Современная электроника №7/2019

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 74 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2019 Ограничители пускового тока для бортовых систем электропитания Рис. 2. Функциональная схема ОПТ2 с импульсным режимом работы РЭ при перегрузках Рис. 1. Функциональная схема ОПТ1 с РЭ непрерывного регулирования В статье описываются структуры и параметры ограничителей пускового тока для систем вторичного электропитания автономных объектов, рассматриваются вопросы повышения надёжности при увеличении мощности, расширения функциональных возможностей. Анатолий Миронов (maapwr@rambler.ru) , Сергей Шендяпин Ограничители пускового тока (ОПТ) широко применяются для построения систем электропитания бортовой РЭА, первичный источник электропитания которых ограничен по мощности и не допускает бросков тока. К таковым относятся, например, системы вторичного электропитания (СВЭП) космических аппаратов, пер- вичный источник питания которых (аккумуляторная батарея) имеет огра- ниченные энергоресурсы. Обычно ОПТ включается на входе СВЭП, огра- ничивая зарядный ток конденсаторов входных фильтров всей группы моду- лей электропитания и защищая кон- такты силового коммутатора, комму- тационный ресурс которых невелик. На рисунке 1 приведена функци- ональная схема ОПТ с «минусовой» общей шиной, регулирующий эле- мент (РЭ) которого работает в режи- ме непрерывного регулирования [1]. Обозначим эту структуру как ОПТ1. Он содержит регулирующий элемент РЭ, резисторный датчик тока R ДТ , источ- ник опорного напряжения U ОП и регу- лирующий усилитель У. Максимальное значение тока ОПТ1 I ОПТ.МАКС устанавливаетсяноминаломрези- стора-датчика тока R ДТ : I ОПТ.МАКС = U ОП / R ДТ . Выходной конденсатор С не обяза- телен. Он имеет небольшую ёмкость и играет роль корректирующего. Тогда при токе регулирующего элемента РЭ I РЭ < I РЭ.МАКС сигнал на выходе усили- теля У максимален и регулирующий элемент РЭ открыт. При увеличении тока нагрузки до значения I РЭ.МАКС сиг- нал на выходе усилителя У уменьша- ется, переводя регулирующий элемент РЭ в линейный режим и ограничивая тем самым ток через него и в нагруз- ке значением I РЭ.МАКС . Установившееся значение выходного напряжения ОПТ при этом U ВЫХ = R Н × I РЭ.МАКС , где R Н – экви- валентное активное сопротивление нагрузки. На РЭ в этом режиме выделя- ется мощность Р РЭ = ( U ВХ – U ВЫХ ) × I РЭ.МАКС , а при коротком замыкании на выходе – Р РЭ.МАКС = U ВХ × I РЭ.МАКС . Недостатком рассмотренного ОПТ является увеличенная мощность, выде- ляемая на РЭ во время запуска СВЭП или коротком замыкании на его выхо- де, что влечёт за собой перегрев регу- лирующего элемента и ограничивает время действия перегрузки на уровне сотен микросекунд – единиц милли- секунд. Поэтому ОПТ с непрерывным режимом регулирования РЭ применя- ется только при малых токах нагрузки (до 1…2 А). Но даже в этом случае необ- ходимо предусмотреть ограничение длительности перегрузки РЭ во время КЗ в нагрузке. Например, включить в состав ОПТ специальный таймер, при- нудительно выключающий РЭ по исте- чении указанного времени (на рис. 1 не показан). Другой путь решения этой пробле- мы – перевод РЭ при перегрузке в импульсный режим работы. В [2] при- ведена электрическая схема одного из вариантов ОПТ с «импульсным» алго- ритмом работы РЭ. На рисунке 2 пока- зана его функциональная схема. Назо- вём эту структуру ОПТ2. Усилитель У измеряет ток с помощью резистора-датчика тока R ДТ в «минусо- вой» шине питания и управляет рабо- той регулирующего элемента РЭ. Драй- вер Др преобразует выходной сигнал У в управляющее напряжение U У.РЭ фор- мата, требуемого для быстрого откры- вания и запирания РЭ. Для устойчивой работы ОПТ в режиме переключения РЭ усилитель У охвачен положительной обратной связью на резисторах R1R2. В установившемся режиме рабо- ты ОПТ2 справедливо соотношение: I Н = I L = I ДТ , на выходе У напряжение близ- ко к нулю: U У.ВКЛ ≈ 0, на выходе драйвера Др – напряжение U РЭ.ВКЛ , обеспечиваю- щее открытое состояние РЭ. Рабочий ток протекает от источника входно- го напряжения через открытый РЭ, дроссель L, нагрузку и резистор-дат- чик тока R ДТ . На рисунке 3 показаны эпюры сигналов во время включения ОПТ при запуске на активно-ёмкост- ную нагрузку. При включении ОПТ, когда проис- ходит зарядка конденсатора С и кон- денсаторов входных фильтров, под- ключённых на выход ОПТ модулей R ДТ U ВХ U ВЫХ РЭ У C Общая шина Общая шина + – U ОП + U ВХ + U ВЫХ U ОП – U ВХ – U ВЫХ РЭ VD Др L R 1 R 2 R ДТ У + – C