Схемы софт старта в импульсных блоках питания. Семейство программ «старт-проф» для проектирования и расчета прочности и жесткости трубопроводов различного назначения. Состав и дополнительные опции
Привет, друзья!
Делал я как-то УНЧ с конденсаторами фильтра БП по 50.000 мкФ в плече. И задумал сделать плавный старт, т.к. предохранитель в 5 Ампер на входе трансформатора периодически сгорал при включении усилителя.
Протестировал разные варианты. Были разные наработки в этом направлении. Остановился на предлагаемой ниже схеме.
« - Семен Семёныч, я ж тебе говорил: без фанатизма!
Усилок на . Заказчик в однокомнатной хрущёвке живет.
А ты всё фильтр да фильтр…»
ОПИСАННАЯ НИЖЕ КОНСТРУКЦИЯ ИМЕЕТ ГАЛЬВАНИЧЕСКУЮ СВЯЗЬ С СЕТЬЮ 220V!
БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ!
Сначала рассмотрим варианты исполнения силовой части, чтобы был понятен принцип. Затем перейдём к полной схеме устройства. Есть две схемы - с мостом и с двумя MOSFET-ами. Обе имеют преимущества и недостатки.
В этой схеме устранён описанный выше недостаток - нет моста. Падение напряжения на открытых транзисторах чрезвычайно мало, т.к. очень низко сопротивление «Исток-Сток».
Для надёжной работы желательно подобрать транзисторы с близким напряжением отсечки. Обычно у импортных полевиков из одной партии напряжения отсечки достаточно близки, но убедиться не помешает.
Для управления применяется слаботочная кнопка без фиксации. Я использовал обычную тактовую кнопку. При нажатии на кнопку таймер включается и останется включенным, пока кнопка не будет нажата ещё раз.
Кстати, это свойство позволяет применять устройство в качестве проходного выключателя в больших помещениях или длинных галереях, коридорах, на лестничных маршах
. Параллельно установливаем несколько кнопок, каждой из которых независимо можно включать и выключать свет. При этом устройство ещё и защищает лампы накаливания
, ограничивая бросок тока.
При применении в освещении допустимы не только лампы накаливания, но и всякие энергосберегайки, светодиоды с ИБП и пр. Устройство работает с любыми лампами. Для энергосберегаек и светодиодов я ставлю времязадающий конденсатор меньше раз в десять, ведь им нет необходимости так медленно стартовать, как лампам накаливания.
При времязадающем конденсаторе (лучше керамика, плёнка, но можно и электролит) C5 = 20 мкФ напряжение нелинейно нарастает ок.1,5 сек. V1 нужен для быстрой разрядки времязадающего конденсатора и, соответственно, быстрого отключения нагрузки.
Между общим проводом и 4-м выводом (Reset по низкому уровню) таймера можно подключить оптопару, которой будет управлять какой-нибудь модуль защиты. Тогда по сигналу аварии таймер сбросится и нагрузка (например, УМЗЧ) будет обесточена.
Вместо чипа 555 можно использовать другое управляющее устройство.
Применённые детали
Резисторы я использовал SMD1206, конечно можно ставить выводные 0.25 Вт. Цепочка R8-R9-R11 установлена из соображений допустимого напряжения резисторов и замеять её одним резистором подходящего сопротивления не рекомендуется.Конденсаторы - керамика или электролиты, на рабочее напряжение 16, а лучше 25 Вольт.
Мосты выпрямительные любые, на необходимый ток и напряжение, например KBU810, KBPC306, BR310 и многие другие.
Стабилитрон на 12 Вольт, любой, например, BZX55C12.
Транзистор T1 IRF840 (8A, 500V, 0.850 Ом) достаточен при нагрузке до 100 Ватт. Если планируется большая нагрузка, то лучше поставить транзистор помощнее. Я ставил транзисторы IXFH40N30 (40 A, 300 V, 0,085 Ом). Хотя они рассчитаны на напряжение 300 В (запас маловат), за 5 лет ни один не сгорел.
Микросхема U1 – обязательно в СМОS-исполнении (не TTL): 7555, ICM7555, LMC555 и т.п.
К сожалению, чертёж ПП утрачен. Но устройство настолько простое, что желающим не составит труда развести печатку под свои детали. Желащие поделится своим чертежом с миром - сигнальте в комментах.
Схема работает у меня около 5 лет, неоднократно повторена в вариациях, и хорошо зарекомендовала себя.
Спасибо за внимание!
Схема плавного пуска обеспечивает задержку около 2-х секунд, что позволяет плавно зарядить конденсаторы большей емкости без скачков напряжения и моргания лампочки дома. Ток заряда ограничен величиной: I=220/R5+R6+Rt.
где Rt - сопротивление первичной обмотки трансформатора постоянному току, Ом.
