Самый простой ИИП 1кВт на SG3525 для усилителя.

[kitafonchik]

Собранный блок питания DA Power1000.

Схема:

Рисунок печатной платы:

Характеристики:
— напряжение питания: 210-240в;
— напряжение на выходе (холостой ход): +84/-84в;
— дополнительные сервисные напряжения: +15/-15в 100мА, +12в 100мА.
— напряжение на выходе при номинальной мощности: +72/-72в (-14,2%);
— мощность постоянная: 1000вт;
— мощность кратковременная: более 1500вт;
— защита от короткого замыкания: есть.

Прошло уже более 2-х лет с момента создания импульсного блока питания на микросхеме SG3525 с применением трансформатора гальванической развязки. ИИП показал себя очень достойно, доработанная версия обладает отличной надёжностью,  повторяемостью и отличается дешевизной.
Про данный блок питания мощностью 300вт можно почитать здесь: Простой ИИП для УМЗЧ на SG3525.

Теперь набравшись немного опыта и знаний я попробую прокачать блок питания повысив мощность более чем в 3 раза.  Для начала я убрал стабилизацию напряжения, чтобы ИИП хорошо работал с усилителями D-класса, затем усилил печатную плату и поставил более мощные силовые элементы. Принцип работы расписывать не буду, думаю, что вряд-ли новички без опыта станут сразу собирать киловаттный блок.

Топология остаётся той же — полумост, но для минимизации потерь я использовал полевые транзисторы с очень низким сопротивлением открытого канала KCX9860A от производителя KIA Semicon Tech (600V 47A  81 mΩ). Но чем мощнее ключи, тем сложнее ими управлять. Тяжеленный затвор и долгое время переключения создают некоторые сложности при постойке мощного ИИП. Для управления транзисторами применена все та же микросхема SG3525 с трансформатором гальванической развязки и конденсаторным блоком питания для запитки ШИМ-контроллера.

Описание сборки:

Скрытый текст

 

Часть 1. Управление тяжелыми полевыми транзисторами..
Посмотрим на график тока через полевик в зависимости от напряжения на его затворе.

Для полного открытия транзистора при 25°C на затвор нужно подать 5в, и около 6в при 150°C. Так зачем же заряжать затвор напряжением 12в, если это не имеет никакого смысла. С увеличением напряжения на затворе, его заряд сильно увеличивается, что приводит к повышению потребления от ШИМ-контроллера.
Данный график показывает, как увеличивается заряд затвора в зависимости от приложенного на него напряжения.

Вывод: управление тяжелыми полевыми транзисторами намного проще осуществлять пониженным напряжением. Для полевых транзисторов KCX9860A оптимальное напряжение на затворе будет составлять 6в.

Часть 2. Трансформатор гальванической развязки.
В качестве ТГР применено ферритовое кольцо R16*10*4,5 из материала PC40. Для того, чтобы ШИМ контроллер потреблял меньше энергии на перемагничивание сердечника, я увеличил количество витков первичной обмотки до 60-ти. При 45 витках ток потребления SG3525 без подключенных полевиков составляет поряка 25мА, при 60 витках 18мА соответственно. Т.е. с малым количеством витков повышенная индукция в сердечнике привидит к повышенным потерям, микросхеме тяжело переключать обмотку даже на холостом ходу, сама SG3525 без подключенного ТГР потребляет около 10мА. Рассчитал количество витков вторичных обмоток, для 6в будет достаточно намотать по 30 витков. (12в/60*30=6в).
Трансформатор мотал сразу 3 жилами, первичная обмотка 60витков, вторичные 2*30витков.

Подключил полевые транзисторы, ток потребления SG3525 вырос до 38мА, что совсем не много.
Одно из преимуществ ТГР состоит в том, что он заряжает затвор полевиков еще и отрицательным напряжением.. Время включения полевого транзистора происходит в диапазоне от -6 до +6в, а выключения от +6 до 0в, т.е. закрывается он 2 раза быстрее. Иными словами добавляется свой dead time с помощью ТГР, время которого можно вычислить по осциллографу.
Резистор 10ом в первичке ТГР облегчает микросхеме работу при жёстком переключении, а завторные резисторы 20ом немого замедляют переключение полевиков и тоже разгружают управляющую цепь.
Опыты показали, что очень низкое сопротивление затворных резисторов приводит к слишком резкому открытию полевых транзисторов, ток в первичке при таком переключении превышает 20А. Это приводит к срабатыванию защиты даже при нагрузке около 500вт. А если убрать завторные резисторы и соединить напрямую к ТГР, то ИИП вообще будет запускаться лишь через раз.

