Układ miękkiego startu (Softstart) w ogólności służy do niwelowania udaru prądowego jaki zwykle występuje przy włączaniu zasilania dużych odbiorników indukcyjnych. Opisywany tutaj układ został zaprojektowany do współpracy z transformatorami toroidalnymi dużej mocy, które w momencie rozruchu pobierają prąd kilkukrotnie przewyższający wartość znamionową. Często kończy się to spaleniem bezpieczników, bądź zadziałaniem innych zabezpieczeń nadprądowych. Działanie układu jest proste i polega na ograniczeniu udaru prądowego za pomocą rezystancji wpinanej szeregowo z obciążeniem i zwieranej za pomocą przekaźnika po krótkim okresie czasu. Ponadto urządzenie zostało wyposażone w swój własny zasilacz i szereg różnych dodatkowych funkcji, przydatnych przy budowie wzmacniaczy audio, gdyż podstawowym zastosowaniem tego układu jest właśnie włączanie do sieci transformatorów we wzmacniaczach audio dużej mocy.

Projekt został opublikowany w Elektronice dla Wszystkich 12/2014

Działanie:

Podstawowym elementem całego układu jest rezystor szeregowy a dokładnie mówiąc rezystory R1-R4 (200R/20W) połączone równolegle. Tworzą one opornik o rezystancji 50R i mocy 80W. Chwilowa moc wydzielana na tych elementach jest kilkukrotnie wyższa, jednak praca w krótkim czasie nie pozwoli na wydzielenie znacznej ilości ciepła, które mogło by uszkodzić rezystory. Schemat ideowy układu przedstawiony został na rysunku 1 - pełni on rolę nie tylko softstartu ale również wyłącznika w czasie awarii bądź przegrzania. Układ przystosowany jest do zasilania dwóch transformatorów (główny i pomocniczy do zasilania peryferiów wzmacniacza). Napięcie sieciowe podawane jest między zaciski L1 i N1, natomiast uzwojenie pierwotne transformatora głównego powinno być podłączone między zaciski TR1 i N2, zabezpieczone bezpiecznikiem F1 (4A). Transformator pomocniczy powinien być podłączony między zaciski TR2 i N3, a w przypadku jego braku, należy nie zapomnieć o zwarciu bezpiecznika F2 (1A). Uruchomienie układu następuje poprzez przycisk chwilowy S1. Jego wciśnięcie powoduje przepływ prądu przez rezystor R9 (1k) i diodę optotriaka OPT2 (MOC3022), co zapewni jego trwałe włączenie (pracuje na prądzie stałym) aż do momentu wyłączenia zasilania całego urządzenia. Rezystor R10 (1k) zapewnia tutaj gaszenie diody optotriaka i został dodany trochę na wyrost, aby zapobiec ewentualnym zakłóceniom zdolnym uruchomić OPT2. R13 (47k) w chwili spoczynku sprawia, że tranzystor T2 (BC546) jest wyłączony, a gdy OPT2 przewodzi tworzy razem z R12 (10k) dzielnik do wysterowania T2. Tranzystor T2 z kolei uruchamia przekaźnik P1 (RM85/12V), za pomocą którego zasilanie sieciowe zostaje podane na wyjście poprzez rezystory R1-R4. Dioda D4 (1N4007) gasi przepięcia powstałe przy rozłączaniu cewki przekaźnika, a dioda D2 w szeregu z R18 (2,2k) stanowi kontrolkę zadziałania P1. W stanie spoczynku dioda D6 (BAT85) jest włączona zaporowo, a dzięki R21 (4,7k) tranzystor T3 (BC337) przewodzi, powodując rozładowanie C1 (47uF). Tym samym nie przewodzi T4 (2N7000) a przekaźnik P2 (RM85/12V) jest wyłączony. Włączenie tranzystora T2 sprawia że za pomocą diody D6 potencjał na bramce T3 spada poniżej 0.6V i tranzystor ten przestaje przewodzić. Rozpoczyna się ładowanie C1 za pomocą R14 (47k), trwające pojedyncze sekundy. Gdy napięcie na C1 przekroczy napięcie progowe tranzystora T4 przekaźnik P2 zostanie włączony, a rezystory R1-R4 zwarte. Na wyjście zostanie podłączone bezpośrednio napięcie sieciowe. Dioda D5 (1N4007) gasi przepięcia powstałe w cewce przekaźnika P2, a dioda D3 z rezystorem R22 (2,2k), stanowi kontrolkę jego włączenia.

