Устройство для плавного пуска нагрузки

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Включатели выключатели

Опубликовано: 25.03.2017 10:45

Просмотров: 2383

В.КАЛАШНИК, г.Воронеж,
Очень часто аппаратура выходит из строя в момент включения ее в сеть. Происходит это из-за импульсных бросков тока в блоке питания с мощным сетевым трансформатором и сглаживающими пульсации конденсаторами большой емкости. Присуще это негативное явление и современным импульсным блокам питания. Очень большие броски тока получаются при включении в сеть индуктивной нагрузки (в первоначальный момент еще не действует ЭДС самоиндукции, и ток определяется омическим сопротивлением обмотки).

Обычный метод уменьшения бросков тока — установка мощных низкоомных резисторов. При этом необходимо определить оптимальную величину их сопротивлений, сделать устройство слежения за переходными процессами, возникающими при включении устройства в сеть, а затем закоротить эти ограничительные резисторы. С одной стороны, ограничительный резистор должен быть достаточно высокоомным (для уменьшения бросков тока), а с другой стороны, импульсный блок питания может выйти из строя (из-за пониженного напряжения на ключевом транзисторе).
Существует еще один метод уменьшения бросков тока с помощью терморезисторов. Однако они, как правило, маломощные. Кроме того, они не обеспечивают защиты блока питания при периодических (достаточно частых) исчезновениях сетевого напряжения.
Для эффективной защиты сетевой аппаратуры необходимо устройство, обеспечивающее быстрое приведение системы ограничения бросков тока в исходное состояние. Устройство должно быть автономным, т.е. независимым от защищаемого устройства. Это позволит встроить его в любое любительское или промышленное изделие. Мощные полевые транзисторы позволяют решить эту задачу.
 
На рис.1 представлена схема устройства для плавного пуска нагрузки с использованием в качестве коммутирующих элементов мощных полевых транзисторов [1]. Питается устройство от сети переменного тока. Выпрямитель VD1 включен через конденсатор С1, емкостное сопротивление которого ограничивает величину потребляемого тока. Резистор R2 разряжает конденсатор С1 .после отключения от сети, а дроссель L1 ограничивает зарядный ток конденсатора С1 [2]. Кроме того, дроссель ослабляет высокочастотные помехи, проникающие из сети. Стабилитрон VD2 ограничивает напряжение питания на уровне 15В. Максимальный ток стабилизации этого стабилитрона — 500 мА. Если необходимо питать устройство от другого напряжения, нужно пересчитать величину конденсатора С1.
Цепочка R5-C4-VD4 служит для установки RS-триггера DD1.2, DD1.3 в исходное состояние при первоначальном запуске и последующих пропаданиях напряжения сети. Особенностью RS-триггера является то, что он срабатывает по первому спаду (переходу из высокого уровня "1"в низкий "0") входного импульса, а на остальные не реагирует. Диод VD4 обеспечивает быструю разрядку конденсатора С4.
Интегрирующая цепочка R3-C3-VD3 создает задержку включения порядка 3 с. В первоначальный момент заряд конденсатора СЗ идет от выпрямителя VD1 через резистор R3. В случае пропадания сетевого напряжения диод VD3 быстро разряжает конденсатор СЗ. Таким образом, через 3 с на
выходе логического элемента DD1.1 появляется "0".
В исходный момент на выводе 8 DD1.2 — "0", а на выводе 13 DD1.3 — "1". Таким входным сигналам соответствует состояние RS-триггера, при котором на выводе 11 DD1.3 — "0", и транзистор VT1 закрыт. Соответственно, коммутирующий электронный ключ закрыт, и напряжение сети поступает на нагрузку RH через ограничивающий резистор R11.
После заряда конденсатора С4 на выводе 8 DD1.2 присутствует "1". Единичные сигналы на обоих входах RS-триггера соответствуют режиму хранения информации. Через 3 с на-выводе 13 DD1.3 появляется "0", триггер переворачивается, и с выхода 11 DD1.3 высокий уровень подается на транзистор VT1. Транзистор открывается, светодиод оптрона VU1 зажигается. Тогда открывается фототранзистор оптрона, на входах 2, 6 интегрального таймера DA1 устанавливается низкий уровень, а на выходе — высокий, по которому открываются полевые транзисторы VT1, VT2, шунтирующие ограничительный резистор, так что напряжение сети полностью поступает на нагрузку.
В случае кратковременного пропадания сети на конденсаторе С4 формируется "0", триггер возвращается в первоначальное состояние и подает низкий уровень на транзистор VT1. Электронный ключ закрывается, и в цепь нагрузки включается ограничивающий резистор. По истечении выдержки времени (3 с) триггер переворачивается, электронный ключ срабатывает и отключает ограничивающий резистор. Временную задержку можно изменить корректировкой постоянной времени интегрирующей цепочки R3-C3.
Электронный ключ работает' следующим образом. Учтем, что защитные диоды полевых транзисторов включены катодом к стоку. В исходном состоянии каналы полевых транзисторов закрыты (нет питания). При положительном потенциале сетевого напряжения на выводе N ток проходит через резистор R10, стабилитрон VD6, защитный диод полевого транзистора VT2 к фазе А. На стабилитроне VD6 возникает падение напряжения 12 В. Через диод VD5 заряжается конденсатор С5, и микросхема DA1 получает питание. На микросхеме DA1 выполнен инвертирующий триггер Шмитта. Затворы транзисторов подключены к выводу 7 DA1. Это позволяет шунтировать их затворы напрямую на общий провод при "0" на выходе DA1, что улучшает помехоустойчивость .схемы.
Когда зажигается светодиод оптрона VU1, его фототранзистор открывается. В результате, на выводах 2, 6 DA1 появляется низкий уровень, внутренний транзистор таймера, соединенный с выводом 7, закрывается, а на выходе (вы-, воде 3) DA1 — высокий, устанавливается "1", которая открывает полевые транзисторы VT2, VT3, и нагрузка подключается к сети напрямую. При использовании устройства совместно с индуктивной нагрузкой между стоками транзисторов VT2 и VT3 необходимо установить диод 1.5КЕ400СА, защищающий их от всплесков напряжения, возникающих при коммутации индуктивной нагрузки.
Устройство собрано на печатной плате размерами 120x41 мм (рис.2).
 
 Транзисторы VT2 и VT3 выбирают, исходя из величины рабочего тока. Их необходимо установить на радиаторы. Соединительные провода к затвору и истоку транзисторов скручиваются в виде витой пары.
Устройство проверено в работе, причем сетевое напряжение изменялось в диапазоне от 120 до 270 В. Если такой широкий диапазон не нужен, то емкость конденсатора С1 можно уменьшить вдвое.
Литература
1. А. ЗЫЗЮК. Доработка стабилизатора сетевого напряжения LPS-2500RV. — Электрик, 2010, №1-2, С.54.
2. Уменьшение пульсаций в блоке питания с емкостным балластом. — Схемотехника, 2005, №6, С. 16.
PM 10/2013