2010@ by „donpetru”

http://www.forum.tehnium-azi.ro

http://www.tehnium-azi.ro

25/12/2010

COLECTIA

TEHNIUM AZI

D o i t y o u r s e l f

Not for commercial use! For DIY purposes only!

KIT103

High Power SMPS - 500W / 1000W / 2000W

Special SMPS for audio and other applications

2 KIT103 – SMPS 500/1000/2000W | www.forum.tehnium-azi.ro

High Power SMPS - 500W / 1000W / 2000W

Atentie, pericol de electrocutare!

Deoarece sursa SMPS se alimenteaza direct de la 230V 50Hz, aveti mare

grija la manipularea montajului in timpul testelor. Și verificati cu atentie

cablajul imprimat inainte de alimentarea montajului electronic.

Warning, danger of electric shock! Since power SMPS is powered directly from 230V 50Hz, take great care in

handling during installation testing. And check carefully PCB before

power electronic assembly.

1. INTRODUCERE

Sursa de tensiune în comutație prezentată este în configurație half brigde cu dubla

reacție (curent si tensiune), cu protecție la scurtcircuit/supratemperatură și prezintă urmatoarele caracteristici:

- A) o iesire de tensiune continuă simetrică de mare putere, cu posibilitatea reproducerii unor tensiuni continue in plaja +/-10...90Vcc (in proiect s-a exemplificat valoarea de +/-90Vcc utilizată la alimentarea a doua module de amplificare audio de aprox. 1000W);

- B) o ieșire de tensiune continuă simetrică de mică putere cu posibilitatea reproducerii unor tensiunii continue în plaja +/-10...90Vcc (in proiect s-a exemplificat valoarea de +/-15Vcc utilizată la alimentarea circuitelor auxiliare a unei stații de audio amplificare);

- C) o iesire de tensiune stabilizată de +5Vcc / 0,5A pentru alimentarea unor montaje electronice digitale: diferite circuite cu porti logice, microcontrolere si/sau display-uri LCD 1x16, 2x16 sau 1x20;

- D) control de la distanta prin intermediul unei tensiuni continue. În functie de tensiunea nominala a bobinei releului de control K2 se adoptă si valoarea tensiuni de control (remote);

- E) sursa dispune de un conector HD6 pentru shutdown ext. Atunci când cele două terminale ale conectorului sunt unite, sursa intra automat în st-by. Această facilitate poate fi folosită atunci cand dorim sa blocăm funcționarea sursei cu ajutorul unui circuit de protecție extern, circuit de protecție care poate monitoriza funcționarea altui circuit alimentat de sursa.

OBS! 1. Deoarece sursa SMPS nu este destinată sa fie utilizată în mediu industrial iar în regim de utilizator casnic nu se taxează energia reactivă consumată, din aceste motive nu am inclus un circuit de corecție a factorului de putere.

2. În schema electronică atașată sunt anumite componente electronice marcate cu semnul *. Valorile definitive ale acestor componente electronice se vor determina in cadrul testării prototipului, în special valorile rezistențelor aflate în buclele de reacție – curent și tensiune – bucle realizate cu circuitele integrate: LM2903 și amplificatoarele operaționale din TL494.

Pentru informații suplimentare, accesați: www.forum.tehnium-azi.ro

3 KIT103 – SMPS 500/1000/2000W | www.forum.tehnium-azi.ro

2. SCHEMA ELECTRONICĂ – o sursa in comutatie care se poate personaliza pentru alimentarea diverselor montaje electronice –

Not for commercial use! For DIY purposes only!

