Меню

Ограничитель тока заряда конденсатора

Радиосхемы Схемы электрические принципиальные

Мы в социальных сетях

Логотип

Главное меню

  • Главная
  • Начинающим
  • Аудиотехника
  • Электроника в быту
  • Антенны и радиоприемники
  • Источники питания
  • Шпионские штучки
  • Световые устройства
  • Приборы и измерения
  • Светодиод и его применение
  • Авто-Мото- Вело электроника
  • Музыкальные центры, магнитолы
  • DVD и домашние кинотеатры
  • Автомагнитолы и прочий автозвук
  • Блоки питания и инверторы ЖК телевизоров
  • Схемы мониторов
  • Схемы телевизоров LCD
  • Схемы телевизоров LED
  • Схемы усилителей и ресиверов
  • Схемы спутниковых ресиверов
  • Инверторы сварочные
  • Справочные материалы
  • Сварка и сварочное оборудование
  • Отечественная техника 20 века
  • Программаторы
  • Устройства на микроконтроллерах
  • Для компьютера
  • Телефония
  • Медицина и здоровье
  • Радиоуправление
  • Бытовая автоматика
  • Бытовая техника
  • Оргтехника
  • Ноутбуки
  • Ардуино

Реклама на сайте

Ограничение зарядного тока конденсаторов

Схемы источников питания

М. ДОРОФЕЕВ, г. Москва
Радио, 2002 год, № 10

Одна из важных проблем в сетевых импульсных источниках питания — ограничение тока зарядки сглаживающего конденсатора большой емкости, установленного на выходе сетевого выпрямителя. Его максимальное значение, определяемое сопротивлением зарядной цепи, фиксировано для каждого конкретного устройства, но во всех случаях весьма значительно, что может привести не только к перегоранию предохранителей, но и к выходу из строя элементов входных цепей. Автор статьи предлагает простой способ решения указанной проблемы.

Решению задачи ограничения пускового тока посвящено немало работ, в которых описаны устройства так называемого «мягкого» включения [1 — 3]. Один из широко применяемых способов — использование зарядной цепи с нелинейной характеристикой. Обычно конденсатор заряжают через токоограничивающий резистор до рабочего напряжения, а затем этот резистор замыкают электронным ключом. Наиболее простым получается подобное устройство при использовании тринистора [4]. На рисунке показана типовая схема входного узла импульсного источника питания. Назначение элементов, напрямую не относящихся к предлагаемому устройству (входной фильтр, сетевой выпрямитель), в статье не описано, поскольку эта часть выполнена стандартно [5].

Сглаживающий конденсатор С7 заряжается от сетевого выпрямителя VD1 через токоограничивающий резистор R2, параллельно которому включен тринистор VS1. Резистор должен отвечать двум требованиям: во-первых, его сопротивление должно быть достаточным для того, чтобы ток через предохранитель за время зарядки не привел к его перегоранию, и во-вторых, мощность рассеяния резистора должна быть такой, чтобы он не вышел из строя до полной зарядки конденсатора С7.

Первому условию удовлетворяет резистор сопротивлением 150 Ом. Максимальный ток зарядки при этом примерно равен 2 А. Экспериментально установлено, что два резистора сопротивлением 300 Ом и мощностью 2 Вт каждый, включенных параллельно, отвечают второму требованию.

Емкость конденсатора С7 660 мкФ выбрана из условия, что амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения при максимальной мощности нагрузки 200 Вт не должна превышать 10 В. Номиналы элементов С6 и R3 рассчитывают следующим образом. Конденсатор С7 зарядится через резистор R2 практически полностью (95 % от максимального напряжения) за время t=3R2•C7=3•150•660•10 -6 ≈0,3 с. В этот момент должен открыться тринистор VS1.

