Форум про радио и не только

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Форум про радио и не только » Источники питания » Регулируемый источник питания на IR2153


Регулируемый источник питания на IR2153

Сообщений 1 страница 22 из 22

1

Драйвер IR2153 пользуется большой популярностью при построении различных источников питания. Всем хорош: прост, надёжен и не требует большой компонентной обвязки. Но есть существенный недостаток - нет возможности регулировать выходное напряжение. Ранее я опробовал возможность регулирования выходного напряжения в небольших пределах (до 30%) путём изменения скважности выходных импульсов с IR2153, которые подаются на затворы выходных ключей. Но этот принцип работает только при использовании однополупериодного выпрямления напряжения с выходного трансформатора и, поэтому, не пригоден для построения мощных источников. Поэтому идея найти способ "заставить" IR2153 работать в режиме регулировки от 0 до 100% не пропадала. И родилась она практически сразу, после опробования метода со скважностью импульсов. Вот только до эксперимента моё тело не доходило несколько лет.
И вот вчера вечером перед сном свершилось. Я заставил себя сесть и попробовать метод вживую. А он прост, как "медный грош" - релейный способ управления генератором, благо IR2153 позволяет это делать. Метод этот не штатный и в технический данных не описан. Но, как аварийная остановка генератора, приведён. Сомнения были в том, сможет ли релейный режим в IR2153 работать долговременно в диапазоне изменяемых периодов переключений. Суть метода сродни методу ШИМ, только генератор работает регулируемыми по длительности пачками импульсов, поступающих на силовой трансформатор. Период (Т) этих пачек неизменен, а их длительность может меняться от 0 до Т.
Для эксперимента использовал уже готовую плату одного из своих источников, а в качестве манипулятора (модулятор АМ с коэффициентом модуляции 100%) собрал предельно простую схему генератора импульсов с изменяемой скважностью в пределах от 0 до 100% на ещё одной микросхеме IR2153, с выхода которой через промежуточный ключ на транзисторе осуществлялась манипуляция основной генерирующей IR2153. Частоту генерации силовых колебаний можно было изменять в пределах 30...100 кГц, а период управляющих импульсов (по памяти) составлял около 0,22 мс (частота около 4,5 кГц).
В полумостовом генераторе выходные ключи были на IRF740. Сначала испытывал работу схемы без подключения к выходу силового трансформатора. Заработала сразу, как и задумывалось. После нескольких минут работы основная м/сх IR2153 была холодная, значит для неё перегрузок нет. Регулировка скважности пачек силовых колебаний происходила в полном диапазоне от 0 до 100%. Силовые ключи тоже не перегревались. Изменение частоты силовых колебаний в полном интервале 30...100 кГц тоже происходило без губительных последствий. Теперь осталось испытать схему с подключённым трансформатором и нагрузкой.
В качестве трансформатора использовал сетевой синфазный дроссель для подавления помех. У него две одинаковые обмотки. Одну подключил к выходу полумоста, а вторую оставил пока "на воздухе". Благо, мои ИП регулируются по питающему полумост напряжению и я всегда начинаю с нуля. Подключил осциллограф параллельно входной обмотке и стал прибавлять напряжение питания полумоста. На экране импульсы, близкие к прямоугольным со скруглениями углов. Обычное дело. Но при изменении скважности управляющих импульсов начинается чехарда - возрастает звон и наблюдается перескок в количестве периодов в пачке. Понятно, что требуется демпфирование. Нагрузка и сыграет эту роль. Подключаю ко второй обмотке керамический резистор на 470 Ом, 1 Вт. Теперь полный порядок, никаких звонов, но резистор уже красный. Выключаю питание, остывает резистор и я тоже. Вывожу скважность на ноль и прибавляю напряжение на мосте. Полёт нормальный. Довёл до 300 В, дыма нет, осциллограф подключён к нагрузке. Увеличиваю скважность, появляется узенькая пачка силовых колебаний, что-то около одного периода с амплитудой 150 В. Нагрузочный резистор уже потеплел. Очень плавно увеличиваю скважность и замечаю, что возможен режим даже с частью силового периода. Но при этом, ведь, в трансформаторе должна появится и постоянная составляющая тока! А у меня в трансформаторе ферритовый кольцевой (пусть и квадратной формы) сердечник без магнитного зазора. Это не здорово! И, тем не менее, эксперимент надо доводить до конца. Быстро увеличиваю скважность до 100% (максимальная выходная мощность), смотрю то экран, то на резистор. На экране полный порядок, хорошие импульсы без звонов и срывов, а резистор уже красный, почти белый. Выключаю. Трогаю трансформатор, силовые транзисторы - всё в норме. Расчётная мощность на резисторе около 47 Вт. Частота силовых колебаний была около 50 кГц. Повторяю включения с меньшей скважностью (чтобы не сжечь нагрузку) для проверки регулировки мощности на выходе. Она прекрасно регулируется от нуля до максимума!
Но авария, всё-таки, случилась  :angry: . При уменьшении частоты силовых колебаний от 100 до 30 кГц произошёл бах! Выходные транзисторы пробились (а возможно и раскачивающая их IR2153).
Наступила настоящая ночь и я, плюнув на свой эксперимент, пошёл спать. Схема и прочие картинки после, когда я их создам и размещу на хостинге.

