Cos f smidig laddning av kondensatorer. Smidig kapacitetsladdning: vad ska man välja? Sergey Chemezov: Rostec är redan ett av de tio största ingenjörsföretagen i världen

Vid design strömförsörjning för förstärkare Ofta uppstår problem som inte har med själva förstärkaren att göra, eller som är en konsekvens av den använda elementbasen. Så i strömförsörjning transistorförstärkare Med hög effekt uppstår ofta problemet med att implementera en smidig påslagning av strömförsörjningen, det vill säga att säkerställa en långsam laddning av elektrolytkondensatorer i utjämningsfiltret, som kan ha en mycket betydande kapacitet och utan att vidta lämpliga åtgärder helt enkelt skada likriktardioderna när de slås på.

I strömförsörjning för rörförstärkare av vilken effekt som helst, är det nödvändigt att tillhandahålla en matningsfördröjning hög anodspänning innan lamporna värms upp, för att undvika för tidig utarmning av katoden och, som ett resultat, en betydande minskning av lampans livslängd. Naturligtvis, när du använder en kenotron-likriktare, löses detta problem av sig självt. Men om du använder en konventionell brygglikriktare med ett LC-filter kan du inte klara dig utan en extra enhet.

Båda ovanstående problem kan lösas med en enkel anordning som enkelt kan byggas in i både en transistor och en rörförstärkare.

Enhetsdiagram.

Det schematiska diagrammet för mjukstartsanordningen visas i figuren:

Klicka för att förstora

Växelspänningen på transformatorns TP1 sekundärlindning likriktas av diodbryggan Br1 och stabiliseras av den integrerade stabilisatorn VR1. Motstånd R1 säkerställer smidig laddning av kondensator C3. När spänningen över den når ett tröskelvärde öppnas transistorn T1, vilket gör att reläet Rel1 fungerar. Motstånd R2 säkerställer urladdning av kondensator C3 när enheten stängs av.

Inklusionsalternativ.

Rel1-reläkontaktgruppen ansluts beroende på typen av förstärkare och strömförsörjningens organisation.

Till exempel för att säkerställa smidig laddning av kondensatorer i strömförsörjningen transistor effektförstärkare, kan den presenterade enheten användas för att kringgå ballastmotståndet efter laddning av kondensatorerna för att eliminera strömförluster på den. Ett möjligt anslutningsalternativ visas i diagrammet:

Värdena på säkringen och ballastmotståndet anges inte, eftersom de väljs baserat på förstärkarens effekt och kapacitansen hos utjämningsfilterkondensatorerna.

I en rörförstärkare kommer den presenterade enheten att hjälpa till att organisera en matningsfördröjning hög anodspänning innan lamporna värms upp, vilket avsevärt kan förlänga deras livslängd. Ett möjligt inkluderingsalternativ visas i figuren:

Fördröjningskretsen här slås på samtidigt med filamenttransformatorn. Efter att lamporna har värmts upp kommer reläet Rel1 att slås på, vilket resulterar i att nätspänningen tillförs anodtransformatorn.

Om din förstärkare använder en transformator för att driva både lampglödtrådskretsarna och anodspänningen, ska reläkontaktgruppen flyttas till den sekundära lindningskretsen anodspänning.

Element i tillslagsfördröjningskretsen (mjukstart):

• Säkring: 220V 100mA,
• Transformator: vilken lågeffekt som helst med en utspänning på 12-14V,
• Diodbrygga: vilken liten som helst med parametrar 35V/1A och högre,
• Kondensatorer: C1 - 1000uF 35V, C2 - 100nF 63V, C3 - 100uF 25V,
• Motstånd: R1 - 220 kOhm, R2 - 120 kOhm,
• Transistor: IRF510,
• Inbyggd stabilisator: 7809, LM7809, L7809, MC7809 (7812),
• Relä: med en driftlindningsspänning på 9V (12V för 7812) och en kontaktgrupp med lämplig effekt.

På grund av den låga strömförbrukningen kan stabilisatorchippet och fälteffekttransistorn monteras utan radiatorer.

Men någon kan ha idén att överge den extra, om än liten, transformator och driva fördröjningskretsen från glödtrådsspänningen. Med tanke på att standardvärdet för glödtrådsspänningen är ~6,3V, måste du byta ut L7809-stabilisatorn med en L7805 och använda ett relä med en lindningsdriftspänning på 5V. Sådana reläer förbrukar vanligtvis betydande ström, i vilket fall mikrokretsen och transistorn måste vara utrustade med små radiatorer.