Тринистор включится, когда напряжение на его управляющем электроде достигнет 1 В, значит, конденсатор С6 должен за 0,3 с зарядиться до этого значения. Строго говоря, напряжение на конденсаторе растет нелинейно, но поскольку значение 1 В составляет около 0,3 % от максимально возможного (примерно 310 В), то этот начальный участок допустимо считать практически линейным, поэтому емкость конденсатора С6 рассчитывают по простой формуле: C=Q/U, где Q=l•t — заряд конденсатора; I — ток зарядки.

Определим ток зарядки. Он должен быть несколько больше тока управляющего электрода, при котором включается тринистор VS1. Выбираем тринистор КУ202Р1, аналогичный известному КУ202Н, но с меньшим током включения. Этот параметр в партии из 20 тринисторов находился в пределах от 1,5 до 11 мА, причем у подавляющего большинства его значение не превышало 5 мА. Для дальнейших экспериментов выбран прибор с током включения 3 мА. Выбираем сопротивление резистора R3 равным 45 кОм. Тогда ток зарядки конденсатора С6 равен 310 В/45 кОм = 6,9 мА, что в 2,3 раза больше тока включения тринистора.

Вычислим емкость конденсатора С6: С=6,9•10 -3 •0,3/1≈2000 мкФ. В источнике питания использован меньший по габаритам конденсатор емкостью 1000 мкФ на напряжение 10 В. Время его зарядки уменьшилось вдвое, примерно до 0,15 с. Пришлось уменьшить постоянную времени цепи зарядки конденсатора С7 — сопротивление резистора R2 уменьшено до 65 Ом. При этом максимальный зарядный ток в момент включения равен 310 В/65 Ом = 4,8 А, но уже через время 0,15 с ток уменьшится приблизительно до 0,2 А.

Известно, что плавкий предохранитель обладает значительной инерционностью и может без повреждения пропускать короткие импульсы, намного превышающие его номинальный ток. В нашем случае среднее значение за время 0,15 с составляет 2,2 А и предохранитель переносит его «безболезненно». Два резистора сопротивлением 130 Ом и мощностью 2 Вт каждый, включенных параллельно, также справляются с такой нагрузкой. За время зарядки конденсатора С6 до напряжения 1 В (0,15 с) конденсатор С7 зарядится на 97 % от максимума.

Таким образом, все условия безопасной работы соблюдены. Длительная эксплуатация импульсного источника питания показала высокую надежность работы описанного узла. Следует отметить, что плавное в течение 0,15 с повышение напряжения на сглаживающем конденсаторе С7 благоприятно сказывается на работе как преобразователя напряжения, так и нагрузки.

Читайте также:  Как измерять показания силы тока

Резистор R1 служит для быстрой разрядки конденсатора С6 при отключении блока питания от сети. Без него этот конденсатор разряжался бы значительно дольше. Если в этом случае быстро включить блок питания после его выключения, то тринистор VS1 может оказаться еще открытым и предохранитель сгорит.

Резистор R3 состоит из трех, включенных последовательно, сопротивлением 15 кОм и мощностью 1 Вт каждый. На них рассеивается мощность около 2 Вт. Резистор R2 — два параллельно включенных МЛТ-2 сопротивлением по 130 Ом, а конденсатор С7 — два, емкостью по 330 мк на номинальное напряжение 350 В, соединенных параллельно. Выключатель SA1 — тумблер Т2 или кнопочный переключатель ПКН 41-1. Последний предпочтительнее, поскольку позволяет отключать от сети оба проводника. Тринистор КУ202Р1 снабжен алюминиевым теплоотводом размерами 15x15x1 мм.

ЛИТЕРАТУРА
1. Источники вторичного электропитания. Справочное пособие. — М.: Радио и связь, 1983.
2. Эраносян С. А. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. — Л.: Энергоатомиздат, 1991.
3. Фролов А. Ограничение тока зарядки конденсатора в сетевом выпрямителе. — Радио, 2001, № 12, с. 38, 39, 42.
4. Мкртчян Ж. А. Электропитание электронно-вычислительных машин. — М.: Энергия, 1980.
5. Интегральные микросхемы зарубежной бытовой видеоаппаратуры. Справочное пособие. — С.-Пб,: Лань Виктория, 1996.