Отредактировано ВиНи (2021-09-06 13:24:10)

0

2

Пока сижу, восстанавливаю погорельца, в голове крутятся мысли. Заменил погоревшую IR2153 и проверил в работе. Для интереса посчитал количество периодов силовых колебаний, которые можно подать на силовой трансформатор в процессе регулировки скважности и порадовался. Регулировкой можно плавно изменять количество периодов от одного до полного числа, которое укладывается в управляющем периоде Т. В моём случае при минимальной частоте силовых колебаний полное число периодов было 23, а при максимальной - 60 периодов. Но считать уже такие близкие друг к другу импульсы было тяжело и мог сбиться. Да это и не столь важно. А важно то, что регулировка выходного напряжения в таком ИП происходит плавно, а не дискретно с дискретностью в один период. Ранее уже говорил, что на транс приходят и дробные периоды. Вот в такие моменты в выходных плечах полумоста обязательно и происходит всякая чертовщина. Я до этого исследования в экспериментах ещё не дошёл, но, возможно, кто-то из владеющих искусством компьютерного моделирования сможет посмотреть на эти процессы?

0

3

https://forumupload.ru/uploads/001b/4f/36/5/t866584.gif

Это экспериментальная схема.

0

4

Сделал снимки с осциллографа.

Первая серия - напряжение с выхода полумоста
https://forumupload.ru/uploads/001b/4f/36/5/845886.jpg

Вторая серия - напряжение на нагрузке
https://forumupload.ru/uploads/001b/4f/36/5/531366.jpg

Третья серия - форма силовых колебаний крупно. Масштаб по горизонтали 5 мкс/клетка.
https://forumupload.ru/uploads/001b/4f/36/5/609937.jpg
Левая фотография - напряжение с выхода полумоста, правая - на нагрузке.

Далее осталось посмотреть форму тока через ключи при изменении скважности.

Отредактировано ВиНи (2021-09-06 22:12:02)

0

5

Надо ещё взять радиоприёмник и посмотреть какие помехи излучает это устройство.

0

6

По радиоприёму и помехам у нас спец Серёга Махонин  :) . Ему и проверять. Микросхемы теперь у него есть, может собрать.
Конечно, если использовать этот ИП, как передатчик, то эфир будет загажен. А если это будет нормальный ИП, то всё, как у всех ИП, не более. Я же не рисовал схему ИП и его не испытывал. Это была просто проба принципа регулировки. Далее дойду и до ИП. Буду пробовать и схему стабилизации напряжения. Варианты здесь есть.

