Cos f glatko punjenje kondenzatora. Glatko punjenje kapaciteta: što odabrati? Sergey Chemezov: Rostec je već jedna od deset najvećih inženjerskih korporacija na svijetu

Prilikom projektiranja napajanja pojačalaČesto se javljaju problemi koji nemaju veze sa samim pojačalom ili su posljedica korištene elementne baze. Tako i u napajanjima tranzistorska pojačala Kod velike snage često se javlja problem implementacije glatkog uključivanja napajanja, odnosno osiguravanja sporog punjenja elektrolitskih kondenzatora u filteru za izravnavanje, koji može imati vrlo značajan kapacitet i bez poduzimanja odgovarajućih mjera jednostavno će se oštetiti ispravljačke diode u trenutku uključivanja.

U napajanjima za cijevna pojačala bilo koje snage potrebno je osigurati odgodu napajanja visoki anodni napon prije zagrijavanja žarulja, kako bi se izbjeglo prerano pražnjenje katode i, kao rezultat, značajno smanjenje vijeka trajanja žarulje. Naravno, kada se koristi kenotron ispravljač, ovaj problem se rješava sam po sebi. Ali ako koristite konvencionalni mostni ispravljač s LC filtrom, ne možete bez dodatnog uređaja.

Oba navedena problema mogu se riješiti jednostavnim uređajem koji se lako ugrađuje i u tranzistor i u cijevno pojačalo.

Dijagram uređaja.

Shematski dijagram uređaja za meko pokretanje prikazan je na slici:

Kliknite za povećanje

Izmjenični napon na sekundarnom namotu transformatora TP1 ispravlja se diodnim mostom Br1 i stabilizira integriranim stabilizatorom VR1. Otpornik R1 osigurava glatko punjenje kondenzatora C3. Kada napon na njemu dosegne vrijednost praga, tranzistor T1 će se otvoriti, uzrokujući rad releja Rel1. Otpornik R2 osigurava pražnjenje kondenzatora C3 kada je uređaj isključen.

Mogućnosti uključivanja.

Kontaktna skupina releja Rel1 povezuje se ovisno o vrsti pojačala i organizaciji napajanja.

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

Vrijednosti osigurača i balastnog otpornika nisu naznačene, jer su odabrane na temelju snage pojačala i kapaciteta kondenzatora filtera za izravnavanje.

U cijevnom pojačalu predstavljeni uređaj pomoći će organizirati odgodu napajanja visoki anodni napon prije nego što se svjetiljke 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, uključit će se relej Rel1, zbog čega će se mrežni napon dovoditi na anodni transformator.

Ako vaše pojačalo koristi jedan transformator za napajanje strujnih krugova žarulje i anodnog napona, tada se kontaktna skupina releja treba premjestiti u krug sekundarnog namota anodni napon.

Elementi kruga odgode uključivanja (meki start):

• Osigurač: 220V 100mA,
• Transformator: bilo koji male snage s izlaznim naponom od 12-14V,
• Diodni most: bilo koji manji s parametrima 35V/1A i većim,
• 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: s radnim naponom namota od 9V (12V za 7812) i kontaktnom skupinom odgovarajuće snage.

Zbog male potrošnje struje može se montirati stabilizatorski čip i tranzistor s efektom polja bez radijatora.

Međutim, netko može imati ideju napustiti dodatni, iako mali transformator i napajati krug kašnjenja iz napona žarne niti. S obzirom da je standardna vrijednost napona žarne niti ~6,3 V, morat ćete L7809 stabilizator zamijeniti L7805 i koristiti relej s radnim naponom namota od 5 V. Takvi releji obično troše značajnu struju, u kojem će slučaju mikro krug i tranzistor morati biti opremljeni malim radijatorima.

Kada koristite relej s namotom od 12 V (nekako češće), integrirani stabilizatorski čip treba zamijeniti 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

S vrijednostima otpornika R1 i kondenzatora C3 navedenim na dijagramu vrijeme odgode inkluzije su reda 20 sekundi. Za povećanje vremenskog intervala potrebno je povećati kapacitet kondenzatora C3.

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

Besplatan prijevod glavnog urednika RadioGazete.