Сопротивление резисторов R5, R6 можно принимать от 15 Ом до 33 Ом. Меньше - не эффективно, а больше - увеличивается нагрев резисторов. С номиналами указанными на схеме, максимальный пусковой ток будет ограничен, приблизительно: I=220/44+(3...8)=4.2...4.2А.
Основные вопросы возникающие у новичков при сборке:
1. На какое напряжение ставить электролиты?
Напряжение электролитов указано на печатной плате - это 16 и 25В.
2. На какое напряжение ставить не полярный конденсатор?
Напряжение его так же указано на печатной плате - это 630В (допускается 400В).
3. Какие транзисторы можно применить вместо BD875?
КТ972 с любым буквенным индексом или BDX53.
4. Можно ли применять вместо BD875 не составной транзистор?
Можно, но лучше поискать именно составной транзистор.
5. Какое реле необходимо применять?
Реле должно иметь катушку на 12В с током не более 40мА, а лучше 30мА. Контакты должны быть рассчитаны на ток не менее 5А.
6. Как увеличить время задержки?
Для этого необходимо увеличить емкость конденсатора С3.
7. Можно ли применять реле с другим напряжением катушки, например 24В?
Нельзя, схема работать не будет.
8. Собрал - не работает
Значит это твоя ошибка. Схема собранная на исправных деталях начинает работать сразу и не требует настройки и подбора элементов.
9. На плате есть предохранитель, на какой ток его применять?
Ток предохранителя я рекомендую рассчитывать так: Iп=(Pбп/220)*1.5. Полученное значение округляем в сторону ближайшего номинала предохранителя.
Обсуждение статьи на форуме:
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1 | Биполярный транзистор | BDX53 | 1 | КТ972, BD875 | В блокнот | |
| VDS1 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 4 | В блокнот | ||
| VD1 | Стабилитрон | 1N5359B | 1 | 24 В | В блокнот | |
| VD2 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | В блокнот | ||
| C1 | Конденсатор | 470 нФ | 1 | Не менее 400 В | В блокнот | |
| C2, C3 | Электролитический конденсатор | 220 мкФ | 2 | 25 В | В блокнот | |
| R1 | Резистор | 82 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 220 Ом | 1 | 2 Вт | В блокнот | |
| R3 | Резистор | 62 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 6.8 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R5, R6 | Резистор |
Давным-давно, когда светодиодные источники света не были так популярны, а компактные люминесцентные лампы были дорогими и ненадёжными — самым простым решением было освещение лампами накаливания. Сейчас наоборот — практически везде установлены LED лампы, а ЛН стали экзотикой. Но они всё равно местами незаменимы и очень нескоро уйдут из использования окончательно. К сожалению, частые включения и выключения, а также перепады тока, приводят к перегораниям лампочек. Для увеличения срока их работы был применен простой вариант схемы медленного старта лампы накаливания.
Включение групп ламп через систему мягкого пуска позволит также уменьшить влияние всплеска тока на сеть, что уменьшит риск срабатывания защиты от перегрузки по току. Очень простую систему софт старт можно выполнить, используя микросхему U2008B.
Схема софт-старта для освещения
Итак, чтобы продлить срок службы ламп накаливания 220В, стоит применить систему мягкого старта. Система soft start при включении лампы накаливания или группы ламп, будет постепенно увеличивать их мощность, что позволит предотвратить токовые удары, которые происходят при холодной спирали лампы. Холодная спираль ламп накаливания 100 Вт имеет сопротивление около 40 Ом, что при 220 В соответствует мощности 1,2 кВт.
Электросхема модуля софт старт на микросхеме U2008B
При реализации мягкого старта функция регулировки мощности пот енциометром не будет использоваться, а работать будет только система soft start. В системе имеются элементы, которые позволят в случае необходимости подключить и потенциометр, для регулировки мощности вручную. Такое схематическое решение значительно упрощает конструкцию, избавляя от необходимости использовать микроконтроллеры и программы к ним.
Описание работы системы
Время нарастания мощности зависит от емкости конденсатора C3, для 1 мкФ получаем быстрый старт, для 4,7 мкФ стандартный soft start, для 10 мкФ плавный мягкий старт. Здесь выбрана емкость 10 мкФ.
На разъемы J1 и J2 подключаем входящее питание ламп, сами лампы подключаем к разъему J3,J4, обозначенных на схеме LOAD. Для подключения были использованы винтовые соединения.
При управлении лампами мощностью 200W радиатор для тиристора не требуется.
Устройство собрано на небольшой плате и находится в распределительной коробке.
Внимание: напряжение в сети 220 В является опасным для жизни и здоровья. При запуске схемы необходимо соблюдать особую осторожность. Администрация не несет никакой ответственности за результат работы с напряжением сети, вы всё делаете на свой страх и риск!
Система подходит для обычных ламп накаливания 220 В, а также галогенок, работающих непосредственно с сетевым питанием. Но схема не подходит для источников света, имеющих электронные системы питания и трансформаторы.
Практический результат
Устройство работает уже в течение многих лет, при этом заметно увеличился срок службы ламп накаливания (в несколько раз). А ещё эта система может продлить срок службы популярных галогенных ламп с цоколем E27.
Схема снижения мощности простая на симисторе
Можно поставить настройку на ограничение мощности (например наполовину), в рамках экономии, что даст достаточное освещение подсобных помещений и обеспечит облегчённый режим работы. Схема упрощённого модуля выше. За 10 лет эксплуатации с 5-ю лампами накаливания в люстре (5x100W), только один раз был заменен симистор. Сами лампочки исправно светят до сих пор на 80% мощности.
Медиацентра установлены конденсаторы очень большой ёмкости, более 20 тыс. мкФ. В момент включения усилителя, когда конденсаторы полностью разряжены, выпрямительные диоды кратковременно работают в режиме короткого замыкания, пока конденсаторы не начнут заряжаться. Это отрицательно влияет на долговечность и надёжность диодов. Кроме того, высокий пусковой ток БП может вызвать перегорание предохранителя или даже срабатывание автоматов в квартире.
Для ограничения пускового тока в цепи первичной обмотки трансформатора устанавливают модуль софт-старта - "мягкого" включения УМЗЧ.
С разработкой модуля софт-старта получилась целая эпопея.
На фото выше - первый вариант модуля, сделанный по традиционной схеме. К сети постоянно подключен бестрансформаторный блок питания, дающий ток для питания обмоток двух реле, первое из которых подключает трансформатор к сети (через сетевой фильтр в левом верхнем углу платы). В разрыве провода первичной обмотки включены 2 цементных резистора, и через 2 секунды после включения второе реле их шунтирует. Таким образом, сначала трансформатор включается через мощные резисторы, ограничивающие пусковой ток, а затем эти резисторы замыкаются контактами реле. На резисторах на всякий случай установлен термопредохранитель, размыкающий сеть в случае их перегрева (это может произойти, если по каким-то причинам второе реле не сработает).
Схема работала вполне надёжно, но у неё был существенный недостаток - она издавала громкие щелчки, 2 раза при включении и 1 раз при выключении. Днём с этим ещё можно было бы смириться, но ночью щелчки гремели бы на всю комнату.
В результате я принялся за разработку второй версии софт-старта, бесшумной.
Здесь резисторы шунтировались цепью из диодного моста и высоковольтных полевых транзисторов IRF840. Полевики управлялись одновибратором на микросхеме К561ЛА7. Питание для неё давал отдельный малогабаритный трансформатор. Также в схему была добавлена цепь, отсекающая постоянную составляющую сетевого переменного тока.
Эта схема мало того что получилась слишком сложной, так ещё и работала нестабильно. Поэтому я начал искать более простое и надёжное решение.
Возникла идея подавать напряжение на трансформатор плавно от нуля через всё те же полевые транзисторы. Начался поиск вариантов управления транзисторами.
Было собрано несколько вариантов управления транзисторами, и каждый раз они взрывались в момент включения. После третьего взрыва, когда осколки транзистора пролетели в сантиметре от глаза, я стал включать плату через удлинитель, выглядывая из-за угла.
В конце концов родилось относительно простое и надёжное решение.
Модуль объединяет в себе сетевой фильтр, мягкий старт и цепь фильтрации постоянной составляющей. На входе установлен варистор VDR1, фильтрующий импульсные помехи. В разрыве цепи включен диодный мост VD2, который закорачивается полевым транзистором VT1. В момент включения напряжение на затворе транзистора плавно нарастает благодаря цепочке из резисторов R3-R6 и конденсатору C5. Напряжение 5 В на эту цепочку подаётся с интегрального стабилизатора DA1, питающегося непосредственно от сети через резистор R1, диод VD1 и стабилитрон VD3. Таким образом, транзистор плавно открывается, шунтируя диодный мост и вызывая плавное нарастание напряжения на первичной обмотке трансформатора от нуля до напряжения сети. Этот процесс хорошо виден по плавному загоранию светодиода, включенного на выходе устройства.
На схеме не показана цепь включения усилителя от модуля управления, которую я добавил позже. Она образована включением высоковольтного оптосимистора в разрыв цепи R1-VD1.
Элементы C2, C6-C8 и дроссель (который я забыл обозначить на схеме) образуют помехоподавляющий фильтр. Элементы VD5-VD8, C9-C11 и R7 отсекают постоянную составляющую сетевого напряжения. Этот постоянный ток появляется вследствие низкого качества и перегрузок электросетей и способен вызывать подмагничивание и нагрев сердечника трансформатора.
Финальная версия модуля, установленная в медиацентре.