Llc резонансный иип на базе irs27952 [2018]

Резонансный блок питания своими руками. LLC резонанс

Тема довольно-таки сложноватая, но Роман (автор данной самоделки, YouTube канал «Open Frime TV») постарался объяснить все это максимально простым языком.

Вообще, идея собрать резонансный блок питания, давненько зародилась в голове автора, но постоянно отталкивала мысль о том, что данная топология достаточно сложная. И вот, собравшись с силами, было решено все-таки заняться этим блоком.

Итак, давайте посмотрим, что же представляет из себя данный блок питания.


Это индуктивность, которая появляется вследствие намотки трансформатора и не относится к индуктивности первичной или вторичной обмотки, а выступает как отдельный контур, включенный последовательно с первичной обмоткой.

Ничего не напоминает? Правильно, это похоже именно на тот дроссель, который необходим для создания резонансного контура.
В общем сейчас же нам нужно увеличить индуктивность рассеивания трансформатора. Сделать это можно намотав трансформатор немного непривычным способом, а именно разделив каркас на две части.

Такая разница обуславливается работой резонансного контура. Также за счет выброса самоиндукции транзисторы могут переключаться в нуле напряжения, тем самым снижая потери при коммутации и вследствие чего нагрев.

Если контур грамотно настроен, то ключи можно оставить даже без радиатора, так как их нагрев в таком случае минимальный.
Теперь давайте разберем плюсы и минусы такой топологии. Сперва поговорим о минусах.

1. Диапазон выходных напряжений меньше чем у ШИМ. Это обуславливается тем, что регулировка происходит частотой, поэтому получать на выходе широкий диапазон напряжений просто невозможно, так как при выходе из определенной области частоты мы можем просто свалиться в режим переключения при нулевом токе. Или же наоборот, при слишком большом увеличении частоты переведем блок в режим постоянного тока, при котором диоды перейдут в жесткое переключение.

2. В изготовлении и настройке сложнее ШИМ. Чтобы собрать и настроить данный блок питания скорее всего придется провозиться и возможно не один день.



Также автор не советует устанавливать транзисторы и диоды на один радиатор, так как транзисторы начинают нагреваться от диода. Если будете разводить самостоятельно, то не повторяйте эту ошибку.

Далее методом ЛУТ была изготовлена печатная плата и запаяны все компоненты кроме трансформатора, его еще предстоит намотать.

И на последок осталось самое сложное — намотка трансформатора. Это безусловно один из самых сложных моментов в данном проекте. Для расчета трансформатора потребуется программа Старичка (ссылка).

В окне программы вводим необходимые данные такие как, входные/выходные напряжения и мощность. А дальше необходимо подбирать частоту и зазор таким образом, чтобы получить стандартное значение ёмкости конденсатора, так как это единственное на что мы не можем повлиять.





Когда зазор подобран замыкаем все выходные обмотки между собой и замеряем индуктивность еще раз, это и будет как раз индуктивность рассеяния. Если она отличается от расчетной больше чем на 5-10%, то придется начинать сначала и перематывать трансформатор. Это действие будет необходимо повторять до тех пор, пока не угадаете с намоткой.

Когда все готово, запаиваем трансформатор на свое место и на этом сборка завершена.



Когда мы близко подбираемся к резонансной частоте, то можно наблюдать резкий скачек выходного напряжение, такое в блоках ШИМ получить невозможно.

Теперь подключим осциллограф и посмотрим, что у нас происходит в контуре.

Выбор полумостового резонансного LLC-преобразователя и MOSFET первичной стороны

Топология и характеристики резонансного полумостового LLC-преобразователя

На рис. 1 показана базовая топология резонансного полумостового LLC-преобразователя. Эта схема состоит из блока генератора прямоугольных импульсов, резонансной цепи, выпрямителя и фильтра. Блок генератора прямоугольных импульсов состоит из двух MOSFET (Q1 и Q2), которые генерируют однополярное напряжение. Резонансная цепь состоит из емкости Cr и двух индуктивностей Lr и Lm. Резонансный LLC-преобразователь отличается от последовательного резонансного LC-преобразователя (SRC) только индуктивностью Lm. Выпрямитель состоит из вторичной стороны преобразователя, двух диодов для двухполупериодного выпрямления и выходной емкости Co, которая сглаживает выпрямленное напряжение, подаваемое на нагрузку RL.