När du använder ett relä med en 12V-lindning (på något sätt vanligare) bör det integrerade stabilisatorchippet ersättas med ett 7812 (L7812, LM7812, MC7812).

Med värdena på motståndet R1 och kondensatorn C3 som anges i diagrammet försening inneslutningar är av ordningen 20 sekunder. För att öka tidsintervallet är det nödvändigt att öka kapacitansen hos kondensatorn C3.

Artikeln utarbetades utifrån material från tidningen "Audio Express"

Fri översättning av chefredaktören för RadioGazeta.

Kopplar du ihop ett motstånd och en kondensator får du kanske en av de mest användbara och mångsidiga kretsarna.

Idag bestämde jag mig för att prata om de många sätten att använda den. Men först, om varje element separat:

Motståndets uppgift är att begränsa strömmen. Detta är ett statiskt element vars resistans inte förändras, vi pratar inte om termiska fel nu - de är inte för stora. Strömmen genom ett motstånd bestäms av Ohms lag - I=U/R, där U är spänningen vid resistorklämmorna, R är dess resistans.

Kondensatorn är en mer intressant sak. Den har en intressant egenskap - när den urladdas, beter den sig nästan som en kortslutning - strömmen flyter genom den utan begränsningar, rusar till oändligheten. Och spänningen på den tenderar till noll. När den laddas blir den som ett avbrott och strömmen slutar flöda genom den, och spänningen över den blir lika med laddningskällan. Det visar sig vara ett intressant förhållande - det finns ström, ingen spänning, det finns spänning - ingen ström.

För att visualisera denna process, föreställ dig en ballong... um... en ballong som är fylld med vatten. Vattenflödet är en ström. Vattentrycket på elastiska väggar motsvarar stress. Titta nu, när bollen är tom - vatten rinner fritt, det är en stor ström, men det är nästan inget tryck ännu - spänningen är låg. Sedan, när bollen är fylld och börjar motstå tryck, på grund av väggarnas elasticitet, kommer flödeshastigheten att sakta ner och sedan sluta helt - krafterna är lika, kondensatorn laddas. Det är spänningar på de uppspända väggarna, men ingen ström!

Om du nu tar bort eller minskar det yttre trycket, ta bort strömkällan, då kommer vattnet att strömma tillbaka under påverkan av elasticitet. Dessutom kommer strömmen från kondensatorn att flyta tillbaka om kretsen är sluten och källspänningen är lägre än spänningen i kondensatorn.

Kondensatorkapacitet. Vad är detta?
Teoretiskt sett kan en laddning av oändlig storlek pumpas in i vilken idealisk kondensator som helst. Det är bara det att vår boll kommer att sträcka sig mer och väggarna kommer att skapa mer tryck, oändligt mycket mer tryck.
Hur är det då med Farads, vad står det på sidan av kondensatorn som en indikator på kapacitans? Och detta är bara spänningens beroende av laddning (q = CU). För en liten kondensator blir spänningsökningen från laddning högre.

Föreställ dig två glas med oändligt höga väggar. Det ena är smalt, som ett provrör, det andra är brett, som ett handfat. Vattennivån i dem är spänning. Det nedre området är behållaren. Båda kan fyllas med samma liter vatten - lika laddning. Men i ett provrör kommer nivån att hoppa med flera meter, och i en bassäng kommer den att stänka längst ner. Även i kondensatorer med liten och stor kapacitans.
Du kan fylla den så mycket du vill, men spänningen blir annorlunda.

Plus, i verkliga livet har kondensatorer en genombrottsspänning, varefter den upphör att vara en kondensator, men förvandlas till en användbar ledare :)

Hur snabbt laddas en kondensator?
Under idealiska förhållanden, när vi har en oändligt kraftfull spänningskälla med noll intern resistans, idealiska supraledande ledningar och en absolut felfri kondensator, kommer denna process att inträffa omedelbart, med tiden lika med 0, såväl som urladdningen.

Men i verkligheten finns det alltid motstånd, explicit - som ett banalt motstånd, eller implicit, såsom motståndet hos ledningar eller det interna motståndet hos en spänningskälla.
I detta fall kommer kondensatorns laddningshastighet att bero på resistansen i kretsen och kondensatorns kapacitans, och själva laddningen kommer att flyta enl. exponentiell lag.

Och denna lag har ett par karakteristiska storheter:

• T - Tidskonstant, detta är den tidpunkt då värdet når 63 % av sitt maximum. 63 % togs inte av en slump, det är direkt relaterat till formeln VÄRDE T =max—1/e*max.
• 3T - och vid tre gånger konstanten kommer värdet att nå 95% av sitt maximum.

