ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА IR2156

    IR2156 на первый взгляд кажется продолжением серии IR2153 или IR2155, но на самом деле она отличается он них довольно сильно и не только наличием дополнительных сервисов. Как и предыдущие микросхемы данный драйвер позиционируется как контроллер работы энергосберегающих люминесцентных ламп. Однако довольно мощные выхода микросхемы позволяют справляться с мощными полевыми транзисторами и на базе этой микросхемы организовывать электронные трансформаторы сравнительно большой мощности.
    Для начала о сервисах микросхемы:
    Микросхема позволяет организовать защиту от перегрузки – порог срабатывания выбирает пользователем;
    IR2156 оснащена системой мягкого старта, причем частота преобразования, при которой происходит запуск выбирается пользователем;
    Драйвер позволяет регулировать «мертвое время» до 2 мкС.
    Кроме этого микросхема имеет внутренний стабилитрон на 15,6 вольта, ограничивающий собственное напряжение питания и сравнительно мощные выхода драйверов силовых транзисторов – по 0,5 ампера на открытие и закрытие.
    Однако в эту бочку меда следует добавить ложку дегтя – длительность мертвого времени в IR2156 привязана не к резистору, как например в SG3525, а к емкости конденсатора, который одновременно является частозадающим.
    В архиве два варианта даташников на эту микросхему. Один – оригинальный, второй – переведен на русский при помощи Гуглопереводчика. В этом же документе приведена методика расчета параметров микросхемы и ниже приведет пример расчета.
    Если вкратце, то расчет заключается в выборе мертвого времени, т.е. расчета емкости конденсатора, от которого зависит и мертвое время и частота преобразования. Далее исходя из емкости конденсатора вычисляются номиналы резисторов, определяющих рабочую частоту и частоту софтстарта. Затем вычисляется емкость конденсатора, лпределяюго сколько времени будет происходить софтстарт. Под занавес вычисляется номинал измерительного резистора защиты от перегрузки.
    Кроме этого Илья Стельмах не поленился собрать в Экселе электронный калькулятор для расчета необходимых номиналов элементов на базе этой методики, так что проблем с расчетами возникнуть не должно.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА БЛОКА ПИТАНИЯ НА IR2156

    После сборки платы и отмывки ее от флюса необходимо провести первичную проверку. Для этого был использован проверочный блок питания, состоящий из двух не зависимых инверторов на базе DK124. Каждый блок выдает 12 вольт и позволяет получить ток до 2 ампер. Все ссылки внизу страницы.
    На микросхему было подано питание 12 вольт и была произведена проверка режимов ее работы. В частности интересовала длительность мертвого времени, частота софтстарта и рабочая частота.

    Силовой трансформатор рассчитывался на 40 кГц (сердечник от компьютерного блока питания) и нужно было вывести IR2156 на эту частоту. Кроме этого в качестве силовых транзисторов использовались FQP20N60 заказанные когда то на Али. Как показал опыт использования данных транзисторов совместно с IR2155 мертвого времени в 1,2 микросекунды и хватает, но хватает впритык.
    Но тут выяснилась одна неприятность – номиналов конденсаторов 1206 у меня только на 330 пкФ, а этого мало. Собственно плоскость SMD компонентов позволяет производить монтаж друг на друга без выраженной страхолюдности платы, а 660 пкФ как раз должен был обеспечить длительность пауз порядка 1,3…1,4 мкС.
    Далее подбором резистора была установлена рабочая частота.
    После этих манипуляций используем второй инвертор проверочного блока питания подключив его последовательно с первым. Получившиеся 24 вольта подается на плюсовой вывод сетевого конденсатора.

    Данная проверка позволяет выявить межвитковое замыкание в силовом трансформаторе, проверить фазировку вторичной обмотки без риска угробить силовые транзисторы.
    Убедившись, что инвертор работает нормально можно пробовать включать уже от сети. Однако без ограничения тока этого делать не следует – мало ли чего еще может выплыть.
    В качестве токоограничивающего элемента в любительской среде обычно используется лампа накаливания, установленная вместо предохранителя. Для подобных экспериментов рекомендуется лампа на 40-60 Вт, однако для данных проверок я использую лампы от холодильников (швейных машин) мощностью 15 Вт. При необходимости я их соединяю параллельно получая 4 ступени ограничения – 15, 30, 45 и 60 Вт на лампах.
    Использования ламп данного типа кроме возможности переключать ограничения тока дает еще один не маловажный плюс – они гораздо компактней и у них гораздо крепче стекло – разбить подобную лампочку значительно труднее, чем обычную на 40 Вт.

