Cos f nesmetano punjenje kondenzatora. Glatko punjenje kapaciteta: šta odabrati? Sergej Čemezov: Rostec je već jedna od deset najvećih inženjerskih korporacija na svetu

Prilikom projektovanja napajanje pojačalaČesto se javljaju problemi koji nemaju veze sa samim pojačalom, ili su posljedica korištene baze elemenata. Dakle, u napajanjima tranzistorska pojačala Kod velike snage često se javlja problem implementacije nesmetanog uključivanja napajanja, odnosno obezbjeđivanja sporog punjenja elektrolitskih kondenzatora u filteru za izravnavanje, koji može imati vrlo značajan kapacitet i bez preduzimanja odgovarajućih mjera jednostavno oštetiti ispravljačke diode u trenutku uključivanja.

U izvorima napajanja za cijevne pojačala bilo koje snage potrebno je osigurati kašnjenje napajanja visoki anodni napon prije zagrijavanja sijalica, kako bi se izbjeglo prijevremeno iscrpljivanje katode i, kao rezultat, značajno smanjenje vijeka trajanja lampe. Naravno, kada se koristi kenotronski ispravljač, ovaj problem se rješava sam od sebe. Ali ako koristite konvencionalni mostni ispravljač s LC filterom, ne možete bez dodatnog uređaja.

Oba gornja problema mogu se riješiti jednostavnim uređajem koji se lako može ugraditi i u tranzistor i u cijevno pojačalo.

Dijagram uređaja.

Šematski dijagram uređaja za meki start prikazan je na slici:

Kliknite za uvećanje

Naizmenični napon na sekundarnom namotu transformatora TP1 ispravlja se diodnim mostom Br1 i stabilizuje integrisanim stabilizatorom VR1. Otpornik R1 osigurava nesmetano punjenje kondenzatora C3. Kada napon na njemu dostigne graničnu vrijednost, tranzistor T1 će se otvoriti, uzrokujući rad releja Rel1. Otpornik R2 osigurava pražnjenje kondenzatora C3 kada je uređaj isključen.

Opcije uključivanja.

Rel1 kontaktna grupa se povezuje ovisno o vrsti pojačala i organizaciji napajanja.

Na primjer, kako bi se osiguralo nesmetano punjenje kondenzatora u napajanju tranzistorsko pojacalo, predstavljeni uređaj se može koristiti za zaobilaženje balastnog otpornika nakon punjenja kondenzatora kako bi se eliminirali gubici snage na njemu. Moguća opcija povezivanja prikazana je na dijagramu:

Vrijednosti osigurača i balastnog otpornika nisu naznačene, jer se biraju na osnovu snage pojačala i kapaciteta kondenzatora filtera za izravnavanje.

U cijevnom pojačalu, predstavljeni uređaj će pomoći u organizaciji kašnjenja napajanja visoki anodni napon prije nego što se lampe zagriju, što može značajno produžiti njihov vijek trajanja. Moguća opcija uključivanja prikazana je na slici:

Krug odgode ovdje se uključuje istovremeno s transformatorom sa žarnom niti. Nakon što se žarulje zagriju, relej Rel1 će se uključiti, zbog čega će se mrežni napon napajati na anodni transformator.

Ako vaše pojačalo koristi jedan transformator za napajanje i krugova žarne niti i anodnog napona, tada bi kontaktnu grupu releja trebalo premjestiti u krug sekundarnog namota. anodni napon.

Elementi kola odgode uključivanja (meki start):

• Osigurač: 220V 100mA,
• Transformator: bilo koji male snage sa izlaznim naponom od 12-14V,
• Diodni most: bilo koji manji sa parametrima 35V/1A i više,
• Kondenzatori: C1 - 1000uF 35V, C2 - 100nF 63V, C3 - 100uF 25V,
• Otpornici: R1 - 220 kOhm, R2 - 120 kOhm,
• Tranzistor: IRF510,
• Integralni stabilizator: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
• Relej: sa radnim naponom namotaja od 9V (12V za 7812) i kontakt grupom odgovarajuće snage.

Zbog male potrošnje struje, stabilizatorski čip i tranzistor sa efektom polja mogu se montirati bez radijatora.

Međutim, neko može imati ideju da odustane od dodatnog, iako malog, transformatora i napaja kolo za kašnjenje iz napona filamenta. S obzirom da je standardna vrijednost napona filamenta ~6,3V, morat ćete zamijeniti stabilizator L7809 sa L7805 i koristiti relej sa radnim naponom namotaja od 5V. Takvi releji obično troše značajnu struju, u kom slučaju će mikro krug i tranzistor morati biti opremljeni malim radijatorima.