Рис. 1. Базовая топология резонансного полумостового LLC-преобразователя

На рис. 2 показаны рабочие области резонансного LLC-преобразователя двух типов: с коммутацией при нулевом токе (область ZCS) и при нулевом напряжении (ZVS). В первом случае частота переключения ниже резонансной fr2, т. е. поведение резонансной цепи имеет емкостной характер. Иной режим возникает при работе в области ZVS: в этом случае частота переключения выше резонансной fr1.

Рис. 2. Рабочие области резонансного LLC-преобразователя

При коммутации преобразователя в диапазоне частот fr1fr2 режим его работы (ZVS или ZCS) определяется нагрузкой. В нормальном режиме резонансный LLC-преобразователь работает на частоте чуть выше fr1. Это наилучшая рабочая точка, обеспечивающая высокую эффективность. При работе на резонансной частоте выходные параметры преобразователя не зависят от нагрузки. Преобразователю, работающему в этой точке, нет необходимости менять частоту коммутации при любом значении выходной мощности, пока входное напряжение остается неизменным.

Нестандартные рабочие режимы

Работа в емкостной области

Емкостная область работы силовых ключей потенциально опасна. В качестве примера можно привести работу системы в устойчивом режиме при малой нагрузке. В этих условиях рабочая частота системы находится вблизи нижней резонансной частоты, и реализуется режим ZVS.

Представим себе, что нагрузка изменяется с малого значения до высокого; при этом частота коммутации должна соответствовать новой резонансной частоте. Если этого не происходит, преобразователь может перейти в область 3 (рис. 2). Силовой MOSFET выключается, пока ток проходит через внутренний диод, и поскольку второй силовой MOSFET включен, диод может восстановиться, и начнет протекать сквозной ток. В этом случае происходит дополнительное рассеяние мощности, обусловленное прохождением тока через внутренний диод.

При одновременном включении обоих силовых ключей может возникнуть условие отказа полумостовой схемы. Как правило, во время восстановления внутренних диодов происходят выбросы тока большой величины. Этого риска можно избежать, воспользовавшись одним из нескольких решений. Например, специализированный контроллер драйвера затвора, который управляет мертвым временем или сложными контурами, позволяет увеличить этот показатель или обеспечить более высокие значения Rgate. Кроме того, в настоящее время производители полупроводников выпускают специализированные силовые ключи с меньшим временем восстановления. Например, компания STMicroelectronics разработала новую MOSFET-технологию MDmesh DM2, благодаря которой время восстановления встроенных диодов стало меньше 200 нс.

Как уже упоминалось, резонансный преобразователь может работать в емкостной или индуктивной областях (рис. 3). В индуктивной области коммутация осуществляется в режиме переключения по нулевому напряжению. При коммутации, когда основной ключ переходит из состояния ВКЛ. в ВЫКЛ., его ток Ip имеет положительную величину (область фиолетового цвета) и протекает от стока к истоку. В емкостной области (бежевого цвета) работа осуществляется в режиме переключения по нулевому току. В этом случае ток на основном ключе протекает от истока к стоку, в т. ч. через физический диод MOSFET-структуры. Рассмотрим работу LLC-системы в емкостном режиме при двух условиях.

Рис. 3. Емкостная и индуктивная области

Читайте также  Проводное переговорное устройство для спелеологов

Мягкий емкостной режим

Этот режим возникает, когда фаза тока резонансного контура приближается к нулевому значению. Например, так происходит при выключении питания при максимальной нагрузке, когда входное напряжение становится небольшим. В этом случае срабатывает усовершенствованная защитная функция (антиемкостной режим) контроллера резонансного контура, например L6699A от STMicroelectronics. С ее помощью повышается частота коммутации, как в условиях перегрузки, что увеличивает фазу тока резонансного контура.

Жесткий емкостной режим

Этот режим возникает, когда фаза тока резонансного контура становится нулевой или отрицательной при переходе из одного цикла в другой, как в случае короткого замыкания на выходе (рис. 4). В этом случае силовой MOSFET выключается, работа преобразователя прекращается, и жесткой коммутации не происходит.

