Schéma alimentation à découpage demi pont IRS2153

Le IRS2153 est très pratique pour commander deux transistors Mosfet en demi pont : il contient un oscillateur et une commande en demi pont pour deux transistors et ne nécessite qu'un minimum de composants.

Voici le schéma de la commande du demi pont par le IRS2153 :

Schéma IRS2153D et transistors Mosfet : un demi pont ultra simple

Fonctionnement du demi pont avec IRS2153

Le IRS2153D pilote les transistors Mosfet T1 et T2 en opposition de phase, avec un temps mort entre les deux commandes et un rapport cyclique de 50% (T1 et T2 sont pilotés la même durée).

Astuces et particularités de ce demi pont à IRS2153

Le montage présenté ici permet une augmentation supplémentaire du temps mort : les grilles des transistors mosfet sont pilotées à travers une résistance de 100 Ohms (R3) et une diode 1N4148 (ou LL4148 en version CMS). Cet ajout semble utile tout de même.

Note : la différence entre le IRS2153 et le IRS21531 est le temps mort :

IRS2153 : 1.1usIRS21531 : 0.6us

Pour simplifier l'alimentation du IRS2153 au maximum, on l'alimente avec une simple résistance. Il a besoin d'environ 6mA pour fonctionner à 30kHz environ et piloter des grilles de 20N60C3. Sa consommation dépend un peu des transistors à piloter puisquUne résistance de 22k à 33k est correcte. Sa puissance nominale doit être de 10W pour limiter la montée en température. La tension à ses bornes est la tension issue du pont de diodes et des condensateurs qui redressent le secteur, amputée de 15V (la tension d'alim du IRS2153). La résistance dissipe environ :

P = U² / R = 300² / 22000 = 4.1W

Pour l'alimentation à découpage présentée sur astuces pratiques, il est possible d'insérer la bobine du relais en série avec la résistance d'alimentation (choisir 22k vu qu'il y a la résistance de la bobine en série).

Alimentation à découpage pour ampli audio

Le IRS2153 possède une diode zener de 15.4V en interne. C'est cette diode zener qui fixe la tension à 15V environ : la résistance suffit pour l'alimenter. Un condensateur de 1uF 25V est placé sur l'alimentation (au plus près du IRS2153, entre patte 1 et 4). Il faut éviter les condensateurs chimiques (résistance série ESR trop élevée).

C2 est le condensateur de bootstrap. Il n'y a pas de diode de bootstrap autour du IRS2153D. En effet, il est rechargé en interne par un transistor. C'est un avantage du IRS2153D.

Les pattes 6, 7 et 8 sont au potentiel flottant (tantôt 0V, tantôt +320V) alors que toutes les autres sont au proches du potentiel 0V. En termes de distances entre pistes, il est judicieux de laisser une distance un peu plus grande entre ces deux zones.

Fréquence de fonctionnement du demi pont

Un oscillateur interne est réglé par les valeurs de RT et CT. RT et CT définissent la fréquence de découpage par la relation :

f = 1 / (1,453.RT.CT)

Extrait de la datasheet du IRS2153

Il est recommandé de choisir CT à 330pF minimum et RT à 1kOhm minimum. On peut choisir 1nF comme c'est une valeur standard. Pour obtenir une fréquence de découpage de 30kHz environ (adaptée aux transfos d'alimentation ATX), on choisit RT = 22k

f = 1 / (1,453.22k.1nF) = 31.3kHz

Bruit lors de l'extinction de l'alimentation

Lorsque vous débranchez l'alimentation réalisée autour du IRS2153, vous entendrez un très léger bruit à proximité de l'alimentation pendant la fin de la décharge des condensateurs du primaire (470uF 200V par exemple). Il s'agit du IRS2153 qui ne reçoit plus assez de courant pour s'alimenter. Le IRS2153 fonctionne à partir de 11V. Mais là, il n'y a plus assez de courant à travers R1, du coup, la tension chute aux bornes de C1 et tombe à 9V. A ce point, le IRS2153 cesse de fonctionner (Vcc UV- : Falling VCC undervoltage lockout threshold). Comme il passe en mode veille, il consomme très peu (130uA), ce qui permet à C1 de se recharger jusqu'à 11V (Vcc UV+ : Rising VCC undervoltage lockout threshold). Le IRS2153 commence à fonctionner mais "mange" sa réserve d'énergie C1. La tension chute rapidement à 9V. Et ainsi de suite. Il y a une hystérésis de 2V entre le seuil de démarrage et le seuil d'arrêt du fonctionnement du IRS2153. C'est cela qui génère ces salves qu'on peut légèrement entendre comme une sirène en train de mourir lorsqu'on tend l'oreille vers la carte d'alimentation...

Réalisation d'alimentation à découpage à IRS2153

Ici, une maquette d'un ampli audio avec alimentation à découpage. Il s'agit d'un ampli stéréo classe D et son alimentation basée sur un IRS2153 et 2 transistors 20N60C3.

Réalisation d'ampli classe D et alimentation à découpage

Zoom sur la partie découpage : IRS2153D et 20N60C3 (650V 20.7A)

Le montage des autres composants autour du IRS2153 est fait en CMS :

Circuit imprimé côté composants CMS et pistes :

Ci dessous, un zoom :

Zoom sur la partie autour du IRS2153

Pour ceux et celles qui souhaiteraient le typon de l'ensemble ampli classe D + alimentation à découpage :

Voici le secret du typon dévoilé : ultra compact prévu pour les CMS 0805 ou 0603. Ses dimensions sont de 13 x 15cm, ce qui est adapté aux formats standard des circuits imprimé présensibilisés.