Ограничение зарядного тока конденсатора: Плавный заряд емкости: что выбрать?

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности за счет уменьшения токовых нагрузок на питающий источник напряжения переменного тока и на конденсатор нагрузки как при включении устройства, так и в режимах перегрузки устройства по его выходу. Для этого устройство ограничения зарядного тока содержит следующие элементы: первый выпрямитель, второй управляемый выпрямитель на тиристорах, задатчик тока, регулятор тока, измерительный преобразователь тока, генератор пилообразного сигнала, компаратор, устройство гальванической изоляции, развязывающие диоды и ограничительные резисторы в цепях управления тиристорами, клеммы для подключения конденсатора нагрузки. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для ограничения зарядного тока конденсатора, в частности для ограничения зарядного тока конденсатора, подключенного к входу инвертора.

Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора (http://electrum-av.com/ru/, Новиков П.А. Плавный заряд емкости: что выбрать? Рис. 1).

Известное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки состоит из резистора, подключенного между источником питания и конденсатором нагрузки, реле с замыкающим контактом, подключенным параллельно резистору, и системы управления, обеспечивающей срабатывание реле при увеличении напряжения на конденсаторе нагрузки до заданного уровня или по прошествии определенного времени с момента включения.

Недостатки устройства обусловлены тем, что катушка реле в основном режиме работы устройства остается подключенной к сети, что снижает ресурс ее работы и увеличивает вероятность отказа

Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству (http://electrum-av.com/ru/, Новиков П.А. Плавный заряд емкости: что выбрать? Рис. 4) – прототип.

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки состоит из первого выпрямителя, управляющего устройства, блока гальванической изоляции, второго управляемого выпрямителя с тиристорами, развязывающих диодов и ограничительных резисторов в цепи управления тиристорами. Шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя и на вход второго управляемого выпрямителя. Выход первого выпрямителя соединен с входом управляющего устройства, выход которого подключен к входной цепи блока гальванической изоляции. Выходная цепь блока гальванической изоляции соединяет связанные вместе катоды развязывающих диодов и управляющие выводы тиристоров второго управляемого выпрямителя через ограничительные резисторы, при этом аноды развязывающих диодов подключены к шинам питающего напряжения.

Управляющее устройство по сигналу с выхода первого выпрямителя, представляющего собой пульсирующее напряжение с удвоенной частотой сети, определяет переход через 0 и по заложенной характеристике открывает блок гальванической развязки, который в свою очередь открывает тиристоры второго управляемого выпрямителя.

Тиристоры открываются при последовательном увеличении угла их проводимости начиная с минимального и заканчивая полным открытием. После 15 полуволн тиристоры остаются постоянно открытыми. Таким образом, при частоте питающей сети 50 Гц заряд конденсатора происходит за 150 мс, что считается достаточным для ограничения зарядного тока конденсатора большой емкости.

Недостаток известного устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки обусловлен тем, что процесс заряда осуществляется за постоянное время, соответствующее заложенной в устройство характеристике. Уровень ограничения тока заряда будет соответствовать заданному значению при постоянных внешних условиях, для которых выбирались параметры характеристики заряда: это число полуволн питающего напряжения, за которое угол проводимости тиристоров изменяется от минимального до полного открытия, а также закон изменения приращения угла проводимости в указанном диапазоне.

При переменных внешних условиях, т.е. при изменении значения питающего напряжения, емкости конденсатора нагрузки или режима работы устройства, который может меняться от холостого хода до номинального, процесс заряда конденсатора будет отличаться от запрограммированного. При этом для одних сочетаний внешних условий будет происходить заряд при увеличенных как импульсных, так и средних значениях тока, для других внешних условий будет наблюдаться затягивание процесса заряда конденсатора нагрузки. Кроме этого возможны случайные изменения нагрузки на выходе устройства, включая и аварийные режимы с коротким замыканием, которые также вызовут превышение током допустимого значения.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача устранить указанные недостатки, т.е. обеспечить постоянство параметров процесса заряда конденсатора нагрузки при изменении внешних условий работы, за счет чего повысить надежность устройства. Кроме этого повышению надежности устройства способствует введение функции защиты от короткого замыкания в нагрузке.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, содержащее первый выпрямитель, блок гальванической изоляции, второй управляемый выпрямитель с тиристорами, развязывающие диоды, ограничительные резисторы в цепях управления тиристорами, при этом шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя и на вход второго управляемого выпрямителя, выходная цепь блока гальванической изоляции соединяет связанные вместе катоды развязывающих диодов и управляющие выводы тиристоров второго управляемого выпрямителя через ограничительные резисторы, аноды развязывающих диодов подключены к шинам питающего напряжения, а выход второго управляемого выпрямителя соединен с выходными клеммами устройства для подключения конденсатора нагрузки, дополнительно введены генератор пилообразного сигнала, вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, задатчик тока, регулятор тока, компаратор и измерительный преобразователь тока, при этом измерительный преобразователь тока включен в разрыв провода, соединяющего одну из выходных клемм второго управляемого выпрямителя с выходной клеммой устройства, первый и второй входы регулятора тока соединены с выходами задатчика тока и измерительного преобразователя тока соответственно, а первый и второй входы компаратора соединены с выходом генератора пилообразного сигнала и выходом регулятора тока соответственно, при этом выход компаратора подключен к входной цепи блока гальванической изоляции.

