Carica regolare del condensatore del filtro del circuito. Carica di capacità regolare: cosa scegliere? Sergey Chemezov: Rostec è già una delle dieci più grandi società di ingegneria del mondo
Colleghiamo un circuito costituito da un condensatore scarico con una capacità C e un resistore con una resistenza R a una fonte di alimentazione con una tensione U costante (Fig. 16-4).
Poiché al momento dell'accensione il condensatore non è ancora carico, la tensione su di esso Pertanto, nel circuito al momento iniziale, la caduta di tensione attraverso la resistenza R è uguale a U e si verifica una corrente, la forza di quale
Riso. 16-4. Carica del condensatore.
Il passaggio della corrente i è accompagnato da un graduale accumulo di carica Q sul condensatore, su di esso appare la tensione e la caduta di tensione attraverso la resistenza R diminuisce:
come segue dalla seconda legge di Kirchhoff. Pertanto, la forza attuale
diminuisce, diminuisce anche la velocità di accumulo della carica Q, poiché la corrente nel circuito
Nel tempo, il condensatore continua a caricarsi, ma la carica Q e la tensione ai suoi capi crescono sempre più lentamente (Fig. 16-5) e la corrente nel circuito diminuisce gradualmente in proporzione alla differenza - tensioni
Riso. 16-5. Grafico delle variazioni di corrente e tensione durante la carica di un condensatore.
Dopo un intervallo di tempo sufficientemente lungo (teoricamente infinitamente lungo), la tensione ai capi del condensatore raggiunge un valore uguale alla tensione della fonte di alimentazione e la corrente diventa zero: il processo di carica del condensatore termina.
Il processo di carica del condensatore è più lungo, maggiore è la resistenza del circuito R, che limita l'intensità della corrente, e maggiore è la capacità del condensatore C, poiché con una grande capacità dovrebbe accumularsi una carica maggiore. La velocità del processo è caratterizzata dalla costante di tempo del circuito
più è, più lento è il processo.
La costante di tempo di un circuito ha la dimensione del tempo, poiché
Dopo un intervallo di tempo dall'accensione del circuito, pari a , la tensione sul condensatore raggiunge circa il 63% della tensione di alimentazione, e dopo un intervallo il processo di carica del condensatore può considerarsi completato.
Tensione del condensatore durante la carica
cioè è uguale alla differenza tra la tensione costante del generatore e la tensione libera decrescente nel tempo secondo la legge di una funzione esponenziale dal valore di U a zero (Fig. 16-5).
Corrente di carica del condensatore
La corrente dal valore iniziale diminuisce gradualmente secondo la legge della funzione esponenziale (Fig. 16-5).
b) Scarica del condensatore
Consideriamo ora il processo di scarica di un condensatore C, che è stato caricato da una fonte di alimentazione a una tensione U attraverso un resistore con resistenza R (Fig. 16-6, dove l'interruttore viene spostato dalla posizione 1 alla posizione 2).
Riso. 16-6. Scaricare un condensatore attraverso un resistore.
Riso. 16-7. Grafico della variazione di corrente e tensione quando il condensatore è scarico.
Al momento iniziale, nel circuito apparirà una corrente e il condensatore inizierà a scaricarsi e la tensione ai suoi capi diminuirà. Al diminuire della tensione, diminuisce anche la corrente nel circuito (Fig. 16-7). Dopo un intervallo di tempo, la tensione sul condensatore e la corrente del circuito diminuiranno a circa l'1% dei valori iniziali e il processo di scarica del condensatore può essere considerato completato.
Tensione del condensatore durante la scarica
cioè decresce secondo la legge della funzione esponenziale (Fig. 16-7).
Corrente di scarica del condensatore
cioè, come la tensione, diminuisce secondo la stessa legge (Fig. 6-7).
Tutta l'energia immagazzinata quando il condensatore viene caricato al suo interno campo elettrico, una volta scaricato, viene rilasciato sotto forma di calore nella resistenza R.
Il campo elettrico di un condensatore carico, scollegato dalla fonte di alimentazione, non può rimanere invariato a lungo, poiché il dielettrico del condensatore e l'isolamento tra i suoi terminali hanno una certa conduttività.
La scarica di un condensatore dovuta all'imperfezione del dielettrico e dell'isolamento è chiamata autoscarica. La costante di tempo durante l'autoscarica del condensatore non dipende dalla forma delle piastre e dalla distanza tra loro.
I processi di carica e scarica di un condensatore sono chiamati transitori.
