиваться и для удержания VT1 в открытом состоянии напряжение на его затворе должно быть больше чем на истоке. Поскольку сопротивление открытого транзистора равно десятым долям Ома, то и на его стоке напряжение не намного больше, чем на истоке. Получается, что удержания транзистора в открытом состоянии необходимо напряжение как минимум на 5 вольт больше, чем напряжение питания и оно действительно есть - конденсатор С3 заряжен до 15-ти вольт и именно он позволяет удерживать VT1 в открытом состоянии, поскольку запасенная в нем энергия в этот момент времени является питающим напряжение для верхнего плеча окнечного каскада микросхемы. Диод VD1 в этот момент времени не позволяет разряжаться С3 на шину питания самой микросхемы.
      Как только управляющий импульс на выводе 7 заканчивается транзистор VT1 закрывается и следом открывается VT2, который снова подзаряжает конденсатор С3 до напряжения 15 В.

Фух, с работой схемы разобрались, теперь преступаем к практической части                          Часть материалла была заимстовована с http://soundbarrel.ru/pitanie/IR2153_01.html
 

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

В практической части мы разберём сборку, схемы на ir2153, я взял самою распространённую схему
818224150824t.jpg

Для настройки данной схемы кроме описанных деталей нам понадобятся:

1. Лампа накаливания на 40-60 ватт

1.5 Галогенная лампа 12вольт 35-50 Ватт

2. Не перемотанный трансформатор из ATX

3. 3 Амперный диодный мост, состоящий из 4 отдельных диодов

4. Мультиметр

5. 2 резистора 150 Ком каждый

Так, после того, как вы вытравили ПП, просверлили её и возможно залудили, начинаем сборку по пунктрам

1. Устанавливаем панельку, крепления микросхемы

2. Запаиваем Часто-то задающие компоненты

4. Устанавливаем компоненты вольтодобавки

5. Устанавливаем термистор

6. Устанавливаем компоненты полумоста

7.Подключаем собранный из 4 диодов диодный мост

8.Запаиваем резистор питания Ir215x (36ком), и конденсатор питания

9.запаиваем параллельно каждому силовому конденсатору резистор 150 Ком(этот пункт можно пропустить, однако, вам придётся ждать пока заряд в конденсаторах спадёт, с резисторами это время сокращается до 6-12 секунд)

Дальше запаиваем лампу накаливания на место предохранителя, и включаем в сеть, лампа должна вспыхнуть и сразу потухнуть, если она вспыхнула и не гаснет, значит у вас где-то КЗ, в случае если она потухла берём мультиметр и мерием напряжение на каждом конденсаторе питания (должно быть около 160-140 вольт, с разницей в 1-2 вольта на каждом), далее мерием напряжение на 1 контакте ИРки, там должно быть 15.6 Вольт +\- 10%, и напряжение на 5 выводе Ирки, там должно быть 7-10 вольт +\-15%.

Если всё выше описанное в норме, значит приступаем дальше

9. Запаиваем затворные токоограничительные резисторы силовых ключей

10. Запаиваем силовые ключи

Теперь опять включаем и проверяем, если лампа опять не горит постоянно, держим включённым ИИП секунд 20-40, выключаем и трогаем силовые транзисторы (убедившис с начало, что заряд в конденсаторах питания закончился), они должны быть холодные, если нет, значить они поддельные

11. С помощью проводков подключаем на место основного трансформатора, запаиваем !не перемотанный! трансформатор из ATX, на выход +5 или -5 подключаем нашу галлогенную лампу, другой её контакт подключаем к "косе", включаем ИИП в сеть, лампа на выходе должна гореть постоянно вместе с лампой на входе, не моргать, если моргает, значит слишком большой номинал резистора питания ir215x уменьшаем его аккуратно, пока лампы не будут гореть постоянно,

12. Отпаиваем временный трансформатор, и запаиваем основной, проводим тест описанный выше.

