Наша сеть партнеров Banwar
Вхідні ланцюги імпульсного джерела живлення
Імпульсні джерела живлення завойовують все більше життєвий простір. Надійність їх зростає, і ті недоліки, які характерні для імпульсних перетворювачів енергії, з лишком компенсуються їх безсумнівні переваги. Зараз вони починають застосовуватися вже в тих областях, де традиційно використовувалися лінійні джерела живлення.
Один з недоліків імпульсних перетворювачів енергії це те, що вони є джерелом високочастотних перешкод, що проникають в первинну мережу змінного струму. Це, в свою чергу, може призводити до нестабільної роботи іншого обладнання, підключеного до тієї ж фазі первинної мережі, що і імпульсний джерело. У зв'язку з цим, абсолютно будь-який блок живлення повинен мати в своєму складі вхідні помехоподавляющие ланцюга, що забезпечують його захист від перешкод з первинної мережі, а також захист первинної мережі від високочастотних перешкод імпульсного джерела. Крім того, ці ланцюги можуть виконувати функції щодо захисту від високих напруг і великих струмів.
Змінний струм мережі на першому етапі перетворення повинен бути випрямлений за допомогою діодного моста. На цей діодний міст змінний струм подається через мережевий вимикач, запобіжник, терморезистор з негативним температурним коефіцієнтом опору (ТКС) і помехоподавляющий фільтр. У переважній більшості джерел живлення побудова вхідних ланцюгів однаково, і така типова схема вхідних ланцюгів наводиться на рис.1.
Терморезистор з негативним ТКС служить для обмеження кидка зарядного струму через конденсатор С5 в момент включення джерела живлення. При включенні блоку живлення в початковий момент часу через діодний міст протікає максимальний зарядний струм конденсатора С5, і цим струмом може бути виведений з ладу один (або більше) діод випрямляча. Так як в холодному стані опір терморезистора складає декілька Ом, струм через випрямні діоди моста обмежується на безпечному для них рівні. Через деякий проміжок часу в результаті протікання через терморезистор зарядного струму С5, він нагрівається, його опір зменшується до часткою Ома і більше не впливає на роботу схеми. Таке рішення проблеми обмеження кидка зарядного струму за допомогою елемента з нелінійної вольт - амперної характеристикою використовується досить часто, так як схема при цьому виходить найбільш простий і дешевої в порівнянні з іншими варіантами. Крім того, вона забезпечує мінімальні втрати і високу надійність, що й обумовлює її застосування практично у всіх блоках харчування. Обмежувальний терморезистор, як і всякий нагрівається елемент, володіє тепловою інерцією. Це означає, що для того, щоб він відновив свої обмежувальні властивості, після виключення блоку живлення з мережі повинно пройти деякий час (порядку декількох хвилин), тобто він повинен охолонути. При цьому таке включення блоку живлення станеться так само з обмеженням кидка зарядного струму. І це є додатковою умовою, через якого настійно рекомендується почекати одну-дві хвилини перед наступним включенням джерела живлення після його виключення, хоча на практиці часто зустрічаються ситуації, при яких необхідно вимкнути джерело живлення і тут же знову включити його.
Терморезистор досить часто виходять з ладу при пробоях силового транзистора, пробоях діодів випрямляча. Несправності терморезисторов досить очевидні, так як вони перегорають зазвичай з фізичними порушеннями корпусу, тобто корпус елемента розламується і на ньому видно сліди кіптяви. При перегорання терморезистора фахівець, що проводить ремонт, може застосувати кілька варіантів вирішення проблеми:
1) Замінити терморезистора на аналогічний - це найбільш оптимальне рішення.
2) Замінити терморезистор звичайним резистором малого опору (кілька Ом) і великої потужності (близько 5 Вт) - в цьому випадку такий резистор буде здійснювати обмеження струму через випрямляч протягом всієї роботи блоку живлення, проте буде виділяти досить велика кількість тепла.
3) Замінити терморезистор декількома витками ніхромового дроту - такий елемент буде виконувати загальне обмеження струму, а витки будуть сприяти плавному наростання струму. Однак варто зазначити, що таке рішення не можна назвати оптимальним, і краще утриматися від його застосування.
4) Заміна терморезистора перемичкою - такий спосіб ремонту не рекомендується застосовувати (а деякі фахівці і категорично попереджають від заміни терморезістра перемичкою), проте в деяких ситуаціях це доводиться робити. До того ж, якщо при ремонті довелося замінити діоди випрямляча і поставити більш потужні (наприклад, КД226), то, як показує практика, зарядний струм для таких діодів не страшний і схема цілком працездатна без терморезістора.Следует відзначити, що обмежувальний терморезистор деякі виробники розміщують між "-" діодного моста і загальним проводом первинної частини (рис.2).
У деяких джерелах живлення терморезистори не використовуються, а застосовуються обмежувальні резистори великої потужності (зазвичай білого кольору і мають форму параллепіпед). Ці резистори мають номінал опору, рівний кілька Ом і потужність 5 - 10 Вт. Як вже зазначалося раніше, такий резистор забезпечує обмеження струму не тільки в момент включення, а постійно при роботі джерела живлення. Тому на резисторі розсіюється досить велика потужність, і він дуже сильно нагрівається. Мережевий плавкий запобіжник FU 1 призначений для захисту мережі живлення від перевантажень, які виникають при несправності мережевого випрямляча або силового транзистора. Конструктивна зміна положення запобіжника при ремонті небажано, так як це може призводити до появи мережевих електромагнітних помех.Входной помехоподавляющий фільтр має властивість двонаправленого помехоподавленія, тобто запобігає проникненню високочастотних імпульсних завад з мережі в блок живлення і, навпаки, з блоку живлення в мережу. Ці імпульсні перешкоди можуть мати значну амплітуду. Мережеві перешкоди мають в основному промислову основу і створюються апаратурою дугового і контактного зварювання, силовий пускорегулирующей апаратурою, приводними електродвигунами, медичною апаратурою і т.д. Генеруються блоком живлення перешкоди обумовлені, головним чином, імпульсним режимом роботи силового транзистора і випрямних діодів. Перешкоди, що генеруються і силовий мережею і блоком живлення можна розділити на два типи: симетричні і несиметричні.
Симетрична (диференціальна) перешкода - напруга між проводами харчування. Ця перешкода вимірюється між двома полюсами шин харчування.
Несиметрична (синфазна) перешкода - напруга між кожним проводом і корпусом блоку живлення (рис.3).
Для аналізу роботи Помехоподавляющие фільтра розглянемо випадок, коли симетрична перешкода впливає на схему блоку живлення.
ЕРС перешкоди прикладена до входу джерела живлення між фазним і нульовим проводом з боку мережі. Конденсатор С1 являє собою дуже великий опір для живильного струму мережевої частоти (50 Гц), і тому цей струм через конденсатор С1 не відгалужується. Для імпульсного високочастотного струму перешкоди цей конденсатор, навпаки, має дуже малий опір, і тому більша частина струму перешкоди замикається через него.Однако одного конденсатора С1 виявляється недостатньо для повного придушення перешкоди. Тому далі включається двохобмотувальні дросель Т1 (нейтралізує трансформатор), обмотки I і II якого мають однакове число витків і намотані на одному сердечнику. Напрямок намотування обох обмоток згідне. З цього випливає, що корисний струм мережевої частоти, що протікає по обмотках I і II в протилежних напрямках, буде створювати в осерді Т1 два рівних зустрічно-спрямованих магнітних потоку, взаємно компенсують один одного. Тому незалежно від величини споживаного від мережі струму сердечник Т1 НЕ буде намагнічуватися, а значить, індуктивність обох обмоток буде максимальна. Незважаючи на це, через те, що живить корисний струм має низьку мережеву частоту, обмотки Т1 не чинитимуть йому скільки-небудь значного опору. Високочастотний же струм перешкоди буде затримуватися цим дроселем. При цьому, завдяки трансформаторному виконання, індуктивність кожної з обмоток Т1 зростає на величину взаємної індуктивності. Це пояснюється тим, що магнітні потоки від високочастотного струму перешкоди точно також взаємно компенсуються, як і струми мережевої частоти. Тому сердечник Т1 НЕ намагнічується, а магнітна проникність його максимальна. Якби замість Т1 в кожен провід включався б звичайний дросель, то протікає струм намагнічуватися б сердечники цих дроселів, в результаті чого їх магнітна проникність була б менше, навіть при тій же кількості вітков.Далее вже залишкова енергія перешкоди придушується конденсатором С4, який замикає через себе решту струму високочастотної перешкоди, що пройшла через Т1.Однако основне призначення конденсатора С4 інше. Доданий випрямляч (D 1 D 4) також є генератором високочастотних перешкод, що пов'язано з імпульсним характером струму через випрямляч. Величина перешкод в основному залежить від властивостей напівпровідникових діодів випрямляча (крутизни вольтамперної характеристики, інерційності) .Процесс відновлення зворотного опору діодів при перемиканні не є миттєвим, і при зміні полярності прикладеної напруги через діоди протікають імпульсні зворотні струми, обумовлені розсмоктуванням надлишкових носіїв. Ці імпульсні струми і є перешкодами, що генеруються мережевим випрямлячем. Конденсатор С4, включений в діагональ діодного моста, замикає через себе струми цих імпульсних перешкод, перешкоджаючи їх проникненню в мережу живлення і навантаження блоку живлення. Конденсатори С2 і СЗ - обов'язкові елементи і запобігають проникненню несиметричних імпульсних перешкод в живильну мережу. Такі ж конденсатори можуть встановлюватися і до дроселя, утворюючи таким чином симетричний фільтр (рис.4). Для запобігання проникнення несиметричних завад з силового перетворювача в навантаження через загальний провід вторинної сторони в деяких блоках харчування цей загальний провід не має гальванічного зв'язку з корпусом блоку живлення, а підключений до нього через додатковий фільтруючий конденсатор малої місткості. При такому включенні велика частина струму імпульсної перешкоди замикається через цей конденсатор всередині схеми блоку живлення. На рис.5 таким конденсатором є С6 (4.7 n / 3 kV).
Слід зазначити, що для розрядки конденсаторів мережевого фільтра після виключення блоку живлення з мережі на виході мережевого фільтра може включатися високоомний резистор R 1 на рис.4. Включення такого резистора обумовлено вимогами техніки безпеки при ремонті блоку живлення.
У сучасній схемотехніці в багатьох блоках харчування з мережевого входу включається також варістор або динистор. Варистор - це нелінійний елемент, опір якого залежить від прикладеної до нього напруги. Тому, поки напруга мережі не виходить за межі допустимого, опір варистора велике (десятки МОм), і він не впливає на роботу схеми. При перенапруженні в мережі варістор різко зменшує свій опір, і збільшеним струмом через нього випалюється запобіжник. Інші елементи блоку живлення при цьому залишаються цілими. Сам варістор при цьому зазвичай виходить з ладу, що дуже легко помітити - він чорніє, на оточуючих його елементах - кіптява і зазвичай варістор розколюється. Досить часто для захисту джерела живлення від роботи при підвищеній напрузі мережі використовується зенеровскій діод, що позначається на схемах ZNR. Принцип роботи його практично не відрізняється, тобто якщо до нього прикладається напруга вище рівня його пробивної напруги, то він "пробивається" і також випалює запобіжник.
Маркування варістора або зенеровского діода є досить простий. На корпусі трьома цифрами вказується номінал пробивної напруги. Наприклад, число 301 відповідає пробивному напрузі 300В (30 x 101), число 271 - напрузі 270В (27 x 101) і т.д.
У разі несправного варістора або зенеровского діода установка нового запобіжника і повторне включення джерела живлення знову призводить до перегорання запобіжника. Заміну варістора або діода бажано проводити на аналогічний виріб. Установка приладу з меншим пробивним напругою часто призводить його "пробою" при включенні джерела харчування, тому що саме в момент включення спостерігається великий стрибок напруги. Якщо встановити прилад з великим значенням пробивної напруги, то в момент включення він не буде виходити з ладу, проте і захищати джерело живлення він буде гірше. Можливий і такий спосіб вирішення проблеми, як повне видалення варістора (зенеровского діода) зі схеми. Джерело живлення при цьому буде запускатися без проблем, і запобіжник буде залишатися цілим, однак, як, напевно, всім зрозуміло, захист від підвищеної напруги мережі буде відсутній. Такий спосіб вирішення проблеми варто застосовувати тільки в тому випадку, якщо ви впевнені в хорошій якості напруги живлення і немає можливості знайти аналогічну заміну несправного приладу.