Рис. 4. Жесткий емкостной режим

Жесткое переключение при запуске

При запуске системы режим ZVS может выключиться, что приведет к жесткой коммутации силовых ключей и появлению большого обратного тока при восстановлении диода. При запуске системы напряжение на емкости резонансного контура изначально отсутствует, и требуется ряд коммутационных циклов, прежде чем оно достигнет величины Vin/2 в устойчивом режиме. В начале переходного процесса могут появиться большие всплески тока в резонансном контуре. Этот ток не меняет полярности в первом одном или в первых двух коммутационных циклах. В этих потенциально опасных условиях работа в емкостном режиме и с жесткой коммутацией может оказаться очень ограниченной по времени. dV/dt и dI/dt силового ключа могут превысить номинальные значения (рис. 5) и привести к отказу.

Рис. 5. Опасный режим работы устройства, работающего в условиях превышения номинальных значений

Замедление динамики переходных процессов в схеме с комбинацией диода и резисторов, установленных последовательно двум затворам, помогает избежать этих отказов.

Жесткая коммутация в результате отключения питания

Во время нормальной работы импульсного источника питания может возникнуть режим жесткого переключения. Если отключить систему от основного источника питания, она может перейти в емкостной режим (рис. 6). На рисунке видно, что после отключения основного источника питания (точка А) мертвого времени, установленного драйвером, недостаточно для дальнейшего продолжения работы в индуктивном режиме. В этих условиях сквозной ток ключей увеличивается.

Рис. 6. Режим жесткой коммутации в результате отключения питания

Жесткая коммутация из-за быстрого переходного процесса на нагрузке

В этом случае система не в состоянии достаточно быстро изменить частоту коммутации. В результате возникает емкостной режим работы, пока управляющий блок пытается восстановить нормальную работу импульсного источника питания в индуктивном режиме.

По сигналу напряжения Vgs (фиолетового цвета) на рис. 7 видно, как меняется рабочая частота при быстром переходном процессе на нагрузке. Сигнал тока (бирюзового цвета) имеет типичный вид для резонансного LLC-преобразователя. Напряжение Vds (зеленого цвета) отстает от сигнала тока. Далее этот сигнал принимает типовой вид для емкостной цепи.

Рис. 7. Режим жесткой коммутации в результате быстрого переходного процесса на нагрузке

Выводы

Мы рассмотрели характеристики резонансной LLC-топологии, и в частности, механизмы возникновения отказов силовых ключей при работе системы. Для их предотвращения применяются специализированные ключи, например серии DM2 от компании STMicroelectronics.

Разработка полумостового резонансного преобразователя на основе IRS2795

International Rectifier представила первый полумостовой резонансный контроллер, выполненный в 8-выводном корпусе SO-8. Небольшое количество выводов позволяет упростить разработку высокоэффективного источника питания на основе контроллера и снизить общую стоимость системы. В статье представлены расчеты и рассказывается о выборе элементов для построения типового резонансного LLC-преобразователя на основе IRS2795.

IRS2795(1,2)S (далее IRS2795) имеет высокий уровень защиты и позволяет разработчику настраивать следующие параметры: частоту переключения (максимум 500 кГц) с фиксированным коэффициентом заполнения, равным 50%, частоту и время плавного старта, длительность мертвого времени для оптимизации режима переключения в нулях напряжения (ПНН).

Микросхема обеспечивает защиту по току, используя сопротивление открытого канала нижнего транзистора (Rds(on)), что позволяет убрать из схемы дополнительный токосъемный резистор. Защитный порог составляет 2 В для IRS27951 и 3 В для IRS27952. Другими особенностями IRS-2795 являются работа при напряжении смещения верхнего плеча до 600 В, микропотребление при запуске, ультранизкий ток собственного потребления и запускаемый пользователем режим сна с минимальным потреблением. Типовая схема включения IRS2795 представлена на рисунке 1.

В настоящее время популярность резонансного преобразователя набирает обороты, и связано это в первую очередь с его высокой эффективностью, низкими шумами при переключении транзисторов и возможностью реализации на его основе достаточно мощных источников питания. Мощная часть схемы типового резонансного преобразователя представлена на рисунке 2.

