Cos f плавно зареждане на кондензатори. Плавно зареждане на капацитет: какво да избера? Сергей Чемезов: Rostec вече е една от десетте най-големи инженерни корпорации в света

При проектирането захранвания за усилвателиЧесто възникват проблеми, които нямат нищо общо със самия усилвател или са следствие от използваната елементна база. Така и в захранванията транзисторни усилвателиПри висока мощност често възниква проблемът с внедряването на плавно включване на захранването, т.е. осигуряването на бавно зареждане на електролитни кондензатори в изглаждащия филтър, който може да има много значителен капацитет и, без да се предприемат подходящи мерки, просто ще повреда на токоизправителните диоди в момента на включване.

При захранващи устройства за лампови усилватели с всякаква мощност е необходимо да се осигури забавяне на захранването високо анодно напрежениепреди загряване на лампите, за да се избегне преждевременно изтощаване на катода и в резултат на това значително намаляване на живота на лампата. Разбира се, когато се използва токоизправител кенотрон, този проблем се решава сам. Но ако използвате конвенционален мостов токоизправител с LC филтър, не можете да правите без допълнително устройство.

И двата горни проблема могат да бъдат решени с просто устройство, което може лесно да бъде вградено както в транзистор, така и в лампов усилвател.

Схема на устройството.

Схематичната диаграма на устройството за плавен старт е показана на фигурата:

Кликнете за уголемяване

Променливото напрежение на вторичната намотка на трансформатора TP1 се коригира от диодния мост Br1 и се стабилизира от вградения стабилизатор VR1. Резистор R1 осигурява плавно зареждане на кондензатора C3. Когато напрежението в него достигне прагова стойност, транзисторът T1 ще се отвори, което ще накара релето Rel1 да работи. Резистор R2 осигурява разреждането на кондензатора C3, когато устройството е изключено.

Опции за включване.

Контактната група на релето Rel1 се свързва в зависимост от вида на усилвателя и организацията на захранването.

Например, за да се осигури плавно зареждане на кондензаторите в захранването транзисторен усилвател на мощността, представеното устройство може да се използва за заобикаляне на баластния резистор след зареждане на кондензаторите, за да се елиминират загубите на мощност върху него. Възможна опция за свързване е показана на диаграмата:

Стойностите на предпазителя и баластния резистор не са посочени, тъй като те са избрани въз основа на мощността на усилвателя и капацитета на изглаждащите филтърни кондензатори.

В тръбен усилвател представеното устройство ще помогне да се организира забавяне на захранването високо анодно напрежениепреди лампите да се загреят, което може значително да удължи техния експлоатационен живот. Възможна опция за включване е показана на фигурата:

Веригата за забавяне тук се включва едновременно с трансформатора с нажежаема жичка. След като лампите се загреят, релето Rel1 ще се включи, в резултат на което мрежовото напрежение ще бъде подадено към анодния трансформатор.

Ако вашият усилвател използва един трансформатор за захранване както на веригите с нажежаема жичка на лампата, така и на анодното напрежение, тогава контактната група на релето трябва да бъде преместена към веригата на вторичната намотка анодно напрежение.

Елементи на веригата за забавяне на включване (мек старт):

• Предпазител: 220V 100mA,
• Трансформатор: всеки с ниска мощност с изходно напрежение 12-14V,
• Диоден мост: всеки малък с параметри 35V/1A и по-високи,
• Кондензатори: C1 - 1000uF 35V, C2 - 100nF 63V, C3 - 100uF 25V,
• Резистори: R1 - 220 kOhm, R2 - 120 kOhm,
• Транзистор: IRF510,
• Интегрален стабилизатор: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
• Реле: с работно напрежение на намотката 9V (12V за 7812) и контактна група с подходяща мощност.

Поради ниската консумация на ток може да се монтира стабилизаторен чип и полеви транзистор без радиатори.

Въпреки това, някой може да има идея да се откаже от допълнителния, макар и малък трансформатор и да захранва веригата за забавяне от напрежението на нажежаемата жичка. Като се има предвид, че стандартната стойност на напрежението на нажежаемата жичка е ~6.3V, ще трябва да смените стабилизатора L7809 с L7805 и да използвате реле с работно напрежение на намотката 5V. Такива релета обикновено консумират значителен ток, в който случай микросхемата и транзисторът ще трябва да бъдат оборудвани с малки радиатори.

