Активная схема и реле заменяют NTC термистор с высокими потерями.
Отключаемые блоки питания с нагрузкой от 200 Вт и более, требуют использования ограничителей пускового тока. Неограничиваемый пусковой ток может достигать величины до нескольких сот Ампер, способных повредить сетевой выпрямитель, сжечь предохранители и индуктивности входного фильтра и повредить PFC (схема коррекции реактивной мощности) фильтрующие конденсаторы.
Простым методом ограничения пускового тока является использование NTC (отрицательный температурный коэффициент) термисторов, включенных последовательно с линией питания. В холодном состоянии термистор имеет высокое сопротивление, которое значительно уменьшается при возрастании температуры, ограничивая пусковой ток за счет своей тепловой инерции и способности быстро уменьшать сопротивление. В то же время, NTC термистор имеет остаточное сопротивление при нормальном рабочем токе источника питания. Для сохранения низкого нормального сопротивления, термистор должен длительное время работать при высокой температуре, что может ухудшить температурный режим источника питания и повысить температуру в его корпусе, где рассеивание энергии и так составляет значительную величину.
Идея конструкции представляет альтернативную схему, которая эффективно ограничивает пусковой ток и не добавляет дополнительные источники тепла в корпус блока питания. Без внесения дополнительных потерь энергии во время нормальной работы, коммутируемый последовательный резистор эффективно ограничивает пусковой ток источника питания до тех пор, пока PFC электролитические конденсаторы не наберут полный заряд. После этого, электромеханическое или твердотельное реле с гальванической изоляцией закорачивает резистор.
В то же время, определение момента полного заряда PFC схемы представляет некоторую трудность. Конструкция универсальных блоков питания подразумевает работу в некотором диапазоне входного переменного напряжения и определение напряжения, означающего полный заряд, может быть ошибочным. Кроме того, ограничитель пускового тока должен задержать начало работы любых дополнительных источников питания и других потребителей энергии для обеспечения заряда PFC конденсаторов в полном объеме.
Простейшим методом решения этих проблем является использование схемы, которая измеряет собственно пусковой ток, а не напряжение на PFC конденсаторах. Она определяет окончание процесса пуска, отслеживая угасание амплитуды пускового тока. По достижению заданного уровня, схема дает команду на запуск вспомогательных источников питания и других потребителей энергии. Отслеживание пускового тока позволяет эффективно контролировать начало работы источника питания и делать порог включения независимым от напряжения сети питания.
На рис.1 показан реальный вариант схемы PFC, в которой используется ограничитель пускового тока с переключаемым резистором. Схема измерения пускового тока содержит проволочный резистор R1 и параллельный MOSFET транзистор в режиме обеднения Q1, который подключен к резистору R2, как источник тока, работающий на резисторы R3 и R4. В широком диапазоне падений напряжения на резисторе R1 от нескольких сотен до нескольких вольт, данная схема вырабатывает стабильный ток, который запрещает работу вспомогательных источников питания и предотвращает их влияние на процесс ограничения входного тока. Когда пусковой ток достаточно снизится, падение напряжения на резисторе R1 становится недостаточным для функционирования Q1 в режиме источника тока.
Ток, протекающий через Q1, снижается, разрешая работу вспомогательных источников питания и включение блока питания, активируя реле S1, чьи контакты закорачивают резистор R1. Номинал R2 определяет ток, необходимый для удержания вспомогательных источников питания в выключенном состоянии, что дает возможность PFC конденсатору C1 полностью зарядиться. 12 В электромеханическое реле, например, G2RL-1 компании Omron, имеет контакты с низким сопротивлением для шунтирования R1.
В качестве альтернативы, для замены S1, можно использовать оптически изолированное твердотельное реле, например, RP1A48D5 компании Carlo Gavazzi с MOSFET транзистором или SCR (управляемый выпрямитель) при условии, что падение напряжения на выходных контактах замены не вносит заметных потерь мощности.
Рис.2 иллюстрирует протекание процесса заряда по падению напряжения на резисторе R1. Экспоненциальная огибающая и ее заполнение характеризуют пусковой процесс; фильтр R3 и C2 отфильтровывает заполнение и формирует экспоненциально снижающееся напряжение на R4, которое удерживает Q2 включенным во время всего процесса пуска. Q2 предотвращает запуск вспомогательных источников питания, удерживая их входы разрешения работы в низком состоянии. При падении напряжения на R1 в несколько вольт, Q1 прекращает вырабатывать постоянное напряжение и закрывает Q2, разрешая работу вспомогательных источников питания. Таким образом, весь источник питания ожидает, когда пусковой ток достигнет безопасной величины, установленной резистором R2. Источник питания включается немедленно, как только реле S1 сработает и закоротит резистор R1. Остальные элементы на рис.1 относятся к стандартной схеме PFC, но могут также быть заменены на часть любой другой конфигурации источника питания.
Trace 1 на рис.3 иллюстрирует включение 2,4 кВт источника питания с ограничителем пускового тока и цепью задержки включения, которая разносит по времени процессы подключения к сети и включения блока питания. Величина пускового тока ограничена 5 А, что значительно меньше, чем уровень нагрузки 2,4 кВт. Trace 4 отражает входной ток, измеренный с помощью токового датчика. На рис.4 отражено сссс. Его пусковой ток специально ограничен на уровне 5 А, что значительно ниже рабочего тока, составляющего приблизительно 14 А.
Терраэлектроника