В заявленном устройстве для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:

– первый выпрямитель;

– второй управляемый выпрямитель с тиристорами;

– блок гальванической изоляции;

– развязывающие диоды;

– ограничительные диоды в цепях управления тиристорами;

– при этом шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя и на вход второго управляемого выпрямителя;

– выходная цепь блока гальванической изоляции соединяет связанные вместе катоды развязывающих диодов и управляющие выводы тиристоров второго управляемого выпрямителя через ограничительные резисторы;

– аноды развязывающих диодов подключены к шинам питающего напряжения;

– первая выходная клемма второго управляемого выпрямителя соединена с первой выходной клеммой устройства для подключения конденсатора нагрузки.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки и его прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:

– в устройство введен генератор пилообразного сигнала, вход которого соединен с выходом первого выпрямителя;

– введен компаратор, выход которого подключен к входной цепи блока гальванической изоляции, а его первый вход соединен с выходом генератора пилообразного сигнала;

– введен измерительный преобразователь тока, включенный в разрыв провода, соединяющего вторую выходную клемму второго управляемого выпрямителя со второй выходной клеммой устройства;

– введены регулятор тока и задатчик тока, причем первый и второй входы регулятора тока соединены с выходами задатчика тока и измерительного преобразователя тока соответственно, а выход регулятора тока соединен со вторым входом компаратора.

Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи для достижения требуемого технического результата.

Признаки: «… в устройство введен генератор пилообразного сигнала, вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, … введен компаратор, выход которого подключен к входной цепи блока гальванической изоляции, а его первый вход соединен с выходом генератора пилообразного сигнала, … введен измерительный преобразователь тока, включенный в разрыв провода, соединяющего вторую выходную клемму второго управляемого выпрямителя со второй выходной клеммой устройства, … введены регулятор тока и задатчик тока, причем первый и второй входы регулятора тока соединены с выходами задатчика тока и измерительного преобразователя тока соответственно, а выход регулятора тока соединен со вторым входом компаратора», позволяют контролировать значение тока заряда и изменять угол проводимости тиристоров второго управляемого выпрямителя таким образом, чтобы ток заряда не превышал заданного значения, определяемого уставкой задатчика тока.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Указанные существенные признаки, отличающие заявленное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивает достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки; на фиг. 2 – осциллограммы сигналов, полученные при схемотехническом моделировании процессов, сопровождающих заряд конденсатора нагрузки при подключении устройства к питающей сети: график изменения напряжения U

С(t) на конденсаторе нагрузки (кривая 1) и соответствующий ему вид сигнала управления U_У(t) на выходе компаратора (осциллограмма 2), а также форма мгновенных значений I_З(t) тока заряда конденсатора.

На фиг. 3 – приведены осциллограммы сигналов при схемотехническом моделировании режима возникновения перегрузки, близкого к короткому замыканию на выходе устройства в интервале времени t₁-t₂: вид сигнала управления U_У(t) на выходе компаратора (график 1), сигнал на выходе измерительного преобразователя тока (кривая 2) и форма мгновенных значений I_Н(t) тока нагрузки.