Транзисторы M1 и M2 работают со скважностью 50%, а выходное напряжение регулируется посредством изменения частоты переключения преобразователя. Преобразователь имеет две резонансные частоты — нижнюю (обусловленную элементами Lm, Lr, Cr и нагрузкой) и фиксированную верхнюю Fr1 (обусловленную только Lr и Cr). Транзисторы М1 и М2 могут мягко переключаться во всем диапазоне нагрузок, т.е. находиться в режиме ПНН; при этом частота переключения может быть как выше, так и ниже резонансной Fr1.

На рисунке 3 представлены типовые передаточные характеристики резонансного LLC-преобразователя. Семейство кривых на графике показывает передаточное значение при различных нагрузках. Вся область передаточных характеристик может быть разделена на три участка, связанных с тремя различными режимами работы преобразователя.

Участок 1 соответствует режиму работы преобразователя на частоте выше резонансной. В этом случае индуктивность намагничивания Lm никогда не резонирует с конденсатором Cr и служит нагрузкой для последовательного резонансного контура. Это участок, на котором преобразователь работает на индуктивную нагрузку и всегда находится в режиме ПНН независимо от условий на выходе.

На участке 2 частота переключения больше нижней резонансной частоты, но меньше Fr1. Значение нижней резонансной частоты зависит от нагрузки, поэтому граница между участками 2 и 3 проходит по пиковому значению семейства кривых. На участке 2 работа преобразователя может быть разделена на два временных интервала. На первом интервале Lr резонирует с Cr, а напряжение на Lm ограничено выходным напряжением. Второй интервал наступает, когда ток, протекающий через Lr, спадает до тока намагничивания, Lr и Cr перестают резонировать и Lm начинает участвовать в резонансном процессе. На этом интервале Cr резонирует с последовательным соединением Lr и Lm. На участке 2 работа преобразователя в режиме ПНН обеспечивается нахождением рабочей точки на правой стороне нагрузочной кривой.

На участке 3 преобразователь находится в режиме переключения при нулях тока (ПНТ), транзисторы М1 и М2 переключаются в жестких условиях, что приводит к большим потерям, поэтому надо стараться избегать работы преобразователя в этом режиме.

Из рисунка 3 видно, что при фиксированном входном напряжении контроллер изменяет частоту переключения для регулировки выходного напряжения при изменении нагрузки, т.е. рабочая точка «скачет» между кривыми, соответствующими разным нагрузкам. При фиксированной нагрузке контроллер изменяет частоту переключения для регулировки выходного напряжения при изменении входного напряжения. При этом рабочая точка двигается по одной кривой, соответствующей текущей нагрузке.

Чтобы упростить расчет элементов преобразователя, представленного на рисунке 2, необходимо привести все элементы вторичной стороны трансформатора к первичной, в результате чего получаем эквивалентную схему замещения, представленную на рисунке 4.

Читайте также  Складные бумажные литий-ионные аккумуляторы увеличивают плотность энергии в 14 раз

Расчет элементов резонансного контура

Для примера приведем расчет элементов преобразователя с выходным напряжением 24 В мощностью 240 Вт, основные параметры которого представлены в таблице 1.

Таблица 1. Параметры преобразователя для расчета

LLC Резонансный ИИП на базе IRS27952 [2018]. Статья посвящена LLC резонансному импульсному источнику питания для УМЗЧ на базе контроллера IRS27952(1)

А так же, подробно описывает простой метод расчета резонансного импульсного источника питания на данном контроллере.

Читать далее: http://cxem.net/pitanie/5-355.php

LLC Резонансный ИИП на базе IRS27952 [2018]

Статья посвящена LLC резонансному импульсному источнику питания для УМЗЧ на базе контроллера IRS27952(1). А так же, подробно описывает простой метод расчета резонансного импульсного источника питания на данном контроллере.

Комментарии (30)

Андрей Шилов

Нужно! Полезно! Спасибо!