13. Запаиваем снаббер и выходной выпрямитель

14. Отпаиваем наш временный диодный мост и запаиваем постоянный

15. Отпаиваем лампу накаливания и запаиваем предохранитель

Всё! Если собирали по пунктам вышеописанных, проблем возникнуть не должно

Про намотку трансформатора и его фазировку, можно посмотреть здесь с 8:26

Тут дальше буду описывать принципы действия и работы других ИИП, с которыми столкнётся наш форум

Обращение ко всем администраторам! Эта тема создана, для того, что бы пользователи не создавали кучу тем с одинаковыми проблемами, если пользователь создаёт тему с проблемой, которую мы уже решили, отправляйте его сюда, если проблема не решена, то решаем её либо здесь, либо на месте(если пользователь не зарегистрирован и не может писать в под форумах кроме Вопрос-ответ), а затем отмечаем в этой теме решение этой проблемы!

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

1) Схема с сайта паяльник
Взято от сюда
http://cxem.net/pitanie/5-271.php
20acd1606bf8t.jpg
ПП http://cxem.net/pitanie/files/5-271_IBP200W.lay

Хочется начать с того, что я не советую использовать эту схему, несмотря на то, что она полностью рабочая, почему? Узнаете ниже, приступаем.
1)Питание поступает через предохранитель F1 на П-образный подавитель помех(С1, Т1, С3) и варистор(VDR1), последний в случае превышения сетевого напряжения выше 275 вольт, сгорает и образует КЗ, тем самым сжигая предохранительF1 и спасая схему.

2)После П-образного подавителя помех идёт, так называемая система плавного пуска (Soft-start) и она первая причина по которой мне не нравится эта схема, а именно в том, что это нельзя назвать софт-стартом, потому что это обычная задержка включения, (Система софт-старта включает реле только после заряда конденсаторов питания на 70-85%)+ ток очень маленький, и не любое реле может запустить эта система

3)Дальше идёт выпрямитель на диодном мосте(VDS2) и конденсаторе (С10)

4)Затем идёт узел управления силовыми ключами на Ir2153, питание которой организовано через диод(VD2) и резистор(R2), благодаря такой системе уменьшается нагрев резистора (R2), тут же стандартная схема ir2153 про которую я не будут писать второй раз

5)Узел защиты от КЗ и перегрузки

Место под рассмотрение схем

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

Привет! Полезная тема. Удачи всем радиолюбителям.

У меня два вопроса - в случае применения ir2155 надо менять что либо в схеме (cхема из поста #5) и сколько ватт можно выжать из БП с ir2155 ?

Я обратил внимания что после выходных диодов нет дросселя - он что не нужен?

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

Привет! Полезная тема. Удачи всем радиолюбителям.

У меня два вопроса - в случае применения ir2155 надо менять что либо в схеме (cхема из поста #5) и сколько ватт можно выжать из БП с ir2155 ?

Я обратил внимания что после выходных диодов нет дросселя - он что не нужен?

1) Нет не надо, МС Ir215x, (а с недавнего времени IRS215x) имеют одинаковую схему включения.

2) Столько же, сколько и ir2153 и ir2151 => 1500 ватт, разница только в более мощном выходном каскаде, что даёт возможность раскачивать белее мощные ключи без драйвера, а так же в расчёте частотно задающих компонентах

Дроссель нужен, но на схеме не указан

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

Столько же, сколько и ir2153 и ir2151 => 1500 ватт, разница только в более мощном выходном каскаде, что даёт возможность раскачивать белее мощные ключи без драйвера, а так же в расчёте частотно задающих компонентах

конкретно что нужно менять в цепи микросхемы и ключей что-бы получить мощность до 900 ватт - если эти 2155 или 2153 и транзисторы тянут то что менять :) ? и что вы имеете в виду под "в расчёте частотно задающих компонентов"?

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

конкретно что нужно менять в цепи микросхемы и ключей что-бы получить мощность до 900 ватт - если эти 2155 или 2153 и транзисторы тянут то что менять :) ? и что вы имеете в виду под "в расчёте частотно задающих компонентов"?

