Навигация по сайту Моя кладовка

Софтстарт

 

В предыдущей статье рассказывалось о той пользе, которую можно получить, если использовать устройство плавного включения усилителя в сеть – софтстарт (softstart) . Теперь пришла пора получить конкретную рабочую схему этого устройства.

На самом деле схем может быть много самых разных, одинаково хорошо работающих. Я приведу наиболее универсальную схему, имеющую автономное питание. Кроме выполнения своих функций софтстарта, устройство, выполненное по этой схеме, может снабжать питанием 12 вольт какую-нибудь маломощную нагрузку, например, устройство защиты колонок от постоянного напряжения. Эта схема хорошо отлажена – у меня по ней работает несколько устройств в течение многих лет, и все отлично работает.

Этот софтстарт ступенчатого действия – я доказал, что он не хуже, а даже лучше «плавного». Схема устройства показана на рисунке 1.


Софтстарт

Рис.1. Схема софтстарта.

Устройство подключается к сети, а сетевая обмотка трансформатора усилителя запитывается от него. Выключатель S1 – это сетевой выключатель усилителя. Предохранитель F1 получается общим и для усилителя, и для схемы софтстарта. Поэтому он должен быть рассчитан на соответствующий ток. Конденсатор С1 – помехоподавляющий. Термопредохранитель (или терморазмыкатель) FT выполняет защитные функции, и про него скажу позже. Токоограничительный резистор R1 мощностью 5 ватт, так что выдержит любую, даже очень неудобную нагрузку. Сама схема софтстарта питается от трансформатора Tr1, выпрямителя на диодном мосте Br1. Конденсатор С2 сглаживает пульсации напряжения. Резистор R2 – разрядный. Он служит для быстрого разряда конденсатора С2 при отключении питания или пропадании напряжения в сети. В результате софтстарт быстро отключается и приходит в исходное состояние, примерно за 2…3 секунды. Это нужно, чтобы даже при кратковременном отключении питания софтстарт снова срабатывал и давал выдержку времени. Если отключение усилителя от сети было кратковременным, то работа софтстарта не обязательна, но с ним запуск надежнее. Особенно это хорошо заметно при частых пропаданиях напряжения в сети – тогда постоянно срабатывая, софтстарт реально защищает усилитель от перегрузок. Напряжение питания, равное примерно 12 вольтам, через делитель R3R4 заряжает времязадающий конденсатор С3. Напряжение с этого конденсатора поступает на затвор полевого транзистора VT1. Когда конденсатор зарядится примерно до напряжения примерно 3…4 вольта, транзистор откроется и включит реле К1. Реле своими контактами замкнет резистор R1 и подаст на усилитель полное, ничем не ограниченное питание. Диод VD1 защищает транзистор от ЭДС самоиндукции реле, т.к. его обмотка обладает большой индуктивностью. Светодиод HL1 служит для индикации (если нужно) окончания задержки включения усилителя софтстартом и начала нормальной его работы.

Для защиты от возможных неприятностей при авариях служит термопредохранитель (или терморазмыкатель) FT. Когда и какая авария может произойти? Например, в трансформаторе питания усилителя произошло короткое замыкание. При использовании софтстарта мы в первый момент включаем усилитель через балластный резистор. Величина тока, потребляемого от сети, получается небольшой, поэтому основной предохранитель не сгорает, и устройство от сети не отключается. А вдруг авария такова, что кроме короткого замыкания в трансформаторе, вышло из строя реле или само устройство софтстарта? Тогда нагрев балластного резистора будет очень сильным, и возможно возгорание чего-нибудь. Я в плане безопасности немного параноик и отношусь к ней очень серьезно: я видел полностью сгоревшие дома, когда причиной пожара была неисправность в электронном устройстве. Термопредохранитель FT размещается таким образом, чтобы он имел хороший тепловой контакт с токоограничительным резистором R1. Если этот резистор (в результате какой-нибудь неисправности) перегреется, то термопредхранитель сработает и отключит все устройство от сети. Термопредохранитель отличается от терморазмыкателя тем, что он одноразовый. А терморазмыкатель при нагреве размыкает цепь, а при остывании снова ее замыкает. Любое из этих устройств можно применять, оно должно быть рассчитано на ток в 1…3 ампера и иметь минимально возможную температуру срабатывания (60…80 градусов).

В крайнем случае, терморазмыкатель можно заменить перемычкой. Но это снижает безопасность применения устройства. Есть маленький шанс, что при перегрузке (если что-то не сработает как надо) не сгорит ни предохранитель, ни балластный резистор R1 (который сгорает при сильной перегрузке). И тогда этот балластный резистор будет сильно греться и что-нибудь от него загорится. Вероятность этого на самом деле очень-очень маленькая. Но вы же знаете, как работает «закон подлости»? Если вероятность неприятности составляет 1 шанс на семь миллиардов, то вдруг этот шанс выпадет именно вам?

Напряжение питания устройства (оно составляет порядка 12 вольт) подается на выходной разъем, чтобы его можно было использовать для питания какой-нибудь другой схемы, потребляющей ток не более 50 мА. Например, устройство защиты громкоговорителей. Резистор R5 служит для развязки земляных цепей и его можно заменить перемычкой.

Конденсатор С1 – специальный конденсатор для фильтрации помех в электрической сети. Транзистор VT1 можно заменить практически любым аналогичным. Реле должно иметь напряжение срабатывания 12 вольт, ток обмотки 30…70 мА и контакты, рассчитанные на сетевое напряжение и ток не менее одного ампера если это два контакта, и на ток 2…3 ампера, если контакт один. Трансформатор Tr1 типа ТПГ2 на напряжение 12 вольт.