Итог: слишком низкое значение затворных резистором приводит к большим импульсным токам при переключении. И это касается не только данного ИИП, то же самое я заметил в усилителе D-класса, строило заменить завторные резисторы с 30ом до 60-ти, токовая защита перестала ложно срабатывать. Причем нагрев транзисторов остался прежним.

Часть3. Силовой трансформатор.
В качестве силового трансформатора я выбрал кольцо R40*24*20 из материала PC40, потому, что они во много раз дешевле трансформаторов с каркасами.
Самая продвинутая программа для расчета кольцевых трансформаторов:

Тремя жилами проводом 0.75мм в один слой мне удалось намотать только 27 витков первичной обмотки. Скорректировал в программе данные и пересчитал заново. Главное, не задирать индукцию в сердечнике, чтобы не было перегрева трансформатора. Можно играть частотой и индукцией, чтобы попасть в нужное число витков.

Формула определения числа витков вторичных обмоток для необходимого напряжения на холостом ходу.

N2=U/Uтр*N1= 80/155*27=14 витков, где
U — необходимое постоянное напряжение в плече;
Uтр — напряжение на первичной обмотке трансформатора, для полумостового преобразователя оно будет равно половине выпрямленного сетевого напряжения. 220*1,41/2= 155в;
N1 — количество витков первичной обмотки трансформатора, считается в программе.

Часть 4. Софтстарт.
В данной схеме есть два софтстарта. Первый — осуществляется посредством ШИМ контроллера. При пуске на полевые транзисторы подаются узкие импульсы, которые не полностью их открывают и пусковой ток не превышает ограничение в 20 ампер даже со значительными ёмкостями на выходе.
Второй софтстарт построен на реле, и служит для ограничения тока заряда больших сетевых ёмкостей. В нашем случае 990мкф сначала около полсекунды заряжаются через токоограничивающий резистор 33ома, и только потом напрямую подключаются к сети 220в. Пусковой ток через вилку при этом не превышает 8А, без софтстарта он достигал бы 50А в момент включения.
Реле софтстарта запитано все от того же конденсаторного блока питания, подойдёт любое реле на 12 в с сопротивлением катушки не ниже 200ом. Конденсатор 1000мкф задаёт задержку срабатывания реле при пуске.

Часть 5. Сборка и настройка.
Первым делом на плату монтируются малогабаритные элементы, затем все остальные.
Важно: первый пуск и проверка производится с низким напряжением питания. Для этого необходимо поставить 3 перемычки и подать на вход 13 в постоянного напряжения.

Должен появится сигнала на обмотках ТГР и красивый менандр на силовом трансформаторе, на выходе в плечах питания должно появится около +5в/-5в.
Далее проверяем работу тригера, замыкаем транзистор оптопары (у PC817 со стороны точки находится светодиод, с другой — транзистор), генерация должна мгновенно прекратиться. Если все так, то убираем временные перемычки и первый пуск делаем через токоограничиваюший резистор 100-200ом.

Также важно при больших мощностях, применив полевые транзисторов с низким сопротивление открытого канала, ставить снабберную цепочку. Более лёгкие полевики работали нормально без нее, но с этими пришлось поставить 33ома+2.2нф. Вот что было без снаббера на больших мощностях, при переходе через ноль появлялись выбросы на обмотках силового трансформатора.

Фото собранного блока питания:

Часть 6. Защиты.
Токовая защита настраивается очень просто, ее порог срабатывания зависит от сопротивления токового шунта. Светодиод оптопары загорается примерно от 1в, тогда шунт 0,05 ома даёт отсечку на 1в/0,05ом=20А.
Мощность на шунте при 1квт выходной мощности составит (1000вт/150в/2)²*0,05ом =0,55вт.
Важно, чтобы токовый шунт был безындуктивным. Можно использовать метеллопленочные или СМД резисторы, проволочные не годятся. После срабатывания тригера, дальнейшая работа возможна только после отключения блока питания от сети на несколько секунд.
ИИП спокойно выдерживает короткое замыкание между плечами, как во время работы, там и при попытке запуска с закороченным выходом. Главное, не проверять сработка защиты с токограничительной лампочкой в разрыве.