Александр Иванович

Лайк за фильтр на входе . А те хто делают такие бп без фильтров ВЕЛКОМ ТУ ХЕЛ

Алексей Горин

Александр, ребята, не подскажите, как правильно называется такой переключатель (джойстик)? Стоит в видеодомофоне, видел так-же в медиаплеере, типа планшета. У него три положения, вверх, вниз и нажатие. (стрелками указано направление). В моём случае служит для прокрутки в меню и выбора необходимого пункта. Барахлит он, некорректно работает. Можно ли его элементарно заменить маленькими кнопками, т.е 3 вывода на кнопки и один общий или там умная развязка? В данный момент вскрыть в/домофон нет возможности.

Denis Parshuta

Дмитрий, джог-дайл. Скорее всего можно.

Виктор Сапронов

Ох уж эти цены на эту микруху)

Илья Стельмах

Виктор, оно того стоит, поверь 😉

Илья Стельмах

Андрей, на здоровье 😉

Виктор Сапронов

Ilya, закажу себе пару микрух, однако. Давно хочу резонансники потестить

Евгений Пугачев

не плохо бы защиту по току добавить, а так перспективное направление, кпд высокий, помех минимум. конечно с трансформатором разобраться нужно, может есть вариант его на кольце мотать? разносить обмотки подальше

Юрий Николаевич

по поводу цены. есть они на ТаоБао по цене значительно ниже чем предлагает Али, но есть такая доставка по Китаю, и она тоже стоит денег. Суть. если наберется количество хотя бы штук 20, то цена единицы получается 75р. но это цена в Хабаровске, отправка по России опять же несколько сот рублей. Так что есть вариант скучковаться на несколько десятков микрух, и нехай Али идет лесом.

Алексей Аксёнов

Виктор, могу заводские платы продать.😏

Виктор Сапронов

Alexey, да зачем они мне)))

Алексей Аксёнов

Илья Стельмах

Евгений, защита по току там есть. На кольце мотать не вариант — необходим зазор в магнитопроводе.

Илья Стельмах

Юрий, столько геммора из за одной микры. купил на али и никаких проблем. не обеднеете потратив 10$ за 5 микрух

Юрий Николаевич

Илья, Welcome, лично я исходя из места проживания, уже много лет практически все радиодетали покупаю на ТаоБао, гарантированно до 3-х недель срок, собираю заказ чтоб 60-150 рублей доставки по китаю растворились в стоимости товара и будь здоров.

Юрий Николаевич

Илья, Да, и еще, зачастую покупаю бу танзисторы с разбора, IRF3206-ой 15р. или пара NJW0281G/NJW0302G за 28р. Поинтересуйся, почем их предлагает Али?

Евгений Пугачев

Илья, зачем ему зазор в магнтопроводе? постоянного тока там нету.. Обычные полумосты делают без зазоров. Были схемы нерегулируемых квазирезонансных без зазоров, схемы еще 90х годов работали на кольцах. Транзисторы биполярные и без всяких микросхем, автогенератор.

Илья Стельмах

Евгений, статью читали. Зачем я спрашиваю. очевидно же что не читали судя по тому что вы пишите

Илья Стельмах

Юрий, очень интересно почитать о том, как вы заказываете бу детали с тао, но каким боком это относится к обсуждению данной статьи?

Юрий Николаевич

Илья, Ох уж эти цены на эту микруху)

Илья Стельмах

Юрий, 10$ за пять микрух. сумасшедшая цена. квартиру придётся продать, чтобы хотя бы одну микросхему купить 😁

Юрий Николаевич

Илья, ну во первых это не мои слова, а во вторых есть ряд людей, которым я по их просьбе покупаю и отправляю комплектующие. Соответственно чтобы удешевить изделия, есть смысл взять партию в разы дешевле чем в том же Чип&Дипе. А еще есть например дроссели для усилителей D-класса, поди, купи нужного форм-фактора как таковые

Илья Стельмах

Юрий, партия это отдельный вопрос, приличная партия и на али будет стоит дешевле, можно с продавцом всегда договориться

Евгений Пугачев

Илья, я делал квазирезонансные источники еще на биполярных траннзисторах на кольцах и без всякого зазора, 200ватт спокойно работало при температуре 45 градусов трансформатора и транзисторов.. Это вы любители читать и поучать, максимум это чужое повторяете и свои фэйсы в ютубе выствавляете, сопли жуете.