    Да и длительное горение даже 4 ламп не вызывает припаливания стола, а вот от лампы на 60 Вт на столе может появиться пятно.
    Сразу было не совсем понятно, почему переход на рабочий режим был таким затянутым слишком долго лампа горела в полнакала – в это время IR2156 работала на частоте софтстарта.
    Причем осциллограмма мне не очень нравилась – возникал какой то побочный импульс. Причем в момент выключения, при снижении напряжения питания выходной сигнал инвертора приобретал нормальную форму.

    Длительность софтстарта сократил довольно быстро – я взял конденсатор не с той ячейки и по итогу вместо 0,47 мкФ на длительность софтстарта я поставил 4,7 мкФ.
    Однако это ни как не повлияло на осциллограмму – микросхема явно выдавала не те управляющие импульсы, которые должна была выдавать и не выходила на рабочую частоту.
    Подача отдельного питания на IR2156 особого результата не дали – время от времени инвертор выходил на рабочую частоту, но это было скорей случайностью, чем закономерностью.
    Все танцы с бубном и без него ни к чему не привели – микросхема вела себя явно не так, как должна была вести. Немного поразмышляв я решил заказать в Ростове все три вида микросхем, которые были заказаны в Китае, а именно IR2156, NCP1397 и UCC25600. Благо долго ждать не пришлось и уже через день я запаял привезенную IR2156 в плату.
    Блок питания запустился, перешел на рабочую частоту и на нагрузку 470 Ом работал вполне адекватно, правда транзисторы как то необоснованно грелись.
    Тут выяснилось, что с расчетом трансформатора я чуток перемудрил – получилось слишком большое выходное напряжение.
    Изначально данный инвертор затачивался по работу с блоком WZ3605E – это регулилятор для создания лабораторного блока питания до 30 вольт 5 ампер. Максимальное входное напряжение 36 вольт, а у меня получилось больше 40 вольт. WZ3605E может работать как на понижение, так и на повышение, поэтому небольшой провал напряжения под нагрузкой ему не принципиальны. Кроме этого к этому инвертору планируется подключать два таких блока с общим минусом (для чего так я не вникал), следовательно выходной ток инвертор должен обеспечивать не менее 10-12 ампер.

    В общем трансформатор пришлось перематывать. В первоначальном трансформаторе в окне сердечника получилось довольно много свободного места, поэтому при перемотке на первичной обмотке я использовал теперь два провода на 0,67 мм, а во вторичной вместо трех намотал по 4 провода на каждую полуобмотку. Окно заполнилось полностью.
    Установил трансформатор и убедившись в нормальном старте инвертора и переходе на рабочую частоту нагрузил инвертор током в полтора ампера. Выходное напряжение не просто провалилось, а провалилось очень сильно. Причем нагрев транзисторов усилился и очень заметно.
    Под такой не значительной нагрузкой IR2156 переходила в режим софтстарта, т.е. частота преобразования поднималась и начинали появляться левые импульсы, которые меня сильно смущали на Китайской микросхеме.

    Когда во время пуско-наладочных работ выбивает инвертор, довольно часто выгорает один транзистор, второй остается целым, по крайней мере мультиметром и транзисторным тестером он звонится как целый. Оставшиеся в живых транзисторы я складываю в отдельную коробку – как раз для одноразовых акций, вроде сборки вот такого блока питания. В этом инверторе как раз и стояли транзисторы, испытавшие токовый удар и для первичного контроля оставшиеся целыми.

    Выпаяв транзисторы и проверив их решил все таки их заменить – поставил TK15A60U – 15 ампер и очень легкий затвор.
    Запуск – отлично, переход на рабочую частоту – отлично, нагружаю на полтора ампера – просадка есть, но не значительная. Транзисторы холодные. Дальше проверка на токе 5 ампер, 10 ампер, 15 ампер – провал есть, но не большой, вполне сопоставимый с провалом на IR2155. На 16 с не большим амперах срабатывает защита от перегрузки.