0

7

ВиНи написал(а):

Это была просто проба принципа регулировки. Далее дойду и до ИП.

А с пульсациями выпрямленного напряжения справитесь?

0

8

Так, это у кого какие требования. Если народ с пульсациями на 100 Гц справляется, то на килогерцах и подавно. Да я и задачу такую пока не ставлю. Пока это лабораторная работа с возможной перспективой на будущее. Но много задач, где пульсации не очень важны, а нужен лабораторный регулируемый в широких пределах источник с хорошей гальванической развязкой от сети.

Отредактировано ВиНи (2021-09-07 14:26:58)

+1

9

ВиНи написал(а):

... пульсации не очень важны, а нужен лабораторный регулируемый в широких пределах источник

Cлово "лабораторный" тут не очень уместно. Но, конечно, лаборатории бывают разные :-)

0

10

Я за всю жизнь ни разу не работал на производстве - только в лабораториях. Сначала на п/я, а затем бОльшая часть рабочего стажа прошла в ВУЗе. И ни разу мне не потребовался ИП с высокой стабильностью или низкими пульсациями. Не возникало таких задач. Сейчас (да и всегда была) у меня лаборатория дома. Только в прошлом году прикупил на Али лабораторный ИП с хорошей стабильностью и низкими пульсациями. Но он пока так и не понадобился.
В жизни придерживаюсь принципа разумной достаточности. Когда работал над диссертацией, возникла необходимость измерять температуру от комнатной до жидкого азота. Термопару спаял быстро из медной и константановой (что было под рукой) проволок. Работала она замечательно, будучи подключённой к микроамперметру больших размеров, но, чтобы ею что-то измерять, требовалось построить градуированную кривую пересчёта показаний микроамперметра в температуру. Построил её всего по четырём точкам: комнатная температура 20 С, температура таяния льда 0 С, температура сухого льда (брал у мороженицы) -78 С и температура жидкого азота - 196 С. Можно конечно смеяться над точностью измерения по этой кривой, но её оказалось вполне достаточно, чтобы оценить впервые наблюдаемый эффект в поведении полупроводника в СВЧ волноводе в столь широком интервале температур. И точность измерения здесь играла не главную роль. Измерительная установка позволила уловить и описать новый эффект.
А уж в радиолюбительской практике и в ВУЗе в учебной работе часто вполне достаточно использовать простые самодельные установки. В последние десятки лет я делаю высоковольтные ИП, которые пользуются популярностью в НИИ, ВУЗах и на производстве. Например, их используют в различных сепараторах для разделения фракций разных веществ, используют для изучения поведения грозовых облаков и, даже, для управления дождями. Недавно вернулся из Ирана такой экспериментатор, который моими ИП вызывал там дождь. И, кстати, я с ним разговаривал о применении этого метода у нас в стране. Он сказал, что у нас этот метод запрещён (видимо, из-за непредсказуемого влияния на глобальный климат). Ещё один экспериментатор использовал мои ИП в сельском хозяйстве и для получения бензина из воды и гудрона или мазута. Уже много лет ему не дают возможности внедрения нефтяное лобби. Понятно, что в перечисленных областях применения ИП не важна стабильность и пульсации. Наверняка можно привести и другие применения, не требующие от ИП высоких точностей.

Отредактировано ВиНи (2021-09-07 19:01:32)

0

11

ВиНи написал(а):

Я за всю жизнь ни разу не работал на производстве - только в лабораториях.

Я тоже :-)
Вполне согласен с Вами, есть много приложений, где величина пульсаций не очень значима (но и то, до определённого предела, в зависимости от задачи).
Однако ИП, способный вызывать дождь, с трудом можно причислить к лабораторным приборам :-)
Я когда-то тоже делал регулятор мощности, по принципу регулирования похожий на Ваш, только для промышленной частоты.
Там, за период регулирования Т=200 мс., в нагрузку пропускалось количество периодов, равное десяткам % установленной мощности.
Только эти периоды шли не пачками, а распределялись наиболее равномерным  способом в течении периода Т.

