А в чём опасность работы с этими "милыми" приборами?

Ссылка на страничку сайта Магазина Gtest® с номенклатурой источников питания постоянного тока, а также рекомендуемые приборы и статьи для дальнейшего самообразования - в самом конце этого раздела

Обеспечивайте защищённую и надёжную работу источника питания постоянного тока в любой цепи нагрузки

Подключение источника питания постоянного тока к нагрузке кажется простой и понятной задачей. Во многих ситуациях это действительно так, однако некоторые случаи могут оказаться значительно сложнее. Несмотря на то, что производители проектируют источники питания таким образом, чтобы они были стабильными при работе с различными типами нагрузок, это не означает, что источник питания полностью защищён от особенностей нагрузки, способных вызвать проблемы.

Индуктивная или ёмкостная нагрузка может возвращать энергию обратно в источник питания, что способно привести к повреждению его выходного каскада. Выходной каскад предназначен для передачи энергии, а не для её поглощения. Аналогично активные нагрузки, такие как аккумуляторные батареи, также могут подавать опасную мощность обратно в источник питания.

Кроме возврата энергии, некоторые ёмкостные и индуктивные нагрузки, а также нагрузки с быстрыми изменениями потребляемого тока могут вызывать колебания в системе. В результате повреждения могут получить как источник питания, так и сама нагрузка.

Дополнительно испытания могут быть нарушены из-за нестабильного постоянного напряжения. Ещё одним фактором возникновения колебаний является проводка между источником питания и нагрузкой. Электромагнитные помехи способны проникать в чувствительные линии дистанционного измерения и нарушать работу схемы регулирования напряжения.

В данной статье рассмотрены различные типы нагрузок, потенциально опасные для источников питания постоянного тока, а также методы защиты оборудования и обеспечения стабильной работы системы.

Индуктивные нагрузки

Индуктивная нагрузка может стать источником энергии, способной поступить обратно в источник питания и повредить его. Поэтому источники питания необходимо защищать при работе с электродвигателями, соленоидами и электромеханическими реле.

При подаче напряжения и тока на индуктивную нагрузку вокруг неё создаётся магнитное поле, которое накапливает потенциальную энергию:

U = ½ · L · I²

где:

• L - индуктивность нагрузки, Гн;
• I - ток нагрузки, А.

После отключения питания магнитное поле разрушается и создаёт ток противоположной полярности. Возникает обратная ЭДС, определяемая выражением:

V = L · di/dt

Чем быстрее изменяется ток, тем выше скачок напряжения. Его величина может значительно превышать напряжение источника питания и привести к повреждению оборудования.

Для защиты используется обратноходовой диод, подключённый параллельно выходу источника питания.

Рисунок 1. Использование обратноходового диода для защиты источника питания от обратной ЭДС.

Во время нормальной работы диод находится в закрытом состоянии. После отключения источника питания диод открывается и обеспечивает путь для тока индуктивности, предотвращая повреждение выходного каскада.

Ёмкостные нагрузки

Ёмкостные нагрузки, такие как суперконденсаторы, батареи конденсаторов и фильтры, также могут создавать опасные режимы работы для источников питания.

Энергия, накопленная в ёмкости, определяется выражением:

U = ½ · C · V²

где:

• C - ёмкость, Ф;
• V - напряжение на нагрузке, В.

При снижении напряжения источника питания ниже напряжения на конденсаторе возникает обратный ток:

I = C · dV/dt

Чем быстрее изменяется напряжение, тем больше обратный ток, который может повредить источник питания.

Рисунок 2. Последовательный диод защищает источник питания от разряда ёмкостной нагрузки.

Для защиты устанавливается последовательный диод, препятствующий прохождению обратного тока от нагрузки к источнику питания.

Нагрузка на аккумуляторы

Аккумулятор является активным источником энергии. Если его напряжение превышает напряжение источника питания, аккумулятор будет разряжаться через источник питания аналогично ёмкостной нагрузке.

В данном случае также рекомендуется использовать последовательный защитный диод, показанный на рисунке 2.

Защита аккумуляторной нагрузки

Не только аккумулятор может повредить источник питания, но и наоборот. Подключение батареи с неправильной полярностью способно мгновенно вывести её из строя.

Для защиты используются схемы контроля полярности и контакторы, предотвращающие подачу питания на неправильно подключённую батарею.

Рисунок 3. Схема определения полярности предотвращает неправильное подключение аккумулятора.

Защита питания и нагрузки от колебаний

Некоторые типы нагрузок способны вызывать колебания в системе питания. Это особенно характерно для высокоёмкостных, индуктивных и быстро изменяющихся нагрузок.

Для повышения стабильности используются фильтры и дополнительные конденсаторы.

Рисунок 4. Пи-фильтр и дополнительные конденсаторы для повышения стабильности работы источника питания.

Конденсаторы обеспечивают кратковременный источник тока для нагрузки и подавляют шумы. Дроссель Пи-фильтра изолирует источник питания от высокочастотных помех и повышает устойчивость схемы.

Дистанционное измерение и влияние проводки

Проводка между источником питания и нагрузкой может стать причиной возникновения колебаний. При использовании дистанционного измерения система автоматически компенсирует падение напряжения в проводах, однако сами провода обладают сопротивлением, индуктивностью и ёмкостью.

Рисунок 5. Дистанционное измерение позволяет компенсировать падение напряжения в соединительных проводах.

Рисунок 6. Провода образуют распределённую сеть RLC, способную вызвать резонанс и колебания.

Для снижения вероятности возникновения колебаний рекомендуется:

• Использовать демпфирующие цепи.
• Увеличивать ёмкость на выходе источника питания.
• Сокращать длину измерительных проводов.
• Использовать экранированные витые пары.
• Прокладывать измерительные линии параллельно силовым проводам.

Рисунок 7. Использование экранированной витой пары снижает влияние помех на измерительные линии.

Рисунок 8. Влияние шумовых токов заземления на измерительные цепи.

Цепь источник питания-нагрузка должна иметь только одну точку заземления, обычно на источнике питания. Это помогает избежать появления паразитных токов через измерительные линии.

Альтернативный тип источника питания

Альтернативой использованию внешних защитных компонентов являются двунаправленные источники питания. Такие устройства способны работать как источник питания и как электронная нагрузка, безопасно поглощая и отдавая энергию.

Примером является серия EA Elektro-Automatik PSB 10000 со встроенной рекуперативной электронной нагрузкой и автоматическим выбором диапазона работы.

Знайте характеристики нагрузки и питания

Хотя современные блоки питания разрабатываются как стабильные источники постоянного напряжения, тип нагрузки оказывает существенное влияние на их работу. Некоторые нагрузки способны повредить источник питания, а определённые режимы работы источника питания могут негативно повлиять на нагрузку.

Понимание характеристик нагрузки, правильное проектирование схемы и использование соответствующих средств защиты позволяют обеспечить надёжную работу источника питания постоянного тока и безопасную эксплуатацию всей системы.

Магазин Gtest® - официальный поставщик источников (блоков) питания постоянного тока в Украине:
купить источник питания в Украине