Q2HGTG30N60B3D

Q5HGTG30N60B3D

C8

220pF

3kV

CC3K 220pF 3kV

R36.8Ω

3WD3

1N4935

D10

1N4935

R7

10Ω

R20

10Ω

R8820Ω

R31820Ω

U2SM15T15CA

U4SM15T15CA

D5

KBPC2506W

1

2

4

3

C2470µF

400V

R147kΩ

1W

C10.47µF

400V

U12

IR2110

LO1

COM2

VCC3

4-NC4

VS5

VB6

HO7 8-NC 8VDD

9HIN

10SD

11LIN

12VSS

1314-NC

14

R8210kΩ

C501nF

R6810kΩ

R56

1.2kΩ

U13

TL494

+IN11

-IN12

FB3

DTC4

CT5

RT6

GND7

C18

E19

C210

E211

VCC12

OC13

REF14

2IN-15

2IN+16

C44

1µF

C51

1µF

D44

1N4935

D48

1N4935

R74

10kΩ

R78

10kΩ

C491pF

C45

1pF

R774.7kΩ

R63

4.7kΩ

C52

0.1µF

D45

1N4935

C530.1µF

C550.1µF

U3

Transformator

C9

0.47µF

275Vac

C11

100pF

3kV

R16

100Ω

3W

D4MUR440*

D15MUR440*

C18100pF

3kV

R1815Ω

5W

HD1

230VAC

HD2

OUTPUT

1

2

3

4

5

6

C25

22nF

100V

R25

27Ω1W

D12

1N4935

C312.2nF

400V

CY2V 2n2 400Vac Class X1, Y2

D8

STTH2002D

D19

1N4935

D13

STTH2002D

D11

STTH2002D

D16

STTH2002D

D29

1N4935

D25

1N4935

D24

1N4935

R3247Ω

2W

C32

270pF

500V

L1

138µHC13

470µF

100V

Low ESR VISHAY 470µF MAL202119471E3

GND

C27100µF

25V

C34

100µF

25V

GND

C35

1µF

25V

Voltage Rail=-15Vdc

C281µF

25V

Voltage Rail=+15Vdc

F1

15_AMP

C23

100µF

25V

K1

FRA24-WD

F2

0.15A

Q1HGTG30N60B3D

Q6HGTG30N60B3D

R6

100Ω

16W

D2

1N4935

R2

10Ω

D14

1N4935

R28

10Ω

T110VAINDEL PCB Transformer 10VA

V1 JVR20N431KD6

1N5402D71N5402

D1

1N4007

R128.2kΩ

C10

1000µF

35VPANASONIC - EEUFM1V102

230/2x24Vac

R2427kΩ

C540.1µF

U7LM7815CTCapsula TO-220

1

2

3

C39

0.1µF

C42

100µF

25VUNITED CHEMI-CON - ELXZ250ELL101MFB5D

100uF 25V RADIAL

C481µF

D431N5819

R651Ω

D47

1N4935

R73

22kΩ

R8110kΩ

D401N4148

R15270Ω

*

Q4

BC556B

Q9

BC547B

R50

1.2kΩ

D38

1N4732A

HD3

12Vdc FAN

D37

1N4935

Q7

BD140

D181N4007

R26

2kΩ

R213.3kΩ

U5TL431

R2710kΩ

R29

10kΩ R3010kΩ

Key=A

50%

R2210kΩ

NTC

LED2

SHUTDOWN / PROTECT

R671.8kΩ

Q10

BC556B

R5115kΩ

R48

10kΩ

HD5

REMOTE ON12Vdc

D461N4007

R45

10kΩ

R6615kΩ

C43

10µFR52

10kΩ

*

C56

0.47µF

50V

R71

4.7kΩ

*

R70

4.7kΩ

*