Tidskonstant för RC-krets T=R*C.

Ju lägre resistans och lägre kapacitans, desto snabbare laddas kondensatorn. Om motståndet är noll är laddningstiden noll.

Låt oss räkna ut hur lång tid det tar för en 1uF kondensator att laddas till 95 % genom ett 1kOhm motstånd:
T= C*R = 10-6 * 103 = 0,001c
3T = 0,003s Efter denna tid kommer spänningen på kondensatorn att nå 95% av källspänningen.

Utsläppet kommer att följa samma lag, bara upp och ner. De där. efter T-tid finns endast 100% - 63% = 37% av den ursprungliga spänningen kvar på kondensatorn, och efter 3T ännu mindre - ynka 5%.

Nåväl, allt är klart med tillförsel och utlösning av spänning. Tänk om spänningen lades på, och sedan höjdes ytterligare i steg och sedan laddades ur i steg också? Situationen här kommer praktiskt taget inte att förändras - spänningen har stigit, kondensatorn har laddats till den enligt samma lag, med samma tidskonstant - efter en tid på 3T kommer dess spänning att vara 95% av det nya maximum.
Den tappade lite - den laddades om och efter 3T blir spänningen på den 5% högre än det nya minimumet.
Vad jag säger till dig, det är bättre att visa det. Här i multisim skapade jag en smart stegsignalgenerator och matade den till den integrerande RC-kedjan:

Se hur det vinglar :) Observera att både laddning och urladdning, oavsett stegets höjd, alltid är av samma varaktighet!!!

Till vilket värde kan en kondensator laddas?
I teorin, ad infinitum, en sorts boll med oändligt sträckande väggar. I verkligheten kommer bollen att brista förr eller senare, och kondensatorn kommer att bryta igenom och kortsluta. Det är därför alla kondensatorer har en viktig parameter - slutspänning. På elektrolyter står det ofta på sidan, men på keramiska måste det slås upp i referensböcker. Men där är det oftast från 50 volt. I allmänhet, när du väljer en kondensor, måste du se till att dess maximala spänning inte är lägre än den i kretsen. Jag kommer att tillägga att när du beräknar en kondensator för växelspänning bör du välja en maximal spänning 1,4 gånger högre. Därför att på växelspänning indikeras det effektiva värdet, och det momentana värdet vid sitt maximum överskrider det med 1,4 gånger.

Vad följer av ovanstående? Och faktum är att om en konstant spänning appliceras på kondensatorn, kommer den helt enkelt att laddas och det är det. Det är här det roliga slutar.

Vad händer om du skickar in en variabel? Det är uppenbart att den antingen laddas eller laddas ur, och ström kommer att flyta fram och tillbaka i kretsen. Rörelse! Det finns aktuellt!

Det visar sig att, trots det fysiska avbrottet i kretsen mellan plattorna, flyter växelström lätt genom kondensatorn, men likström flyter svagt.

Vad ger detta oss? Och det faktum att en kondensator kan fungera som en slags separator för att separera växelström och likström i motsvarande komponenter.

Varje tidsvarierande signal kan representeras som summan av två komponenter - variabel och konstant.

Till exempel har en klassisk sinusform bara en variabel del, och konstanten är noll. Med likström är det tvärtom. Vad händer om vi har en förskjuten sinusform? Eller konstant med störningar?

AC- och DC-komponenterna i signalen kan enkelt separeras!
Lite högre visade jag hur en kondensator laddas och laddas ur när spänningen ändras. Så den variabla komponenten kommer att passera genom condern med en smäll, eftersom bara det tvingar kondensatorn att aktivt ändra sin laddning. Konstanten kommer att förbli som den var och kommer att sitta fast på kondensatorn.

Men för att kondensatorn effektivt ska separera den variabla komponenten från konstanten, måste frekvensen för den variabla komponenten inte vara lägre än 1/T

Två typer av RC-kedjeaktivering är möjliga:
Integrera och differentiera. De är också ett lågpassfilter och ett högpassfilter.

Lågpassfiltret passerar den konstanta komponenten utan förändringar (eftersom dess frekvens är noll, finns det ingenstans lägre) och undertrycker allt högre än 1/T. Den direkta komponenten passerar direkt, och den alternerande komponenten härdas till jord genom en kondensator.
Ett sådant filter kallas också en integrerande kedja eftersom utsignalen så att säga är integrerad. Kommer du ihåg vad en integral är? Område under kurvan! Det är här det kommer ut.

