Devrenin filtre kapasitörünün düzgün şarjı. Sorunsuz kapasite şarjı: ne seçilir? Sergey Chemezov: Rostec şimdiden dünyanın en büyük on makine üreticisi şirketinden biri
Yüksüz bir kapasitans C kapasitöründen ve R dirençli bir dirençten oluşan devreyi, U sabit voltajlı bir güç kaynağına bağlayalım (Şekil 16-4).
Kapasitörün çalıştırıldığı anda henüz şarj edilmediğinden, bunun üzerindeki voltaj Bu nedenle, zamanın ilk anında devrede, R direnci üzerindeki voltaj düşüşü U'ya eşittir ve gücü ortaya çıkan bir akım ortaya çıkar.
Pirinç. 16-4. Kapasitör şarjı.
i akımının geçişine, kapasitör üzerinde kademeli bir Q yükü birikimi eşlik eder, üzerinde bir voltaj belirir ve R direnci boyunca voltaj düşüşü azalır:
ikinci Kirchhoff yasasından aşağıdaki gibi. Bu nedenle, mevcut güç
azalırsa, devredeki akım nedeniyle Q yükünün birikim hızı da azalır.
Zamanla, kapasitör şarj olmaya devam eder, ancak Q yükü ve üzerindeki voltaj giderek daha yavaş büyür (Şekil 16-5) ve devredeki akım, farkla orantılı olarak kademeli olarak azalır - voltajlar
Pirinç. 16-5. Bir kondansatörü şarj ederken akım ve voltaj değişiklikleri grafiği.
Yeterince uzun bir zaman aralığından sonra (teorik olarak sonsuz büyük), kapasitör üzerindeki voltaj, güç kaynağının voltajına eşit bir değere ulaşır ve akım sıfıra eşit olur - kapasitörün şarj işlemi sona erer.
Kondansatörü şarj etme işlemi ne kadar uzun olursa, akımı sınırlayan R devresinin direnci o kadar büyük ve C kondansatörünün kapasitansı o kadar büyük olur, çünkü daha büyük bir kapasite ile daha büyük bir yük birikmesi gerekir. Sürecin hızı, zincirin zaman sabiti ile karakterize edilir.
daha fazla, süreç daha yavaş.
Zincirin zaman sabiti zamanın boyutuna sahiptir, çünkü
Devrenin açıldığı andan itibaren, kapasitör üzerindeki voltaj, güç kaynağı voltajının yaklaşık %63'üne eşit olan bir zaman aralığından sonra ve bir aradan sonra, kondansatör şarj işlemi tamamlanmış sayılabilir.
Şarj olurken kondansatör voltajı
yani, güç kaynağının sabit voltajı ile üstel bir fonksiyon yasasına göre zamanla azalan serbest voltaj arasındaki farka eşittir U değerinden sıfıra (Şekil 16-5).
Kapasitör şarj akımı
İlk değerden gelen akım, üstel fonksiyon yasasına göre kademeli olarak azalır (Şekil 16-5).
b) Kapasitör deşarjı
Şimdi, bir güç kaynağından R dirençli bir direnç aracılığıyla U gerilimine yüklenen bir C kondansatörünün boşalma sürecini ele alalım (Şek. 16-6, anahtar konum 1'den konum 2'ye hareket ettirilir).
Pirinç. 16-6. Bir kapasitörün bir dirence deşarjı.
Pirinç. 16-7. Kondansatör deşarjı sırasında akım ve voltaj değişikliklerinin grafiği.
İlk anda devrede bir akım belirecek ve kondansatör boşalmaya başlayacak ve üzerindeki voltaj azalacaktır. Voltaj azaldıkça devredeki akım da azalacaktır (Şekil 16-7). Bir zaman aralığından sonra, kapasitör üzerindeki voltaj ve devre akımı, başlangıç değerlerinin yaklaşık %1'ine düşecek ve kapasitör deşarj işlemi tamamlanmış sayılabilir.
Deşarjda kondansatör voltajı
yani üstel fonksiyon yasasına göre azalır (Şekil 16-7).
