Плавный пуск блока питания схема: Плавный пуск ИИП — Блоки питания (импульсные) — Источники питания

Содержание

Плавный пуск ИИП — Блоки питания (импульсные) — Источники питания

Плавный пуск импульсного источника питания предохраняет силовые ключи от больших токов при запуске. Большие пусковые токи появляются при запуске вследствие заряда емкостей. Причем чем больше мощность источника питания, тем больше у него ёмкости.

Если последовательно источнику питания включить в цепь лампу напряжением 220В переменного тока, то при включении ИИП в сеть лампа вспыхнет и потухнет. Лампа вспыхивает из-за того, что в ИИП возникают большие токи при заряде электролитов, грубо говоря, эти токи стремятся к току короткого замыкания, а сопротивление уменьшается. После завершения переходных процессов, токи уменьшаются и лампа гаснет.

Если в ИИП возникнет короткое замыкание, то лампа будет постоянно гореть.

Суть не в лампе. Лампа наглядно дает возможность узреть токи, протекающие при зарядке электролитов, а также позволяет ограничить эти токи, рассеивая мощность в виде тепла.

Устройство плавного пуска ИИП похоже на лампу, только различие в том, что эта “лампа” включается в цепь на доли секунды, и рассеивает некоторую мощность во время переходного процесса, а после выключается из цепи.

Схема плавного пуска ИИП

Как вы видите по схеме, роль лампы выполняют два последовательно соединенных резистора R5 и R6. Мощность этих резисторов по 2 Вт. После завершения переходных процессов (доли секунды) срабатывает реле k1, шунтируя резисторы R5 и R6 своими контактами, после чего весь потребляемый ток ИИП протекает через  контакты реле.

 

 

Для увеличения времени задержки необходимо повысить емкость конденсатора C3.

Реле необходимо использовать с катушкой, рассчитанной на напряжение 12В и ток 30-40мА (сопротивление катушки = 400 Ом), контактная группа должна быть рассчитана на ток в 10А.

Предохранитель F1 необязательно 3.15А, его вы подбираете в зависимости от мощности источника питания подключаемого к выходу устройства плавного пуска ИИП.

 

По транзистору VT1, у меня стоит BD139, можно использовать BD140, BD875,КТ972. Транзистор составной.

АРХИВ:Скачать

Схема плавного пуска или софт старт

Здравствуйте, в теме сегоднешнего поста хотелось бы рассказать про одно очень полезное устройство, предназначенное для плавного пуска блоков питания. Наверняка вы замечали, когда включаешь какой то мощный трансформаторный блок питания, свет в комнате мелькает или с розетки бьют фонтаны искр. Это случается, потому что конденсаторы, стоящие в фильтре питания, при зарядке потребляют очень большие токи.

Схема плавного пуска или схема софт старта помогает плавно зарядить конденсаторы в течении нескольких секунд, ограничивая ток с помощью токоограничивающих резисторов. Схема довольна эффективная и собрать сможет даже новичок

Схема плавного пуска или схема софт старта

Используемые компоненты в схеме

C1 = 470нф 400В
C2-3 = 220мФ 35В

K1 = 12В 25-40мА

R1 = 220 2ВТ
R2 = 82к 0,25Вт
R3 = 100к 0,25Вт
R4 = 10к 0,25Вт

VD1 = 24В
VD2 = 1N4148 любой на 100мА
Диодный мост можно ставить 1N4007, главное, что бы напряжение обратного пробоя было не меньше 400В

VT1 = КТ972

Как было сказано, схема делает задержку в течении примерно нескольких секунд, ограничив ток заряда с помощью Резистора R*. Рассчитывается этот резистор по нужному току зарядки по формуле R=U/I. К примеру, для расчета нам нужно ограничить ток в 4А. R=220В/4А=55Ом, но надо помнить, что в расчет берется так же сопротивление первичной обмотки трансформатора. Если первичка имеет сопротивление примерно 10Ом, то сопротивление R*= 55-10=45Ом. И не забыть, что надо ставить довольно таки мощные резисторы 10 Вт к примеру

Пройдя пару секунд, зарядится конденсатор и на базе транзистора будет нужное напряжение и включится реле K1, замкнув контакты и пропустив через себя весь ток.

Печатную плату не делал, поскольку у каждого она будет своя. По ваши корпуса.

На этом все. Удачи с повторением.
С ув. Admin-чек

Похожие материалы:

Загрузка…

Плавный пуск блоков питания Источники питания Любительская радоэлектроника

 При включени блока питания усилителей, компьютеров и  других устройств  в сети возникает помеха, вызванная пусковыми токами трансформаторов, токами заряда электролитических конденсаторов и стартом самих питаемых устройств.   Эта помеха проявляется как «моргание» света, щелчки и искры в сетевых розетках, а электрически как просадка сетевого напряжения, которая может привести к сбою  других устройств, которые питаются от той же сети. Кроме того, эти пусковые токи вызывают обгорание контактов выключателей, сетевых розеток.  Выпрямительные диоды при таком старте работают при токовой перегрузке и могут выйти из строя. К примеру, бросок тока заряда конденсатора 10000мкФ 50В может составлять 10 и более ампер. Если диодный мост не рассчитан на такой ток, то такой пусковой ток может  вывести мост из строя. Особенно сильно пусковые токи заметны при мощности более 50-100Вт. Для таких блоков питания и предлагается это устройство плавного пуска, схема которого приведена на рис.1

 

Рис.1. Плавный пуск  блоков питания. Схема

 

При включении в сеть блок питания стартует через токоограничителный резистор R4. Через  время, необходимое для его старта, зарядки конденсаторов и пуска нагрузки, резистор шунтируется контактами реле и блок питания выводится на полную мощность. Время задержки определяется емкостью конденсатора C2. Элементы C1D1C2D2 являются  бестрансформаторным источником питания для схемы управления реле. Стабилитрон D2 играет  защитную роль, и при исправной схеме управления может отсутствовать. Реле BS-115C-12V, использованное в схеме, может быть заменено на любое другое реле с током контактов не менее 10А, с подбором стабилитронов, конденсатора C1 и выбором транзистора VT1 на напряжение, большее напряжения срабатывания реле. Стабилитрон D3 обеспечивает гистерезис между напряжением включенного и выключенного реле, т. е  реле включится резко, а не плавно.

Конденсатор C1 определяет ток включения реле. В случае недостаточного тока емкость конденсатора необходимо увеличить  в пределах 0,47…1мкФ, 400…630В. В защитных целях конденсатор желательно изолировать, обмотав его изолентой или надев на него полиэтиленовую или термоусадочную трубку. Предохранители выбираются на двухкратный номинальный ток БП. К примеру, для блока питания 100Вт предохранители должны быть на ток 1А. При необходимости схему можно дополнить сетевым симметричным или несимметричным фильтром, включенным после предохранителей. Соединение с корпусом, присуствующее на схеме, можно расценивать только как общий провод для подключения вольтметра.  Его нельзя соединять с шасси устройства, выводить  на общие провода сетевых фильтров и прочее.

Источник: www.radiokot.ru

Схема устройства плавного пуска для усилителей



Плавное включение блока питания (soft-start) как средство борьбы за
надёжность радиоэлектронной аппаратуры.



Как следует из названия, софтстарт (soft-start) – это устройство, осуществляющее плавное включение блока питания,
а точнее, снижающее пусковые токи ИП в начальный момент его включения.

В основном оно используется с электронным оборудованием, потребляющим от сети значительную мощность. Причём, чем больше потребляемая мощность
и чем выше номиналы сглаживающих конденсаторов, тем больше пользы от устройства плавного пуска.


Проблема состоит в том, что конденсаторы сглаживающего фильтра в первый момент включения полностью разряжены, их реактивное
сопротивление крайне низко, а поэтому и ток, потребляемый ими при заряде, может достигать значительных величин.
По мере заряда конденсаторов фильтра, ток снижается и снижается довольно быстро, поэтому перегрузка, вызываемая им, является
кратковременной или другими словами — импульсной.

Эксперименты, проделанные на
https://electroclub.info/ с несколькими трансформаторами различной
мощности выявили импульсную перегрузку по току — в 13 раз по отношению к номинальным токам вторичных обмоток.

Нельзя сказать, что такие импульсные перегрузки трансформатору приятны, однако, благодаря большой тепловой инерции мощных магнитопроводов,
не являются для него смертельными.

То же самое можно сказать и про правильно выбранные (с учётом запаса по величине импульсного прямого тока) выпрямительные диоды.


Теперь, что касается электролитических фильтрующих конденсаторов. Несмотря на то, что пусковые импульсные токи через них могут значительно
превышать значения предельно допустимых токов (длительных), учитывая кратковременность воздействий — к явно видимым вредным последствиям они
не приводят.

Исходя из вышесказанного, можно сделать умозаключение, что устройство софтстарта является опциональным. Однако если мы хотим 100%
уверенности в том, что и через десяток лет наш трансформатор в усилителе не загудит, а мощные электролиты останутся в полном здравии, то
подобное устройство, осуществляющее плавное включение БП питания, будет совсем не лишним. Что, собственно говоря, и подтверждают некоторые
производители аппаратуры.

Ниже приведу схему простого и проверенного временем устройства софтстарта для усилителя Crescendo Millennium Edition от широко известного
в узких кругах импортного производителя. Полная схема 137-ваттного усилителя была опубликована в журнале Elektor Electronics, 4/2001.

Вот, что пишет автор статьи T. Giesberts:



Рис.1 Источник питания без проблем, присущих серийным усилителям

Надёжный источник питания является одним из важнейших компонентов усилителя и от него в большой степени зависит окончательное качество
звука. Конструкция хорошего источника питания не должна быть сложной. Хорошо известная и широко используемая связка: трансформатор,
мостовой выпрямитель и электролитический фильтрующий конденсатор — вполне адекватное решение. Однако здесь не следует пытаться сэкономить,
поэтому в блоке питания, показанном на рис.1, используются два электролитических конденсатора емкостью не менее 22 000 МкФ.
Спешим отметить, что речь здесь идет о монофонической версии, поэтому для
стерео усилителя вам придется построить два таких ИП!

«Задержка включения питания», показанная пунктиром на Рис. 1, не является обязательной,
но мы бы её очень рекомендовали,
особенно при использовании тороидального трансформатора.



Рис.2 Схема задержки включения сети

Эта
схема делает именно то, что и
предполагает её название, что гарантирует отсутствие чрезмерных скачков тока
при включении сетевого напряжения.
Принцип действия устройства основан на том, что ток сразу после включения питания ограничивается резисторами R4-R7.
По истечении определённого времени (
задержки), определяемого величинами ёмкостей C2 и C3, реле срабатывает, а
эти резисторы замыкаются
контактами
реле, что приводит к началу протекания полного тока.

Используемый тип реле следует выбирать, исходя из возможности коммутировать
2000 VA нагрузку.

Напряжение питания для обмотки
реле берётся непосредственно из сети через
цепь, образованную C1, R3 и B1. Так что с шаловливыми ручонками
надо быть поаккуратней, так как существует реальная опасность долбануться об неё током!

 

Плавный пуск импульсных и трансформаторных блоков питания.

РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Плавный пуск импульсных и трансформаторных блоков питания.


При включении блоков питания усилителей, лабораторных и других БП в сети возникает помеха, вызванная пусковыми токами трансформаторов, токами заряда электролитических конденсаторов и стартом самих питаемых устройств. Внешне эта помеха проявляется как «моргание» света, щелчки и искры в сетевых розетках, а электрически — это просадка сетевого напряжения, которая может привести к сбою и нестабильной работе других устройств, которые питаются от той же сети. Кроме того, эти пусковые токи вызывают обгорание контактов выключателей, сетевых розеток. Еще одно негативное влияние пускового тока — выпрямительные диоды при таком старте работают при токовой перегрузке и могут выйти из строя. К примеру, бросок тока заряда конденсатора 10000мкФ 50В может достигать 10 и более ампер. Если диодный мост не рассчитан на такой ток, такие условия работы могут вывести мост из строя.
Особенно сильно пусковые токи заметны при мощности более 50-100Вт. Для таких блоков питания предлагаем устройство плавного пуска.


При включении в сеть блок питания стартует через токоограничительный резистор R4. Через некоторое время, необходимое для его старта, заряда конденсаторов и пуска нагрузки, резистор шунтируется контактами реле и блок питания выводится на полную мощность. Время включения определяется емкостью конденсатора C2.
Элементы C1D1C2D2 представляют собой бестрансформаторный источник питания для схемы управления реле. Стабилитрон D2 играет чисто защитную роль, и при исправной схеме управления может отсутствовать. Реле BS-115C-12V, использованное в схеме, может быть заменено на любое другое реле с током контактов не менее 10А, с подбором стабилитронов, конденсатора C1 и выбором транзистора VT1 на напряжение, бОльшее напряжения срабатывания реле.
Стабилитрон D3 обеспечивает гистерезис между напряжением включенного и выключенного реле. Иными словами, реле включится резко, а не плавно.


Конденсатор C1 определяет ток включения реле. В случае недостаточного тока емкость конденсатора необходимо увеличить (0,47…1мкФ 400…630В). В защитных целях конденсатор желательно обмотать изолентой или надеть на него термоусадочную трубку.
Предохранители выбираются на двухкратный номинальный ток БП. К примеру, для блока питания 100Вт предохранители должны быть на ток 2*(100/220)=1А.
При необходимости схему можно дополнить сетевым симметричным/несимметричным фильтром, включенным после предохранителей.
Соединение с корпусом, присутствующее на схеме, можно расценивать только как общий провод для подключения тестера. Ни в коем случае нельзя его соединять с шасси устройства, выводить его на общие провода сетевых фильтров и пр.


Вопросы, как всегда — сюда.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Плавный пуск для импульсных БП

Схема

  Если понадобится применить плавное включение для вашего блока импульсного питания, то эта схема должна подойти для этих целей.
  Плавный пуск обычно применяют в мощных импульсных блоках питаниях, например — в импульсных сварочных аппаратах. Это обусловлено тем, что в блоке питания после выпрямителя сетевого напряжения стоят конденсаторы большой ёмкости и в момент включения блока питания в сеть через диоды проходит огромный ток для их заряда. Для предотвращения пробоя выпрямительных диодов и применяют схему плавного пуска. Суть схемы в том, что при включении прибора в сеть, напряжение сети в блок питания поступает не напрямую, а через ограничительный резистор (R4 на схеме).

Далее, по прошествии некоторого времени, этот резистор замыкается контактами реле и блок питания оказывается напрямую подключен к сети. Работает цепь задержки включения реле очень просто. Напряжение сети через ограничительные конденсатор C1 и резистор R1 поступает на выпрямительный мост. К диодному мосту подключен конденсатор большой ёмкости, он начинает заряжаться до уровня напряжения в 15 вольт, этот уровень ограничивает стабилитрон D2. Пока конденсатор C1 заряжается, транзистор VT1 заперт, реле включенное в его коллекторную цепь так же отключено, напряжение сети в ваш импульсный блок питания проходит через резистор R4. Далее напряжение на C1 подросло до уровня 12 вольт, стабилитрон D3 открывается, начинает пропускать ток на базу транзистора VT1, транзистор открывается, включает реле, контакты реле замыкают R4, в ваш блок питания начинает течь ток без ограничений. Для разных непредвиденных ситуаций на входе всё же стоят плавкие предохранители на такой ток, который вам нужен. Номинал R4 можно установить другой, исходя из того, какой начальный ток нужен для вашего блока питания для его нормального предварительного пуска. Схема очень простая и лёгкая в повторении, можно даже собрать навесным монтажом, если всё правильно собрано, заработает сразу без танцев с бубном.

Плавный пуск блока питания схема. Плавное включение усилителя

М. СИРАЗЕТДИНОВ,г. Уфа

Радио, 2000 год, №9

При сборке мощных УНЧ всегда встает вопрос о защите от импульсных перегрузок в момент включения
. Как правило выходной каскад любого мощного усилителя питается от двухполярного источника в котором устанавливаются конденсаторы очень большой емкости (до 10 000 мкФ а порою и выше). При включении блока питания через них начинает протекать очень большой зарядный ток что создает значительную нагрузку на сам источник питания, да и для выходного каскада это тоже не сильно-то хорошо…

Выход из положения- так называемый «мягкий» запуск: плавная подача сетевого напряжения на сетевой трансформатор. В литературе рассматривалось достаточно много устройств и здесь представлено очередное из них.

Главная его отличительная особенность заключается в том что что здесь нарастание сетевого напряжения происходит действительно плавно, а не ступенчато как во многих подобных устройствах.

Схема устройства для мягкого включения УНЧ

Принципиальная схема устройства «мягкого» включения питания УМЗЧ
показана на рисунке. Транзистор VT1 через диодный мост VD1-VD4 включен последовательно с первичной обмоткой трансформатора Т1 блока питания. Выбор полевого транзистора МОП-структуры с изолированным затвором обусловлен высоким входным сопротивлением его управляющей цепи, что позволяет уменьшить потребляемую мощность.

Узел управления состоит из цепей, формирующих напряжение на затворе транзистора VT1, и электронного ключа на транзисторах VT2, VT3. Первая цепь образована элементами VD5, C1, R1 — R3, VD7, С4, устанавливающими начальное напряжение на затворе транзистора VT1. Во вторую — входят элементы VD8, R4, R5, С2, СЗ, обеспечивающие плавное нарастание напряжения на затворе транзистора VT1. Стабилитрон VD6 ограничивает напряжение на затворе транзистора VT1 и защищает его от пробоя.

В исходном состоянии конденсаторы цепей узла управления разряжены, поэтому в момент замыкания контактов выключателя сетевого питания SB1 напряжение на затворе транзистора VT1 относительно его истока равно нулю и ток цепи исток-сток отсутствует. Это означает, что ток в первичной обмотке трансформатора Т1 и падение напряжения на ней также равны нулю. С приходом первого положительного полупериода сетевого напряжения конденсатор С1 начинает заряжатьсячерез цепь VD5, VD3 и в течение этого полупериода заряжается до амплитудного значения сетевого напряжения.

Стабилитрон VD7 стабилизирует напряжение на делителе R2R3. Напряжение на нижнем по схеме плече подстро-ечного резистора R3 определяет начальное напряжение затвор-исток транзистора VT1, которое устанавливается близким к пороговому значению 2…4 В. Через несколько периодов сетевого напряжения импульсы тока, протекающие через конденсатор С2, зарядят его до напряжения, превышающего напряжение отсечки транзистора VT3.

Электронный ключ на транзисторах VT2, VT3 закрывается, и конденсатор СЗ начинает заряжаться через цепь VD8, R4, R5, R3, VD3. Напряжение затвор-исток транзистора VT1 определяется в это время суммой напряжения на нижнем плече резистора R3 и плавно возрастающего напряжения на конденсаторе СЗ. По мере роста этого напряжения транзистор VT1 открывается и сопротивление его канала исток-сток становится минимальным. Соответственно напряжение на первичной обмотке трансформатора Т1 плавно увеличивается почти до величины сетевого напряжения. Дальнейший рост напряжения затвор-исток транзистора VT1 ограничивается стабилитроном VD6. В установившемся режиме падение напряжения на диодах моста VD1-VD4 и транзисторе VT1 не превышает 2…3 Вт, так что на дальнейшую работу блока питания УМЗЧ это практически не влияет. Длительность наиболее тяжелого режима работы транзистора VT1 не превышает 2…4 с, поэтому рассеиваемая им мощность невелика. Конденсатор С4 устраняет пульсации напряжения на переходе затвор-исток транзистора VT1. создаваемые импульсами зарядного тока конденсатора СЗ на нижнем плече резистора R3.

Электронный ключ на транзисторах VT2, VT3 быстро разряжает конденсатор СЗ после выключения блока питания УМЗЧ или при кратковременных перебоях в сети питания и подготавливает узел управления к повторному включению.

В авторском варианте устройства защиты использован импортный конденсатор производства фирмы Gloria (С1), а также отечественные: К53-1 (С2, С4) и К52-1 (СЗ). Все постоянные резисторы — МЛТ, подстроечный резистор R3 — СП5-3. Транзистор КП707В (VT1) может быть заменен на другой, например. КП809Д. Важно, чтобы сопротивление его канала в открытом состоянии было минимальным, а предельное напряжение исток-сток составляло не менее 350 В. Вместо транзистора КТ3102Б (VT2) допустимо использовать КТ3102В и КТ3102Д, а вместо КП103И(VTЗ)-КП103Ж.

Транзистор VT1 снабжен небольшим теплоотводом площадью 10…50см 2 .

Настройка устройства заключается в подборе оптимального положения движка подстроечного резистора R3. Первоначально его устанавливают в нижнее (по схеме) положение и через высокоомный делитель подключают к первичной обмотке трансформатора

Т1 осциллограф. Затем замыкают контакты выключателя SB1 и, перемещая движок резистора R3. наблюдают за процессом нарастания амплитуды напряжения на первичной обмотке трансформатора. Движок оставляют в таком положении, при котором временной интервал между включением SB1 и началом нарастания амплитуды напряжения на обмотке Т1 минимален. При необходимости следует подобрать емкость конденсатора СЗ.