Och det kallas en differentieringskrets eftersom vi vid utgången får differentialen för ingångsfunktionen, vilket inte är något annat än förändringshastigheten för denna funktion.

• I sektion 1 är kondensatorn laddad, vilket innebär att det går ström genom den och det blir ett spänningsfall över motståndet.
• I avsnitt 2 sker en kraftig ökning av laddningshastigheten, vilket innebär att strömmen kommer att öka kraftigt, följt av ett spänningsfall över motståndet.
• I avsnitt 3 håller kondensatorn helt enkelt den befintliga potentialen. Ingen ström flyter genom den, vilket innebär att spänningen över motståndet också är noll.
• Tja, i den fjärde sektionen började kondensatorn laddas ur, eftersom... insignalen har blivit lägre än dess spänning. Strömmen har gått i motsatt riktning och det finns redan ett negativt spänningsfall över motståndet.

Och om vi applicerar en rektangulär puls på ingången, med mycket branta kanter, och gör kondensatorns kapacitans mindre, kommer vi att se nålar så här:

rektangel. Vadå? Det stämmer - derivatan av en linjär funktion är en konstant, lutningen för denna funktion bestämmer tecknet för konstanten.

Kort sagt, om du för närvarande går en mattekurs, då kan du glömma den gudlösa Mathcad, äckliga Maple, kasta matriskätteriet från Matlab ur ditt huvud och, ta ut en handfull analoga lösa grejer ur ditt förråd, löda dig själv en riktigt RIKTIG analog dator :) Läraren kommer att bli chockad :)

Det är sant att integratorer och differentiatorer vanligtvis inte görs med enbart motstånd, utan operationsförstärkare används här. Du kan googla efter dessa saker nu, intressant sak :)

Och här matade jag en vanlig rektangulär signal till två hög- och lågpassfilter. Och utsignalerna från dem till oscilloskopet:

Här är ett lite större avsnitt:

Vid start är kondensorn urladdad, strömmen genom den är full och spänningen på den är försumbar - det finns en återställningssignal vid RESET-ingången. Men snart kommer kondensatorn att laddas och efter tid T kommer dess spänning redan att vara på nivån för den logiska en och återställningssignalen kommer inte längre att skickas till RESET - MK kommer att starta.
Och för AT89C51 det är nödvändigt att organisera exakt motsatsen till RESET - skicka först en etta och sedan en nolla. Här är situationen den motsatta - medan kondensorn inte är laddad, då flyter en stor ström genom den, Uc - spänningsfallet över den är litet Uc = 0. Detta innebär att RESET matas med en spänning något lägre än matningsspänningen Usupply-Uc=Upsupply.
Men när kondensorn är laddad och spänningen på den når matningsspänningen (Upit = Uc), kommer det redan vid RESET-stiftet att finnas Upit-Uc = 0

Analoga mätningar
Men strunt i återställningskedjorna, där det är roligare att använda RC-kretsens förmåga att mäta analoga värden med mikrokontroller som inte har ADC.
Den använder det faktum att spänningen på kondensatorn växer strikt enligt samma lag - exponentiell. Beroende på ledare, motstånd och matningsspänning. Detta innebär att den kan användas som referensspänning med tidigare kända parametrar.

Det fungerar enkelt, vi applicerar spänning från kondensatorn till en analog komparator och ansluter den uppmätta spänningen till den andra ingången på komparatorn. Och när vi vill mäta spänningen drar vi helt enkelt först ned stiftet för att ladda ur kondensatorn. Sedan återställer vi den till Hi-Z-läge, återställer den och startar timern. Och så börjar kondensorn ladda genom motståndet, och så fort komparatorn rapporterar att spänningen från RC har kommit ikapp den uppmätta stoppar vi timern.

Genom att veta enligt vilken lag referensspänningen för RC-kretsen ökar över tiden, och även att veta hur länge timern har tickat, kan vi ganska exakt ta reda på vad den uppmätta spänningen var lika med vid den tidpunkt då komparatorn triggades. Dessutom är det inte nödvändigt att räkna exponenter här. I det inledande skedet av laddning av kondensorn kan vi anta att beroendet där är linjärt. Eller, om du vill ha större noggrannhet, approximera exponenten med bitvis linjära funktioner, och på ryska, rita dess ungefärliga form med flera raka linjer eller skapa en tabell över ett värdes beroende av tid, kort sagt, metoderna är enkla.

Om du behöver ha en analog switch, men inte har en ADC, behöver du inte ens använda en komparator. Vicka på benet som kondensatorn hänger på och låt den laddas genom ett variabelt motstånd.

