9zip.ru Ламповый звук hi-end и ретро электроника Импульсный анодно-накальный преобразователь на IR2153 для лампового усилителя

Материал этой статьи требует обязательного допиливания. И твоя помощь в этом нужна очень сильно.

После фейла с обратноходовым анодным преобразователем мы обратились к прямоходовым. Изучив вопрос и проведя эксперименты, стало понятно, что оптимальным вариантом здесь является двухтактный преобразователь. Если использовать полумостовую топологию, то не требуется первичная обмотка силового трансформатора со средней точкой. А если на выходе не экономить диоды и поставить полноценный мостик, то и во вторичке тоже не требуется средняя точка. И фазировку соблюдать не нужно, мотай, как хочешь. И количество выходных напряжений можно делать любым: как вторички намотаешь, столько напряжений и будет. Таким образом, можно получить:

• высокое анодное напряжение - 250..450В 0,2А
• напряжение накала - 6,3В 3А
• напряжение для цифрового показометра

Проще всего реализовать такой преобразователь можно на популярной микросхеме IR2153 по типовой схеме включения. При её использовании не нужна дополнительная обмотка на трансформаторе для самопитания. Единственным неудобством является отсутствие режима "мягкого" старта у данной микросхемы. С этим придётся смириться, ведь если реализовывать что-то подобное, то теряется важное преимущество - простота схемы, и, как следствие - компактность печатной платы. А ещё здесь можно наконец-то применить 200-вольтовые электролитические конденсаторы, которых, наверное, у каждого накопилось с полведра.

Ещё одной особенностью является отсутствие стабилизации выходных напряжений: при изменении напряжения сети, они также будут плавать. Оно и неудивительно, ведь IR2153 - это не ШИМ-контроллер, а всего лишь что-то вроде таймера NE555 с выходным каскадом. Реализовать тут стабилизацию непросто. Но ради справедливости стоит напомнить, что обычные источники анодного и накального напряжений на "железном" трансформаторе ведут себя в таких случаях аналогично.

Раз уж мы упомянули "железные" трансформаторы, то стоит заметить, что импульсные анодно-накальные преобразователи почему-то непопулярны. По-крайней мере, нам не удалось найти таких конструкции в интернете. Есть правда несколько примеров построения подобных блоков питания на основе электронных балластов. Считается, что импульсное питание в ламповых конструкциях - это "не труъ". Хотя, на фотографиях законченных усилителей "на продажу" иногда видно, что некоторые товарищи успешно применяют импульсные блоки питания в своих конструкциях.


нажми для увеличения
Кратко пройдёмся по схеме блока питания. Резистор R4 предназначен для запуска микросхемы. Во время работы он нагревается, поэтому мощность должна быть не менее 2Вт. Цепочка R5C9 - времязадающая, определяет частоту работы микросхемы. В данном случае - это 30кГц. Чем выше эта частота, тем выше требования к ферриту трансформатора и силовым транзисторам. Стабилитроны в затворах этих транзисторов защищают, во-первых, сами затворы от выбросов напряжения, которые, как говорят, бывают у IR2153 во время работы, а, во-вторых, - защитят саму микросхему в случае пробоя транзисторов.

Расчёт силового трансформатора проведён для магнитопровода ER 42/22/15 N87 без зазора и диодов с падением напряжения 1 вольт:

• первичная обмотка: 31 виток проводом диаметром 0,6мм
• вторичная обмотка анодного напряжения на 250В 80...200мА: 55 витков проводом диаметром 0,25мм
• накальная обмотка: 2 витка диаметром 1мм

И тут начинается интересное: расчётное количество витков накальной обмотки - 1,79, т.к. нецелое. Намотать такое невозможно, поэтому программа округлила это число до 2. При этом номинальное напряжение получается 7,3 вольта.

По этой причине пришлось увеличить количество витков в первичке с 31 до 40, тогда при двух витках накальной обмотки получились как раз нужные 6,3 вольта. Первичку можно сделать и с отводами, а печатную плату спроектировать так, чтобы перемычками можно было выбирать нужное количество витков.

Выбор нужного анодного напряжения выбиратеся аналогично: вторичка сделана с отводами, нужный отвод подключается при помощи джампера.

Следует заметить, что у данного блока питания напряжения на холостом ходу выше, чем под нагрузкой. Поэтому стоит выбирать электролитические конденсаторы с запасом по напряжению. И проводить замеры, разумеется, также следует под нагрузкой. В простейшем случае анодной нагрузкой может служить лампочка накаливания на 220В 25Вт, а накальной - "цементный" резистор на 2,2-4,7 Ом.

Выходной каскад у IR2153 весьма слабый, силовые транзисторы нужно тщательно выбирать. Общепринято ставить сюда IRF740, но их ещё надо поискать. Помимо таких очевидных параметров, как напряжение и ток, следует выбирать транзисторы с малым зарядом затвора. В нашем случае подошли китайские FQPF13N50 с Aliexpress. Честно говоря, особых надежд на них не было, т.к. они куплены за копейки и имеют признаки перемаркировки. Однако, в данной схеме заработали даже без нагрева.