Часть 7. Охлаждение.
Алюминиевая пластина -радиатор толщиной 2мм крепится снизу платы. Для дополнительно охлаждения ее нужно прикрутить к нижней крышке усилителя, в зависимости от характера нагрузки может понадобится вентилятор. Например с усилителем D-класса нагрев будет незначительный, а при работе на постоянную резистивную нагрузку придется ставить активное охлаждение или массивные радиаторы.

Часть 8. Тест.
Для проверки блока питания я подключал к нему 2 утюга помещенные в воду.

Тесты проводил в течении часа, нагрузка 980вт.

Нагрев элементов:
Полевики — 72°С;
Шоттки — 70°С;
Диодный мост 75°С;
Трансформатор 75°С;
Можно смело сказать, что все теплое и в пределах нормы, правда для охлаждения пластины пришлось приделать мощный радиатор.

Напряжения и осциллограммы под нагрузкой:

Холостой ход +84/-84в

Нагрузка 490 вт: +75/-75в (-10,7%)

Нагрузка 982 вт: +72/-72в (-14,2%).

SG3525 сама может справиться с мощными полевиками. Софтстарт на реле работает отлично, задержка включения 0,5сек, нагрев элементов умеренный, защита от КЗ работает хорошо.

Важно:
— грамотно подобрать затворные резисторы;
— точно рассчитать необходимое напряжение для управления завторами полевиков и определить нужное количество витков ТГР;
— установить снабберную цепочку;
— проверку осуществлять при напряжении 13в временно установив соответствующие перемычки.
— применить только высокоэффективные полевые транзисторы с напряжением не ниже 500-600в, током не ниже 30А и сопротивлением открытого канала 50-200мОм.
— дроссели на выходе обязательны;
— соблюдать технику безопасности, в данном ИИПе под сетевым напряжением находится даже SG3525, сетевые банки разряжаются более 5 минут после отключения.
— не забыть убрать временные перемычки после проверки ИИП от 13в.

 

 

Скачать фалы:Da Power1000 files.zip

!!! Не забываем поставить 2 перемычки снизу платы (возле ШИМки и L7915)!!!!!

 

 

Edited March 7, 2020 by kitafonchik

[Реклама]

[rz6lye]

Можно ссылочки на дата-шит KCF9860A, и где приобресть можно.

Спасибо за то что делитель своими разработками.

[Реклама]

Реле, разъемы, вентиляторы, корпуса, микросхемы, конденсаторы и много другое!

Скидки до 20% на сайте электронного дискаунтера ТМ Электроникс.

Бесплатная доставка в любую точку России + кэшбэк 15%.

Всем кто сделает заказ в сентябре, начислим 3000 баллов на аккаунт. 1 балл = 1 рублю!

Подробнее

[KRAB]

5 минут назад, rz6lye сказал:

Можно ссылочки на дата-шит KCF9860A

для ЗАЁ ЗАБАНЕННЫХ в Гугле ----- KIA Semicon Tech KCF9860A. MOSFET N Trench 600V 47A 4V @ 250uA 81 mΩ @ 15.6A,10V TO-220F(TO-220IS) RoHS. Category: Transistors / MOSFET ...

 

[Vslz]

5 В для управления затворами - это очень смелое решение. 

На скриншоте платы, конденсаторы полумоста включены не так, как на схеме. Это так задумано? По моему, на схеме - удачнее. Наверное, надо бы перекинуть вторую пару к плюсовой шине, тем более, что это очень просто.

[Candid]

9 часов назад, kitafonchik сказал:

Вывод: управление тяжелыми полевыми транзисторами намного проще осуществлять пониженным напряжением.