Устройство испытывалось с макетом УМЗЧ, близким по структуре к усилителю, описанному в статье А. Орлова «УМЗЧ с однокаскадным усилением напряжения» (см. «Радио». 1997, № 12, с. 14 — 16). Выброс напряжения на выходе УМЗЧ при включении блока питания не превышал 1.5 В

Схема плавного включения питания (софт-старт или ступенчатое включение) для усилителя мощности НЧ или другого устройства. Это простое приспособление позволяет повысить надежность вашей радиоаппаратуры и уменьшить помехи в сети в момент включения.

Принципиальная схема

Любой блок питания радиоаппаратуры содержит выпрямительные диоды и конденсаторы большой емкости. В начальный момент включения сетевого питания происходит импульсный скачок тока — пока идет заряд емкостей фильтра.

Амплитуда импульса тока зависит от величины емкости и напряжения на выходе выпрямителя. Так, при напряжении 45 В и емкости 10000 мкФ ток зарядки такого конденсатора может составить 12 А. При этом трансформатор и выпрямительные диоды кратковременно работают в режиме короткого замыкания.

Для устранения опасности выхода этих элементов из строя путем уменьшения броска тока в момент первоначального включения и служит приведенная на рисунке 1 схема. Она также позволяет облегчить режимы и других элементов в усилителе на время переходных процессов.

Рис. 1. Принципиальная схема плавного включения источника питания с применением реле.

В начальный момент, когда подано питание, конденсаторы С2 и С3 будут заряжаться через резисторы R2 и R3 — они ограничивают ток до безопасного для деталей выпрямителя значения.

Через 1…2 секунды, после того как зарядится конденсатор С1 и напряжение на реле К1 возрастет до величины, при которой оно сработает и своими контактами К1.1 и К1.2 зашунтирует ограничительные резисторы R2, R3.

В устройстве можно использовать любое реле с напряжением срабатывания меньшим, чем действует на выходе выпрямителя, а резистор R1 подбирается таким, чтобы на нем падало «лишнее» напряжение. Контакты реле должны быть рассчитаны на действующий в цепях питания усилителя максимальный ток.

В схеме применено реле РЭС47 РФ4.500.407-00 (РФ4.500.407-07 или др.) с номинальным рабочим напряжением 27 В (сопротивление обмотки 650 Ом; ток, коммутируемый контактами, может быть до 3 А). Фактически реле срабатывает уже при 16…17 В, а резистор R1 выбран величиной 1 кОм, при этом напряжение на реле будет 19…20 В.

Конденсатор С1 типа К50-29-25В или К50-35-25В. Резисторы R1 типа МЛТ-2, R2 и R3 типа С5-35В-10 (ПЭВ-10) или аналогичные. Величина номиналов резисторов R2, R3 зависит от тока нагрузки, и их сопротивление может быть значительно уменьшено.

Улучшенная схема устройства

Вторая схема, приведенная на рис. 2, выполняет ту же самую задачу, но позволяет уменьшить габариты устройства за счет использования времязадающего конденсатора С1 меньшей емкости.

Транзистор VT1 включает реле К1 с задержкой, после того как зарядится конденсатор С1 (типа К53-1А). Схема позволяет также вместо коммутации вторичных цепей обеспечивать ступенчатую подачу напряжения на первичную обмотку. В этом случае можно использовать реле только с одной группой контактов.

Рис. 2. Улучшенная принципиальная схема плавного включения источника питания УМЗЧ.

Величина сопротивления R1 (ПЭВ-25) зависит от мощности нагрузки и выбирается такой, чтобы напряжение во вторичной обмотке трансформатора составляло 70 процентов от номинального значения при включенном резисторе (47…300 Ом). Настройка схемы состоит в установке времени задержки включения реле подбором номинала резистора R2, а также выборе R1.

В завершение

Приведенные схемы можно использовать при изготовлении нового усилителя или же при модернизации уже существующих, в том числе и промышленного изготовления.

По сравнению с аналогичными по назначению устройствами для двухступенчатой подачи напряжения питания, приведенными в различных журналах, описанные здесь — самые простые.

Первосточник: неизвестен.

Одной из важнейших проблем, возникающих при конструировании радиоаппаратуры, является проблема обеспечения ее надежности. В основе решения этой проблемы лежат оптимальный расчет конструкции аппарата и хорошая наладка при его изготовлении. Однако даже в оптимально рассчитанном и налаженном аппарате всегда остается опасность выхода его из строя в момент включения сетевого питания. Наиболее велика эта опасность для аппаратуры с высоким энергопотреблением — усилителем мощности звуковой частоты (УМЗЧ).

Дело в том, что в момент включения сетевого питания элементы блока питания УМЗЧ испытывают значительные импульсные перегрузки по току. Наличие в фильтрах выпрямителей разряженных оксидных конденсаторов большой емкости (до десятков тысяч микрофарад) вызывает в момент включения питания практически короткое замыкание выхода выпрямителя.

Так, по данным при напряжении питания 45В и емкости фильтрующего конденсатора 10000 мкФ ток зарядки такого конденсатора в момент включения питания может достигать 12А. Практически в этот момент трансформатор блока питания работает в режиме короткого замыкания. Продолжительность указанного процесса невелика, однако вполне достаточна при определенных условиях для вывода из строя, как трансформатора питания, так и диодов выпрямителя.

Кроме блока питания, и сам УМЗЧ в момент включения питания испытывает значительные перегрузки. Они вызваны возникающими в нем нестационарными процессами из-за установления режимов активных элементов по току и напряжению и замедленного включения в работу встроенных систем обратных связей. И чем выше номинальное напряжение питания УМЗЧ, тем больше амплитуда таких перегрузок и соответственно выше вероятность возникновения повреждений элементов усилителя.

Конечно, и раньше делались попытки защитить УМЗЧ от перегрузок при включении питания. В было предложенно устройство, защищавшее усилитель от перегрузок, выполненное в виде мощного двуполярного стабилизатора напряжения питания, который при включении в первый момент подавал на усилитель напряжение +10 и -10В, а затем постепенно повышал его до номинального значения +32 и -32В. По мнению автора этого устройства, оно позволило существенно улучшить надежность работы УМЗЧ и отказаться от использования в нем традиционных систем зашиты акустических систем от перегрузок при включении питания.

При бесспорных достоинствах этого устройства у него имеются и недостатки — устройство защищало только УМЗЧ, но оставляло без зашиты его блок питания, из-за сложности собственной конструкции само по себе являлось ненадежным.

Вашему вниманию предлагается простое и надежное устройство “мягкого” включения питания УМЗЧ, защищающее от перегрузок как сам УМЗЧ, так и его блок питания. Оно доступно для изготовления даже начинающему радиоконструктору и может быть использовано как при разработке новых образцов радиоаппаратуры, так и при модернизации существующих, в том числе и промышленного изготовления.


Принцип работы

Принцип работы устройства заключается в двухступенчатой подаче напряжения питания на первичную обмотку трансформатора блока питания УМЗЧ. В цепь первичной обмотки трансформатора блока питания последовательно включен мощный балластный резистор (рис.1). Величина его сопротивления рассчитана в соответственно с габаритной мощностью трансформатора таким образом, чтобы при включении напряжение переменного тока на первичной обмотке составляло примерно половину напряжения сети.

Тогда в момент включения соответственно в два раза будет меньше и переменное напряжение вторичных обмоток трансформатор, и напряжение питания УМЗЧ. За счет этого резко уменьшаются амплитуды импульсов тока и напряжения на элементах выпрямителя и УМЗЧ. Нестационарные процессы при пониженном напряжении питания протекают существенно “мягче”.

Затем через несколько секунд после включения питания балластный резистор R1 замыкается контактной группой К1.1 и на первичную обмотку трансформатора питания подается полное напряжение сети. Соответственно восстанавливаются до номинальных значений напряжения блока питания.

К этому времени конденсаторы фильтров выпрямителя уже заряжены до половины штатного напряжения, что исключает возникновение мощных импульсов тока через вторичные обмотки трансформатора и диоды выпрямителя. В УМЗЧ к этому времени нестационарные процессы тоже закончены, включены системы обратных связей, и подача полного напряжения питания каких-либо перегрузок в УМЗЧ не вызывает.

При отключении сетевого питания контакты К1.1 размыкаются, балластный резистор снова оказывается подключенным последовательно с первичной обмоткой трансформатора и весь цикл может быть повторен. Само устройство “мягкого” включения питания состоит из бестрансформаторного блока питания, таймера, нагруженного на электромагнитное реле. Конструкция устройства и режимы его элементов выбраны с учетом максимального запаса надежности в эксплуатации. Схема его приведена на рис.1.

При подаче на блок питания УМЗЧ выключателем SB 1 напряжения сети через токоограничивающие элементы R2 и С2 одновременно оно подается на мостовой выпрямитель, собранный на диодах VD1 — VD4. Выпрямленное напряжение фильтруется конденсатором СЗ, ограничивается стабилитроном VD5 до величины 36В и подается на таймер, выполненный на транзисторе VT1. Протекающий через резисторы R4 и R5 ток заряжает конденсатор С4, по достижению на нем напряжения примерно 1,5В транзистор VT1 переходит в открытое состояние — реле К1 срабатывает и контактами К1.1 шунтирует балластный резистор R1.


В конструкции устройства использовано герметичное электромагнитное реле РЭНЗЗ исполнения РФ4.510.021 с рабочим напряжением 27В и током срабатывания 75 мА. Возможно использование и других типов реле, допускающих коммутирование индуктивной нагрузки переменного тока частотой 50 Гц не менее 2А, например, РЭН18, РЭН19, РЭН34.

В качестве VT1 использован транзистор с большим значением параметра коэффициента передачи тока — КТ972А. Возможно применение транзистора КТ972Б. При отсутствии указанных транзисторов подойдут транзисторы со структурой проводимости р-n-р, например, КТ853А, КТ853Б, КТ973А, КТ973Б, но только в этом случае полярность всех диодов и конденсаторов данного устройства следует изменить на противоположную.

Рис.2.

При отсутствии транзисторов с большим коэффициентом передачи тока можно использовать схему составного транзистора из двух транзисторов по схеме, приведенной на рис.2. В качестве VT1 в этой схеме применимы любые кремниевые транзисторы с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 45В и достаточно большим коэффициентом усиления по току, например, типов КТ5ОЗГ, КТ3102Б. В качестве транзистора VT2 — транзисторы средней мощности с такими же параметрами, например, КТ815В, КТ815Г, КТ817В, КТ817Г или аналогичные им. Подключение варианта составного транзистора производится в точках А-Б-В основной схемы устройства.

Кроме диодов КД226Д, в устройстве можно использовать диоды КД226Г, КД105Б, КД105Г. В качестве конденсатора С2 применен конденсатор типа МБГО с рабочим напряжением не менее 400В. Параметры токоограничивающей цепи R2C2 обеспечивают максимальный переменный ток примерно 145 мА, что вполне достаточно, когда применяется электромагнитное реле с током срабатывания 75 мА.

Для реле с током срабатывания 130 мА (РЭН29) емкость конденсатора С2 потребуется увеличить до 4 мкФ. При использовании реле типа РЭН34 (ток срабатывания 40 мА) достаточно емкости 1 мкФ. Во всех вариантах изменения емкости конденсатора его рабочее напряжение должно составлять не менее 400 В. Кроме металлобумажных конденсаторов, неплохие результаты могут быть получены при использовании металлопленочных конденсаторов типов К73-11, К73-17, К73-21 и т.д.

В качестве балластного резистора R1 применен остеклованный проволочный резистор ПЭВ-25. Указанная номинальная мощность резистора рассчитана для использования совместно с трансформатором питания, имеющим габаритную мощность около 400 Вт. Для другого значения габаритной мощности и половинного напряжения первой ступени сопротивление резистора R1 может быть пересчитано по формуле:

R1 (Ом) = 48400/ Раб (Вт).


Настройка

Регулировка устройства сводится к установлению времени срабатывания таймера для задержки включения работы второй ступени. Это можно сделать подбором емкости конденсатора С5, поэтому целесообразно его составить из двух конденсаторов, что облегчит процесс регулировки.

Примечание: В авторском варианте устройства в цепи питания отсутствует плавкая вставка (предохранитель). В номинальном режиме работы она, конечно, не требуется. Но ведь всегда могут возникнуть нештатные аварийные ситуации — короткие замыкания, пробои элементов и др. т.к. автор и сам аргументирует необходимость использования своей конструкции именно такой ситуацией, тогда роль защитного элемента берет на себя резистор R2, он разогревается и сгорает.

Применение плавкой вставки при аварийных ситуациях вполне оправданно. Она дешевле, ее проще приобрести и время срабатывания настолько меньше, что другие элементы не успевают разогреться и причинить какой-то дополнительный ущерб. Ну и наконец, это общепринятый, отработанный много раз проверенный способ защиты устройств от возможных последствий неисправностей аппаратуры.

М. Корзинин

Литература:

1. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности. — Радио, 1989, № 6,7.

2.Клецов В. Усилитель НЧ с малыми искажениями. — Радио, 1983, №7, с.51 — 53; 1984, №2, с.63, 64.

При конструировании блоков питания усилителей
часто возникают проблемы, никак не связанные с самим усилителем, или являющиеся следствием применённой элементной базы. Так в блоках питания транзисторных усилителей
большой мощности часто возникает проблема реализовать плавное включение блока питания, то есть обеспечить медленный заряд электролитических конденсаторов в сглаживающем фильтре, которые могут иметь весьма значительную ёмкость и, без принятия соответствующих мер, в моменты включения просто выведут из строя диоды выпрямителя.

В блоках питания ламповых усилителей любой мощности необходимо обеспечить задержку подачи высокого анодного напряжения
до прогрева ламп, чтобы избежать преждевременного обеднения катода и как следствие существенного сокращения ресурса лампы. Конечно, при использовании кенотронного выпрямителя эта проблема решается сама собой. Но в случае использования обычного мостового выпрямителя с LC-фильтром, без дополнительного устройства не обойтись.

Обе вышеизложенные проблемы позволяет решить простое устройство, которое может быть легко встроено как в транзисторный, так и в ламповый усилитель.

Схема устройства.

Принципиальная схема устройства плавного включения представлена на рисунке:

Увеличение по клику

Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТР1 выпрямляется диодным мостом Br1 и стабилизируется интегральным стабилизатором VR1. Резистор R1 обеспечивает плавный заряд конденсатора C3. Когда напряжение на нём достигнет пороговой величины, откроется транзистор Т1, в результате чего сработает реле Rel1. Резистор R2 обеспечивает разряд конденсатора C3 при выключении устройства.

Варианты включения.

Контактная группа реле Rel1 подключается в зависимости от типа усилителя и организации блока питания.

Для примера, чтобы обеспечить плавный заряд конденсаторов в блоке питания транзисторного усилителя мощности
, представленное устройство можно использовать для шунтирования балластного резистора после заряда конденсаторов, чтобы исключить потери мощности на нём. Возможный вариант включения показан на схеме:

Номиналы предохранителя и балластного резистора не указаны, так как выбираются, исходя из мощности усилителя и ёмкости конденсаторов сглаживающего фильтра.

В ламповом усилителе представленное устройство поможет организовать задержку подачи высокого анодного напряжения
до прогрева ламп, что позволяет существенно продлить их ресурс работы. Возможный вариант включения представлен на рисунке:

Схема задержки здесь включается одновременно с накальным трансформатором. После прогрева ламп включится реле Rel1, в результате чего сетевое напряжение будет подано на анодный трансформатор.

Если в вашем усилителе используется один трансформатор и для питания цепей накала ламп, и для анодного напряжения, тогда контактную группу реле следует перенести в цепь вторичной обмотки анодного напряжения
.

Элементы схемы задержки включения (плавного пуска):

  • Предохранитель: 220В 100мА,
  • Трансформатор: любой маломощный с выходным напряжением 12-14В,
  • Диодный мост: любой малогабаритный с параметрами 35В/1А и выше,
  • Конденсаторы: С1 — 1000мкФ 35В, С2 — 100нФ 63В, С3 — 100мкФ 25В,
  • Резисторы: R1 — 220кОм, R2- 120 кОм,
  • Транзистор: IRF510,
  • Интегральный стабилизатор: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
  • Реле: с рабочим напряжением обмотки 9В (12В для 7812) и контактной группой соответствующей мощности.

Из-за малого тока потребления микросхему стабилизатора и полевой транзистор можно монтировать без радиаторов.

Однако у кого-то может возникнуть идея отказаться от лишнего, пусть и малогабаритного, трансформатора и запитать схему задержки от напряжения накала. Учитывая, что стандартное значение напряжения накала ~6.3В, придётся заменить стабилизатор L7809 на L7805 и применить реле с рабочим напряжением обмотки 5В. Такие реле обычно потребляют значительный ток, в этом случае микросхему и транзистор придётся снабдить небольшими радиаторами.

При использовании реле с обмоткой на 12В (как-то чаще встречаются) микросхему интегрального стабилизатора следует заменить на 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

С указанными на схеме номиналами резистора R1 и конденсатора С3 время задержки
включения составляет порядка 20 секунд
. Для увеличения временного интервала необходимо увеличить ёмкость конденсатора С3.

Статья подготовлена по материалам журнала «АудиоИкспресс»

Вольный перевод Главного редактора «РадиоГазеты».

При включении блоков питания усилителей, лабораторных и других БП в сети возникает помеха, вызванная пусковыми токами трансформаторов, токами заряда электролитических конденсаторов и стартом самих питаемых устройств. Внешне эта помеха проявляется как «моргание» света, щелчки и искры в сетевых розетках, а электрически — это просадка сетевого напряжения, которая может привести к сбою и нестабильной работе других устройств, которые питаются от той же сети. Кроме того, эти пусковые токи вызывают обгорание контактов выключателей, сетевых розеток. Еще одно негативное влияние пускового тока — выпрямительные диоды при таком старте работают при токовой перегрузке и могут выйти из строя. К примеру, бросок тока заряда конденсатора 10000мкФ 50В может достигать 10 и более ампер. Если диодный мост не рассчитан на такой ток, такие условия работы могут вывести мост из строя. Особенно сильно пусковые токи заметны при мощности более 50-100Вт. Для таких блоков питания предлагаем устройство плавного пуска.

При включении в сеть блок питания стартует через токоограничительный резистор R4. Через некоторое время, необходимое для его старта, заряда конденсаторов и пуска нагрузки, резистор шунтируется контактами реле и блок питания выводится на полную мощность. Время включения определяется емкостью конденсатора C2. Элементы C1D1C2D2 представляют собой бестрансформаторный источник питания для схемы управления реле. Стабилитрон D2 играет чисто защитную роль, и при исправной схеме управления может отсутствовать. Реле BS-115C-12V, использованное в схеме, может быть заменено на любое другое реле с током контактов не менее 10А, с подбором стабилитронов, конденсатора C1 и выбором транзистора VT1 на напряжение, бОльшее напряжения срабатывания реле. Стабилитрон D3 обеспечивает гистерезис между напряжением включенного и выключенного реле. Иными словами, реле включится резко, а не плавно.

Конденсатор C1 определяет ток включения реле. В случае недостаточного тока емкость конденсатора необходимо увеличить (0,47…1мкФ 400…630В). В защитных целях конденсатор желательно обмотать изолентой или надеть на него термоусадочную трубку. Предохранители выбираются на двухкратный номинальный ток БП. К примеру, для блока питания 100Вт предохранители должны быть на ток 2*(220/100)=5А. При необходимости схему можно дополнить сетевым симметричным/несимметричным фильтром, включенным после предохранителей. Соединение с корпусом, присутствующее на схеме, можно расценивать только как общий провод для подключения тестера. Ни в коем случае нельзя его соединять с шасси устройства, выводить его на общие провода сетевых фильтров и пр.

Цепь плавного пуска для источника питания

Цепь плавного пуска предотвращает внезапное протекание тока в цепи во время пуска. Он замедляет скорость роста выходного напряжения, сводя к минимуму избыточный ток во время запуска. Это полезно для защиты устройств или электронных компонентов от повреждений, вызванных мгновенным высоким входным током. Некоторые компоненты с ограничением по току и плохим регулированием нагрузки могут быть повреждены из-за высокого входного тока.Здесь мы строим схему плавного пуска, используя стабилизатор напряжения IC LM317 и PNP-транзистор BC557.

Необходимые материалы

  • LM317-Регулируемый регулятор напряжения IC
  • BC557-PNP Транзистор
  • Диод — 1N4007
  • Резистор — (1к, 5,6к, 47к)
  • Конденсатор — (0,1 мкФ, 22 мкФ)
  • Входное питание — 9 В
  • Макет

LM317 Регулятор напряжения IC

Это регулируемый трехконтактный стабилизатор напряжения IC с высоким значением выходного тока, равным 1.5А. Микросхема LM317 помогает в ограничении тока, защите от тепловой перегрузки и защите рабочей зоны. Он также может обеспечивать работу в плавающем режиме для приложений высокого напряжения. Если мы отключим регулируемую клемму, LM317 все равно будет полезен в защите от перегрузки. У него типичная линия и регулировка нагрузки 0,1%. Это тоже бессвинцовый прибор.

Его рабочая температура и температура хранения находится в диапазоне от -55 до 150 ° C, а максимальный выходной ток составляет 2,2 А. Мы можем обеспечить входное напряжение в диапазоне от 3 до 40 В постоянного тока, а i т может дать выходное напряжение 1.От 25 В до 37 В , которые мы можем изменять в зависимости от потребности, используя два внешних резистора на регулируемом контакте LM317. Эти два резистора работают как схема делителя напряжения, используемая для увеличения или уменьшения выходного напряжения.