Genom att ändra T, vilket, låt mig påminna dig, T = R * C och veta att vi har C = const, kan vi beräkna värdet på R. Dessutom, återigen, är det inte nödvändigt att ansluta den matematiska apparaten här, i de flesta fall det räcker med att ta mätningar i vissa villkorade papegojor, som timerfästingar. Eller så kan du gå åt andra hållet, inte ändra motståndet, utan ändra kapacitansen, till exempel genom att koppla din kropps kapacitans till den... vad kommer att hända? Just det - tryckknappar!

Om något inte är klart, oroa dig inte, jag kommer snart att skriva en artikel om hur man ansluter en analog utrustning till en mikrokontroller utan att använda en ADC. Jag ska förklara allt i detalj där.

Du har några coola fyrverkerier på gång. Så fort ett par lysdioder bryter igenom kommer spänningen på LM317 att hoppa till gränsen och det blir stor smäll.

1000 mikrofarad vid 450v = 80 Joule. Vid problem torkar kondensatorn så mycket att det inte verkar tillräckligt. Men det kommer att bli problem, eftersom du sätter kondensatorn med absolut ingen reserv i en miljö där till och med 1kV kan fångas i en puls vid ingången.

Råd – gör en normal pulsdrivare. Och inte denna cirkel av "skickliga händer" utan galvanisk isolering och filter.

Även om vi villkorligt accepterar denna krets som korrekt, måste du placera keramiska kondensatorer runt LM317 så att den inte ringer.

Och ja, strömbegränsning av en transistor görs annorlunda - i din krets kommer den helt enkelt att explodera eftersom ett nätverk initialt kommer att kopplas till E-K-övergången.

Och din avdelare kommer att applicera 236 volt till EB-övergången, vilket också kommer att leda till en explosion av transistorn.

Efter flera förtydliganden blev det äntligen klart vad man vill uppnå: en gemensam strömkälla för flera kretsar av lysdioder kopplade i serie. Du ansåg att huvudproblemet var den smidiga laddningsenheten för filterkondensatorn. Enligt min mening finns det flera mycket mer kritiska platser i ett sådant upplägg. Men först på ämnet för frågan.

1000 μF är ett värde som är lämpligt för en belastningsström på 0,5...3 ampere, och inte tiotals milliampere (22...50 μF räcker där). Transistorn kan installeras om du behöver göra en jämn ökning av ljusstyrkan i 4...20 sekunder - men du har flera girlanger! Måste de verkligen börja i hela lägenheten samtidigt? Och om switcharna - i stället för de vanliga som byter ~220 volts krets, vill du byta ~310 volts krets genom att placera en switch mellan kondensatorn och kransen? Den här lösningen ser åtminstone på något sätt motiverad ut för ett "smart hem" (och även då är inte allt i det klart), men i en vanlig lägenhet är det ingen mening att göra detta. I den är det mer korrekt att installera för varje krans sin egen separata strömförsörjning - och då är det mycket mer lönsamt att använda vanliga superbilliga (och mycket mer pålitliga!) band med parallell 12 volts lysdioder, och inte med hemmagjorda serie ettor, där utbränningen av en diod helt berövar dig ljus.
Ett annat syfte med den släta laddningsenheten är att skydda likriktardioder från upprepad överbelastning i det ögonblick då kondensatorn slås på, när kondensatorn är helt urladdad. Men detta problem kan lösas helt med en mycket enklare metod - istället för T1 och R1, R3 måste du sätta in en termistor med ett motstånd på flera tiotals ohm, vilket minskar när det värms upp till 0,5 ... 3 ohm, detta görs i hundratals miljoner datorströmförsörjningar som fungerar tillförlitligt i åratal med ungefär samma belastningsström som din. Du kan få en sådan termistor från vilken som helst död datorströmförsörjning.

Och slutligen, om det som inte står i din fråga, men det fångar ditt öga - om strömstabilisatorn på LM317, som absorberar överskott av nätspänning. Faktum är att en sådan stubb endast fungerar i intervallet från 3 till 40 volt. Toleransen för nätspänning i ett friskt stadsnät är 10 %, d.v.s. från 198 till 242 volt. Det betyder att om du beräknat stubben vid den nedre gränsen (och det görs vanligtvis), så kommer spänningen vid stubben att gå över de tillåtna 40 volt vid den övre gränsen. Om du ställer in den till toppen av intervallet (dvs. 242), kommer spänningen på stubben att sjunka under 3 volt vid den nedre gränsen, och den kommer inte längre att stabilisera strömmen. Och jag kommer inte att säga något om vad som kommer att hända med detta system på landsbygden, där fluktuationer i nätverksspänning är mycket större. Så en sådan krets fungerar normalt bara med en stabil nätverksspänning - men med ett stabilt nätverk behövs ingen stabilisator, den kan perfekt ersättas av ett enkelt motstånd.