Можно повысить Vc до 30в и ТГР намотать 1:4. Шимке будет ещё легче

[BAFI]

можно я немного покритикую) и так - картиночки - просто супер ! но - судя по вашей фотке - вы взяли зеленое колечко - РС40 - зеленое ? ладненько - хорошо пойдем дальше - как вам удалось - без доп мер так быстро разрядить емкость транзистора и размагнитить сердечник ? по любому будут горки с этим кольцом - у вас же по графику - как будто стоит снабер на ТГР) может я плохо разбираюсь - конечно - по на практике я такие красивые картиночки на ТГР не видел)

Edited March 7, 2020 by BAFI

[kitafonchik]

@Vslz Прошу глубочайшие извинения, как я так мог накосячить. Странно, что работает трансформатор, притянутый 4-мя мкф к минусовому плечу. Спасибо за внимательность!! Позже скину осциллограммы после переделки.

Скрытый текст

Исправленная плата:DAPower1000 плата.lay6

 

@BAFI это осциллограммы силового трансформатора!

Edited March 7, 2020 by kitafonchik

[BAFI]

трансформатор я могу и получше скинуть ) - не суть - можно затворы посмотреть ? и как-то странно - плата работает - а печатка нет)

Edited March 7, 2020 by BAFI

[Serg76]

1 час назад, kitafonchik сказал:

Странно, что работает трансформатор, притянутый 4-мя мкф к минусовому плечу

Что к плюсу 4мкФ, что к минусу 4мкФ или по 2мкФ делитель - будет работать одинаково. Только на делитель, токовыравнивающие резисторы теперь ставить придётся. Проще оставить как было!!!

P.S. ... Везучий случай)))

[Nem0]

2 часа назад, kitafonchik сказал:

Странно, что работает трансформатор, притянутый 4-мя мкф к минусовому плечу.

Ничего странного. Оно должно и будет нормально работать. Как выше заметили: 4 мкФ к минусу или делитель 2х2 мкФ - все одно. 

[Metall4]

А 200в диодов достаточно для 80в выходного напрж.

как помню в другой теме  при 35 вольт рекомендовали 200в а тут в 2 раза больше !

[Nem0]

2 часа назад, Metall4 сказал:

А 200в диодов достаточно для 80в выходного напрж.

Более чем. Запас 40 В. 

2 часа назад, Metall4 сказал:

при 35 вольт рекомендовали 200в

На форумах большая часть советов - вредные. Читайте книжки, думайте своей головой. 

[rz6lye]

Яндекс подлюкха ничего о  KCF9860A не знает, в отличии от гугли.. :-( . Потому и спрашивал...

[Vslz]

23 часа назад, kitafonchik сказал:

как я так мог накосячить. Странно, что работает трансформатор, притянутый 4-мя мкф к минусовому плечу.

это не является, в общем-то, ошибкой, эффективная разделительная емкость 4 мкФ - что в "делителе", что к массе. Но исправленный вариант более логичен - пленка наиболее коротким путем шунтирует питание полумоста. Отдельный конденсатор 1 мкФ 400В - во-первых, намного дальше, а во-вторых - уже не нужен, его функция гораздо лучше выполняется 4-мя кондерами полумоста, так наз. "делителем".

21 час назад, Serg76 сказал:

Только на делитель, токовыравнивающие резисторы теперь ставить придётся.

Зачем ?  Когда был один конденсатор на массу - за "перекос" не беспокоились, а тут сразу прямо резисторы . У кондеров в верхнем и нижнем плече могут быть .. любое соотношение емкостей, если они не электролиты по сто мкФ. Никаких резисторов не надо.

Edited March 8, 2020 by Vslz

[nikon64]

22 часа назад, Vslz сказал:

это не является, в общем-то, ошибкой, эффективная разделительная емкость 4 мкФ - что в "делителе", что к массе. 

Это не ошибка, это два разных принципа работы инвертора. И в одном случае конденсаторы разделительные, когда ток по ним проходит равный по величине и меняет направление по мере переключения ключей. Конденсаторы должны быть одинаковой ёмкости если не хотите на выходе получить " хромую утку". В этом случае я бы поставил резисторы. А вот когда один конденсатор на минусе то он накопительный. При открывании верхнего ключа ток проходит через обмотку и заряжает ёмкость, при открывании нижнего ёмкость разряжается через обмотку транса и открытый ключ. 

Edited March 9, 2020 by nikon64

[Vslz]

Не сочиняйте, @nikon64  В обоих случаях на конденсаторах половина питания, в обоих случаях через них течет переменный ток, причем, токовая нагрузка одинакова. Масса и плюс питания закорочены по ВЧ здоровенным электролитом, а постоянный ток через пленку не ходит. Поэтому, для тока первички в двух вышеприведенных случаев, все 4 кондера включены параллельно. 