GND

R411kΩ

U8

PC817

U10TL431

D261N4754A*

R4215kΩ

C41

0.1µF

D22

1N4754A

*

D271N4754A

*

D341N4754A

*

U11

PC817

U14TL431

D321N4742A

*

R6215kΩ

C47

0.1µF

D331N4742A

*

GND

T2CURRENT_XFORMER 1

2

34

R39

10kΩ

Key=A

50%

R61150Ω

R8022kΩ

R5522kΩ

R54

5kΩ

Key=A

25%

R691.8kΩ

*

R64

3.9kΩ

*

R46

1.8kΩ

***U9A

LM2903P

VS-

X

Y

UCOMP

VS+

X>Y 3

2

4

8

1

U9B

LM2903P

VS-

X

Y

UCOMP

VS+

X>Y 5

6

4

8

7

D41

1N4148

D39

1N4148

R58

10kΩNTC

R57

10kΩ

Key=A

25%

R75

470Ω

*

R76

4.7kΩ

*

R834.7kΩ

*

R79

4.7kΩ

*

R596.8kΩ

R605.6kΩ

R535.6kΩ

Q11BC556B

R49120Ω

*

C60.1µF

R10820kΩ

R11820kΩ

C71µF250V

Q3

BD140

R1433kΩ

*

Q8

BC639

D21

1N4744A

R138.2kΩ

R3422kΩ

R35100kΩ

C29100µF

25V

D351N4007

D36

1N4935

D31

1N4935

D23

1N4935

D28

1N4935

C36

47nF

50V

C37

47µF

25V

R43

820Ω

*

R37

5kΩ

Key=A

50%C38

1µF

25V

C30

680pF

400VacCY2P 680p Class X1, Y2

U6A

CD4069

2 1

U6B

CD4069

43

U6C

CD4069

6 5

U6DCD4069

89

LED3

REMOTE ON

R723.9kΩ

J4

POWER

D42

1N4007

K2

G5V1-12

R47

100kΩ

R40

4.7MΩC40

0.1µF

LED1

POWER ON/OFFR44

1.8kΩ

R38

1.8kΩ

D20

1N4935

D30

1N4935

L3

138µH

L4

57µH

L5

57µH

L2

45µH

R3322kΩ

R3622kΩ

U1

EDP10

PE

F

N

F

N

Lin

e In

Lin

e O

ut

1

23

4

5

PE

PE

PE

R176.8Ω

3W

R9

100Ω

16W

R19

100kΩ

*

Voltage Rail=aprox. +90Vdc

R23

100kΩ

*

Voltage Rail=aprox. -90Vdc

D9

STTH2002D

D17

STTH2002D

C26100µF

25V

C33100µF

25V

C24

220pF

3kV

CC3K 220pF 3kV

N11

N21

N22

N23

N24

N25

KIT103 - SMPS DIY 500/1000/2000W

by "donpetru" - forum.tehnium-azi.ro

R447kΩ

1W

R547kΩ

1W

C3470µF400V

C4470µF

400V

C5470µF

400V

C12

0.47µF

275Vac

C17

0.47µF

275Vac

C19

470µF

100V

C20

470µF

100V

C14

470µF

100V

C15

470µF

100V

C21

470µF

100V

C16

470µF

100V

C22

470µF

100V

GND

* - piese cu valori test care se vor tatona,

dupa caz, pe prototip.

- D4 si D15 se vor folosi in circuit doar daca

se utilizeaza IGBT-uri fara dioda antiparalel

incorporata (nu este cazul IGBT-urilor

prezentate in aceasta schema).

