Пассивная схема ограничения пускового тока

Пусковой ток, возникающий при запуске выпрямительной схемы с конденсаторным выходным фильтром, обычно ограничивают с помощью схемы, показанной на Рисунке 1. Последовательно с входом переменного тока или выходом выпрямителя включается резистор большого номинала, а затем, как только конденсатор фильтра достаточно зарядится, сопротивление закорачивается переключателем. В такой схеме для управления замыканием или размыканием переключателя понадобится дополнительное реле времени или чувствительная цепь. Кроме того, во время нормальной работы через переключатель протекает полной ток нагрузки. В качестве альтернативы предлагается представленная на Рисунке 2 простая пассивная схема ограничения пускового тока, состоящая из доступных компонентов и имеющая преимущества по размерам и стоимости. В этой схеме пусковой ток ограничивается цепью из резистора и переключателя, включенной последовательно с конденсатором фильтра, а не в основную линию питания. Поэтому номинальный ток переключателя может быть значительно ниже. Переключатель S₁ закорачивает зарядный резистор R₁. Этот переключатель представляет собой контакты доступного для приобретения реле постоянного тока. Реле воспринимает напряжение на конденсаторе C; таким образом, переключатель срабатывает автоматически.

Рисунок 1.	В этой классической схеме ограничения пускового тока при нормальной работе через переключатель проходит полный ток нагрузки.

Рисунок 2.	В этой схеме ограничения пускового тока требования к номинальному току переключателя значительно снижаются.

Резистор R₁ ограничивает пиковый пусковой ток, а также определяет задержку запуска. Переключающий контакт реле либо закорачивает R₁, когда конденсатор достаточно заряжен, либо подключает резистор R₂ параллельно конденсатору, чтобы ускорить его разряд в выключенном состоянии. Для бездребезговой работы реле необходим соответствующий гистерезис между замыканием и размыканием. Слишком малый гистерезис приводит к нарушениям работы схемы при наличии кратковременных провалов. Слишком большой гистерезис оставляет схему незащищенной от сильных пусковых токов при повторном замыкании реле. Можно установить подходящий гистерезис, добавив последовательно с катушкой реле стабилитрон D_Z и резистор R₃. Работа схемы на Рисунке 2 описывается следующими формулами.

Постоянное напряжение срабатывания:

постоянное напряжение отпускания:

и гистерезис:

где

V_CP – напряжение срабатывания реле,
R_C – сопротивление катушки реле,
V_Z – напряжение пробоя стабилитрона,
I_Z – ток излома характеристики стабилитрона.

Рисунок 3.	Схема на Рисунке 2 ограничивает пусковой ток до безопасного значения порядка 6 А.

Компоненты коммерческого класса имеют разброс параметров. Этот разброс может повлиять на напряжения срабатывания и отпускания. Для минимальной чувствительности к изменениям V_CP, R_C и I_Z сопротивление R₃ следует сделать как можно более низким. Разбросы V_Z и R₃ влияют на схему незначительно, однако ток I_Z зависит от температуры, и его влияние на напряжение отпускания существенно. Рисунок 3 иллюстрирует экспериментальные результаты. В прототипе использовались компоненты со следующими номиналами: C = 2000 мкФ (неполярный), R₁ = 36 Ом, R₂ = 4.7 кОм, R₃ = 12 кОм, V_Z = 110 В, I_Z = 3 мА, V_CP = 65 В и R_C = 10 кОм.