Источник

Как рассчитать емкость гасящего конденсатора простого блока питания

Блок питания с гасящим конденсатором представляет собой простейший вариант запитать какое нибудь маломощное устройство.

При всей своей простоте он имеет и два минуса:
1. Он гальванически связан с сетью! потому такие БП используются там, где нет вероятности прикосновения к контактам.
2. Такой Бп имеет не очень большой выходной ток. При увеличении выходного тока надо увеличивать емкость гасящего конденсатора и его габариты становятся существенными.

Внимание, будьте очень аккуратны, не прикасайтесь к контактам этого БП когда он включен.

Простейшая схема данного БП выглядит так:

Как можно увидеть из схемы, последовательно с сетью стоит конденсатор. Он то и является балластом,, на котором гасится часть напряжения.
Конденсатор не пропускает постоянный ток, но так как в сети переменный и конденсатор в итоге постоянно перезаряжется, то и получается, что в таком случае ток на выходе есть. Причем сила тока напрямую зависит от емкости конденсатора.

Собственно потому для расчета емкости конденсатора необходимо знать как минимум выходной ток нашего будущего БП, причем надо учесть и потребление стабилизатора, обычно это несколько мА.

И так. Есть две формулы, сложная и простая.
Сложная — подходит для расчета при произвольном выходном напряжении.
Простая — подходит в ситуациях, когда выходное напряжение не более 10% от входного.
I — выходной ток нашего БП
Uвх — напряжение сети, например 220 Вольт
Uвых — напряжение на выходе БП (или до стабилизаторе если такой есть), например 12 Вольт.
С — собственно искомая емкость.

Например я хочу сделать БП с выходным током до 150мА. Пример схемы приведен выше, вариант применения — радиопульт с питанием 5 Вольт + реле на 12 Вольт.
Подставляем наши 0.15 Ампера и получаем емкость 2.18мкФ, можно взять ближайший номинал из стандартных — 2,2мкФ, ну или «по импортному» — 225.

Все как бы вроде хорошо, схема простая, но есть несколько минусов, которые надо исключить:
1. Бросок тока при включении может сжечь диодный мост.
2. При выходе из строя конденсатора может быть КЗ
3. Если оставить как есть, то вполне можно получить разряд от входного конденсатора, так как на нем может долго присутствовать напряжение даже после отключения БП от сети.
4. При снятии нагрузки напряжение на конденсаторе до стабилизатора поднимется до довольно большого значения.

Решения:
1. Резистор R1 последовательно с конденсатором
2. Предохранитель 0.5 Ампера.
3. Резистор R2 параллельно конденсатору.
4. Супрессор на 12 Вольт параллельно конденсатору после диодного моста. Я не рекомендую здесь использовать стабилитроны, супрессоры рассчитаны на большую мощность рассеивания и схема будет работать надежнее.

На схеме красным цветом я выделил новые компоненты, синим — небольшое дополнение в виде светодиода.

Но гасящие конденсаторы используют часто и в дешевых светодиодных лампах. Это плохо, так как у таких ламп меньше надежность и часто высокие пульсации света.
Ниже упрощенный вариант схемы такой лампы.

Попробуем рассчитать емкость для такого применения, но так как напряжение на выходе будет явно больше чем 1/10 от входного, то применим первую формулу.
В качестве выходного напряжения я заложил 48 Вольт, 16 светодиодов по 3 Вольта на каждом. Конечно это все условно, но близко к реальности.
Ток — 20мА, типичный максимальный ток для большинства индикаторных светодиодов.

У меня вышло, что необходим конденсатор емкостью 0.298 мкФ. Ближайший из распространенных номиналов — 0.27 или 0.33мкФ. Первый встречается гораздо реже, а второй уже будет давать превышение тока, потому можно составить конденсатор из двух параллельных, например по 0.15мкФ. При параллельном включении емкость складывается.