Låt oss ansluta en krets som består av en oladdad kondensator med en kapacitans C och ett motstånd med ett motstånd R till en strömkälla med konstant spänning U (bild 16-4).

Eftersom kondensatorn ännu inte är laddad vid tidpunkten för påslagning är spänningen över den. Därför, i kretsen i det första ögonblicket, är spänningsfallet över motståndet R lika med U och en ström uppstår, styrkan av som

Ris. 16-4. Laddar kondensatorn.

Passagen av ström i åtföljs av en gradvis ackumulering av laddning Q på kondensatorn, en spänning uppträder på den och spänningsfallet över motståndet R minskar:

som följer av Kirchhoffs andra lag. Därför den nuvarande styrkan

minskar, minskar också lQ, eftersom strömmen i kretsen

Med tiden fortsätter kondensatorn att ladda, men laddningen Q och spänningen på den växer långsammare och långsammare (fig. 16-5), och strömmen i kretsen minskar gradvis i proportion till spänningsskillnaden

Ris. 16-5. Graf över förändringar i ström och spänning vid laddning av en kondensator.

Efter ett tillräckligt stort tidsintervall (teoretiskt sett oändligt långt) når spänningen på kondensatorn ett värde som är lika med strömkällans spänning, och strömmen blir lika med noll - laddningsprocessen för kondensatorn slutar.

Processen att ladda en kondensator är längre, desto större resistans i kretsen R, som begränsar strömmen, och desto större kapacitans för kondensatorn C, eftersom en större laddning måste ackumuleras med en stor kapacitans. Processens hastighet kännetecknas av kretsens tidskonstant

ju fler, desto långsammare går processen.

Kretsens tidskonstant har dimensionen tid, sedan

Efter ett tidsintervall från det att kretsen slås på, lika med , når spänningen på kondensatorn ungefär 63 % av strömkällans spänning, och efter intervallet kan laddningsprocessen för kondensatorn anses vara avslutad.

Spänning över kondensatorn vid laddning

dvs det är lika med skillnaden mellan strömkällans konstanta spänning och den fria spänningen, som minskar med tiden enligt lagen för en exponentiell funktion från värdet U till noll (fig. 16-5).

Kondensatorns laddningsström

Strömmen från initialvärdet minskar gradvis enligt lagen för exponentialfunktionen (fig. 16-5).

b) Kondensatorurladdning

Låt oss nu överväga processen att ladda ur kondensatorn C, som laddades från strömkällan till spänningen U genom ett motstånd med resistans R (fig. 16-6, där omkopplaren flyttas från position 1 till position 2).

Ris. 16-6. Urladdning av en kondensator till ett motstånd.

Ris. 16-7. Graf över förändringar i ström och spänning vid urladdning av en kondensator.

I det första ögonblicket kommer en ström att uppstå i kretsen och kondensatorn börjar laddas ur, och spänningen över den kommer att minska. När spänningen minskar kommer även strömmen i kretsen att minska (bild 16-7). Efter ett tidsintervall kommer spänningen på kondensatorn och kretsströmmen att minska till cirka 1% av de initiala värdena och processen att ladda ur kondensatorn kan anses vara avslutad.

Kondensatorspänning under urladdning

d.v.s. den minskar enligt exponentialfunktionens lag (fig. 16-7).

Kondensatorurladdningsström

det vill säga att den, liksom spänningen, minskar enligt samma lag (bild 6-7).

All energi som lagras vid laddning av en kondensator i dess elektriska fält frigörs som värme i motståndet R under urladdning.

Det elektriska fältet hos en laddad kondensator, frånkopplad från strömkällan, kan inte förbli oförändrad länge, eftersom kondensatorns dielektrikum och isoleringen mellan dess terminaler har viss ledningsförmåga.

Urladdningen av en kondensator på grund av ofullkomlighet av dielektrikum och isolering kallas självurladdning. Tidskonstanten under självurladdning av en kondensator beror inte på formen på plattorna och avståndet mellan dem.

Processerna för laddning och urladdning av en kondensator kallas transienta processer.

