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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Limitazione della corrente di carica del condensatore del raddrizzatore di rete SMPS
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Caricabatterie, batterie, celle galvaniche 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, determinato dalla resistenza del circuito di carica, è fisso per ciascun 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 avviamento, in cui vengono descritti i cosiddetti dispositivi di commutazione “soft” [1 - 3]. Uno dei metodi ampiamente utilizzati è l'uso di un circuito di carica con caratteristica non lineare. Tipicamente, il condensatore viene caricato attraverso un resistore limitatore di corrente alla tensione operativa, quindi questo resistore viene chiuso con una chiave elettronica. Il dispositivo più semplice si ottiene utilizzando un tiristore [4]. La figura mostra un tipico circuito del nodo di ingresso di un alimentatore switching. Lo scopo degli elementi non direttamente correlati al dispositivo proposto (filtro di ingresso, raddrizzatore di rete) non è descritto nell'articolo, poiché questa parte è realizzata in modo standard [5].
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 tiristore VS1. Il resistore deve soddisfare due requisiti: in primo luogo, la sua resistenza deve essere sufficiente affinché la corrente attraverso il fusibile durante la carica non porti al suo esaurimento e, in secondo luogo, la dissipazione di potenza del resistore deve essere tale da non guastarsi prima della ricarica completa condensatore C7. La prima condizione è soddisfatta da un resistore con una resistenza di 150 Ohm. La corrente di carica massima in questo caso è approssimativamente pari a 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 stata selezionata dalla condizione che l'ampiezza delle pulsazioni di tensione raddrizzata con una potenza di carico massima di 200 W non deve 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) nel tempo t=3R2·C7=3·150·660·10-6 -0,3 s. In questo momento, il tiristore VS1 dovrebbe aprirsi. Il tiristore si accenderà quando la tensione sul suo elettrodo di controllo raggiunge 1 V, il che significa che il condensatore C6 deve caricarsi 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), questo tratto iniziale può essere considerato quasi lineare, quindi la capacità del condensatore C6 viene calcolata utilizzando una semplice formula: C = Q /U, dove Q=l·t - carica del condensatore; Io - corrente di carica. Determiniamo la corrente di carica. Dovrebbe essere leggermente maggiore della corrente dell'elettrodo di controllo alla quale si accende il tiristore VS1. Selezioniamo il tiristore KU202R1, simile al noto KU202N, ma con una corrente di accensione inferiore. Questo parametro in un lotto di 20 SCR variava da 1,5 a 11 mA e per la stragrande maggioranza il suo valore non superava i 5 mA. Per ulteriori esperimenti è stato selezionato un dispositivo con una corrente di commutazione 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, ovvero 2,3 volte maggiore della corrente di accensione del tiristore. Calcoliamo la capacità del condensatore C6: C=6,9·10-3·0,3/1-2000 µF. L'alimentatore utilizza un condensatore più piccolo con una capacità di 1000 μF per una tensione di 10 V. Il 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 diminuirà a circa 0,2 A. È noto che un fusibile ha un'inerzia significativa e può far passare brevi impulsi senza danni, superando di gran lunga la sua corrente nominale. Nel nostro caso il valore medio nel tempo di 0,15 s è di 2,2 A e il fusibile lo sopporta “indolore”. Anche due resistori con una resistenza di 130 Ohm e una potenza di 2 W, collegati in parallelo, fanno fronte a un tale carico. Durante il tempo di carica del condensatore C6 ad una tensione di 1 V (0,15 s), il condensatore C7 verrà caricato al 97% del massimo. Pertanto, tutte le condizioni per un funzionamento sicuro sono soddisfatte. Il funzionamento a lungo termine di un alimentatore a commutazione ha dimostrato un'elevata affidabilità dell'unità descritta. Va notato che un aumento graduale della tensione sul condensatore di livellamento C0,15 per 7 s ha un effetto benefico sul funzionamento sia del convertitore di tensione che del carico. Il resistore R1 serve a scaricare rapidamente il condensatore C6 quando l'alimentazione è disconnessa dalla rete. Senza di esso, questo condensatore impiegherebbe molto più tempo a scaricarsi. Se in questo caso si accende rapidamente l'alimentazione dopo averla spenta, il tiristore VS1 potrebbe essere ancora aperto e il fusibile si brucerà. Il resistore R3 è composto da tre collegati in serie, con una resistenza di 15 kOhm e una potenza di 1 W ciascuno. Dissipano circa 2 W di potenza. Il resistore R2 è composto da due MLT-2 collegati in parallelo con una resistenza di 130 Ohm e il condensatore C7 è due, con una capacità di 330 μF per una tensione nominale di 350 V, collegati in parallelo. Interruttore SA1 - interruttore a levetta T2 o interruttore a pulsante PkN41-1. Quest'ultima è preferibile perché permette di scollegare entrambi i conduttori dalla rete. Il tiristore KU202R1 è dotato di un dissipatore di calore in alluminio con dimensioni di 15x15x1 mm. Letteratura
Autore: M. Dorofeev, Mosca
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