Распиновка LM317

Плавный пуск

Принципиальная схема

Примечание: Входное напряжение всегда должно быть выше (минимум +3 В), чем желаемое выходное напряжение (максимальный выход LM317 составляет 37 В).

Здесь мы подключили лампочку со схемой плавного пуска, чтобы лампочка медленно раскалилась до полной яркости. Вы можете изменять скорость свечения лампы, изменяя номинал конденсатора, например, чтобы увеличить время нарастания, увеличьте номинал конденсатора C2.

Работа цепи плавного пуска

Здесь мы используем LM317, линейный стабилизатор положительного напряжения IC, который автоматически снижает выходной ток при недогрузке или перегреве.

Комбинация транзистора BC557 PNP и конденсатора C2 помогает схеме постепенно увеличивать выходное напряжение.

Изначально, когда конденсатор не заряжен, выходное напряжение схемы определяется как:

  VC1 + VBE + 1,25 В 
  = 0 + 0,7 + 1,25 
  = 1,95 В  

Где VC1 — это напряжение на конденсаторе, VBE — это напряжение от базы к эмиттеру, а 1,25 — минимальное выходное напряжение LM317.

По мере увеличения напряжения на конденсаторе C2 Vout увеличивается с той же скоростью и достигает желаемого выходного напряжения, установленного в соответствии с номиналом резистора. Следовательно, когда выходное напряжение достигает желаемого значения, транзистор отключается.

Итак, когда мы включаем источник питания, лампочка начинает становиться ярче в соответствии с напряжением на ней. Таким образом, эта схема предотвращает внезапный выброс тока в цепь и, следовательно, предотвращает повреждение устройства.

Преимущества схемы плавного пуска

  • Используется для уменьшения пускового тока и увеличения срока службы устройства.
  • Повышение эффективности
  • Цепи плавного пуска

  • дешевы и имеют небольшой размер
  • Устройство плавного пуска

  • Подобно двигателю, используется для двигателей насосов и других промышленных двигателей.

Полное руководство по проектированию плавного пуска — Neurochrome

Как вы, наверное, заметили, статьи в моей базе знаний не содержат рекламы. Вместо того, чтобы отвлекать вас надоедливой рекламой, прошу сделать пожертвование. Если вы находите содержимое этой страницы полезным, рассмотрите возможность внесения пожертвования, нажав кнопку «Пожертвовать» ниже.

Полное руководство по дизайну плавного пуска

Любой, кто когда-либо включал питание части оборудования, содержащего большой трансформатор, такого как сварочный аппарат или большой усилитель мощности звука, мог заметить властное рычание, издаваемое трансформатором, и затемнение света в комнате в качестве источника питания. применены. Рычание вызвано электромагнитными силами внутри трансформатора и стихает по мере нарастания магнитного поля внутри сердечника трансформатора.Пока магнитное поле не установлено, первичная обмотка будет потреблять значительный пусковой ток — часто сотни ампер — как показано в измерениях ниже.

Измерение показывает пусковой ток типичного аудиоусилителя мощностью 150 Вт, сделанного своими руками. Источник питания внутри усилителя состоит из тороидального трансформатора мощностью 1 кВА, за которым следует выпрямитель и 6 емкостных конденсаторов емкостью 15000 мкФ, работающих при напряжении шины ± 65 В. Как видно на графике, пусковой ток достигает 130 А, а первичный току требуется почти полсекунды, чтобы установить его постоянное значение.Сила, вызванная пусковым током, будет эффективно пытаться выпрямить первичную обмотку, что заставляет трансформатор вибрировать и гудеть. Точно так же пусковой ток вызывает значительное падение напряжения на сетевой проводке в здании, что приводит к затемнению освещения в помещении.

Хотя этот гул может показаться авторитетным и мощным, растяжение первичной обмотки сокращает срок службы трансформатора. Эмаль и изоляция первичной обмотки изнашиваются в течение многих лет эксплуатации, а первичная обмотка замыкается на сердечник трансформатора.Это приведет к перегоранию сетевого предохранителя и потребует замены силового трансформатора.

Помимо износа трансформатора, пусковой ток также представляет серьезную проблему для сетевого предохранителя. Для трансформаторов меньшего размера, скажем, 200 ВА или ниже, часто можно обойтись простым увеличением номинала предохранителя. Но для больших трансформаторов этот подход быстро становится непрактичным и небезопасным, так как для выдерживания пускового тока потребуется плавкий предохранитель на 15-20 А. Такой предохранитель не обеспечит защиты в случае перегрузки по току и очень отложенной защиты от короткого замыкания.Таким образом, простое увеличение емкости предохранителя не является безопасным или практичным решением в этих случаях. Намного лучший и безопасный подход — ограничить пусковой ток силового трансформатора с помощью схемы плавного пуска.

Цепи плавного пуска на основе резисторов

Одним из подходов к схеме плавного пуска является ограничение пускового тока путем добавления силового резистора последовательно с первичной обмоткой трансформатора. Схема такой схемы плавного пуска на основе резисторов показана ниже.Резистор обычно представляет собой параллельную комбинацию силовых резисторов, а для переключателей часто используются реле.

При отключении питания оба контакта реле разомкнуты. Питание подается путем замыкания контактов реле RL1. Это позволяет току течь в первичную обмотку трансформатора через токоограничивающий резистор R. После небольшой задержки RL2 замыкается, чтобы обойти резистор, тем самым подавая на трансформатор полное сетевое напряжение. Эта схема предлагает две переменные для оптимизации: сопротивление токоограничивающего резистора и задержку между замыканием RL1 и RL2.

Измерение ниже показывает пусковой ток того же усилителя мощности мощностью 150 Вт с резистивным плавным пуском, включенным последовательно с силовым трансформатором. Резистор ограничения пускового тока R представляет собой силовой резистор 34 Ом.

Как видно из измерения, резистор ограничивает начальный пусковой ток примерно до 3,5 А. Однако, когда RL2 замыкается и обходит резистор ограничения тока, возникает значительный всплеск тока. Этот выброс достигает величины более 70 А.Хотя 70 А ниже 130 А, наблюдаемых без ограничителя броска тока, определенно есть место для дальнейшей оптимизации. Чтобы оптимизировать эту схему, необходимо либо уменьшить R, либо увеличить задержку. Это позволит напряжению на накопительных конденсаторах в источнике питания еще больше развиваться до того, как RL2 замкнется.

Измерение ниже показывает ту же схему с R = 6,2 Ом. На этот раз пусковой ток при включении составляет 21 А. Второй всплеск тока, который происходит при замыкании резистора RL2, также составляет 21 А.Таким образом, 6,2 Ом — оптимальное значение резистора для выбранной задержки 530 мс.

Недостатки резисторного плавного пуска

Внимательный читатель заметит, что 21 А на 6,2 Ом в течение половины сетевого цикла даст:

рассеивается в резисторе в течение первого полупериода сетевого питания, что на порядки превышает номинальную мощность типичного силового резистора. Излишне говорить, что рассеивание такой высокой мощности потребует параллельного использования множества резисторов.

Некоторые производители указывают максимальную рассеиваемую мощность при кратковременной (обычно пять секунд) перегрузке. Номинальная мощность кратковременной перегрузки обычно находится в диапазоне 5-10 × номинальной мощности для силовых резисторов, поэтому в цепи плавного пуска потребуется резистор на 137 Вт (или 14 резисторов по 10 Вт, включенных параллельно). Преобладание плавного пуска своими руками, в котором используется значительно меньшее количество резисторов, указывает на то, что резисторы эксплуатируются значительно сверх их кратковременных характеристик перегрузки, таким образом, потенциально довольно близко к их пределу разрушения.

К сожалению, очень немногие производители указывают предел разрушения своих резисторов. Заслуживающим внимания исключением является серия резисторов Vishay PR03 с металлической пленкой мощностью 3 Вт. Как видно на рисунке ниже, можно ожидать, что серия PR03 откроется при отказе, если более 235 Вт рассеивается на резисторе 3 Вт в течение более 500 мс. Таким образом, минимум шесть резисторов серии PR03, включенных параллельно, будут минимумом, необходимым для выдерживания мощности, рассеиваемой в резисторах во время ограничения пускового тока.

Излишне говорить, что мощность, рассеиваемая в резисторе, ограничивающем пусковой ток, накладывает серьезные ограничения на этот тип схемы. В конечном итоге энергия, необходимая для создания магнитного поля в сердечнике трансформатора и для зарядки конденсаторов источника питания, должна проходить через резистор, ограничивающий пусковой ток.

Таким образом, возможно, лучший подход — оптимизировать задержку плавного пуска. Максимальную задержку можно определить после того, как станет известна энергия броска. Для усилителя мощности звука 150 Вт в этом примере энергия броска, т.е.е. энергия, необходимая для намагничивания силового трансформатора и заряда конденсаторов источника питания, составляет 222 Дж (подробности см. ниже). Таким образом, наибольшая допустимая задержка для данного силового резистора может быть рассчитана как:

Таким образом, если три резистора мощности по 10 Вт (например, Vishay CW010-series) используются параллельно, и каждый резистор может выдерживать кратковременную перегрузку до 10-кратной его номинальной мощности, задержка плавного пуска должна составлять не более:

Задержка также не должна превышать определение «кратковременного» производителем резистора (пять секунд в случае серии Vishay CV010).

Наблюдательные читатели заметят, что в приведенной выше математике я предполагал, что вся энергия броска будет рассеиваться в резисторах, ограничивающих пусковой ток. Как видно из измерений пускового тока выше, некоторая энергия явно передается, когда RL2 замыкается, тем самым создавая второй всплеск первичного тока.

Я предлагаю тем, кто хочет реализовать плавный пуск на основе резисторов, тщательно выбирать резисторы. Затем установите задержку таким образом, чтобы мощность, рассеиваемая на резисторах, была значительно ниже предела разрушения резисторов.Выберите такое сопротивление, чтобы первый и второй всплески первичного тока были примерно равны по величине. В полностью оптимизированной конструкции такой подход приведет к расчетному запасу примерно в 2 раза.

Излишне говорить, что для правильной разработки плавного пуска на основе резисторов требуется немало экспериментов. Возникает вопрос: «Есть ли способ лучше?»

Цепи плавного пуска на основе NTC

Улучшенный плавный пуск может быть реализован с помощью устройства, оптимизированного для приложений ограничения пускового тока (ICL).Эти устройства представляют собой керамические резисторы повышенной прочности с очень высоким отрицательным температурным коэффициентом (NTC). Такие ограничители броска тока будут демонстрировать свое заданное сопротивление (сопротивление холоду) при комнатной температуре, но резко уменьшать сопротивление при более высоких температурах до почти нуля Ом при максимальной рабочей температуре. Таким образом, ограничитель броска будет нагреваться и уменьшать сопротивление по мере прохождения через него пускового тока. Основное преимущество этого заключается в том, что ограничитель броска тока будет более точно имитировать действие активного ограничителя тока.Это позволяет быстро увеличивать магнитный поток в трансформаторе и напряжение на накопительных конденсаторах источника питания.

Выбор ограничителя броска тока

Ограничитель броска тока должен выбираться из максимально допустимого пускового тока. Обычные бытовые цепи обычно защищены автоматическим выключателем на 15-20 А. Автоматические выключатели с термическим срабатыванием выдерживают значительную кратковременную перегрузку, таким образом, стремясь к максимальному пусковому току, близкому или немного превышающему допустимую нагрузку цепи. прерыватель вполне разумен.

Фактическое значение сетевого напряжения меняется. Даже в странах с надежными электрическими сетями обычно наблюдаются отклонения в пределах ± 5-10%, и возможны более значительные переходные отклонения. В наихудшем случае пусковой ток возникает, когда напряжение в сети выше номинального значения. Таким образом, если в системе с питанием от сети 120 В должен быть обеспечен максимальный среднеквадратичный пусковой ток 20 А, минимальное сопротивление холоду составит:

Аналогичным образом, в системе на 240 В при 10% высоком напряжении сети минимальное сопротивление холоду можно рассчитать как:

Обратите внимание, что максимальный пусковой ток 20 А был выбран несколько произвольно, что оставляет значительное пространство для маневра при выборе сопротивления NTC.Таким образом, я считаю, что ограничитель броска тока NTC с холодным сопротивлением 10 Ом является хорошим выбором в цепи плавного пуска, предназначенной для использования во всем мире.

Ограничитель броска тока также должен выбираться в соответствии с ожидаемым током нагрузки. К сожалению, простой подход «чем больше, тем лучше» здесь не помогает. Ограничители пускового тока предназначены для работы при высоких температурах, поэтому они должны работать с максимальным рабочим током. Эта рабочая точка минимизирует сопротивление ограничителя пускового тока, если его функции ограничения пускового тока больше не требуются.

Недостатки схем плавного пуска на основе NTC

При использовании в усилителях звука одним из основных недостатков ограничителя бросков тока на основе NTC является то, что он работает слишком холодно. Рассмотрим сценарий типичного усилителя мощности класса AB или класса D: ограничитель броска тока необходим при первом включении усилителя, но после первоначального включения питания усилитель обычно не потребляет достаточный ток для нагрева NTC. Таким образом, NTC будет эффективно предоставлять сопротивление, равное его холодному сопротивлению, последовательно с входом сети питания.Это ограничит переходные характеристики усилителя, вызывая значительный провал источника питания при тяжелых переходных процессах.

По иронии судьбы, существенным недостатком ограничителей броска тока в других приложениях, включая усилители мощности класса A, является то, что в этих приложениях ограничители броска тока имеют тенденцию к сильному нагреву. Некоторые из этих устройств обычно достигают температуры 200 ºC при работе с максимальным номинальным током. Если это не учтено, это представляет опасность возгорания, и эти компоненты следует хранить вдали от термочувствительных компонентов, жгутов проводов и т. Д.Кроме того, из-за своей тепловой массы ограничители броска тока не обеспечивают эффективного ограничения броска тока после кратковременного отключения электроэнергии. Во время кратковременного отключения электроэнергии или отключения питания ограничитель броска тока будет оставаться близким к своей номинальной рабочей температуре и, таким образом, не будет оказывать какого-либо значительного сопротивления для ограничения пускового тока после повторного включения питания, что приведет к перегоранию предохранителя.

Решение этих проблем состоит в том, чтобы обойти ограничитель броска, когда его услуги больше не нужны.Это может быть выполнено с помощью реле, аналогичного тому, которое используется в резистивном плавном пуске. Схема такого плавного пуска показана ниже.

Есть два параметра, которые необходимо оптимизировать при плавном пуске на основе NTC: сопротивление холоду устройства ограничения броска тока и количество времени, в течение которого NTC задействован в цепи (т. Е. Задержка от RL1 до замыкания RL2).

Холодное сопротивление ограничителя броска тока следует выбирать для максимально допустимого пускового тока, как описано выше.Затем следует отрегулировать задержку между замыканием RL1 и RL2 так, чтобы пиковый ток после замыкания RL2 оставался ниже максимально допустимого пускового тока.

Кроме того, ограничитель броска тока должен быть способен обрабатывать энергию, необходимую для создания магнитного поля в силовом трансформаторе и для зарядки конденсаторов источника питания. Для их определения потребуется немного математики.

Так сколько энергии мы вообще говорим?

Энергия, необходимая для зарядки конденсатора, легко вычисляется:

Таким образом, энергия, необходимая для зарядки 6 × 15000 мкФ до ± 65 В в моем тестовом усилителе (3 × 15000 мкФ на шину 65 В), составляет:

Энергия, необходимая для намагничивания тороидального силового трансформатора Plitron мощностью 1 кВА в моем тестовом усилителе, должна быть определена экспериментально.

Индуктивность трансформатора при запуске и, следовательно, энергия, запасенная в сердечнике трансформатора, может быть определена путем измерения максимального пускового тока трансформатора (Ametherm, n.d.). Это может показаться несколько нелогичным, но самый высокий пусковой ток будет иметь место, если питание трансформатора будет включено правильно, когда сетевое напряжение пересечет нулевое напряжение. Поскольку ток трансформатора пропорционален интегралу приложенного напряжения, пусковой ток достигнет своего пикового значения при следующем переходе через ноль сетевого напряжения на половину цикла сети позже.

Я разработал схему, показанную ниже, для управления мощностью силового трансформатора при измерении первичного тока с помощью токового пробника.

Оптрон MOC3163 с триакомным выходом имеет функцию обнаружения пересечения нуля, поэтому он будет подавать питание на тестируемый трансформатор, когда сетевое напряжение пересекает ноль. Я выбрал затворные резисторы на 180 Ом, чтобы обеспечить максимально быстрое срабатывание при питании от сети 120 В. Для использования в сети 230/240 В используйте 390 Ом.

Результат этого измерения показан ниже.

Напряжение в сети на момент измерения составляло 121,7 В RMS. Таким образом, индуктивное реактивное сопротивление во время броска тока можно определить как:

Если известно реактивное сопротивление, эквивалентную пусковую индуктивность можно рассчитать как:

, где f mains — частота сети. Как только бросковая индуктивность известна, энергия, необходимая для намагничивания сердечника трансформатора, может быть рассчитана как:

Таким образом, общая энергия, необходимая для намагничивания трансформатора и заряда питающих конденсаторов, составляет:

Я провел такие же измерения для небольшой горстки тороидальных силовых трансформаторов, которые у меня были под рукой.Результаты представлены в таблице ниже. Как видно из таблицы, даже относительно небольшие трансформаторы накапливают значительную энергию и в результате потребляют значительный пусковой ток.

Производитель Производитель P / N Номинальная мощность Пиковый пусковой ток Core Energy
Антек AN-0010 5 ВА 1,20 А 0,19 Дж
Антек AN-0512 50 ВА 13.8 А 2,23 Дж
Антек AS-3222 300 ВА 82,5 А 13,3 Дж
Антек AS-4225 400 ВА 110 А 17,8 Дж
Антек Ан-5225 500 ВА 135 А 21,8 Дж
Компоненты RS 177-945 530 ВА 145 А 23.4 Дж
Plitron НЕТ 1 кВА 200 А 32,4 Дж

Невозможно недооценить важность выбора ограничителя броска, способного справиться с энергией броска. Известно, что эти устройства взрываются при перегрузке. К счастью, производители этих устройств также включают характеристики перегрузки в спецификации. Предел разрушения обычно в два раза превышает номинальную энергию ограничителя броска тока.

Использование ограничителей пускового тока с импульсными источниками питания (SMPS)

Вы когда-нибудь замечали искрение, которое возникает, когда вы подключаете ноутбук или зарядное устройство телефона к сетевой розетке? Возникновение дуги может быть довольно сильным, особенно в сети 230/240 В.Высокий пусковой ток, потребляемый конденсаторами в источнике питания, вызывает искрение и может быть ограничен использованием NTC.

Для определения правильного номинального значения энергии для ограничителя пускового тока, используемого в SMPS, должна быть известна входная емкость источника питания. В качестве примера я буду использовать Connex Electronic SMPS800RE.

SMPS800RE имеет два входных конденсатора по 1200 мкФ. При использовании от сети 120 В конденсаторы включены последовательно и образуют удвоитель напряжения. При использовании от сети 240 В конденсаторы просто включены последовательно с соответствующими балластными резисторами, включенными параллельно, чтобы гарантировать, что они разделяют заряд.Это обычное устройство для переключаемых устройств на 120/240 В. Конденсаторы заряжаются до пикового напряжения входящего сигнала переменного тока (или двойного пикового значения, если используется при настройке 120 В). Для 10% высокого напряжения сети это составляет:

Поскольку два конденсатора питания идентичны и соединены последовательно, общая емкость последовательной комбинации будет просто половиной их индивидуальной емкости. Таким образом, энергия, запасенная в конденсаторах, может быть рассчитана как:

Таким образом, требуется только относительно небольшой ограничитель пускового тока.

Обратите внимание, что многие импульсные источники питания включают в себя ограничители пускового тока. Многие из них, включая Connex SMPS800RE и Mean Well SE-600, даже обходят ограничители броска тока, когда их услуги больше не нужны. Об этом свидетельствуют два всплеска, наблюдаемых в их пусковых токах, как видно из приведенного ниже измерения пускового тока двух соединенных параллельно Mean Well SE-600.

Об этих переключателях

Последней точкой оптимизации схемы плавного пуска являются два переключателя, используемые для подачи питания и обхода ограничителя броска тока.Традиционно для этого использовались реле, но у них действительно есть один серьезный недостаток: искрение. Это особенно характерно для индуктивных нагрузок, таких как трансформаторы. Возникновение дуги может разрушить контакты переключателя даже в сверхмощном реле. Посмотрите видео здесь, чтобы увидеть несколько ярких примеров.

Дуговой разряд присутствует в контактах реле как при замыкании, так и при размыкании контактов, однако при размыкании контактов дуга имеет тенденцию усиливаться, поскольку ток в нагрузке индуктивного трансформатора прерывается.Таким образом, я поставил эксперимент, показанный на схеме ниже, чтобы количественно оценить количество искрения в реле, которые я использую.

На изображении ниже показан ток через контакты реле при размыкании контактов.

Интересно отметить, что для размагничивания катушки реле требуется более 2 мс, чтобы контакты реле начали размыкаться. Однако обратите внимание на дребезг переключателя, который происходит при размыкании контактов. Это гарантированно приведет к возникновению дуги, что сократит срок службы реле.