    Диоды горячие, транзисторы едва теплые.
    Скупой платит дважды – решив сэкономить на транзисторах я потратил уйму времени на пусконаладочные работы. Вишенкой на торте стало то, что поставив назад Китайскую микросхему инвертор точно так же заработал, как и на Ростовской – старт, переход на рабочую частоту, не большой провал под нагрузкой и срабатывание защиты на токе чуть больше 16 ампер. Следовательно в Ростове я напрасно заказывал микросхемы. Хотя слово НАПРАСНО в данном случае имеет несколько смыслов.
    Вывод напрашивается сам собой – транзисторы после токового удара поменяли свои свойства – что-то в них происходило, что давало какую то помеху на IR2156. Причем Китайский вариант оказался более чувствительным к подобного рода помехам. Не понятно, что именно отличает IR2156 из Ростова и IR2156 из Китая, но они действительно разные. Которая из них более правильная я не знаю – одна на отрез отказалась работать с приженышами, вторая пыталась как то работать, но под нагрузкой все шло вообще не так, как надо.
    Погоняв несколько минут под нагрузкой стало понятно, что радиатор на диодах не справляется со своей задачей и придется ставить вентилятор. Делать какой то ограничитель на 12 вольт не хотелось и я поставил трех ватный резистор на 100 Ом и подключил его к выходу инвертора. Под нагрузкой на вентилятор приходило почти 13 вольт, а вот на холостом ходу, когда выходное напряжение приподнималось уже было больше 15 вольт и вентилятор начинал захлебываться.
    Выходом с данной ситуации является либо увеличение резистора, либо установка более мощного вентилятора, чтобы увеличить падение напряжения на резисторе. Более мощный вентилятор нашелся быстрее и закрепив резистор прямо на вентиляторе пошли повторные тесты.
    Спустя 30 минут работы под нагрузкой в 10 ампер стало ясно, что теперь радиаторы со своtй задачей справляются, а вот трансформатору жарковато.
    Договор на этот блок питания был БЕЗ КОРПУСА, поэтому вырезав из пластика подложку я закрепил плату и вентилятор таким образом, чтобы поток воздуха обдувал и вентилятор.
    Кстати, на плате не предусмотрено посадочное место фильтра первичного питания – он ставится отдельно. Дело в том, что у меня собралось уже довольно много этих индуктивностей с телевизоров. Одинаковых совсем не много, поэтому я решил позволить себе вольность и использовать фильтры отдельным узлом, при необходимости – отдельной платой.
    В общем все необходимые проверки данный блок прошел и его можно смело отдавать в эксплуатацию. Перед окончательной сборкой плата была покрыта тремя солями лака PLASTIK 71. Лак покупал во время какой то акции - обошелся довольно дешево.
    Сколько он стоил заказчику? Ни сколько. Человек хорошо помогает мне, я помог человеку.