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока содержит первый выпрямитель 1, блок 2 гальванической изоляции, второй управляемый выпрямитель 3 с тиристорами, развязывающие диоды 4, ограничительные резисторы 5 в цепях управления тиристорами, генератор 6 пилообразного сигнала, вход которого соединен с выходом первого выпрямителя 1, задатчик 7 тока, регулятор 8 тока, компаратор 9 и измерительный преобразователь 10 тока, при этом измерительный преобразователь 10 тока включен в разрыв провода, соединяющего первую выходную клемму второго управляемого выпрямителя 3 с первой выходной клеммой для подключения конденсатора нагрузки, первый и второй входы регулятора тока 8 соединены с выходами задатчика 7 тока и измерительного преобразователя 10 тока соответственно, первый вход компаратора 9 соединены с выходом генератора 6 пилообразного сигнала, второй вход компаратора 9 соединен с выходом регулятора 8 тока, а выход компаратора 9 подключен к входной цепи блока 2 гальванической изоляции. При этом шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя 1 и на вход второго управляемого выпрямителя 3, выходная цепь блока 2 гальванической изоляции соединяет связанные вместе катоды развязывающих диодов 4 и управляющие выводы тиристоров второго управляемого выпрямителя 3 через ограничительные резисторы 5, аноды развязывающих диодов 4 подключены к шинам питающего напряжения, а вторая выходная клемма второго управляемого выпрямителя 3 соединена со второй выходной клеммой для подключения конденсатора нагрузки.

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока работает следующим образом.

Выпрямленное напряжение с выхода первого выпрямителя 1 поступает на вход генератора 6 пилообразного сигнала, на выходе которого формируется периодический сигнал, синхронизированный с моментом перехода сетевого напряжения через ноль. В регуляторе тока 8 определяется рассогласование между заданным значением тока, поступающего с выхода задатчика 7 тока на первый вход регулятора 8 тока, и средним значением фактического тока в цепи заряда конденсатора нагрузки, поступающего с выхода измерительного преобразователя 10 тока на второй вход регулятора 8 тока. Полученный сигнал с выхода регулятора 8 тока поступает на второй вход компаратора 9, где происходит его сравнение с пилообразным сигналом, который с выхода генератора 6 поступает на первый вход компаратора 9. В результате на выходе компаратора 9 формируется последовательность прямоугольных импульсов с частотой питающей сети и изменяющейся длительностью от минимального значения до максимального. Эти импульсы через блок 2 гальванической изоляции воздействуют на цепи управления тиристорами второго управляемого выпрямителя 3, при этом во включенном состоянии оказывается тот тиристор, на аноде которого в данный момент присутствует напряжение положительного знака, а угол его проводимости определяется длительностью управляющего импульса с выхода компаратора. Таким образом, за счет действия обратной связи по току с выхода измерительного преобразователя 10 в процессе заряда конденсатора нагрузки С поддерживается неизменным среднее значение его тока заряда, равное уставке в блоке задатчика 7. По мере заряда конденсатора напряжение на нем растет и для поддержания неизменного значения тока заряда происходит увеличение длительности управляющих импульсов на выходе компаратора и, соответственно, увеличение углов проводимости тиристоров до полностью открытого состояния. Описанный процесс иллюстрируется осциллограммами, приведенными на фиг. 2.

При возникновении перегрузки на выходе устройства процесс ограничения тока выполняется аналогично, т.е. за счет действия обратной связи по току осуществляется поддержание среднего значения тока нагрузки, равного заданной уставке в задатчике 7. Как следует из осциллограмм, приведенных на фиг. 3, в интервале времени (t₁-t₂) действия перегрузки происходит необходимое уменьшение длительности управляющих импульсов с выхода компаратора 9, что приводит к уменьшению углов проводимости тиристоров управляемого выпрямителя 3 и ограничению тока нагрузки на заданном уровне. При снятии перегрузки напряжение на выходе устройства восстанавливается на исходном уровне.

Таким образом, в устройстве наряду с ограничением зарядного тока конденсатора нагрузки при подключении к сети переменного тока осуществляется также и защита от токов перегрузки, включая и режим короткого замыкания независимо от внешних факторов, а именно: от значения емкости конденсатора С, от возможных изменений питающего напряжения, а также от значения нагрузки, подключенной на выходе устройства в процессе заряда конденсатора С, или от каких либо других условий функционирования.

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, содержащее первый выпрямитель, блок гальванической изоляции, второй управляемый выпрямитель с тиристорами, развязывающие диоды, ограничительные резисторы в цепях управления тиристорами, при этом шины питающего переменного напряжения подключены на вход первого выпрямителя и на вход второго управляемого выпрямителя, выходная цепь блока гальванической изоляции соединяет связанные вместе катоды развязывающих диодов и управляющие выводы тиристоров второго управляемого выпрямителя через ограничительные резисторы, аноды развязывающих диодов подключены к шинам питающего напряжения, а выход второго управляемого выпрямителя соединен с выходными клеммами устройства для подключения конденсатора нагрузки, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены генератор пилообразного сигнала, вход которого соединен с выходом первого выпрямителя, задатчик тока, регулятор тока, компаратор и измерительный преобразователь тока, при этом измерительный преобразователь тока включен в разрыв провода, соединяющего одну из выходных клемм второго управляемого выпрямителя с выходной клеммой устройства, первый и второй входы регулятора тока соединены с выходами задатчика тока и измерительного преобразователя тока соответственно, первый вход компаратора соединен с выходом генератора пилообразного сигнала, а второй вход компаратора соединен с выходом регулятора тока, при этом выход компаратора подключен к входной цепи блока гальванической изоляции.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАНИЧЕНИЯ ЗАРЯДНОГО ТОКА КОНДЕНСАТОРА НАГРУЗКИ. Патент № RU 2566677 МПК H02H7/16 | Биржа патентов

Реферат

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для фильтрации выходного напряжения источника, предназначенного для питания различных потребителей постоянного тока. Технический результат заключается в уменьшении токовых нагрузок на питающий источник напряжения постоянного тока и на конденсатор нагрузки, повышение надежности работы и расширение области применения. Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки содержит источник напряжения постоянного тока, ключ, два блока управления, устройство задания напряжения, блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, датчик тока, клеммы для подключения конденсатора нагрузки, реактор и диод. 2 ил.

Формула изобретения

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, содержащее источник напряжения постоянного тока, ключ и блок управления, при этом первый вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первым выводом ключа, а второй вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первой выходной клеммой устройства для подключения конденсатора нагрузки, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены устройство задания напряжения, второй блок управления, блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, датчик тока, реактор и диод, при этом выход устройства задания напряжения подключен к первому входу второго блока управления, выход второго блока управления подключен через блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки к первому входу блока управления, ключ вторым выводом через реактор подключен к первому выводу датчика тока, который своим выходом соединен со вторым входом блока управления, а вторым выводом соединен со второй выходной клеммой для подключения конденсатора нагрузки и со вторым входом второго блока управления, а между вторым выводом ключа и вторым выводом источника напряжения постоянного тока подключен диод катодом ко второму выводу ключа.

Описание

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для ограничения зарядного тока конденсатора, в частности для ограничения зарядного тока конденсатора, подключенного к входу инвертора.

Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора (http://electrum-av.com/ru/, Новиков П.А. Плавный заряд емкости: что выбрать? Рис. 1).

Известное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки состоит из резистора, подключенного между источником питания и конденсатором нагрузки, реле с замыкающим контактом, подключенным параллельно резистору и системы управления, обеспечивающей срабатывание реле при увеличении напряжения на конденсаторе нагрузки до заданного уровня или по прошествии определенного времени с момента включения.

Недостатки устройства обусловлены тем, что катушка реле в основном режиме работы устройства остается подключенной к сети, что снижает ресурс ее работы и увеличивает вероятность отказа.

Известно устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому устройству (http://electrum-av.com/ru/, Новиков П.А. Плавный заряд емкости: что выбрать? Рис. 3) – прототип.

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки состоит из ключа, силовые выводы которого подключены между первым выводом источником питания и первым выводом конденсатора нагрузки, а второй вывод источника питания подключен ко второму выводу конденсатора нагрузки непосредственно, и блока управления, выход которого подключен к управляющему выводу ключа. При включении источника питания система управления в соответствии с заданным алгоритмом генерирует импульсы управления, что вызывает периодическое замыкание ключа и постепенный заряд конденсатора нагрузки с соответствующим ограничением значения зарядного тока.

Недостаток известного устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки обусловлен тем, что у него не контролируются импульсные значения тока заряда в интервалах проводимости ключа. Вместе с тем, при сочетании процесса заряда конденсатора нагрузки с возможными случайными изменениями напряжения источника питания в виде выбросов напряжений, ограничение тока заряда будет отличаться от запрограммированного, и амплитуда импульсов тока на отдельных интервалах коммутации может превысить допустимое значение.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача устранить указанный недостаток, т. е. ввести ограничение тока заряда, за счет чего повысить надежность устройства, а также дополнительно ввести функцию регулирования выходного напряжения, что позволит расширить область применения данного устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, содержащее источник напряжения постоянного тока, ключ и блок управления, при этом первый вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первым выводом ключа, а второй вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первой выходной клеммой устройства для подключения конденсатора нагрузки, дополнительно введены устройство задания напряжения, второй блок управления, блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, датчик тока, реактор и диод, при этом выход устройства задания напряжения подключен к первому входу второго блока управления, выход второго блока управления подключен через блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки к первому входу блока управления, ключ вторым выводом через реактор подключен к первому выводу датчика тока, который своим выходом соединен со вторым входом блока управления, а вторым выводом соединен со второй выходной клеммой для подключения конденсатора нагрузки и со вторым входом второго блока управления, а между вторым выводом ключа и вторым выводом источника напряжения постоянного тока подключен диод катодом ко второму выводу ключа.

