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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Limitando a corrente de carga do capacitor do retificador de rede SMPS
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas Um dos problemas importantes nas fontes de alimentação chaveadas em rede é a limitação da corrente de carga de um capacitor de suavização de grande capacidade instalado na saída do retificador de rede. Seu valor máximo, determinado pela resistência do circuito de carga, é fixado para cada dispositivo específico, mas em todos os casos é muito significativo, o que pode levar não só à queima de fusíveis, mas também à falha de elementos do circuito de entrada. O autor do artigo oferece uma maneira simples de resolver esse problema. Muitos trabalhos têm sido dedicados a resolver o problema de limitação da corrente de partida, nos quais são descritos os chamados dispositivos de comutação “soft” [1 - 3]. Um dos métodos amplamente utilizados é o uso de um circuito de carga com característica não linear. Normalmente, o capacitor é carregado através de um resistor limitador de corrente até a tensão operacional e, em seguida, esse resistor é fechado com uma chave eletrônica. O dispositivo mais simples é obtido usando um tiristor [4]. A figura mostra um circuito típico do nó de entrada de uma fonte chaveada. A finalidade dos elementos não diretamente relacionados ao dispositivo proposto (filtro de entrada, retificador de rede) não está descrita no artigo, pois esta peça é feita de forma padronizada [5].
O capacitor de suavização C7 é carregado do retificador de rede VD1 através do resistor limitador de corrente R2, em paralelo ao qual o tiristor VS1 está conectado. O resistor deve atender a dois requisitos: em primeiro lugar, sua resistência deve ser suficiente para que a corrente através do fusível durante o carregamento não leve à sua queima e, em segundo lugar, a dissipação de energia do resistor deve ser tal que não falhe antes de carregar totalmente. capacitor C7. A primeira condição é satisfeita por um resistor com resistência de 150 Ohms. A corrente máxima de carga neste caso é aproximadamente igual a 2 A. Foi estabelecido experimentalmente que dois resistores com resistência de 300 Ohms e potência de 2 W cada, conectados em paralelo, atendem ao segundo requisito. A capacitância do capacitor C7 660 μF foi selecionada a partir da condição de que a amplitude das pulsações de tensão retificada a uma potência máxima de carga de 200 W não deve exceder 10 V. Os valores dos elementos C6 e R3 são calculados da seguinte forma. O capacitor C7 será carregado quase completamente através do resistor R2 (95% da tensão máxima) no tempo t=3R2·C7=3·150·660·10-6 -0,3 s. Neste momento, o tiristor VS1 deverá abrir. O tiristor ligará quando a tensão em seu eletrodo de controle atingir 1 V, o que significa que o capacitor C6 deve carregar até esse valor em 0,3 s. A rigor, a tensão no capacitor cresce de forma não linear, mas como o valor de 1 V é cerca de 0,3% do máximo possível (aproximadamente 310 V), esta seção inicial pode ser considerada quase linear, portanto a capacitância do capacitor C6 é calculada usando uma fórmula simples: C = Q /U, onde Q=l·t - carga do capacitor; I - corrente de carga. Vamos determinar a corrente de carga. Deve ser um pouco maior que a corrente do eletrodo de controle na qual o tiristor VS1 é ligado. Selecionamos o tiristor KU202R1, semelhante ao conhecido KU202N, mas com corrente de ativação menor. Este parâmetro em um lote de 20 SCRs variou de 1,5 a 11 mA, e para a grande maioria seu valor não ultrapassou 5 mA. Para novos experimentos, foi selecionado um dispositivo com corrente de comutação de 3 mA. Selecionamos a resistência do resistor R3 igual a 45 kOhm. Então a corrente de carga do capacitor C6 é 310 V/45 kOhm = 6,9 mA, que é 2,3 vezes maior que a corrente de ativação do tiristor. Vamos calcular a capacitância do capacitor C6: C=6,9·10-3·0,3/1-2000 µF. A fonte de alimentação utiliza um capacitor menor com capacidade de 1000 μF para uma tensão de 10 V. Seu tempo de carregamento foi reduzido pela metade, para aproximadamente 0,15 s. Tive que reduzir a constante de tempo do circuito de carga do capacitor C7 - a resistência do resistor R2 foi reduzida para 65 Ohms. Neste caso, a corrente máxima de carga no momento da ligação é de 310 V/65 Ohm = 4,8 A, mas após um tempo de 0,15 s a corrente diminuirá para aproximadamente 0,2 A. Sabe-se que um fusível possui inércia significativa e pode passar pulsos curtos sem danos, excedendo em muito sua corrente nominal. No nosso caso, o valor médio ao longo de um tempo de 0,15 s é de 2,2 A e o fusível tolera isso “sem dor”. Dois resistores com resistência de 130 Ohms e potência de 2 W cada, conectados em paralelo, também suportam tal carga. Durante o tempo de carregamento do capacitor C6 a uma tensão de 1 V (0,15 s), o capacitor C7 será carregado a 97% do máximo. Assim, todas as condições para uma operação segura são atendidas. A operação de longo prazo de uma fonte de alimentação chaveada mostrou alta confiabilidade da unidade descrita. Deve-se notar que um aumento gradual na tensão sobre o capacitor de suavização C0,15 ao longo de 7 s tem um efeito benéfico na operação do conversor de tensão e da carga. O resistor R1 serve para descarregar rapidamente o capacitor C6 quando a fonte de alimentação é desconectada da rede. Sem ele, esse capacitor demoraria muito mais para descarregar. Se neste caso você ligar rapidamente a fonte de alimentação após desligá-la, o tiristor VS1 ainda poderá estar aberto e o fusível queimará. O resistor R3 é composto por três conectados em série, com resistência de 15 kOhm e potência de 1 W cada. Eles dissipam cerca de 2 W de potência. O resistor R2 são dois MLT-2 conectados em paralelo com resistência de 130 Ohms, e o capacitor C7 é dois, com capacidade de 330 μF para uma tensão nominal de 350 V, conectados em paralelo. Chave SA1 - chave seletora T2 ou botão de pressão PkN41-1. Este último é preferível porque permite desconectar ambos os condutores da rede. O tiristor KU202R1 está equipado com um dissipador de calor de alumínio com dimensões de 15x15x1 mm. Literatura
Autor: M.Dorofeev, Moscou
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