Когато използвате реле с намотка от 12 V (някак по-често), интегрираният чип на стабилизатор трябва да бъде заменен с 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

Със стойностите на резистора R1 и кондензатора C3, посочени на диаграмата закъснениевключванията са от порядъка 20 секунди. За да увеличите интервала от време, е необходимо да увеличите капацитета на кондензатора C3.

Статията е подготвена по материали от списание "Аудио Експрес"

Безплатен превод от главния редактор на РадиоГазета.

Ако свържете резистор и кондензатор, ще получите може би една от най-полезните и универсални схеми.

Днес реших да говоря за многото начини да го използвам. Но първо за всеки елемент поотделно:

Задачата на резистора е да ограничава тока. Това е статичен елемент, чието съпротивление не се променя, сега не говорим за топлинни грешки - те не са твърде големи. Токът през резистор се определя от закона на Ом - I=U/R, където U е напрежението на клемите на резистора, R е неговото съпротивление.

Кондензаторът е по-интересно нещо. Той има интересно свойство - когато е разреден, той се държи почти като късо съединение - токът тече през него без ограничения, бързайки към безкрайност. И напрежението върху него клони към нула. Когато се зареди, става като прекъсване и токът спира да тече през него, а напрежението върху него става равно на източника на зареждане. Получава се интересна връзка - има ток, няма напрежение, има напрежение - няма ток.

За да визуализирате този процес, представете си балон... хм... балон, който е пълен с вода. Водният поток е течение. Водното налягане върху еластичните стени е еквивалентно на напрежение. Сега вижте, когато топката е празна - водата тече свободно, има голям ток, но все още почти няма налягане - напрежението е ниско. След това, когато топката се напълни и започне да се съпротивлява на натиска, поради еластичността на стените, скоростта на потока ще се забави и след това ще спре напълно - силите са равни, кондензаторът е зареден. Има напрежение по опънатите стени, но няма ток!

Сега, ако премахнете или намалите външното налягане, премахнете източника на енергия, тогава водата ще тече обратно под въздействието на еластичността. Освен това токът от кондензатора ще тече обратно, ако веригата е затворена и напрежението на източника е по-ниско от напрежението в кондензатора.

Капацитет на кондензатора. Какво е това?
Теоретично във всеки идеален кондензатор може да се нагнети заряд с безкраен размер. Просто нашата топка ще се разтегне повече и стените ще създадат повече натиск, безкрайно повече натиск.
Ами тогава Фарадите, какво пише отстрани на кондензатора като индикатор за капацитет? И това е просто зависимостта на напрежението от заряда (q = CU). За малък кондензатор увеличението на напрежението от зареждането ще бъде по-високо.

Представете си две чаши с безкрайно високи стени. Едната е тясна, като епруветка, другата е широка, като леген. Нивото на водата в тях е напрежение. Долната част е контейнерът. И двете могат да се напълнят с един и същ литър вода - еднакъв заряд. Но в епруветка нивото ще скочи с няколко метра, а в леген ще се пръсне на самото дъно. Също така в кондензатори с малък и голям капацитет.
Можете да го напълните колкото искате, но напрежението ще бъде различно.

Освен това в реалния живот кондензаторите имат пробивно напрежение, след което престава да бъде кондензатор, но се превръща в използваем проводник :)

Колко бързо се зарежда кондензаторът?
При идеални условия, когато имаме безкрайно мощен източник на напрежение с нулево вътрешно съпротивление, идеални свръхпроводящи проводници и абсолютно безупречен кондензатор, този процес ще се случи моментално, с време равно на 0, както и разрядът.

Но в действителност винаги има съпротивление, явно - като банален резистор или имплицитно, като съпротивлението на проводниците или вътрешното съпротивление на източник на напрежение.
В този случай скоростта на зареждане на кондензатора ще зависи от съпротивлението във веригата и капацитета на кондензатора, а самият заряд ще протича според експоненциален закон.

И този закон има няколко характерни величини:

• T - времева константа, това е времето, в което стойността достига 63% от своя максимум. 63% не е взето случайно; то е пряко свързано с формулата СТОЙНОСТ T =max—1/e*max.
• 3T - и при три пъти по-голяма константа стойността ще достигне 95% от своя максимум.

Времеконстанта за RC верига T=R*C.

