Импульсный блок питания для усилителя на SG3525+ТГР.

Предлагаю вашему вниманию достаточно простой и надежный импульсный блок питания для усилителей. (ИИП)

Схема ИИП.
Блок питания в сборе.

Печатная плата:

Скачать печатную плату в формате lay.*  DA-Power-300w-13-03-2018.lay6 (602 Загрузки)

Характеристики:

— напряжение питания 220в;

— мощность 300вт;

— защита от короткого замыкания, защита от постоянного напряжения на выходе усилителя;

— частота преобразования 48-50кГц;

— напряжение питания +-50в ( может быть любым).

ИИП основан на продвинутом ШИМ контроллере SG3525, который имеет мощный выход и без проблем тягает тяжелые затворы полевиков без применения дополнительных драйверов.

Вторая более усовершенственная плата ИИП со стабилизацией выходного напряжения: 

Схема:

Рисунок печатной платы:

Скачать файл печатной платы стабилизированного ИИП в формате lay: DA-Power-300w-25-03-2019.zip (334 Загрузки)

Фото собранного ИИП.

3-й вариант платы — это стабилизированный однополярный блок питания 14,4в, можно использовать как зарядник для автомобильного аккумулятора.

Схема:

Рисунок печатной платы:

Скачать файл печатной платы в lay:  DA-Power-300w-220-14v.lay6 (Одна Загрузка)

Фото готовой платы:

Доступны к заказу блоки питания самой последей версии.

Характеристики:
— питание 210-230в;
— мощность долговременная 330вт, кратковременная 550вт.
— выходное напряжение +36в/-36в ( может быть любым)
— дополнительные сервисные напряжения +15/-15в 100мА, +12в 100мА.
— защита от короткого замыкания в нагрузке;
— светодиодная сигнализация работы ИИП.

Возможно изготовление с нужными напряжениями от +20/-20в до +40/-45в.
Кит-набор плата+детали для самостоятельной сборки — 1250рублей.
ИИП со стабилизацией 1800р, без стабилизации — 1700р.

Общая информация по сборке блоков питания:

ТГР.

( Трансфоматор гальванической развязки) один из отпугивающих элементов схемы. Он необходим для того, чтобы обычный не полумостовой драйвер мог управлять полевыми транзисторами,так как между затворами большое напряжение. Сложного в нем ничего нет, он состоит из маленького колечка с тремя одинаковыми обмотками из тонкого провода. Фазировка первичной обмотки не играет роли, а вот вторичные обмотки должны подсоединяться зеркально, для того чтобы происходило по очередное открывание полевых транзисторы, в противном случае откроются одновременно, что приведёт к короткому замыканию и выходу их из строя.

Намотан на колечке 16*10*4,5мм PC 40 сразу 3 проводами, перчика  45 витков, вторички по 37 витков.

ТГР.

Первичка одним цветом вторички другим, необходимо перед монтажем прозвонить выводы и вставить согласно расположению, т.е. я плату развел так, что выводы симметрично вставляются, каждый со своей стороны.

ТГР на плате.

Форма импульсов на ТГР примерно такая:

Если мы недостаточно намотаем витков, то генерация может срываться, это сопровождается шипением силового трансформатора при работе. Вот такой некрасиво работает ТГР с 22 витками на том же колечке, видимо, насыщение играет роль. Лучше перемотать, чем недомотать)) Также ТГР спасает шимку при пробое ключей.

Срыв генерации.

Питание SG3525.