0

12

Тадас! Мне режет глаза обращение на Вы с большой буквы. Такое уместно только в общении с царскими особами, президентами и пр. супер уважаемыми людьми. Давайте без ненужных чинопочитаний. Я о своём мнении по этому поводу уже давным давно писал на Про-Радио, но многим почему-то кажется обращение на вы не достаточно уважительным. Это не правильно.
А дождевальный аэроионизатор пока вполне себе лабораторный прибор. Я видел сам коронатор в Москве, куда меня пригласил экспериментатор для налаживания установки. Он сделан по типу большого зонта с иглами на вогнутой поверхности, обращённой на небо. Высота этого коронатора около 2,5м. Поперечные размеры около 1,5 х 1,5 м. Вся конструкция из пластиковых и алюминиевых труб и легко разбирается. Я не догадался её сфотографировать, но теперь попрошу владельца дать мне фотографии. А что касается моего высоковольтного источника, так он вообще кроха по сравнению с коронатором. Легко переносится одной рукой (менее 4 кг).

0

13

Да, я помню обсуждение обращения на вы и Вы. Раз уж форум новый, то пусть и порядки будут новые.
Сам я не могу себя считать достаточно компетентным в таких тонкостях, но целиком полагаюсь на ваше мнение.
Интересно было узнать про дождевальный аэроионизатор. Даже в гугль заглянул, у него дождевание отдельно,  аэроионизация - отдельно.
Помню, в давние времена в "Техника молодёжи" встречались статьи про так называемый "Метеотрон", но там машина была ого-го.
Описывался там и случай любительского дождевания. Где-то в предгорьях Кавказа был военный аэродром. Лётчикам надоела засуха и они решили поэкспериментировать. Взяли списанный реактивный двигатель, установили его вертикально и запустили. Минут через 15-20 появились грозовые тучи и начался ливень. В результате с гор сошли селевые потоки, наделали много бед. Чем это кончилось для экспериментаторов уже не помню, но кажется не расстреляли.
А тут - мощность на многие порядки меньше и работает?

0

14

Ионный способ вызова дождей наверно сродни реактивной струе, но время вызова длиться неделями. Ионный поток не сравнить с реактивным, он значительно медленнее и слабее. Но через пару недель своё дело делает. И дополнительно к принципу действия. Для дождевания используется одновременно не один, а несколько коронаторов, раскинутых на десятки, если не сотню, километров друг от друга. Управляются они с помощью компьютеров через интернет. И полярность высокого напряжения на коронаторах может быть разная. В общем, это пока ближе к искусству. Ребята работают в ОАЭ, в Иране, Мексике - и везде этот метод действует. Может оттого и климат на Земле расстраивается? Американцы ионизацию в ОАЭ не используют, а самолётами сгущают уже имеющиеся облака и вызывают дождь. Арабы под действием американцев сейчас отказываются от ионизации. Возможно, ионизацию постепенно запретят в мировом масштабе, чтобы не вызывать катаклизмов. Но пока знаний в этом вопросе не достаточно.
------------------
Вспомнил ещё одно интересное применение высоковольтного источника напряжения. Несколько лет назад заказали мне источник на 30 кВ авиаторы для использования на самолёте. Они хотели попробовать с помощью ионизирующих электродов, установленных на крыльях, предотвращать обледенение корпуса, и даже повысить скорость полёта самолёта. О результатах эксперимента я не знаю, т.к. больше они ко мне не обращались. Понятно, что и в этой ситуации пульсации и стабильность напряжения не играют роли. Поисковые работы часто начинаются не с поиска высокоточного оборудования, а с простого, позволяющего сначала обнаружить искомый эффект или просто с ним познакомиться.

Отредактировано ВиНи (2021-09-08 11:57:15)

0

15

ВиНи написал(а):

произошёл бах!