Opisane elementy w istocie stanowią już układ, który pełni rolę pełnowartościowego sofstartu i w wersji podstawowej można by na tym poprzestać. Pozostałe elementy pozwalają za wprowadzenie kilku zabezpieczeń i dodatkowych funkcji. Za pomocą Elementów R23-R24 (220k), R28 (1k/2W) oraz kondensatora C2 (100nF/275VAC X2) i diody D7 (1N4148) został zbudowany prosty zasilacz beztransformatorowy, który zasila diodę transoptora U2 (LTV817). Gdy Przekaźnik P1 jest włączony, a P2 jeszcze nie, transoptor U2 przewodzi a tym samym ładowany jest kondensator C5 (10uF). Szybkość ładowania kondensatora zależy od jego pojemności oraz rezystorów R17 (100k) i R5 (220k). Gdy napięcie na C5 urośnie ponad napięcie progowe tranzystora T5 (2N7000), zacznie on przewodzić, co w konsekwencji spowoduje zatrzaśnięcie się optotriaka OPT1 (MOC3022). W stanie spoczynku oraz normalnej pracy tranzystor T1 (BC546) nie przewodzi, ze względu na rezystor R16 (100k), jednak gdy włączy się OPT1 to dzięki R19 (2,2k) i D1, tranzystor ten otworzy się powodując zatkanie T2 i wyłączenie przekaźnika P1 (odcięcie zasilania od transformatorów). Taki stan będzie utrzymywał się aż do całkowitego wyłączenia zasilania, gdyż raz włączony optotriak nie ma szans się wyłączyć przy pracy na prądzie stałym. Cały ten układ zabezpiecza rezystory przed szybkim spaleniem w przypadku gdy uszkodzi się przekaźnik P2, bądź którykolwiek z elementów powodujących jego włączenie. Stała czasowa związana z pojemnością C5 i rezystorami R17 i R5 musi być tak dobrana aby czas ładowania C5 był kilkukrotnie dłuższy od czasu ładowania C1, w innym wypadku od razu po włączeniu układ się wyłączy i zaświeci czerwona dioda D1 oznaczająca problem w układzie. Dodatkowe złącza GP1-GP3 (GW-02), równoległe do tranzystora T5, pozwalają na podłączenie dodatkowych zabezpieczeń obu końcówek mocy wzmacniacza i zasilacza pomocniczego. W układzie modelowym do GP1 (GW-02) podłączony został wyłącznik termiczny normalnie rozwarty, równolegle z wyjściem układu wykrywania napięcia stałego na wyjściu wzmacniacza. Drugi kanał został podłączony do GP2 (GW-02), natomiast GP3 może służyć do podłączenia wyłącznika termicznego przy radiatorze stabilizatorów.

W układzie obecny jest jeszcze jeden zasilacz beztransformatorowy zbudowany w oparciu o C3 (220nF/275VAC X2), R8 (1k/2W) i diody D8 (1N5819), D9 (13V/1W). Rezystory R6 (220k) i R7 (220k) umożliwiają rozładowanie C3, kondensator C7 (10uF) filtruje napięcie wyjściowe a rezystor R15 (100k) zapewnia wstępne obciążenie. Zasilacz ten pozwala na włączenie transoptorów U1 (LTV817) i U3 (LTV817) zaraz po włączeniu transformatora głównego. Prąd transoptorów ograniczony jest przez rezystor R20 (1,2k). Dzięki temu za pomocą GP4 (GW-02) i GP5 (GW-02) oba kanały wzmacniacza dostają sygnał do układu opóźnionego włączenia głośników, że zasilanie jest włączone. Złącze GP6 (GW-02) dostarcza sygnału dla zasilacza pomocniczego i pozwala włączyć zasilanie przedwzmacniacza.