Одной из проблем в построении ИИП- это сложность обеспечить драйверы необходимым питанием 12 в от сети 220в. Способов существует множество, для слабых драйверов ставят мощный резистор, либо резистор послабее, выпрямляя лишь полуволну сетевого напряжения с помощью однополупериодного выпрямителя. Некоторые вообще ставят отдельный трансформатор 50Гц, либо же обратноходовый преобразователь, все это очень усложняет схему. Я пошёл очень простым путём, не стал гальванических отделять силовую и управляющую цепь, так как используется ТГР, а применил простейший конденсаторный блок питания. Он способен обеспечить питанием 12 в и током до 60мА, что достаточно для драйвера SG2525. Для уменьшения пульсаций 50Гц поставил конденсатор 1000мкф 25в. Для более тяжёлых ключей, нужно увеличивать ток блока питания увеличив ёмкость конденсатора 1мкф. Таким образом сильно выигрываем в КПД, греется лишь стабилитрон 13в, на нем выделяется 13в*0.06А= 0.78Вт, берём с запасом 1-ваттный.

Защиты.

Для токовой защиты использовал токовый шунт, состоящий из резистора 0,22ом, при КЗ напряжение на нем становиться достаточно , чтобы засветился светодиод оптопары, ну а открывшийся транзистор включает защелку. На 10-й ноге SG3525 появляется положительный потенциал, модуляция прекращается мгновенно. Дальнейшая работа возможна при обесточивании ИИП на 10 секунд.

Защита от постоянки срабатывает при появлении +0.5в и -2.5в на выходе любого из каналов и практически мгновенно отключает генерацию импульсника. Нужно лишь подключить тонким проводом выходы каналов усилителя к ИИП.

Силовой трансформатор.

Пример упрощенного расчета для усилителя 2*100Вт ( +-35в):

Самое сложное в построении усилителя — это изготовление импульсного трансформатора питания , но если следовать простым шагам, то получится намотать его с первого раза. Для начала надо понять, как вообще работает ИИП. Сетевое напряжение 220в выпрямляется до амплитудного значения синусоиды (220*1,41=310в). ИИП построен по полумостовой схеме, соответственно к трансформатору будет прикладывается половина напряжения питания (310/2=155в). В программе старичка ExeellentIT считаем минимальное количество витков первичной обмотки, для кольца 31*19*13 нужно намотать ровно 50 витков. Толщину провода считаем вручную, для меня так проще, допустим, в наличии имеется провод толшиной 0.7мм по лаку, если убрать лак и замерить еще раз, то получися 0.6мм по меди. Площадь будет соответственно 0.6*0.6*3.14/4=0.3мм². Для импульсного трансформатора допустимый ток через медный повод может быть 5-10А/мм², в зависимости от типа трансформатора и условий охлаждения. Я обычно беру значение 8А/мм², мой провод площадью 0.3мм² может пропустить через себя (0.3*8=2.4А), тогда мощность первичной обмотки будет (2.4А*155=372вт). Теперь самое интересное, рассчитываем вторичные обмотки, но сначала надо определиться с выходным напряжением. Оно будет зависеть от того, сколько мощности мы хотим получить от усилителя.
Пример: нам нужно запитать 2 канала усилителя мощностью по 100ватт, а чтобы получить эту соточку нужно приложить напряжение 20в к нагрузке 4 Ом на выходе. Но 20в — это среднеквадратичное значение напряжения (RMS), амплитудное будет в 1.41 раза больше, 20*1.41=28.2в. Иными словами, для того чтобы получить 100ватт на нагрузку 4 ома, необходимо усилитель питать напряжением +-28в, но это справедливо лишь для стабилизированого источника (не в нашем случае), а также мы же хотим получить 100 чистых ватт, смело добавляем пару вольт, чтобы усилитель давам мало искажений при 100вт, ещё надо учитывать что нестабилизированное напряжение ИИП падает под нагрузкой примерно на 10%. В итоге, чтобы получить 100 чистых ватт нужно (28в+2в)*1.1=33в.
Считаем количество витков вторичной обмотки. Для начала определяем количество вольт на 1 виток:155в/50= 3.1вольт/виток. Для +-33в надо 33/3.1=10,64 витка , берём с запасом 11 витков, напряжение ХХ при этом будет 11*3.1= +-34.1в.
Сам феррит имеет свойство проводить элекричество, сопротивление кольца из материала PC40 обычно бывает в районе 10кОм, поэтому необходимо обмотать кольцо термостойкой лентой, в моём случае это будет доступный всем лейкопластырь, он очень эластичен и хорошо клеится.