Колкото по-ниско е съпротивлението и по-малък е капацитетът, толкова по-бързо се зарежда кондензаторът. Ако съпротивлението е нула, тогава времето за зареждане е нула.

Нека изчислим колко време ще отнеме на 1uF кондензатор да се зареди до 95% чрез резистор 1kOhm:
T= C*R = 10 -6 * 10 3 = 0,001c
3T = 0.003s След това време напрежението на кондензатора ще достигне 95% от напрежението на източника.

Освобождаването ще следва същия закон, само че с главата надолу. Тези. след време T на кондензатора остава само 100% - 63% = 37% от първоначалното напрежение, а след 3T още по-малко - мижавите 5%.

Е, всичко е ясно с подаването и освобождаването на напрежение. Какво ще стане, ако напрежението е приложено и след това е повишено допълнително на стъпки, а след това също е разредено на стъпки? Ситуацията тук практически няма да се промени - напрежението се е повишило, кондензаторът е зареден към него по същия закон, със същата времеконстанта - след време от 3T напрежението му ще бъде 95% от новия максимум.
Падна малко - презареди се и след 3Т напрежението върху него ще е с 5% по-високо от новия минимум.
Какво ви казвам, по-добре е да го покажете. Тук в multisim създадох умен генератор на стъпкови сигнали и го подадох към интегриращата RC верига:

Вижте как се люлее :) Имайте предвид, че и зареждането, и разреждането, независимо от височината на стъпалото, са винаги с еднаква продължителност!!!

До каква стойност може да се зареди кондензатор?
На теория, ad infinitum, нещо като топка с безкрайно опънати стени. Реално топката рано или късно ще се спука и кондензатора ще пробие и ще даде на късо. Ето защо всички кондензатори имат важен параметър - крайно напрежение. На електролитите често се пише отстрани, но на керамичните трябва да се търси в справочниците. Но там обикновено е от 50 волта. Като цяло, когато избирате кондензатор, трябва да се уверите, че максималното му напрежение не е по-ниско от това във веригата. Ще добавя, че когато изчислявате кондензатор за променливо напрежение, трябва да изберете максимално напрежение 1,4 пъти по-високо. защото при променливо напрежение е посочена ефективната стойност, а моментната стойност при максимума я надвишава 1,4 пъти.

Какво следва от горното? И факт е, че ако към кондензатора се приложи постоянно напрежение, той просто ще се зареди и това е. Това е мястото, където забавлението свършва.

Ами ако изпратите променлива? Очевидно е, че той ще се зарежда или разрежда и токът ще тече напред-назад във веригата. Движение! Има ток!

Оказва се, че въпреки физическото прекъсване на веригата между плочите, променливият ток лесно преминава през кондензатора, но постоянният ток тече слабо.

Какво ни дава това? И фактът, че кондензаторът може да служи като вид сепаратор за разделяне на променлив и постоянен ток в съответните компоненти.

Всеки променлив във времето сигнал може да бъде представен като сума от два компонента - променлив и постоянен.

Например класическата синусоида има само променлива част, а константата е нула. При постоянен ток е обратното. Ами ако имаме изместена синусоида? Или постоянно със смущения?

AC и DC компонентите на сигнала се разделят лесно!
Малко по-нагоре ви показах как кондензаторът се зарежда и разрежда при промяна на напрежението. Така че променливият компонент ще премине през кондера с гръм и трясък, защото само принуждава кондензатора активно да променя своя заряд. Константата ще остане такава, каквато е била и ще бъде залепена на кондензатора.

Но за да може кондензаторът ефективно да отдели променливия компонент от постоянния, честотата на променливия компонент не трябва да бъде по-ниска от 1/T

Възможни са два типа активиране на RC верига:
Интегриране и диференциране. Те също са нискочестотен филтър и високочестотен филтър.

Нискочестотният филтър пропуска постоянната компонента без промени (тъй като честотата му е нула, няма къде по-ниска) и потиска всичко по-високо от 1/T. Директният компонент преминава директно, а променливият компонент се охлажда към земята през кондензатор.
Такъв филтър се нарича още интегрираща верига, тъй като изходният сигнал е, така да се каже, интегриран. Помните ли какво е интеграл? Площ под кривата! Това е мястото, където излиза.

И се нарича диференцираща верига, защото на изхода получаваме диференциала на входната функция, който не е нищо повече от скоростта на промяна на тази функция.