Zasilanie układu softstartu rozwiązane jest za pomocą klasycznego zasilacza stabilizowanego, zbudowanego w oparciu o transformator TR3 (T08272A 3.3VA 11V), mostek prostowniczy Br1 (1A) i stabilizator U4 (7812). Napięcie filtrują kondensatory C4 (1000uF), C6 (10uF) i C8 (100nF).

Budowa:

Płytkę drukowaną (warstwa od strony druku) można pobrać tutaj. Do ręcznego rysowania płytki markerem można wykorzystać rysunek dostępny tutaj. Rysunek dostępny tutaj z pewnością przyda się podczas lutowania płytki od strony elementów (od góry). Montaż układu jest typowy i dobrze jest go rozpocząć od wlutowania 3 zworek i elementów najmniejszych - rezystorów. W drugiej kolejności przyjdzie czas na diody i kondensatory ceramiczne. Należy tutaj zwracać szczególną uwagę na elementy podłączone wprost do napięcia sieciowego, gdyż pomyłka może skutkować zniszczeniem elementów a nawet w skrajnych wypadkach uszkodzeniem płytki drukowanej. Pod optotriaki OPT1 i OPT2 można zastosować podstawki ale nie jest to wymagane. W roli rezystora 200R/20W zastosowano dwa typowe rezystory 100R/10W połączone w szeregu, co najlepiej obrazują fotografie modelu. Pomimo że ścieżki przewodzące duże prądy są możliwie najgrubsze, warto od spodu przylutować kawałki srebrzanki łączce przekaźniki z rezystorami i rezystory z bezpiecznikami. Ma to znaczenie gdy transformator główny ma moce dochodzące do 1000VA lub przekraczające tą wartość. Do podłączenia przewodów sieciowych warto wykorzystać typowe konektory 6.3mm, ale równie dobrze sprawdzą się przewody bezpośrednio do niej wlutowane. Ostatnim elementem montowanym na płytce powinien być transformator. Żaden element na płytce nie wymaga radiatora, a układ zmontowany ze sprawnych elementów powinien działać od razu po włączeniu bez żadnej regulacji.

Jak już wcześniej wspomniano układ można znacznie uprościć, rezygnując z zabezpieczeń i dodatkowych funkcji a zostawiając jedynie podstawową funkcjonalność. Nie należy w takim wypadku montować elementów zasilaczy beztransformatorowych zbudowanych w oparciu o kondensatory C2 i C3 oraz transoptorów U1 i U3. Zbędne okażą się w takim wypadku także rezystory R17 i R5 oraz kondensator C5 i tranzystor T5. Warto zostawić fragment obwodu z optotriakiem OPT1, gdyż można wykorzystać złącza GP1-GP3 do podłączenia chociażby zabezpieczenia termicznego, gdyby jednak nie było to konieczne można zrezygnować z optotriaka OPT1 i jego elementów współpracujących. W takiej sytuacji zbędny okaże się też tranzystor T1 i rezystor R16. Jeśli układ będzie wykorzystywany jedynie do włączania transformatora głównego, a jest dostępne inne źródło zasilania, można zrezygnować także z transformatora TR3 i ewentualnie z pozostałych elementów zasilacza. Nie jest to jednak zalecane i warto uniezależnić zasilanie softstartu od reszty obwodu. W roli OPT1 i OPT2 mogą pracować dowolne inne optotriaki, z tym że nie mogą one posiadać sterowania w zerze sieci ze względu na pracę przy napięciach stałych. Rezystory R1-R4 nie muszą mieć tak dużej mocy jeśli transformator nie przekracza 500VA. Z powodzeniem w roli R1-R4 sprawdzą się dwa typowe rezystory 100R/5W połączone w szeregu.

Zdjęcia Projektu:

Wykaz Elementów:

Załączniki:

Pytania i Komentarze:

comments powered by Disqus