Илья Стельмах

Евгений, поздравляю вас с тем, что вы делали квазиреноснаные источники, но это не квазирезонансный преобразователь — это LLC резонансный преобразователь, не стоит путать. Если вы об этом ничего не знаете, то это только ваша проблема — почитайте и не пишите о том, в чем не разбираетесь, тем более не спорьте с тем, кто знает по теме больше вас. Начните с данной статьи, плюс еще что-нибудь по теории LLC резонансников загуглите. Кстати, насчет «повторять чужое»: автором статьи, которую мы сейчас обсуждаем — являюсь я. Приятно познакомится.

Антон Шарапов

Евгений Пугачев

Илья, Направление интересное видимо перспективное, с зазором понятно. Конечно и в кольце можно пропилить зазор, когда то делали без проблем. Пилили кольца пополам, потом ложили бумагу плотную и склеивали их, нормально получалось. Вопрос в LLC крутится большая реактивная мощность. Конечно транзисторам и диодам легче от этого, но самому трансформатору и индуктивности это потеря энергии в тепло. В квазирезонансных с этим попроще, меньше реактивной энергии колебается.

Илья Стельмах

Евгений, кольцо распилить можно — сам так делал (не в этом случае, но бывало), но лично мне на кольцах мотать не нравится, поэтому даже если бы зазор был не нужен, все равно делал бы на Ш образном железе.

Андрей Шилов

Виктор, 260р в чип и дипе) смешная цена. У меня электоолиты в импульснике стоят по 18 евро за штуку 470uF 450v.

NCP1399 – LLC-резонансный ШИМ-контроллер с управлением по току для энергоэффективных конвертеров с большой выходной мощностью компании ON Semiconductor

Фирма МТ-Систем официальный дистрибьютор ON Semiconductor® предлагает разработчикам компактных, экстремально надежных и энергоэффективных блоков питания, новый LLC-резонансный ШИМ-контроллер с управлением по току – NCP1399.

В контроллер NCP1399 встроен драйвер полумоста, рассчитанный на напряжение до 600В, что упрощает компоновку и сокращает количество необходимых внешних компонентов.

В контроллер встроена схема мониторинга входного напряжения (Brown-Out), для защиты схемы от провалов входного напряжения. У NCP1399 предусмотрен специальный выход управления микросхемы корректора коэффициента мощности (PFC), что совместно со встроенным алгоритмом пропуска циклов, позволяет улучшить эффективность при малых нагрузках. В NCP1399 интегрированы: защита от перегрузки по току, схема обнаружения провалов входного напряжения, схема обнаружения обрыва цепи оптопары, схема автоподстройки “мертвого времени”, защита от перенапряжения и перегрева.

Читайте также  Провод для внутренней проводки в квартире

Следует отметить, что компания ON Semiconductor предлагает готовое решение для энергоэффективного LLC-резонансного конвертера выполненного на базе микросхем собственного производства: активная схема разряда емкости NCP4810, корректора коэффициента мощности (ККМ) NCP1602 и синхронного выпрямителя NCP4305. Схема данного конвертера приведена на рисунке ниже.

Схема энергоэффективного LLC-резонансного конвертера “all-in-one(AIO)”

Отличительные черты:

  • Высокая рабочая частота от 20 до 750 кГц;
  • Схема управления по току;
  • Автоматическая схема коррекции “мертвого времени”;
  • Специальный алгоритм запуска — быстрый выход на резонансный режим;
  • Режим “пропуска циклов” — минимизация входной мощности при низкой нагрузке;
  • Режим “отключения на холостом ходу” — экстремальное энергосбережение;
  • Защита от перегрузки с защелкивание или автовосстановлением;
  • Защита от КЗ с защелкивание или автовосстановлением;
  • Защита от переключений вне резонанса;
  • Защита от обрыва цепи обратной связи;
  • Прецизионная цепь мониторинга провалов входного напряжения;
  • Схема управления внешней ИС ККМ в соответствии с условиями нагрузки;
  • Схема запуска с экстремально низким током утечки;
  • Динамический узел питания от доп. обмотки;
  • Защита от замыкания соседних контактов;
  • Защита от обрыва контактов;
  • Рабочая температура кристалла от -55 до 150°С;
  • Корпус: SOIC-16 (150mil, без 2 и 13 выводов).

Инструменты разработчика:

Для оценки работы схемы NCP1399 компания ON Semiconductor предлагает разработчику воспользоваться одной из следующих отладочных плат:

1. NCP1399ADPGEVB – сетевой адаптера 150 Ватт (вход: 85-260 В, выход: 19.5 В / 7.7 A);

2. NCP1399AIOGEVB – блок питания 240 Ватт (вход: 85-260 В, выход 12 В / 20 А).

В целях быстрого ознакомления разработчика с микросхемой NCP1399 имеется видеоруководство.

Доступность:

Микросхема NCP1399 находятся в массовом производстве и доступна под заказ через официального дистрибьютора компании ON Semiconductor фирму МТ-Систем.

Спецификация NCP1399

ZVS генератор, сборка и принцип работы

Схема и принцип работы

Сегодня мы с вами соберем так любимый рентгеностроителями и высоковольтниками ZVS генератор, подключим строчник и попускаем красивые горячие дуги. По сути, схема является мощным двухтактным резонансным высокоэффективным генератором, собранным на двух MOSFET-ах по топологии пуш-пулл (это когда транзисторы по очереди качают свою половину первичной обмотки). Схема очень похожа на генератор Ройера с полевиками, но отличается, и причем в лучшую сторону. Итак, рассмотрим схему:

Мы видим два симметричных плеча, работающих по очереди. Когда на схему подается питание, один из транзисторов начинает открываться быстрее другого, из-за того, что нельзя изготовить два идентичных ключа. Даже транзисторы из одной партии будут немного отличатся, и этого хватит, чтобы запустить процесс. Допустим, верхний транзистор начнет открываться раньше, тогда затвор нижнего через диод и открытый переход верхнего начнет разряжаться на землю. Одновременно с этим через верхнюю часть обмотки начнет протекать ток, а так же заряжаться контурный конденсатор. Когда конденсатор зарядится, поскольку с первичной обмоткой он составляет колебательный контур, начнет отдавать заряд в обмотку, а затем катушка отдаст в конденсатор импульс ЭДС самоиндукции, и конденсатор опять зарядится, но уже другой полярностью, в результате этого верхний транзистор начнет запираться, а нижний открываться, еще больше запирая верхний и дозаряжая затвор через резистор. Таким образом, генерация стабилизируется на резонансной частоте колебательного контура, а при помощи диодов реализуется надежное запирание одного ключа при открытии другого (если два транзистора откроются сразу, они окажут КЗ источнику питания и эффектно сгорят). Схема называется ZVS (Zero Voltage Switching) потому что переключение транзисторов происходит когда в колебательном контуре минимальное напряжение, именно из-за этого генератор высокоэффективный, а так же из-за того, что полевики работают почти в ключевом режиме. Стабилитроны нужны для защиты затворов от пробития при большом питающем напряжении. Питание схемы 12-30 вольт, максимальная мощность с IRFP260N до 500 ватт.

Сборка

Пройдемся по компонентам: транзисторы — любые мощные мосфеты, но стоит учитывать, что амплитуда напряжения на стоках превышает питающее в примерно три раза, советую IRFP250-260N. Резисторы два ватта 470-560 ом, стабилитрон 12-18 вольт 1,3 ватта, или супрессор на то же напряжение (у меня супрессор 1,5KE12A). Дроссель мотается проводом не тоньше 0,7мм (у меня 1 мм) на кольце из феррита или порошкового железа (сине-салатовые или желто-белые кольца из компьютерных блоков питания тоже подходят), индуктивность 50-200мкгн, оптимально 100. Диоды быстрые 400+ вольт 1+ампер (я использовал HER308). Конденсаторы пленочные не менее 630 вольт, но нежелательно, греются, суммарная емкость 0,3-1мкф, оптимально 0,6-0,7мкф. Советую использовать пару MKPH 0,3мкф, они вообще не греются. Печатную плату я оставлю внизу в формате PDF.

После запайки всех компонентов переходим к изготовлению трансформатора: на любом советском строчнике мотаем 5+5 витков монтажного провода в одну сторону, вторичкой будет высоковольтная обмотка. Ну а теперь фото красивой дуги, полученной при питании 19 вольт.

Всем спасибо за прочтение! Буду рад, если статья была полезной и интересной!