Защита 4.6. Схема «медленного пуска»

Схема пуска предназначена для получения напряжения, которым можно было бы запитать управляющую микросхему с целью ее запуска после включения ИВЭП в питающую сеть. Поэтому под пуском подразумевается запуск в работу в первую очередь управляющей микросхемы, без нормального функционирования которой невозможна работа силовой части и всей схемы ИВЭП в целом. Схема пуска может быть построена двумя различными способами: с самовозбуждением; с принудительным возбуждением.

При включении ИВЭП конденсаторы выходных фильтров еще не заряжены. Поэтому транзисторный преобразователь работает фактически на короткозамкнутую нагрузку. При этом мгновенная мощность на коллекторных переходах мощных транзисторов может превышать в несколько раз среднюю мощность, потребляемую от сети. Это происходит из-за того, что действие обратной связи при запуске приводит к превышению тока транзисторов по сравнению с допустимым. Поэтому необходимы меры обеспечения «плавного» («мягкого» или «медленного») пуска преобразователя. В рассматриваемых ИВЭП это достигается путем плавного увеличения длительности включенного состояния мощных транзисторов вне зависимости от сигнала обратной связи, который «требует» от схемы управления максимально возможной длительности управляющего импульса сразу при включении ИВЭП. То есть коэффициент заполнения импульсного напряжения в момент включения принудительно делается очень малым и затем плавно увеличивается до необходимого.

«Медленный пуск» позволяет управляющей микросхеме постепенно увеличивать длительность импульсов на выводах 8 и 11 до выхода ИВЭП в номинальный режим.

Во всех ИВЭП на основе управляющей ИС типа TL494CN схема «медленного пуска» реализуется при помощи RC-цепочки, подключенной к не инвертирующему входу компаратора «мертвой зоны» DA1 (вывод 4 микросхемы).

Рассмотрим работу схемы пуска ИВЭП (рис. 34, рис. 35).

«Медленный пуск» осуществляется в данной схеме благодаря RC-цепочке С19, R27, подключенной к выводу 4 управляющей микросхемы.

Прежде чем рассматривать работу схемы «медленного пуска» необходимо ввести понятие об алгоритме запуска ИВЭП. Под алгоритмом запуска подразумевается последовательность появления напряжений в схеме ИВЭП. В соответствии с физикой работы первоначально всегда появляется выпрямленное напряжение сети U_ep. Затем, как результат срабатывания схемы пуска, появляется напряжение питания управляющей микросхемы U_pom. Результатом подачи питания на микросхему является появление выходного напряжения внутреннего стабилизированного источника опорного напряжения U_ref. Лишь только после этого появляются выходные напряжения блока. Последовательность появления этих напряжений не может быть нарушена, т.е. U_ref, например, не может появиться раньше, чем U_pom и т.д.

При этом необходимо обратить особое внимание на то, что процесс первоначального запуска ИВЭП и процесс «медленного пуска» – это разные процессы, протекающие последовательно во времени! При включении ИВЭП в сеть сначала происходит первоначальный запуск, а уже потом – «медленный пуск», облегчающий силовым транзисторам блока выход в номинальный режим.

Как уже отмечалось, конечной целью процесса «медленного пуска» является получение плавно нарастающих по ширине выходных управляющих импульсов на выводах 8 и 11. Ширина выходных импульсов определяется шириной импульсов на выходе логического элемента DD1 ИC (см. рис.34, рис.35).

Временные диаграммы, поясняющие процесс плавного (мягкого) запуска ИВЭП и иллюстрирующие работу управляющей ИС TL494 в пусковом режиме приведены на рис. 84: U3, U4, U5 - напряжения на выводах ИС 3, 4 и 5 соответственно.

Пусть в момент времени t₀ на управляющую микросхему ИC подается напряжение питания U_pom. В результате запускается генератор пилообразного напряжения DA6, и на выводе 14 появляется опорное напряжение U_ref.