Первичка 50 витков для колечка 31*19*13 PC40.

Первичная обмотка.

А вот так выглядят 4 вторички для питания +-50в ( разом 16 витков).

Вторичные обмотки.

Для удобства фазировки я маркирую концы вторички так: ровно, срез под углом, загиб, и большой загиб ( чтобы потом не вызванивать)

Маркировка.

Сфазировать очень просто, на плате я указал выводы ( В- обмотки сверху, Н — снизу, ну или начало или конец, как угодно). Фазировать первичку не нужно!

Фазировка

Силовой трансформатор имеет 4 одинаковые обмотки для того, чтобы использовать всего лишь 2 диода Шоттки с общим катодом. Большие радиаторы им не нужны, так как они имеют малое падение напряжение, которое ещё и уменьшается с нагревом.

Небольшие радиаторы диодов Шоттки.

Прочее:

Дроссели питания мотаются на таких же кольцах, что и ТГР. Но для правильной работы во избежание насыщения необходимо сделать немагнитный зазор, который легко пропилить обычной болгаркой. Нужно намотать примерно 25 витков:


Дроссели после диодов сглаживают пульсации и ограничивают ток через полевые транзисторы в момент пуска преобразователя. Сама микросхема в момент старта на затворы пускает тонкие иголки ( режим мягкого старта), которые расширяются со временем, тем самым осуществляется плавный пуск ИИП. Например IR2153 сразу полностью открывает полевики, в момент пуска они часто горят, тем более если во вторичке высокое питание и большие емкости электролитов ( считай, кратковременное КЗ при пуске). SG3525 в щадящем режиме приоткрывает полевые транзисторы, с ней даже работает китайский левак.  Ёмкость конденсатора после сетевого выпрямителя берем из расчёта 1мкф на 1вт мощности, в моём случае это 330мкф 400в, т.е с запасом.

Очень важно! Первый запуск ИИП ( чтобы в космос не улетел)!!!!!

Вот хороший способ безопасно проверить работоспособность преобразователя после сборки:
Ставим перемычку на конденсатор 1мкф, который питает SG3525, вместо 220в продаём питание 12в, если все собрано верно, то на ТГР будет происходить геренация, а на выходе блока питания появится постоянное напряжение около 1-2вольта ( зависит от количества витков вторички). Главное потом убрать перемычку перед включением в сеть, сначала через резистор 100-200ом, затем напрямую. Делаеться это во избежание поломки ИИП в результате какой-либо ошибки.

Вот этот конденсатор 10мкф в цепи защиты нужен для того, чтобы не было ложных срабатываний токовой защиты в момент пуска с большими емкостями питания ( справедливо для 8000 мкф и +-35в в плече). Не стоит злоупотреблять емкостями во вторичке, от этого плохо полевикам в момент пуска, а бесконечно замедлять защиту нельзя увеличивая емкость конденсатора  С8 10мкф, иначе при КЗ может не успеть сработать.

Снабберы я не ставлю, без них меандр на силовом трансформаторе хороший:

Заземление.

Внизу платы есть отверстие под болт, так вот это точка соединения блока питания с корпусом, чтобы избавится от наводок шума и прочее. Данный блок питания успешно применяю в своих усилителях, шума и наводок нет!! Высоковольтные конденсаторы 2,2нф 2кВ создают виртуальную землю,  они применяются во всех импульсных промышленных устройствах. Больше на корпус никакие дополнительные земли и нули кидать не нужно.

Фото процесса и готового ИИП.

Изготовление плат.
Травление в растворе перекиси и лимонной кислоты с солью.

 

Подготовка.
ЛУТ — лазерный принтер + утюг.

Драйвер очень умный, при желании можно прикрутить стабилизацию выходного напряжения.