Kada se koristi relej sa namotajem od 12V (nekako češće), integrirani stabilizatorski čip treba zamijeniti 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

Sa vrijednostima otpornika R1 i kondenzatora C3 prikazanim na dijagramu vrijeme kašnjenja inkluzije su redom 20 sekundi. Za povećanje vremenskog intervala potrebno je povećati kapacitet kondenzatora C3.

Članak je pripremljen na osnovu materijala iz časopisa "Audio Express"

Besplatan prevod glavnog i odgovornog urednika RadioGazete.

Ako spojite otpornik i kondenzator, dobivate možda jedan od najkorisnijih i najsvestranijih krugova.

Danas sam odlučio razgovarati o mnogim načinima korištenja. Ali prvo, o svakom elementu posebno:

Zadatak otpornika je da ograniči struju. Ovo je statički element čiji se otpor ne mijenja, ne govorimo sada o toplinskim greškama - one nisu prevelike. Struja kroz otpornik određena je Ohmovim zakonom - I=U/R, gdje je U napon na terminalima otpornika, R je njegov otpor.

Kondenzator je zanimljivija stvar. Ima zanimljivo svojstvo - kada se isprazni, ponaša se gotovo kao kratki spoj - struja teče kroz njega bez ograničenja, žureći u beskonačnost. I napon na njemu teži nuli. Kada se napuni, postaje poput prekida i struja prestaje da teče kroz njega, a napon na njemu postaje jednak izvoru punjenja. Ispada zanimljiv odnos - postoji struja, nema napona, postoji napon - nema struje.

Da biste vizualizirali ovaj proces, zamislite balon... hm... balon koji je napunjen vodom. Protok vode je struja. Pritisak vode na elastične zidove je ekvivalent naprezanju. E sad pogledajte, kada je lopta prazna - voda slobodno teče, postoji velika struja, ali pritiska još skoro da nema - napon je nizak. Zatim, kada se kuglica napuni i počne odolijevati pritisku, zbog elastičnosti zidova, brzina protoka će se usporiti, a zatim potpuno prestati - sile su jednake, kondenzator se puni. Na nategnutim zidovima ima napetosti, a struje nema!

Sada, ako uklonite ili smanjite vanjski pritisak, uklonite izvor napajanja, tada će voda teći natrag pod utjecajem elastičnosti. Također, struja iz kondenzatora će teći natrag ako je kolo zatvoreno i napon izvora je niži od napona u kondenzatoru.

Kapacitet kondenzatora. Šta je ovo?
Teoretski, naelektrisanje beskonačne veličine može se pumpati u bilo koji idealni kondenzator. Samo će se naša lopta više rastezati i zidovi će stvarati veći pritisak, beskonačno veći pritisak.
Šta je onda sa Faradima, šta piše na strani kondenzatora kao indikator kapaciteta? A ovo je samo ovisnost napona o naboju (q = CU). Za mali kondenzator, porast napona od punjenja bit će veći.

Zamislite dvije čaše s beskonačno visokim zidovima. Jedna je uska, kao epruveta, druga je široka, kao lavor. Nivo vode u njima je napetost. Donji dio je kontejner. Oba se mogu napuniti istim litrom vode - jednako punjenje. Ali u epruveti nivo će skočiti za nekoliko metara, au bazenu će prskati na samom dnu. Takođe u kondenzatorima sa malim i velikim kapacitetom.
Možete ga puniti koliko god želite, ali napon će biti drugačiji.

Osim toga, u stvarnom životu, kondenzatori imaju probojni napon, nakon čega prestaje biti kondenzator, već se pretvara u upotrebljiv provodnik :)

Koliko brzo se kondenzator puni?
U idealnim uslovima, kada imamo beskonačno moćan izvor napona sa nultim unutrašnjim otporom, idealne supravodljive žice i apsolutno besprekoran kondenzator, ovaj proces će se desiti trenutno, sa vremenom jednakim 0, kao i pražnjenjem.

Ali u stvarnosti, uvijek postoji otpor, eksplicitan - poput banalnog otpornika, ili implicitan, kao što je otpor žica ili unutrašnji otpor izvora napona.
U ovom slučaju, brzina punjenja kondenzatora ovisit će o otporu u krugu i kapacitetu kondenzatora, a sam naboj će teći prema eksponencijalni zakon.

I ovaj zakon ima nekoliko karakterističnih veličina:

• T - vremenska konstanta, ovo je vrijeme u kojem vrijednost dostiže 63% svog maksimuma. 63% nije uzeto slučajno, već je direktno povezano sa formulom VRIJEDNOST T =max—1/e*max.
• 3T - i pri trostrukoj konstanti vrijednost će dostići 95% svog maksimuma.