Мы нашли готовую разводку печатной платы в интернете и взяли от неё высоковольтную часть. Эта идея оказалась не самой лучшей, потому что разведена эта плата под какие-то специфические плёночные конденсаторы в фильтре питания - ни один из имеющихся туда не влез. Поэтому пришлось собирать блок питания пока без них.


Так как печатная плата для преобразователя достаточно компактная, она не позволяет установить электролитические конденсаторы большой суммарной ёмкости как на входе, так и на выходе. По этой причине пульсации с частотой 100Гц всё равно будут присутствовать в выходном напряжении. Для лампового усилителя это очень критично, и наращивание сглаживающих ёмкостей здесь - не лучшее решение в виду габаритов и дороговизны.

Для устранения пульсаций предлагается использовать так называемый "электронный дроссель", который полностью их убирает.

При работе на упомянутую выше нагрузку, преобразователь показал хорошую работу. А наличие джамперов выбора анодного напряжения делает его унинверсальным для применения практически в любом ламповом усилителе.

IR2153
феррит EE42

---

Вариант печатной платы от Александра:

На плате разведён генератор ШИМ и часть выходного каскада. В моём случае конденсаторы имели крайне большие габариты, поэтому схема входного фильтра паялась навесом. Компоненты не подписывал, потому как интуитивно понятно, что где должно стоять, в моём случае все резисторы были на 0.5-1 Вт кроме резистора R4 номиналом 71 к - он должен быть на 2 Вт. Также из нюансов: конденсатор С11 в моём случае плёнка, весьма габаритный, если есть возможность, то лучше заменить на керамику.


ibp2.zip (.lay6)

---

Ещё вариант от Александра

Советы новичкам перед началом:
1) Будьте предельно осторожны: на плате присутствует высокое напряжение, не суйте пальцы и/или прочие конечности, не замыкайте выходные обмотки.,нормальной защиты от КЗ для генераторов ir2153 нету, только триггерные, что усложняют схему. Если надо защиту - ищите другой генератор ШИМ.
2) Если у вас другой ферритовый сердечник, не спешите покупать те, что указаны на сайте, поищите в закромах и прогоните нужные напряжения и наиболее доступный для вас лакированный провод. Возможно, у вас уже есть всё что нужно. Также транзисторы irf740 можно заменить на 840 или им подобные, главное брать с небольшим напряжением открытия, ведь чип ir2153 имеет слабый выход.
3) Трансформатор нужно мотать плотно виток к витку, все обмотки должны мотаться в одну сторону.
4) Чип ir2153 сначала следует проверить, не поленитесь собрать простой тестер, либо переделать схему ШИМ генератора под него.
5) Всю схему проверять изначально низким напряжением 12 - 15 В, потом - через лампу накаливания во избежание фейерверков. При мощных входных конденсаторах лампа должна вспыхнуть и погаснуть, после чего многофункциональным пальцем можно ОСТОРОЖНО потыкать по транзисторам и микросхеме ШИМ для проверки нагрева (если в палец не встроена функция пирометра или есть другая причина, тогда подойдёт бумага для печати чеков, либо внешний пирометр).

БП3 изменения
1) Конденсатор С11 стоит заменять на керамику только если частота не более 60кгц.
2) Резистор R1 заменён на подстроечный много оборотистый, вместе с конденсатором С9 регулировать частоту от 30 до 100 кГц, но больше 60кгц задирать не советую если, феррит не лучшего качества. Сопротивление 5к задаёт частоту около 60 кГц, по стандарту должно быть 10к, данный регулятор нужен для идеальной подстройки частоты.
3)Добавлен фильтр по питанию 2х вариантов сдвоённого сетевого фильтра (фото прилагается)
4)Добавлены расчётные данные трансформаторов Е55/28/21 а также более доступных из компьютерных БП EI33 (фото прилагается) для сравнения габаритов.

ibp3.zip

• БП.lay6
• ИБП2.lay6
• ИБП2.2.lay6
• ИБП3.lay6

---

Продолжение от Александра:

БП3.2 изменения
Поскольку я собирал свою плату 2жды начиная с 1й версии, и после неё собирал 3ю, то я допустил некие косяки.
1) Исправлен косяк с перемычками: во-первых, они были перепутаны местами, во вторых одна из перемычек была подключена в обход конденсатора, расположенного на плате ШИМ.
2) Раздвинул некоторые дорожки, убрал токоограничивающий резистор.
Извиняйте что так долго не отвечал, но после НГ была научная конференция на моём факультете, а поскольку я участвую на автомеханическом и инженерном факультетах, меня как одного из участников поднапрягли просто слов нет, в любом случае, вот схема там новые, надеюсь у всех всё заработает с первого раза.
Теоретическая часть:
Для увеличения мощности нужно увеличить количество транзисторов, при этом пересчитав резисторы для открытия транзисторов. ir2153, конечно, живучая, но измываться над ней не стоит.
При постройке на генераторах tl494 или sg3525 стоит ввести обратную связь, а в идеале ещё и дроссель групповой стабилизации.


ibp3_2.zip (.lay6)

Понравилась статья? Робот Вертер говорит: поделись с друзьями!