Пилообразное выходное напряжение генератора (рис. 84) поступает на инвертирующие входы компараторов DA1 и DA2.

На инвертирующий вход ШИМ-компаратора DA2 подается выходное напряжение усилителя ошибки DA3. Так как выходные напряжения блока (в том числе и +5 В) еще отсутствуют, то сигнал обратной связи, снимаемый с делителя R29, R30 и подаваемый на не инвертирующий вход усилителя ошибки, равен 0 (рис. 35)

На инвертирующий вход этого усилителя подается некое положительное напряжение, снимаемое с делителя R23, R24 в цепи шины опорного напряжения U_ref, которое уже имеется.

Поэтому выходное напряжение усилителя ошибки DA3 будет равно 0 в первоначальный момент, а по мере заряда выходных конденсаторов фильтров - будет нарастать.

Рис. 84

Выходное напряже-ние ШИМ-компаратора DA2 по этой причине бу-дет представлять собой нарастающую по ширине последовательность импу-льсов. Этот процесс ото-бражен на временных диа-граммах 1 и 2 (рис. 84).

Неинвертирующий вход компаратора "мерт-вой зоны" DA1, подклюю-чен к 4 выводу ИC. К этому выводу подклюю-чается внешняя RC-цепь С19, R27, которая запиты-вается с шины опорного напряжения U_ref. Поэтому при появлении U_ref все оно в первый момент выде-ляется на резисторе R27, т.к. конденсатор С19 полностью разряжен. По мере заряда С19 ток через него и резистор R27 уменьшается. Поэтому па-дение напряжения на R27, которое подается на вывод 4 ИC, имеет форму спадающей экспоненты. В соответствии с этим выхо-дное напряжение компа-ратора «мертвой зоны» DA1 будет представлять собой последовательность уменьшающихся по ширине импульсов. Этот процесс отображен на временных диаграммах 3 и 4 (рис. 84). Таким образом, процессы широтного изменения выходных напряжений компараторов DA1 и DA2 имеют взаимно противоположный характер.

Выходные напряжения компараторов являются входными для логического элемента DD1 (2-ИЛИ). Поэтому ширина импульса на выходе этого элемента определяется наиболее широким из входных импульсов.

Из временной диаграммы 5 (рис. 84), отображающей выходное напряжение DD1, видно, что вплоть до момента т. t₁ ширина выходных импульсов компаратора DA1 превышает ширину выходных импульсов ШИМ-компаратора DA2. Поэтому переключения этого компаратора не влияют на ширину выходного импульса DD1, а значит и выходного импульса. Определяющим на интервале t₀ - t_i является выходное напряжение компаратора DA1. Ширина выходных импульсов ИC на этом интервале плавно нарастает, что видно из временных диаграмм 6 и 7 (рис.84).

В момент т.t₁ выходной импульс компаратора DA1 сравнивается по ширине с выходным импульсом ШИМ-компаратора DA2. В этот момент происходит передача управления от компаратора DA1 к ШИМ-компаратору DA2, т.к. его выходные импульсы начинают превышать по ширине выходные импульсы компаратора DA1. За время t₀ - t_i выходные конденсаторы фильт-ров успевают плавно зарядиться, и блок успевает выйти в номинальный режим.

Таким образом суть схемотехнического решения проблемы «мягкого» запуска заключается в том, что на время зарядки конденсаторов выходных фильтров ШИМ-компаратор DA2 подменяется компаратором DA1, работа которого не зависит от сигнала обратной связи, а определяется специальной формирующей RC-цепочкой C19, R27.

Из рассмотренного выше материала следует, что перед каждым включением ИБП конденсатор формирующей RC-цепи (в данном случае С19) должен быть полностью разряжен, иначе «мягкий» запуск будет невозможен, что может привести к выходу из строя силовых транзисторов преобразователя. Поэтому в каждой схеме ИВЭП предусмотрена специальная цепь для быстрого разряда конденсатора формирующей цепочки