Читайте также:  За что отвечает мощность тока

С емкостью разобрались, осталось еще пара моментов:
1. Напряжение конденсатора
2. Тип конденсатора.

С напряжением все просто, можно применить конденсатор на 400 Вольт, но надежнее на 630, хоть они и имеют больше размер.

С типом чуть сложнее. Для такого применения лучше использовать конденсаторы, которые изначально предназначены для такого использования, например К73-17, CL21, X2
На фото конденсатор CL21

А это более надежный вариант, не смотрите что на нем указано 280 Вольт, у него это значение переменного действующего напряжения и он будет работать надежнее, чем К73-17 или CL21.

Такие конденсаторы могут выглядеть и так

А вот теперь можно еще раз внимательно посмотреть, что надо для того, чтобы собрать такой «простой» блок питания и решить, нужен ли он.
В некоторых ситуациях да, он поможет, но он имеет кучу минусов, потому на мой взгляд лучше применить просто небольшой импульсный блок питания, который уже имеет стабилизированное выходное напряжение, гальваническую изоляцию и больший выходной ток.
Как пример таких блоков питания я могу дать ссылку на подробный обзор четырех вариантов, с тестами, схемами и осмотров.

Но можно поступить еще лучше. Сейчас получили распространение монолитные блоки питания. По сути кубик, в котором находится миниатюрный БП
Например HLK-PM01 производства Hi-link, стоимостью около двух долларов за штуку.

Или их китайский аналог TSP-05 производства Tenstar robot. Они немного дешевле, 1.93 доллара за штуку.
Практика показала, что качество у них сопоставимое.

Как я писал выше, они представляют из себя импульсный Бп в модульном исполнении. БП в пластмассовом корпусе залитый эпоксидной смолой.
Выпускаются на разные напряжения и способны поддерживать его на довольно стабильном уровне.

Внутренности поближе, на фото вариант от Hi-link

На этом вроде все. Надеюсь, что статья была полезна, постараюсь и в будущем находить интересные темы. Также интересны пожелания, что хотелось бы видеть в рубрике — Начинающим.

Источник



Ограничение зарядного тока конденсаторной батареи

Известные схемы ограничения зарядного тока конденса­торов или слишком сложные [1], или маломощные [2], или уменьшают КПД установки [3], или, имея в своем составе дополнительные элементы коммутации, требуют определен­ного алгоритма включения устройства.

Предлагаемый вариант ограничителя зарядного тока хотя и не отличается дешевизной и требует подбора элементов при наладке, но очень надежен и допускает даже очень кратковременное пропадание напряжения сети (так называемая «просадка») и защищает аппаратуру от серии «просадок», что является притчей во языцех для силовой электроники.

Источник кратковременного сверхтока для проверки за­щитных устройств показан на фото в начале статьи.

Простой ограничитель зарядного тока

Схема, изображенная на рис.1 состоит из маломощного реле К1, контактора К2, резистора R1, ограничивающего за­рядный ток батареи конденсаторов С1…Сn, величина рези­стора R2 определяет величину тока включения реле К1, а, следовательно, и напряжение, до которого успеют зарядится конденсаторы батареи, перед включением контактора К2, для минимизации броска тока. Резистор R3, подключаемый по­сле срабатывания реле и контактора, уменьшает рабочий ток через реле и уменьшает разницу напряжений срабатывания и отпускания реле.

С целью уменьшения мощности (и размеров) резисторов R2 и R3 желательно подобрать очень чувствительное реле с минимальным ток срабатывания. Среди реле встречаются эк­земпляры с током срабатывания меньше 5 мА, например, ти­па РЭС-54 с напряжением срабатывания 24 В (рис.4,а) или типа MY4 с напряжением срабатывания 230 В (рис.4,6).

Используя силовой геркон (так называемый герсикон, рис.5,а), намотав на него несколько тысяч витков тонкого провода (рис.5,б, рис.5,в), можно добиться тока срабатыва­ния меньше 3 мА. Следует напомнить, что обычные (мало­габаритные) герконы не рассчитаны на работу с напряжени­ем питающей сети 230 В / 50 Гц, и использовать их в дан­ных условиях не допустимо.