Vremenska konstanta za RC kolo T=R*C.

Što je manji otpor i niži kapacitet, kondenzator se brže puni. Ako je otpor nula, tada je vrijeme punjenja nula.

Izračunajmo koliko će vremena trebati da se kondenzator od 1uF napuni do 95% kroz otpornik od 1kOhm:
T= C*R = 10 -6 * 10 3 = 0,001c
3T = 0,003s Nakon ovog vremena, napon na kondenzatoru će dostići 95% napona izvora.

Otpuštanje će biti po istom zakonu, samo naopako. One. nakon T vremena, samo 100% - 63% = 37% originalnog napona ostaje na kondenzatoru, a nakon 3T još manje - mizernih 5%.

Pa sve je jasno sa dovodom i otpuštanjem napona. Šta ako se napon stavi, a zatim postepeno povećava, a zatim se isto tako isprazni u koracima? Situacija se ovdje praktički neće promijeniti - napon je porastao, kondenzator mu je napunjen po istom zakonu, s istom vremenskom konstantom - nakon vremena od 3T njegov napon će biti 95% novog maksimuma.
Malo je pao - napunio se i nakon 3T će napon na njemu biti 5% veći od novog minimuma.
Šta ti kažem, bolje je da to pokažeš. Ovdje u multisim-u sam napravio pametan generator koraka signala i ubacio ga u integrirajući RC lanac:

Pogledajte kako se klati :) Imajte na umu da su i punjenje i pražnjenje, bez obzira na visinu stepenika, uvijek istog trajanja!!!

Do koje vrijednosti se kondenzator može napuniti?
U teoriji, ad infinitum, neka vrsta lopte sa beskonačno rastegnutim zidovima. U stvarnosti, lopta će prije ili kasnije puknuti, a kondenzator će se probiti i doći do kratkog spoja. Zato svi kondenzatori imaju važan parametar - krajnji napon. Na elektrolitima često piše sa strane, ali na keramičkim se mora potražiti u priručniku. Ali tamo je obično od 50 volti. Općenito, pri odabiru kondenzatora, morate osigurati da njegov maksimalni napon nije niži od onog u krugu. Dodaću da prilikom izračunavanja kondenzatora za izmjenični napon treba odabrati maksimalni napon 1,4 puta veći. Jer na naizmeničnom naponu je prikazana efektivna vrednost, a trenutna vrednost na svom maksimumu je 1,4 puta veća od nje.

Šta slijedi iz navedenog? A činjenica je da ako se na kondenzator dovede konstantan napon, on će se jednostavno napuniti i to je to. Ovdje zabava završava.

Šta ako pošaljete varijablu? Očigledno je da će se ili puniti ili prazniti, a struja će teći naprijed-nazad u kolu. Kretanje! Postoji struja!

Ispostavilo se da, unatoč fizičkom prekidu u krugu između ploča, naizmjenična struja lako teče kroz kondenzator, ali istosmjerna struja teče slabo.

Šta nam ovo daje? I činjenica da kondenzator može poslužiti kao neka vrsta separatora za razdvajanje naizmjenične i istosmjerne struje u odgovarajuće komponente.

Svaki vremenski promjenjiv signal može se predstaviti kao zbir dvije komponente - promjenljive i konstantne.

Na primjer, klasična sinusoida ima samo promjenjivi dio, a konstanta je nula. Kod jednosmjerne struje je suprotno. Šta ako imamo pomaknutu sinusoidu? Ili konstantno sa smetnjama?

AC i DC komponente signala se lako odvajaju!
Malo više, pokazao sam vam kako se kondenzator puni i prazni kada se napon promijeni. Tako će varijabilna komponenta proći kroz konder sa praskom, jer samo to prisiljava kondenzator da aktivno mijenja svoj naboj. Konstanta će ostati onakva kakva je bila i zaglaviće se na kondenzatoru.

Ali da bi kondenzator efikasno odvojio promenljivu komponentu od konstante, frekvencija promenljive komponente ne sme biti niža od 1/T

Moguća su dva tipa aktiviranja RC lanca:
Integriranje i razlikovanje. Takođe su niskopropusni i visokopropusni filteri.

Niskopropusni filter propušta konstantnu komponentu bez promjena (pošto mu je frekvencija nula, nigdje nema niže) i potiskuje sve veće od 1/T. Direktna komponenta prolazi direktno, a naizmjenična komponenta se gasi na masu kroz kondenzator.
Takav filter se naziva i integrirajući lanac jer je izlazni signal takoreći integriran. Sjećate li se šta je integral? Područje ispod krivine! Ovdje izlazi.

I zove se diferencirajući krug jer na izlazu dobijamo diferencijal ulazne funkcije, što nije ništa drugo do brzina promjene ove funkcije.

• U sekciji 1 kondenzator je napunjen, što znači da struja teče kroz njega i da će doći do pada napona na otporniku.
• U odjeljku 2 dolazi do naglog povećanja brzine punjenja, što znači da će struja naglo porasti, praćeno padom napona na otporniku.
• U sekciji 3, kondenzator jednostavno drži postojeći potencijal. Kroz njega ne teče struja, što znači da je napon na otporniku također nula.
• Pa, u 4. sekciji kondenzator je počeo da se prazni, jer... ulazni signal je postao niži od njegovog napona. Struja je otišla u suprotnom smjeru i već postoji negativan pad napona na otporniku.

A ako primenimo pravougaoni impuls na ulaz, sa veoma strmim ivicama, i smanjimo kapacitet kondenzatora, videćemo igle poput ove:

pravougaonik. Pa, šta? Tako je - derivacija linearne funkcije je konstanta, nagib ove funkcije određuje predznak konstante.

Ukratko, ako trenutno pohađate kurs matematike, onda možete zaboraviti na bezbožni Mathcad, odvratni Maple, izbaciti iz glave matričnu herezu Matlaba i, izvadivši šaku analognih labavih stvari iz svog zaliha, zalemiti se istinski PRAVI analogni kompjuter :) Nastavnik ce biti šokiran :)

Istina, integratori i diferencijatori se obično ne prave samo pomoću otpornika; ovdje se koriste operaciona pojačala. Za sada mozes proguglati ove stvari, zanimljiva stvar :)

I ovdje sam doveo običan pravougaoni signal na dva visoko- i niskopropusna filtera. I izlazi iz njih na osciloskop:

Evo malo većeg dijela:

Prilikom pokretanja kondenzator se isprazni, struja kroz njega je puna, a napon na njemu je zanemariv - na RESET ulazu je signal za resetovanje. Ali uskoro će se kondenzator napuniti i nakon vremena T njegov napon će već biti na razini logičke jedinice i signal za resetovanje se više neće slati na RESET - MK će se pokrenuti.
I za AT89C51 potrebno je organizirati upravo suprotno od RESET-a - prvo dostaviti jedinicu, a zatim nulu. Ovdje je situacija suprotna - dok kondenzator nije napunjen, tada kroz njega teče velika struja, Uc - pad napona na njemu je mali Uc = 0. To znači da se RESET napaja naponom nešto manjim od napona napajanja Usupply-Uc=Upsupply.
Ali kada se kondenzator napuni i napon na njemu dostigne napon napajanja (Upit = Uc), tada će na RESET pinu već biti Upit-Uc = 0

Analogna mjerenja
Ali nema veze s lancima resetiranja, gdje je zabavnije koristiti sposobnost RC kola za mjerenje analognih vrijednosti s mikrokontrolerima koji nemaju ADC.
Ovo koristi činjenicu da napon na kondenzatoru raste striktno prema istom zakonu - eksponencijalno. Ovisno o provodniku, otporniku i naponu napajanja. To znači da se može koristiti kao referentni napon sa prethodno poznatim parametrima.

Radi jednostavno, napon iz kondenzatora dovedemo do analognog komparatora, a izmjereni napon povežemo na drugi ulaz komparatora. A kada želimo izmjeriti napon, jednostavno prvo povučemo pin prema dolje da ispraznimo kondenzator. Zatim ga vraćamo u Hi-Z mod, resetujemo ga i pokrećemo tajmer. I tada se kondenzator počinje puniti kroz otpornik, a čim komparator javi da je napon iz RC-a sustigao izmjereni, zaustavljamo tajmer.

Znajući po kojem zakonu se referentni napon RC kola povećava tokom vremena, a također i znajući koliko dugo je tajmer otkucavao, možemo sasvim precizno saznati kojem je izmjereni napon bio jednak u trenutku kada je komparator bio aktiviran. Štaviše, ovdje nije potrebno brojati eksponente. U početnoj fazi punjenja kondenzatora možemo pretpostaviti da je zavisnost linearna. Ili, ako želite veću tačnost, aproksimirajte eksponent s komadno linearnim funkcijama, a na ruskom, nacrtajte njegov približni oblik s nekoliko ravnih linija ili napravite tablicu ovisnosti vrijednosti o vremenu, ukratko, metode su jednostavne.

Ako trebate imati analogni prekidač, ali nemate ADC, onda ne trebate ni koristiti komparator. Protresite nogu na kojoj visi kondenzator i pustite da se puni kroz promjenjivi otpornik.

Promjenom T, što je, da podsjetim, T = R * C i znajući da imamo C = const, možemo izračunati vrijednost R. Štaviše, opet, ovdje nije potrebno povezivati ​​matematički aparat, u većini slučajevima dovoljno je izvršiti mjerenja kod nekih uslovnih papagaja, poput tajmera. Ili možete ići drugim putem, ne mijenjajući otpornik, već mijenjajući kapacitivnost, na primjer, spajanjem kapacitivnosti vašeg tijela na njega... šta će se dogoditi? Tako je - dodirna dugmad!

Ako nešto nije jasno, ne brinite, uskoro ću napisati članak o tome kako spojiti analogni dio opreme na mikrokontroler bez korištenja ADC-a. Tamo ću sve detaljno objasniti.

Imate super vatromet. Čim se nekoliko LED dioda probije, napon na LM317 će skočiti do granice i doći će do velikog praska.

1000 mikrofarada na 450v = 80 džula. U slučaju problema, kondenzator se toliko isušuje da se ne čini dovoljnim. Ali bit će problema, jer kondenzator stavljate bez ikakve rezerve u okruženje gdje se čak 1kV može uhvatiti u impuls na ulazu.

Savjet - napravite normalan drajver za puls. A ne ovaj krug "vještih ruku" bez galvanske izolacije i filtera.

Čak i ako uvjetno prihvatimo ovo kolo kao ispravno, potrebno je postaviti keramičke kondenzatore oko LM317 kako ne bi zvonio.

I da, ograničenje struje od strane tranzistora se radi drugačije - u vašem krugu će jednostavno eksplodirati jer će u početku mreža biti spojena na E-K spoj.

I vaš će razdjelnik primijeniti 236 volti na EB spoj, što će također dovesti do eksplozije tranzistora.

Nakon nekoliko pojašnjenja, konačno je postalo jasno što želite postići: zajednički izvor napajanja za nekoliko krugova LED dioda povezanih u seriju. Smatrali ste glavnim problemom nesmetano punjenje filterskog kondenzatora. Po mom mišljenju, postoji nekoliko mnogo kritičnijih mjesta u takvoj šemi. Ali prvo, na temu pitanja.

1000 μF je vrijednost prikladna za struju opterećenja od 0,5...3 ampera, a ne desetine miliampera (tamo je dovoljno 22...50 μF). Tranzistor se može instalirati ako trebate glatko povećati svjetlinu za 4...20 sekundi - ali imate nekoliko vijenaca! Moraju li zaista početi u cijelom stanu u isto vrijeme? A o prekidačima - umjesto standardnih koji prebacuju krug od ~220 volti, želite li prebaciti krug od ~310 volti postavljanjem prekidača između kondenzatora i vijenca? Ovo rješenje izgleda barem nekako opravdano za "pametnu kuću" (a ni tada nije sve jasno), ali u običnom stanu nema smisla to raditi. U njemu je ispravnije instalirati za svaki vijenac svoje zasebno napajanje - i tada je mnogo isplativije koristiti obične super jeftine (i mnogo pouzdanije!) trake s njima. paralelno LED diode od 12 volti, a ne sa domaćim serijskim, kod kojih pregaranje jedne diode potpuno lišava svjetlost.
Druga svrha jedinice glatkog punjenja je da zaštiti ispravljačke diode od ponovnog preopterećenja u trenutku uključivanja, kada je kondenzator potpuno ispražnjen. Ali ovaj se problem u potpunosti može riješiti mnogo jednostavnijom metodom - umjesto T1 i R1, R3, potrebno je umetnuti termistor s otporom od nekoliko desetina oma, koji se smanjuje kada se zagrije na 0,5...3 oma, ovo se radi u stotinama miliona kompjuterskih izvora napajanja koji pouzdano rade godinama pri približno istoj struji opterećenja kao i vaša. Takav termistor možete dobiti iz bilo kojeg mrtvog računarskog napajanja.

I na kraju, o onome što nije u vašem pitanju, ali vam upada u oči - o strujnom stabilizatoru na LM317, koji apsorbira višak mrežnog napona. Činjenica je da takav stub radi samo u rasponu od 3 do 40 volti. Tolerancija mrežnog napona u zdravoj gradskoj mreži je 10%, tj. od 198 do 242 volta. To znači da ako ste izračunali stub na donjoj granici (a to se obično radi), tada će na gornjoj granici napon na stubu ići iznad dopuštenih 40 volti. Ako ga postavite na vrh raspona (tj. 242), tada će na donjoj granici napon na stubu pasti ispod 3 volta i više neće stabilizirati struju. I neću govoriti ništa o tome što će se dogoditi s ovom shemom u ruralnim područjima, gdje su fluktuacije napona mreže mnogo šire. Dakle, takav krug će normalno raditi samo sa stabilnim mrežnim naponom - ali sa stabilnom mrežom, stabilizator nije potreban; može se savršeno zamijeniti jednostavnim otpornikom.

Spojimo kolo koje se sastoji od nenapunjenog kondenzatora kapaciteta C i otpornika otpora R na izvor napajanja konstantnog napona U (Sl. 16-4).

Budući da u trenutku uključivanja kondenzator još nije napunjen, napon na njemu, dakle, u kolu u početnom trenutku vremena pad napona na otporu R je jednak U i nastaje struja, jačine koji

Rice. 16-4. Punjenje kondenzatora.

Prolazak struje i prati postupno nakupljanje naboja Q na kondenzatoru, na njemu se pojavljuje napon i pad napona na otporu R se smanjuje:

kako slijedi iz Kirchhoffovog drugog zakona. Dakle, jačina struje

Smanjuje se i brzina akumulacije naboja Q, budući da struja u kolu

Vremenom, kondenzator nastavlja da se puni, ali naelektrisanje Q i napon na njemu rastu sve sporije (slika 16-5), a struja u kolu postepeno opada proporcionalno naponskoj razlici

Rice. 16-5. Grafikon promjena struje i napona pri punjenju kondenzatora.

Nakon dovoljno velikog vremenskog intervala (teoretski beskonačno dugo), napon na kondenzatoru dostiže vrijednost jednaku naponu izvora napajanja, a struja postaje jednaka nuli - proces punjenja kondenzatora završava.

Proces punjenja kondenzatora je duži, što je veći otpor kruga R, koji ograničava struju, i veći je kapacitet kondenzatora C, jer se s velikim kapacitetom mora akumulirati veći naboj. Brzinu procesa karakterizira vremenska konstanta kruga

što više, to je proces sporiji.

Vremenska konstanta kola ima dimenziju vremena, pošto

Nakon vremenskog intervala od trenutka uključivanja kola, jednakog , napon na kondenzatoru dostiže približno 63% napona izvora napajanja, a nakon tog intervala, proces punjenja kondenzatora se može smatrati završenim.

Napon na kondenzatoru prilikom punjenja

tj. jednaka je razlici između konstantnog napona izvora napajanja i slobodnog napona, koji se vremenom smanjuje prema zakonu eksponencijalne funkcije od vrijednosti U do nule (Sl. 16-5).

Struja punjenja kondenzatora

Struja od početne vrijednosti postepeno opada prema zakonu eksponencijalne funkcije (slika 16-5).

b) Pražnjenje kondenzatora

Razmotrimo sada proces pražnjenja kondenzatora C, koji se punio iz izvora napajanja na napon U preko otpornika otpora R (Sl. 16-6, gdje je prekidač pomjeren iz položaja 1 u položaj 2).

Rice. 16-6. Pražnjenje kondenzatora na otpornik.

Rice. 16-7. Grafikon promjena struje i napona pri pražnjenju kondenzatora.

U početnom trenutku u krugu će nastati struja i kondenzator će se početi prazniti, a napon na njemu će se smanjiti. Kako napon opada, struja u kolu će se također smanjiti (slika 16-7). Nakon vremenskog intervala, napon na kondenzatoru i struja kruga će se smanjiti na približno 1% početnih vrijednosti i proces pražnjenja kondenzatora može se smatrati završenim.

Napon kondenzatora tokom pražnjenja

tj. smanjuje se prema zakonu eksponencijalne funkcije (Sl. 16-7).

Struja pražnjenja kondenzatora

odnosno on, kao i napon, opada po istom zakonu (sl. 6-7).

Sva energija pohranjena prilikom punjenja kondenzatora u njegovom električnom polju oslobađa se kao toplota u otporu R tokom pražnjenja.

Električno polje napunjenog kondenzatora, isključenog iz izvora napajanja, ne može dugo ostati nepromijenjeno, jer dielektrik kondenzatora i izolacija između njegovih terminala imaju određenu vodljivost.

Pražnjenje kondenzatora zbog nesavršenosti dielektrika i izolacije naziva se samopražnjenje. Vremenska konstanta tokom samopražnjenja kondenzatora ne zavisi od oblika ploča i udaljenosti između njih.

Procesi punjenja i pražnjenja kondenzatora nazivaju se prolazni procesi.

Često se u različitim izvorima napajanja javlja zadatak ograničavanja naleta početne struje kada je uključen. Razlozi mogu biti različiti - brzo trošenje relejnih kontakata ili prekidača, smanjen vijek trajanja filterskih kondenzatora itd. Nedavno sam imao sličan problem. U svom računaru koristim dobro napajanje servera, ali zbog neuspješne implementacije odjeljka pripravnosti, jako se pregrijava kada se isključi glavno napajanje. Zbog ovog problema sam već dva puta morao popravljati standby ploču i mijenjati neke od elektrolita koji se nalaze pored nje. Rješenje je bilo jednostavno - isključite napajanje iz utičnice. Ali imao je niz nedostataka - kada se uključi, došlo je do snažnog udara struje kroz visokonaponski kondenzator, što bi ga moglo oštetiti, osim toga, nakon 2 tjedna utikač za napajanje jedinice počeo je pregorjeti. Odlučeno je da se napravi graničnik udarne struje. Paralelno sa ovim zadatkom, imao sam sličan zadatak za moćna audio pojačala. Problemi kod pojačivača su isti - spaljivanje kontakata prekidača, skok struje kroz diode mosta i elektrolita filtera. Na internetu možete pronaći dosta sklopova za ograničavanje prenaponske struje. Ali za određeni zadatak, oni mogu imati niz nedostataka - potrebu za ponovnim proračunom elemenata kola za potrebnu struju; za moćne potrošače - izbor elemenata snage koji daju potrebne parametre za izračunatu dodijeljenu snagu. Osim toga, ponekad je potrebno osigurati minimalnu početnu struju za priključeni uređaj, što povećava složenost takvog kruga. Za rješavanje ovog problema postoji jednostavno i pouzdano rješenje - termistori.

Sl.1 Termistor

Termistor je poluvodički otpornik čiji se otpor naglo mijenja kada se zagrije. Za naše potrebe su nam potrebni termistori sa negativnim temperaturnim koeficijentom - NTC termistori. Kada struja teče kroz NTC termistor, on se zagrijava i njegov otpor opada.

Slika 2 TKS termistor

Zanimaju nas sljedeći parametri termistora:

Otpornost na 25˚C

Maksimalna stabilna struja

Oba parametra su u dokumentaciji za specifične termistore. Koristeći prvi parametar, možemo odrediti minimalnu struju koja će proći kroz otpor opterećenja kada ga povežemo kroz termistor. Drugi parametar je određen maksimalnom disipacijom snage termistora i snaga opterećenja mora biti takva da prosječna struja kroz termistor ne prelazi ovu vrijednost. Za pouzdan rad termistora potrebno je uzeti vrijednost ove struje manju od 20 posto parametra navedenog u dokumentaciji. Čini se da bi bilo lakše odabrati pravi termistor i sastaviti uređaj. Ali morate uzeti u obzir neke tačke:

1. Termistoru je potrebno dosta vremena da se ohladi. Ako isključite uređaj i odmah ga ponovo uključite, termistor će imati nizak otpor i neće obavljati svoju zaštitnu funkciju.
2. Ne možete paralelno povezati termistore da biste povećali struju - zbog širenja parametara, struja kroz njih će se jako razlikovati. Ali sasvim je moguće spojiti potreban broj termistora u seriju.
3. Tokom rada, termistor postaje veoma vruć. Elementi pored nje se također zagrijavaju.
4. Maksimalna stabilna struja kroz termistor treba biti ograničena njegovom maksimalnom snagom. Ova opcija je navedena u dokumentaciji. Ali ako se termistor koristi za ograničavanje kratkih strujnih udara (na primjer, kada je napajanje inicijalno uključeno i kondenzator filtera se puni), tada impulsna struja može biti veća. Tada je izbor termistora ograničen njegovom maksimalnom snagom impulsa.

Energija nabijenog kondenzatora određena je formulom:

E = (C*Vpeak²)/2

gdje je E energija u džulima, C je kapacitivnost filter kondenzatora, Vpeak je maksimalni napon na koji će filter kondenzator biti napunjen (za naše mreže možete uzeti vrijednost 250V*√2 = 353V).

Ako dokumentacija pokazuje maksimalnu snagu impulsa, tada na osnovu ovog parametra možete odabrati termistor. Ali, po pravilu, ovaj parametar nije naveden. Tada se maksimalni kapacitet koji se može bezbedno napuniti termistorom može se proceniti iz već izračunatih tabela za termistore standardne serije.

Uzeo sam tabelu sa parametrima NTC termistora od Joyina. Tabela pokazuje:

Rnom- nazivni otpor termistora na temperaturi od 25°C

Imax- maksimalna struja kroz termistor (maksimalna stabilna struja)

Smax- maksimalni kapacitet u ispitnom krugu koji se isprazni na termistor bez njegovog oštećenja (testni napon 350v)

Na sedmoj stranici možete vidjeti kako se test provodi.

Nekoliko riječi o parametru Smax– dokumentacija pokazuje da se u ispitnom krugu kondenzator prazni kroz termistor i ograničavajući otpornik, čime se oslobađa dodatna energija. Stoga će maksimalni siguran kapacitet koji termistor može napuniti bez takvog otpora biti manji. Tražio sam informacije na stranim tematskim forumima i gledao tipična kola sa limiterima u obliku termistora, za koje su dati podaci. Na osnovu ovih informacija možete uzeti koeficijent za Smax u realnoj šemi 0,65, kojom se pomnoži podaci iz tabele.

Ime	Rnom,	imax,	Smax,
dprečnika 8mm
prečnik 10mm
prečnik 13mm
prečnik 15mm
prečnik 20mm

Tabela parametara NTC termistora iz Joyina

Povezivanjem nekoliko identičnih NTC termistora u seriju smanjujemo zahtjeve za maksimalnom energijom impulsa svakog od njih.

Dozvolite mi da vam dam primjer. Na primjer, trebamo odabrati termistor da uključimo napajanje računara. Maksimalna potrošnja energije računara je 700 vati. Želimo ograničiti startnu struju na 2-2,5A. Napajanje sadrži filter kondenzator od 470 µF.

Izračunavamo efektivnu trenutnu vrijednost:

I = 700W/220V = 3,18A

Kao što sam gore napisao, za pouzdan rad termistora, iz dokumentacije ćemo odabrati maksimalnu stabilnu struju koja je 20% veća od ove vrijednosti.

Imax = 3.8A

Izračunavamo potreban otpor termistora za početnu struju od 2,5A

R = (220V*√2)/2.5A = 124 Ohma

Iz tabele nalazimo potrebne termistore. 6 komada JNR15S200L termistora povezanih u seriju odgovara našim potrebama Imax, opšti otpor. Maksimalni kapacitet koji mogu napuniti bit će 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, što je čak i više nego što nam je potrebno. Naravno, sa smanjenjem Vpeak, smanjeni su i zahtjevi za maksimalnom impulsnom snagom termistora. Naša zavisnost je od kvadrata napona.

I posljednje pitanje o izboru termistora. Što ako smo odabrali termistore potrebne za maksimalnu snagu impulsa, ali oni nisu prikladni za nas? Imax(stalno opterećenje im je previsoko), ili nam ne treba izvor konstantnog grijanja u samom uređaju? Da bismo to učinili, koristit ćemo jednostavno rješenje - u krug ćemo dodati još jedan prekidač paralelno s termistorom, koji ćemo uključiti nakon punjenja kondenzatora. Što sam i uradio u svom limiteru. U mom slučaju, parametri su sledeći: maksimalna potrošnja energije računara je 400W, ograničenje početne struje je 3,5A, kondenzator filtera je 470uF. Uzeo sam 6 komada termistora 15d11 (15 ohma). Dijagram je prikazan ispod.

Rice. 3 Limiterski krug

Objašnjenja za dijagram. SA1 isključuje faznu žicu. LED VD2 služi za indikaciju rada limitera. Kondenzator C1 izglađuje talase i LED ne treperi na frekvenciji mreže. Ako vam ne treba, uklonite C1, VD6, VD1 iz kruga i jednostavno spojite LED i diodu paralelno na isti način kao i elemente VD4, VD5. Za označavanje procesa punjenja kondenzatora, LED VD4 je povezan paralelno sa termistorima. U mom slučaju, pri punjenju kondenzatora napajanja računara, cijeli proces traje manje od sekunde. Dakle, skupimo.

Slika 4 Komplet za montažu

Indikator napajanja sam sastavio direktno u poklopac prekidača, izbacivši kinesku lampu sa žarnom niti, koja ne bi dugo trajala.

Rice. 5 Indikator napajanja

Slika 6 Blok termistora

Rice. 7 Sastavljen limiter

Ovo je moglo biti gotovo da svi termistori nisu otkazali nakon tjedan dana rada. Izgledalo je ovako.

Rice. 8 Kvar NTC termistora

Unatoč činjenici da je margina za dopuštenu vrijednost kapacitivnosti bila vrlo velika - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Kupio sam termistore od poznate firme, različitih vrijednosti - svi su neispravni. Proizvođač nepoznat. Ili Kinezi sipaju termistore manjih prečnika u velika kućišta ili je kvalitet materijala veoma loš. Kao rezultat toga, kupio sam još manji promjer - SCK 152 8 mm. Ista Kina, ali već brendirana. Prema našoj tabeli, dozvoljeni kapacitet je 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, što je čak nešto manje od potrebnog. Međutim, sve radi dobro.