Kapasitör deşarj akımı
yani voltaj gibi aynı yasaya göre azalır (Şekil 6-7).
Bir kondansatörü şarj ederken depolanan tüm enerji Elektrik alanı, deşarj sırasında R direncinde ısı şeklinde salınır.
Bir güç kaynağından bağlantısı kesilmiş yüklü bir kapasitörün elektrik alanı, kapasitörün dielektrik ve terminalleri arasındaki yalıtımın bir miktar iletkenliği olduğundan, uzun süre değişmeden kalamaz.
Kusurlu dielektrik ve yalıtımın neden olduğu bir kapasitörün deşarjına kendi kendine deşarj denir. Kondansatörün kendi kendine boşalması sırasındaki zaman sabiti, plakaların şekline ve aralarındaki mesafeye bağlı değildir.
Bir kondansatörün şarj ve deşarj işlemlerine geçici olaylar denir.
Şebeke doğrultucu SMPS kapasitörünün şarj akımının sınırlandırılması
Şebeke anahtarlamalı güç kaynaklarındaki önemli sorunlardan biri, şebeke doğrultucu çıkışına monte edilmiş büyük kapasiteli bir yumuşatma kondansatörünün şarj akımının sınırlandırılmasıdır. Onun maksimum değer, şarj devresinin direnci ile belirlenir, her biri için sabittir belirli cihaz, ancak her durumda, yalnızca sigortaların atmasına değil, aynı zamanda giriş devrelerinin elemanlarının arızalanmasına da yol açabilecek çok önemlidir. Makalenin yazarı bu sorunu çözmenin basit bir yolunu sunuyor.
"Yumuşak" açma olarak adlandırılan cihazların açıklandığı ani akımı sınırlama sorununun çözümüne birçok çalışma ayrılmıştır. Yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri, doğrusal olmayan bir özelliğe sahip bir şarj devresinin kullanılmasıdır. Tipik olarak, kondansatör, çalışma voltajına akım sınırlayıcı bir direnç aracılığıyla yüklenir ve daha sonra bu direnç bir elektronik anahtar ile kapatılır. En basiti, bir SCR kullanırken benzer bir cihazdır.
Şekil, tipik bir anahtarlamalı güç kaynağı giriş düzeneğini göstermektedir. Önerilen cihazla (giriş filtresi, şebeke doğrultucu) doğrudan ilgili olmayan elemanların amacı, bu kısım standart olarak yapıldığından makalede açıklanmamıştır.
Düzleştirme kapasitörü C7, ana doğrultucu VD1'den akım sınırlayıcı direnç R2 aracılığıyla SCR VS1'in bağlı olduğu paralel olarak şarj edilir. Direnç iki gereksinimi karşılamalıdır: ilk olarak, direnci, şarj sırasında sigortadan geçen akımın yanmasına yol açmayacak şekilde yeterli olmalıdır ve ikinci olarak, direncin güç tüketimi, tam şarj olmadan önce başarısız olmayacak şekilde olmalıdır. kapasitör C7.
İlk koşul 150 Ohm'luk bir dirençle karşılanır. Bu durumda maksimum şarj akımı yaklaşık olarak 2 A'ya eşittir. Paralel olarak bağlanmış 300 Ohm dirençli ve her biri 2 W gücünde iki direncin ikinci gereksinimi karşıladığı deneysel olarak tespit edilmiştir.
C7 660 μF kondansatörünün kapasitansı, maksimum 200 W yük gücünde doğrultulmuş voltaj dalgalanmasının genliğinin 10 V'u geçmemesi koşuluyla seçilir. C6 ve R3 öğelerinin değerleri aşağıdaki gibi hesaplanır. C7 kondansatörü, t = 3R2 · C7 = 3 · 150 · 660 · 10-6 -0,3 s süresi boyunca neredeyse tamamen (maksimum voltajın %95'i) rezistör R2 aracılığıyla şarj edilecektir. Bu anda, VS1 trinistor açılmalıdır.
SCR, kontrol elektrotundaki voltaj 1 V'a ulaştığında açılacaktır, bu da kapasitör C6'nın 0,3 s içinde bu değere şarj edilmesi gerektiği anlamına gelir. Kesin olarak, kapasitör üzerindeki voltaj doğrusal olmayan bir şekilde büyür, ancak 1 V değeri mümkün olan maksimum değerin yaklaşık %0,3'ü (yaklaşık 310 V) olduğundan, bu ilk bölüm neredeyse doğrusal olarak kabul edilebilir, bu nedenle kapasitör C6'nın kapasitansı basit bir formül kullanılarak hesaplanır: C = Q / U, burada Q = l · t - kapasitör yükü; I, şarj akımıdır.
Şarj akımını belirleyin. VS1 SCR'nin açıldığı kapı elektrot akımından biraz daha yüksek olmalıdır. İyi bilinen KU202N'ye benzer, ancak daha düşük bir açma akımına sahip bir trinistor KU202R1 seçiyoruz. 20 SCR'lik bir partideki bu parametre, 1,5 ila 11 mA arasında değişiyordu ve büyük çoğunluğu için değeri 5 mA'yı geçmedi. Daha sonraki deneyler için açma akımı 3 mA olan bir cihaz seçildi. Direnç R3'ün direncini 45 kOhm'a eşit seçiyoruz. Daha sonra C6 kondansatörünün şarj akımı, SCR'nin anahtarlama akımından 2,3 kat daha fazla olan 310 V / 45 kΩ = 6.9 mA'dır.
C6 kondansatörünün kapasitesini hesaplıyoruz: C = 6.9 10-3 0.3 / 1-2000 μF. Güç kaynağı, 1000 μF kapasiteli ve 10 V voltajlı daha küçük bir kapasitör kullanır. Şarj süresi yarıya indirilerek yaklaşık 0,15 s'ye düşürülmüştür. C7 kondansatörünün şarj devresinin zaman sabitini azaltmak zorunda kaldım - direnç R2'nin direnci 65 ohm'a düşürüldü. Bu durumda, açma anında maksimum şarj akımı 310 V / 65 Ohm = 4,8 A'dır, ancak 0,15 s'lik bir sürenin ardından akım yaklaşık 0,2 A'ya düşecektir.
Bir sigortanın önemli bir atalete sahip olduğu ve nominal akımından çok daha yüksek olan kısa darbeleri hasarsız iletebileceği bilinmektedir. Bizim durumumuzda 0,15 s için ortalama değer 2,2 A'dır ve sigorta bunu "acısız" aktarır. Paralel bağlı iki adet 130 ohm, 2 W direnç de bu yükün üstesinden gelir. C6 kondansatörünün 1 V (0,15 s) voltaja şarj süresi sırasında, C7 kondansatörü maksimumun %97'si kadar şarj edilecektir.
Böylece güvenli çalışma için tüm koşullar yerine getirilmiş olur. Anahtarlamalı güç kaynağının uzun süreli çalışması, açıklanan ünitenin yüksek güvenilirliğini göstermiştir. 0,15 s için yumuşatma kapasitörü C7 üzerindeki voltajdaki yumuşak bir artışın, hem voltaj dönüştürücünün hem de yükün çalışması üzerinde faydalı bir etkiye sahip olduğuna dikkat edilmelidir.
Direnç R1, güç kaynağı şebekeden ayrıldığında kapasitör C6'yı hızlı bir şekilde boşaltmaya yarar. Onsuz, bu kapasitör çok daha uzun süre boşalır. Bu durumda, güç kaynağını kapattıktan sonra hızlı bir şekilde açarsanız, VS1 SCR hala açık olabilir ve sigorta yanacaktır.
Direnç R3, 15 kOhm dirençli ve her biri 1 W güçte seri bağlı üçten oluşur. Yaklaşık 2 watt'lık bir güç yayarlar. Direnç R2 - 130 Ohm dirençle paralel bağlanmış iki MLT-2 ve paralel bağlanmış 350 V nominal voltaj için 330 μF kapasiteli iki kapasitör C7. SA1 - T2 geçiş anahtarı veya PkN41-1 basmalı düğme anahtarı. İkincisi tercih edilir, çünkü her iki iletkenin de ağdan ayrılmasına izin verir. Trinistor KU202R1, 15x15x1 mm boyutlarında bir alüminyum soğutucu ile donatılmıştır.
Edebiyat
- İkincil güç kaynağı kaynakları. Referans kılavuzu. - M.: Radyo ve iletişim, 1983.
- ... Eranosyan S. A. Yüksek frekanslı dönüştürücülere sahip ağ güç kaynakları. - L.: Energoatomizdat, 1991.
- 3. Frolov A. Ana doğrultucudaki kapasitörün şarj akımının sınırlandırılması. - Radyo, 2001, No. 12, s. 38, 39, 42.
- 4. Mkrtchyan Zh.A. Elektronik bilgisayarların güç kaynağı. - M.: Enerji, 1980.
- 5. Yabancı ev video ekipmanlarının entegre mikro devreleri. Referans kılavuzu. - S.-Pb: Lan Victoria, 1996.
JB Castro Miguens, Madrid
Anahtarlamalı bir güç kaynağı, örneğin bir bilgisayar güç kaynağı açıldığında, doğrultucunun yumuşatma kapasitörü tamamen boşalır. Özellikle kapasitörün kapasitansının büyük olması durumunda, şarj akımının yükselmesi, ağın devre kesicilerinin çalışmasına ve hatta doğrultucu diyotların arızalanmasına neden olabilir.
Kondansatörün eşdeğer seri direnci ve tellerin direnci ve endüktansı ani akımı azaltsa da tepe değerleri onlarca amperi bulabilmektedir. Doğrultucu diyotları seçerken bu dalgalanmaların dikkate alınması gerekir, ancak bunların kapasitörün ömrü üzerindeki en belirgin etkisi. Açma akımı artışlarını sınırlama devresi Şekil 1'de gösterilmektedir.
Açılışta doğrultulmuş AC şebeke voltajının anlık değeri 14 V'tan büyükse, MOSFET Q 1 açılır ve IGBT Q 2'nin kapanmasına neden olur ve kondansatör şarj olmaz.
Doğrultulan voltaj, kondansatör üzerindeki voltaj artı 14 V'tan (V 1 = V IN - V OUT ≤ 14 V) daha düşükse, Q1 kapalıdır ve Q2, kapasitörü ve yükü bağlayarak (R LOAD) R3 üzerinden açılır. ) doğrultucuya. Buna göre, Q 2 açık kalır ve Q 1 devrenin çalışması üzerinde herhangi bir etkiye sahip olmayı bırakır.
Sabit bir durumda, kapasitör üzerindeki voltaj doğrultulmuş AC voltajına eşit olduğunda, Q1 kapalı ve Q2 açıktır ve kapasitörün şarj olmasını engelleyen hiçbir şey yoktur.
Akım sınırlayıcı, devreyi aşırı gerilim korumasıyla tamamlamanıza olanak tanır. Doğrultulmuş çıkış voltajı 380 V'nin üzerine çıkarsa, referans çıkışı ile IC 1'in anodu arasındaki voltaj, dahili 2.495 V referansından daha büyük olacak ve anottan katoda voltajın yaklaşık 2 V'a düşmesine neden olacaktır. R 3 katoda akacak ve Q 2 kapanacaktır.
Doğrultulmuş ana şebeke voltajı 380 V'tan düşük olduğunda, TL431'in pratikte katot akımı yoktur. Sonuç olarak, Q2, R3 üzerinden açılır ve kondansatör ile R YÜKÜ'nü tam dalga doğrultucuya bağlar (V 1 = V IN - V OUT ≤ 14 V varsayılarak).
Devredeki bileşenler tarafından harcanan güç çok düşüktür. 230 V rms giriş voltajı ile. ve 500W'a kadar yük güçleri, GP10NC60KD Q 2 olarak kullanılabilir.
- Gerçek devre, besleme gerilimi sıfırdan geçtiğinde filtre kapasitörlerinin bağlantısını sağlar. Sıfır voltajda açma işlevine sahip bir işleve sahip bir opto-simistör (opto-röle) kullanmak bunun için daha kolay değil mi? saat geniş kapasite filtre kapasitörleri, ne bu devre ne de opto-röle sizi ani akımdan kurtarmaz.
- Devre elbette iyidir ve "AN1542 MOSFET Kullanarak Aktif Kalkış Akımı Sınırlama" bölümünde açıklanan dv / dt sınırlayıcı seçeneklerinden birine benzer. . devrenin kendisi aşırı gerilim koruması değil, yükte kısa devre koruması çok daha faydalı olacaktır. şebeke gerilimi anında ortadan kaybolmasından daha az korkunçtur. Belki de giriş kapasitelerini şarj etme sorunu, 200W veya daha fazla güce sahip tüm SMPS'ler için tipiktir. Kaynak invertörleri, frekans dönüştürücüler ve diğer teknolojik ekipmanların şemalarında, şu ya da bu şekilde yüksek güçlü bir doğru akım bağlantısının olduğu büyük bir çiçek bahçesi görülebilir. Sınırlayıcı devrelerin karmaşıklığı (nedense her zaman "yumuşak başlangıç devreleri" yazarlar) bütçe ve geliştiricilerin hayal gücü ile belirlenir. Küçük hiyerarşi: "halk" anlamına gelir - küçük güçler için bir termistör için bir direnç veya boğucu; ardından makalede açıklananlara benzer devreler (bir tristör veya transistör üzerinde); sonra - kontrollü doğrultucular; En üstte, bence, güç faktörü düzelticileri var (ayrıca tam kontrollü doğrultucular veya izole edilmemiş DC / DC dönüştürücüler için genel bir isim). Ve yukarıdaki şema ile ilgili. Önümde, girişinde 4000mkF * 450V olan bir güç kaynağı ünitesi var. Sınırlayıcı, 60 amperlik güçlü bir marş motoru tarafından kapatılan 10W'lık bir dirençtir. Konteynerlerin şarj süresi yaklaşık 12 saniyedir. Klasik olarak, düşük güçlü bir rölenin sargısını değiştiren ve sırayla marşı açan transistörün tabanındaki bir RC devresi tarafından ayarlanır. Direnç baypas edilir edilmez, doğrultucu durumu "Hazır" optokuplör aracılığıyla kontrol devresine gönderilir. Tarif edilen çözüme göre bir tristör veya IGBT kurarak (akım sinüsoidal olmadığı için büyük bir marjla), bir kontrol devresi düzenlemek kolay olacaktır. Bir tristör durumunda, en iyi seçeneği kullanmak - llll'nin yazdığı gibi ağ 0'dan geçtiğinde. Ancak sorun şu: Tam yükte ağdan gelen akım tüketimi yaklaşık 30 Amper. Bu da devreye 50-100W gücünde bir "ısıtıcı" ekleneceği anlamına geliyor. Bu, elbette, elektrik tasarrufu ile ilgili değil :-). Ama istemsizce düşünüyorsunuz - elektromekanik "yumuşak başlangıç" gerçekten kötü.
- Döngüden şema, "yapacak bir şey olmadığında, o zaman ...". Düşük güç için konu alakalı değildir. Hiç sınırlayıcı görmedim, ancak uygulamanın gösterdiği gibi, hiçbir şey ters gitmiyor ve makineler çalışmıyor. Orta ve yüksek güç için - modası geçmiş, artık normlar akım sınırlayıcıları değil, güç faktörü düzelticilerini gerektiriyor. Yüksek kapasiteli kapasitörlerin kullanılması durumunda (örneğin, ULF'de), genellikle açıldıktan bir süre sonra kısa devre olan bir akım sınırlayıcı direnç üzerinden yumuşak şarj kullanırlar.
- Orta güç yükleri için bir aşırı akım sınırlayıcı değil mi? AMC döngüsünden gönderiniz "yazacak bir şey olmadığında ve elleriniz kaşındığında ..."