Ako spojite otpornik i kondenzator, dobit ćete možda jedan od najkorisnijih i najsvestranijih sklopova.

Danas sam odlučio razgovarati o mnogim načinima njegove upotrebe. Ali prvo o svakom elementu zasebno:

Zadatak otpornika je ograničavanje struje. Ovo je statički element čiji se otpor ne mijenja, sada ne govorimo o toplinskim pogreškama - one nisu prevelike. Struja kroz otpornik određena je Ohmovim zakonom - I=U/R, gdje je U napon na stezaljkama 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, jureći u beskonačnost. I napon na njemu teži nuli. Kad se napuni, postaje poput prekida i struja prestaje teći kroz njega, a napon na njemu postaje jednak izvoru punjenja. Ispada zanimljiv odnos - postoji struja, nema napona, postoji napon - nema struje.

Kako biste vizualizirali ovaj proces, zamislite balon... hm... balon koji je napunjen vodom. Tok vode je struja. Tlak vode na elastične stijenke je ekvivalent naprezanja. Sada pogledajte, kada je kuglica prazna - voda slobodno teče, postoji velika struja, ali još gotovo da nema pritiska - napon je nizak. Zatim, kada se kuglica napuni i počne odolijevati pritisku, zbog elastičnosti stijenki, protok će se usporiti, a zatim potpuno prestati - sile su jednake, kondenzator je napunjen. Ima napetosti na rastegnutim zidovima, ali nema struje!

Sada, ako uklonite ili smanjite vanjski pritisak, uklonite izvor energije, tada će voda teći natrag pod utjecajem elastičnosti. Također, struja iz kondenzatora će teći natrag ako je krug zatvoren, a napon izvora je niži od napona u kondenzatoru.

Kapacitet kondenzatora. Što je to?
Teoretski, naboj beskonačne veličine može se pumpati u bilo koji idealni kondenzator. Samo što će se naša lopta više rastezati i zidovi će stvarati veći pritisak, beskrajno veći pritisak.
Što je onda s Faradima, što piše sa strane kondenzatora kao indikator kapaciteta? I to je samo ovisnost napona o naboju (q = CU). Za mali kondenzator, povećanje napona od punjenja bit će veće.

Zamislite dvije čaše beskrajno visokih stijenki. Jedna je uska, kao epruveta, druga je široka, kao lavor. Razina vode u njima je napetost. Donji dio je spremnik. Oba se mogu napuniti istom litrom vode - jednako punjenje. Ali u epruveti će razina skočiti za nekoliko metara, au bazenu će prskati na samom dnu. Također u kondenzatorima s malim i velikim kapacitetom.
Možete ga puniti koliko god želite, ali napon će biti drugačiji.

Plus, u stvarnom životu, kondenzatori imaju probojni napon, nakon čega prestaje biti kondenzator, već se pretvara u upotrebljiv vodič :)

Koliko brzo se kondenzator puni?
U idealnim uvjetima, kada imamo beskonačno snažan izvor napona s nultim unutarnjim otporom, idealne supravodljive žice i apsolutno besprijekoran kondenzator, ovaj proces će se dogoditi trenutno, s vremenom jednakim 0, kao i pražnjenje.

Ali u stvarnosti uvijek postoji otpor, eksplicitan - poput banalnog otpornika, ili implicitan, poput otpora žica ili unutarnjeg otpora 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 doseže 63% svog maksimuma. 63% nije uzeto slučajno; izravno je povezano s formulom VRIJEDNOST T =max—1/e*max.
• 3T - a kod trostruke konstante vrijednost će doseći 95% svog maksimuma.

Vremenska konstanta za RC krug T=R*C.

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

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 tog vremena, napon na kondenzatoru će dosegnuti 95% napona izvora.

Otpust će slijediti isti zakon, samo naopako. Oni. nakon T vremena na kondenzatoru ostaje samo 100% - 63% = 37% izvornog napona, a nakon 3T još manje - bijednih 5%.

Pa, sve je jasno s opskrbom i otpuštanjem napona. Što ako je napon primijenjen, a zatim postupno porastao, a zatim se također postupno ispuštao? Ovdje se situacija 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 napon na njemu bude 5% veći od novog minimuma.
Što da vam kažem, bolje je pokazati. Ovdje u multisimu stvorio sam pametan generator koraka signala i ubacio ga u integrirajući RC lanac:

Pogledajte kako se klati :) Imajte na umu da i punjenje i pražnjenje, bez obzira na visinu stepenice, uvijek imaju isto vrijeme!!!

Do koje se vrijednosti može napuniti kondenzator?
U teoriji, ad infinitum, neka vrsta lopte s beskrajno rastegnutim zidovima. U stvarnosti će kuglica prije ili kasnije puknuti, a kondenzator probiti i kratko spojiti. Zato svi kondenzatori imaju važan parametar - krajnji napon. Na elektrolitima je često napisano sa strane, ali na keramičkim se mora potražiti u referentnim knjigama. Ali tamo je obično od 50 volti. Općenito, pri odabiru kondenzatora morate osigurati da njegov maksimalni napon nije niži od onog u krugu. Dodat ću da pri izračunu kondenzatora za izmjenični napon trebate odabrati maksimalni napon 1,4 puta veći. Jer na izmjeničnom naponu je prikazana efektivna vrijednost, a trenutna vrijednost na svom maksimumu ga premašuje za 1,4 puta.

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

Što ako pošaljete varijablu? Očito je da će se ili puniti ili prazniti, a struja će teći naprijed-natrag u krugu. Pokret! Ima struje!

Ispada da, unatoč fizičkom prekidu u krugu između ploča, izmjenična struja lako teče kroz kondenzator, ali istosmjerna struja teče slabo.

Što nam to daje? I činjenica da kondenzator može poslužiti kao neka vrsta separatora za razdvajanje izmjenične i istosmjerne struje na odgovarajuće komponente.

Svaki vremenski promjenjivi signal može se predstaviti kao zbroj dviju komponenti - promjenjive i konstantne.

Na primjer, klasična sinusoida ima samo varijabilni dio, a konstanta je nula. S istosmjernom strujom je suprotno. Što ako imamo pomaknutu sinusoidu? Ili stalno sa smetnjama?

AC i DC komponente signala lako se odvajaju!
Malo gore, pokazao sam vam kako se kondenzator puni i prazni kada se napon mijenja. Dakle, varijabilna komponenta će proći kroz konder s praskom, jer samo što tjera kondenzator da aktivno mijenja svoj naboj. Konstanta će ostati kakva je bila i bit će zaglavljena na kondenzatoru.

Ali kako bi kondenzator učinkovito odvojio varijabilnu komponentu od konstante, frekvencija varijabilne komponente ne smije biti manja od 1/T

Moguće su dvije vrste aktivacije RC lanca:
Integriranje i razlikovanje. Oni su također niskopropusni i visokopropusni filtar.

Niskopropusni filtar propušta konstantnu komponentu bez promjena (jer mu je frekvencija nula, nigdje nema niže) i potiskuje sve veće od 1/T. Izravna komponenta prolazi izravno, a izmjenična komponenta se gasi na masu kroz kondenzator.
Takav se filtar naziva i integrirajući lanac jer je izlazni signal takoreći integriran. Sjećate li se što je integral? Područje ispod krivulje! Ovdje izlazi na vidjelo.

I zove se diferencirajući krug jer na izlazu dobivamo diferencijal ulazne funkcije, što nije ništa više od brzine promjene ove funkcije.

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

A ako na ulaz primijenimo pravokutni impuls, s vrlo strmim rubovima, i smanjimo kapacitet kondenzatora, vidjet ćemo igle poput ovih:

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

Ukratko, ako trenutno pohađate tečaj matematike, onda možete zaboraviti na bezbožni Mathcad, odvratni Maple, izbaciti matričnu herezu Matlaba iz glave i, izvadivši pregršt analognih labavih stvari iz svoje zalihe, lemiti se uistinu PRAVO analogno računalo :) Učitelj će biti šokiran :)

Istina, integratori i diferencijatori obično se ne izrađuju samo pomoću otpornika; ovdje se koriste operacijska pojačala. Za sada možete guglati za ove stvari, zanimljiva stvar :)

I ovdje sam ubacio obični pravokutni signal u dva visokopropusna i niskopropusna filtra. I izlazi s njih na osciloskop:

Evo malo većeg odjeljka:

Pri pokretanju kondenzator je ispražnjen, struja kroz njega je puna, a napon na njemu je zanemariv - na ulazu RESET postoji reset signal. Ali uskoro će se kondenzator napuniti i nakon vremena T njegov napon će već biti na razini logičkog, a signal za resetiranje više neće biti poslan na RESET - MK će se pokrenuti.
I za AT89C51 potrebno je organizirati upravo suprotno od RESET-a - prvo poslati jedinicu, a zatim nulu. Ovdje je situacija suprotna - dok kondenzator nije napunjen, tada kroz njega teče velika struja Uc - pad napona na njemu je malen Uc = 0. To znači da se RESET napaja s naponom nešto manjim od napona napajanja Usupply-Uc=Upsupply.
Ali kada se kondenzator napuni i napon na njemu dosegne napon napajanja (Upit = Uc), tada će na pinu RESET već biti Upit-Uc = 0

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

Radi jednostavno, napon s kondenzatora dovedemo na analogni komparator, a izmjereni napon spojimo 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, resetiramo i pokrećemo mjerač vremena. I tada se kondenzator počinje puniti kroz otpornik, a čim komparator javi da je napon iz RC-a sustigao izmjereni, zaustavljamo mjerač vremena.

Znajući po kojem zakonu referentni napon RC kruga raste tijekom vremena, a također znajući koliko dugo mjerač vremena otkucava, možemo prilično točno saznati koliko je izmjereni napon bio jednak u trenutku aktiviranja komparatora. Štoviše, ovdje nije potrebno brojati eksponente. U početnoj fazi punjenja kondenzatora možemo pretpostaviti da je ovisnost tamo linearna. Ili, ako želite veću točnost, aproksimirajte eksponent linearnim funkcijama po komadu, 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 morate čak ni koristiti komparator. Zatresite nogu na kojoj visi kondenzator i pustite da se puni kroz promjenjivi otpornik.

Promjenom T, što je, da vas podsjetim, T = R * C i znajući da imamo C = const, možemo izračunati vrijednost R. Štoviše, opet, ovdje nije potrebno spajati matematički aparat, u većini slučajevima dovoljno je izvršiti mjerenja u nekim uvjetnim papigama, poput mjerača vremena. Ili možete ići drugim putem, ne mijenjajući otpornik, već mijenjajući kapacitivnost, na primjer, tako da na njega spojite kapacitivnost svog tijela... što će se dogoditi? Tako je - tipke na dodir!

Ako nešto nije jasno, onda 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 probije par LED dioda, 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 osuši da se ne čini dovoljnim. Ali bit će problema, budući da ste kondenzator bez ikakve rezerve stavili u okruženje gdje se i 1kV može uhvatiti u impulsu na ulazu.

Savjet - napravite normalni pokretač pulsa. A ne ovaj krug “vještih ruku” bez galvanske izolacije i filtera.

Čak i ako ovaj sklop uvjetno prihvatimo kao ispravan, potrebno je staviti keramičke kondenzatore oko LM317 kako ne bi zvonio.

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

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

Nakon nekoliko pojašnjenja, konačno je postalo jasno što se želi postići: zajednički izvor napajanja za nekoliko krugova LED dioda povezanih u seriju. Smatrali ste da je glavni problem nesmetano punjenje jedinice filterskog kondenzatora. Po mom mišljenju, postoji nekoliko mnogo kritičnijih mjesta u takvoj shemi. Ali prvo o temi pitanja.

1000 μF je vrijednost prikladna za struju opterećenja od 0,5...3 ampera, a ne desetke miliampera (tu je dovoljno 22...50 μF). Tranzistor se može instalirati ako trebate glatko povećati svjetlinu za 4...20 sekundi - ali imate nekoliko vijenaca! Zar stvarno moraju 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 čak 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 paralelno LED diode od 12 volti, a ne s domaćim serijskim, u kojima vam izgaranje jedne diode potpuno lišava svjetla.
Druga svrha jedinice za glatko punjenje je zaštita ispravljačkih dioda od opetovanog preopterećenja u trenutku uključivanja, kada je kondenzator potpuno ispražnjen. Ali ovaj se problem može u potpunosti riješiti mnogo jednostavnijom metodom - umjesto T1 i R1, R3, morate umetnuti termistor s otporom od nekoliko desetaka ohma, koji se smanjuje kada se zagrije na 0,5 ... 3 ohma, ovo radi se u stotinama milijuna računalnih izvora napajanja koji pouzdano rade godinama pri približno istoj struji opterećenja kao i vaš. Takav termistor možete dobiti iz bilo kojeg napajanja mrtvog računala.

I na kraju, o onome što nije u vašem pitanju, ali upada u oči - o stabilizatoru struje na LM317, koji apsorbira višak mrežnog napona. Činjenica je da takav priključak 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 utičnicu na donjoj granici (a to se obično radi), tada će na gornjoj granici napon na utičnici prijeći dopuštenih 40 volti. Ako ga postavite na vrh raspona (tj. 242), tada će na donjoj granici napon na priključku pasti ispod 3 volta i više neće stabilizirati struju. I neću reći ništa o tome što će se dogoditi s ovom shemom u ruralnim područjima, gdje su fluktuacije mrežnog napona mnogo veće. Dakle, takav će krug normalno raditi samo sa stabilnim mrežnim naponom - ali sa stabilnom mrežom stabilizator nije potreban; može se savršeno zamijeniti jednostavnim otpornikom.

Spojimo krug koji se sastoji od nenabijenog kondenzatora kapaciteta C i otpornika otpora R na izvor struje konstantnog napona U (slika 16-4).

Budući da u trenutku uključivanja kondenzator još nije napunjen, napon na njemu. Stoga je u krugu u početnom trenutku vremena pad napona na otporu R jednak U i nastaje struja, jakost koji

Riža. 16-4. Punjenje kondenzatora.

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

kako proizlazi iz drugog Kirchhoffovog zakona. Prema tome, trenutna snaga

smanjuje se i brzina akumulacije naboja Q, budući da struja u krugu

Tijekom vremena, kondenzator se nastavlja puniti, ali naboj Q i napon na njemu rastu sve sporije (sl. 16-5), a struja u krugu postupno opada proporcionalno razlici napona

Riža. 16-5 (prikaz, ostalo). Grafikon promjene struje i napona pri punjenju kondenzatora.

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

Proces punjenja kondenzatora je dulji što je veći otpor kruga R, koji ograničava struju, i što je veći kapacitet kondenzatora C, jer se s velikim kapacitetom mora akumulirati veći naboj. Brzina procesa karakterizirana je vremenskom konstantom kruga

što je više, proces je sporiji.

Vremenska konstanta kruga ima dimenziju vremena, jer

Nakon vremenskog intervala od trenutka uključenja kruga, jednakog, napon na kondenzatoru doseže približno 63% napona izvora napajanja, a nakon intervala se proces punjenja kondenzatora može smatrati završenim.

Napon na kondenzatoru tijekom punjenja

tj. jednak je razlici konstantnog napona izvora struje i slobodnog napona koji se tijekom vremena smanjuje po zakonu eksponencijalne funkcije od vrijednosti U do nule (sl. 16-5).

Struja punjenja kondenzatora

Struja od početne vrijednosti postupno opada prema zakonu eksponencijalne funkcije (sl. 16-5).

b) Pražnjenje kondenzatora

Razmotrimo sada proces pražnjenja kondenzatora C, koji je napunjen iz izvora napajanja na napon U preko otpornika s otporom R (slika 16-6, gdje je sklopka pomaknuta iz položaja 1 u položaj 2).

Riža. 16-6 (prikaz, ostalo). Pražnjenje kondenzatora na otpornik.

Riža. 16-7 (prikaz, ostalo). Grafikon promjene struje i napona pri pražnjenju kondenzatora.

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

Napon kondenzatora tijekom pražnjenja

tj. opada po 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 toplina u otporu R tijekom pražnjenja.

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

Pražnjenje kondenzatora zbog nesavršenosti dielektrika i izolacije naziva se samopražnjenje. Vremenska konstanta pri samopražnjenju kondenzatora ne ovisi o obliku ploča i njihovom razmaku.

Procesi punjenja i pražnjenja kondenzatora nazivaju se prijelaznim procesima.

Često se u raznim izvorima napajanja pojavljuje zadatak ograničavanja startnog strujnog udara kada je uključen. Razlozi mogu biti različiti - brzo trošenje kontakata releja ili prekidača, smanjeni radni vijek filterskih kondenzatora itd. Nedavno sam imao sličan problem. U svom računalu koristim dobro napajanje poslužitelja, ali zbog neuspješne implementacije dijela pripravnosti, jako se pregrijava kada se glavno napajanje isključi. Zbog ovog problema sam već dva puta morao popravljati standby ploču i mijenjati neke elektrolite koji se nalaze uz nju. Rješenje je bilo jednostavno - isključite napajanje iz utičnice. Ali imao je niz nedostataka - kada je uključen, došlo je do snažnog udara struje kroz visokonaponski kondenzator, što ga je moglo oštetiti, osim toga, nakon 2 tjedna utikač jedinice počeo je izgorjeti. Odlučeno je napraviti graničnik udarne struje. Paralelno s ovim zadatkom imao sam sličan zadatak za snažna audio pojačala. Problemi u pojačalima su isti - spaljivanje kontakata prekidača, udar struje kroz diode mosta i elektrolite filtera. Na Internetu možete pronaći dosta sklopova za ograničavanje udarne struje. Ali za određeni zadatak, oni mogu imati niz nedostataka - potrebu za ponovnim izračunavanjem elemenata kruga za potrebnu struju; za snažne potrošače - izbor elemenata snage koji osiguravaju potrebne parametre za izračunatu dodijeljenu snagu. Osim toga, ponekad je potrebno osigurati minimalnu startnu 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 zagrijavanjem. Za naše potrebe potrebni su nam termistori s negativnim temperaturnim koeficijentom - NTC termistori. Kada struja teče kroz NTC termistor, on se zagrijava i njegov otpor opada.

Sl.2 TKS termistor

Zanimaju nas sljedeći parametri termistora:

Otpornost na 25˚C

Maksimalna stalna struja

Oba parametra nalaze se u dokumentaciji za pojedine termistore. Pomoću prvog parametra možemo odrediti minimalnu struju koja će proći kroz otpor opterećenja kada ga spojimo preko termistora. Drugi parametar određen je maksimalnom disipacijom snage termistora, a snaga opterećenja mora biti takva da prosječna struja kroz termistor ne prelazi tu vrijednost. Za pouzdan rad termistora, trebate 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 točke:

1. Termistoru treba dugo da se ohladi. Ako isključite uređaj i odmah ga ponovno uključite, termistor će imati nizak otpor i neće obavljati svoju zaštitnu funkciju.
2. Ne možete spojiti termistore paralelno kako biste povećali struju - zbog širenja parametara, struja kroz njih će se jako razlikovati. Ali sasvim je moguće serijski spojiti potreban broj termistora.
3. Tijekom rada termistor postaje jako vruć. Zagrijavaju se i elementi pored njega.
4. Maksimalna stacionarna struja kroz termistor treba biti ograničena njegovom maksimalnom snagom. Ova je opcija 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 pulsna 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 kapacitet filterskog kondenzatora, Vpeak je maksimalni napon na koji će se filterski kondenzator napuniti (za naše mreže možete uzeti vrijednost 250V*√2 = 353V).

Ako dokumentacija ukazuje na maksimalnu snagu impulsa, onda na temelju ovog parametra možete odabrati termistor. Ali, u pravilu, ovaj parametar nije naveden. Tada se iz već izračunatih tablica za termistore standardnih serija može procijeniti maksimalni kapacitet koji se može sigurno puniti termistorom.

Uzeo sam tablicu s parametrima NTC termistora od Joyina. Tablica pokazuje:

Rnom- nazivni otpor termistora pri temperaturi od 25°C

Imax- maksimalna struja kroz termistor (maksimalna stacionarna struja)

Smax- maksimalni kapacitet u ispitnom krugu koji se ispušta na termistor bez njegovog oštećenja (ispitni 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 granični otpornik, čime se oslobađa dodatna energija. Stoga će maksimalni sigurni kapacitet koji termistor može napuniti bez takvog otpora biti manji. Tražio sam informacije na stranim tematskim forumima i pogledao tipične sklopove s limitatorima u obliku termistora, za koje su dati podaci. Na temelju ovih podataka možete uzeti koeficijent za Smax u realnoj shemi 0,65, čime se množe podaci iz tablice.

Ime	Rnom,	Imax,	Smax,
dpromjer 8 mm
promjera 10mm
promjer 13mm
promjera 15mm
promjera 20mm

Tablica parametara NTC termistora tvrtke Joyin

Spajanjem više identičnih NTC termistora u seriju smanjujemo zahtjeve za maksimalnom energijom impulsa svakog od njih.

Dat ću vam primjer. Na primjer, trebamo odabrati termistor za uključivanje napajanja računala. Maksimalna potrošnja energije računala je 700 vata. Želimo ograničiti početnu struju na 2-2,5 A. Napajanje sadrži filterski kondenzator od 470 µF.

Izračunavamo efektivnu vrijednost struje:

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

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

Imax = 3,8 A

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

R = (220V*√2)/2,5A = 124 Ohma

Iz tablice nalazimo potrebne termistore. 6 komada serijski spojenih termistora JNR15S200L odgovara našim potrebama Imax, opći otpor. Maksimalni kapacitet koji mogu napuniti bit će 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, što je čak i više nego što nam treba. Naravno, uz smanjenje Vpeak, zahtjevi za maksimalnom snagom impulsa termistora također su smanjeni. Naša je ovisnost o kvadratu napona.

I posljednje pitanje o izboru termistora. Što ako smo odabrali termistore potrebne za maksimalnu snagu impulsa, ali nam ne odgovaraju? Imax(konstantno opterećenje im je preveliko), ili nam ne treba izvor stalnog grijanja u samom uređaju? Da bismo to učinili, poslužit ćemo se jednostavnim rješenjem - dodat ćemo još jednu sklopku u strujni krug paralelno s termistorom, koju ćemo uključiti nakon punjenja kondenzatora. Što sam i napravio u svom limiteru. U mom slučaju, parametri su sljedeći: maksimalna potrošnja energije računala je 400 W, ograničenje početne struje je 3,5 A, kondenzator filtera je 470 uF. Uzeo sam 6 komada termistora 15d11 (15 ohma). Dijagram je prikazan u nastavku.

Riža. 3 Krug limitatora

Objašnjenja za dijagram. SA1 odspaja faznu žicu. LED VD2 služi za indikaciju rada limitera. Kondenzator C1 izglađuje valovitost i LED ne treperi na mrežnoj frekvenciji. Ako vam ne treba, uklonite C1, VD6, VD1 iz kruga i jednostavno povežite LED i diodu paralelno na isti način kao i elemente VD4, VD5. Za označavanje procesa punjenja kondenzatora, LED VD4 je spojen paralelno s termistorima. U mom slučaju, prilikom punjenja kondenzatora napajanja računala, cijeli proces traje manje od sekunde. Dakle, skupljajmo.

Slika 4 Komplet za sastavljanje

Sastavio sam indikator napajanja izravno u poklopcu prekidača, izbacivši kinesku žarulju sa žarnom niti, koja ne bi dugo trajala.

Riža. 5 Indikator napajanja

Sl.6 Termistorski blok

Riža. 7 Sastavljeni limiter

To se moglo završiti da svi termistori nisu otkazali nakon tjedan dana rada. To je izgledalo ovako.

Riža. 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 tvrtke, različitih vrijednosti - svi su neispravni. Proizvođač nepoznat. Ili Kinezi ulijevaju termistore manjih promjera u velika kućišta, ili je kvaliteta materijala vrlo loša. Kao rezultat toga, kupio sam još manji promjer - SCK 152 8 mm. Ista Kina, ali već brendirana. Prema našoj tablici, dopušteni kapacitet je 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, što je čak malo manje od potrebnog. Međutim, sve radi dobro.