[nikon64]

26 минут назад, Vslz сказал:

Не сочиняйте, @nikon64  

Я конечно мало что понял из написанного но всё по порядку.  То что на кондёрах половина питания это само собой, переменный ток у нас только в первичной цепи из розетки, дальше импульсный с частотой переключения ключей. Плёнка в импульсе работает будь здоров. Дальше я Вашей писанины не понял. Если смотреть по схеме то принцип работы инвертора понятен, но если убрать верхний разделительный конденсатор то как по Вашему проходит цепь для второго импульса ??? Ну нет там кондёра для полноценной цепи.

 

Edited March 9, 2020 by nikon64

[zato4nik]

На конденсаторе по любому пол-питания , при равной длительности в плечах.

[ummagumma]

53 минуты назад, nikon64 сказал:

Плёнка в импульсе работает будь здоров

... пока не превышена допустимая вольт-амперная реактивная мощность... дальше перегрев и кишки наружу... если убрать верхний, значит емкость делителя снизится ровно в два раза... во столько же раз возрастет esr... количество вар на количество конденсаторов также возрастёт... и да,  в первичке транса течет переменный ток, и во вторичке... переменный импульсный ток...

[BAFI]

так я картиночек и не дождался) Мужики чего полемику то развернули - конденсаторы - не конденсаторы)) кто нить подумал что это контроллер с выходом 400мА ! хорошо- допустим каким-то волшебным образом за счет ТГР удалось нарастить необходимый ток - именно ток - так как разрядить емкость - нужен он а не напряжение) для раскачки мощных транзисторов - но при этом как погасить ЭДС индуктивности на таких токах - А это заявленные 1000ватт ! - на минуточку - даже ес намотать 100 витков - этим только увеличишь ток МС - а он по-любому завышен - вот не верю я - и усе тут)) повелись на когнитивные искажения ) по факту ни о чем конкретном не информирующем.

[nikon64]

9 часов назад, ummagumma сказал:

 если убрать верхний, значит емкость делителя снизится ровно в два раза...

Пропадает сам смысл делителя, его просто нет. И да я приму что в первичке течот переменный ток, но пока инвертор двухтактный, а если однотактный то увы.

 

4 часа назад, BAFI сказал:

 именно ток - так как разрядить емкость 

Поэтому полевики нужны с маленьким сопротивлением канала и очень маленькой ёмкостью затвора. Про заявленную мощность мне тоже не верится. Поставить бы драйвера и качай мощу смело.

Edited March 10, 2020 by nikon64

[TSL]

47 минут назад, nikon64 сказал:

Поставить бы драйвера и качай мощу смело.

Драйвера тут не помогут. К ним нужна ещё и раскачка ТГР.  Да и дежурку прикрутить надо, да и сделать всё на такую мощщщщь как положенно.......  А так, это, Обезьяна с гранатой, неизвестно когда рванёт 

[zato4nik]

1 час назад, nikon64 сказал:

да я приму что в первичке течот переменный ток, но пока инвертор двухтактный, а

Сформулируйте определение двухтактности, и все встанет на места.

 

49 минут назад, TSL сказал:

так, это, Обезьяна с

Автор- художник, он так видит.

[Vslz]

16 часов назад, nikon64 сказал:

Дальше я Вашей писанины не понял.

Я это заметил. Что хотели сказать-то ? 

6 часов назад, nikon64 сказал:

Пропадает сам смысл делителя, его просто нет.

Его и не было изначально - этот "делитель" ничего не делит и не должен делить. Это ошибочное название.

Поэтому, разницы нет, остальное - Ваше недопонимание вопроса.

 

10 часов назад, BAFI сказал:

кто нить подумал что это контроллер с выходом 400мА ! хорошо- допустим каким-то волшебным образом за счет ТГР удалось нарастить необходимый ток

раскачка затвора "в обе стороны" конечно, энергозатратна. Можно на вторичке использовать только положительную полуволну, а запирать транзистором. Тогда потребление тока от ИМС сократится вдвое. Примерно.

[BAFI]

в том то и дело - что это обычный кипятильник ) при чем скорее всего и на хх и мощностью - намного меньше заявленным.имхо.