В заявленном устройстве для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:

– источник напряжения постоянного тока;

– ключ;

– блок управления;

– первый вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первым выводом ключа, а второй вывод источника напряжения постоянного тока соединен с первой выходной клеммой устройства для подключения конденсатора нагрузки.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки и его прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:

– введены устройство задания напряжения и второй блок управления, причем второй блок управления своим первым входом подключен к выходу устройства задания напряжения, а вторым входом подключен ко второй клемме конденсатора нагрузки;

– введен блок ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, подключенный между выходом второго блока управления и первым входом блока управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа;

oasis-open.org/tables/exchange/1.0″ xmlns:ns3=”http://www.w3.org/1998/Math/MathML3″ com:pnumber=”18″>- введен датчик тока, который своим выходом соединен со вторым входом блока управления, а вторым выводом подключен ко второй клемме конденсатора нагрузки;

– введен реактор, подключенный между вторым выводом ключа и первым выводом датчика тока;

– введен диод, подключенный между вторым выводом ключа и первым выводом источника напряжения постоянного тока катодом ко второму выводу ключа.

Отличительные признаки предлагаемого решения выполняют следующие функциональные задачи для достижения требуемого технического результата.

Признак: «…введены устройство задания напряжения и второй блок управления, причем второй блок управления своим первым входом подключен к выходу устройства задания напряжения, вторым входом подключен ко второй клемме конденсатора нагрузки, а выходом подключен через блок ограничения уровня зарядного тока конденсатора нагрузки к первому входу блока управления, выход которого соединен с управляющим входом ключа» обеспечивает задание и поддержание уровня напряжения на выходе устройства, а также ограничение зарядного тока конденсатора нагрузки, при этом второй блок управления сравнивает сигнал от устройства задания напряжения с напряжением на конденсаторе нагрузки, формирует сигнал рассогласования, который, поступая на вход блока ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, преобразуется в нем в соответствии с заданным уровнем ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки и поступает на вход блока управления, который управляет ключом.

Признак: «…введен датчик тока, который своим выходом соединен со вторым входом блока управления, а вторым выводом подключен ко второй клемме конденсатора нагрузки» обеспечивает обратную связь по току для поддержания блоком управления заданного уровня ограничения тока заряда конденсатора нагрузки.

Признаки: «…введен реактор, подключенный между вторым выводом ключа и первым выводом датчика тока, …введен диод, подключенный между вторым выводом ключа и первым выводом источника напряжения постоянного тока катодом ко второму выводу ключа» обеспечивают последовательное приращение напряжения на конденсаторе нагрузки в процессе его заряда с ограничением амплитуды импульса тока в интервале проводимости ключа.

org/tables/exchange/1.0″ xmlns:ns3=”http://www.w3.org/1998/Math/MathML3″ com:pnumber=”25″>На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Указанные существенные признаки, отличающие заявленное устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки от прототипа, в совокупности с признаками, общими для него и прототипа, обеспечивает достижение заявленного технического результата во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки, на фиг. 2 – графики изменения напряжения на конденсаторе нагрузки и тока нагрузки, снятые в процессе натурного эксперимента.

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки от источника 1 напряжения постоянного тока содержит ключ 2, блок 3 управления, устройство 4 задания напряжения, второй блок 5 управления, блок 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки, датчик 7 тока, реактор 8, диод 9 и клеммы 10, 11 для подключения конденсатора нагрузки, при этом выход устройства 4 задания напряжения подключен к первому входу второго блока 5 управления, выход второго блока 5 управления подключен через блок 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки к первому входу блока 3 управления, выход блока 3 управления подключен к управляющему входу ключа 2, ключ 2 первым своим выводом соединен с первым выводом источника 1 напряжения постоянного тока, а вторым выводом подключен через реактор 8 к первому выводу датчика 7 тока, датчик 7 тока своим выходом подключен ко второму входу блока 3 управления, вторым выводом подключен ко второму входу второго блока 5 управления и к клемме 10, второй вывод источника 1 соединен с клеммой 11, при этом между вторым выводом ключа 2 и вторым выводом источника 1 постоянного тока подключен диод 9 катодом ко второму выводу ключа.

Устройство для ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки работает следующим образом.

Второй блок 5 управления сравнивает сигнал от устройства 4 задания напряжения с напряжением на конденсаторе нагрузки и формирует сигнал рассогласования, который поступает на вход блока 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки. Блок 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки ограничивает полученный сигнал рассогласования в соответствии с заданным уровнем ограничения зарядного тока конденсатора нагрузки и передает его на вход блока 3 управления. Блок 3 управления сравнивает полученный сигнал с выхода блока 6 ограничения заданного уровня зарядного тока конденсатора нагрузки с сигналом по току от датчика 7 тока и регулирует скважность управляющих импульсов, поступающих на вход ключа 2 таким образом, чтобы ограничить максимальное значение тока заряда конденсатора нагрузки заданным уровнем. В интервале проводимости ключа ток заряда конденсатора нагрузки протекает от источника 1 постоянного тока через открытый ключ 2 и реактор 8, что вызывает приращение напряжения на конденсаторе нагрузки при ограничении импульса тока заряда допустимым значением за счет индуктивности реактора 8. В интервале паузы ключа энергия реактора разряжается через конденсатор нагрузки и диод 9. С каждым последующим импульсом управления напряжение на конденсаторе нагрузки увеличивается, что вызывает уменьшение сигнала рассогласования на выходе второго блока 5 управления и, соответственно, на входе блока 3 управления. В итоге, уменьшается длительность интервала проводимости ключа 2 и выходное напряжение на конденсаторе нагрузки устанавливается равным заданному.

На фиг. 2 представлен фрагмент снимка экрана осциллографа, на котором показан переходной процесс подключения устройства к источнику 1 напряжения постоянного тока 300 В, где 1 – график изменения напряжения на конденсаторе нагрузки, 2 – график тока нагрузки от времени, t₀ – начало переходного процесса, t_к – окончание переходного процесса. На интервале t₀-t_к ток заряда конденсатора нагрузки поддерживается практически постоянным в соответствии с заданным уровнем ограничения и равен примерно 4 А. После момента t_к ток определяется нагрузкой, подключенной параллельно конденсатору нагрузки в этом эксперименте. При установившемся напряжении 170 В, определяемом устройством 4 задания напряжения, и сопротивлении нагрузки 120 Ом, подключенном параллельно конденсатору нагрузки к клеммам 10, 11, значение установившегося тока равно 1,7 А.

Ограничение броска заряда суперконденсатора Задавать вопрос

спросил 6 лет, 4 месяца назад

Изменено 6 лет назад

Просмотрено 7к раз

\$\начало группы\$

Это несколько дубликат.

Я ищу способ ограничить пусковой ток небольшой цепи суперконденсатора. Вход регулируется 5В (USB), выход питается стабилизатором 3,3В. Цель – время работы 10 с при 100 мА, поэтому суперкап составляет 5 В, около 500 мФ, если мои расчеты верны.

Простейший пусковой ограничитель хорошо представлен в вопросе выше, но хотелось бы найти что-то, что заряжает суперкап быстрее, не теряя возможности заряжать его до (почти) напряжения питания. Что-то вроде постоянного тока, около 300 мА.

Другим типичным ответом на этот вопрос является LTC4425 или другое зарядное устройство Supercap от Linear. Из того, что я читал, это

1. дорогие и
2. предназначен для обработки и выравнивания двух суперконденсаторов 2,5/2,7 В, что не гарантируется, учитывая широкую доступность суперконденсаторов 5 В.

Какое промежуточное решение?
Система не питается от батареи, поэтому эффективность не имеет большого значения.

• суперконденсатор
• пусковой ток

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Отвечая на мой собственный вопрос.

Использование P-канального полевого транзистора в качестве ограничителя тока кажется довольно распространенным методом. Хорошее введение можно найти в этой статье EETimes.

Метод был упакован в несколько ИС стоимостью 1–2 доллара, включая: https://www.fairchildsemi.com/datasheets/FP/FPF2123.pdf http://www.diodes.com/_files/datasheets/AP255x.pdf http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/mic20xx.pdf

На этой странице показан пример того, как кто-то использует чип Fairchild в приложении для зарядки SuperCap.

Используя LTSpice, я сравнил подход «ограничить ток с помощью резистора» (представленный в первой ссылке вопроса) с подходом PNP+FET (представленным в статье EETimes выше). Схема PNP+FET примерно в 3 раза быстрее.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

На самом деле LTC4425 является отличным решением для такого рода проблем, и чип стоит всего 5 долларов от Digikey, а вспомогательные компоненты можно приобрести менее чем за 2 доллара. Другое решение может легко стоить 5 долларов за вспомогательные компоненты. Этот чип будет работать с одним конденсатором 5 В с добавлением двух небольших конденсаторов. Посетите веб-сайт Linears и ознакомьтесь с таблицами данных. Для этой цели существует множество других микросхем, и некоторые из них могут также решать другую вашу проблему, связанную с подачей питания на нагрузку либо от конденсатора, либо от источника питания USB.

Большинство моих разработок начинаются с поиска того, что уже существует и делает все или максимально возможное из того, что мне нужно. В настоящее время я работаю над проектом, в котором не используются суперконденсаторы, а вместо этого используется большой обычный электролитический конденсатор для обеспечения питания нагрузки во время запуска автомобиля. Раньше я просто использовал конденсатор ни с чем другим, и он работал хорошо, но проблема с пусковым током.

Моя первая конструкция была ориентирована только на работу с пусковым током. Мой последний дизайн использует более комплексный подход. В автомобильной среде вы также должны учитывать, что время от времени на вашу цепь может подаваться напряжение, намного превышающее 12 В, и с высокими уровнями тока, доступными для поджаривания хрустящей корочки. Мой новый дизайн также учитывает защиту нагрузки и конденсатора от перенапряжения.

Воспользуйтесь преимуществами работы других очень умных инженеров, чтобы упростить вашу задачу. Еще многое предстоит узнать, создав что-то, во что кто-то другой вложил время и деньги, чтобы понять, как это сделать правильно. И это дает вам время подумать о том, что еще вы, возможно, захотите сделать.

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Ограничение пускового тока конденсатора 1000 мкФ для защиты предохранителя и источника питания

спросил 1 год, 7 месяцев назад

Изменено 1 год, 6 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

\$\начало группы\$

У меня есть полоса WS2812b (NeoPixel), управляемая ATmega и питающаяся от зарядного устройства типа сотового телефона 5 В, 2 А (от Digi-Key). Сама полоса расположена примерно в 1,3 м от источника питания и микроконтроллера. Вся схема не будет потреблять более 1 А (теоретический предел 4-6 А при полной яркости).

Рекомендации по проектированию на Adafruit и других источниках предлагают добавить конденсатор емкостью 1000 мкФ в начале полосы, чтобы помочь с скачками напряжения и стабильностью, которые у меня есть в моей существующей схеме, и нет никаких проблем с запуском этой установки. Однако я хотел бы добавить в схему некоторые компоненты безопасности, прежде всего в виде 9Предохранитель 0108 прямо из блока питания. Я думаю добавить предохранитель на 1,5 А, но я обеспокоен тем, что внезапный пусковой ток на большом конденсаторе может привести к перегоранию предохранителя при первоначальном подключении к источнику питания. Подойдет ли плавкий предохранитель на 1,5 А (или даже быстродействующий) для этого приложения, или мне нужно разработать специальную схему медленного пуска?

Схема ниже:

Обновление : я добавил теоретический максимум схемы (4-6 A, так как ток, близкий к 100 пикселям, ограничен программным обеспечением, поэтому необходим предохранитель)

• конденсатор
• ток
• защита
• предохранители

\$\конечная группа\$

6

\$\начало группы\$

Если вас интересуют мои идеи: Вот по порядку.

1. Внимательно прочитайте техническое описание зарядного устройства. Найдите такие термины, как «защита от короткого замыкания» или «ограничение тока». Большинство устройств будут иметь некоторую реализацию икоты. Я предполагаю, что достаточные меры безопасности уже включены и квалифицированы, поэтому нет необходимости усложнять вашу конструкцию. Также обратите внимание: эти устройства полностью квалифицированы и протестированы. Вы знаете нас, немцев: это громкие слова.

2. Если вы планируете интегрировать предохранитель: посмотрите номинал I ² T в технических описаниях. Это значение будет определять «мгновенность», или, другими словами, устойчивость к пусковым токам. Вы также можете рассмотреть возможность использования так называемого PTC-Fuse. Если вы заинтересованы в дальнейшем обучении по этой теме, см.: https://www.littelfuse.com/~/media/automotive/catalogs/littelfuse_fuseology.pdf Если нет: используйте 3A Slow Blow (5×20 мм) – будет работать отлично.

3. Если вы хотите решить проблему простым способом: добавьте резистор (например, 1 Ом) последовательно с предохранителем. Это ограничит пусковой ток по желанию, но со временем приведет к потере большого количества энергии. Также необходимо учитывать падение напряжения. Вы также можете использовать конструкцию NTC, которая снижает потери мощности. См.: https://www.tdk-electronics.tdk.com.cn/download/541612/b1b77484fb39733c7d16858074bb9490/pdf-applicationnotes.pdf

4. Если вы хотите пройти лишнюю милю: существуют активные схемы, так называемые устройства плавного пуска. Пожалуйста, взгляните на https://www.ti.com/lit/an/slva670a/slva670a.pdf Это, скорее всего, почти определенно, абсолютное излишество. Что еще хуже: вы можете использовать устройство, реализующее так называемый E-Fuse и устройство плавного пуска. Скорее всего, IC будет иметь какой-то интерфейс I2C. Таким образом, контроллер мог бы получить текущую потребляемую мощность и тому подобное, но зачем?

5. Мои пять копеек: проверьте характеристики безопасности вашего настенного адаптера и, если их достаточно, придерживайтесь их. Безусловно, эти устройства не рассчитаны на работу с высокоемкостными нагрузками, но вполне подойдут. Имейте в виду: если вы не уверены, как правильно реализовать функции безопасности, вероятность того, что решение не сработает в случае необходимости, может достичь неприемлемого порога — и тогда: какой смысл внедрять его на первых порах? Не поймите меня неправильно: реализация функций безопасности в соответствии с таблицей или примечанием к приложению — это одна часть. Тестирование и подтверждение их – другое. Это важные темы даже для хобби-проектов. Если ребята из настенного адаптера уже справились с этой борьбой, зачем брать их снова?

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Многие люди используют P-MOS в линейной области, чтобы избежать пускового тока во время начальной зарядки конденсатора. Это, конечно, рабочий подход, но долго держать MOSFET в линейной зоне (весь процесс зарядки) сложно.

Я предпочитаю заряжать через шунт (например, 47 Ом), и как только конденсатор достигает определенного напряжения (например, 3 В), когда пусковой ток может быть приемлемым, подключайте конденсатор напрямую к источнику — другими словами, закорачивайте шунт.

Что касается предохранителя, вам придется использовать предохранитель с более высоким номинальным током (или более медленным), чтобы он не перегорел во время первоначальной зарядки, чем это необходимо при нормальной работе, поэтому вы потеряете функцию быстрой защиты.

Схема:

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Технические характеристики:

Зарядное устройство 5 В, макс. 2 А с отключением OCP. Мин. нагрузка 2,5 Ом
StripLED 3,5 А/м полностью белого цвета Пользовательские характеристики: макс. 1,5 А
WS2812b от 3,5 до 5,3 В для всех микросхем на полосе

варианты электронной крышки: 1 мФ от 10 мОм до 350 мОм ESR
T= от 10 мкс (низкое ESR) до 350 us (G. P.)
выберите ESR = T/C

Проблема: импульсный ток при включении I = V/ESR >> 2A

Безопасность с предотвращением пускового тока не является проблемой: все SMPS этого типа теперь имеют OCP.

Решение: Выберите ICL со сниженным номиналом от 30 до 50 % для максимального допустимого тока, но >= 3 Ом для 1 А при 3 В или 1,7 А при 5 В, но при номинальном токе >= 3 А 92R=P регулирование сопротивления при высокой темп. Тем не менее, WS2812b может работать при напряжении до 3,5 В, поэтому необходимо измерить сопротивление проводника для заземления и суммировать V+ так, чтобы I * R макс. < 1 В с запасом 0,5 В.

Для Rmax= R(ICL) + R(полоса Vcc + 0V) при требуемом Imax

Рекомендация 4A ном. ICL 3 Ом

• самая низкая стоимость, безопасная работа, но нагревается.

Желаемый результат:

• Снижение нагрузки на зарядное устройство при запуске без отключения 92s\$) в дополнение к максимальному установившемуся току.