HD6

SHUTDOWN EXT

D491N4148

*

R841.5kΩC57

100nF

C58

680pF

3kV

PEGND

U15LM7805CT

C59

100µF

25VUNITED CHEMI-CON - ELXZ250ELL101MFB5D

100uF 25V RADIAL

C60

0.1µF

R85

1kΩ

HD7

+5Vcc

R86100Ω

C460.47µF

4 KIT103 – SMPS 500/1000/2000W | www.forum.tehnium-azi.ro

Tabel 1 U.M. L1, L3 L4, L5 L2 T2

XFORMER

Inductance at Full Load µH 100,26 50,53 40,28 800,00

Inductance at No Load µH 138,24 57,72 44,57 878,00

Effective Permeability at Full

DC

- 43,50 109,40 112,90 -

Wound Core Dimen. mm 52,6 x 22,8 13 x 5,5 11,3 x 4,6 -

Numarul de spire spire 32,00 33,00 29,00 20/1

Diametru conductorului mm 1,80 0.405 0,40 0,4/1,5

Winding Factor - 0,21 0,21 0,28 -

DC Resistance of Winding Ohm 0,01 0,07 0,07 -

Core Loss mW 452,20 0,01 0,10 -

Copper Loss mW 1489,50 17,40 8,80 -

Total Losses mW 1941,70 17,50 9,00 -

Core Type Information - 77439-A7 77130-A7 77280-A7 YJ41003TC

ID Core (mm, nominal) mm 24,10 6,30 4,80 0,187

OD (mm, nominal) mm 46,70 11,20 9,70 0,375

Height = H (mm, nominal) mm 18,00 4,10 3,30 0,125

Core Permeability - 60 125 125 -

Core Area cmp 1,977 0,093 0,075 0,070

AL (mH/1000 turns) - 135 53 53,00 2196,00

Turn ratio - - - - 20

High Power SMPS - 500W / 1000W / 2000W

3. EXECUȚIA PRACTICĂ A BOBINELOR ȘI A TRANSFORMATORULUI DE CURENT

Observații: Pentru realizarea bobinelor din sursa in comutație se va avea in vedere utilizarea tipurilor de miez prezentate in tabelul alaturat, acordându-se o atenție deosebită transformatorului de curent. Nu am abordat utilizarea unui transformator de curent stas deoarece caractersticile acestui transformator impun utilizarea unor anumite valori a condensatoarelor C9, C12, C17. Dacă totuși se dorește utilizarea unor transformatoare de curent de tipul PPAC1010 sau PPAC1010, se poate face acest lucru tatonând experimental valorile și numărul acelor condensatoare, precum și valorile rezistentelor si condensatoarelor: R37, R43, C36 și C37. În ambele situații rezistența R86 va fi de 100...200 ohm.

OD

H

ID

Geometrie miez bobine

5 KIT103 – SMPS 500/1000/2000W | www.forum.tehnium-azi.ro

Caracteristici

Constructive

Transformator SMPS

Caracteristici in functie de

miezul de ferita folosit

EDT39 EDT49 EDT59

N11 40 22 14

Diametru conductor CuEm 0,6 0,6 0,6

Nr. de conduct. in paralel 3 6 11

N21 26 15 9

Diametru conductor CuEm 0,6 0,6 0,6

Nr. de conduct. in paralel 3 6 11

N22 26 15 9

Diametru conductor CuEm 0,6 0,6 0,6

Nr. de conduct. in paralel 3 6 11

N23 5 3 2

Diametru conductor CuEm 0,6 0,6 0,6

Nr. de conduct. in paralel 2 2 2

N24 5 3 2

Diametru conductor CuEm 0,6 0,6 0,6

Nr. de conduct. in paralel 2 2 2

N25 4 2 1

Diametru conductor CuEm 0,6 0,6 0,6

Nr. de conduct. in paralel 2 2 2

δ - Valoarea intrefierului

[mm] – optional 0,6 0,7 0,8

Inducția magnetica B [T] 0,168 0,168 0,168

Frecventa de comutatie a etajului de putere [kHz]

55 55 55

Puterea absorbita de infasurarea primara la puterea nominala [W]

589,12 1129,95 2241,16

Curentul mediu prin infasurarea primara [A]

~4,208 ~8,714 ~17,437

Inductanta primara [uH] 388,87 187,79 93,85

High Power SMPS - 500W / 1000W / 2000W

4. EXECUȚIA PRACTICĂ A TRANSFORMATORULUI

N11

N21

N22

N23

N24

N25

SMPS Transformer

Întrefierul este opțional și se va realiza slefuind coloana centrală a celor doua E-uri ale miezului de ferita a transformatorului. Transformatorul se va bobina ținând cont de fotoprint-ul acestuia de pe cablajul imprimat. Totodata, se va respecta indicațiile de bobinaj de mai jos.

DISPUNEREA ÎNFAȘURĂRILOR

TRANSFORMATOR SMPS

δ

Vezi detaliu din imaginea alaturata

½ N11

½ N21

½ N22

N23

N25

N24

½ N22

½ N21

½ N11

Dispunerea infasurarilor pe carcasa miezului trafo

ATENTIE! Inainte de efectuarea bobinajului calculati daca straturile de bobinaj cu tot

cu izolatia disponibila incap in ferestrele transformatorului SMPS. Straturile de bobinaj

se vor izola cu folie de mica electroizolanta de cel putin 0.2mm grosime.