А чтобы баха не случилось,есть смысл на время экспериментов защитить по входу силовой части (0...300 В) мощной лампой накаливания или нагревательным элементом, или всё-таки режим нарушится ?

0

16

Лампа имеет смысл при первом включении, когда мало знаний и опыта и есть вероятность ошибок в монтаже. Я эту стадию давно прошёл. Практически все изделия подключаю к сети через ЛАТР, на выходе которого включён вольтметр и А/мА-метры. Начинаю включение от нуля напряжения и плавно его повышаю. Одновременно с ростом напряжения смотрю в осциллограф. При таком подходе очень трудно пропустить начало Баха.
Но в данном варианте я использовал уже заведомо работающую плату, в которой имеется надёжная схема защиты выходных ключей. Поэтому при первом включении мне ЛАТР был не нужен. До подключения нагрузки все манипуляции проходили спокойно, но уже с нагрузкой началась работа защиты. Она не позволяла повысить рабочее напряжение ключей до 300 В. Поэтому и пришлось её отключить и проводить дальнейшие эксперименты на свой страх и риск. По поводу защиты могу сказать, что она выполнена не стандартно. В интернете известны два способа: защитный резистор в истоке нижнего плеча или токовый трансформатор в первичной обмотке выходного трансформатора. В первом случае отслеживается только ток нижнего ключа, а во втором - ток в цепи нагрузки. По мне, первый способ более целесообразен, но при этом верхний транзистор остаётся без контроля. А второй способ следит только за нагрузкой. А что с ней может случиться? Дорога не она, а выходные транзисторы вместе с обвязкой. Вот о них и позаботился. Моя схема защиты следит одновременно за токами обоих транзисторов и, в придачу, за током нагрузки. Схема до смеха элементарная. И когда я её опубликую, предвижу много возражений. Но я их себе уже много раз проговорил и ничего нового не услышу. А вот целостность и надёжность работы источника питания мне дороже недостатков, которые мне хорошо известны. На этом всем пока! Надо нарисовать и выложить схему защиты.

0

17

Схема наконец-то нарисовалась:
https://forumupload.ru/uploads/001b/4f/36/5/t663351.gif
Из неё можно понять принцип получения аварийного сигнала. Датчиками тока являются резисторы R3 и R4, через которые протекают соответственно ток верхнего транзистора, нижнего транзистора и первичной обмотки трансформатора. На этих резисторах создаётся падение напряжения, которое подаётся на вход оптрона. Для его срабатывания обычно достаточно напряжение около одного вольта. Исходя из него и выбранной предельной величина тока транзисторов рассчитываются сопротивления R3 и R4.
Дальнейшая схема обработки аварийного сигнала и остановки работы ИП может строится по различным алгоритмам и схемам. В моём случае используется триггер, запирающий IR2153 и схему формирования высокого напряжения на выходных ключах полумоста.

0

18

"Меня терзают смутные сомненья..." по поводу целесообразности такого варианта БП.
Самый большой недостаток варианта, на мой взгляд, низкая частота пульсаций (4,5 КГц).
Да, это не 100 Гц, но тем не менее...

Что же касается целесообразности, то вот простенький финансовый прикид...
2 x IR2153 = 2 x $1 = $2
2 полевика = 2 х $0.3 = $0.6
Мелочёвку не считаем и получаем итого $2+$0.6=$2.6

А теперь берём сборку от  FAIRCHILD в корпусе ТО-220 на 4 или 6 ножек в зависимости от типа на мощности 40...90 Вт стоимостью $1...$1.5.

Что получаем?
Одна микросхема, схема БП проще, нет недостатков обсуждаемого варианта, дешевле.

И что делать?..

Отредактировано DWD (2021-09-20 12:02:07)

0

19

   С самого начала речь шла не о целесообразности, а о возможности заставить ходовую микросхему работать в режиме регулирования выходного напряжения. И я считаю, что это удалось. На "Коте" тема об ИП на IR2153 разрослась боле, чем на сотню страниц, и народ до сих пор грустит, что ею нельзя регулировать напряжение.
   А теперь по поводу целесообразности. Она определяется не только стоимостью компонентов. Например, у меня много IR2153 (так получилось, что я ... лет назад закупился ими на годы вперёд) и много мощных (на разную мощность) выходных МОП-транзисторов. Поэтому я строю из того, что имею, и больше не трачусь. Мне приходится строить регулируемые источники на сотни ватт и обсуждаемый вариант вполне это позволяет. В качестве управляющей совсем не обязательно использовать IR2153. Удобнее применить 555 или 494. Тогда проще строить схему стабилизации. В общем, вопрос целесообразности встаёт при решении конкретной задачи. А пока это просто исследование.
   Спасибо за обсуждение! Надеюсь, тема ещё не закрыта.

Отредактировано ВиНи (2021-09-21 12:41:03)

0

20

ВиНи написал(а):

Удобнее применить 555 или 464.

А если сюда поставить микроконтроллер, то можно реализовать квазиравномерное распределение пачек за период регулирования.

0

21

Красивое предложение, но я, к сожалению, в программировании и использовании микроконтроллеров полный ноль. Поэтому эту мысль придётся реализовывать не мне  :pained: .

0

22

IRS2453(полный мост осциллятор)(IR2153 полумост осциллятор) это работает как электронный транс и далее как обычно импульсный стабилизатор. Для мощных это обычно LM5116 с доп транз.
Фрагмент можно показать. А для простого применения и LM2596 как проще некуда. Лабораторник полный мост, а это 100-200 Ватт, или 1000Вт. Один раз развёл, чуть побольше места и беготня убавилась и габар практически один и тот же. Низковольтовка естественно разная мощность, габар уже заметно гуляет пропорционально мощности.
Схему убрал. Кто в теме посмотрел.
Это ещё было до процессорного изготовления. Процессор делает, то же самое по той же схеме топологии. Потому что всем надо показания ток напряжение истинное и уставочное. И мп даёт ещё температуру с вентилятором, включением и выключением. И при превышении за предел возможности вентилятора отруб. У меня ещё на плате метеостанция как правило разведена на известном BMP номер уже не помню. Надо не надо, только народ стал не ленится писать и атмосферные данные при работе установки, какие были получены результаты вместе с датой замера. А то иногда солнышко светит, ааа.. не понятно, то ли 20 град С это или уже все 32. И типа вчера работали целый день, а другой день 3 раза вырубался. И сразу ясно, то ли по погоде "ошибка" или помещения(там и 45 может быть и 50 если термозакалка какая рядом работала), то ли совали такую нагрузку, что перегруз, пусть будет по механике. И всё сразу ясно. А то от оператора мало можно что услышать. А тут сразу понятно. То ли вентиляция, то ли механизм требует чистки ласки и смазки, отчего повышенный момент=токи и перегруз=выруб. И блок от сотового то же стал ставить. В блок питания жирно, но мп плата делается сразу с ним. Она и на бп и на мелких установках одна и таже, и первичную диагностику, пусть как тут по температуре скидывает, на момент до полного отруба. И тут всё ясно, что пора ж отрывать от стула и ехать смотреть. Или продолжать кофе пить и саветы давать куда лезть посмотреть. Правда такое один раз и было проделано, а потом с этими сотовыми тарифами просто не заплатили и больше не платили. Но показать показали, что сильно нада, у нас есть. Доп плати и всё будет. Но пальцЫ уже были совершенно другие и у того же оператора. Сотовая диагностика звучит, звучит. А то что не работает уже, тут уже и сам оператор другой повыше классом сам всё сделает. А то не дай бог сам станок отправит раньше его начальнику депешу. Как то так учат оператора повышать ква на обслуживании, до прихода ремонтника.

Отредактировано viczai (2022-07-10 01:53:16)

0


Вы здесь » Форум про радио и не только » Источники питания » Регулируемый источник питания на IR2153


создать форум