1) Я же сказал, разница только более мощном выходе у 2155...  собственно можно использовать более мощные транзисторы. Для 900 ватт по любому нужен драйвер

2) Другая формула расчёта частоты 

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

Здравствуйте,

Помогите пожалуйста, разобраться. Собираю ИИП. Вот схема. Напряжения по питанию микросхемы 54 Вольт.

Попробовал менять резисторы разные номиналы, а результат один показания. Как снизить напряжение до 15-16 Вольт ?

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

Здравствуйте,

Помогите пожалуйста, разобраться. Собираю ИИП. Вот схема. Напряжения по питанию микросхемы 54 Вольт.

Попробовал менять резисторы разные номиналы, а результат один показания. Как снизить напряжение до 15-16 Вольт ?

Здравствуйте, как я писал выше внутри микросхемы находится стабилитрон 15.6, проблема может быть с ним, попробуйте добавить внешний стабилитрон на 15.6 вольт 1 ватт, может помочь, если Ирка ещё жива

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

Мерил напряжение 1 и 4 ноги МК не подключая к панельки. Можете направить подключение стабилитрона?

В магазине есть стабилитрон на 16 Вольт. Подойдет ли?

Share this post


Link to post
Share on other sites
 
 
 

@@commandor

И чему вы удивляетесь? Резистор просто ограничивает ток, а напряжение стабилизируется внутренним стабилитроном. Поставьте микросхему и померяйте с ней.

З.ы. убедитесь в том, что у вас не пробило конденсаторы фильтра питания МС

З.ы.ы их вообще нету, кошмар, советую их добавить, что снизить пульсации.

Share this post


Link to post
Share on other sites
 
 

В практической части мы разберём сборку, схемы на ir2153, я взял самою распространённую схему...

Здравствуйте и спасибо за подробный разбор! Можно ли спросить Вас: я случайно коротнул щупом в заводском БП, собранном по очень похожей схеме, выходные клеммы +70V и нейтраль. Искрануло, пошел дым, очевидно, что-то сгорело. Визуально определить не удается, я выпаиваю все подряд, проверяю. Пока выявил только неадекватное поведение термистора, но не думаю, что это именно он сгорел. Можно ли попросить Вас подсказать, что могло пострадать в первую очередь? Прошу прощения за ламерский вопрос

Share this post


Link to post
Share on other sites
 
 

@@tisso

Приветствую, я советую проверить силовые ключи и диодный мост, отпишитесь о результатах

Спасибо, а саму IR2153 имеет смысл заменить?

Share this post


Link to post
Share on other sites
 
 

Диодный мост в порядке, а вот один из двух ключей не переключается.

UPD: выпаял - переключается, не переключался на плате (второй переключается и на плате)

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

@@tisso

Маловероятно что ваша МС вышла из строя, поэтому советую начинать с вышеуказанного.

Апдейт2: обнаружил, что пробит конденсатор 1 мкФ между ключами и трансформатором, может ли дело быть только в нем? Мог ли он утянуть за собой и сам трансформатор или что-то ещё?

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

@@tisso

К большому сожалению, пробитый конденсатор может потянуть ВСЕ активные компоненты схемы.

З.ы. Трансформатор не активный компонент.

Share this post


Link to post
Share on other sites
 

@@tisso

К большому сожалению, пробитый конденсатор может потянуть ВСЕ активные компоненты схемы.

З.ы. Трансформатор не активный компонент.

Отписываюсь: заменил битый конденсатор и еще пару других на всякий случай, поставил новые ключи. Без нагрузки все ОК, под нагрузкой оба новых ключа закоротило намертво. Вернул старые ключи, все заработало. Странно: маркировка-то точно та же. И, кстати, со старыми ключами напряжение на выходе БП = +/-70, с новыми = +/-65. Наверное, поддельные какие-нибудь ключи купил.

Share this post


Link to post
Share on other sites
 
 

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...



×
  • Create New...