Ограничение бросков тока при включении нагрузки низкой и средней мощности

JB Castro-Miguens, Madrid

В момент включения импульсного источника питания, например, блока питания компьютера, сглаживающий конденсатор выпрямителя полностью разряжен. Бросок зарядного тока, в особенности в том случае, когда емкость конденсатора велика, может привести к срабатыванию автоматов защиты сети, или, даже, к выходу из строя выпрямительных диодов.

Несмотря на то, что эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора, а также сопротивление и индуктивность проводов уменьшают бросок тока, пиковые значения могут достигать десятков ампер. Эти броски приходится принимать во внимание при выборе диодов выпрямителя, но наиболее заметно их влияние на срок службы конденсатора. Схема, позволяющая ограничивать выбросы тока при включении, показана на Рисунке 1.

Рисунок 1.	Эта схема позволяет ограничивать выбросы тока при включении и защищать нагрузку от перенапряжений свыше 380 В.

Если в момент включения мгновенное значение выпрямленного переменного напряжения сети больше 14 В, MOSFET транзистор Q₁ будет включен, вследствие чего IGBT транзистор Q₂ выключен, и конденсатор не заряжается.

Если же выпрямленное напряжение меньше, чем напряжение на конденсаторе плюс 14 В (V₁ = V_IN − V_OUT ≤ 14 В), Q1 выключен, а Q₂ включается через резистор R₃, подключая конденсатор и нагрузку (R_LOAD) к выпрямителю. Соответственно, Q₂ остается включенным, а Q₁ перестает оказывать какое-либо влияние на работу схемы.

В стационарном состоянии, когда напряжение на конденсаторе сравняется с выпрямленным переменным напряжением, Q₁ выключен, а Q₂ включен, и заряду конденсатора ничто не препятствует.

Ограничитель тока позволяет дополнить схему защитой от перенапряжения. Если выпрямленное выходное напряжение превысит 380 В, напряжение между выходом опорного напряжения и анодом микросхемы IC₁ будет больше ее внутреннего опорного напряжения 2.495 В, вследствие чего, напряжение анод-катод упадет примерно до 2 В. Ток резистора R₃ потечет в катод, и Q₂ закроется.

Когда выпрямленное сетевое напряжение меньше 380 В, катодный ток TL431 практически отсутствует. Вследствие этого, Q2 включается через R3 и подключает конденсатор и R_LOAD к двухполупериодному выпрямителю (при условии V₁ = V_IN − V_OUT ≤ 14 В).

Мощность, рассеиваемая компонентами схемы, очень незначительна. При входном напряжении 230 В с.к.з. и мощности нагрузки до 500 Вт в качестве Q₂ можно использовать GP10NC60KD.