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几种常用的开关直流电源软启动电路


开关直流电源的输入直流电源电路设计大都采用直流电源整流加电容直流电源滤波直流电源电路设计。在输入直流电源电路设计合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零会形成很大的瞬时冲击电流(如图1所示),特别是大功率开关直流电源,其输入采用较大容量的直流电源滤波电容器,其冲击电流可达100A以上。在直流电源接通瞬间如此大的冲击电流幅值,往往会导致输入熔断器烧断,有时甚至将合闸开关的触点烧坏,轻者也会使空气开关合不上闸,上述原因均会造成开关直流电源无法正常投入。为此几乎所有的开关直流电源在其输入直流电源电路设计设置防止冲击电流的软起动直流电源电路设计,以保证开关直流电源正常而可靠的运行。本文介绍了几种常用的软启动直流电源电路设计。

合闸瞬间直流电源滤波电容电流波形


图1 合闸瞬间直流电源滤波电容电流波形


(1)采用功率热敏电阻直流电源电路设计

热敏电阻防冲击电流直流电源电路设计如图2所示。它利用热敏电阻的Rt的负温度系数特性,在直流电源接通瞬间,热敏电阻的阻值较大,达到限制冲击电流的作用;当热敏电阻流过较大电流时,电阻发热而使其阻值变小,直流电源电路设计处于正常工作状态。采用热敏电阻防止冲击电流一般适用于小功率开关直流电源,由于热敏电阻的热惯性,重新恢复高阻需要时间,故对于直流电源断电后又需要很快接通的情况,有时起不到限流作用。

采用热敏电阻直流电源电路设计


图2 采用热敏电阻直流电源电路设计


(2)采用SCR-R直流电源电路设计

该直流电源电路设计如图3所示。在直流电源瞬时接通时,输入电压经直流电源整流桥VD1?VD4和限流电阻R对电容器C充电。当电容器C充电到约80%的额定电压时,逆变器正常工作,经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R,开关直流电源处于正常运行状态。

采用SCR-R直流电源电路设计


图3 采用SCR-R直流电源电路设计


这种限流直流电源电路设计存在如下问题:当直流电源瞬时断电后,由于电容器C上的电压不能突变,其上仍有断电前的充电电压,逆变器可能还处于工作状态,保持晶闸管继续导通,此时若马上重新接通输入直流电源,会同样起不到防止冲击电流的作用。


(3)具有断电检测的SCR-R直流电源电路设计


该直流电源电路设计如图4所示。它是图3的改进型直流电源电路设计,VD5、VD6、VT1、RB、CB组成瞬时断电检测直流电源电路设计,时间常数RBCB的选取应稍大于半个周期,当输入发生瞬间断电时,检测直流电源电路设计得到的检测信号,关闭逆变器功率开关管VT2的驱动信号,使逆变器停止工作,同时切断晶闸管SCR的门极触发信号,确保直流电源重新接通时防止冲击电流。

具有断电检测的SCR-R直流电源电路设计


图4 具有断电检测的SCR-R直流电源电路设计


(4)继电器K1与电阻R构成的直流电源电路设计

该直流电源电路设计原理图如图5所示。直流电源接通时,输入电压经限流电阻R1对直流电源滤波电容器C1充电,同时辅助直流电源VCC经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电,当C2上的充电电压达到继电器的动作电压时,K1动作,旁路限流电阻R1,达到瞬时防冲击电流的作用。通常在直流电源接通之后,继电器K1动作延时0。3~0。5秒,否则限流电阻R1因通流时间过长会烧坏。


由继电器与电阻构成的直流电源电路设计


图5 由继电器与电阻构成的直流电源电路设计


然而这种简单的RC延迟直流电源电路设计在考虑到继电器吸合电压时还必须顾及流过线包的电流,一般电阻的阻值较小而电容的容量较大,延迟时间很难准确控制,这主要是电容容量的误差和漏电流造成,需要仔细地挑选和测试。同时继电器的动作阈值取决于电容器C2上的充电电压,继电器的动作电压会抖动及振荡,造成工作不可靠。


(5)采用定时触发器的继电器与限流电阻的直流电源电路设计

该直流电源电路设计如图6所示(仅画出定时直流电源电路设计,主直流电源电路设计同图5),它是图5的改进型直流电源电路设计。直流电源接通时,输入电压经直流电源整流桥和限流电阻R1对C1充电,同时定时时基直流电源电路设计555的定时电容C2由辅助直流电源经定时电阻R2开始充电,经0.3秒后,集成直流电源电路设计555的2端电压低于二分之一直流电源电压,其输出端3输出高电平,VT2导通,继电器K1动作,限流电阻R1被旁路,直流供电电压对C1继续充电而达到额定值,逆变器处于正常工作状态。由于该直流电源电路设计在RC延迟定时直流电源电路设计与继电器之间插入了单稳态触发器和电流放大器,确保继电器动作干脆、可靠,有效地起到防止冲击电流的效果,而不会像图5直流电源电路设计那样由于继电器动作的不可靠性而烧坏限流电阻及继电器的自身触点。

定时直流电源电路设计


图6 定时直流电源电路设计


(6)过零触发的光耦可控硅与双向可控硅构成的直流电源电路设计

该直流电源电路设计如图7所示。集成稳压器输出稳定的5V电压,为软起动直流电源电路设计提供直流电源电压。晶体管VT1、反相器IC2构成过零触发直流电源电路设计,IC1555构成单稳态触发器,R1、C1为定时周期,但因5端至1端接有延迟直流电源电路设计R2、C2,所以555是逐步达到满周期的。当电网电压过零时,晶体管VT1截止,反相器IC2输出低电平,起动定时直流电源电路设计555工作,软起动延迟时间由时间常数R1C1及R2C2共同决定。

过零触发的光耦可控硅与双向可控硅构成的直流电源电路设计


图7 过零触发的光耦可控硅与双向可控硅构成的直流电源电路设计


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