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

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

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

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.

Схема устройства плавного пуска для усилителей

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

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.

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.

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.

Плавный пуск для импульсных БП

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.

• 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

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

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.

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.

• 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.

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.

В следующей таблице показана стоимость решения на основе MOSFET.

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.