Резистор R1 можно заменить малогабаритной лампой на­каливания на напряжение 230 В (например, галогенной, рис.2), предусмотрев пожаробезопасное крепление. В таком случае даже длительное короткое замыкание не вызовет необрати­мых процессов в устройстве, а лампа будет сигнализиро­вать о «форс-мажорных» обстоятельствах. UR1 на рис.2 — это варистор, еще значительней уменьшающий разницу на­пряжения срабатывания и отпускания реле К1. Элементы С1, С2 и L1 на рис.2 — входной помехоподавляющий фильтр.

Если в качестве токоограничительного элемента приме­нить две последовательно включенные лампы (рис.3), то на­дежность схемы увеличится, а температура внутри корпуса (при аварии) — уменьшится. К тому же, в таком случае мож­но использовать дешевые малогабаритные китайские «ква- зигалогенки».

Некоторые «креативные» фирмы, выпускающие трехфаз­ные контакторы, «забывают» устанавливать блок-контакты (автор встречал контакторы фирмы Siemens, на которых да­же не предусмотрено место для «пристегивания» блок-контактных мостиков). В таком случае коммутация дополни­тельного резистора R3 производится дополнительной группой самого реле К1 (рис.2), т.е. К1 должно иметь две группы переключательных контактов (или одну Н.О. группу и одну Н.З. группу контактов). Но в этом случае, при наладке схе­мы, необходимо убедиться в адекватном срабатывании ре­ле при достаточно медленном нарастании напряжения, т.к. возможна ситуация, когда реле будет «строчить», а контак­тор не включится. Спровоцировать (на время наладки) мед­ленное нарастание напряжения можно преднамеренным уве­личением сопротивления R1.

Читайте также:  Сообщение применение электрического тока физика

Ограничитель зарядного тока для преобразователей частоты

Для устройств, питающихся от однофазной сети, еще од­ной проблемой является низкое напряжение звена постоян­ного тока — не более 320 В, что недостаточно для питания преобразователей частоты (ПЧ), особенно, если нужно полу­чить выходную частоту ПЧ более 50 Гц. Как известно, чтобы не терять вращающий момент на валу двигателя, вместе с увеличением частоты, требуется линейное увеличение на­пряжения питания двигателя. Для синхронной частоты вра­щения асинхронного двигателя 6000 об./мин (100 Гц), требу­ется линейное напряжение 760 В (для двигателя 3×380 В). Получить подобное напряжение позволяет схема удвоителя сетевого напряжения, изображенная на рис.3. Контролиро­вать с помощью реле нужно, именно, удвоенное выпрямлен­ное напряжение сети, т.к. в противном случае есть опасность «не заметить» сбой электроснабжения или нарушение в схе­ме устройства.

При отсутствии варистора в схеме рис.3 резисторы R1 и R2 должны быть увеличены (в зависимости от чувствитель­ности реле К1) до 100…130 кОм, а R1 желательно сделать составным (для распределения высокого напряжения). В схеме достаточно легко можно организовать любые виды за­щит посредством датчиков (SF1, SF2, SK1), отключающих или закорачивающих реле К1 (рис.3). Стабилитрон VD3 ограни­чивает напряжение на катушке реле К1 и на контактах дат­чиков. Датчики могут быть температурными, токовыми, дав­ления, напряжения и прочее. Замыкающий контакт датчика предпочтительней размыкающему (например, датчику температуры SK1 на рис.3) — в этом случае не нагружается стабилитрон VD3 и последнему не требуется радиатор.