Limitazione della corrente di carica del condensatore del raddrizzatore di rete SMPS
Uno dei problemi importanti negli alimentatori a commutazione di rete è la limitazione della corrente di carica di un condensatore di livellamento di grande capacità installato all'uscita del raddrizzatore di rete. Il suo valore massimo, determinata dalla resistenza del circuito di carica, è fissa per ciascuno dispositivo specifico, ma in tutti i casi è molto significativo, il che può portare non solo alla bruciatura dei fusibili, ma anche al guasto degli elementi del circuito di ingresso. L'autore dell'articolo offre un modo semplice per risolvere questo problema.
Molti lavori sono stati dedicati alla soluzione del problema della limitazione della corrente di spunto, che descrivono i dispositivi della cosiddetta inclusione "soft". Uno dei metodi ampiamente utilizzati è l'utilizzo di un circuito di carica con caratteristica non lineare. Tipicamente, il condensatore viene caricato attraverso un resistore limitatore di corrente alla tensione di esercizio, quindi questo resistore viene chiuso con una chiave elettronica. Il più semplice è un dispositivo simile quando si utilizza un trinistor.
La figura mostra uno schema tipico del nodo di ingresso di un alimentatore switching. Lo scopo degli elementi che non sono direttamente correlati al dispositivo proposto (filtro di ingresso, raddrizzatore di rete) non è descritto nell'articolo, poiché questa parte è standard.
Il condensatore di livellamento C7 viene caricato dal raddrizzatore di rete VD1 attraverso il resistore limitatore di corrente R2, in parallelo al quale è collegato il trinistor VS1. Il resistore deve soddisfare due requisiti: in primo luogo, la sua resistenza deve essere sufficiente in modo che la corrente attraverso il fusibile durante la carica non provochi il suo scoppio e, in secondo luogo, la dissipazione di potenza del resistore deve essere tale da non guastarsi prima di essere completamente caricata condensatore C7.
La prima condizione è soddisfatta da un resistore con una resistenza di 150 ohm. La corrente massima di carica in questo caso è pari a circa 2 A. È stato sperimentalmente stabilito che due resistori con una resistenza di 300 ohm e una potenza di 2 W ciascuno, collegati in parallelo, soddisfano il secondo requisito.
La capacità del condensatore C7 660 μF è selezionata dalla condizione che l'ampiezza dell'ondulazione della tensione raddrizzata a una potenza di carico massima di 200 W non debba superare 10 V. I valori degli elementi C6 e R3 sono calcolati come segue. Il condensatore C7 verrà caricato quasi completamente attraverso il resistore R2 (95% della tensione massima) durante il tempo t=3R2 C7=3 150 660 10-6 -0,3 s. A questo punto dovrebbe aprirsi il trinistor VS1.
Il trinistor si accenderà quando la tensione sul suo elettrodo di controllo raggiunge 1 V, il che significa che il condensatore C6 deve essere caricato a questo valore in 0,3 s. A rigor di termini, la tensione sul condensatore cresce in modo non lineare, ma poiché il valore di 1 V è circa lo 0,3% del massimo possibile (circa 310 V), questa sezione iniziale può essere considerata quasi lineare, quindi la capacità del condensatore C6 viene calcolato utilizzando una semplice formula: C \u003d Q /U, dove Q=l t è la carica del condensatore; I - corrente di carica.
Determiniamo la corrente di carica. Dovrebbe essere leggermente più grande della corrente dell'elettrodo di controllo, a cui si accende il trinistor VS1. Scegliamo il trinistor KU202R1, simile al noto KU202N, ma con una corrente di accensione inferiore. Questo parametro in un lotto di 20 trinistor era compreso tra 1,5 e 11 mA e per la stragrande maggioranza del suo valore non superava i 5 mA. Per ulteriori esperimenti è stato scelto un dispositivo con una corrente di accensione di 3 mA. Selezioniamo la resistenza del resistore R3 pari a 45 kOhm. Quindi la corrente di carica del condensatore C6 è 310 V / 45 kOhm = 6,9 mA, che è 2,3 volte maggiore della corrente di accensione del trinistor.
Calcoliamo la capacità del condensatore C6: C \u003d 6,9 10-3 0,3 / 1-2000 μF. L'alimentatore utilizza un condensatore da 1000 microfarad più piccolo per una tensione di 10 V. Il suo tempo di ricarica è stato dimezzato, a circa 0,15 s. Ho dovuto ridurre la costante di tempo del circuito di carica del condensatore C7: la resistenza del resistore R2 è stata ridotta a 65 ohm. In questo caso la corrente di carica massima al momento dell'accensione è 310 V / 65 Ohm = 4,8 A, ma dopo un tempo di 0,15 s la corrente scenderà a circa 0,2 A.
È noto che il fusibile ha un'inerzia significativa e può trasmettere impulsi brevi, molto superiori alla sua corrente nominale, senza danni. Nel nostro caso il valore medio per un tempo di 0,15 s è di 2,2 A e il fusibile lo trasferisce "indolore". Anche due resistori con una resistenza di 130 ohm e una potenza di 2 W ciascuno, collegati in parallelo, affrontano un tale carico. Durante la carica del condensatore C6 a una tensione di 1 V (0,15 s), il condensatore C7 verrà caricato del 97% del massimo.
Pertanto, tutte le condizioni per un funzionamento sicuro sono soddisfatte. Il funzionamento a lungo termine dell'alimentatore switching ha dimostrato l'elevata affidabilità del funzionamento del nodo descritto. Va notato che un aumento regolare della tensione sul condensatore di livellamento C7 per 0,15 s influisce favorevolmente sul funzionamento sia del convertitore di tensione che del carico.
La resistenza R1 viene utilizzata per scaricare rapidamente il condensatore C6 quando l'alimentazione è scollegata dalla rete. Senza di esso, questo condensatore si sarebbe scaricato molto più a lungo. Se in questo caso si accende rapidamente l'alimentatore dopo averlo spento, il trinistor VS1 potrebbe essere ancora aperto e il fusibile si brucerà.
La resistenza R3 è composta da tre, collegate in serie, con una resistenza di 15 kOhm e una potenza di 1 W ciascuna. Dissipano circa 2 watt di potenza. Resistore R2 - due MLT-2 collegati in parallelo con una resistenza di 130 ohm e condensatore C7 - due, con una capacità di 330 microfarad per una tensione nominale di 350 V, collegati in parallelo. Interruttore SA1 - interruttore a levetta T2 o interruttore a pulsante PkN41-1. Quest'ultimo è preferibile perché permette di disconnettere entrambi i conduttori dalla rete. Il trinistor KU202R1 è dotato di un dissipatore di calore in alluminio di dimensioni 15x15x1 mm.
Letteratura
- Fonti di alimentazione secondaria. Manuale di riferimento. - M.: Radio e comunicazione, 1983.
- . Eranosyan S.A. Alimentatori di rete con convertitori ad alta frequenza. - L.: Energoatomizdat, 1991.
- 3. Frolov A. Limitazione della corrente di carica del condensatore nel raddrizzatore di rete. - Radio, 2001, n. 12, pag. 38, 39, 42.
- 4. Mkrtchyan Zh. A. Alimentazione di computer elettronici. - M.: Energia, 1980.
- 5. Circuiti integrati di apparecchiature video domestiche straniere. Manuale di riferimento. - S.-Pb: Lan Victoria, 1996.
JB Castro-Miguens, Madrid
Quando si accende un alimentatore switching, come un alimentatore per computer, il condensatore di livellamento del raddrizzatore è completamente scarico. Lo spunto della corrente di carica, specialmente quando la capacità del condensatore è grande, può portare al funzionamento degli interruttori automatici o addirittura al guasto dei diodi raddrizzatori.
Sebbene la resistenza in serie equivalente del condensatore e la resistenza e induttanza dei fili riducano la corrente di spunto, le correnti di picco possono raggiungere decine di ampere. Questi picchi devono essere presi in considerazione quando si scelgono i diodi raddrizzatori, ma il loro effetto sulla durata del condensatore è più evidente. Nella Figura 1 è mostrato un circuito che consente di limitare i picchi di corrente durante l'accensione.
Se al momento dell'accensione il valore istantaneo della tensione di rete AC raddrizzata è maggiore di 14 V, si accenderà il transistor MOSFET Q 1, per cui il transistor IGBT Q 2 si spegne e il condensatore non è addebitato.
Se la tensione rettificata è inferiore alla tensione sul condensatore più 14 V (V 1 \u003d V IN - V OUT ≤ 14 V), Q1 viene spento e Q 2 viene acceso tramite il resistore R 3, collegando il condensatore e il carico (R LOAD) al raddrizzatore. Di conseguenza, Q 2 rimane acceso e Q 1 cessa di avere alcun effetto sul funzionamento del circuito.
In uno stato stazionario, quando la tensione ai capi del condensatore è uguale alla tensione alternata raddrizzata, Q 1 è spento e Q 2 è acceso e nulla impedisce al condensatore di caricarsi.
Il limitatore di corrente consente di integrare il circuito con la protezione da sovratensione. Se la tensione di uscita rettificata supera 380 V, la tensione tra l'uscita della tensione di riferimento e l'anodo di IC 1 sarà maggiore della sua tensione di riferimento interna di 2,495 V, di conseguenza, la tensione anodo-catodo scenderà a circa 2 V. La corrente del resistore R 3 fluirà nel catodo e Q 2 si chiuderà.
Quando la tensione di rete rettificata è inferiore a 380V, la corrente catodica del TL431 è quasi inesistente. Di conseguenza, Q2 si accende tramite R3 e collega il condensatore e R LOAD al raddrizzatore ad onda intera (assumendo V 1 = V IN − V OUT ≤ 14 V).
La potenza dissipata dai componenti del circuito è molto piccola. Con una tensione di ingresso di 230 Vrms. e carica fino a 500 W come Q 2 puoi usare GP10NC60KD.
- Il circuito vero e proprio prevede il collegamento di condensatori di filtro quando la tensione di alimentazione passa per zero. Per questo non è più semplice utilizzare un optosimistor (optorelay) con una funzione con funzione di accensione a tensione zero. A grande capacità condensatori di filtro, né questo circuito né il relè ottico ti salveranno dalla corrente di spunto.
- Il circuito è sicuramente buono ed è simile a una delle opzioni del limitatore dv/dt descritte in "AN1542 Limitazione attiva della corrente di spunto mediante MOSFET". Utile anche l'appnote "AN4606 Circuiti limitatore di corrente di spunto (ICL) con triac e tiristori" .il circuito stesso sarebbe molto più utile non protezione da sovratensione, ma protezione contro un cortocircuito nel carico.Inoltre, ci sono tipi di carichi che non possono essere semplicemente scollegati dalla rete. tensione di reteè meno terribile della sua scomparsa istantanea. Forse il problema della ricarica delle capacità di ingresso è tipico di tutti gli SMPS con una potenza di 200 W o più. Un grande giardino fiorito di soluzioni può essere visto nei circuiti di inverter di saldatura, convertitori di frequenza e altre apparecchiature tecnologiche, dove in un modo o nell'altro c'è un collegamento CC ad alta potenza. La complessità dei circuiti limitatori (per qualche motivo scrivono sempre "circuiti di avvio graduale") è determinata dal budget e dall'immaginazione degli sviluppatori. Una piccola gerarchia: "folk" significa che sono un resistore o un'induttanza, per le piccole potenze un termistore; dopo questo - circuiti simili a quelli descritti nell'articolo (su un tiristore o un transistor); quindi - raddrizzatori controllati; beh, al top secondo me - correttori di rifasamento (anche un nome generico per raddrizzatori completamente controllati o convertitori CC / CC non isolati). E per quanto riguarda lo schema dato. Di fronte a me c'è un alimentatore, il cui ingresso è 4000uF * 450V. Il limitatore è un resistore da 10 W che viene deviato da un potente avviatore da 60 ampere. Il tempo di ricarica dei contenitori è di circa 12 secondi. È classicamente impostato da un circuito RC nella base del transistor, che commuta l'avvolgimento di un relè a bassa potenza, altrimenti accende l'avviatore. Non appena il resistore viene deviato, un segnale sullo stato del raddrizzatore "Pronto" viene inviato al circuito di controllo tramite l'accoppiatore ottico. Posizionando un tiristore o IGBT secondo la soluzione descritta (con ampio margine, poiché la corrente non è sinusoidale), non sarà difficile organizzare un circuito di controllo. Nel caso di un tiristore, utilizzando l'opzione migliore, quando la rete passa per 0, come ha scritto lllll. Ma ecco il problema: il consumo di corrente dalla rete a pieno carico è di circa 30 Ampere. E questo significa che al circuito verrà aggiunto un "riscaldatore" con una potenza di 50-100 W. Ovviamente non si tratta di risparmiare elettricità :-). Ma penserete involontariamente se il "soft start" elettromeccanico sia davvero così male.
- Schema dal ciclo, "quando non c'è niente da fare, allora...". Per la bassa potenza, l'argomento non è rilevante. Non ho mai visto limitatori, ma come dimostra la pratica, nulla si guasta e le macchine non funzionano. Per le medie e alte potenze - superate, ormai le norme non richiedono limitatori di corrente, ma correttori di rifasamento. Nel caso di utilizzo di condensatori di grandi dimensioni (ad esempio, in ULF), di solito utilizzano una carica regolare attraverso un resistore limitatore di corrente, che va in cortocircuito dopo l'accensione.
- Non è un limitatore di corrente di spunto per carichi di media potenza? AMC il tuo post della serie "quando non c'è niente da scrivere e le tue mani prudono ..."
