Ограничитель тока заряда конденсаторов

[vitaly_v_ch]

Cпасибо за идеи насчет источников тока, всем кто их обсуждал!

На одном MOSFET можно сделать сглаживание заряда без "зависания" (не требуется коммутация нагрузки), если он сначала будет работать как источник тока (насыщение по току), а через задержку полностью откроется.
Задержка небольшая, чтобы транзистор не успел перегреться. Поэтому ограничиваемый ток в несколько раз больше среднего в нагрузке, т.к. всё равно импульсы тока при работе будут больше.
При этом задержка достаточная для того, чтобы конденсаторы зарядились практически полностью даже при полной нагрузке.
Так как ограничивается ток, и он значительно больше среднего максимального, напряжение никогда не "зависнет" ни на каком уровне.
Для упрощения схемы, ограничитель ставится в первичную обмотку.

Минус - необходимо использовать высоковольтный MOSFET, зато не такие требования к низкоомности перехода (в высоковольных сопротивления и будут выше). Второй минус - режим ограничения тока температурозависим (при большей температуре больше ток). Но так как максимальный зарядный ток не очень критичен, то наверное это не смертельно.

Я рассчитал на IRFP350 (53руб в Москве). Желательно поставить его на радиатор, иначе при полной загрузке может разогреваться до 85*C. Расчет был на 480 Вт, 220В, т.е. средний максимальный ток 2,2А. В качестве зарядного тока выбрано 3-6А. Импульсный рабочий может достигать 10А. Задержка около 150мс.

Через VD1,R2,C2,R1,VS1 создают питающее схему напряжение 10В. Мощность R2 - 2Вт. C2 на 25В, С1 хоть на 6В и менее или керамический. Если питаем от постоянного тока, оставляем только стабилитрон и резистор. Стабилитрон желательно точный.
R3,R4,R7 делят опорные 10В на 1В от верха и 4,5В от низа. 4,5В подается на затвор полевика и задает его режим ограничения тока. Именно этот параметр нуждается в настройке. Хотя при хорошей точности стабилитрона и резисторов делителя, и точным описании транзистора должно работать сразу правильно. Напряжение 1В в верхней части через R5 постепенно заряжает C1, и когда напряжение на базе VT1 становится около 0,7В, он открывается, подавая на затвор полное напряжение 10В, при котором полевик обладает минимальным сопротивлением. При пропадании напряжения, заряд C2 быстро иссякает, а C1 ускоренно разряжается через VD2 что приводит к много меньшему времени возврата в исходное состояние.

R5 желательно немного уменьшить, для увеличения базового тока, а C1 соотв. увеличить, перерисовывать уже не буду. Также на картинке не видно R1 = 1,2кОм.

Можно обойтись и без VT1 (всё на полевом) но при этом полевик будет дооткрываться не так резко, и ток заряда будет нарастающим.
Или вообще без начального режима стабилизации тока, с медленным зарядом - это то, что предложил soladko, но там всё же резко идет дозаряд, при том, что в начале вообще пауза.

Если уж упрощать, то можно сделать постоянный ограничитель тока, с током, превосходящим средний размер пиков дозарядки в процессе работы (чтобы не портить качество фильтрации). Тогда стабилитрон на 5В (в завис.от необх.для такого тока напряжения на затворе вашего транзистора) прямо между истоком и затвором, резистор к нему, и в случае переменного тока, ещё конденсатор, резистор и диод.

Вполне простое и надежное решение. Единственно высоковольтный транзистор дороговат. Можно реализовать на биполярном в простом ограничителе - любая схема с контрольным резистором. А в случае применения задержки и полного включения можно использовать биполярник со стабильным h21э, ограничивая ток базы для режима генерации тока.
Думаю больше вариантов предлагать не буду.

чтобы небыло температурного дрейфа нужно брать биполярные транзисторы с включением в режиме токового зеркала (например уилсона). В хужем случае можно использовать в качестве токо-задающего элемента диод прикрученный к копусу тразистора.

все схемы включения я предполагал аналогичными приведенным в "Исскустве схемотехники"

-- Прилагается рисунок: --

[glukownet]

На одном полевике нельзя, ведь он будет только один полупериод ограничивать, а в течении другого ведь ток пойдет через диод......Нет смысла обвес городить возле затвора, ничего хорошего не выйдет, чем если просто резистор. Разряд затвора надо делать на оптроне.....это дешево и меньше элементов.

Можно, если поставить полевик в диодный мост, как у меня на схеме. В каждом полупериоде напряжение на нем будет в нужную сторону.

Вы имеете в виду на одной цепи из резистора и конденсатора? Для задержки?
Так точно не выйдет, я же свой вариант тестировал, путь и в эмуляторе. Если есть желание, можете посмотреть что будет с такой времязадающей цепью. Сначала ток вообще не будет течь, пока напряжение на затворе до 3В, потом, в течение десятка мсек он будет быстро нарастать от нуля до неограниченного, и остальное время транзистор будет дооткрываться от ~1Ом до десятков мОм что на ограничение тока уже не влияет, но влияет на его нагрев. В результате ограничения тока почти не будет. Нужно максимальное время держать транзистор в переходном состоянии.

У меня принцип такой - сразу работает как генератор тока, а через некоторую задержку скачком переключается в минимальное сопротивление.
На биполярном тот же принцип, но генерация тока задается ограничением тока базы, а после задержки он переводится в насыщение.

Falconist Вот да, это простейшая схема на реле, только ещё нагрузку надо отключать и не будет проблем. А ограничивать можно и в первичной - на 1 контактную группу меньше и ток меньше.

[Falconist]

Насколько я понял вы предложили на ПЕРВОМ рисунке убрать полностью верхние контакты, а оставить только нижние, которые в общем проводе. Тогда мы имеем обычную вторичную обмотку, без средней точки, после которой идет мост в классическом включении, после которого два конденсатора, но так как они для моста будут последовательно включенными, то в момент включения трансформатор будет нагружен через диодный мост на емкость в два раза меньшую, чем каждая емкость в плече. Если я непонятно выразился могу нарисовать, если я конечно правильно понял вашу фразу ----оставить только в общей шине конртакты, чтоб получить симметрию.

В чистом виде верхняя схема неправильная и нерабочая, а вот с нижней все ок.

Уважаемый soladko, давайте еще раз повторите Вашу аргументацию, и медленно, а то что-то и Вы запутались (учитывая последующий пост), и я вместе с Вами.

Пока что в обоих постах я вижу только эмоции, но не доказательства Вашей правоты (или неправоты)...

Покажите, как будут протекать токи зарядки в обоих вариантах.

[alexey-b]

Схема, где все учтено.

-- Прилагается рисунок: --

[Falconist]

Ну, слава Богу! Наконец-то...

И все равно, совершенно непонятно предназначение диодов VD5 и VD6...

[soladko]

Вот обещаная схема для транса с средней точкой, если обмотка одна, то вместо 4 ставится два транзистора(Одно плечо можно заменить перемычкой).
Разряд емкостей затворов через оптрон, например PC817. "первичка" оптрона как показано на рисунке включается на + и - конденсаторов нагрузки. R3 подбирается таким образом, чтобы (Uп-2Uсветодиода-Uстабилитрона)/R3 не превышало допустимого тока через светодиод оптопары, и, что более важно, не был превышен ток на "вторичке " оптрона(можно R3 рассчитать посмотрев проходную харакьтеристику вами найденого оптрона в сусеках ). Просто и надежно. Для конкретной схемы нужно смотреть также на то, не превысится ли напряжение на затворе транзистора......ну обо всем этом я писал раньше. По поводу довольно резкого выхода на ключевой режим полевика, как кто-то писал выше----› От момента начала открытия полевика до его полного открытия разница составит 1,5В приблизительно на затворе, этого вполне достаточно чтоб плавно включить конденсаторы.

-- Прилагается рисунок: --

[soladko]

Фальконист, я ж сказал что неправильно понял ваш пост про отрицательную шину. Из ваших двух схем правильная вторая, а на первой имееем разницу зарядных токов верхнего конденсатора и нижнего, до момента включения реле, а это нехорошо.

Я тоже не понимаю зачем те диоды....ждем объяснения их большой пользы, которая настолько большая, что можно пожертвовать КПД выпрямителя и доп источником тепла и финансов в корпусе ))))

[glukownet]

чтобы небыло температурного дрейфа нужно брать биполярные транзисторы с включением в режиме токового зеркала (например уилсона). В хужем случае можно использовать в качестве токо-задающего элемента диод прикрученный к копусу тразистора.

Что-то я не понял, чем всё таки задавать опорный ток в токовом зеркале? И в нашем случае нужен ток около 5А.

[soladko]

Фальконист, вот как я понял, почему и возразил. Но прочитав более внимательно понял, что именно вы имели ввиду.

-- Прилагается рисунок: --

[glukownet]

Soladko, у нас самый дорогой элемент - MOSFET.
Лучше уж поставить один пусть и высоковольтный в первичную, чем ставить целых 4 штуки... Высоковольтные конечно дороже, но на 1-м надежность явно выше.
Если очень хочется в низковольтную цепь, то лучше после моста в + и - провода. (для коммутации + создать ++ с помощью двух диодов и двух небольших конденсаторов).

Ну а во вторых, как я говорил, при заряде конденсатора на затворе, плавного нарастания тока не получится. Можно использовать только как задержку до напряжения отсечки. Но тогда транзисторы надо шунтировать зарядными резисторами, чтобы заряжалось пока они не открылись. Однако, как мы уже выяснили, только задержка (с зарядом через токоограничивающие резисторы) не предотвращает от "зависания". Источник тока решает эту проблему.

А насчет оптопар - навряд ли они (плюс обвязка необходимая для их работы) дороже, чем один простейший диод, пусть даже и разряжают чуть быстрей и полней.

P.S. Насчет зависания. В вашей схеме это в принципе решено. Когда транзистор начнет открываться, он дозарядит конденсаторы, но как я уже говорил, слишком сильно нарастает зарядный ток. То есть задача плавного заряда не решается.