Твердотельные переключатели

Электронные переключатели, такие как тиристоры, тиристоры и полевые МОП-транзисторы, не имеют дуги, поэтому могут быть идеальной заменой реле. Основная проблема с твердотельными переключателями заключается в том, что они со временем выйдут из строя из-за постоянного проведения тока. Кроме того, твердотельные переключатели также требуют минимального напряжения на них, чтобы они начали проводить. Таким образом, твердотельные переключатели не идеальны для использования в качестве сетевого переключателя, но они отлично подходят для использования в цепи ограничения пускового тока.

Следовательно, идеальной комбинацией переключателей для схемы плавного пуска было бы использование твердотельного переключателя для включения плавного пуска (RL1 на схемах выше) и обхода плавного пуска с помощью реле (HP 1982a; HP 1982b). Таким образом, твердотельный переключатель обеспечивает включение и отключение индуктивной нагрузки, в то время как контакты реле проводят ток в течение большей части срока службы нагрузки. В такой конфигурации контакты реле всегда переключают очень малый ток, поскольку контакты реле открываются и замыкаются только тогда, когда твердотельный переключатель находится в проводящем состоянии.Это исключает искрение в контактах реле как при размыкании, так и при замыкании.

Доступно несколько различных типов твердотельных переключателей. Традиционно использовались последовательные SCR, хотя в наши дни более распространены TRIAC. В последнее время, благодаря развитию полевых МОП-транзисторов со сверхнизким сопротивлением, силовые полевые МОП-транзисторы стали использоваться для переключения сетевого напряжения. Тогда возникает большой вопрос, какой из трех типов твердотельных переключателей является оптимальным.

Поскольку единственным преимуществом однофазных тиристоров перед симисторами является их прочность, я решил не тестировать параллельные тиристоры.Твердотельный переключатель проводит ток только в течение доли секунды до того, как реле обходит ограничитель броска тока, таким образом, жесткость не требуется. Кроме того, твердотельный переключатель на основе TRIAC проще и экономичнее, чем тиристоры с обратной связью.

Таким образом, чтобы определить оптимальный тип переключателя, я построил две схемы: одну на основе TRIAC, а другую — на полевых МОП-транзисторах. Цепи переключателя управляли первичным напряжением силового трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора была нагружена силовым резистором.Я измерил ток через контакты реле, как когда реле было отключено. В идеале этот ток должен уменьшаться до нуля при размыкании реле. Если возникнет дуга, ток переключения покажет значительные выбросы.

Схема ограничителя броска тока на основе TRIAC показана ниже, после чего следует измерение тока переключателя реле при размыкании реле. Я повторял измерение до тех пор, пока контакты реле не размыкались, когда контактный ток был максимальным.

Чтобы лучше понять шкалу времени, я повторил измерение с большей временной разверткой на осциллографе.Теперь вы можете четко видеть синусоидальный первичный ток. На этот раз реле выключилось во второй половине сетевого цикла.

Как видно из измерения, обход реле с помощью TRIAC практически исключает искрение контактов реле. Единственным недостатком этого решения является то, что TRIAC необходимо будет держать включенным в течение короткого времени после обесточивания реле, что немного усложняет логику управления.

В последующем эксперименте я заменил TRIAC на пару MOSFET, управляемую оптопарой на выходе фотодиода.Схема показана ниже.

Аналоговые разработчики могут распознать пару MOSFET как передаточный вентиль. Два полевых МОП-транзистора необходимы для предотвращения прохождения переменного тока через основной диод полевого МОП-транзистора в течение одной половины сетевого цикла.

К сожалению, пара полевых МОП-транзисторов предложила незначительное улучшение по сравнению с переключателем на основе TRIAC.

Пример конструкции I

В этой статье я несколько раз упоминал свой тестовый усилитель мощностью 150 Вт, поэтому кажется разумным резюмировать эту статью, разработав плавный пуск для использования с этим усилителем.

Требования к конструкции:

  • Напряжение сети: 120 В ± 10%
  • Максимальный пусковой ток: 20 A RMS
  • Силовой трансформатор: 1 кВА Plitron тороидальный
  • Емкость источника питания: 3 × 15000 мкФ на шину
  • Напряжение питания: ± 65 В

Как рассчитано выше, эти требования приводят к следующим требованиям к компонентам плавного пуска:

  • Холодное сопротивление ограничителя броска тока: 6,6 Ом
  • Энергетическая способность ограничителя броска тока: 222.4 Дж

Как упоминалось выше, существует значительный простор для маневра при выборе хладостойкости ограничителя броска тока. Ametherm производит мощные 5-омные усилители (P / N: MS32-5R020: 5 Ом, 250 Дж), которые я решил использовать. Результирующий пиковый пусковой ток при высоком сетевом напряжении составляет:

Переключатель TRIAC

TRIAC должен быть выбран таким образом, чтобы он выдерживал пиковое напряжение сети и пиковый пусковой ток во время броска тока. СИАП обычно могут выдерживать пиковые токи, во много раз превышающие постоянные токи.Максимально допустимый неповторяющийся пиковый ток можно найти в спецификации TRIAC. Обратите внимание, что «неповторение» в этом контексте означает, что TRIAC может охладиться до комнатной температуры между бросками тока.

На рисунке ниже показано максимальное количество скачков тока, разрешенное для TRIAC STMicroelectronics T1035H. Я указал количество импульсных импульсов, разрешенное для пикового тока 37,3 А, ожидаемого в ограничителе броска тока.

Как показано на рисунке, TRIAC способен обрабатывать примерно 55 циклов из 37.3 Пик. 55 циклов при частоте сети 60 Гц соответствуют 55/60 = 0,92 секунды. Таким образом, задержка от срабатывания TRIAC до замыкания контактов RL2 не должна превышать 0,92 секунды.

Переключатель MOSFET

Если требуется переключатель MOSFET, выбранный MOSFET должен выдерживать пиковый пусковой ток 37,3 А. Таким образом, процесс выбора полевого МОП-транзистора будет включать в себя некоторое исследование безопасной области эксплуатации в технических паспортах различных полевых МОП-транзисторов.

Сильным кандидатом является ON Semiconductor FCP099N60E (600 В, 37 А, 99 мОм). Однако одна проблема с полевыми МОП-транзисторами заключается в том, что их сопротивление канала увеличивается с температурой. Это проблема, когда в устройстве рассеивается значительная мощность. Как показано на рисунке ниже, сопротивление канала полевого МОП-транзистора FCP099N60E в 2,5 раза выше при температуре кристалла 150 ºC, чем при комнатной температуре.

Таким образом, напряжение на полевом МОП-транзисторе будет значительным, поскольку он проводит пусковой ток.Как видно из приведенного ниже уравнения, во время броска напряжения на полевом МОП-транзисторе возникает напряжение 9,2 В.

Таким образом, полевой МОП-транзистор работает очень близко к пределу SOA, как показано на рисунке ниже.

Конечно, это пессимистическая оценка, но выбор MOSFET, менее способного, чем FCP099N60E, кажется нецелесообразным.

Сравнение затрат

Как упоминалось ранее, переключатели на основе TRIAC и MOSFET обеспечивают очень схожую производительность.К тому же они похожи по схемной сложности. Таким образом, представляется разумным сравнить два типа переключателей и по стоимости.

Стоимость коммутатора на базе TRIAC представлена ​​в таблице ниже.

Описание Кол-во Производитель Производитель P / N Цена за каждый Расширенная цена
390 Ом, резистор 250 мВт 2 КОА Шпеер MF1 / 4DCT52R3900F 0 руб.23 $ 0,46
Драйвер TRIAC 1 на полу MOC3163TVM $ 1,90 $ 1,90
TRIAC 1 STMicro Т1035Н-6Т $ 0,94 $ 0,94
ИТОГО $ 3,30

В следующей таблице показана стоимость решения на основе MOSFET.

Описание Кол-во Производитель Производитель P / N Цена за каждый Расширенная цена
Драйвер полевого МОП-транзистора 1 Toshiba TLP591B (C, F) $ 3.33 $ 3,33
МОП-транзистор 2 на полу FCP099N60E $ 3,71 $ 7,42
ИТОГО $ 10,75

По сути, MOSFET обеспечивает менее надежное решение, которое более чем в три раза превышает стоимость решения на основе TRIAC. Поскольку на практике оба решения работают одинаково, я решил реализовать решение на основе TRIAC.

Таким образом, я реализовал мягкий запуск с вышеупомянутыми компонентами, используя свой Intelligent Soft Start в качестве тестовой платформы.Я отрегулировал задержку плавного пуска до тех пор, пока пиковый пусковой ток и пик тока, который возникает при замыкании RL2, не станут примерно равными. Результирующий пусковой ток показан ниже.

Как и ожидалось, пусковой ток достигает пика около 34 А при номинальном сетевом напряжении 120 В RMS. Задержка пуска составляет примерно 180 мс, что позволяет усилителю быть готовым почти мгновенно после включения, что создает положительные впечатления для пользователя.

Пример конструкции II

Многие читатели этих страниц, вероятно, заинтересуются моими рекомендациями по компонентам ограничения броска тока для типичных микросхем, питаемых от моего Power-686, отсюда и этот пример конструкции.

Требования к конструкции:

  • Напряжение сети: 240 В ± 10% (международная сеть совместима)
  • Максимальный пусковой ток: 20 A RMS
  • Силовой трансформатор: Antek AS-4225 (2 × 25 В переменного тока, 400 ВА)
  • Емкость источника питания: 2 × 22000 мкФ на шину
  • Напряжение питания: ± 35 В

Следуя приведенным выше уравнениям, эти требования приводят к следующему:

  • Холодостойкость ограничителя броска тока: 13.2 Ом
  • Энергия, запасенная в конденсаторах блока питания: 53,9 Дж
  • Энергия, запасенная в силовом трансформаторе: 17,8 Дж
  • Энергетическая способность ограничителя броска тока: 71,7 Дж

Выбранный ограничитель броска тока: Ametherm P / N: SL32-10015 (10 Ом, выдерживает нагрузку 150 Дж). Если потребуется компонент меньшего размера, также подойдет Ametherm P / N: SL22-10008 (10 Ом, 90 Дж).

Подобно предыдущему примеру, TRIAC (или MOSFET) следует выбирать так, чтобы они допускали пиковый ток 37.3 А во время броска тока. Следовательно, мои рекомендации по этим компонентам остаются прежними.

Радиатор (или нет)

Мощность рассеивается в TRIAC или MOSFET только в течение доли секунды во время броска тока. Таким образом, рассеиваемая мощность в полупроводниковом устройстве ограничивается самим полупроводниковым кристаллом. Следовательно, радиатор не требуется. Фактически, тепловое сопротивление корпуса TRIAC или MOSFET не позволяет рассеиваемой энергии достигать радиатора до тех пор, пока реле не сработает и рассеиваемая мощность в TRIAC или MOSFET не упадет до нуля.

Список литературы

Ametherm (n.d.) Защита трансформатора от пускового тока. Загружено с: https://www.ametherm.com/inrush-current/transformer-inrush-current.html

HP (1982a) 14570A Руководство по эксплуатации и обслуживанию . Скачано с: Artek Manuals: HP 14570A Op / Service Manual.

HP (1982b) Улучшенный выключатель питания переменного тока . Журнал HP 12/1982, 34-40. Загружено с: http://hparchive.com/Journals/HPJ-1982-12.pdf

Пожалуйста, пожертвуйте!

Вы нашли этот материал полезным? В таком случае рассмотрите возможность внесения пожертвования, нажав кнопку «Пожертвовать» ниже.

Цепи плавного пуска

Цепи плавного пуска

Elliott Sound Products Цепи плавного пуска для высоких пусковых нагрузок

© 2017, Род Эллиотт (ESP)

Вершина


Указатель статей
Main Index


ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Схемы и методы, описанные здесь, требуют опыта работы с электросетью.Не пытайтесь строить, если у вас нет опыта и
способный. Неправильная проводка может привести к смерти или серьезной травме.

Содержание


Введение

печатных плат доступны для проекта софт-старта. Пожалуйста, см. Проект 39 для деталей. Это была одна из первых публикаций в сети (в 1999 г.), и многие люди во всем мире скопировали исходный текст со страницы проекта, чтобы описать свою версию и объяснить, зачем она нужна.Обратите внимание, что здесь дублируются некоторые материалы из статьи проекта, в основном потому, что они подходят для обеих статей. Эта статья является продолжением публикации Inrush Current Mitigation, и хотя в этих двух статьях есть некоторые детали, в каждой из них также рассматривается множество различных подходов.

Не только трансформаторы имеют высокий пусковой ток. Также страдают двигатели и лампы накаливания высокой мощности (хотя они не так распространены, как раньше). Цепи плавного пуска обычно используются с большими двигателями, но большинство людей никогда не увидят эту систему.Я работал над огромными чугунными резисторами , которые использовались для «плавного пуска» больших двигателей, используемых на насосных станциях, но это не та область применения, которую я собираюсь здесь развлекать (мало кто когда-либо увидит большой ( 350кВт и более) стартер двигателя).

Вместо этого в данной статье рассматривается плавный пуск трансформаторов или электронных нагрузок, рассчитанных на мощность до 1 кВА или около того. Они могут создать хаос в домашней системе, если их не приручить должным образом, поэтому мягкий пуск рекомендуется для любого источника питания мощностью более 300 ВА.Обратите внимание, что я использовал термин «ВА», а не «ватты», потому что большинство нагрузок, с которыми могут столкнуться любители, имеют низкий коэффициент мощности, и все трансформаторы рассчитаны на ВА (вольт / амперы), а не , а не Вт. Если вы не понимаете коэффициент мощности, см. Статью о коэффициенте мощности.

Оптимальное время задержки для всех схем, показанных при использовании с трансформаторами, составляет около 100–150 мс — этого достаточно для примерно 5–7 полных циклов при 50 Гц или 6–9 циклов при 60 Гц. Обычно допустима задержка до 200 мс, но не рекомендуется, чтобы резисторы плавного пуска оставались в цепи более 500 мс.Вполне нормально запустить трансформатор примерно на 200-500% тока полной нагрузки при запуске, а приведенные формулы основаны на номинальном броске тока 200%. Конечно, можно ограничить его и дальше, но блок резисторов должен рассеивать большую мощность. Без плавного пуска пусковой ток может быть настолько высоким, что будет ограничиваться только сопротивлением проводки — более 50 А вовсе не редкость для трансформаторов среднего размера 230 В или других высоких пусковых нагрузок.

Стоит отметить, что существует множество опубликованных схем плавного пуска, при этом довольно много из Китая (и других стран) используют бестрансформаторные источники питания в автономном режиме.Их можно заставить работать хорошо, но у большинства из них есть серьезные ограничения, которые не сразу очевидны. Прежде всего, это то, что при отключении питания часто нечему разрядить крышку накопителя. Кратковременное прерывание подачи питания от сети (или даже одно продолжающееся на минуту или более) может оставить цепь готовой к немедленному включению реле при восстановлении питания.

Это означает, что после кратковременного прерывания не происходит плавного старта ! Конструкция печатной платы версии P39, в частности, была разработана для обеспечения очень быстрого сброса таймера (менее 150 мс), и это необходимо для обеспечения плавного запуска при каждом включении оборудования, даже если относительно быстрое включение-выключение-включение (это может происходить не все время, но будет происходить время от времени).В то время как трансформатор понесет наказание, предохранитель — нет, что может привести к «неприятным» сбоям предохранителей или даже к выходу из строя мостовых выпрямителей.

Конечно, можно включить дополнительные схемы, необходимые для полного автономного бестрансформаторного плавного пуска, но это не так просто, как схемы, показанные в сети. Создать простую схему задержки очень легко, но требуется больше усилий, чтобы гарантировать, что она будет иметь постоянную задержку и будет своевременно сбрасываться. Большинство из тех, что я видел, вообще не имеют возможности сброса.Тот, который доступен из Китая, имеет такую ​​долгую задержку, что это определенно опасно. У некоторых также есть монтажные отверстия с недостаточным зазором между сетью и крепежными винтами, что может привести к летальному исходу, если не используются нейлоновые крепления.

Многие альтернативы (где-то еще) полагаются на медленное повышение напряжения на конденсаторе основного фильтра для непосредственного включения реле. Это едва ли удовлетворительное решение (IMO), потому что контакты реле замыкаются медленнее, чем обычно, из-за медленного нарастания напряжения.Реле следует переключать быстро, чтобы обеспечить надлежащее замыкание контактов при каждом срабатывании цепи. Требование «мгновенного» действия для срабатывания реле и необходимость быстрого сброса противоречат друг другу, если не используется более сложная схема.

По своей природе реле имеют тенденцию к «мгновенному» срабатыванию по умолчанию из-за свойств магнитной цепи. Однако это не меняет того факта, что надлежащее контактное давление и положительное очищающее действие контактных поверхностей могут быть затронуты, если время нарастания напряжения будет слишком медленным.Медленно падающее напряжение катушки заставляет контакты размыкаться с меньшей «силой» и может усугубить эрозию контактов.

Время сброса должно быть близким к мгновенному, но время до 0,5 секунды, вероятно, будет приемлемым при нормальном использовании. Приходиться ждать несколько секунд или минут, прежде чем оборудование можно будет снова включить при правильной работе схемы плавного пуска, просто недопустимо. Это ошибка, которая встречается даже в коммерческих продуктах, поэтому кратковременное отключение питания может привести к перегоранию предохранителя.Это большая неприятность, но недопустимо, если предохранитель внутренний и для его замены требуется разобрать блок.

Все измерения тока проводились с использованием мониторов тока Project 139A и / или Project 139, которые гарантируют отсутствие необходимости в прямом подключении к сети. Переключение при переходе через нуль и пиковой форме волны переменного тока было выполнено с помощью специального испытательного устройства, которое я разработал и построил специально для оценки пускового тока на различных устройствах.


1 — Обзор

Когда включается большой усилитель мощности или какое-либо другое устройство с большим трансформатором или большим фильтрующим конденсатором (или и тем, и другим), начальный ток, потребляемый из сети, может во много раз превышать потребляемый даже при полной мощности.Для этого есть две основные причины, а именно:

  1. Трансформаторы и двигатели будут потреблять очень сильный ток при включении, пока магнитный поток не стабилизируется.
    • Эффект наихудший, когда мощность подается, когда напряжение переменного тока проходит через ноль, и минимизируется, если мощность подается на пике формы волны переменного тока. Это именно та
      противоположно тому, что вы могли ожидать.
  2. При включении конденсаторы фильтра полностью разряжены и действуют как короткое замыкание в течение короткого (но, возможно, разрушительного) периода.

Эти явления хорошо известны производителям усилителей очень большой мощности, используемых в PA, а также тем, кто создает промышленную продукцию, но схемы «плавного пуска» обычно не используются в потребительском оборудовании.Любой, у кого есть большой усилитель мощности, особенно тот, в котором используется тороидальный трансформатор, заметит кратковременное затемнение света при включении усилителя. Потребляемый ток настолько велик, что это влияет на другое оборудование.

Этот высокий пусковой ток (как он известен) вызывает нагрузку на многие компоненты вашего усилителя, особенно …

  • Предохранители — они должны быть с задержкой срабатывания, в противном случае неправильное срабатывание предохранителя будет обычным
  • Трансформатор — сильный ток механически и электрически нагружает обмотки.Нередко можно услышать уменьшение механического шума, когда шасси и трансформатор
    реагируют на магнитное напряжение
  • Мостовой выпрямитель — он должен выдерживать начальный ток, превышающий нормальный, потому что он вынужден заряжать пустые конденсаторы фильтра — они выглядят как короткое замыкание до тех пор, пока
    приличное напряжение достигнуто
  • Конденсаторы — пусковой ток во много раз превышает номинальный ток пульсаций конденсаторов и вызывает нагрузку на внутренние электрические соединения.

Неудивительно, что значительное количество отказов усилителя (особенно отказов, связанных с блоком питания) происходит при включении питания (если оператор не делает глупостей).Это точно такая же проблема, из-за которой ваши (лампы накаливания) дома «перегорают», когда вы включаете выключатель света. Вы редко видите, как лампочка выходит из строя, когда вы спокойно сидите и читаете, это почти всегда происходит в момент подачи питания. То же самое и с усилителями мощности.

ПРИМЕЧАНИЕ: Не пытайтесь использовать эти схемы, если вы не желаете экспериментировать — реле должно работать на 100%.
надежность, ваша сетевая проводка должна соответствовать отличным стандартам, и могут потребоваться некоторые металлоконструкции.Нет ничего тривиального в любой схеме, показанной здесь (или любой другой схеме, разработанной для
с той же целью), несмотря на кажущуюся простоту.

Представленные здесь схемы предназначены для ограничения пускового тока до безопасного значения, которое обычно должно составлять максимум около 200% от полной нагрузочной способности силового трансформатора. Имейте в виду, что с этими конструкциями (как и со всеми такими схемами) связаны важные проблемы безопасности — пренебрегайте ими на свой страх и риск. В некоторых случаях может быть приемлемо до 500% полной мощности, и решение о том, какое значение использовать, остается за вами.Производитель трансформатора может дать некоторые конкретные рекомендации, и если да, то им следует следовать.

Информация здесь предназначена в первую очередь для трансформаторов, но, безусловно, существуют и другие приложения. Определение пригодности любой схемы для любого приложения полностью зависит от читателя, и я не могу (и не буду) давать конкретные рекомендации для любого другого использования, которое вы имеете в виду. Если возможно, убедитесь, что элемент, который вы хотите плавно запустить, будет нормально работать, если он включен с медленным нарастанием напряжения от Variac.Хотя большинство усилителей и источников питания будут вести себя нормально, некоторые из них могут не работать. Они не могут использовать схему плавного пуска!

Стоит отметить, что мы обычно называем источники питания, использующие сетевой трансформатор с нормальной частотой 50/60 Гц, «линейными», но на самом деле это совсем не так. Слово «линейный» подразумевает, что нагрузка, подаваемая в сеть, также является линейной (резистивные нагрузки действительно линейны), но источник питания на основе трансформатора не делает этого. Форма волны, показанная на Рисунке 9 (ближе к концу этой страницы), показывает фактическую форму волны сетевого тока для последних двух циклов, и очевидно, что это что-то , но не , линейное в истинном значении этого слова.Это не имеет значения для цели данной статьи, но важно понимать, что термины, используемые в электронике, могут принимать «новые» значения при обычном употреблении. Это одна из них, и она может (и приводит) привести к путанице, если вы не знаете об истинной природе схемы выпрямителя и фильтра на основе трансформатора и ее влиянии на входной ток трансформатора.


2 — Резисторы

Наиболее очевидным и доступным выбором устройства ограничения тока является резистор.Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы резистор мог выдерживать очень высокий ток (и мгновенное рассеивание), возникающее при включении большого трансформатора. Есть несколько вариантов, и я предпочитаю использовать три резистора по 5 Вт параллельно. Ниже приведен полный пример расчета, показанный ниже, но вы можете проигнорировать это и выбрать использование 3 резистора по 150 Ом 5 ​​Вт параллельно (230 В) или 3 резистора по 33 Ом 5 ​​Вт параллельно для 120 В.

Нет ничего даже отдаленно научного в том, чтобы сделать простой выбор, но эти значения проверены в приведенных ниже примерах расчетов и использовались бесчисленными любителями в схемах плавного пуска P39.Важно то, что резисторы выдерживают ток. Хотя это кратко, это также довольно сложно для внутренних компонентов резистора. Один резистор на 5 Вт, конечно, не справится (у меня был один разделенный пополам во время ранних испытаний), и хотя мощная деталь мощностью 50 или 100 Вт, вероятно, выживет, они довольно дороги по сравнению с обычными керамическими резисторами на 5 Вт, которые я предлагаю.

Некоторые резисторы специально разработаны для высокого импульсного тока, который может встречаться в импульсных источниках питания или (неожиданно) в схемах плавного пуска.Они могут иметь допустимый импульсный ток, так что мгновенная рассеиваемая мощность может быть более чем в 1000 раз больше значения в установившемся режиме. Резистор на 5 Вт может выдерживать мощность более 500 Вт в течение, возможно, 10 мс, но вам нужно обращаться к таблицам данных — не всегда легко следить за данными, как показано. Пример показан ниже — он не для чего-то конкретного, а основан на на графике из таблицы (но упрощенно).

Рисунок 1 — Рассеивание на импульсном резисторе 5 Вт по сравнению с Время

Выше приведен пример, показывающий допустимую мощность импульса в зависимости отвремя для резистора 10 Ом и 100 Ом 5 ​​Вт. Как и ожидалось, более низкие значения могут выдерживать большую пиковую мощность, потому что провод толще. Нас в первую очередь интересует рейтинг 10 мс, поскольку он достаточно близок к длительности максимального пускового тока первого цикла трансформатора. Согласно диаграмме, допустима мощность до 300 Вт, но диаграмма предполагает повторяющиеся импульсы, поэтому мы можем пойти несколько выше. Я бы не рекомендовал, чтобы импульсная мощность в наихудшем случае превышала номинал резистора более чем в 100 раз.Для резистора 5 Вт это означает, что практический предел составляет 500 Вт.

Допустимая мощность в значительной степени определяется пределом плавления резистивного провода и его тепловой инерцией. Толстая проволока имеет большую массу и, следовательно, большую тепловую инерцию, но первая и герметизация также в некоторой степени добавляют к общей тепловой инерции. Поскольку они, как правило, керамические, они в первую очередь изоляторы, поэтому они не добавляют столько тепловой инерции, сколько хотелось бы. Предел сопротивления плавкого предохранителя зависит от используемого материала.Он редко указывается, но сплав нихрома (никель / хром) популярен, поскольку он имеет довольно низкий термический коэффициент сопротивления и может выдерживать очень высокие температуры (до ~ 1100 ° C).

Резисторы с проволочной обмоткой — это резисторы только типа , которые обычно могут выдерживать очень высокую импульсную мощность, необходимую для схемы плавного пуска. Большинство других резисторов просто испаряются при первом использовании. Хотя график показывает, что более низкие значения более надежны, очень многие платы P39 были построены с использованием резисторов 3 × 150 Ом, включенных параллельно (или 3 × 33 Ом для 120 В), и после многих лет эксплуатации не было зарегистрировано ни одного отказа.Вы можете использовать последовательно 3 × 15 Ом, если это улучшит ваше самочувствие, но в реальном выражении разница минимальна.

Также важно убедиться, что дорожки на печатной плате достаточно тяжелые, чтобы они могли выдерживать ток без предохранения. Это, конечно, одно из преимуществ использования схемы плавного пуска, потому что схема сдерживает очень высокий пусковой ток и позволяет избежать чрезвычайно высокого пикового тока. Это облегчает жизнь переключателю питания и всем остальным в цепях питания.Вместо пикового тока 20–50 А в худшем случае его можно ограничить до менее 5 А.


3 — Термисторы

«Разве я не должен использовать термисторы, а не резисторы?» Это частый вопрос, и, хотя есть много предостережений, в целом они работают хорошо. К сожалению, новичку (и не новичку) может быть очень сложно определить правильную стоимость и размер, а производители часто не очень помогают. Формат спецификации одного производителя редко совпадает с форматом другого, и прямое сравнение может быть затруднено.Некоторые указывают максимальный ток, другие — рейтинг в Джоулях, а некоторые не включают почти ничего, кроме номинального сопротивления при 25 ° C и размеров, что вряд ли полезно.

Многим нравится идея использовать термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) для ограничения бросков тока, при этом обычно заявляют, что не требуется дополнительных схем. Одним словом, для любого продукта, который не всегда потребляет постоянную высокую мощность, не . Спорный? Не совсем — то, что они используются рядом крупных производителей, не всегда означает, что с ними все будет в порядке.Если они используются в коммутируемой системе, как описано здесь, они безопасны и надежны, но я лично видел ( да, собственными глазами ) термисторы NTC сильно взрываются в случае неисправности. Резисторы также могут выйти из строя, но отказ (обычно) сдерживается — конечно, есть исключения. Как правило, термисторы NTC рассчитаны на очень высокий пиковый ток, но, как отмечалось ранее, вы увидите много разных способов описания одного и того же, практически без общего между производителями. Чтобы быть действительно полезными, термисторы должны быть отключены после того, как броски тока закончились.

Если байпасное реле не срабатывает из-за того, что вы использовали источник питания усилителя для активации реле, и неисправность не позволяет напряжению достичь максимума, термистор приобретет низкое сопротивление из-за протекания тока и предохранитель перегорит. Однако, если ток слишком велик из-за серьезной неисправности, термистор может взорваться до того, как появится шанс предохранителя. Я не понимаю, почему некоторые люди настаивают на том, что термистор «лучше» резисторов — это не так, если он не выбран и не используется должным образом. В некоторых случаях это может быть даже более надежное решение, чем минус .Как указано ниже, значение резистора (или термистора) около 50 Ом (230 В) или 25 Ом (120 В) является довольно хорошим общим компромиссом и отлично работает с трансформаторами до 500 ВА. Для силовых трансформаторов мощностью более 1 кВА необходимо уменьшить сопротивление.

Если используется термистор, его размер должен быть подходящим. Хотя некоторые небольшие термисторы могут показаться вполне удовлетворительными, они часто не справляются с максимальным пиковым током. Я предлагаю вам прочитать статью о схемах защиты от бросков тока для получения дополнительной информации.Термистор подходящего номинала может использоваться в любой версии этого проекта (включая блок на основе печатной платы, показанный на рисунке 2).

Ни при каких обстоятельствах я не буду предлагать термистор без байпасного реле для усилителей мощности, потому что их ток в режиме ожидания или малой мощности обычно недостаточен для нагрева термистора до достаточного нагрева, чтобы снизить сопротивление до разумного значения. Таким образом, вы получите модуляцию напряжения источника питания, при этом термистор будет постоянно термоциклировать. Обычно это приводит к сокращению срока службы термистора, потому что термоциклирование эквивалентно ускоренному режиму испытания на срок службы (это, по сути, один из тестов, который проводится в лаборатории производителя, чтобы выяснить, как долго они прослужат в использовании).

Если соответствует достаточно продолжительному току (например, усилитель класса A), температура поверхности любого полностью работающего термистора обычно намного превышает 100 ° C, поэтому я считаю обход обязательным для предотвращения избыточного нежелательного тепла. Байпасная схема также означает, что термистор готов к защите от пускового тока сразу после отключения питания, при условии, что оборудование было включено достаточно долго, чтобы термистор, конечно, остыл. Без байпаса вам, возможно, придется подождать 90 секунд или больше, прежде чем термистор остынет, если он работал при полной температуре.

Рисунок 2 — Фотография печатной платы плавного пуска P39 с использованием термисторов

Фотография выше служит двум целям. На нем показана готовая плата P39 и соответствующие термисторы, показывающие, как они крепятся к печатной плате, где требуется дополнительное отверстие для последовательного подключения термисторов — конструктор легко просверливает его. Есть два термистора на 10 Ом, соединенные последовательно, чтобы дать в общей сложности 20 Ом. Реле обходит термисторы примерно через 100 мс при подаче питания, и это снижает пусковой ток в наихудшем случае примерно до 10 А при входном напряжении 230 В.Общее сопротивление включает сопротивление первичной обмотки трансформатора (в расчетах принято 3 Ом).

Полезно взглянуть на сокращенную спецификацию того, что можно считать довольно типичным термистором NTC, подходящим для источника питания мощностью около 150-300 Вт в зависимости от напряжения питания (от Ametherm Inc. [1] ). Это тип диаметром 22 мм, и для больших трансформаторов я предлагаю что-то примерно этого размера. Термисторы NTC диаметром около 10 мм легче установить, но они не могут справиться с большими энергетическими скачками.

Свойство Значение
Сопротивление 20 ± 25% Ом
Макс.ток в установившемся состоянии до 25 ° C 5 A
Макс.рекомендуемая энергия 125 Дж
Фактический сбой энергии 295 Дж
Макс.емкость при 120 В переменного тока 7600 мкФ
Макс.емкость при 240 В переменного тока 1800 мкФ
Сопротивление при 100% токе 0.4 Ом
Сопротивление при токе 50% 0,84 Ом
Температура тела при максимальном токе 178 ° C

Таблица 1 — Электрические характеристики термистора (только пример)

Важно отметить, что допуск по сопротивлению очень большой — это характерно для всех термисторов. Ожидать деталей с жесткими допусками — не вариант. Показанные максимальные значения емкости относятся к традиционному конденсаторному входному фильтру после мостового выпрямителя.Предполагается прямое подключение к сети. При номинальном токе сопротивление составляет 0,34 Ом, поэтому рассеиваемая мощность составляет 1,36 Вт, что звучит не так много, но обратите внимание на температуру тела … 178 ° C. Я бы посоветовал, чтобы оптимальная работа была при постоянном токе 1-2 А, где рассеивание уменьшается и температура будет ниже.

Хорошо то, что указана энергия всплеска — в приведенном выше случае это 125 Джоулей. Это означает, что он может выдерживать 125 Вт в течение одной секунды или 1250 Вт в течение 100 мс. Он также теоретически может обрабатывать 12 кВт в течение 10 мс или 120 кВт в течение 1 мс, и, если не указано иное, это не должно вызывать сбоев.Несмотря на то, что имеется некоторая стыковая накладка с указанием максимальной емкости, это в значительной степени руководство для конечного пользователя. Исходя из этого, я бы предположил, что 1 кВт на 100 мс будет вполне нормально, поскольку это все еще всего 100 Джоулей. Однако будьте осторожны — существует, вероятно, столько же способов определения термисторов, сколько производителей, и не все предоставляют информацию в удобной для пользователя форме.

Как отмечалось выше, термисторы никогда не должны эксплуатироваться без байпасного реле. Даже если продукт потребляет постоянную мощность (достаточную для поддержания термистора в горячем состоянии), при кратковременном отключении питания от сети, когда питание восстанавливается, термистор уже горячий.Затем он достигает ноль ограничения пускового тока, потому что прерывание должно длиться достаточно долго, чтобы он остыл до температуры окружающей среды.

Если используется несколько термисторов, они должны быть включены последовательно, а не параллельно. Это связано с тем, что допуск настолько велик, что подключенные параллельно термисторы не будут делить ток поровну, и даже вероятно, что только один из них будет делать что-то полезное, а остальные будут бесполезны. Когда термистор с наименьшим сопротивлением нагревается (потому что он потребляет большую часть тока), он упадет до более низкого сопротивления, а другой (-ие) вообще ничего не будет делать.


4 — Характеристики трансформатора

Может быть полезно знать основы трансформатора, особенно сопротивление обмотки. Исходя из этого, вы можете рассчитать пусковой ток наихудшего случая. Эта таблица показана в разделе «Трансформеры», часть 2, и сокращена здесь. Трансформаторы с сопротивлением обмотки более 10 Ом (типы 230 В) не нуждаются в цепи плавного пуска. Хотя пиковый ток может достигать около 23 А, это вполне соответствует возможностям плавкого предохранителя с задержкой срабатывания и обычно никогда не вызывает проблем.Конечно, если вы хотите, чтобы использовал плавный пуск на трансформаторах меньшего размера, нет никаких причин не делать этого, кроме дополнительных затрат.

VA Reg% R p Ω — 230V R p Ω — 120V Диаметр

кг)
160 9 10-13 2.9 — 3,4 105 42 1,50
225 8 6,9 — 8,1 1,9 — 2,2 112 47 1,90
300 7 4,6 — 5,4 1,3 — 1,5 115 58 2,25
500 6 2,4 — 2,8 0,65 — 0,77 136 60 3,50
625 5 1.6 — 1,9 0,44 — 0,52 142 68 4,30
800 5 1,3 — 1,5 0,35 — 0,41 162 60 5,10
1000 5 1,0 — 1,2 0,28 — 0,33 165 70 6,50
Таблица 2 — Типовые характеристики тороидального трансформатора

Максимальный пусковой ток (наихудший случай) примерно равен напряжению сети, деленному на сопротивление обмотки.Более подробная информация об этом (включая снимки с осциллографа) содержится в статье о пусковых токах. Он также включает в себя формы сигналов с выпрямителем, за которым следуют большая емкость и нагрузка, и поможет вам понять необходимость схем защиты с большими трансформаторами.

Рисунок 3 — Пусковой ток трансформатора

Выше показано изображение осциллографом тока в трансформаторе E-Core на 200 ВА, когда питание подается при переходе через нуль формы сигнала сети.Это наихудший случай, который может привести к начальному скачку тока, который ограничивается только сопротивлением обмотки и сетевой проводки. Масштаб текущего монитора составляет 100 мВ / А, поэтому пиковое значение 1,9 В соответствует 19 ампер. Для большого тороидального элемента пиковый ток может превышать 150 А. Если сеть подается на пике формы волны переменного тока (325 В в странах с 230 В переменного тока, 170 В, где сеть составляет 120 В), пиковый пусковой ток для того же трансформатора обычно снижается до менее 1/4 значения наихудшего случая… 4,4 А (оба могут быть измерены с хорошей воспроизводимостью для тестируемого трансформатора).

Как видите, пусковой ток имеет одну полярность (может быть положительной или отрицательной), поэтому переходное событие «постоянного тока» накладывается на сеть. Другие трансформаторы, которые уже находятся под напряжением, также могут насыщаться (и часто рычать) во время броска тока. Это часто называют «симпатическим взаимодействием». Чтобы свести к минимуму влияние пускового тока и влияния протекания на другое оборудование, любой тороидальный трансформатор мощностью более 300 ВА должен использовать схему плавного пуска, такую ​​как описанная в Проекте 39, или одну из альтернативных схем, описанных ниже.Я считаю, что 300 ВА — это предел — схема плавного пуска не обязательна, и она действительно увеличивает стоимость и сложность проекта, но результаты обычно (просто) приемлемы, если плавный пуск не используется с трансформаторами на 300 ВА.


5 — Пример расчетов

Хотя цепь плавного пуска может быть добавлена ​​к трансформатору любого размера, сопротивления обмотки 300 ВА и трансформаторов меньшего размера обычно достаточно для предотвращения сильных скачков тока. Для трансформаторов мощностью 500 ВА и более настоятельно рекомендуется использовать схему плавного пуска.300 ВА — это предел, и конструктор должен решить, считает ли он это необходимым или нет.

Мгновенный ток в наихудшем случае ограничен только сопротивлением первичной обмотки трансформатора и эффективным сопротивлением входящей сети (обычно менее 1 Ом). Для трансформатора на 500 ВА при 230 В сопротивление обмотки будет порядка 2,5–3 Ом, поэтому в худшем случае ток может легко превысить 70 ампер. Такой скачок тока вызывает нагрузку даже на плавкий предохранитель с задержкой срабатывания, и поэтому я так твердо уверен, что плавный пуск — действительно хорошая идея.

Например, трансформатор на 500 ВА довольно типичен для многих бытовых систем большой мощности. Предполагая идеальную нагрузку (которой нет у выпрямителя и блока фильтров, но это уже другая история), ток, потребляемый из сети на полной мощности, составляет …

I = ВА / В (1) Где ВА — номинальная мощность трансформатора в ВА, а V — используемое сетевое напряжение.

Поскольку я живу в стране с питанием 230 В, я буду использовать это для своих расчетов, но это легко сделать любому.Используя уравнение 1, мы получим следующий номинальный ток полной мощности от сети (без учета сопротивления обмотки трансформатора) …

I = 500/230 = 2,2 А (достаточно близко)

При пределе 200% тока полной мощности это 4,4 А переменного тока. Эффективное последовательное сопротивление, необходимое для поддержания пикового тока на уровне 4,4 А или менее, легко вычисляется по закону Ома …

R = V / I (2)
R = 230 / 4,4 = 52 Ом (достаточно близко)

Не совсем стандартное значение, но 3 резистора по 150 Ом 5 ​​Вт, подключенные параллельно, вполне подойдут, что дает общее сопротивление 50 Ом.Можно использовать один резистор на 47 или 56 Ом, но вы должны свериться с таблицей данных, чтобы убедиться, что выбранный вами резистор может выдерживать высокую мгновенную мощность. Можно использовать резистор в металлической оболочке на 50 Вт. Нам не нужна высокая мощность для нормального использования, но имейте в виду, что мгновенное рассеяние может увеличиваться при определенных условиях неисправности. Обратите внимание, что использовалось среднеквадратичное значение сетевого напряжения, а не пиковое (325 В), потому что ток наихудшего случая напрямую не связан с пиковым напряжением.

Для определения номинальной мощности балластного резистора, которая составляет 200% номинальной мощности трансформатора при полной мощности…

P = V² / R (3)

Для этого сопротивления это может указывать на то, что требуется резистор мощностью 930 Вт (исходя из расчетных 50 Ом), действительно большой и дорогой компонент. Однако нам это не нужно, так как резистор будет в цепи в течение короткого периода времени — обычно около 100-150 мс, а основной пик тока длится всего 10 мс или около того. Ожидается, что усилитель (надеюсь) не будет обеспечивать значительную выходную мощность до стабилизации. Абсолютный максимальный ток будет протекать только в течение 1 полупериода и после этого быстро уменьшается (как показано на рисунке 3).См. Номинальную мощность в импульсе резистора 5 Вт на рисунке 1.

Мы должны быть осторожны, чтобы убедиться, что балластный резистор способен выдерживать пусковой ток. Во время испытаний мне удалось разделить керамический резистор пополам, потому что он не мог выдерживать ток — этот эффект иногда называют «Ченобылинг» после ядерной катастрофы в СССР несколько лет назад, и его лучше избегать.

В больших профессиональных усилителях мощности обычно используется резистор на 50 Вт, обычно устанавливаемый на шасси в алюминиевом корпусе, но он дорог и может быть нелегко достать большинству конструкторов.В приведенном выше примере керамические резисторы 3 × 5 Вт, включенные параллельно (каждый резистор имеет сопротивление от 150 до 180 Ом), дадут нам то, что мы хотим, и будут сравнительно дешевыми. Если вы этого не сделали, прочтите раздел о резисторах, в котором много информации о пиковом импульсном токе.

Для США (и для считывателей в других странах с напряжением 120 В) оптимальное сопротивление составляет 12 Ом, поэтому резисторы 3 × 33 Ом 5 ​​Вт должны работать нормально (это дает 11 Ом — достаточно близко для этого типа схемы).

Было заявлено, что сопротивление обычно должно составлять от 10 до 50 Ом (но с небольшими аргументами или без них), и что не следует использовать более высокие значения.Я оставлю это на усмотрение читателя. Как всегда, это компромиссная ситуация, и разные ситуации требуют разных подходов.

Резистор 20 Ом (или термистор) — это абсолютный минимум, который я бы использовал для 230 В, и его нужно выбирать с осторожностью. Пульсирующий ток, вероятно, снесет резисторы меньшего размера, особенно при питании 230 В. Хотя верно то, что при уменьшении сопротивления провод сопротивления становится толще и более устойчивым к перегрузкам, в худшем случае мгновенный ток при 20 Ом равен 11.5А при 230В. Это мгновенное рассеивание 2645 Вт (без учета других сопротивлений в цепи), и потребуется чрезвычайно прочный резистор, чтобы выдержать это даже в течение коротких периодов времени. При работе на 120 В и сопротивлении 20 Ом пиковый ток будет всего 6 А, что снизит пиковое рассеивание до 720 Вт.

В действительности пиковый ток наихудшего случая никогда не будет достигнут, поскольку необходимо учитывать сопротивление обмотки трансформатора и полное сопротивление сети. Исходя из этого, разумный компромиссный ограничительный резистор (и значения, которые я использую) будет порядка 50 Ом для 230 В (3 × 150 Ом / 5 Вт) или 11 Ом (3 × 33 Ом / 5 Вт) для работы на 120 В. .Резисторы подключены параллельно. Вы можете решить использовать эти значения, а не рассчитывать значение из приведенных выше уравнений, и будет обнаружено, что это будет работать хорошо почти во всех случаях, но все же позволит предохранителю сгореть в случае неисправности. Эти значения подходят для трансформаторов до 500 ВА, хотя, скорее всего, они будут подходящими и для более крупных устройств.

В этом отличие от использования более высоких значений, когда предохранитель (по всей вероятности) не перегорает, пока реле не сработает.Хотя период времени короткий, резисторы очень быстро нагреваются. Термисторы могут быть полезны, потому что по мере того, как они нагреваются, их сопротивление падает, и, если они соответствуют требованиям, они просто упадут до достаточно низкого сопротивления, чтобы вызвать перегорание предохранителя.

Другая причина, по которой вам может потребоваться более низкое значение, заключается в том, что некоторые усилители имеют поведение при включении, которое может привести к тому, что при включении может потребоваться относительно большой ток. Эти усилители могут не достичь стабильной рабочей точки с высоким значением сопротивления последовательно и могут вызывать неправильное поведение до тех пор, пока не будет подано полное напряжение.Если ваш усилитель демонстрирует такое поведение, тогда необходимо использовать резисторы ограничения нижнего значения .

Если нестабильное электроснабжение является «особенностью» вашего места жительства, то я бы посоветовал вам создать систему, в которой усилитель отключается, если сеть выходит из строя более чем на несколько циклов за раз. Источник переменного тока для тороидального трансформатора должен «пропадать» только на несколько циклов, чтобы вызвать значительный пусковой ток, поэтому необходимо соблюдать осторожность.

Если используется термистор, я предлагаю надежную версию, рассчитанную на сравнительно высокий максимальный ток.Устройства диаметром 22 мм обычно рассчитаны на гораздо более высокие токи, чем вам может потребоваться, поэтому они будут подвергаться минимальному термоциклированию. Хорошее круглое значение составляет 10 Ом при 25 ° C — это действительно означает более высокие пиковые токи, чем я предлагаю выше, но вы всегда можете использовать два или три последовательно — особенно для работы на 230 В. Последовательные термисторы 2 × 10 Ом дают очень высокий рейтинг импульсных перенапряжений (измеряется в Джоулях) и ограничивают пиковый пусковой ток примерно до 12 А с трансформатором на 500 ВА.


6 — Байпасные цепи

Некоторые большие профессиональные усилители используют TRIAC (двусторонний кремниевый выпрямитель) для обхода резистора / термистора плавного пуска, но я предпочитаю использовать реле по ряду очень веских причин…

  • Реле практически неразрушимы — особенно в этой роли
  • Их легко найти где угодно
  • Обеспечивается полная изоляция, поэтому цепь управления не находится под напряжением сети
  • Отсутствуют радиочастотные помехи или гармоники сетевой частоты. Это низкий уровень, но их может быть очень сложно исключить из схем TRIAC
  • .

  • Радиатор не требуется, что устраняет потенциальную угрозу безопасности в случае пробоя изоляции между TRIAC и радиатором

Они также могут вызвать определенные проблемы, но с ними легко справиться.Наихудшим является обеспечение подходящего напряжения катушки, позволяющего использовать общедоступные устройства в усилителях мощности всех размеров и напряжений питания. Поскольку реле по-прежнему очень популярны, их легко получить при наиболее распространенном напряжении катушки (например, 5 В, 12 В, 24 В и т. Д.).

Рисунок 4 — Резисторы плавного пуска и релейные контакты

На рис. 4 показано, как резисторы подключаются последовательно к источнику питания трансформатора, при этом контакты реле замыкают резисторы при срабатывании реле.Вся эта схема находится под напряжением сети, и к ней следует относиться с большим уважением.

«A» представляет активный (под напряжением или под напряжением) вывод от сетевого выключателя, а «SA» — это переключаемый активный провод, который подключается к основному силовому трансформатору. Не отсоединяйте и не обходите существующую проводку, просто поместите блок резисторов последовательно с существующим трансформатором.

Не пытайтесь выполнить подключение, если шнур питания не отсоединен, и все соединения должны быть выполнены так, чтобы случайный контакт с пальцем или шасси был невозможен ни при каких обстоятельствах.Резисторы могут быть установлены с помощью алюминиевого кронштейна, закрывающего соединения, предотвращая контакт. Все провода должны находиться на безопасном расстоянии от корпуса и кожуха — там, где это кажется невозможным, используйте изоляцию, чтобы предотвратить любую возможность контакта. Строительные заметки показаны позже в этом проекте. Трудно переоценить аспект безопасности этих цепей!

Контакты реле должны быть рассчитаны на полное сетевое напряжение и, по крайней мере, полный ток мощности усилителя.Настоятельно рекомендуется использовать реле с номиналом контактов не менее 10 А.

ПОДСКАЗКА: Вы также можете добавить второе реле для отключения звука на входе, пока не будет подана полная мощность. Я предоставлю вам возможность внести необходимые коррективы. Вам нужно будет сложить ток для двух реле вместе или использовать отдельные источники питания, если используется существующее внутреннее напряжение источника питания.


7 — Цепи управления

Цепи управления варьируются от очень простых (и часто довольно непродуманных) до довольно сложных.В конечном счете, схема зависит от того, все ли продумал разработчик или рассмотрел только решение, которое создает разумно постоянную задержку при включении питания. Многие не могут обеспечить быструю перезагрузку схемы, поэтому быстрый цикл включения-выключения (намеренно или случайно) обеспечивает защиту после кратковременного прерывания. В общем, любая схема, которая не сбрасывается менее чем за 500 мс, должна считаться неисправной. Полный сброс гарантирует, что при восстановлении питания (примерно через полсекунды) балластные резисторы снова подключатся к цепи, а плавный пуск будет выполняться так же, как если бы оборудование было включено после выключения на ночь. .

Наименее желательный способ питания цепи управления — от вторичной обмотки трансформатора. В случае серьезной неисправности вторичное напряжение не поднимется до максимума, и цепь управления может никогда не сработать. Хотя это не обычная ошибка, она находится в пределах вероятности. В случае усилителей (или другого оборудования), которые ожидают значительного тока с момента включения, балластные резисторы могут иметь достаточное сопротивление для предотвращения нормального запуска, и они будут перегорать.

В тексте проекта 39 рекомендуется использовать вспомогательный трансформатор, и это, безусловно, самый безопасный способ сделать это. Это позволяет схеме управления работать при низком напряжении, изолированной от сети. Работать, проводить измерения или даже просматривать формы сигналов с помощью осциллографа безопасно.

Если бы независимый источник питания 12 В был доступен для всех усилителей мощности, подавать питание было бы очень просто. К сожалению, это случается редко. Большинство усилителей будут иметь источники постоянного тока в диапазоне от ± 25 В до примерно ± 70 В, и попытки получить реле для нечетных напряжений будут неудачными.Катушки реле обычно рассчитаны на 5 В, 12 В, 24 В и 48 В, а также на 120/230 В переменного тока, но реле переменного тока определенно не рекомендуются. Однако , даже если у вас есть трансформатор со вспомогательной обмоткой, если вторичная нагрузка достаточно велика, вспомогательная обмотка также не выйдет на нормальное напряжение.

Вспомогательный источник питания означает добавление второго трансформатора, что иногда может быть затруднено из-за нехватки места. Это по-прежнему самый безопасный способ, и схема управления, использующая этот подход, показана на рисунке 2.Это самый простой способ реализации, но некоторые могут посчитать, что добавленную стоимость второго трансформатора трудно оправдать. ИМО, это не проблема, и это, безусловно, предпочтительный вариант. Это в значительной степени обязательно для усилителей класса А. Есть еще одно преимущество. Небольшой трансформатор можно оставлять включенным все время, а затем сеть включается и выключается путем переключения 9 В переменного тока на плату плавного пуска (которая будет использовать второе реле для включения и выключения питания). Опять же, это подход, принятый в Project 39, и он гарантирует, что сетевую проводку можно ограничить собственным углом шасси, а все остальное будет иметь низкое (относительно) напряжение.

Рисунок 5 — Цепь управления вспомогательным трансформатором

В нем используется простой мостовой выпрямитель и небольшой, но адекватный конденсатор. В схеме управления используются легкодоступные и недорогие компоненты, и она может быть легко построена на Veroboard или подобном. Все диоды могут быть 1N4004 или аналогичными. Используйте трансформатор с вторичной обмоткой 9 В переменного тока, который будет обеспечивать напряжение, близкое к 12 В для этой цепи. Никакого регулирования не требуется, и контроллер представляет собой простой таймер, активирующий реле примерно через 100 мс.Я выбрал для переключателя полевой МОП-транзистор, поскольку он имеет определенное напряжение включения и практически не требует тока затвора. При показанных значениях компонентов реле активируется примерно через 100 миллисекунд. Его можно увеличить (или уменьшить) путем увеличения (уменьшения) значения R1 (27k). Трансформатор должен быть маленьким, так как ток меньше 100 мА.

Внимание Внимание: Значение, показанное для R1 (56k), может потребоваться изменить, чтобы получить требуемую временную задержку около 150 мс.Настоящий
необходимое значение зависит от порога переключения для полевого МОП-транзистора и значения C2, которое является электролитическим конденсатором и имеет широкий допуск. В общем, ожидайте, что ценность будет где-то
от 27k до 68k, но в некоторых случаях вам может потребоваться больше или меньше указанного диапазона.

MOSFET (Q2 — 2N7000) имеет пороговое напряжение затвора, которое составляет от 0,8 В до 3 В, при этом 2,1 В является «типичным» значением. В результате вам нужно будет отрегулировать значение R1, чтобы получить правильную задержку.Если хотите, вы можете использовать тримпот на 100 тысяч — он должен покрыть большинство возможных ситуаций. Если порог составляет 0,8 В (я не видел ни одного такого низкого), таймер будет работать только около 30 мс, поэтому R1 необходимо увеличить примерно до 82 кОм. На верхнем уровне (3 В) R1 необходимо уменьшить примерно до 22 кОм для задержки 100 мс. Обратите внимание, что в версии для печатной платы используется компаратор операционного усилителя, поэтому синхронизация очень предсказуема.

Q1 используется для обеспечения быстрой подачи питания на реле. Когда на реле обнаруживается напряжение 0,65 В, Q1 включается и мгновенно завершает зарядку C2.Без «мгновенного действия» цепь будет работать медленно и не сможет активировать реле со 100% надежностью. Время сброса схемы составляет менее 120 мс при указанных значениях, и это обычно приемлемо.

ПРИМЕЧАНИЕ. C1 должен быть рассчитан на ток пульсации не менее 700 мА, чтобы предотвратить нагрев конденсатора. Фактический ток пульсаций должен составлять около 85 мА при показанной схеме. Имейте в виду, что если крышка нагреется (или нагреется), ее надежность и долговечность будут поставлены под угрозу.

Можно сделать срабатывание реле намного быстрее, но за счет сложности схемы. Простая логическая система может гарантировать, что схема будет сброшена с помощью единственного пропадания цикла переменного тока, но это было бы слишком быстро для нормального использования и совершенно ненужным. C1, возможно, придется изменить в зависимости от реле (тестовое реле имеет сопротивление катушки 270 Ом). Если значение слишком мало, реле может дребезжать или, по крайней мере, гудеть, а также, вероятно, будет перегреваться из-за вихревых токов в твердом сердечнике, используемом в реле постоянного тока.Конденсатор следует выбирать на основе значения, которое делает реле бесшумным, но при этом срабатывает достаточно быстро, чтобы предотвратить высокий пусковой ток в случае кратковременного прерывания подачи питания от сети. Показанное значение (220 мкФ) обычно подходит для большинства приложений. Если вы используете колпачок 470 мкФ, время восстановления увеличивается примерно до 250 мс — неплохо, но медленнее, чем должно быть.


8 — Автономный бестрансформаторный источник питания

Если по какой-либо причине использовать трансформатор невозможно, можно использовать схему, показанную на Рисунке 5.При этом используется конденсатор для снижения сетевого напряжения в цепи, и необходимо использовать реле 24 В, чтобы минимизировать потребляемый ток. Хотя можно использовать реле на 12 В, конденсатор (C1) должен быть больше и дороже. Обратите внимание, что C1 должен быть типом сети X2. R3 и R4 гарантируют разряд крышки при отключении от сети, чтобы снизить риск поражения электрическим током. Два из них используются последовательно для получения удовлетворительного номинального напряжения. Если используется для работы на 120 В, конденсатор C1 должен иметь 2 конденсатора по 470 нФ, включенных параллельно, иначе напряжение питания никогда не достигнет 24 В, и реле может не сработать.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ — Все цепи находятся на полном сетевом потенциале, и они должны быть закрыты для предотвращения случайного контакта!

Резистор 1 Вт (R5) используется для ограничения пускового тока на входном конденсаторе X2. По возможности, я всегда рекомендую, чтобы любой резистор, который рассеивает значительную мощность (или имеет высокий импульсный ток), как минимум вдвое превышал ожидаемую рассеиваемую мощность, чтобы обеспечить долгий срок службы и более низкую работу, хотя это, очевидно, не относится к основным резисторам, ограничивающим броски тока.Стабилитрон 24 В обеспечивает ограничение напряжения, если вы решите, что вам нужна большая задержка. Без него напряжение на C2 может достичь опасного уровня с длительным временем задержки, потому что от выпрямителя не будет потребляться ток. Обратите внимание, что C2 должен быть рассчитан не менее чем на 35 В, но C3 может быть типа 16 В, если он доступен (большинство небольших электрооборудования рассчитаны как минимум на 25 В).

C1 должен быть конденсатором класса X2 переменного тока. Никогда не используйте конденсаторы постоянного тока (независимо от номинального напряжения), так как они не предназначены для работы с большим переменным напряжением на них.Хотя можно использовать конденсатор на 630 В постоянного тока с сетью 120 В, это все еще очень плохая идея и может привести к отказу конденсатора. Ограничения постоянного тока на 230 В недопустимы. Колпачки X2 рассчитаны на питание 275 В переменного тока, приложенного непосредственно к колпачку, и они единственные, которые будут одобрены где угодно (включая большинство стран с напряжением 120 В). Диоды могут быть типа 1N4001, потому что у них никогда не будет обратного напряжения более 30В.

Рисунок 6 — Цепь управления «Off Line»

При показанных значениях синхронизации (56 кОм и 10 мкФ) время задержки составляет около 130 мс (смоделировано), но это зависит от порогового напряжения полевого МОП-транзистора и времени, необходимого для зарядки C2.MOSFET 2N7000 симулятора имеет порог 2,8 В, но в реальных частях он сильно различается. MOSFET-транзисторы имеют очень широкий разброс параметров, и в таблице данных указано, что порог может составлять от 800 мВ до 3 В. Вам нужно будет отрегулировать значение R1, чтобы получить требуемую задержку. Обратите внимание, что показан предохранитель , только для источника питания с плавным пуском, а для трансформатора, на который подается питание, необходим отдельный предохранитель.

После отключения питания в идеале реле сразу же отключается, но на практике этого не происходит.Если C2 не разряжается полностью, и может быть достаточно остаточного напряжения для повторного включения реле в случае короткого отключения сети. Однако это неизбежный компромисс, и для 100% эффективности схема действительно должна иметь специальную систему разряда. Это значительно усложняет простую схему. Как показано, схема будет сброшена (готова к следующему мягкому запуску) менее чем за 400 мс, но будьте осторожны! Во многих технических паспортах реле указано, что напряжение, которое «должно срабатывать», составляет около 10% от номинального, поэтому не может гарантировать срабатывание реле на 24 В, пока напряжение на катушке не упадет до 2.4В. Хотя большинство из них (вероятно) будет выпускаться при более высоком напряжении, если вы не проведете тесты, вы никогда не узнаете наверняка.

Я протестировал пару обычных реле на 24 В на включение и выключение напряжения. Эти реле имеют катушку 1,5 кОм, и оба работают при напряжении около 15 В. Один надежно отпускал при 10 В, но другой, который я проверил, оставался под напряжением, пока напряжение на катушке не достигло около 5 В. Это показывает, что они изменчивы, и стоит провести несколько тестов, чтобы вы точно знали, с чем вам нужно иметь дело.

Рисунок 6A — Упрощенная схема управления «Off Line»

Схема на рисунке 6A еще больше упрощена, и вариации этой темы распространены по всей сети. Он полагается только на значение C2 для определения времени, и катушка реле получает (относительно) медленный рост напряжения. В случае ухудшения C2 (например, потому, что он рядом с блоком резисторов), время будет уменьшаться, поскольку емкость уменьшается с возрастом. Сопротивление катушки используемого вами реле довольно критично. Сопротивление не должно быть меньше 1 кОм, иначе ни один из блоков питания не сможет обеспечить необходимый ток.Многие реле на 24 В имеют сопротивление обмотки 1,4 кОм и более.

Любая бестрансформаторная конструкция предполагает множество компромиссов, и показанные схемы ничем не отличаются. Из-за питания конденсатора (C1) напряжение растет относительно медленно. Для достижения 24 В с сетью 230 В / 50 Гц требуется около 120 мс, и около 90 мс для 120 В / 60 Гц с удвоенной емкостью. Следовательно, задержка плавного пуска не может быть меньше указанного значения, если только вы не допускаете очень сильных пульсаций на линии 24 В постоянного тока.Схема, использующая вспомогательный трансформатор, не имеет такого ограничения, так как полное напряжение достигается всего за пару циклов сетевого питания (~ 40 мс при 50 Гц или 33 мс при 60 Гц).

Схемы на рис. 6 / 6A — это всего лишь два способа сделать это, но есть и другие возможности различной сложности. Невозможно показать их все, особенно те, которые вы можете найти в другом месте, некоторые из которых ждут катастрофы. Я видел в сети много людей, которые определенно относятся к последней категории — хотя они (вероятно) все будут работать при первом включении питания, многие (большинство?) Не имеют никаких условий, гарантирующих, что ограничение хранилища разряжено, и может пройти несколько минут (а иногда и намного больше) после отключения питания, прежде чем цепь действительно снова обеспечит плавный пуск.Идея обеспечения быстрого сброса, похоже, не рассматривалась, поэтому они не более полезны, чем горячий термистор.

Любая схема плавного пуска, которая не обеспечивает время сброса менее 1 секунды, является обязательной и не должна использоваться. В идеале система перезагружалась бы мгновенно, но это нереально. В (так называемом) реальном мире мы должны стремиться к тому, чтобы время сброса не превышало, возможно, 150 мс, при этом 500 мс являются (просто терпимым) верхним пределом. Получить надежную задержку и быстрый сброс в простой схеме — непростой компромисс.


9 — Линейное ограничение пускового тока

Технология, которая начинает проникать в импульсные источники питания, предназначенные для светодиодного освещения большой мощности, — это активный ограничитель. Используя полевой МОП-транзистор, можно включать питание контролируемым образом, так что вместо мгновенного приложения напряжения (либо через ограничивающую цепь, либо напрямую) оно увеличивается с нуля до максимума за 10-20 циклов сети. Такой подход обеспечивает близкий к нулевой броск напряжения трансформатора и ограничивает ток заряда конденсатора.Это довольно дешево и легко добавить к существующей конструкции SMPS, потому что диодный мост уже существует, и это полная система в (обычно) герметизированном модуле, поэтому для реализации требуется только несколько вспомогательных частей.

Сделать это в автономном ограничителе броска тока сложно и недешево. MOSFET и связанный с ним мостовой выпрямитель (чтобы он мог работать с переменным током) должны быть отключены по истечении заданного времени, чтобы минимизировать рассеивание, но как форма ограничения броска тока, вероятно, так хорошо, как вы когда-либо получите.В зависимости от нагрузки кратковременное рассеивание на полевом МОП-транзисторе может быть довольно высоким, и потребуется по крайней мере небольшой радиатор. Схема не особенно сложна, но может пройти довольно много времени, прежде чем MOSFET начнет проводить — это может быть 1-2 секунды, в зависимости от самого MOSFET. Поскольку полевые МОП-транзисторы имеют широкий разброс параметров, либо схема должна быть «самокомпенсирующейся», либо потребуется регулировка для установки рабочих точек между началом проводимости и полной проводимостью.

