Несложная схема импульсного источника питания, выдающего напряжение до 4000 В и мощность до 2000 Вт. Собран БП на базе микросхемы IR2153 и мощных IGBT-транзисторов. Прекрасно подходит для различных экспериментов и самодельных устройств.
Схема и описание конструкции
В основе схемы — полумостовой инвертор с IGBT-транзисторами IRG4PC50W (максимальный ток 27 А, пиковый — до 220 А, напряжение до 600 В). Рабочая частота устройства составляет примерно 20–25 кГц. Такое решение минимизирует потери на переключении и уменьшает паразитные явления, что особенно важно при работе с высокочастотными трансформаторами.
- Сетевой вход 220 В переменного тока через фильтр:
- Фильтр состоит из двух дросселей (2×30 витков на ферритовых кольцах) и конденсатора 470 нФ / 250 В AC.
- Выпрямитель и фильтр:
- 4 диода (или диодный мост) на ток до 10 А.
- Сглаживающий конденсатор: 470 мкФ / 400 В.
- Питание драйвера IR2153:
- Внешний источник 14,5 В DC (стабилизированный).
- Конденсаторы: 470 мкФ и 100 мкФ / 25 В.
- Диод BA159 — защита по питанию.
- Генератор на IR2153:
- Частота задаётся RC-цепочкой: резистор 10 кОм, подстроечный резистор 50 кОм, конденсатор 560 пФ.
- Частота примерно 20–25 кГц.
- Полумост:
- Два IGBT-транзистора IRG4PC50W.
- Резисторы 15 Ом в затворах.
- Быстродействующие диоды (6–8 штук BY500-800 или BY500-600) — снабберы.
- Снабберные RC-цепочки: 4,7 Ом + 4,7 нФ / 1 кВ.
- Трансформаторы:
- Первичная обмотка: 2×28 витков, кабель 1,5 мм².
- Вторичная: 2×400 витков проводом 0,3 мм.
- Сердечники: феррит EE, центральная стойка 12×19 мм (2 трансформатора).
- Дроссель сглаживания на выходе:
- Намотан 30 витков провода 2 мм.
- Феррит EE 8×10 мм, с воздушным зазором ~10 мм.
- Предназначен для ограничения тока и смягчения дуги.
Таблица со списком деталей
| Обозначение | Название / Параметры | К-во |
|---|---|---|
| IR2153 | ШИМ-контроллер с драйвером верхнего ключа | 1 |
| IRG4PC50W | IGBT транзисторы 600 В / 27 А / 220 А пик | 2 |
| BA159 | Быстродействующий диод | 1 |
| BY500-800 | Быстродействующие диоды 800 В (или BY500-600) | 6 |
| 470 нФ / 250 В | Плёночный конденсатор сетевого фильтра | 1 |
| 470 мкФ / 400 В | Электролитический фильтрующий конденсатор | 1 |
| 470 мкФ / 25 В | Электролит (питание IR2153) | 1 |
| 100 мкФ / 25 В | Электролит (доп. фильтр для IR2153) | 1 |
| 560 пФ | Конденсатор задающей цепи | 1 |
| 10 кОм | Резистор задающей цепи | 1 |
| 50 кОм подстр. | Регулировка частоты | 1 |
| 15 Ом | Резисторы в затворах IGBT | 2 |
| 4,7 Ом / 4 Вт | Резистор снабберной цепи | 2 |
| 4,7 нФ / 1 кВ | Конденсатор снаббера | 2 |
| Трансформатор | Феррит EE | 2 |
| Дроссель | EE сердечник с зазором | 1 |
| 100 кОм / 2 Вт | Резистор | 1 |
Полумост можно использовать как основу для различных проектов:
- источники питания для катушек Тесла и лестниц Иакова;
- драйверы SSTC;
- VLF-передатчики;
- индукционные нагреватели;
- блоки питания для галогенных ламп;
- лазерные источники и многое другое.
Конструкция трансформаторов и дросселя
К выходу полумоста подключены два высоковольтных трансформатора, намотанных на ферритовых сердечниках EE (без зазоров), с центральной стойкой 12×19 мм (взяты из старых телевизоров). Первичная обмотка — 28 витков ВЧ кабеля диаметром 1,5 мм. Вторичная — 400 витков провода диаметром 0,3 мм.
Для «смягчения» выходного напряжения и стабилизации дуги добавлен дроссель. Он содержит 30 витков провода 2 мм, намотанных на ферритовый сердечник EE 8×10 мм. Воздушный зазор (около 10 мм) регулирует выходной ток. При желании число витков можно уменьшить, если регулировка тока с нуля не требуется.
Компоновка и охлаждение
Вся схема собрана в корпусе от компьютерного блока питания ATX. Для охлаждения используется штатный вентилятор, подключенный к дополнительному источнику напряжения 14,5 В, который также питает драйвер.
Радиаторы охлаждения установлены на IGBT-транзисторах, но из-за их ограниченного размера дополнительное охлаждение крайне желательно.
Важные меры безопасности
⚠ Осторожно! Вся схема, включая драйвер, электрически соединена с сетью. Выходное напряжение достигает 4000 В и смертельно опасно для человека. При образовании дуги выделяются токсичные газы, свет имеет яркий ультрафиолетовый компонент, способный повредить зрение. Электроды могут нагреваться до температур выше 1000 °C, что чревато ожогами или возгоранием. Все эксперименты вы проводите исключительно на свой страх и риск. Автор не несёт ответственности за возможный ущерб здоровью, жизни или имуществу.
