Практически любая достаточно мощная аппаратура независимо от типа ее блока питания в момент включения потребляет большой ток, обусловленный зарядкой сглаживающих конденсаторов. Для борьбы с этим явлением используются разные методы – от токоограничивающих резисторов и термисторов до сложных электронных узлов. В этой статье рассмотрены 3 относительно простых варианта ограничения тока в момент включения мощной электроники.
Простой для импульсного БП
Эта конструкция, как следует из заголовка, отлично подойдет для «мягкого» пуска импульсных блоков питания, который из-за своих конструктивных особенностей (высоковольтные конденсаторы большой емкости на входе) особо подвержены высоким пусковым токам, а их выпрямительные мосты критическим перегрузкам.
Устройство состоит из силового реле переменного тока К2, токоограничивающего резистора R1 и узла задержки, собранного на маломощном электромагнитном реле К1 и резисторах R2, R3. В момент включения устройства реле К1 и К2 обесточены, конденсаторы БП заряжаются через балластный резистор R1. В начальный момент напряжение на сглаживающих конденсаторах С1-Сn, а значит, и на резисторе R2 низкое, и его не хватает для срабатывания К1.
По мере их зарядки напряжение растет и в определенный момент реле К1 срабатывает и включает реле К2, которое своими контактами К2.1, К2.2 шунтирует балластный резистор – блок питания выходит на рабочий режим. Одновременно К2 своей третьей группой К2.3 включает в цепь питания К1 дополнительный резистор R3, ограничивая ток через его (реле) обмотку до рабочего значения.
Регулировка устройства сводится к подбору номиналов резисторов R2 и R3. Номинал первого должен быть таким, чтобы реле К1 срабатывало как можно позже, давая конденсаторам зарядиться до возможно максимальных значений. Резистор R3 должен обеспечить нормальный ток через обмотку К1 при полностью заряженных конденсаторах (напряжение порядка 310 В).
Реле К2 выбирают исходя из мощности блока питания, но его обмотка должна быть рассчитана на напряжение 220 В переменного тока. Для БП средней мощности подойдет, к примеру, промежуточное реле РЭК78/3 с тремя группами контактов каждая из которых выдерживает ток до 5 А. Реле К1 – любое маломощное с контактами, выдерживающими ток обмотки К2 и напряжение 220 В.
Реле К1 лучше выбирать с минимальным током срабатывания. Это позволит существенно увеличить номинал резистора R2 и зарядить конденсаторы по максимуму, прежде, чем включится К2.
Еще больше увеличить степень зарядки конденсатора можно установкой в цепь питания реле К1 термистора (терморезистор с отрицательным ТКС). При этом, конечно, придется пересчитать номиналы R2 и R3 с учетом сопротивления «горячего» термистора.
Универсальный с малым временем восстановления
Это устройство ограничения подойдет для питания любой аппаратуры, в том числе и с трансформаторным БП. Через него, к примеру, можно питать мощный УМЗЧ.
Работает устройство следующим образом. При подаче питания сетевое напряжение через токоограничивающий резистор R4 поступает в нагрузку. Одновременно оно гасится цепочкой R1С1, выпрямляется диодным мостом VD1 и подается на обмотки реле К1, К2, включенные последовательно.
В первый момент времени оба реле отключены, поскольку их шунтируют разряженные конденсаторы С2 и С3. В это время начинается зарядка конденсатора С2. С3 заряжаться пока не может, поскольку в свою очередь зашунтирован резистором R3 с очень малым сопротивлением. По мере зарядки С2 напряжение на обмотке К1 растет и наконец оно срабатывает. Это происходит достаточно быстро, поскольку емкость C2 мала. Основная задача этого конденсатора – обеспечить нормальную работу реле, сглаживая пульсации напряжения, поступающего с диодного моста.
Сработавшее реле К1 своими нормально замкнутыми контактами К1.1 отключает от конденсатора С3 резистор R3. Теперь С3 начинает заряжаться – пошел отсчет времени задержки. Как только конденсатор зарядится, сработает реле К2 и своими контактами К2.1 зашунтирует токоограничивающий резистор R4. Нагрузка будет подключена к сети напрямую.
А теперь о главной особенности устройства. Рассмотрим ситуацию пропадания сетевого напряжения. В этот момент реле К2 будет включено, поскольку его обмотку подпитывает С3 достаточно большой емкости. Но емкость С2 мала, поэтому К1 отключится практически сразу. Контакты К1.1 замкнутся и С3 быстро разрядится через R3. Реле К2 тут же отключится и снова подключит нагрузку через токоограничивающий резистор R4.
Таким образом, введение в схему реле К1 обеспечивает малое время восстановления системы ограничения бросков тока. Даже при кратковременном отключении питания схема успеет подготовиться к "мягкому" включению нагрузки.
О деталях
В оригинальной конструкции использовались следующие элементы:
- R1 – ОМЛТ 510 Ом;
- R2 – ОМЛТ 1.5 кОм;
- R3 – ОМЛТ 30 Ом;
- R4 – проволочное самодельное, сопротивление применительно к мощности нагрузки;
- VD1 – любой мост, выдерживающий ток 0.5 А и напряжение 400 В;
- С1 – неполярный 0.68 мкФх630 В;
- С2 – зарубежный, до 100 мкФх25 В (чем меньше, тем лучше, но работа К1 должна быть устойчивой без дребезга);
- С3 – зарубежный 500 … 2 000 мкФх25 В (емкость зависит от необходимого времени задержки);
- К1 – РЭС15 РС4.591.001;
- К2 – РЭС22 РФ4.500.020 или РЭС32 РФ4.500.335-01, сопротивление обмотки 650 Ом, ток срабатывания 20 мА (контакты соединены параллельно для увеличения пропускного тока).
Номиналы все элементов сильно зависят от типа и характеристик применяемых реле. Если использовать другие, то номиналы всех резисторов и конденсаторов придется пересчитать.
На тиристоре
Отличительная особенность этой схемы ограничения тока заряда сглаживающих конденсаторов состоит в том, что вместо симистора, как предлагается в большинстве подобных конструкций, используется тиристор. И, соответственно, этот элемент устанавливается после выпрямительного моста БП, но перед сглаживающими конденсаторами.
Ограничитель состоит из силового тиристорного ключа T1, токоограничивающих резисторов R2, R3 и узла управления, собранного на транзисторе T2 и стабилитроне D1. В начальный момент времени конденсаторы заряжаются через цепочку R2, R3 и открытый транзистор T2. В это же время зарядный ток течет и через цепь R1, D1, R4. Пока напряжение, обусловленное зарядкой конденсаторов, на тиристоре Т1 меньше тока стабилизации стабилитрона D1, транзистор остается открытым, а тиристор заперт. Как только напряжение на тиристоре превысит напряжение стабилизации D1, транзистор закроется, а тиристор благодаря резисторам R2, R3 откроется и подключит БП к сети напрямую.
Конденсатор С1 устанавливается в том случае, если используемый экземпляр тиристора имеет скорость нарастания напряжения менее 300 В/мкс. В остальных случаях конденсатор можно не ставить. Необходимость в нем определяется при первых включения устройства.
Наладка ограничителя сводится к подбору номиналов резисторов R2 и R3. Это делают по формуле:
R=Uст./Iоткр.
где:
- R – общее сопротивление R2 и R3;
- Uст. – напряжение стабилизации стабилитрона D1;
- Iупр. – ток управления тиристора T1 (справочные данные).
В противном случае тиристор может не открыться. Номинал R1 выбирается таким, чтобы в начальный момент зарядки (напряжение на тиристоре ниже напряжения стабилизации) транзистор был насыщен и надежно открыт. На место VT1 можно установить любой транзистор соответствующей структуры и мощности с напряжением коллектор-эмиттер не менее 20 В и напряжением насыщения коллектор-эмиттер не более 0.4 В при токе 1 А.
Вот мы и рассмотрели варианты схем ограничителей бросков тока при включении. Схемы эти достаточно просты и повторить их при необходимости сможет каждый, имеющий понятие в радиотехнике.