График на Рисунке 8 показывает, как могла бы выглядеть форма входного тока с двухполупериодным выпрямителем и конденсатором фильтра 10 000 мкФ на выходе трансформатора, как показано ниже. Нагрузка 45 Вт подключена параллельно крышке фильтра. Это концептуально, поскольку он был смоделирован, но не построен, хотя я использовал Variac (быстро раскрученный до полного напряжения), чтобы доказать, что пусковой ток минимален или отсутствует при увеличении напряжения сети. Точный механизм для этого не имеет значения, при условии, что напряжение на трансформаторе плавно повышается в течение разумного периода времени (примерно от 10 до 20 сетевых циклов кажется справедливым компромиссом).Хотя Variac идеален, он, вероятно, слишком большой (и дорогой), чтобы использовать его в качестве устройства плавного пуска в усилителе.

Рисунок 7 — Упрощенный линейный плавный пуск с использованием полевого МОП-транзистора

Схема использует Q1 (MOSFET) для постепенного увеличения напряжения, подаваемого на трансформатор в течение примерно 500 мс. Диоды D3-D6 используются, чтобы гарантировать, что MOSFET получает постоянный ток, а не переменный, и должны быть рассчитаны на ток, достаточный для запуска схемы. T1 — это управляемый сетевой трансформатор, R p — сопротивление обмотки.Цепи управления отвечают за обеспечение изолированного питания генератора рампы и активацию реле байпаса. В полной системе также должен быть текущий мониторинг для обнаружения неисправностей до того, как может произойти какое-либо повреждение цепи.

D1-D2 — главный выпрямитель, C1 (10 000 мкФ) — крышка фильтра, а R L — нагрузка 20 Ом. Трансформатор был произвольно настроен на коэффициент трансформации 10: 1, поэтому выход переменного тока составляет 23 + 23 В (среднеквадратичное значение) при напряжении сети 230 В. К сожалению, в симуляторе, который я использую, невозможно смоделировать насыщение, но покажет смещение входного тока от нуля при включении (при условии включения в худшем случае при переходе через ноль сети).Это очень четкий индикатор того, что в «реальном» трансформаторе произойдет насыщение.

Рисунок 8 — Входной ток плавного пуска полевого МОП-транзистора

Входной ток просто нарастает до максимального значения, установленного нагрузочным резистором, без скачков напряжения и возможности насыщения трансформатора. Реле замыкается через 2 секунды (не то, чтобы вы действительно заметили), а форма волны отображается с 1,4 секунды, потому что именно столько времени прошло, прежде чем MOSFET начал проводить с простым генератором линейного изменения, который я использовал.В показанной схеме пиковое рассеивание полевого МОП-транзистора составляет 63 Вт за 1,6 секунды. Среднее рассеивание за период проводимости MOSFET составляет около 25 Вт в течение периода чуть более 500 мс. Хотя вы можете подумать, что небольшой МОП-транзистор TO-220 подойдет, вам почти наверняка понадобится что-то более прочное.

Я также провел испытание на стенде, используя Variac, максимально быстро подняв от нуля до максимума, и никогда не было замечено, что насыщение трансформатора примерно вдвое превышает нормальный ток на холостом ходу .Это хороший результат, но когда добавляется специальная схема, чтобы MOSFET делал то же самое, это будет довольно сложно и довольно дорого в реализации.

Форма сигнала сильно искажена из-за нелинейной нагрузки. Вначале форма волны тока в трансформаторе представляет собой (своего рода) прямоугольную волну из-за характеристик проводимости полевого МОП-транзистора, но трансформатору это не важно. Не может быть никаких сомнений в том, что полностью разработанная схема, использующая этот принцип, настолько хороша, насколько это возможно, но, конечно, все сводится к необходимому пространству и конечной стоимости.Есть еще вопрос о необходимости. Если приложение не является критическим, вряд ли будут какие-либо требования к чему-либо более продвинутому, чем схемы, показанные ранее, с резистором (или термистором), обойденным реле примерно через 150 мс или около того. Это хорошо используемый метод, который хорошо работает и стоит довольно недорого.

Рисунок 9 — Входной ток плавного пуска с изменяемым изменением частоты

Итак, хотя я не создавал версию MOSFET, я использовал мой Variac для увеличения напряжения.Нагрузка представляла собой конденсатор емкостью 10 000 мкФ с параллельным подключением 16 Ом с тем же трансформатором, который использовался для других стендовых испытаний. Результат показан выше и является почти идеальным поведением при включении. Мне удалось разогнать Variac от нуля до 90% от полного напряжения за 11 циклов сети, и показан входной ток сети. Он имеет те же характеристики искажения, что и при моделировании, а пиковый входной ток не превышает 1,7 ампер. Ожидается, что пиковый ток полной нагрузки для этой схемы составит около 575 мА RMS, при этом пиковое значение будет около 1.8А по симулятору. Когда я запустил новое моделирование (с использованием схемы на рис. 7) и заменил «реальные» коэффициенты трансформатора на ранее смоделированную версию, я получил почти идентичные цифры с теми, которые я измерил на испытательном стенде. Это результат «учебника» во всех отношениях, с симуляцией и «реальной жизнью» в почти идеальном согласии (хотя при измерении частоты действительно запутались).

Отключение схемы на основе полевого МОП-транзистора может вызвать небольшую проблему.МОП-транзистор будет довольно раздражен, если сеть будет отключена и произойдет индуктивный откат от трансформатора. Самый простой способ решить эту проблему — использовать полевой МОП-транзистор с лавинным номиналом, то есть он предназначен для работы в условиях перенапряжения и использует контролируемый пробой для рассеивания обратной ЭДС. При тщательном выборе полевые МОП-транзисторы с лавинной номинальной мощностью благополучно выдержат переходные процессы выключения, которые могут быть обнаружены в большинстве трансформаторов. Во время отключения питания реле байпаса также должно быть отключено.Если он сначала выключен, MOSFET прерывает ток, и дуга не может быть создана, что приводит к (электрически) бесшумному переключению.


10 — Ограничение броска при управлении фазой

У нас еще нет вариантов. Как вы помните из ранее в этой статье, если питание подается на трансформатор с максимальным пиком сигнала переменного тока, бросок тока минимизируется. Если используется схема пикового детектора, не особенно сложно запустить TRIAC для включения питания на пике переменного тока, после чего как можно быстрее сработает реле.Нелинейные нагрузки могут вызвать серьезные проблемы для схем TRIAC и SCR, но идеально подходят для быстрого включения в определенное время.

Хотя этот метод хорошо работает с трансформатором, он противоположен тому, что нам нужно для конденсаторной батареи. Однако при нормальном использовании мы ожидаем, что будет иметь некоторое насыщение трансформатора, и это может быть использовано в наших интересах. Как показано в статье о пусковом токе, трансформатор, который потребляет 18 А или более, если включен при переходе через нуль, потребляет только около 4 А (пиковое значение) при включении на пике переменного тока.Этого небольшого количества насыщения может быть достаточно, чтобы ограничить пиковый ток, потребляемый колпачком (ами) фильтра после выпрямителя.

Если мы сравним пиковый бросок тока коммутируемого трансформатора с плавным пуском на основе резистора, то на самом деле ток будет немного ниже, чем при использовании резистора 50 Ом. Конечно, нам все еще нужно учитывать конденсаторы фильтра, но комбинацию насыщения и конденсаторной нагрузки невозможно смоделировать, поэтому я построил и протестировал схему с коммутацией пиков, чтобы можно было измерить результаты.Я использовал свой тестер бросков тока, чтобы включить сеть на пике формы волны сети. Хотя вы можете (по крайней мере теоретически) получить SSR с пиковым переключением, которые содержат необходимую схему для надежного срабатывания при пике сети, по большей части вам придется создавать свои собственные, потому что они, похоже, недоступны из обычных торговые точки.

Рисунок 10 — Пиковая схема переключения (с байпасным реле)

Схема управления используется для включения TRIAC, который использует пиковый детектор, чтобы гарантировать, что переключение действительно на пике.Через несколько миллисекунд обходное реле закорачивает TRIAC. При отключении питания реле байпаса должно сработать первым, и сеть отключится, когда ток пройдет через ноль. Никаких дополнительных подробностей не предоставлено, но полная схема реле переключения пиковых значений может быть предоставлена ​​в качестве проекта, если будет достаточно интереса. Выше приведена фактическая схема устройства, которое я тестировал на стенде.

Рисунок 11 — Пиковый коммутируемый входной ток с конденсаторной нагрузкой

Сигнал выше показывает, что пиковый ток равен 8.5A, при включении на пике напряжения в полностью разряженном конденсаторе емкостью 10 000 мкФ. В нем использовался тот же трансформатор, что и для сигнала, показанного на рисунках 3 и 9, но переключаемый на пике сети. Шкала составляет 1 В / А, поэтому пиковое значение 8,5 В означает 8,5 А. Хотя начальный ток определенно высок, он довольно короткий (около 5 мс), и очевидно, что от насыщения сердечника мало эффекта. Без конденсаторной нагрузки пиковый входной ток составляет около 4 А из-за насыщения (включение на пике формы волны минимизирует, но не устраняет насыщение).

Казалось бы, дополнительный вариант (по крайней мере, пока вы не увидите результатов) использовать модифицированную схему диммера (которая должна быть переднего типа). При подаче питания напряжение увеличивается от нуля до максимума с помощью фазового управления и диммера TRIAC. Обязательно отключите диммер, как только закончится период броска, иначе возможны беспорядочные срабатывания и / или электрические помехи — даже при использовании специального трехпроводного диммера (такого, как показано в Project 159).Причина в том, что TRIAC не может сработать, если у него нет тока, а форма входного сигнала сети совсем не подходит для конденсаторного входного фильтра, который используется в 99,9% проектов для любителей (а также во многих коммерческих продуктах).

Рисунок 12 — Входной ток с диммером и конденсаторной нагрузкой

На первый взгляд это кажется разумным и логичным, но на самом деле все обстоит иначе. Форма волны выше показывает, что происходит. Пускового тока как такового нет, но быстрое включение TRIAC приводит к тому, что пиковый ток достигает довольно глупого уровня, пока диммер не включится полностью.Средний ток довольно низкий (его трудно увидеть на графике осциллографа, потому что я хотел показать весь процесс, от нуля до максимума). Пиковый ток 4А, но длительность импульса мала. При низких настройках диммера период проводимости может составлять всего одну или две миллисекунды, что не может быть правильно видно на графике. По мере увеличения настройки диммера пиковый ток падает, пока он более или менее не вернется к норме.

По сравнению с Variac (или линейной схемой MOSFET) это довольно некрасиво, и трансформатор гудит, когда напряжение проходит через половину пути.Хотя это не очень красивое зрелище, но в качестве ограничителя бросков пускового тока он действительно работает — мы стремимся поддерживать низкий входной ток, и это достигается. Когда схема срабатывает при низком напряжении (в конце каждого цикла переменного тока), среднеквадратичный ток может составлять всего 400 мА, несмотря на высокий пиковый ток. Хотя это остается вариантом, я бы никогда не использовал его в каком-либо оборудовании. Однако схемы «диммера» TRIAC использовались перед трансформаторами в качестве предварительных регуляторов, и этот метод даже использовался в коммерческом усилителе мощности для модуляции напряжения питания вместе с уровнем сигнала.


9 — Непрерывные нагрузки
Усилители мощности

класса A и некоторые другие нагрузки создают большую нагрузку на трансформатор с момента включения. Любой плавный пуск для этого типа нагрузки должен быть тщательно проанализирован, чтобы гарантировать, что броски тока ограничены, и , чтобы цепь включалась нормально. Некоторые могут и не делать этого, и если вы не уверены, вам нужно провести тщательное тестирование, чтобы быть абсолютно уверенным в отсутствии опасности.

ПРИМЕЧАНИЕ: Я настоятельно рекомендую использовать вспомогательный трансформатор или автономный бестрансформаторный источник питания с
Усилитель класса A, так как это исключит любую возможность неисправности реле из-за недостаточного напряжения питания при включенных в цепь балластных резисторах.

Из-за того, что усилитель класса A постоянно работает на полной мощности, при использовании существующего источника питания (от вторичной обмотки) вы не должны опускаться ниже 200% рекомендуемого предела пускового тока. В некоторых случаях будет обнаружено, что даже в этом случае не хватает напряжения для работы реле с входными балластными резисторами в цепи.

Если это так, вы не можете использовать этот метод, или вам придется довольствоваться пусковым током, который, возможно, в 3-5 раз превышает нормальную номинальную полную мощность.Это по-прежнему значительно меньше, чем в других случаях, и помогает продлить срок службы компонентов питания, но является менее удовлетворительным. Вычисления выполняются так же, как и выше, но необходимо некоторое тестирование, чтобы гарантировать надежную работу реле каждый раз. См. Примечание выше.


10 — Строительные заметки

Электробезопасность для таких цепей имеет первостепенное значение. Предлагаемых способов установки входных балластных резисторов нет, так как это зависит от многих факторов.Как уже отмечалось, мощные термисторы NTC — хорошая идея, и поскольку они предназначены именно для этого применения, вы можете быть уверены в успехе. Они остынут, как только реле сработает, поэтому их можно снова использовать довольно быстро.

Убедитесь, что ваша проводка обеспечивает длину пути утечки не менее 5 мм и зазор между низким и опасным (сетевым) напряжением при установке резисторов. Если есть свободное место, больше пути утечки и зазоров не причинит вреда и поможет гарантировать, что барьеры электробезопасности вряд ли будут нарушены (например, внутренним мусором в результате взрыва конденсатора — и да, это может и происходит).

Для тех, кто не знает терминов, «расстояние утечки» — это физическое разделительное расстояние по поверхности (например, печатной плате).
ламинат или другой изоляционный материал), а «зазор» — это физическое расстояние в воздухе или «свободное пространство». Свободные расстояния могут быть увеличены за счет использования изоляционного материала (так что
к требованиям утечки). Любой изоляционный материал должен быть негорючим, если есть вероятность того, что очень горячие части могут стать причиной возгорания.Местные правила обычно диктуют, что /
не подходит, а диэлектрическая прочность используемого материала должна быть такой, чтобы не допустить электрического пробоя при использовании.

В качестве альтернативы можно приобрести резистор в алюминиевом корпусе с болтовым креплением. Он должен быть выбран для желаемого максимального пускового тока и должен быть рассчитан минимум на 25 Вт и с адекватным номинальным импульсным током. Совершенно необходима большая осторожность, потому что, хотя резисторы или термисторы находятся в цепи только в течение 100 миллисекунд, неисправность может привести к катастрофе.Поскольку резисторы сильно нагреваются в случае неисправности, а байпасное реле не срабатывает, простое обертывание их термоусадочной трубкой (например) не принесет никакой пользы, потому что она расплавится. Идея состоит в том, чтобы предотвратить чрезмерные внешние температуры, пока резисторы (надеюсь) не выйдут из строя и не разомкнутся. Метод, используемый с печатной платой P39, снова проще — 3 резистора по 5 Вт устанавливаются на вспомогательной плате, а выводы должны быть изогнуты, чтобы гарантировать, что резисторы не выпадут, даже если припой расплавится.Я еще не видел и не слышал о неисправности резистора или, что более важно, об угрозе электробезопасности.

Проводка реле не критична, но убедитесь, что расстояние между контактами сети и любой другой частью схемы составляет не менее 5 мм, если вы используете вспомогательный трансформатор. Для всей силовой проводки должен использоваться сетевой кабель, а соединения должны быть защищены от случайного прикосновения. Сохраняйте как можно большее расстояние между любой сетевой проводкой и низковольтной или сигнальной проводкой.

Особенно важны подключения к балластным резисторам. Поскольку они могут сильно нагреваться, если реле не сработает, необходимо следить за тем, чтобы вывод не отсоединился при расплавлении припоя, и чтобы припоя было достаточно, чтобы удерживать все вместе, и не более того. Спад припоя может вызвать короткое замыкание на корпус, что подвергнет вас или других пользователей высокому риску поражения электрическим током. В качестве альтернативы можно использовать резьбовой соединитель, который должен выдерживать высокие температуры без плавления корпуса.Доступны керамические винтовые клеммы, и они безотказно выдержат большинство «событий» перегрева.

Не используйте термоусадочные трубки в качестве изоляции для подводящих силовых проводов к балластным резисторам. Трубка из стекловолокна или силиконовой резины доступна от поставщиков электроэнергии и предназначена для работы при высоких температурах. Если вы хотите поэкспериментировать с активной схемой плавного пуска, вы должны убедиться, что она безопасна и надежна. Никаких подробностей схемы здесь не приводится, и маловероятно, что я буду разбираться в этом дальше, поскольку это слишком сложно для того, что обычно является довольно простой задачей.Мы не стремимся к совершенству, а просто стремимся к простому способу подключения трансформатора к сети без значительного пускового тока.


Заключение

В случае, если вы пропустили это в первый раз: в случае неисправности усилителя или постоянного потребления сильного тока при включении, предохранитель может не перегореть (или, по крайней мере, может не сгореть достаточно быстро, чтобы предотвратить повреждение) при питании цепи от вторичной обмотки, так как может не хватить мощности для срабатывания реле. Если вам не нравится эта идея — ИСПОЛЬЗУЙТЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР .Предохранитель может перегореть только после замыкания реле, но, по крайней мере, он перегорит. 100 мс — это не так уж и долго.

Эти схемы предназначены для ограничения максимального тока при включении. Если нет мощности для работы реле, балластные резисторы будут поглощать полное сетевое напряжение, поэтому в описанном выше примере резистора будет рассеиваться более 900 Вт! Резисторы выйдут из строя, но как долго они прослужат? Ответ на этот вопрос совершенно неизвестен (но «недолго» — хорошее предположение). Термисторы могут выжить, а могут и не выжить.

Надежность релейной цепи превыше всего. В случае выхода из строя рассеиваемая мощность балластного резистора будет очень высокой, и он перегреется, что может привести к повреждению. Худшее, что может случиться, — это то, что паяные соединения резисторов расплавятся, что приведет к отсоединению сетевого шнура и замыканию на корпус. В качестве альтернативы припой может осесть и вызвать короткое замыкание. Если вам повезет, балластные резисторы выйдут из строя до того, как произойдет полномасштабное расплавление.

Убедитесь, что сетевые подключения к резисторам выполнены, как описано выше (примечания по конструкции), чтобы избежать любой из очень опасных возможностей.Возможно, вам придется проконсультироваться с местными нормативными актами в вашей стране по вопросам безопасности электропроводки, чтобы убедиться в соблюдении всех законных требований. Если вы построите схему, которая выходит из строя и кого-то убивает, угадайте, кто виноват? Ты!

Можно использовать термовыключатель, установленный на резисторах, для отключения питания, если температура превышает установленный предел. Эти устройства доступны в качестве запасных частей.
для различных бытовых приборов, или вы можете получить их у обычного поставщика.Хотя это может показаться желательным вариантом, вполне вероятно, что резисторы выйдут из строя.
прежде, чем термовыключатель сможет сработать.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Маленькие металлические пулевидные предохранители без возврата в исходное положение имеют корпус под напряжением (он подключен к одному из входных проводов). Используйте этот тип с большой осторожностью!
Также имейте в виду, что паять эти устройства нельзя. Если вы это сделаете, тепло от пайки расплавит воск внутри термопредохранителя, и это приведет к разомкнутой цепи. Соединения следует использовать гофрированные.
или винтовые клеммы.

Здесь представлено несколько схем или идей схем, и вам решать, какую технику использовать. Автономная схема (бестрансформаторный источник питания) — неплохая идея, но может быть сложно гарантировать, что вся проводка под напряжением должным образом защищена от случайного контакта. Поскольку это целая печатная плата, этого может быть довольно сложно добиться. Аналогичные требования предъявляются к активным ограничителям броска тока, большая часть схем которых находится под напряжением сети. Хотя все можно установить в пластиковый ящик, это может стать причиной возгорания в случае серьезной неисправности.Металлический ящик решает эту проблему, но тогда его содержимое должно быть должным образом изолировано (с использованием высокотемпературных негорючих материалов), а ящик заземлен в целях безопасности.


Список литературы

  1. Ametherm SL22 20005 Термистор
  2. AN30.01.en — Указания по применению PULS
  3. Техническое примечание: повторяющиеся пиковые и пусковые токи
  4. Проблемы, связанные с пусковыми токами, вызванные лампами с электронными драйверами, и способы их устранения
  5. Motorola AN1542
  6. Высокоимпульсные нагрузочные резисторы — Vishay


Указатель статей
Основной указатель

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2017. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: страница опубликована и авторские права © декабрь 2017 г.

Что означает «мягкий запуск»?

Что означает «мягкий старт»?

Плавный запуск — это постепенное включение электронного источника питания, чтобы избежать нагрузки на компоненты из-за внезапных скачков тока или напряжения, связанных с первоначальной зарядкой конденсаторов и трансформаторов.

Функция плавного пуска в цепи источника питания сводит к минимуму протекание больших пусковых токов при первой подаче входной мощности.Поскольку питание сначала подается в цепь, конденсаторы должны быть заряжены от нуля до их конечных значений, в то время как индукторы и трансформаторы должны иметь стабилизированный поток. Точно так же интегральные схемы и другие активные компоненты должны перейти из неактивных состояний в активные состояния.

Эти действия приводят к тому, что входной импеданс цепи кажется очень низким, что приводит к протеканию больших пусковых токов. Большие входные токи могут повредить компоненты схемы и вызвать короткое замыкание, которое также может повлиять на питание от сети, следовательно, необходимо контролировать поведение схемы при включении.