        Ну если Вы добрались до этого момента, значит есть терпение и любознательность. В конце этого повествования хочу сказать несколько слов по поводу IR2156 и инверторов на ее основе.
    Когда происходило топтание на месте, т.е. все мои потуги ни к чему не привели и я был вынужден ждать приезда IR2156 из Ростова конечно же я прошерстил интернет по этому поводу.
    Кто рекомендует устанавливать мертвое время не менее 1,3 мкС, видимо исходя из принципа работы IR2153. Кто то предлагает не опускаться ниже  1мкС. Кто то софстарт делает вообще на максимально возможной для микросхеме частоте, объясняя это словами ТАК ЛУЧШЕ.
    Для начала о мертвом времени. У меня на канале есть ролик о том, как рассчитывать номиналы резисторов затвора для IR2153  исходя из имеющегося детайма. Эти же формулы можно использовать и для расчета параметров для IR2156. В итоге получается, что используя тяжелые FQP20N60 мне потребовалось мертвое время порядка 1,3 мкС, а вот с легкими TK15A60U мертвое время можно было сократить до 0,4 мкС, что в свою очередь уменьшило бы провал выходного напряжения под нагрузкой. Для этого блока питания это не критично, поэтому я поленился снова подбирать резисторы-кондесаторы, тем более подбирать конденсаторы у меня пока не из чего. Однако, если бы данный вопрос стоял более острым углом, то время дедтайма было бы сокращено до возможного минимума, т.е. до состояния ЕЩЕ ЧУТОК И БУДЕТ СКВОЗНЯК, а на транзисторы были бы установлены ферритовые бусы. Подобное решение обеспечивает минимальный провал выходного напряжения подобных блоков питания. Для и развязывающие конденсаторы нужно было бы увеличить до 1 мкФ каждый, поскольку реактивное сопротивление на 40 кГц у этой связки все таки великовато.
    Расчеты производились при помощи КАЛЬКУЛЯТОРА.
    Что касаемо частоты софстарта, то тут уже на вкус и цвет. Лично мое мнение, что увеличение частоты софтстарта в 3-4 раза по сравнению с рабочей частотой вполне достаточно – трансформатор нагрузка индуктивная, следовательно реактивное сопротивление будет увеличиваться пропорционально увеличению частоты. Однако нужно давать поправку на то, сколько мкФ было поставлено по вторичному питанию. Довольно часто пытаются снизить пульсации выходного напряжения при помощи увеличения емкости конденсаторов вторичного питания. Отчасти это получается, но цена за это – ОЧЕНЬ жесткий старт. Для снижения сетевых пульсаций выходного напряжения следует увеличивать емкость первичного конденсатора, поскольку данный блок питания не стабилизированный – он выдает напряжение пропорциональное входному и если емкости первичного конденсатора хватать не будет, то придется слишком сильно увеличивать емкости вторичного напряжения. Это снижает эффективность преобразователя, сильно нагружает силовые транзисторы на пиках синусоиды первичного напряжения и делает момент запуска очень тяжелым. В этом случае как раз и потребуется значительное увеличение частоты софтстарта.
    Дросселя по вторичному питанию состоят из колец T50-26, провод такой же, как вторичная обмотка трансформатора, для однополярного варианта 6-8 витков, для двуполярного варианта – две обмотки по 3-4 витка.