Ofta i olika strömförsörjningar uppstår uppgiften att begränsa startströmstöten när den slås på. Orsakerna kan vara olika - snabbt slitage av reläkontakter eller brytare, minskad livslängd för filterkondensatorer etc. Jag hade nyligen ett liknande problem. Jag använder en bra serverströmförsörjning i min dator, men på grund av den misslyckade implementeringen av standbysektionen överhettas den kraftigt när huvudströmmen stängs av. På grund av detta problem var jag tvungen att reparera standbykortet två gånger redan och byta ut några av elektrolyterna bredvid den. Lösningen var enkel - stäng av strömförsörjningen från uttaget. Men det hade ett antal nackdelar - när den slogs på, var det en stark strömstyrka genom högspänningskondensatorn, vilket kunde skada den, dessutom började strömkontakten till enheten att brinna ut efter 2 veckor. Det beslutades att göra en inkopplingsströmbegränsare. Parallellt med denna uppgift hade jag en liknande uppgift för kraftfulla ljudförstärkare. Problemen i förstärkare är desamma - förbränning av brytarkontakter, strömsvall genom bryggdioderna och filterelektrolyter. Du kan hitta en hel del överspänningsbegränsningskretsar på Internet. Men för en specifik uppgift kan de ha ett antal nackdelar - behovet av att räkna om kretselement för den erforderliga strömmen; för kraftfulla konsumenter - val av kraftelement som ger de nödvändiga parametrarna för den beräknade tilldelade effekten. Dessutom är det ibland nödvändigt att tillhandahålla en minimal startström för den anslutna enheten, vilket ökar komplexiteten hos en sådan krets. För att lösa detta problem finns det en enkel och pålitlig lösning - termistorer.

Fig.1 Termistor

En termistor är ett halvledarmotstånd vars resistans ändras kraftigt vid uppvärmning. För våra ändamål behöver vi termistorer med en negativ temperaturkoefficient - NTC termistorer. När ström flyter genom NTC-termistorn värms den upp och dess motstånd sjunker.

Fig.2 TKS termistor

Vi är intresserade av följande termistorparametrar:

Motstånd vid 25˚C

Maximal konstant ström

Båda parametrarna finns i dokumentationen för specifika termistorer. Med hjälp av den första parametern kan vi bestämma den minsta strömmen som kommer att passera genom belastningsresistansen när den ansluts genom en termistor. Den andra parametern bestäms av termistorns maximala effektförlust och belastningseffekten måste vara sådan att medelströmmen genom termistorn inte överstiger detta värde. För tillförlitlig drift av termistorn måste du ta värdet på denna ström mindre än 20 procent av parametern som anges i dokumentationen. Det verkar som att det skulle vara lättare att välja rätt termistor och montera enheten. Men du måste tänka på några punkter:

1. Termistorn tar lång tid att svalna. Om du stänger av enheten och omedelbart sätter på den igen, kommer termistorn att ha lågt motstånd och kommer inte att utföra sin skyddande funktion.
2. Du kan inte parallellkoppla termistorer för att öka strömmen - på grund av spridningen av parametrar kommer strömmen genom dem att variera mycket. Men det är fullt möjligt att ansluta det erforderliga antalet termistorer i serie.
3. Under drift blir termistorn mycket varm. Elementen bredvid värmer också upp.
4. Den maximala stationära strömmen genom termistorn bör begränsas av dess maximala effekt. Detta alternativ listas i dokumentationen. Men om termistorn används för att begränsa korta strömstötar (till exempel när strömförsörjningen initialt slås på och filterkondensatorn laddas), kan pulsströmmen vara större. Då begränsas valet av termistor av dess maximala pulseffekt.

Energin hos en laddad kondensator bestäms av formeln:

E = (C*Vpeak²)/2

där E är energin i joule, C är kapacitansen för filterkondensatorn, Vpeak är den maximala spänningen som filterkondensatorn kommer att laddas till (för våra nätverk kan du ta värdet 250V*√2 = 353V).

Om dokumentationen anger den maximala pulseffekten kan du välja en termistor baserat på denna parameter. Men som regel är denna parameter inte specificerad. Sedan kan den maximala kapaciteten som säkert kan laddas med en termistor uppskattas från de redan beräknade tabellerna för termistorer av standardserier.

Jag tog en tabell med parametrarna för NTC-termistorer från Joyin. Tabellen visar:

Rnom- nominell resistans för termistorn vid en temperatur på 25°C

Imax- maximal ström genom termistorn (maximal stationär ström)

Smax- maximal kapacitet i testkretsen som laddas ut på termistorn utan att skada den (testspänning 350v)

Hur testet går till kan du se på sidan sju.

Några ord om parametern Smax– dokumentationen visar att i testkretsen urladdas kondensatorn genom en termistor och ett begränsningsmotstånd, vilket frigör ytterligare energi. Därför kommer den maximala säkra kapaciteten som en termistor kan ladda utan sådant motstånd att vara mindre. Jag sökte information i utländska tematiska forum och tittade på typiska kretsar med begränsare i form av termistorer, för vilka data ges. Baserat på denna information kan du ta koefficienten för Smax i ett verkligt schema 0,65, med vilket man multiplicerar data från tabellen.

namn	Rnom,	Imax,	Smax,
ddiameter 8 mm
diameter 10 mm
diameter 13 mm
diameter 15 mm
diameter 20 mm

Tabell över parametrar för NTC-termistorer från Joyin

Genom att seriekoppla flera identiska NTC-termistorer minskar vi kraven på maximal pulsenergi för var och en av dem.

Låt mig ge dig ett exempel. Till exempel måste vi välja en termistor för att slå på datorns strömförsörjning. Datorns maximala strömförbrukning är 700 watt. Vi vill begränsa startströmmen till 2-2,5A. Strömförsörjningen innehåller en 470 µF filterkondensator.

Vi beräknar det effektiva strömvärdet:

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

Som jag skrev ovan, för tillförlitlig drift av termistorn, kommer vi att välja den maximala stationära strömmen från dokumentationen som är 20% större än detta värde.

Imax = 3,8A

Vi beräknar den erforderliga termistorresistansen för en startström på 2,5A

R = (220V*√2)/2,5A = 124 Ohm

Från tabellen hittar vi de termistorer som krävs. 6 stycken JNR15S200L termistorer kopplade i serie passar våra behov Imax, allmänt motstånd. Den maximala kapaciteten som de kan ladda kommer att vara 680 µF * 6 * 0,65 = 2652 µF, vilket är ännu mer än vi behöver. Naturligtvis med en minskning Vpeak, reduceras också kraven på termistorns maximala pulseffekt. Vårt beroende är av kvadraten på spänningen.

Och den sista frågan om valet av termistorer. Vad händer om vi har valt de termistorer som krävs för maximal pulseffekt, men de är inte lämpliga för oss? Imax(den konstanta belastningen är för hög för dem), eller behöver vi inte en källa till konstant uppvärmning i själva enheten? För att göra detta kommer vi att använda en enkel lösning - vi kommer att lägga till en annan omkopplare till kretsen parallellt med termistorn, som vi kommer att slå på efter att ha laddat kondensatorn. Vilket jag gjorde i min limiter. I mitt fall är parametrarna som följer: datorns maximala strömförbrukning är 400W, startströmbegränsningen är 3,5A, filterkondensatorn är 470uF. Jag tog 6 stycken 15d11 (15 ohm) termistorer. Diagrammet visas nedan.

Ris. 3 Begränsarkrets

Förklaringar till diagrammet. SA1 kopplar bort fasledningen. LED VD2 tjänar till att indikera driften av begränsaren. Kondensator C1 jämnar ut krusningar och lysdioden flimrar inte vid nätfrekvensen. Om du inte behöver det, ta sedan bort C1, VD6, VD1 från kretsen och anslut helt enkelt lysdioden och dioden parallellt på samma sätt som elementen VD4, VD5. För att indikera laddningsprocessen för kondensatorn är LED VD4 ansluten parallellt med termistorerna. I mitt fall, när du laddar kondensatorn på datorns strömförsörjning, tar hela processen mindre än en sekund. Så, låt oss samla.

Fig.4 Monteringssats

Jag monterade strömindikatorn direkt i locket på strömbrytaren och kastade ut en kinesisk glödlampa, som inte skulle ha hållit länge.

Ris. 5 Strömindikator

Fig.6 Termistorblock

Ris. 7 Monterad begränsare

Detta hade kunnat genomföras om inte alla termistorer hade gått sönder efter en veckas arbete. Det såg ut så här.

Ris. 8 Fel på NTC-termistorer

Trots det faktum att marginalen för det tillåtna kapacitansvärdet var mycket stor - 330 µF * 6 * 0,65 = 1287 µF.

Jag köpte termistorerna från ett välkänt företag, med olika värden - alla defekta. Tillverkare okänd. Antingen häller kineserna termistorer med mindre diametrar i stora lådor, eller så är kvaliteten på materialen mycket dålig. Som ett resultat köpte jag en ännu mindre diameter - SCK 152 8mm. Samma Kina, men redan märkt. Enligt vår tabell är den tillåtna kapacitansen 100 µF * 6 * 0,65 = 390 µF, vilket till och med är något mindre än vad som behövs. Allt fungerar dock bra.