Схема плавного пуска постепенно увеличивает пусковой ток от нуля до конечного значения и позволяет выходному напряжению расти медленнее, что приводит к более низкому пиковому току, необходимому для пуска.

Плавный пуск с использованием схемы задержки в диапазоне от нескольких микросекунд до секунд гарантирует, что ток и выходное напряжение будут нарастать без нагрузки на компоненты. Это позволяет конденсаторам заряжаться, трансформаторам и катушкам индуктивности — стабилизированному потоку, а ИС — переходить в активное состояние в безопасном темпе.

Существуют различные способы реализации плавного пуска с использованием дискретных компонентов или интегральных схем. Выбор зависит от номинальной мощности источника питания, конструкции схемы и желаемого периода плавного пуска, который варьируется от одной конструкции к другой.

Схема плавного пуска создает временное высокое сопротивление на входе на время, определяемое желаемым коротким периодом пуска. Как только компоненты полностью заряжены, высокое сопротивление снимается путем короткого замыкания резистивного устройства с помощью реле или переключающего устройства, такого как транзистор или тиристор.

Типичная схема плавного пуска имеет резистор, включенный последовательно с сетью питания. Он работает в течение короткого периода в несколько секунд во время включения, после чего снимается устройством отсчета времени, которое приводит в действие переключающее устройство, такое как симистор или реле. Коммутационное устройство замыкает резистор накоротко и остается в этом состоянии до отключения питания.

Существует два основных способа, которыми схема синхронизации управляет коммутирующим устройством:

  • Путем измерения периода времени
  • Определение нарастающего напряжения на защищаемых компонентах

Другой метод, хотя и не очень эффективный, — использовать термистор NTC.Он имеет высокое сопротивление в холодном состоянии, а по мере прохождения тока нагревается, и его сопротивление уменьшается. Это простое решение, которое не требует короткого замыкания переключающим устройством. Однако устройство может быть нестабильным или вызывать проблемы, если произойдет сбой питания, и питание будет восстановлено до того, как устройство остынет достаточно, чтобы достичь своего высокого сопротивления.

Рис. 1: Типичные схемы плавного пуска с использованием реле.

Реле в схемах выше можно заменить активными переключающими устройствами, такими как силовые транзисторы или тиристоры.

Время плавного пуска должно быть достаточным для зарядки конденсаторов и стабилизации трансформаторов и активных компонентов.

Помимо ограничения высоких пусковых токов, связанных с первоначальным включением питания, схемы плавного пуска также используются для последовательного включения питания, когда для питания нагрузки используются несколько источников питания.

Плавный пуск для источника питания


Схема ограничит ток через питающие провода до 5.5А примерно на 1,5 сек. По истечении этого времени реле закроется, и ток больше не будет ограничен. Это очень интересная схема, если у вас есть большой тороид с большими электролитическими крышками, подключенными к источнику питания, поскольку они будут действовать как короткие замыкания в течение небольшого времени, если они начнут заряжаться. Это устройство задержки, которое может быть подключено непосредственно к электросети. Использовать его не обязательно, но это хорошая идея, особенно если у вас большой тороидальный трансформатор мощностью более 300 ВА.Это устройство имеет схему задержки, и в течение времени задержки питание от сети подается через силовые резисторы, минимизируя, таким образом, большой пусковой ток из-за больших конденсаторов и больших тороидальных трансформаторов в блоке питания. Когда все стабилизируется, он закорачивает силовые резисторы и напрямую подает питание от сети.

Список частей

R1, R2 470K 0.25 Вт 1% мф

R3 220R 0,25 Вт 1% м.ф.

R4, R5, R6, R7 10R 5 Вт

C1 330n 250V (для прямого подключения к сети)

C2, C3 470uF 40V электр.

B1 B250C1500

Re1 24В (контакт 250В-8А)

F1 Зависит от усилителя


Accurate LC Meter

Создайте свой собственный Accurate LC Meter (измеритель индуктивности емкости) и начните создавать свои собственные катушки и индукторы.Этот LC-метр позволяет измерять невероятно малые индуктивности, что делает его идеальным инструментом для изготовления всех типов ВЧ-катушек и индукторов. LC Meter может измерять индуктивность от 10 до 1000 нГн, 1 мкГн — 1000 мкГн, 1 мГн — 100 мГн и емкости от 0,1 пФ до 900 нФ. Схема включает автоматический выбор диапазона, а также переключатель сброса и обеспечивает очень точные и стабильные показания.

PIC Вольт-амперметр

Вольт-амперметр измеряет напряжение 0-70 В или 0-500 В с разрешением 100 мВ и потребление тока 0-10 А или более с разрешением 10 мА.Счетчик является идеальным дополнением к любым источникам питания, зарядным устройствам и другим электронным проектам, в которых необходимо контролировать напряжение и ток. В измерителе используется микроконтроллер PIC16F876A с ЖК-дисплеем с подсветкой 16×2.

Частотомер / счетчик 60 МГц

Частотомер / счетчик измеряет частоту от 10 Гц до 60 МГц с разрешением 10 Гц. Это очень полезное стендовое испытательное оборудование для тестирования и определения частоты различных устройств с неизвестной частотой, таких как генераторы, радиоприемники, передатчики, функциональные генераторы, кристаллы и т. Д.

1 Гц — 2 МГц XR2206 Функциональный генератор

1 Гц — 2 МГц Функциональный генератор XR2206 выдает высококачественные синусоидальные, квадратные и треугольные сигналы с высокой стабильностью и точностью. Формы выходных сигналов могут модулироваться как по амплитуде, так и по частоте. Выход 1 Гц — 2 МГц Функциональный генератор XR2206 может быть подключен непосредственно к счетчику 60 МГц для настройки точной выходной частоты.

BA1404 HI-FI стерео FM-передатчик

Будьте в прямом эфире со своей собственной радиостанцией! BA1404 HI-FI стерео FM-передатчик передает высококачественный стереосигнал в FM-диапазоне 88–108 МГц.Его можно подключить к любому типу стереофонического аудиоисточника, например iPod, компьютеру, ноутбуку, CD-плееру, Walkman, телевизору, спутниковому ресиверу, магнитофонной кассете или другой стереосистеме для передачи стереозвука с превосходной четкостью по всему дому, офису, двору или палаточный лагерь.

USB IO Board

USB IO Board — это крошечная впечатляющая маленькая плата разработки / замена параллельного порта с микроконтроллером PIC18F2455 / PIC18F2550.Плата USB IO совместима с компьютерами Windows / Mac OSX / Linux. При подключении к плате ввода-вывода Windows будет отображаться как COM-порт RS232. Вы можете управлять 16 отдельными выводами ввода / вывода микроконтроллера, отправляя простые последовательные команды. Плата USB IO получает питание от порта USB и может обеспечить до 500 мА для электронных проектов. Плата USB IO совместима с макетной платой.

Комплект измерителя ESR / емкости / индуктивности / транзистора Комплект измерителя ESR

— это удивительный мультиметр, который измеряет значения ESR, емкость (100 пФ — 20 000 мкФ), индуктивность, сопротивление (0.1 Ом — 20 МОм),

тестирует множество различных типов транзисторов, таких как NPN, PNP, полевые транзисторы, полевые МОП-транзисторы, тиристоры, тиристоры, симисторы и многие типы диодов.

Он также анализирует такие характеристики транзистора, как напряжение и коэффициент усиления. Это незаменимый инструмент для поиска и устранения неисправностей и ремонта электронного оборудования путем определения производительности и исправности электролитических конденсаторов. В отличие от других измерителей ESR, которые измеряют только значение ESR, этот измеритель одновременно измеряет значение ESR конденсатора, а также его емкость.

Комплект усилителя для наушников для аудиофилов

Комплект усилителя для наушников для аудиофилов включает в себя высококачественные компоненты аудиосистемы, такие как операционный усилитель Burr Brown OPA2134, потенциометр регулировки громкости ALPS, разветвитель шины Ti TLE2426, фильтрующие конденсаторы Panasonic FM с ультранизким ESR 220 мкФ / 25 В, Высококачественные входные и развязывающие конденсаторы WIMA и резисторы Vishay Dale. Разъем для микросхем 8-DIP позволяет заменять OPA2134 на многие другие микросхемы двойных операционных усилителей, такие как OPA2132, OPA2227, OPA2228, двойной OPA132, OPA627 и т. Д.Усилитель для наушников достаточно мал, чтобы поместиться в жестяной коробке Altoids, и благодаря низкому энергопотреблению может питаться от одной батареи на 9 В.

Комплект прототипа Arduino

Прототип Arduino — это впечатляющая плата для разработки, полностью совместимая с Arduino Pro. Он совместим с макетной платой, поэтому его можно подключить к макетной плате для быстрого прототипирования, и на обеих сторонах печатной платы имеются выводы питания VCC и GND.Он небольшой, энергоэффективный, но настраиваемый с помощью встроенной перфорированной платы 2 x 7, которую можно использовать для подключения различных датчиков и разъемов. Arduino Prototype использует все стандартные компоненты со сквозными отверстиями для легкой конструкции, два из которых скрыты под разъемом IC. Плата оснащена 28-контактным разъемом DIP IC, заменяемым пользователем микроконтроллером ATmega328 с загрузчиком Arduino, кварцевым резонатором 16 МГц и переключателем сброса. Он имеет 14 цифровых входов / выходов (0-13), из которых 6 могут использоваться как выходы ШИМ и 6 аналоговых входов (A0-A5).Эскизы Arduino загружаются через любой USB-последовательный адаптер, подключенный к 6-контактному гнезду ICSP. Плата питается напряжением 2-5 В и может питаться от аккумулятора, такого как литий-ионный элемент, два элемента AA, внешний источник питания или адаптер питания USB.

4-канальный беспроводной пульт дистанционного управления с частотой 433 МГц, 200 м

Возможность беспроводного управления различными приборами внутри или снаружи дома является огромным удобством и может сделать вашу жизнь намного проще и веселее.Радиочастотный пульт дистанционного управления обеспечивает дальность действия до 200 м / 650 футов и может найти множество применений для управления различными устройствами, и он работает даже через стены. Вы можете управлять освещением, вентиляторами, системой переменного тока, компьютером, принтером, усилителем, роботами, гаражными воротами, системами безопасности, занавесками с электроприводом, моторизованными оконными жалюзи, дверными замками, разбрызгивателями, моторизованными проекционными экранами и всем остальным, о чем вы можете подумать.

Простая схема плавного пуска обеспечивает длительное время запуска

Загрузите эту статью в формате.Формат PDF

Многим преобразователям постоянного тока требуется относительно большой входной ток при запуске (при первой подаче входной мощности). Функция плавного пуска минимизирует этот большой входной ток путем постепенного увеличения предела тока переключения при запуске, замедления скорости нарастания выходного напряжения и уменьшения пикового тока, необходимого при запуске.

Некоторые ИС импульсных стабилизаторов включают короткий период плавного пуска (от 100 мкс до 3 мс), но в некоторых случаях пусковые токи все еще достаточно велики, чтобы вызвать проблемы.Основная проблема возникает, когда входной источник питания импульсного регулятора ограничен по току или имеет плохую регулировку нагрузки, что приводит к падению входного напряжения, когда требуются большие пусковые токи.

Из-за характеристики отрицательного сопротивления, связанной с входами многих переключателей, недостаточное время плавного пуска приведет к высоким входным токам, что приведет к отключению источника входного напряжения. При более низком входном напряжении импульсный стабилизатор требует еще большего входного тока для правильного запуска.Это, в свою очередь, еще больше снизит входное напряжение, что приведет к срабатыванию защелки. В состоянии фиксации входной ток относительно высок, входное напряжение понижено, а выход импульсного регулятора никогда не достигает своего регулируемого значения. Из-за зарядки выходного конденсатора этот высокий пусковой ток может существовать даже без нагрузки на выходе коммутатора.

Помимо минимизации высокого пускового тока, связанного с импульсными регуляторами, функция плавного пуска также может использоваться для задания последовательности подачи питания.В некоторых ситуациях, когда присутствует несколько регулируемых напряжений, может быть необходимо, чтобы одно или несколько напряжений поднялись после того, как основное питание появилось и стабилизировалось.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee2101e8» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2016 02 Рисунок 01 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/1998/06/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2016_02_figure_01.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

Схема в пунктирной рамке на рис. 1 может применяться ко многим различным типам импульсных регуляторов, включая понижающий, повышающий, обратный и SEPIC. Он обеспечивает функцию плавного пуска за счет медленного увеличения предельного тока переключения, тем самым контролируя скорость нарастания выходного напряжения. При запуске выходное напряжение линейно увеличивается со временем нарастания от миллисекунд до секунд, в зависимости от емкости конденсатора.Контакт компенсации (вывод V C ) во многих ИС импульсных стабилизаторов тока является выходом усилителя ошибки, который напрямую регулирует максимальный ток через переключатель. Ограничивая напряжение на выводе V C , можно управлять током.

На Рисунке 1 схема работает следующим образом. При запуске, когда впервые подается входное напряжение или когда вход отключения становится высоким, выходное напряжение регулятора начинает расти. Конденсатор плавного пуска (C SS ) начинает заряжаться через эмиттер-базу Q1, в результате чего коллектор начинает опускаться на компенсационный вывод (V C ) (вывод 6), тем самым снижая предел тока переключателя.Из-за этой петли обратной связи ток заряда конденсатора плавного пуска составляет постоянную величину 10 мкА, которая определяется R1 (68 кОм) и V BE (≈680 мВ) Q1.

Когда выходное напряжение регулятора стабилизируется и конденсатор плавного пуска заряжен, транзистор выключается и схема импульсного стабилизатора работает нормально. R2 ограничивает ток разряда C SS при отключении питания для защиты эмиттерной базы Q1. Следующая формула может использоваться для определения общего времени запуска для различных выходных напряжений и значений конденсатора плавного пуска:

t = C SS * V OUT /10 мкА

На двух фотографиях на Рисунке 2 показаны входной ток и выходное напряжение понижающей схемы импульсного стабилизатора при запуске.

% {[data-embed-type = «image» data-embed-id = «5df275edf6d5f267ee2101ea» data-embed-element = «aside» data-embed-align = «left» data-embed-alt = «Сайты электронного дизайна Electronicdesign com Загрузка файлов 2016 02 Рисунок 02 «data-embed-src =» https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/1998/06/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2016_02_figure_02.patng max & w = 1440 «data-embed-caption =» «]}%

На левой фотографии показаны характеристики регулятора без внешней схемы плавного пуска, а на правой фотографии показан эффект от внешней схемы плавного пуска, показанной на Рисунке 1.Как показано на правом фото, входной импульсный ток 3,8 А полностью устранен, а выходное напряжение линейно увеличивается примерно за 5,5 мс. Если требуется более быстрое или более медленное время нарастания, можно использовать конденсаторы других номиналов. Хотя на фотографиях использовалась понижающая (понижающая) конфигурация регулятора, другие топологии дадут аналогичные результаты.

Загрузите эту статью в формате .PDF

SMPS — СПОСОБЫ ЗАПУСКА



1 ВВЕДЕНИЕ

Действие плавного пуска сильно отличается от описанного ограничения пускового тока.
в разделе 7, хотя эти две функции дополняют друг друга.Оба действия
уменьшить пусковой ток питания при первом включении
период. Однако, в то время как ограничение пускового тока напрямую ограничивает ток
во входные конденсаторы, плавный пуск действует на управление преобразователем
цепь, чтобы дать постепенно увеличивающуюся нагрузку, обычно за счет увеличения
ширина импульса. Этот прогрессивный пуск не только снижает пусковой ток.
нагрузка на выходные конденсаторы и компоненты преобразователя, это также снижает
проблемы «удвоения потока» трансформатора в двухтактных и
мостовые топологии.Это нормальная практика с
импульсные источники питания для передачи линейного входа непосредственно на выпрямитель
и большие накопительные и / или фильтрующие конденсаторы через низкоомный шум
фильтр. Для предотвращения больших пусковых токов при первоначальном включении, управление пусковым током
схемотехника обычно предусмотрена. В больших энергосистемах ограничение пускового тока
часто состоит из последовательного резистора, закороченного симистором, SCR,
или реле, когда входные конденсаторы полностью заряжены. (Часть 1, Раздел
7 показаны типовые схемы управления пусковым током.) Чтобы разрешить входные конденсаторы
для полной зарядки при запуске необходимо отложить запуск
преобразователя мощности, чтобы он не потреблял ток от входа
конденсаторы, пока они не будут полностью заряжены. Если конденсаторов нет
полностью заряжен, произойдет скачок тока, когда
SCR или симистор работают в обход последовательного резистора, ограничивающего броски тока.
Кроме того, если преобразователю было разрешено запускаться с максимальным импульсом
ширины, в выходных конденсаторах будет большой скачок тока.
и индукторы, что приводит к выбросу выходного напряжения из-за
большой ток в выходной катушке индуктивности и, возможно, эффекты насыщения
в главном трансформаторе.

Для решения этих проблем с запуском предусмотрена задержка запуска и плавный запуск.
Процедура обычно обеспечивается схемой управления. Это задержит
первоначальное включение преобразователя и разрешение входных конденсаторов
для полной зарядки. После задержки цепь управления плавным пуском должна
запустите преобразователь с нуля и медленно увеличивайте выходное напряжение.
Это обеспечит рабочие условия трансформатора и выходного индуктора.
быть правильно установленным.Это предотвратит «удвоение потока» в
двухтактные схемы. Поскольку выходные напряжения равны
медленно устанавливается, всплеск тока вторичной катушки индуктивности и тенденция
для выброса выходного напряжения уменьшаются.

2 ЦЕПЬ ПЛАВНОГО ПУСКА

Типичная схема плавного пуска показана на фиг. 9.1. Это работает как
следует:

РИС. 9.1 Схема плавного пуска для ИИП с контролем рабочего цикла.

При первом включении питания C1 разряжается.Увеличение
напряжение на линии питания 10 В будет принимать инвертирующий вход усилителя
A1 положительный, запрещающий выход широтно-импульсного модулятора. Транзистор
Q1 будет включен через R2, сохраняя C1 разряженным до 300 В постоянного тока.
линия к цепи преобразователя установлена ​​на напряжение, превышающее
200 В.

В этот момент ZD1 начнет проводить, а Q1 выключится. C1
теперь будет заряжаться через R3, принимая напряжение на инвертирующем входе
A1 к нулю и позволяя выходу широтно-импульсного модулятора
подавать в схему возбуждения все более широкие импульсы до тех пор, пока не потребуется
выходное напряжение было развито.

Когда установлено правильное выходное напряжение, усилитель A2 принимает
контроль напряжения на инвертирующем входе усилителя А1. C1
продолжит зарядку через R3, диод обратного смещения D2 и снятие
влияние С1 от действия модулятора.

При отключении питания C1 быстро разряжается через D3,
сброс C1 для следующего действия запуска. D1 предотвращает обратное смещение Q1
более чем на прямое падение напряжения на диоде при высоком входном напряжении.

Эта схема обеспечивает не только задержку включения и плавный пуск, но и
дает низковольтное запрещающее действие, предотвращая запуск преобразователя
до полного установления напряжения питания.

Возможны многие вариации этого основного принципа. ИНЖИР. 9.2 показывает
система плавного пуска, примененная к схеме пуска транзистора по фиг. 8.2.
В этом примере вход ZD2 не будет высоким и инициировать мягкий
запускайте до тех пор, пока вспомогательный конденсатор C3 не зарядится и Q1 не выключится.Следовательно, в этой схеме входное и вспомогательное напряжение питания должны
должны быть правильно установлены, прежде чем можно будет инициировать действие плавного пуска.
Это обеспечит запуск преобразователя при правильном управлении.
условия.

3 БЛОКИРОВКА НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Во многих конструкциях с переключаемым режимом необходимо исключить преобразователь мощности.
действие, когда входное напряжение питания слишком низкое для обеспечения надлежащей работы.

Для цепей управления преобразователем, привода и переключения мощности требуется
правильное напряжение питания для обеспечения четко определенного действия переключения.Во многих случаях попытки работать ниже минимального входного напряжения будут
привести к выходу из строя силовых переключателей из-за нечеткого привода
условия и ненасыщенное переключение мощности.

Обычно тот же сигнал запрета напряжения, который предотвращает начальное
пусковое действие до тех пор, пока напряжение питания не станет достаточно высоким для обеспечения правильного
операция также будет использоваться для отключения преобразователя в четко определенном
способ, если напряжение упадет ниже второго минимального напряжения.

Схема блокировки низкого напряжения часто связана с плавным пуском.
система, чтобы блок не включился при нормальном плавном пуске.
до тех пор, пока не будет установлено правильное рабочее напряжение. Это также обеспечивает
задержка, необходимая для плавного пуска, предотвращающая гонку при запуске
условия.

Типичная схема плавного пуска с блокировкой низкого напряжения показана на
ИНЖИР. 9.2. В этой схеме достаточное гистерезисное действие обеспечивается за счет
вспомогательная обмотка для предотвращения скрипа на пороге включения.(В этом контексте «скручивание» относится к быстрому «включению-выключению»
действие, которое в противном случае произошло бы на пороге низкого напряжения в результате
изменения входного напряжения, вызванного нагрузкой.)

4 ВИКТОРИНА

1. При каких условиях может рассматриваться схема пуска импульсного типа
подходящая стартовая техника?

2.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *