Cos f sklandus kondensatorių įkrovimas. Sklandus talpos įkrovimas: ką pasirinkti? Sergejus Čemezovas: „Rostec“ jau yra viena iš dešimties didžiausių inžinerinių korporacijų pasaulyje

Projektuojant stiprintuvų maitinimo šaltiniai Dažnai iškyla problemų, kurios neturi nieko bendra su pačiu stiprintuvu arba yra naudojamos elementų bazės pasekmė. Taigi maitinimo šaltiniuose tranzistoriniai stiprintuvai Esant didelei galiai, dažnai kyla problemų sklandžiai įjungti maitinimo šaltinį, tai yra užtikrinti lėtą elektrolitinių kondensatorių įkrovimą išlyginimo filtre, kuris gali turėti labai didelę talpą ir, nesiimant tinkamų priemonių, tiesiog bus įjungimo momentu pažeisti lygintuvo diodus.

Bet kokios galios vamzdinių stiprintuvų maitinimo šaltiniuose būtina numatyti tiekimo delsą aukšta anodo įtampa prieš šildant lempas, kad būtų išvengta ankstyvo katodo išeikvojimo ir dėl to žymiai sutrumpėjusios lempos tarnavimo laikas. Žinoma, naudojant kenotroninį lygintuvą, ši problema išsprendžiama savaime. Bet jei naudojate įprastą tiltinį lygintuvą su LC filtru, neapsieisite be papildomo įrenginio.

Abi aukščiau išvardintos problemos gali būti išspręstos paprastu įrenginiu, kurį nesunkiai galima įmontuoti ir į tranzistorių, ir į vamzdinį stiprintuvą.

Įrenginio schema.

Minkšto paleidimo įrenginio schema parodyta paveikslėlyje:

Spustelėkite norėdami padidinti

Transformatoriaus TP1 antrinės apvijos kintamoji įtampa yra ištaisyta diodiniu tilteliu Br1 ir stabilizuojama integruotu stabilizatoriumi VR1. Rezistorius R1 užtikrina sklandų kondensatoriaus C3 įkrovimą. Kai įtampa per jį pasiekia slenkstinę vertę, atsidarys tranzistorius T1, todėl veiks relė Rel1. Rezistorius R2 užtikrina kondensatoriaus C3 iškrovimą, kai įrenginys išjungtas.

Įtraukimo parinktys.

Relės kontaktų grupė „Rel1“ jungiama priklausomai nuo stiprintuvo tipo ir maitinimo organizavimo.

Pavyzdžiui, norint užtikrinti sklandų kondensatorių įkrovimą maitinimo šaltinyje tranzistorinis galios stiprintuvas, pateiktame įrenginyje galima apeiti balastinį rezistorių, įkrovus kondensatorius, kad būtų pašalinti galios nuostoliai jame. Galimas prijungimo variantas parodytas diagramoje:

Saugiklio ir balasto rezistoriaus reikšmės nenurodomos, nes jos parenkamos pagal stiprintuvo galią ir išlyginamojo filtro kondensatorių talpą.

Vamzdžių stiprintuve pateiktas įrenginys padės organizuoti tiekimo vėlavimą aukšta anodo įtampa prieš lempoms įšilus, o tai gali žymiai pailginti jų tarnavimo laiką. Galimas įtraukimo variantas parodytas paveikslėlyje:

Uždelsimo grandinė čia įjungiama kartu su kaitinimo transformatoriumi. Įšilus lempoms, įsijungs relė Rel1, dėl kurios tinklo įtampa bus tiekiama į anodo transformatorių.

Jei jūsų stiprintuvas naudoja vieną transformatorių, kad maitintų tiek lempos kaitinimo grandines, tiek anodo įtampą, relės kontaktų grupė turėtų būti perkelta į antrinės apvijos grandinę. anodo įtampa.

Įjungimo delsos grandinės elementai (švelnus paleidimas):

• Saugiklis: 220V 100mA,
• Transformatorius: bet koks mažos galios, kurio išėjimo įtampa yra 12–14 V,
• Diodinis tiltelis: bet koks mažas, kurio parametrai 35V/1A ir didesni,
• Kondensatoriai: C1 - 1000uF 35V, C2 - 100nF 63V, C3 - 100uF 25V,
• Rezistoriai: R1 - 220 kOhm, R2 - 120 kOhm,
• Tranzistorius: IRF510,
• Integruotas stabilizatorius: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
• Relė: su 9V darbinės apvijos įtampa (7812 – 12V) ir atitinkamos galios kontaktų grupe.

Dėl mažo srovės suvartojimo galima montuoti stabilizatoriaus lustą ir lauko tranzistorių be radiatorių.

Tačiau kam nors gali kilti mintis atsisakyti papildomo, nors ir mažo dydžio, transformatoriaus ir vėlinimo grandinę maitinti nuo kaitinamojo siūlo įtampos. Atsižvelgiant į tai, kad standartinė kaitinamojo siūlo įtampos vertė yra ~6,3V, stabilizatorių L7809 turėsite pakeisti L7805 ir naudoti relę, kurios apvijos darbinė įtampa yra 5V. Tokios relės paprastai sunaudoja didelę srovę, tokiu atveju mikroschema ir tranzistorius turės būti su mažais radiatoriais.

Naudojant relę su 12V apvija (kažkaip dažniau), integruotą stabilizatoriaus lustą reikėtų pakeisti 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

Su rezistoriaus R1 ir kondensatoriaus C3 reikšmėmis, nurodytomis diagramoje vėlavimo laikas inkliuzai yra eilės tvarka 20 sekundžių. Norint padidinti laiko intervalą, būtina padidinti kondensatoriaus C3 talpą.

Straipsnis parengtas remiantis žurnalo "Audio Express" medžiaga

Nemokamas „RadioGazeta“ vyriausiojo redaktoriaus vertimas.

Jei prijungiate rezistorių ir kondensatorių, gausite bene vieną naudingiausių ir universaliausių grandinių.

Šiandien nusprendžiau pakalbėti apie daugybę jo panaudojimo būdų. Bet pirmiausia apie kiekvieną elementą atskirai:

Rezistoriaus užduotis yra apriboti srovę. Tai yra statinis elementas, kurio varža nesikeičia, dabar nekalbame apie šilumines klaidas - jos nėra per didelės. Srovė per rezistorių nustatoma pagal Ohmo dėsnį - I=U/R, kur U yra įtampa rezistoriaus gnybtuose, R yra jo varža.

Kondensatorius yra įdomesnis dalykas. Jis turi įdomią savybę – išsikrovęs elgiasi beveik kaip trumpasis jungimas – per jį be apribojimų teka srovė, veržiasi į begalybę. Ir įtampa jame linkusi į nulį. Kai jis įkraunamas, jis tampa tarsi pertrauka ir per jį nustoja tekėti srovė, o įtampa per ją tampa lygi įkrovimo šaltiniui. Pasirodo įdomus santykis – yra srovė, nėra įtampos, yra įtampa – nėra srovės.

Norėdami įsivaizduoti šį procesą, įsivaizduokite balioną... hm... balioną, kuris pripildytas vandens. Vandens srautas yra srovė. Vandens slėgis elastingose ​​​​sienose yra streso ekvivalentas. Dabar pažiūrėkite, kai kamuolys tuščias - vanduo teka laisvai, didelė srovė, bet slėgio dar beveik nėra - įtampa žema. Tada, užpildžius rutulį ir pradėjus priešintis slėgiui, dėl sienelių elastingumo srautas sulėtės, o paskui išvis sustos – jėgos lygios, kondensatorius įkraunamas. Ant ištemptų sienų yra įtampa, bet nėra srovės!

Dabar, jei pašalinsite arba sumažinsite išorinį slėgį, pašalinkite maitinimo šaltinį, tada vanduo tekės atgal, veikiamas elastingumo. Be to, srovė iš kondensatoriaus tekės atgal, jei grandinė bus uždaryta ir šaltinio įtampa bus mažesnė už kondensatoriaus įtampą.

Kondensatoriaus talpa. Kas čia?
Teoriškai begalinio dydžio krūvis gali būti pumpuojamas į bet kurį idealų kondensatorių. Tiesiog mūsų kamuolys labiau išsitemps, o sienos sukurs didesnį spaudimą, be galo didesnį spaudimą.
O kaip tada su Faradais, kas parašyta ant kondensatoriaus šono kaip talpos indikatorius? Ir tai tik įtampos priklausomybė nuo krūvio (q = CU). Mažo kondensatoriaus įtampa padidės įkrovus.

Įsivaizduokite dvi stiklines be galo aukštomis sienomis. Vienas siauras, kaip mėgintuvėlis, kitas platus, kaip dubuo. Vandens lygis juose – įtampa. Apatinė sritis yra konteineris. Abu galima užpildyti tuo pačiu litru vandens – vienoda įkrova. Tačiau mėgintuvėlyje lygis šoktels keliais metrais, o baseine aptaškys pačiame apačioje. Taip pat mažos ir didelės talpos kondensatoriuose.
Galite užpildyti tiek, kiek norite, bet įtampa bus skirtinga.

Be to, realiame gyvenime kondensatoriai turi gedimo įtampą, po kurios jie nustoja būti kondensatoriumi, bet virsta tinkamu laidininku :)

Kaip greitai įkraunamas kondensatorius?
Idealiomis sąlygomis, kai turime be galo galingą įtampos šaltinį su nuline vidine varža, idealius superlaidžius laidus ir absoliučiai nepriekaištingą kondensatorių, šis procesas įvyks akimirksniu, laikas lygus 0, taip pat ir iškrova.

Tačiau iš tikrųjų visada yra pasipriešinimas, aiškus - kaip banalus rezistorius, arba numanomas, pavyzdžiui, laidų varža ar įtampos šaltinio vidinė varža.
Šiuo atveju kondensatoriaus įkrovimo greitis priklausys nuo varžos grandinėje ir kondensatoriaus talpos, o pats įkrovimas tekės pagal eksponentinė teisė.

Ir šis įstatymas turi keletą būdingų dydžių:

• T - laiko konstanta, tai laikas, kai vertė pasiekia 63 % savo maksimumo. 63% buvo paimti neatsitiktinai, tai tiesiogiai susiję su formule VERTYBĖ T =max—1/e*max.
• 3T – ir esant tris kartus didesnei konstantai, vertė pasieks 95% savo maksimumo.

RC grandinės laiko konstanta T=R*C.

Kuo mažesnė varža ir mažesnė talpa, tuo greičiau kondensatorius įkraunamas. Jei pasipriešinimas lygus nuliui, tada įkrovimo laikas lygus nuliui.

Apskaičiuokime, kiek laiko užtruks, kol 1 uF kondensatorius bus įkrautas iki 95% per 1 kOhm rezistorių:
T = C*R = 10-6 * 103 = 0,001c
3T = 0,003 s Po šio laiko kondensatoriaus įtampa pasieks 95% šaltinio įtampos.

Išleidimas vyks pagal tą patį dėsnį, tik aukštyn kojomis. Tie. po T laiko kondensatoriuje lieka tik 100% - 63% = 37% pradinės įtampos, o po 3T dar mažiau - vargani 5%.

Na, su įtampos tiekimu ir išleidimu viskas aišku. O kas, jei įtampa būtų įjungta, o po to pakelta dar žingsniais, o po to iškrauta taip pat? Situacija čia praktiškai nepasikeis - įtampa pakilo, kondensatorius buvo įkrautas pagal tą patį dėsnį, su ta pačia laiko konstanta - po 3T laiko jo įtampa bus 95% naujos maksimumo.
Šiek tiek nukrito - buvo įkraunama ir po 3T įtampa ant jo bus 5% didesnė nei nauja minimali.
Ką aš tau sakau, geriau parodyk. Čia „Multisim“ sukūriau protingą žingsnio signalo generatorių ir padaviau jį į integruojančią RC grandinę:

Pažiūrėk, kaip kliba :) Atkreipkite dėmesį, kad tiek įkrovimas, tiek iškrovimas, nepriklausomai nuo žingsnio aukščio, visada yra vienodos trukmės!!!

Iki kokios vertės galima įkrauti kondensatorių?
Teoriškai, ad infinitum, savotiškas kamuolys su be galo besitęsiančiomis sienomis. Tiesą sakant, rutulys anksčiau ar vėliau sprogs, o kondensatorius prasiskverbs ir įvyks trumpasis jungimas. Štai kodėl visi kondensatoriai turi svarbų parametrą - galutinė įtampa. Ant elektrolitų dažnai rašoma ant šono, bet ant keraminių reikia pasižiūrėti žinynuose. Bet ten dažniausiai nuo 50 voltų. Apskritai, renkantis kondensatorių, reikia užtikrinti, kad jo maksimali įtampa būtų ne mažesnė nei grandinėje. Pridursiu, kad skaičiuojant kintamos įtampos kondensatorių reikėtų rinktis maksimalią 1,4 karto didesnę įtampą. Nes kintamoje įtampoje rodoma efektyvioji vertė, o maksimali momentinė vertė ją viršija 1,4 karto.

Kas išplaukia iš to, kas išdėstyta aukščiau? Ir faktas yra tas, kad jei į kondensatorių bus įjungta pastovi įtampa, jis tiesiog įkraus ir viskas. Čia linksmybės baigiasi.

Ką daryti, jei pateikiate kintamąjį? Akivaizdu, kad jis arba įkraus, arba išsikraus, o srovė tekės grandinėje pirmyn ir atgal. Judėjimas! Yra srovė!

Pasirodo, nepaisant fizinės grandinės tarp plokščių pertraukos, kintamoji srovė lengvai teka per kondensatorių, tačiau nuolatinė srovė teka silpnai.

Ką tai mums duoda? Ir tai, kad kondensatorius gali tarnauti kaip savotiškas separatorius atskirti kintamąją ir nuolatinę srovę į atitinkamus komponentus.

Bet koks laike kintantis signalas gali būti pavaizduotas kaip dviejų komponentų suma – kintamasis ir pastovus.

Pavyzdžiui, klasikinė sinusoidė turi tik kintamąją dalį, o konstanta lygi nuliui. Su nuolatine srove yra atvirkščiai. Ką daryti, jei turime pasislinkusią sinusoidę? Ar nuolat trukdo?

AC ir DC signalo komponentai yra lengvai atskiriami!
Šiek tiek aukščiau, aš parodžiau, kaip kondensatorius įkraunamas ir iškraunamas, kai keičiasi įtampa. Taigi kintamoji dedamoji su trenksmu pereis per conder, nes tik jis priverčia kondensatorių aktyviai keisti savo įkrovą. Konstanta išliks tokia, kokia buvo, ir bus įstrigusi ant kondensatoriaus.

Bet tam, kad kondensatorius efektyviai atskirtų kintamąjį komponentą nuo pastovios, kintamosios komponentės dažnis turi būti ne mažesnis kaip 1/T

Galimi du RC grandinės aktyvavimo tipai:
Integruoti ir diferencijuoti. Jie taip pat yra žemųjų dažnių filtrai ir aukšto dažnio filtrai.

Žemųjų dažnių filtras be pakeitimų praleidžia pastovų komponentą (kadangi jo dažnis lygus nuliui, žemesnio niekur nėra) ir nuslopina viską, kas didesnis nei 1/T. Tiesioginis komponentas praeina tiesiogiai, o kintamasis komponentas yra užgesinamas į žemę per kondensatorių.
Toks filtras dar vadinamas integruojančia grandine, nes išėjimo signalas yra tarsi integruotas. Ar prisimeni, kas yra integralas? Plotas po kreive! Štai kur jis išeina.

Ir ji vadinama diferencijavimo grandine, nes išėjime gauname įvesties funkcijos diferencialą, kuris yra ne kas kita, kaip šios funkcijos kitimo greitis.

• 1 skyriuje kondensatorius įkraunamas, o tai reiškia, kad per jį teka srovė ir rezistoriuje nukris įtampa.
• 2 skyriuje smarkiai padidėja įkrovimo greitis, o tai reiškia, kad srovė smarkiai padidės, o po to rezistoriuje sumažės įtampa.
• 3 skyriuje kondensatorius tiesiog išlaiko esamą potencialą. Per jį neteka srovė, o tai reiškia, kad įtampa per rezistorių taip pat lygi nuliui.
• Na, o 4 sekcijoje pradėjo išsikrauti kondensatorius, nes... įvesties signalas tapo žemesnis už jo įtampą. Srovė nuėjo priešinga kryptimi, o rezistoriuje jau yra neigiamas įtampos kritimas.

Ir jei įvestį pritaikysime stačiakampį impulsą su labai stačiais kraštais ir sumažinsime kondensatoriaus talpą, pamatysime tokias adatas:

stačiakampis. Na, ką? Teisingai – tiesinės funkcijos išvestinė yra konstanta, šios funkcijos nuolydis lemia konstantos ženklą.

Trumpai tariant, jei šiuo metu lankote matematikos kursą, galite pamiršti bedievį Mathcad, šlykštųjį klevą, išmesti iš galvos Matlab matricos ereziją ir, ištraukę saują analogiškų palaidų dalykų iš savo atmintinės, prisilituoti. tikrai TIKRAS analoginis kompiuteris :) Mokytoja bus šokiruota :)

Tiesa, integratoriai ir diferenciatoriai dažniausiai nėra gaminami naudojant vien rezistorius, čia naudojami operaciniai stiprintuvai. Šiuos dalykus kol kas galite ieškoti google, įdomu :)

Ir čia aš tiekiau įprastą stačiakampį signalą į du aukšto ir žemo dažnio filtrus. Ir išėjimai iš jų į osciloskopą:

Štai šiek tiek didesnis skyrius:

Paleidžiant kondensatorius išsikrauna, srovė per jį yra pilna, o įtampa jame yra nereikšminga - RESET įėjime yra atstatymo signalas. Bet netrukus kondensatorius įsikraus ir po laiko T jo įtampa jau bus loginio lygio ir atstatymo signalas nebebus siunčiamas į RESET - MK prasidės.
Ir už AT89C51 būtina organizuoti visiškai priešingą RESET - pirmiausia pateikite vienetą, o tada nulį. Čia situacija yra priešinga - kol kondensatorius neįkraunamas, tada per jį teka didelė srovė, Uc - įtampos kritimas jame yra mažas Uc = 0. Tai reiškia, kad RESET tiekiamas įtampa, kuri yra šiek tiek mažesnė nei maitinimo įtampa Usupply-Uc=Upsupply.
Bet kai kondensatorius įkraunamas ir jo įtampa pasiekia maitinimo įtampą (Upit = Uc), tada RESET kaištyje jau bus Upit-Uc = 0

Analoginiai matavimai
Bet nekreipkite dėmesio į atstatymo grandines, kur smagiau naudoti RC grandinės galimybę išmatuoti analogines reikšmes su mikrovaldikliais, kurie neturi ADC.
Tam naudojamas faktas, kad kondensatoriaus įtampa auga griežtai pagal tą patį dėsnį - eksponentinį. Priklausomai nuo laidininko, rezistoriaus ir maitinimo įtampos. Tai reiškia, kad ji gali būti naudojama kaip atskaitos įtampa su anksčiau žinomais parametrais.

Tai veikia paprastai, įtampa iš kondensatoriaus įjungiame analoginį lyginamąjį įrenginį, o išmatuotą įtampą prijungiame prie antrojo lygintuvo įvesties. Ir kai norime išmatuoti įtampą, mes tiesiog pirmiausia patraukiame kaištį žemyn, kad iškrautume kondensatorių. Tada grąžiname jį į Hi-Z režimą, nustatome iš naujo ir paleidžiame laikmatį. Tada kondensatorius pradeda krauti per rezistorių, ir kai tik lygintuvas praneš, kad įtampa iš RC pasivijo išmatuotą, sustabdome laikmatį.

Žinodami, pagal kurį dėsnį RC grandinės etaloninė įtampa laikui bėgant didėja, o taip pat žinodami, kiek laiko tiksi laikmatis, galime gana tiksliai sužinoti, kokiai išmatuota įtampa buvo lygi tuo metu, kai suveikė komparatorius. Be to, čia nebūtina skaičiuoti eksponentų. Pradiniame kondensatoriaus įkrovimo etape galime manyti, kad priklausomybė ten yra tiesinė. Arba, jei norite didesnio tikslumo, aproksimuokite eksponentą dalimis tiesinėmis funkcijomis, o rusiškai nubrėžkite jo apytikslę formą keliomis tiesiomis linijomis arba sukurkite reikšmės priklausomybės nuo laiko lentelę, trumpai tariant, metodai yra paprasti.

Jei jums reikia analoginio jungiklio, bet neturite ADC, jums net nereikia naudoti lygintuvo. Pasukite koją, ant kurios kabo kondensatorius, ir leiskite įkrauti per kintamąjį rezistorių.

Pakeitus T, kuris, priminsiu, T = R * C ir žinodami, kad turime C = const, galime apskaičiuoti R reikšmę. Be to, vėlgi, čia nebūtina jungti matematinio aparato, daugumoje atvejais pakanka atlikti kai kurių sąlyginių papūgų matavimus, pavyzdžiui, laikmačio erkes. Arba galite eiti kitu keliu, nekeisdami rezistoriaus, o keisdami talpą, pvz., prijungdami prie jo savo kūno talpą... kas bus? Teisingai – liečiamieji mygtukai!

Jei kažkas neaišku, nesijaudinkite, netrukus parašysiu straipsnį apie tai, kaip prijungti analoginę įrangą prie mikrovaldiklio nenaudojant ADC. Ten viską smulkiai paaiškinsiu.

Vyksta šaunūs fejerverkai. Kai tik pora šviesos diodų prasiskverbia, LM317 įtampa pašoks iki ribos ir bus didelis sprogimas.

1000 mikrofaradų esant 450v = 80 džaulių. Kilus problemoms, kondensatorius išdžiūsta tiek, kad atrodo, kad jo nepakanka. Bet bus problemų, nes kondensatorių be jokios atsargos pastatysite į aplinką, kurioje įėjime impulsas gali sugauti net 1 kV.

Patarimas – pasidarykite įprastą impulsų tvarkyklę. Ir ne šis „įgudusių rankų“ ratas be galvaninės izoliacijos ir filtrų.

Net jei sąlyginai priimsime šią grandinę kaip teisingą, aplink LM317 reikia įdėti keraminius kondensatorius, kad jis neskambėtų.

Ir taip, srovės ribojimas tranzistoriumi atliekamas kitaip - jūsų grandinėje jis tiesiog sprogs, nes iš pradžių tinklas bus prijungtas prie E-K sankryžos.

Ir jūsų skirstytuvas pritaikys 236 voltus į EB jungtį, o tai taip pat sukels tranzistoriaus sprogimą.

Po kelių patikslinimų pagaliau tapo aišku, ko norima pasiekti: bendrą maitinimo šaltinį kelioms nuosekliai sujungtoms šviesos diodų grandinėms. Pagrindine problema laikėte sklandų filtro kondensatoriaus įkrovimo bloką. Mano nuomone, tokioje schemoje yra kelios daug kritiškesnės vietos. Bet pirmiausia apie klausimo temą.

1000 μF yra vertė, tinkama 0,5...3 amperų apkrovos srovei, o ne dešimčiai miliamperų (ten pakanka 22...50 μF). Tranzistorius gali būti sumontuotas, jei reikia sklandžiai padidinti ryškumą 4...20 sekundžių - bet jūs turite keletą girliandų! Ar tikrai jie turi prasidėti visame bute vienu metu? O dėl jungiklių - ar vietoj standartinių, perjungiančių ~220 voltų grandinę, norite perjungti ~310 voltų grandinę pastačius jungiklį tarp kondensatoriaus ir girliandos? Šis sprendimas bent kažkaip pateisinamas „protingam namui“ (ir net tada ne viskas jame aišku), tačiau įprastame bute to daryti nėra prasmės. Jame teisingiau kiekvienai girliandai įrengti atskirą maitinimo šaltinį - tada daug pelningiau naudoti įprastas itin pigias (ir daug patikimesnes!) juostas su lygiagrečiai 12 voltų šviesos diodai, o ne su naminiais serijiniais, kuriuose vieno diodo perdegimas visiškai atima jums šviesą.
Kitas sklandaus įkrovimo bloko tikslas – apsaugoti lygintuvo diodus nuo pasikartojančios perkrovos įjungimo momentu, kai kondensatorius visiškai išsikrovęs. Bet ši problema gali būti visiškai išspręsta daug paprastesniu būdu - vietoj T1 ir R1, R3 reikia įdėti termistorių su kelių dešimčių omų varža, kuri sumažėja įšilus iki 0,5...3 omų, tai Tai atliekama naudojant šimtus milijonų kompiuterių maitinimo šaltinių, kurie patikimai veikia daugelį metų esant maždaug tokiai pačiai apkrovos srovei kaip ir jūsų. Tokį termistorių galite gauti iš bet kurio neveikiančio kompiuterio maitinimo šaltinio.

Ir galiausiai apie tai, kas ne jūsų klausime, bet patraukia jūsų dėmesį - apie LM317 srovės stabilizatorių, kuris sugeria perteklinę tinklo įtampą. Faktas yra tas, kad tokia šakelė veikia tik nuo 3 iki 40 voltų. Tinklo įtampos tolerancija sveiko miesto tinkle yra 10%, t.y. nuo 198 iki 242 voltų. Tai reiškia, kad jei apskaičiavote apatinę ribą (ir tai paprastai daroma), tada prie viršutinės ribos įtampa prie stuburo viršys leistiną 40 voltų. Jei nustatysite jį į aukščiausią diapazoną (t. y. 242), tada prie apatinės ribos stuburo įtampa nukris žemiau 3 voltų ir jis nebestabilizuos srovės. Ir nieko nesakysiu apie tai, kas bus su šia schema kaimo vietovėse, kur tinklo įtampos svyravimai yra daug didesni. Taigi tokia grandinė normaliai veiks tik esant stabiliai tinklo įtampai - tačiau esant stabiliam tinklui, stabilizatoriaus nereikia, jį puikiai galima pakeisti paprastu rezistoriumi.

Sujungkime grandinę, susidedančią iš neįkrauto kondensatoriaus, kurio talpa C, ir rezistoriaus, kurio varža R, prie nuolatinės įtampos U maitinimo šaltinio (16-4 pav.).

Kadangi įjungimo momentu kondensatorius dar nėra įkrautas, įtampa per jį.Todėl grandinėje pradiniu laiko momentu įtampos kritimas per varžą R lygus U ir atsiranda srovė, stipris kurios

Ryžiai. 16-4. Kondensatoriaus įkrovimas.

Srovės i praėjimą lydi laipsniškas kondensatoriaus Q įkrovos kaupimasis, ant jo atsiranda įtampa ir sumažėja įtampos kritimas per varžą R:

kaip išplaukia iš antrojo Kirchhoffo dėsnio. Todėl dabartinis stiprumas

mažėja, įkrovos kaupimosi greitis Q taip pat mažėja, nes srovė grandinėje

Laikui bėgant kondensatorius kraunasi toliau, tačiau įkrova Q ir jame esanti įtampa auga vis lėčiau (16-5 pav.), o srovė grandinėje palaipsniui mažėja proporcingai įtampos skirtumui.

Ryžiai. 16-5. Srovės ir įtampos pokyčių įkraunant kondensatorių grafikas.

Po pakankamai didelio laiko intervalo (teoriškai be galo ilgo) įtampa ant kondensatoriaus pasiekia vertę, lygią maitinimo šaltinio įtampai, o srovė tampa lygi nuliui – kondensatoriaus įkrovimo procesas baigiasi.

Kondensatoriaus įkrovimo procesas yra ilgesnis, tuo didesnė grandinės R varža, kuri riboja srovę, ir tuo didesnė kondensatoriaus C talpa, nes esant didelei talpai turi kauptis didesnis krūvis. Proceso greitis apibūdinamas grandinės laiko konstanta

kuo daugiau, tuo lėtesnis procesas.

Grandinės laiko konstanta turi laiko matmenį, nes

Praėjus tam tikram laiko tarpui nuo grandinės įjungimo, lygaus , kondensatoriaus įtampa pasiekia maždaug 63% maitinimo šaltinio įtampos, o po intervalo kondensatoriaus įkrovimo procesas gali būti laikomas baigtu.

Įtampa kondensatoriuje kraunant

y., ji yra lygi skirtumui tarp nuolatinės maitinimo šaltinio įtampos ir laisvosios įtampos, kuri laikui bėgant mažėja pagal eksponentinės funkcijos dėsnį nuo reikšmės U iki nulio (16-5 pav.).

Kondensatoriaus įkrovimo srovė

Srovė nuo pradinės reikšmės palaipsniui mažėja pagal eksponentinės funkcijos dėsnį (16-5 pav.).

b) Kondensatoriaus iškrova

Dabar panagrinėkime kondensatoriaus C iškrovimo procesą, kuris buvo įkraunamas iš maitinimo šaltinio į įtampą U per rezistorių, kurio varža R (16-6 pav., Kur jungiklis perkeliamas iš 1 padėties į 2 padėtį).

Ryžiai. 16-6. Kondensatoriaus iškrovimas į rezistorių.

Ryžiai. 16-7. Srovės ir įtampos pokyčių, iškraunant kondensatorių, grafikas.

Pradiniu momentu grandinėje atsiras srovė ir kondensatorius pradės išsikrauti, o įtampa jame sumažės. Mažėjant įtampai mažės ir srovės stiprumas grandinėje (16-7 pav.). Po tam tikro laiko įtampa ant kondensatoriaus ir grandinės srovė sumažės iki maždaug 1% pradinių verčių ir kondensatoriaus iškrovimo procesas gali būti laikomas baigtu.

Kondensatoriaus įtampa iškrovimo metu

y., ji mažėja pagal eksponentinės funkcijos dėsnį (16-7 pav.).

Kondensatoriaus iškrovos srovė

tai ji, kaip ir įtampa, mažėja pagal tą patį dėsnį (6-7 pav.).

Visa energija, sukaupta įkraunant kondensatorių jo elektriniame lauke, iškrovimo metu išsiskiria kaip šiluma varžoje R.

Įkrauto kondensatoriaus elektrinis laukas, atjungtas nuo maitinimo šaltinio, ilgą laiką negali išlikti nepakitęs, nes kondensatoriaus dielektrikas ir izoliacija tarp jo gnybtų turi tam tikrą laidumą.

Kondensatoriaus iškrovimas dėl dielektriko ir izoliacijos netobulumo vadinamas savaiminiu išsikrovimu. Laiko konstanta kondensatoriaus savaiminio išsikrovimo metu nepriklauso nuo plokščių formos ir atstumo tarp jų.

Kondensatoriaus įkrovimo ir iškrovimo procesai vadinami pereinamaisiais procesais.

Dažnai įvairiuose maitinimo šaltiniuose kyla užduotis apriboti paleidimo srovės šuolių įjungus. Priežastys gali būti įvairios – greitas relės kontaktų ar jungiklių susidėvėjimas, sumažėjęs filtrų kondensatorių tarnavimo laikas ir kt. Neseniai turėjau panašią problemą. Kompiuteryje naudoju gerą serverio maitinimo šaltinį, bet dėl ​​nesėkmingo budėjimo skyriaus įdiegimo jis stipriai perkaista išjungus pagrindinį maitinimą. Dėl šios problemos jau du kartus teko remontuoti budėjimo plokštę ir pakeisti dalį šalia esančios elektrolitų. Sprendimas buvo paprastas – išjunkite maitinimą iš lizdo. Tačiau jis turėjo nemažai trūkumų - įjungus per aukštos įtampos kondensatorių buvo stiprus srovės antplūdis, kuris galėjo jį sugadinti, be to, po 2 savaičių pradėjo perdegti įrenginio maitinimo kištukas. Buvo nuspręsta padaryti įsijungimo srovės ribotuvą. Lygiagrečiai su šia užduotimi turėjau panašią užduotį galingiems garso stiprintuvams. Stiprintuvuose problemos tos pačios – dega jungiklių kontaktai, srovės šuoliai per tilto diodus ir filtrų elektrolitus. Internete galite rasti gana daug viršįtampio srovės ribotuvo grandinių. Tačiau atliekant konkrečią užduotį, jie gali turėti daugybę trūkumų - būtinybė perskaičiuoti grandinės elementus reikiamai srovei; galingiems vartotojams - galios elementų, suteikiančių reikiamus parametrus apskaičiuotai paskirstytai galiai, parinkimas. Be to, kartais reikia užtikrinti minimalią prijungto įrenginio paleidimo srovę, o tai padidina tokios grandinės sudėtingumą. Šiai problemai išspręsti yra paprastas ir patikimas sprendimas – termistoriai.

1 pav. Termistorius

Termistorius yra puslaidininkinis rezistorius, kurio varža smarkiai pasikeičia kaitinant. Mūsų tikslams mums reikia termistorių su neigiamu temperatūros koeficientu - NTC termistorių. Kai srovė teka per NTC termistorių, jis įkaista ir sumažėja varža.

2 pav. TKS termistorius

Mus domina šie termistoriaus parametrai:

Atsparumas 25˚C temperatūroje

Didžiausia pastovi srovė

Abu parametrai yra konkrečių termistorių dokumentacijoje. Naudodami pirmąjį parametrą galime nustatyti mažiausią srovę, kuri praeis per apkrovos varžą, jungiant ją per termistorių. Antrasis parametras nustatomas pagal maksimalų termistoriaus galios sklaidą, o apkrovos galia turi būti tokia, kad vidutinė srovė per termistorių neviršytų šios vertės. Kad termistorius veiktų patikimai, šios srovės vertė turi būti mažesnė nei 20 procentų dokumentuose nurodyto parametro. Atrodytų, kad būtų lengviau pasirinkti tinkamą termistorių ir surinkti įrenginį. Bet jūs turite atsižvelgti į kai kuriuos dalykus:

1. Termistorius ilgai atvėsta. Jei prietaisą išjungsite ir iš karto vėl įjungsite, termistorius turės mažą varžą ir neatliks savo apsauginės funkcijos.
2. Negalite lygiagrečiai sujungti termistorių, kad padidintumėte srovę - dėl parametrų plitimo srovė per juos labai skirsis. Tačiau visiškai įmanoma nuosekliai prijungti reikiamą skaičių termistorių.
3. Veikimo metu termistorius labai įkaista. Šalia esantys elementai taip pat įkaista.
4. Didžiausia pastovios būsenos srovė per termistorių turėtų būti apribota jo maksimalia galia. Ši parinktis nurodyta dokumentacijoje. Bet jei termistorius naudojamas trumpiems srovės šuoliais apriboti (pavyzdžiui, kai iš pradžių įjungiamas maitinimas ir įkraunamas filtro kondensatorius), tada impulsinė srovė gali būti didesnė. Tada termistoriaus pasirinkimą riboja didžiausia jo impulsų galia.

Įkrauto kondensatoriaus energija nustatoma pagal formulę:

E = (C*Vpeak²)/2

kur E – energija džauliais, C – filtro kondensatoriaus talpa, Vpeak – maksimali įtampa, iki kurios bus įkraunamas filtro kondensatorius (mūsų tinklams galite paimti reikšmę 250V*√2 = 353V).

Jei dokumentacijoje nurodyta didžiausia impulsų galia, tada pagal šį parametrą galite pasirinkti termistorių. Tačiau, kaip taisyklė, šis parametras nenurodytas. Tada iš jau apskaičiuotų standartinių serijų termistorių lentelių galima įvertinti maksimalią talpą, kurią galima saugiai įkrauti termistoriumi.

Iš Joyin paėmiau lentelę su NTC termistorių parametrais. Lentelėje parodyta:

Rnom- vardinė termistoriaus varža esant 25°C temperatūrai

Imax- maksimali srovė per termistorių (didžiausia pastovi srovė)

Smax- didžiausia bandymo grandinės talpa, kuri iškraunama į termistorių jo nepažeidžiant (bandymo įtampa 350v)

Kaip atliekamas testas, galite pamatyti septintame puslapyje.

Keletas žodžių apie parametrą Smax– iš dokumentacijos matyti, kad bandymo grandinėje kondensatorius iškraunamas per termistorių ir ribojantį rezistorių, kuris išskiria papildomą energiją. Todėl maksimali saugi talpa, kurią termistorius gali įkrauti be tokios varžos, bus mažesnė. Ieškojau informacijos užsienio teminiuose forumuose ir pažiūrėjau tipines grandines su ribotuvais termistorių pavidalu, apie kurias pateikiami duomenys. Remdamiesi šia informacija, galite apskaičiuoti koeficientą Smax realioje schemoje 0,65, iš kurios padauginti duomenis iš lentelės.

vardas	Rnom,	Imax,	Smax,
dskersmuo 8 mm
skersmuo 10 mm
skersmuo 13 mm
skersmuo 15 mm
skersmuo 20 mm

Joyin NTC termistorių parametrų lentelė

Sujungę kelis vienodus NTC termistorius nuosekliai, sumažiname kiekvieno iš jų maksimalios impulsų energijos reikalavimus.

Pateiksiu pavyzdį. Pavyzdžiui, norėdami įjungti kompiuterio maitinimo šaltinį, turime pasirinkti termistorių. Maksimalus kompiuterio energijos suvartojimas yra 700 vatų. Norime apriboti paleidimo srovę iki 2-2,5A. Maitinimo bloke yra 470 µF filtro kondensatorius.

Apskaičiuojame efektyvią srovės vertę:

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

Kaip rašiau aukščiau, kad termistorius veiktų patikimai, iš dokumentacijos parinksime maksimalią pastovios būsenos srovę, kuri yra 20% didesnė už šią vertę.

Maksimalus = 3,8 A

Apskaičiuojame reikiamą termistoriaus varžą 2,5A paleidimo srovei

R = (220V*√2)/2,5A = 124 omai

Iš lentelės randame reikiamus termistorius. 6 nuosekliai sujungti JNR15S200L termistoriai atitinka mūsų poreikius Imax, bendras pasipriešinimas. Didžiausia talpa, kurią jie gali įkrauti, bus 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, tai yra net daugiau, nei mums reikia. Natūralu, kad sumažėjus Vpeak, taip pat sumažinami reikalavimai maksimaliai termistoriaus impulsų galiai. Mūsų priklausomybė yra nuo įtampos kvadrato.

Ir paskutinis klausimas apie termistorių pasirinkimą. O jei pasirinkome maksimaliai impulsų galiai reikalingus termistorius, bet jie mums netinka? Imax(nuolatinė apkrova jiems per didelė), ar mums nereikia nuolatinio šildymo šaltinio pačiame įrenginyje? Tam naudosime paprastą sprendimą – lygiagrečiai su termistoriumi į grandinę pridėsime dar vieną jungiklį, kurį įjungsime įkrovę kondensatorių. Tai aš padariau savo ribotuve. Mano atveju parametrai tokie: kompiuterio maksimalus energijos suvartojimas 400W, paleidimo srovės apribojimas 3,5A, filtro kondensatorius 470uF. Aš paėmiau 6 gabalus 15d11 (15 omų) termistorių. Diagrama parodyta žemiau.

Ryžiai. 3 ribotuvo grandinė

Diagramos paaiškinimai. SA1 atjungia fazinį laidą. LED VD2 rodo ribotuvo veikimą. Kondensatorius C1 išlygina bangavimą, o šviesos diodas nemirksi tinklo dažniu. Jei jums to nereikia, išimkite C1, VD6, VD1 iš grandinės ir tiesiog lygiagrečiai prijunkite šviesos diodą ir diodą taip pat, kaip ir elementus VD4, VD5. Norėdami parodyti kondensatoriaus įkrovimo procesą, LED VD4 yra prijungtas lygiagrečiai su termistoriais. Mano atveju, įkraunant kompiuterio maitinimo šaltinio kondensatorių, visas procesas trunka mažiau nei sekundę. Taigi, rinkkime.

Pav.4 Surinkimo komplektas

Maitinimo indikatorių surinkau tiesiai į jungiklio dangtelį, išmesdamas kinišką kaitrinę lempą, kuri nebūtų trukusi ilgai.

Ryžiai. 5 Maitinimo indikatorius

6 pav. Termistoriaus blokas

Ryžiai. 7 Surinktas ribotuvas

Tai galėjo būti baigta, jei po savaitės darbo nebūtų sugedę visi termistoriai. Tai atrodė taip.

Ryžiai. 8 NTC termistorių gedimas

Nepaisant to, kad leistinos talpos vertės riba buvo labai didelė - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Termistorius pirkau iš žinomos firmos, skirtingos vertės - visi su defektais. Gamintojas nežinomas. Arba kinai pila mažesnio skersmens termistorius į didelius korpusus, arba medžiagų kokybė labai prasta. Dėl to nusipirkau dar mažesnį skersmenį - SCK 152 8mm. Ta pati Kinija, bet jau firminė. Pagal mūsų lentelę leistina talpa yra 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, tai yra net šiek tiek mažiau nei reikia. Tačiau viskas veikia gerai.