• В секция 1 кондензаторът е зареден, което означава, че през него протича ток и ще има спад на напрежението в резистора.
• В секция 2 има рязко увеличение на скоростта на зареждане, което означава, че токът ще се увеличи рязко, последвано от спад на напрежението в резистора.
• В секция 3 кондензаторът просто държи съществуващия потенциал. През него не протича ток, което означава, че напрежението през резистора също е нула.
• Е, в 4-та секция кондензаторът започна да се разрежда, защото... входният сигнал е станал по-нисък от неговото напрежение. Токът е преминал в обратна посока и вече има отрицателен спад на напрежението на резистора.

И ако приложим правоъгълен импулс към входа с много стръмни ръбове и направим капацитета на кондензатора по-малък, ще видим игли като тези:

правоъгълник. Добре какво? Точно така – производната на линейна функция е константа, наклонът на тази функция определя знака на константата.

Накратко, ако в момента посещавате курс по математика, тогава можете да забравите за безбожния Mathcad, отвратителния Maple, да изхвърлите матричната ерес на Matlab от главата си и, като извадите шепа аналогови разхлабени неща от скривалището си, да се запоите наистина ИСТИНСКИ аналогов компютър :) Учителят ще бъде шокиран :)

Вярно е, че интеграторите и диференциаторите обикновено не се правят само с помощта на резистори; тук се използват операционни усилватели. Засега можете да търсите в гугъл тези неща, интересно нещо :)

И тук подадох нормален правоъгълен сигнал към два високочестотни и нискочестотни филтъра. И изходите от тях към осцилоскопа:

Ето един малко по-голям раздел:

При стартиране кондензатора е разреден, токът през него е пълен, а напрежението върху него е нищожно - на входа RESET има сигнал за нулиране. Но скоро кондензаторът ще се зареди и след време T напрежението му вече ще бъде на нивото на логическото и сигналът за нулиране вече няма да се изпраща на RESET - MK ще започне.
И за AT89C51необходимо е да се организира точно обратното на RESET - първо се подава единица, а след това нула. Тук ситуацията е обратната - докато кондензаторът не е зареден, тогава през него протича голям ток Uc - спадът на напрежението върху него е малък Uc = 0. Това означава, че RESET се захранва с напрежение, малко по-ниско от захранващото напрежение Usupply-Uc=Upsupply.
Но когато кондензаторът се зареди и напрежението върху него достигне захранващото напрежение (Upit = Uc), тогава на щифта RESET вече ще има Upit-Uc = 0

Аналогови измервания
Но нямайте предвид веригите за нулиране, където е по-забавно да използвате способността на RC веригата да измерва аналогови стойности с микроконтролери, които нямат ADC.
Това използва факта, че напрежението на кондензатора расте стриктно по същия закон - експоненциално. В зависимост от проводника, резистора и захранващото напрежение. Това означава, че може да се използва като референтно напрежение с предварително известни параметри.

Работи просто, прилагаме напрежение от кондензатора към аналогов компаратор и свързваме измереното напрежение към втория вход на компаратора. И когато искаме да измерим напрежението, просто първо издърпваме щифта надолу, за да разредим кондензатора. След това го връщаме в режим Hi-Z, нулираме го и стартираме таймера. И тогава кондензаторът започва да се зарежда през резистора и веднага щом компараторът съобщи, че напрежението от RC е настигнало измереното, спираме таймера.

Знаейки според кой закон се увеличава с течение на времето референтното напрежение на RC веригата, а също така знаейки колко дълго тиктака таймерът, можем доста точно да разберем на какво е било равно измереното напрежение в момента на задействане на компаратора. Освен това тук не е необходимо да броите експоненти. В началния етап на зареждане на кондензатора можем да приемем, че зависимостта там е линейна. Или, ако искате по-голяма точност, приближете експонентата с линейни функции на части, а на руски начертайте приблизителната му форма с няколко прави линии или създайте таблица на зависимостта на стойност от времето, накратко, методите са прости.

Ако трябва да имате аналогов превключвател, но нямате ADC, тогава дори не е необходимо да използвате компаратор. Разклатете крака, на който виси кондензаторът, и го оставете да се зарежда през променлив резистор.

Чрез промяна на T, което, нека ви напомня, T = R * C и знаейки, че имаме C = const, можем да изчислим стойността на R. Освен това, отново, не е необходимо да свързваме математическия апарат тук, в повечето в случаите е достатъчно да се направят измервания в някои условни папагали, като таймери. Или можете да отидете по друг начин, не сменяйки резистора, а промените капацитета, например, като свържете капацитета на тялото си към него... какво ще стане? Точно така - сензорни бутони!

Ако нещо не е ясно, тогава не се притеснявайте, скоро ще напиша статия за това как да прикачите аналогово оборудване към микроконтролер, без да използвате ADC. Там ще обясня всичко подробно.

Имате страхотни фойерверки. Веднага щом пробият няколко светодиода, напрежението на LM317 ще скочи до границата и ще има страхотен взрив.

1000 микрофарада при 450v = 80 джаула. В случай на проблеми, кондензаторът изсъхва толкова много, че не изглежда достатъчно. Но ще има проблеми, тъй като поставяте кондензатора без абсолютно никакъв резерв в среда, където дори 1kV може да бъде уловен в импулс на входа.

Съвет - направи нормален импулсен драйвер. И не този кръг от „сръчни ръце“ без галванична изолация и филтри.

Дори ако условно приемем тази схема за правилна, трябва да поставите керамични кондензатори около LM317, така че да не звъни.

И да, ограничаването на тока от транзистор се прави по различен начин - във вашата верига той просто ще избухне, защото първоначално мрежа ще бъде прикрепена към E-K прехода.

И вашият делител ще приложи 236 волта към EB прехода, което също ще доведе до експлозия на транзистора.

След няколко уточнения най-накрая стана ясно какво искате да постигнете: общ източник на захранване за няколко вериги от светодиоди, свързани последователно. Смятате, че основният проблем е плавното зареждане на филтърния кондензатор. Според мен в една такава схема има няколко много по-критични места. Но първо по темата на въпроса.

1000 μF е стойност, подходяща за ток на натоварване от 0,5...3 ампера, а не за десетки милиампери (там 22...50 μF е достатъчно). Транзисторът може да бъде инсталиран, ако трябва да направите плавно увеличаване на яркостта за 4...20 секунди - но имате няколко гирлянди! Наистина ли трябва да започнат в целия апартамент по едно и също време? А относно превключвателите - вместо стандартните, които превключват веригата ~220 волта, искате ли да превключите веригата ~310 волта, като поставите ключ между кондензатора и гирлянда? Това решение изглежда поне по някакъв начин оправдано за „умен дом“ (и дори тогава не всичко в него е ясно), но в обикновен апартамент няма смисъл да се прави това. В него е по-правилно да инсталирате за всяка гирлянда собствено отделно захранване - и тогава е много по-изгодно да използвате обикновени супер-евтини (и много по-надеждни!) Ленти с паралелен 12 волта светодиоди, а не със самоделни серийни, при които изгарянето на един диод напълно ви лишава от светлина.
Друга цел на устройството за плавен заряд е да предпазва изправителните диоди от повторно претоварване в момента на включване, когато кондензаторът е напълно разреден. Но този проблем може да бъде напълно решен чрез много по-прост метод - вместо T1 и R1, R3, трябва да поставите термистор със съпротивление от няколко десетки ома, което намалява при загряване до 0,5...3 ома, това се извършва в стотици милиони компютърни захранвания, които работят надеждно в продължение на години при приблизително същия ток на натоварване като вашия. Такъв термистор можеш да вземеш от всяко мъртво компютърно захранване.

И накрая, за това, което не е във вашия въпрос, но хваща окото ви - за токовия стабилизатор на LM317, който абсорбира излишното мрежово напрежение. Факт е, че такъв щепсел работи само в диапазона от 3 до 40 волта. Толерансът за мрежово напрежение в здрава градска мрежа е 10%, т.е. от 198 до 242 волта. Това означава, че ако сте изчислили щифта на долната граница (и това обикновено се прави), тогава при горната граница напрежението на щифта ще надхвърли допустимите 40 волта. Ако го настроите на горната част на обхвата (т.е. 242), тогава при долната граница напрежението на щифта ще падне под 3 волта и вече няма да стабилизира тока. И няма да кажа нищо за това какво ще се случи с тази схема в селските райони, където колебанията в мрежовото напрежение са много по-големи. Така че такава схема ще работи нормално само със стабилно мрежово напрежение - но със стабилна мрежа не е необходим стабилизатор; той може да бъде перфектно заменен с обикновен резистор.

Нека свържем верига, състояща се от незареден кондензатор с капацитет C и резистор със съпротивление R към източник на захранване с постоянно напрежение U (фиг. 16-4).

Тъй като в момента на включване кондензаторът все още не е зареден, напрежението върху него , Следователно във веригата в началния момент от време спадът на напрежението върху съпротивлението R е равен на U и възниква ток, силата на който

Ориз. 16-4. Зареждане на кондензатора.

Преминаването на ток i е придружено от постепенно натрупване на заряд Q върху кондензатора, върху него се появява напрежение и спадът на напрежението върху съпротивлението R намалява:

както следва от втория закон на Кирхоф. Следователно силата на тока

намалява, скоростта на натрупване на заряд Q също намалява, тъй като токът във веригата

С течение на времето кондензаторът продължава да се зарежда, но зарядът Q и напрежението върху него нарастват все по-бавно (фиг. 16-5), а токът във веригата постепенно намалява пропорционално на разликата в напрежението

Ориз. 16-5. Графика на промените в тока и напрежението при зареждане на кондензатор.

След достатъчно голям интервал от време (теоретично безкрайно дълъг) напрежението на кондензатора достига стойност, равна на напрежението на източника на захранване, и токът става равен на нула - процесът на зареждане на кондензатора завършва.

Процесът на зареждане на кондензатор е по-дълъг, толкова по-голямо е съпротивлението на веригата R, което ограничава тока, и колкото по-голям е капацитетът на кондензатора C, тъй като при голям капацитет трябва да се натрупа по-голям заряд. Скоростта на процеса се характеризира с времеконстантата на веригата

колкото повече, толкова по-бавен е процесът.

Времеконстантата на веригата има измерението на времето, тъй като

След интервал от време от момента на включване на веригата, равен на , напрежението на кондензатора достига приблизително 63% от напрежението на източника на захранване и след интервала процесът на зареждане на кондензатора може да се счита за завършен.

Напрежение на кондензатора при зареждане

т.е., то е равно на разликата между постоянното напрежение на източника на захранване и свободното напрежение, което намалява с времето според закона на експоненциалната функция от стойността U до нула (фиг. 16-5).

Ток на зареждане на кондензатора

Токът от първоначалната стойност постепенно намалява според закона на експоненциалната функция (фиг. 16-5).

б) Разреждане на кондензатора

Нека сега разгледаме процеса на разреждане на кондензатор С, който беше зареден от източника на захранване до напрежение U през резистор със съпротивление R (фиг. 16-6, където ключът се премества от позиция 1 в позиция 2).

Ориз. 16-6. Разреждане на кондензатор към резистор.

Ориз. 16-7. Графика на промените в тока и напрежението при разреждане на кондензатор.

В началния момент във веригата ще възникне ток и кондензаторът ще започне да се разрежда, а напрежението върху него ще намалее. С намаляването на напрежението токът във веригата също ще намалее (фиг. 16-7). След интервал от време напрежението на кондензатора и токът на веригата ще намалеят до приблизително 1% от първоначалните стойности и процесът на разреждане на кондензатора може да се счита за завършен.

Напрежение на кондензатора по време на разреждане

т.е. намалява според закона на експоненциалната функция (фиг. 16-7).

Ток на разреждане на кондензатора

т.е. той, подобно на напрежението, намалява по същия закон (фиг. 6-7).

Цялата енергия, съхранена при зареждане на кондензатор в неговото електрическо поле, се освобождава като топлина в съпротивление R по време на разреждане.

Електрическото поле на зареден кондензатор, изключен от източника на захранване, не може да остане непроменено дълго време, тъй като диелектрикът на кондензатора и изолацията между неговите клеми имат известна проводимост.

Разреждането на кондензатор поради несъвършенство на диелектрика и изолацията се нарича саморазреждане. Времеконстантата при саморазреждане на кондензатор не зависи от формата на плочите и разстоянието между тях.

Процесите на зареждане и разреждане на кондензатор се наричат ​​преходни процеси.

Често в различни захранващи устройства възниква задачата да се ограничи стартовият ток при включване. Причините могат да бъдат различни - бързо износване на релейни контакти или превключватели, намален експлоатационен живот на филтърни кондензатори и др. Наскоро имах подобен проблем. Използвам добро сървърно захранване в моя компютър, но поради неуспешно внедряване на standby секцията, той прегрява силно при изключване на основното захранване. Заради този проблем ми се наложи вече два пъти да ремонтирам стендбай платката и да сменя част от електролитите, разположени до нея. Решението беше просто - изключете захранването от контакта. Но имаше редица недостатъци - когато беше включен, имаше силен скок на ток през високоволтовия кондензатор, който можеше да го повреди, освен това след 2 седмици щепселът на устройството започна да изгаря. Беше решено да се направи ограничител на пусковия ток. Успоредно с тази задача имах подобна задача за мощни аудио усилватели. Проблемите в усилвателите са същите - изгаряне на контактите на превключвателя, токов удар през мостовите диоди и филтърните електролити. В интернет можете да намерите доста схеми за ограничаване на тока на пренапрежение. Но за конкретна задача те могат да имат редица недостатъци - необходимостта от преизчисляване на елементите на веригата за необходимия ток; за мощни консуматори - избор на силови елементи, осигуряващи необходимите параметри за изчислената разпределена мощност. Освен това понякога е необходимо да се осигури минимален стартов ток за свързаното устройство, което увеличава сложността на такава верига. За решаването на този проблем има просто и надеждно решение - термистори.

Фиг.1 Термистор

Термисторът е полупроводников резистор, чието съпротивление се променя рязко при нагряване. За нашите цели са ни необходими термистори с отрицателен температурен коефициент - NTC термистори. Когато ток протича през NTC термистора, той се нагрява и съпротивлението му пада.

Фиг.2 TKS термистор

Интересуваме се от следните параметри на термистора:

Устойчивост при 25˚C

Максимален постоянен ток

И двата параметъра са в документацията за конкретни термистори. Използвайки първия параметър, можем да определим минималния ток, който ще премине през съпротивлението на товара, когато го свързваме през термистор. Вторият параметър се определя от максималната разсейвана мощност на термистора и мощността на натоварване трябва да бъде такава, че средният ток през термистора да не надвишава тази стойност. За надеждна работа на термистора трябва да вземете стойността на този ток по-малко от 20 процента от параметъра, посочен в документацията. Изглежда, че би било по-лесно да изберете правилния термистор и да сглобите устройството. Но трябва да вземете предвид някои точки:

1. Термисторът отнема много време, за да се охлади. Ако изключите устройството и веднага го включите отново, термисторът ще има ниско съпротивление и няма да изпълнява защитната си функция.
2. Не можете да свържете термистори паралелно, за да увеличите тока - поради разпространението на параметрите, токът през тях ще варира значително. Но е напълно възможно да свържете необходимия брой термистори последователно.
3. По време на работа термисторът става много горещ. Елементите до него също се нагряват.
4. Максималният постоянен ток през термистора трябва да бъде ограничен от неговата максимална мощност. Тази опция е посочена в документацията. Но ако термисторът се използва за ограничаване на кратки токови удари (например, когато захранването е първоначално включено и филтърният кондензатор се зарежда), тогава импулсният ток може да бъде по-голям. Тогава изборът на термистор е ограничен от максималната му импулсна мощност.

Енергията на зареден кондензатор се определя по формулата:

E = (C*Vpeak²)/2

където E е енергията в джаули, C е капацитетът на филтърния кондензатор, Vpeak е максималното напрежение, до което филтърният кондензатор ще бъде зареден (за нашите мрежи можете да вземете стойността 250V*√2 = 353V).

Ако документацията показва максималната импулсна мощност, тогава въз основа на този параметър можете да изберете термистор. Но, като правило, този параметър не е посочен. След това максималният капацитет, който може безопасно да се зарежда с термистор, може да се оцени от вече изчислените таблици за термистори от стандартни серии.

Взех таблица с параметрите на NTC термистори от Joyin. Таблицата показва:

Rnom- номинално съпротивление на термистора при температура 25°C

Imax- максимален ток през термистора (максимален ток в стационарно състояние)

Sмакс- максимален капацитет в тестовата верига, който се разрежда върху термистора, без да го повреди (тестово напрежение 350v)

Можете да видите как се провежда тестът на седма страница.

Няколко думи за параметъра Sмакс– документацията показва, че в тестовата верига кондензаторът се разрежда през термистор и ограничителен резистор, което освобождава допълнителна енергия. Следователно максималният безопасен капацитет, който термисторът може да зареди без такова съпротивление, ще бъде по-малък. Потърсих информация в чужди тематични форуми и разгледах типични схеми с ограничители под формата на термистори, за които са дадени данни. Въз основа на тази информация можете да вземете коефициента за Sмаксв реална схема 0.65, по която да се умножат данните от табл.

Име	Rnom,	Imax,	Smax,
ддиаметър 8 мм
диаметър 10мм
диаметър 13мм
диаметър 15мм
диаметър 20мм

Таблица с параметри на NTC термистори от Joyin

Свързвайки последователно няколко еднакви NTC термистори, ние намаляваме изискванията за максимална импулсна енергия на всеки от тях.

Нека ви дам един пример. Например, трябва да изберем термистор, за да включим захранването на компютъра. Максималната консумация на енергия на компютъра е 700 вата. Искаме да ограничим стартовия ток до 2-2,5A. Захранването съдържа филтърен кондензатор 470 µF.

Изчисляваме ефективната текуща стойност:

I = 700W/220V = 3.18A

Както писах по-горе, за надеждна работа на термистора ще изберем максимален стационарен ток от документацията, който е с 20% по-голям от тази стойност.

Imax = 3.8A

Изчисляваме необходимото съпротивление на термистора за начален ток от 2,5 A

R = (220V*√2)/2,5A = 124 Ohm

От таблицата намираме необходимите термистори. 6 броя последователно свързани термистори JNR15S200L отговарят на нашите нужди Imax, обща устойчивост. Максималният капацитет, който могат да заредят, ще бъде 680 µF * 6 * 0.65 = 2652 µF, което е дори повече, отколкото ни трябва. Естествено, с намаление Vpeak, се намаляват и изискванията за максимална импулсна мощност на термистора. Нашата зависимост е от квадрата на напрежението.

И последният въпрос за избора на термистори. А ако сме избрали необходимите термистори за максимална импулсна мощност, но те не са подходящи за нас? Imax(постоянното натоварване е твърде голямо за тях), или не се нуждаем от източник на постоянно отопление в самото устройство? За целта ще използваме просто решение - ще добавим още един ключ към веригата успоредно на термистора, който ще включим след зареждане на кондензатора. Това е, което направих в моя ограничител. В моя случай параметрите са следните: максималната консумация на мощност на компютъра е 400W, ограничението на стартовия ток е 3.5A, филтърният кондензатор е 470uF. Взех 6 броя термистори 15d11 (15 ома). Диаграмата е показана по-долу.

Ориз. 3 Ограничителна верига

Пояснения към диаграмата. SA1 изключва фазовия проводник. LED VD2 служи за индикация на работата на ограничителя. Кондензаторът C1 изглажда пулсациите и светодиодът не мига при честотата на мрежата. Ако нямате нужда от него, премахнете C1, VD6, VD1 от веригата и просто свържете светодиода и диода паралелно по същия начин като елементите VD4, VD5. За да покаже процеса на зареждане на кондензатора, LED VD4 е свързан паралелно с термисторите. В моя случай, при зареждане на кондензатора на компютърното захранване, целият процес отнема по-малко от секунда. И така, нека да събираме.

Фиг.4 Комплект за сглобяване

Сглобих индикатора за захранване директно в капака на превключвателя, изхвърляйки китайска лампа с нажежаема жичка, която нямаше да издържи дълго.

Ориз. 5 Индикатор за захранване

Фиг.6 Термисторен блок

Ориз. 7 Сглобен ограничител

Това можеше да бъде завършено, ако всички термистори не се бяха повредили след седмица работа. Изглеждаше така.

Ориз. 8 Повреда на NTC термистори

Въпреки факта, че маржът за допустимата стойност на капацитета беше много голям - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Купих термисторите от известна фирма, с различни стойности - всички дефектни. Неизвестен производител. Или китайците изсипват термистори с по-малки диаметри в големи кутии, или качеството на материалите е много лошо. В резултат на това купих още по-малък диаметър - SCK 152 8 мм. Същият Китай, но вече брандиран. Според нашата таблица допустимият капацитет е 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, което дори е малко по-малко от необходимото. Въпреки това всичко работи добре.