АРХИВ СО СХЕМОЙ, ПЛАТОЙ И ДАТАШНИКАМИ НА IR2156

ПРИМЕЧАНИЯ

Блок питания дежурного режима на 24 Вт (разные варианты выходного напряжения). Выполнен на базе контроллера DK124, имеет защиту от перегрузки. Настоятельно рекомендуется на микросхемы приклеить радиатор - при длительной эксплуатации на ПОЧТИ МАКСИМАЛЬНОЙ нагрузке она НУ ОЧЕНЬ сильно греется.
Варисторы - полупроводниковые резисторы, используются обычно в качестве защиты источников питания от повышенного напряжения. Варистор резко уменьшает свое сопротивление до нескольких десятков Ом при достижении порогового напряжения на своих выводах. По сути он закорачивает шину питания, тем самым пережигая предохранитель. Если размер варистора выбран правильно он остается целым, если же он слишком ма ленький его разрывает, но предохранитель он успевает сжечь.     Первые две цифры в маркировке означают диаметр варистора, а от этого зависит какой максимальный ток через себя варистор может пропустить без саморазрушения. Для примеры возьмем серию 14D которая способна держать 50 ампер на протяжении 8 мкС.     Последняя покупка В Китае была сделана ЗДЕСЬ.
Термисторы - общее определение терморезисторов. В силовой электронике термисторы обычно имеют приличные размеры и используются для ограничения тока заряда фильтрующего конденсатора первичного питания. Как и у варситоров первые две цифры определяют размер, следовательно максмальнй ток, который через себя может пропустить термистор.     Выпускаются размыми производителями и по разным технологиям. Например серия MF72 имеет максимальный ток 9 ампер, а некоторые экземпляры серии SCK могут через себя и 20 ампер пропустить.     Последний раз запасы обновлялись ЗДЕСЬ.
Самотактируемый драйвер верхнего и нижнего плечей полумостового инвертора IR2156 покупались ЗДЕСЬ и ЗДЕСЬ. Обе микросхемы рабочие, хотя они реально разные и ведут себя несколько по разному, особенно в случае не очень исправных элементов.
Транзисторы TK15A60U покупал ОЧЕНЬ давно на Aoweziic Raw, но сейчас их там нет, да и подорожала эта серия что то очень сильно - TK39A60W стали в полтора раза дороже даже в долларах.     Однако было бы не правильно умолчать еще об одном магазине - Shop5748383 Store. Было куплено 6 типов силовых транзисторов, одна партия оказалась леваком, продавец на спор не возражал и мне вернули деньги.     Перед покупкой размеется изучил много отзывов на транзисторы с этого магазина, поскольку цена явно занижена. Подавляющее большинство отзывов типа ПРИШЛО ЗА N ДНЕЙ. Однако удалось найти отзывы и тех, кто производил измерения или использовал транзисторы из этого магазина в работе.     Из тех, кто проверял транзисторы подавляющее большинство отмечает, что транзисторы параметрам, заявленным в даташите ПОЧТИ соответствуют. Ключевое слово ПОЧТИ. Это означает, что параметры выходят за пределы на 3-5%. Другими словами для производителя это РЕАЛЬНЫЙ брак, а вот для нищебродов, типа меня это довольно хорошая лазейка по закупке ПОЧТИ правильных транзисторов, т.е. транзисторов, которые совсем чуть-чуть выходят за максимальные значения.     В реальном устройстве я пока эти транзисторы не использовал, однако из 5-ти типов, которые я посчитал хорошими сопротивление в открытом состоянии впысывается в указанное в даташите, на трех типах оно выше на 4-5%, а у одного ниже в 2 раза.     Реальные испытания будут скоро и испытания будут довольно жесткими. Тогда и будет видно, что это за звери такие.     Я ни коим образом не навязываю покупку это "барахла", однако отмечу, что примерно год назад я покупал по бросовой цене UC3845 и это был откровенный брак, несмотря на лазерную маркировку.     Проблемным местом этих контроллеров являлось напряжение старта. Для UC3845 напряжение старта не более 9 вольт, для UC3844 не менее 15 вольт. Эти микросхемы стартовали при 11,5...12 волтах. Это и не 3845 и не 3844. Однако ЭТО прекрасно работает и израсходовано уже полностью - все 20 штук и нареканий нет.
Заказал себе SMD резисторов 1206, поскольку пользуюсь в основном ими. Наиболее ходовые номиналы у меня конечно же есть, но при подборе мне моей линейки резисторов не хватило. Решил восполнить этот пробел и пополнить свои запасы. В заказнном мной наборе 2000 резисторов и 80 номиналов, на момент покупки этот набор стоил 707 рублей.     По факту получается 35 копеек за один резистор. Вроде не дорого. С другой стороны, если бы я заказал эти резисторы в Ростове, при таком количестве, то мне бы они обошлись по 34 копейки + несколько матерных слов по поводу подсчета количества, поскольку каждого номинала в данном наборе по 25 штук - не кратно десяти.
При сборке использовалась паяльная паста RELIFE RL-403. С прошлой покупки осталось уже треть тюбика, заказал на запас и благо, что нужна была не срочно. Заказ 27 марта, получил 19 июня. Трек не отслеживался, защиту покупателя продлевали. Паста густовата - надо будет добавлять флюс - добавляю примерно 1/5 часть вот ТАКОГО.     Сама по себе паста хорошая, флюс свое дело знает - после расплавления припоя капля ровная и собирается в аккуратную каплю. При использовании в термошкафу проблем тоже выявлено не было - элементы легли хорошо. Такую долгую доставку организовал ЭТОТ МАГАЗИН.
Пайка элементов производилась на термостоле, куплен ЗДЕСЬ. Нагревается быстро, температуру держит хорошо, но только Советский текстолит он слегка припалил - плата чуть-чуть потемнела в месте контакта стола и платы.     Чуток критики:- ножки короткие, стол под нагревателем нагревается до состояния интенсивной вони, магниты от температуры перестают работать. Вместо ног использовал латунные стойки длинной 40 мм, снизу проложил слой кремнеземной ткани примерно 4 мм толщиной - под нагревателем стало возможно можно держать руку, но жар ощущается.
Ферритовые бусы служат для замедления растущего тока и довольно часто используются в импульссных блока питания. Позволяют чисто физическими свойствами феррита увеличь дедтайм, снизить звон быстрозаркывшегося транзистора и т.д. Более подробно ЗДЕСЬ.