IRF3205+SG2525/SG3525. Импульсный преобразователь напряжения для автомобильного аудиокомплекса.

Необходимость создания подобного устройства возникает у каждого, кто хочет оснастить сою машину качественным, уникальным или просто недорогим автозвуком. Разумеется, для питания любого качественного(!) усилителя мощностью более 30Вт напряжения 13.8В (при заведенном двигателе) и уж тем более 12В (при заглушенном) никак не хватит.

Этот ИП я собирался использовать для питания усилителя 4х50Вт + 150Вт. Поэтому было решено делать два двуполярных выходных напряжения +/- 25В и +/- 45В, а чтобы при малых нагрузках напряжение не выходило за допустимые пределы – они должны быть стабилизированы. Ну а для еще большей надежности необходимы режим софтстарта и отключение по сигналу защиты от усилителя...
Соответственно, выходов тут несколько:
1) Отказаться от этой бредовой идеи (зачастую самый простой и правильный выбор)
2) Поставить еще пару аккумуляторов и генераторов… (без комментариев =))
3) Собрать сверхмощный усилитель на TDA1562Q и ей подобных (настоящие 80Вт мощности на 4Ома, в кратковременном пике при напряжении питания 14.4В)
4) Приспособить бесперебойник от компа (или т.н. инвертор) и усилитель с питанием 220В (по этому пункту я вообще промолчу)
5) Ну и для самых садомазохистически настроенных – собрать импульсный преобразователь напряжения (далее просто ИП) своими руками.

Все эти решения встречал в реальности (от вида большинства из них долго валялся в конвульсиях прямо рядом с этими «чудесами техники»).
И если вы выбрали вариант, отличный от последнего – читать дальше вам не стоит.
Ну, а если вы всё же считаете себя садомазахистом – читайте повнимательнее и это поможет вам сэкономить кучу нервов!

После огромного количества бессонных ночей, проведенных в поисках по интернету, подобрал оптимальную элементную базу:
Силовые ключи – MOSFET транзисторы IRF3205 - 100А, 55В, цена ~35р.
ШИМ контроллер – SG2525/SG3525 – питание 8-35В, частота 100Гц – 500кГц, софтстарт, регулировка «мертвого» интервала и многое другое, при цене ~30р.

В теорию вдаваться не буду, если заинтересует – опишу в отдельной статье, поэтому сразу перейду к схемам.

↑ ШИМ-контроллер

решил для универсальности сделать отдельным модулем:

На схеме ошибка! Сопротивление R2 - 120 Ом!
Тут всё просто – выходной сигнал ШИМ-контроллера подается на входы буферов VT2VT3 и VT4VT5 и через ограничительные резисторы подается на затворы силовых ключей. Буферы нужны для ускорения процесса зарядки/разрядки входной емкости ключей, а резисторы немного сглаживают фронты для уменьшения высокочастотных помех. Транзистор VT1 управляет режимом работы ШИМ-контроллера при подачи низкого уровня на вход SHDN происходит запуск преобразователя, а при подаче высокого – остановка. Резистором R1 регулируется рабочая частота преобразователя, которая составляет примерно 35кГц.

↑ Далее идет силовая часть:

Резистором R1 регулируется глубина обратной связи, т.е., выходное напряжение. Остальные комментарии вообще излишни.

↑ И рисунки печатных плат для обеих схем:

(вариант для ЛУТ в формате для Proteus прикрепленном файле)
Силовые транзисторы должны быть установлены на радиатор через изолирующие прокладки, а сам радиатор для уменьшения помех должен быть подключен к общему проводу. То же самое относится и к диодам выпрямителя. В выпрямителе использованы диоды в корпусе TO-220 и крепятся к радиатору с двух сторон.

На этом, собственно всё простое и закончилось.

↑ Далее нам необходимо намотать трансформатор…

В качестве магнитопровода можно, как и я, использовать 3 ферритовых кольца 48х28х12 2000НМ, склеенных вместе. Конечно, лучше использовать импортные ферриты, но их достать гораздо сложнее. Поэтому намоточные данные привожу для своего случая.
После склеивания нужно скруглить наружные и внутренние кромки верхнего и нижнего кольца надфилем или наждачной бумагой, чтобы при намотке не повредить о них изоляцию проводов. А если есть возможность, еще и обмотать их каким-либо изолирующим материалом.
После этого приступаем к намотке.
Методом проб и ошибок пришел к выводу, что лучше всего трансформатор мотается проводом 0,63мм косой в несколько жил.
Для первичной обмотки берем 4 косы по 4 провода. Наматываем ими 4 витка, распределяя их равномерно по всей площади колец, делим пополам (по две косы) и получаем первичную обмотку с отводом от середины. При таком способе обеспечивается симметричность обмоток и равномерность электромагнитного поля.
Вторичную обмотку мотается в две косы по 3 провода того же диаметра, 10 витков (25Вольт) + 8 витков (20Вольт).
Зачищаем и лудим концы и припаиваем трансформатор, не забывая про фазировку обмоток!

Дроссели L1-L4 мотаем на ферритовых стержнях, например, от старых приемников, длинной 1,5-2 см, они содержат по 8 витков провода диаметром 1,2мм.
Дроссель L5 имеет такую же конструкцию, но мотается косой из четырех таких же проводов.

↑ Теперь по поводу монтажа

Предложенный вариант ПП разрабатывался по габаритам корпуса от компьютерного БП, немного удлиненной формы, поэтому если вас она не устроит и возникнет желание разработать свою, учтите несколько правил. Силовые дорожки +12В, идущие к средней точке первичной обмотки и ОБЩИЙ, идущий к истокам мосфетов должны быть как можно короче и шире!
Для увеличения сечения советую хорошо их пролудить. От этого во многом зависит КПД. Не советую выводить плюсовой провод через центр трансформатора, т.к. он будет вносить перекос в работу трансформатора и будет источником помех в бортсеть автомобиля.
Общий провод усилителя соединяйте с массой только через источник сигнала и ни в коем случае не в блоке питания, иначе возникнет кольцо, по которому на вход усилителя пойдут все помехи! Так же, во вторичных цепях не допускается ставить конденсаторы ДО дросселей – от прохождения постоянного тока дроссели уйдут в насыщение и эффект от них будет нулевой. В остальном делайте по своему усмотрению.

↑ Далее перейдем к настройке

Перед включением переводим движки подстроечных резисторов в среднее положение. Вход управления питанием подключаем через тумблер к +12В. Запуск производим без нагрузки. Питание подаем через амперметр и токоограничительный резистор 0.1~0.5Ом. При выключенном тумблере потребление должно быть в пределах 10-20мА. После включения тумблера ток должен плавно возрасти, но не должен превышать двух Ампер.
Если всё в норме, доводим резистором R1 на силовой плате выходное напряжение до номинального значения, при этом ток может немного повыситься. После чего резистором на плате ШИМ контроллера добиваемся наименьшего потребления тока (не более 250мА). Обычно получается добиться значения в 100~150мА.

Если же преобразователь потребляет слишком большой ток во включенном состоянии, то проблема скорее всего в межвитковом замыкании трансформатора. С первого раза редко когда получается идеальный вариант. Мотаем снова.

Если всё работает как положено, можно исключить из схемы токоограничительный резистор и нагрузив выход на эквивалент нагрузки (например, резистор 8Ом между выводами +25 и -25), проверяем, чтобы падение напряжения на выходе составляло не более 3-4В.
Преобразователь не выдает полную мощность? Снова перематываем трансформатор.

Важно!!! Не проверяйте преобразователь замыканием выхода – это лучший способ сжечь мосфеты и получить потрясающие свето-шумо-дымовые эффекты.

↑ Дополнения

На входе и выходе преобразователь очень желательно ставить электролитические конденсаторы Low ESR. На входе – с напряжением 25В, на выходе – 50В и 63В, соответственно для 25В и 45В.
Если использовать обычные конденсаторы, они могут перегреться и в худшем случае взорваться!
Резисторы параллельно выходу нужны для ограничения выходного напряжения без нагрузки, т.к. из-за индукции дросселей и трансформатора напряжение может подняться до 200-300 Вольт! Проверено на практике! Что однозначно выведет из строя конденсаторы и диоды выпрямителя.


Коса – просто скрученные вместе провода. Сматывать удобнее всего привязав одни концы к чему-нибудь неподвижному, а противоположные зажав в патрон дрели и закручивать всё это на небольших оборотах. Сильно увлекаться не советую, т.к. может полопаться лак, если он не очень хорошего качества, и к тому же, увеличится общая длинна проводов, что тоже немного скажется на КПД. А дальше берем нужное количество получившихся кос и наматываем их вместе на сердечник.

Фото готовой конструкции тоже прилагаю. Правда качество не очень и само устройство в полуразобранном состоянии.

↑ ШИМ модуль в сборе

(вместо R8 и R9 установлены перемычки – это не принципиально)

↑ Силовой модуль

Затворы мосфетов соединяются с выходами ШИМ модуля перемычками (на фото их видно. 4 белых провода)

↑ Печатки в Proteus

🎁sg.zip  47.45 Kb ⇣ 333

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации