Радиосхемы схемы электрические принципиальные. Плавный пуск ИИП - Блоки питания (импульсные) - Источники питания Схемы устройств плавного пуска умзч

Эта схема ограничивает ток через провода питания до значения 5A около 1.5 секунды. После этого реле времени закроется и ток потребления больше не будет ограничен. Это очень полезное устройство, так как если у вас есть большой трансформатор или электролитические конденсаторы значительной ёмкости, то в момент включения они будут действовать, как КЗ на небольшой промежуток времени.

Схема задержки питания реализована на временном включении в цепь нескольких силовых резисторов, минимизируя таким образом, большой пусковой ток.

Реле используется на 24 вольта, с контактами выдерживающими от 0 ампер и выше. Время задержки зависит от суммарной ёмкости С2 и С3, а также скорости их зарядки, определяемой конденсаторомС1, выполняющим функцию балластного резистора. Устройство мягкого пуска также прекрасно будет работать в паре с электродвигателями.

М. СИРАЗЕТДИНОВ,г. Уфа
Радио, 2000 год, №9

При сборке мощных УНЧ всегда встает вопрос о защите от импульсных перегрузок в момент включения . Как правило выходной каскад любого мощного усилителя питается от двухполярного источника в котором устанавливаются конденсаторы очень большой емкости (до 10 000 мкФ а порою и выше). При включении блока питания через них начинает протекать очень большой зарядный ток что создает значительную нагрузку на сам источник питания, да и для выходного каскада это тоже не сильно-то хорошо...

Выход из положения- так называемый "мягкий" запуск: плавная подача сетевого напряжения на сетевой трансформатор. В литературе рассматривалось достаточно много устройств и здесь представлено очередное из них.

Главная его отличительная особенность заключается в том что что здесь нарастание сетевого напряжения происходит действительно плавно, а не ступенчато как во многих подобных устройствах.

Схема устройства для мягкого включения УНЧ

Принципиальная схема устройства "мягкого" включения питания УМЗЧ показана на рисунке. Транзистор VT1 через диодный мост VD1-VD4 включен последовательно с первичной обмоткой трансформатора Т1 блока питания. Выбор полевого транзистора МОП-структуры с изолированным затвором обусловлен высоким входным сопротивлением его управляющей цепи, что позволяет уменьшить потребляемую мощность.

Узел управления состоит из цепей, формирующих напряжение на затворе транзистора VT1, и электронного ключа на транзисторах VT2, VT3. Первая цепь образована элементами VD5, C1, R1 - R3, VD7, С4, устанавливающими начальное напряжение на затворе транзистора VT1. Во вторую - входят элементы VD8, R4, R5, С2, СЗ, обеспечивающие плавное нарастание напряжения на затворе транзистора VT1. Стабилитрон VD6 ограничивает напряжение на затворе транзистора VT1 и защищает его от пробоя.

В исходном состоянии конденсаторы цепей узла управления разряжены, поэтому в момент замыкания контактов выключателя сетевого питания SB1 напряжение на затворе транзистора VT1 относительно его истока равно нулю и ток цепи исток-сток отсутствует. Это означает, что ток в первичной обмотке трансформатора Т1 и падение напряжения на ней также равны нулю. С приходом первого положительного полупериода сетевого напряжения конденсатор С1 начинает заряжатьсячерез цепь VD5, VD3 и в течение этого полупериода заряжается до амплитудного значения сетевого напряжения.

Стабилитрон VD7 стабилизирует напряжение на делителе R2R3. Напряжение на нижнем по схеме плече подстро-ечного резистора R3 определяет начальное напряжение затвор-исток транзистора VT1, которое устанавливается близким к пороговому значению 2...4 В. Через несколько периодов сетевого напряжения импульсы тока, протекающие через конденсатор С2, зарядят его до напряжения, превышающего напряжение отсечки транзистора VT3.

Электронный ключ на транзисторах VT2, VT3 закрывается, и конденсатор СЗ начинает заряжаться через цепь VD8, R4, R5, R3, VD3. Напряжение затвор-исток транзистора VT1 определяется в это время суммой напряжения на нижнем плече резистора R3 и плавно возрастающего напряжения на конденсаторе СЗ. По мере роста этого напряжения транзистор VT1 открывается и сопротивление его канала исток-сток становится минимальным. Соответственно напряжение на первичной обмотке трансформатора Т1 плавно увеличивается почти до величины сетевого напряжения. Дальнейший рост напряжения затвор-исток транзистора VT1 ограничивается стабилитроном VD6. В установившемся режиме падение напряжения на диодах моста VD1-VD4 и транзисторе VT1 не превышает 2...3 Вт, так что на дальнейшую работу блока питания УМЗЧ это практически не влияет. Длительность наиболее тяжелого режима работы транзистора VT1 не превышает 2...4 с, поэтому рассеиваемая им мощность невелика. Конденсатор С4 устраняет пульсации напряжения на переходе затвор-исток транзистора VT1. создаваемые импульсами зарядного тока конденсатора СЗ на нижнем плече резистора R3.

Электронный ключ на транзисторах VT2, VT3 быстро разряжает конденсатор СЗ после выключения блока питания УМЗЧ или при кратковременных перебоях в сети питания и подготавливает узел управления к повторному включению.

В авторском варианте устройства защиты использован импортный конденсатор производства фирмы Gloria (С1), а также отечественные: К53-1 (С2, С4) и К52-1 (СЗ). Все постоянные резисторы - МЛТ, подстроечный резистор R3 - СП5-3. Транзистор КП707В (VT1) может быть заменен на другой, например. КП809Д. Важно, чтобы сопротивление его канала в открытом состоянии было минимальным, а предельное напряжение исток-сток составляло не менее 350 В. Вместо транзистора КТ3102Б (VT2) допустимо использовать КТ3102В и КТ3102Д, а вместо КП103И(VTЗ)-КП103Ж.

Транзистор VT1 снабжен небольшим теплоотводом площадью 10...50см 2 .

Настройка устройства заключается в подборе оптимального положения движка подстроечного резистора R3. Первоначально его устанавливают в нижнее (по схеме) положение и через высокоомный делитель подключают к первичной обмотке трансформатора

Т1 осциллограф. Затем замыкают контакты выключателя SB1 и, перемещая движок резистора R3. наблюдают за процессом нарастания амплитуды напряжения на первичной обмотке трансформатора. Движок оставляют в таком положении, при котором временной интервал между включением SB1 и началом нарастания амплитуды напряжения на обмотке Т1 минимален. При необходимости следует подобрать емкость конденсатора СЗ.

Устройство испытывалось с макетом УМЗЧ, близким по структуре к усилителю, описанному в статье А. Орлова "УМЗЧ с однокаскадным усилением напряжения" (см. "Радио". 1997, № 12, с. 14 - 16). Выброс напряжения на выходе УМЗЧ при включении блока питания не превышал 1.5 В

В статье использованы материалы из статьи Алексея Ефремова . Идея разработки устройства плавного старта БП у меня появилась давно, и на первый взгляд должна была реализоваться достаточно просто. Примерное решение предложил Алексей Ефремов в вышеупомянутой статье. В основу устройства он тоже положил ключ на мощном высоковольтном транзисторе.

Цепь до ключа можно представить графически так:

Ясно, что при замыкании SA1 первичная обмотка силового трансформатора фактически подключается к сети. Зачем вообще там диодный мост? - что бы обеспечить питание постоянным током ключа на транзисторе.

Схема с транзисторным ключом:

Приведенные номиналы делителя несколько смущают… хотя надежда на то, что устройство не задымит и не бабахнет остается, возникают сомнения. И все же я опробовал подобный вариант. Только питание выбрал более безобидное - 26В, конечно, выбирал другие номиналы резисторов, в качестве нагрузки использовал не трансформатор, а лампу накаливания 28В/10Вт. И ключевой транзистор использовал BU508A.

Опыты мои показали, что резисторный делитель успешно понижает напряжение, но токоотдача такого источника очень мала (у перехода БЭ низкое внутреннее сопротивление), напряжение на конденсаторе сильно падает. Беспредельно снижать номинал резистора в верхнем плече я не рискнул, в любом случае - даже если нащупать правильное распределение тока в плечах и переход насытится, это все равно будет только смягченный, но не плавный пуск.

По моему мнению, истинно плавный пуск должен происходить как минимум в 2 этапа; сначала ключевой транзистор слегка открывается - пары секунд уже будет достаточно что бы электролиты фильтра в БП подзарядились слабым током. А на втором этапе уже необходимо обеспечить полное открытие транзистора. Схему пришлось несколько усложнить, кроме деления процесса на 2 этапа (ступени) я решил сделать ключ составным (схема Дарлингтона) и в качестве источника управляющего напряжения я решил использовать отдельный маломощный понижающий трансформатор.

*Номиналы резистора R 3 и подстроечника R 5. Для получения напряжения питания схемы 5,1В суммарное сопротивление R 3+R 5 должно быть 740Ом (при выбранном R 4=240Ом). Например, для обеспечения подстройки с небольшим запасом R 3 можно взять 500-640Ом, R 5 - 300-200Ом соответственно.

Как работает схема, полагаю, нет особой необходимости подробно расписывать. Если кратко - запуск первой ступени осуществляет VT4, запуск второй - VT2, а VT1 обеспечивает задержку включения второй ступени. В случае с “отдохнувщим” устройством (все электролиты полностью разряжены) первая ступень стартует через 4 сек. после включения, и еще через 5 сек. стартует вторая ступень. В случае, если устройство отключили от сети и включили снова; первая ступень стартует через 2 сек, а вторая - через 3…4 сек.

Немного наладки:

Вся наладка сводится к установке напряжения холостого хода на выходе стабилизатора, установить его вращением R5 до 5,1 В. Затем - подключить выход стабилизатора в схему.

Еще можно подобрать на свой вкус номинал резистора R2 - чем ниже номинал, тем больше будет открыт ключ на первом этапе. При номинале указанном в схеме напряжение на нагрузке = 1/5 от максимального.

И можно изменять емкости конденсаторов С2, С3, С4 и С5 если возникнет желание изменить время включения ступеней или задержки включения 2 -ой ступени. Транзистор BU508A необходимо установить не теплоотвод площадью 70…100мм2. Остальные транзисторы желательно снабдить небольшими теплоотводами. Мощность всех резисторов в схеме может быть 0,125Вт (или более).

Диодный мост VD1 - любой обычный на 10А, VD2 - любой обычный на 1А.

Напряжение во вторичной обмотке TR2 - от 8 до 20В.

Интересно? Нужна печатка или практические рекомендации?

Продолжение следует...

*Название темы на форуме должно соответствовать виду: Заголовок статьи [обсуждение статьи]

Плавный пуск импульсного источника питания предохраняет силовые ключи от больших токов при запуске. Большие пусковые токи появляются при запуске вследствие заряда емкостей. Причем чем больше мощность источника питания, тем больше у него ёмкости.

Если последовательно источнику питания включить в цепь лампу напряжением 220В переменного тока, то при включении ИИП в сеть лампа вспыхнет и потухнет. Лампа вспыхивает из-за того, что в ИИП возникают большие токи при заряде электролитов, грубо говоря, эти токи стремятся к току короткого замыкания, а сопротивление уменьшается. После завершения переходных процессов, токи уменьшаются и лампа гаснет.

Если в ИИП возникнет короткое замыкание, то лампа будет постоянно гореть.

Суть не в лампе. Лампа наглядно дает возможность узреть токи, протекающие при зарядке электролитов, а также позволяет ограничить эти токи, рассеивая мощность в виде тепла.

Устройство плавного пуска ИИП похоже на лампу, только различие в том, что эта “лампа” включается в цепь на доли секунды, и рассеивает некоторую мощность во время переходного процесса, а после выключается из цепи.

Схема плавного пуска ИИП

Как вы видите по схеме, роль лампы выполняют два последовательно соединенных резистора R5 и R6. Мощность этих резисторов по 2 Вт. После завершения переходных процессов (доли секунды) срабатывает реле k1, шунтируя резисторы R5 и R6 своими контактами, после чего весь потребляемый ток ИИП протекает через контакты реле.

Для увеличения времени задержки необходимо повысить емкость конденсатора C3.

Реле необходимо использовать с катушкой, рассчитанной на напряжение 12В и ток 30-40мА (сопротивление катушки = 400 Ом), контактная группа должна быть рассчитана на ток в 10А.

Предохранитель F1 необязательно 3.15А, его вы подбираете в зависимости от мощности источника питания подключаемого к выходу устройства плавного пуска ИИП.

По транзистору VT1, у меня стоит BD139, можно использовать BD140, BD875,КТ972. Транзистор составной.

АРХИВ:

Одной из важнейших проблем, возникающих при конструировании радиоаппаратуры, является проблема обеспечения ее надежности. В основе решения этой проблемы лежат оптимальный расчет конструкции аппарата и хорошая наладка при его изготовлении. Однако даже в оптимально рассчитанном и налаженном аппарате всегда остается опасность выхода его из строя в момент включения сетевого питания. Наиболее велика эта опасность для аппаратуры с высоким энергопотреблением — усилителем мощности звуковой частоты (УМЗЧ).

Дело в том, что в момент включения сетевого питания элементы блока питания УМЗЧ испытывают значительные импульсные перегрузки по току. Наличие в фильтрах выпрямителей разряженных оксидных конденсаторов большой емкости (до десятков тысяч микрофарад) вызывает в момент включения питания практически короткое замыкание выхода выпрямителя.

При напряжении питания 45 В и емкости фильтрующего конденсатора 10000 мкФ ток зарядки такого конденсатора в момент включения питания может достигать 12 А. Практически в этот момент трансформатор блока питания работает в режиме короткого замыкания. Продолжительность указанного процесса невелика, однако вполне достаточна при определенных условиях для вывода из строя, как трансформатора питания, так и диодов выпрямителя.

Кроме блока питания, и сам УМЗЧ в момент включения питания испытывает значительные перегрузки. Они вызваны возникающими в нем нестационарными процессами из-за установления режимов активных элементов по току и напряжению и замедленного включения в работу встроенных систем обратных связей. И чем выше номинальное напряжение питания УМЗЧ, тем больше амплитуда таких перегрузок и соответственно выше вероятность возникновения повреждений элементов усилителя.

Конечно, и раньше делались попытки защитить УМЗЧ от перегрузок при включении питания. Было предложено устройство, защищавшее усилитель от перегрузок, выполненное в виде мощного двухполярного стабилизатора напряжения питания, который при включении в первый момент подавал на усилитель напряжение ±10 В, а затем постепенно повышал его до номинального значения ±32 В. По мнению автора этого устройства, оно позволило существенно улучшить надежность работы УМЗЧ и отказаться от использования в нем традиционных систем зашиты акустических систем от перегрузок при включении питания.

При бесспорных достоинствах этого устройства у него имеются и недостатки — устройство защищало только УМЗЧ, но оставляло без зашиты его блок питания, из-за сложности собственной конструкции само по себе являлось ненадежным.

Вашему вниманию предлагается простое и надежное устройство “мягкого” включения питания УМЗЧ, защищающее от перегрузок как сам УМЗЧ, так и его блок питания. Оно доступно для изготовления даже начинающему радиоконструктору и может быть использовано как при разработке новых образцов радиоаппаратуры, так и при модернизации существующих, в том числе и промышленного изготовления.

Принцип работы

Принцип работы устройства заключается в двухступенчатой подаче напряжения питания на первичную обмотку трансформатора блока питания УМЗЧ. В цепь первичной обмотки трансформатора блока питания последовательно включен мощный балластный резистор (рис.1). Величина его сопротивления рассчитана в соответственно с габаритной мощностью трансформатора таким образом, чтобы при включении напряжение переменного тока на первичной обмотке составляло примерно половину напряжения сети.

Тогда в момент включения соответственно в два раза будет меньше и переменное напряжение вторичных обмоток трансформатор, и напряжение питания УМЗЧ. За счет этого резко уменьшаются амплитуды импульсов тока и напряжения на элементах выпрямителя и УМЗЧ. Нестационарные процессы при пониженном напряжении питания протекают существенно «мягче».

Затем через несколько секунд после включения питания балластный резистор R1 замыкается контактной группой К1.1 и на первичную обмотку трансформатора питания подается полное напряжение сети. Соответственно восстанавливаются до номинальных значений напряжения блока питания.

К этому времени конденсаторы фильтров выпрямителя уже заряжены до половины штатного напряжения, что исключает возникновение мощных импульсов тока через вторичные обмотки трансформатора и диоды выпрямителя. В УМЗЧ к этому времени нестационарные процессы тоже закончены, включены системы обратных связей, и подача полного напряжения питания каких-либо перегрузок в УМЗЧ не вызывает.

При отключении сетевого питания контакты К1.1 размыкаются, балластный резистор снова оказывается подключенным последовательно с первичной обмоткой трансформатора и весь цикл может быть повторен. Само устройство «мягкого» включения питания состоит из бестрансформаторного блока питания, таймера, нагруженного на электромагнитное реле. Конструкция устройства и режимы его элементов выбраны с учетом максимального запаса надежности в эксплуатации. Схема его приведена на рис. 1.

При подаче на блок питания УМЗЧ выключателем SB1 напряжения сети через токоограничивающие элементы R2 и С2 одновременно оно подается на мостовой выпрямитель, собранный на диодах VD1 — VD4. Выпрямленное напряжение фильтруется конденсатором СЗ, ограничивается стабилитроном VD5 до величины 36В и подается на таймер, выполненный на транзисторе VT1. Протекающий через резисторы R4 и R5 ток заряжает конденсатор С4, по достижению на нем напряжения примерно 1,5 В транзистор VT1 переходит в открытое состояние — реле К1 срабатывает и контактами К1.1 шунтирует балластный резистор R1.

Детали

В конструкции устройства использовано герметичное электромагнитное реле РЭНЗЗ исполнения РФ4.510.021 с рабочим напряжением 27 В и током срабатывания 75 мА. Возможно использование и других типов реле, допускающих коммутирование индуктивной нагрузки переменного тока частотой 50 Гц не менее 2 А, например, РЭН18, РЭН19, РЭН34.

В качестве VT1 использован транзистор с большим значением параметра коэффициента передачи тока — КТ972А. Возможно применение транзистора КТ972Б. При отсутствии указанных транзисторов подойдут транзисторы со структурой проводимости р-n-р, например, КТ853А, КТ853Б, КТ973А, КТ973Б, но только в этом случае полярность всех диодов и конденсаторов данного устройства следует изменить на противоположную.

При отсутствии транзисторов с большим коэффициентом передачи тока можно использовать схему составного транзистора из двух транзисторов по схеме, приведенной на рис. 2. В качестве VT1 в этой схеме применимы любые кремниевые транзисторы с допустимым напряжением коллектор-эмиттер не менее 45 В и достаточно большим коэффициентом усиления по току, например, типов КТ5ОЗГ, КТ3102Б. В качестве транзистора VT2 — транзисторы средней мощности с такими же параметрами, например, КТ815В, КТ815Г, КТ817В, КТ817Г или аналогичные им. Подключение варианта составного транзистора производится в точках А-Б-В основной схемы устройства.

Кроме диодов КД226Д, в устройстве можно использовать диоды КД226Г, КД105Б, КД105Г. В качестве конденсатора С2 применен конденсатор типа МБГО с рабочим напряжением не менее 400 В. Параметры токоограничивающей цепи R2C2 обеспечивают максимальный переменный ток примерно 145 мА, что вполне достаточно, когда применяется электромагнитное реле с током срабатывания 75 мА.

Для реле с током срабатывания 130 мА (РЭН29) емкость конденсатора С2 потребуется увеличить до 4 мкФ. При использовании реле типа РЭН34 (ток срабатывания 40 мА) достаточно емкости 1 мкФ. Во всех вариантах изменения емкости конденсатора его рабочее напряжение должно составлять не менее 400 В. Кроме металлобумажных конденсаторов, неплохие результаты могут быть получены при использовании металлопленочных конденсаторов типов К73-11, К73-17, К73-21 и т.д.

В качестве балластного резистора R1 применен остеклованный проволочный резистор ПЭВ-25. Указанная номинальная мощность резистора рассчитана для использования совместно с трансформатором питания, имеющим габаритную мощность около 400 Вт. Для другого значения габаритной мощности и половинного напряжения первой ступени сопротивление резистора R1 может быть пересчитано по формуле:

R1 (Ом) = 48400 / Раб (Вт).

Настройка

Регулировка устройства сводится к установлению времени срабатывания таймера для задержки включения работы второй ступени. Это можно сделать подбором емкости конденсатора С5, поэтому целесообразно его составить из двух конденсаторов, что облегчит процесс регулировки.

Примечание: В авторском варианте устройства в цепи питания отсутствует плавкая вставка (предохранитель). В номинальном режиме работы она, конечно, не требуется. Но ведь всегда могут возникнуть нештатные аварийные ситуации — короткие замыкания, пробои элементов и др. т.к. автор и сам аргументирует необходимость использования своей конструкции именно такой ситуацией, тогда роль защитного элемента берет на себя резистор R2, он разогревается и сгорает.

Применение плавкой вставки при аварийных ситуациях вполне оправданно. Она дешевле, ее проще приобрести и время срабатывания настолько меньше, что другие элементы не успевают разогреться и причинить какой-то дополнительный ущерб. Ну и наконец, это общепринятый, отработанный много раз проверенный способ защиты устройств от возможных последствий неисправностей аппаратуры.

Литература:

1. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности. – Радио, 1989, № 6, 7.
2. Клецов В. Усилитель НЧ с малыми искажениями. – Радио, 1983, № 7, с. 51-53; 1984, № 2, с. 63-64.