2.2.2 Блок живлення з адаптивним джерелом струму

Знайомство з мікросхемою для напів-мостового інвертора IR2153, справило гарне враження - досить маленький споживаний по харчуванню струм, наявність дід-тайму, вбудований контроль живлення. Але у неї є два суттєвих недоліки – відсутня можливість регулювати тривалість імпульсів на виході і досить маленький струм драйверів не більше ніж 250-500 мА. Необхідно було вирішити два завдання – придумати, як реалізувати регулювання напруги інвертора, і як збільшити струм драйверів силових ключів.

Ці завдання вдалося вирішити введенням у схему оптичних драйверів польових, транзисторів, і диференційних ланцюгів на виходах мікросхеми IR2153 (див. Рисунок 2.2.2.1)

Рисунок 2.2.2.1 – Інвертор

Пара слів про те , як працює регулювання тривалості імпульсів. Імпульси з виходів IR2153 надходять на диференційні ланцюги складаються з елементів С2, R2, світлодіод оптичного драйвера, VD3-R4 - транзистор оптрона..., і елементів С3,R3,світлодіод оптичного драйвера, VD4-R5 - транзистор оптрона...Елементи диференційних ланцюгів розраховані таким чином, що, при закритому транзисторі оптрона зворотного зв'язку, тривалість імпульсів на виходах оптичних драйверів практично дорівнює тривалості імпульсів на виходах IR2153. При цьому напруга на виході інвертора – максимально.

У момент, коли напруга на виході інвертора досягає напруги стабілізації , починає відкривається транзистор оптрона, це призводить до зменшення постійної часу диференційного ланцюга, і, як наслідок, до зменшення тривалості імпульсів на виході оптичних драйверів. Це забезпечує стабілізацію напруги на виході інвертора. Діоди VD1,VD2 ліквідують негативний викид, що виникає при диференціюванні.

Тип оптичних драйверів навмисне не озвучую. Ось чому – оптичний драйвер польового транзистора, це велика окрема тема для розмови. Номенклатура їх дуже велика – десятки, якщо не сотні типів, на будь-який смак і колір. Щоб зрозуміти їх призначення та їх особливості , необхідно повивчати їх самостійно.

Представлений інвертор має ще одну важливу особливість. Поясню. Так як основне призначення інвертора – зарядка літієвих (хоча можна будь-яких, звичайно) акумуляторів, довелося вжити заходів щодо обмеження струму на виході інвертора. Справа в тому, що якщо підключити до блоку живлення розряджений акумулятор, струм зарядки може перевищити всі розумні межі. Щоб обмежити струм зарядки на необхідному рівні нам, ланцюг керуючого електрода TL431, введений шунт r ш. Працює це так. Мінус заряджає акумулятор підключається не до мінуса інвертора, а до верхнього за схемою висновку r.ш. При протіканні струму через r ш, підвищується потенціал на керуючому електроді TL431, що призводить до зменшення напруги на виході інвертора, і, як наслідок, до обмеження струму зарядки. У міру зарядки акумулятора, напруга на ньому росте, але слідом за ним, зростає і напруга на виході інвертора, прагнучи до напруги стабілізації. Коротше це проста і ефективна до неподобства штуковина. Змінивши номінал r ш, легко обмежити струм заряду на будь-якому потрібному нам рівні. Саме тому, сам номінал r ш не озвучений. ( орієнтир – 0,1 Ом і нижче), його легше підібрати експериментально.

Кілька слів про важливі особливості налаштування сигнальної частини інвертора.

Для перевірки працездатності та налаштування сигнальної частини інвертора необхідно подати +15 Вольт в ланцюг живлення сигнальної частини від будь-якого зовнішнього блоку живлення і проконтролювати осцилографом наявність імпульсів на затворах силових ключів. Потім , необхідно імітувати спрацювання оптрона зворотного зв'язку (подати напругу на світлодіод оптрона) і переконатися, що при цьому відбувається майже повне звуження імпульсів на затворах силових ключів. При цьому, зручніше щупи осцилографа підключити не штатно, а інакше – сигнальний провід щупа до одного з затворів силового ключа, а загальний провід щупа осцилографа – до затвору іншого силового ключа. Це дасть можливість бачити імпульси різних полу-тактів одночасно (те, що в сусідніх полу-тактах ми побачимо імпульси протилежної полярності, тут значення не має). Тепер найважливіше – необхідно переконається ( або домогтися, щоб при включеному оптроні зворотного зв'язку керуючі імпульси не звужувалися до нуля ( залишилися мінімальної тривалості, але не втратили прямокутну форму). Крім того, важливо, підбором резистора R5 ( або R4 ) домогтися , щоб імпульси в сусідніх полу-тактах були однакової тривалості ( різниця цілком імовірна, з-за різниці оптичних характеристик драйверів ).(Рисунок 2.2.2.2)

Рисунок 2.2.2.2 – Показники осцилографа

Після цих клопотів, підключення інвертора до мережі 220 Вольт, пройде, швидше за все без проблем. Дуже бажано при налаштуванні підключити до виходу інвертора невелику навантаження ( автомобільну лампочку на 5 Вт ). З-за ненульовий мінімальної тривалості керуючих імпульсів, без навантаження, напруга на виході інвертора може бути вище напруги стабілізації. Це не заважає експлуатації інвертора.

Важливе про малюнок друкованої плати – вона має ряд особливостей...

Останні кілька років використовую плати розроблені плановий монтаж елементів, тобто – всі елементи розташовані з боку друкованих провідників. Таким чином припаяні всі елементи схеми, навіть ті, які від народження не призначені для планового монтажу. Це значно зменшує трудомісткість виготовлення

Головна мета всієї цієї метушні, зробити корисну річ з мінімальними трудовитратами з максимально доступних елементів. До речі – якщо вихідна напруга інвертора не повинна бути більше двадцяти вольт, то в якості вихідного трансформатора можна використовувати будь трансформатор від комп'ютерного блоку живлення (зібраного по підлозі-мостовою схемою). Фото нижче - загальний вигляд зібраного інвертора, щоб ви мали уявлення, як це виглядає (Рисунок 2.2.2.3).

Рисунок 2.2.2.3 – Зібраний інвертор

Так, ось про що забув згадати – напевно виникнуть питання про потужність інвертора. Відповім так – максимальну потужність такого інвертора заочно важко оцінити, вона визначається, в основному, потужністю застосовуваних силових елементів, вихідного трансформатора і максимальним піковим струмом виходу оптичних драйверів. При великих потужностях великий вплив почнуть надавати сама конструкція, демпферні ланцюга силових ключів, знадобиться застосування синхронних випрямлячів замість діодів на виході. Коротше – це вже зовсім інша історія, значно більш складна в реалізації. Що стосується описаного інвертора, я використовую його для зарядки акумулятора LiFePO4 з напругою 21,9 Вольт (ємність – 15А/год) струмом 7-8 Ампер. Це та грань, де температура радіатора і трансформатора знаходиться в розумних межах і не потрібно примусового охолодження. Дешево і сердито.