Ток первичной обмотки трансформатора усилителя ограничивается на уровне 1…2 ампера. Этого хватает практически для любого усилителя. Если все же нужно этот ток уменьшить, то увеличиваем сопротивление резистора R1 до ближайшего большего (200…240 ом) и увеличиваем выдержку времени – увеличиваем сопротивления резисторов R3 и R4 до 68…75 кОм (R3=R4).

Если мощность вашего сетевого трансформатора превышает 400 Вт, то величину R1 берем равной 100 ом.

Несколько слов про источник питания схемы. Почему я выбрал для этого трансформатор, а не применил балластный конденсатор для получения низкого напряжения. На самом деле можно было бы применить и конденсатор, но я выбрал трансформатор. Почему? Вот сравнительные характеристики этих двух вариантов.

Балластный конденсатор.

Достоинства:

1. Меньше масса и габариты.

2. Дешевле.

Недостатки:

1. Бестрансформаторная схема непосредственно подключена к сети, поэтому более опасна. Хотя странно говорить о подобной опасности в устройстве, которое включает резистор между усилителем и сетью. Но все же.

2. Балластный конденсатор выдает не напряжение, а ток. Когда реле выключено, этот ток надо куда-то утилизировать. Например, поставить стабилитрон, через который этот ток будет протекать. Т.е. происходит усложнение схемы.

3. Этот стабилитрон будет греться. Хоть несильно и недолго (при срабатывании реле его нагрев значительно уменьшается), но нужно на это рассчитывать.

4. Емкость балластного конденсатора выбирается исходя из требуемого тока реле. У разных реле (а я сомневаюсь, что все, кто захочет сделать эту схему, поставят себе одно и то же реле) сильно различающиеся токи. Значит, придется и конденсаторы подбирать индивидуально.

5. Или поставить один конденсатор заведомо большой емкости, чтобы ток был большим и достаточным для любого реле. Растут габариты и цена конденсатора, растет нагрев стабилитрона, пропускающего через себя излишек тока.

6. То напряжение питания, равное примерно 12 вольт, которое у нас получится, больше никуда использовать нельзя. Для питания другого блока усилителя таким же напряжением надо будет делать свой источник питания на 12 вольт.

Маломощный трансформатор.

Недостатки:

1. Цена и массогабариты все же больше, чем у конденсатора. Это частично компенсируется тем, что не нужен мощный стабилитрон с радиатором.

2. Трансформатор рассеивает магнитное поле, которое может вызвать наводки в расположенных близко блоках усилителя.

Достоинства:

1. Трансформатор всегда выдает одинаковое напряжение, и нет необходимости заботиться о токе – он такой, какой нужен.

2. От напряжения, выдаваемого трансформатором (в смысле – от выпрямленного) можно запитать еще какое-нибудь устройство.

Так что преимущества трансформаторного блока питания перед бестрансформаторным достаточны, чтобы рекомендовать трансформаторный блок для изготовления множеством разных людей. Но не только. Я экспериментировал с обоими вариантами, и даже для себя остановился на трансформаторном блоке. Он у меня используется в усилителях, например в этом.

Я обещал рассказать, как увеличить ресурс контактов реле, чтобы они меньше обгорали. Для этого используется реле с двумя группами контактов, а контакты включаются параллельно. При этом они не эквивалентны одному более мощному контакту. Дело в том, что даже одинаковые контакты замыкаются не одновременно. Один из них замыкается чуть-чуть раньше. Вот он и будет принимать на себя всю нагрузку по коммутации напряжения и тока. А второй контакт будет замыкаться и размыкаться «на холодную» - при практически нулевом напряжении. Т.е. обгорать вообще не будет. И он-то и будет создавать качественный и надежный контакт. И его ресурс будет максимальным.

Внешний вид устройства показан на рис. 2, а размещение деталей на рис. 3.

софтстарт

Рис. 2. Внешний вид платы софтстарта.

Рис. 3. Размещение деталей на плате софтстарта.

На рисунке 4 показано размещение терморазмыкателя. Он находится под резистором R1, и плотно прижимается к плате этим резистором (черные провода на плате – это провода терморазмыкателя). Между резистором и терморазмыкателем нанесена термопаста.


Рис. 4. Размещение терморазмыкателя на плате.

И еще немного про безопасность. Помните, что на плате присутствует высокое напряжение. Поэтому не должно быть возможности человеку дотрагиваться до деталей схемы, когда она работает. Расстояние от платы до других проводящих предметов (корпуса, разъемов, плат и проч.) должно быть не менее одного сантиметра. Если вы делаете плату самостоятельно, то печатные проводники со стороны сети надо покрыть несколькими слоями цапонлака (или чего-нибудь подобного, например краски), рис. 5. Это убережет от утечек по плате при ее неизбежном запылении. Такое защитное покрытие просто необходимо, если софтстарт будет эксплуатироваться во влажном или морском климате.

 

Рис. 5. Защитное покрытие печатных проводников, наодящихся под напряжением сети.

Печатную плату для устройства можно сделать самостоятельно – вот файл с платой. А можно приобрести промышленную плату, рис. 6.

softstart плата

Рис. 6. Промышленная плата софтстарта.

Успехов!


16.11.2018

 

Счетчик 

Яндекс.Метрика