Ограничитель зарядного тока для инверторного блока питания

Если разрабатываемое (или модернизируемое) устройст­во не является преобразователем частоты или сварочным инвертором, а, к примеру, это мощный инверторный блок пи­тания, запускаемый без нагрузки, или с минимальной нагруз­кой (для, допустим, металлообрабатывающего комплекса), то К1 можно запитать от вторичного источника блока пита­ния (рис.6). Во время работы, если кратковременно исчез­нет напряжение сети, то контактор К2 отключится самосто­ятельно, а К1 проконтролирует напряжение батареи конден­саторов косвенно и, в случае, значительного падения напря­жения не позволит К2 включиться до окончания повторного подзаряда батареи.

Ограничитель зарядного тока с твердотельными контакторами

Используя современную материальную базу электроники, очень перспективными в этой теме выглядят т.н. твердотельные реле и контакторы (SSR, SSC, рис.4,в) — один та­кой элемент может заменить несколько других (рис.7). Кро­ме экономии места и упрощения схемы, эти элементы сами могут несколько ограничивать зарядный ток, т.к. имеют встро­енную функцию коммутации при переходе тока через нуль (Zero Switching). Недостаток таких твердотельных контакто­ров — это падение напряжения на них зависящее от тока нагрузки, зато они имею значительно большую надежность чем электромагнитные контакторы.

Литература:

  1. А. Фролов // Радио. — 2001. — №12. — С.38.
  2. А. Зызюк // РадиоАматор. — 2007. — №01. — С.ОЗ.
  3. Э. Мурадханян // Радио. — 2004. — №10. — С.35.

Автор: Александр Шуфотинский, г. Кривой Рог
Источник: Электрик №12, 2016

Источник

Ограничение бросков тока при включении нагрузки низкой и средней мощности

JB Castro-Miguens, Madrid

В момент включения импульсного источника питания, например, блока питания компьютера, сглаживающий конденсатор выпрямителя полностью разряжен. Бросок зарядного тока, в особенности в том случае, когда емкость конденсатора велика, может привести к срабатыванию автоматов защиты сети, или, даже, к выходу из строя выпрямительных диодов.

Несмотря на то, что эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора, а также сопротивление и индуктивность проводов уменьшают бросок тока, пиковые значения могут достигать десятков ампер. Эти броски приходится принимать во внимание при выборе диодов выпрямителя, но наиболее заметно их влияние на срок службы конденсатора. Схема, позволяющая ограничивать выбросы тока при включении, показана на Рисунке 1.

Если в момент включения мгновенное значение выпрямленного переменного напряжения сети больше 14 В, MOSFET транзистор Q1 будет включен, вследствие чего IGBT транзистор Q2 выключен, и конденсатор не заряжается.

Если же выпрямленное напряжение меньше, чем напряжение на конденсаторе плюс 14 В (V1 = VIN − VOUT ≤ 14 В), Q1 выключен, а Q2 включается через резистор R3, подключая конденсатор и нагрузку (RLOAD) к выпрямителю. Соответственно, Q2 остается включенным, а Q1 перестает оказывать какое-либо влияние на работу схемы.

В стационарном состоянии, когда напряжение на конденсаторе сравняется с выпрямленным переменным напряжением, Q1 выключен, а Q2 включен, и заряду конденсатора ничто не препятствует.

Ограничитель тока позволяет дополнить схему защитой от перенапряжения. Если выпрямленное выходное напряжение превысит 380 В, напряжение между выходом опорного напряжения и анодом микросхемы IC1 будет больше ее внутреннего опорного напряжения 2.495 В, вследствие чего, напряжение анод-катод упадет примерно до 2 В. Ток резистора R3 потечет в катод, и Q2 закроется.

Когда выпрямленное сетевое напряжение меньше 380 В, катодный ток TL431 практически отсутствует. Вследствие этого, Q2 включается через R3 и подключает конденсатор и RLOAD к двухполупериодному выпрямителю (при условии V1 = VIN − VOUT ≤ 14 В).

Мощность, рассеиваемая компонентами схемы, очень незначительна. При входном напряжении 230 В с.к.з. и мощности нагрузки до 500 Вт в качестве Q2 можно использовать GP10NC60KD.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник