Какими методами можно разрядить конденсатор

Какими методами можно разрядить конденсатор

Ни один бытовой электронный прибор не работает вечно. Время от времени они требуют своевременного обслуживания или даже ремонта. Все мастера гарантийных сервисных мастерских хорошо знают, что перед началом ремонта и осмотра платы необходимо провести разряд конденсатора. В них даже после отключения прибора от сети неизбежно скапливается запас электрической энергии до 330 Вольт. О том, как эту операцию провести быстро и безопасно своими руками в этом материале.

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Процессы зарядки и разрядки конденсаторов.

С устройством мы разобрались, теперь разберемся, что произойдет, если подключить к конденсатору источник постоянного тока. На принципиальных электрических схемах конденсатор обозначают следующим образом:

Итак, мы подключили обкладки конденсатора к полюсам источника постоянного тока. Что же будет происходить?

Свободные электроны с первой обкладки конденсатора устремятся к положительному полюсу источника. Из-за этого на обкладке возникнет недостаток отрицательно заряженных частиц, и она станет положительно заряженной. В то же время электроны с отрицательного полюса источника тока переместятся ко второй обкладке конденсатора. В результате чего на ней возникнет избыток электронов, соответственно, обкладка станет отрицательно заряженной. Таким образом, на обкладках конденсатора образуются заряды разного знака (как раз этот случай мы и рассматривали в первой части статьи), что приводит к появлению электрического поля, которое создаст между пластинами конденсатора определенную разность потенциалов. Процесс зарядки будет продолжаться до тех пор, пока эта разность потенциалов не станет равна напряжению источника тока. После этого процесс зарядки закончится, и перемещение электронов по цепи прекратится.

При отключении от источника конденсатор может на протяжении длительного времени сохранять накопленные заряды. Соответственно, заряженный конденсатор является источником электрической энергии, это означает, что он может отдавать энергию во внешнюю цепь. Давайте создадим простейшую цепь, просто соединив обкладки конденсатора друг с другом:

В данном случае по цепи начнет протекать ток разряда конденсатора, а электроны начнут перемещаться с отрицательно заряженной обкладки к положительной. В результате напряжение на конденсаторе (разность потенциалов между обкладками) начнет уменьшаться. Этот процесс завершится в тот момент, когда заряды пластин конденсаторов станут равны друг другу, соответственно электрическое поле между обкладками пропадет и по цепи перестанет протекать ток. Вот так и происходит разряд конденсатора, в результате которого он отдает во внешнюю цепь всю накопленную энергию.

Как видите, здесь нет ничего сложного

Назначение и функции конденсаторов

Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:

  • Фильтрует высокочастотные помехи;
  • Уменьшает и сглаживает пульсации;
  • Разделяет сигнал на постоянные и переменные составляющие;
  • Накапливает энергию;
  • Может использоваться как источник опорного напряжения;
  • Создает резонанс с катушкой индуктивности для усиления сигнала.

Примеры использования

В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости.

В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит.

С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал.

Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы.

А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.

Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.

Фазовые искажения

Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.

Пример расчета компонентов

Вот пример расчета для следующего набора входных и выходных параметров:

Входное напряжение модуля VIN = 400 В постоянного тока.

Выходной ток модуля IOUT = 16 А.

Номинальное рабочее напряжение реле VR = 24 В постоянного тока.

Сопротивление обмотки постоянному току RR = 600 Ом.

Ток через обмотку реле в рабочем режиме

Сначала рассчитываем полное сопротивление делителя на основе тока через реле

В нашем случае это

С учетом сопротивления обмотки 600 Ом получаем сопротивление последовательного резистора, равным 9.4 кОм. Фактически были выбраны резисторы чуть меньшего сопротивления (8.2 кОм), чтобы обеспечить надежный режим работы реле при небольших возможных колебаниях входного напряжения. Очень важно отметить, что резисторы эти при работе нагреваются, и нужно рассчитать и выбрать резисторы с запасом по мощности.

Мощность, рассеиваемая на резисторе, составит

Очень рекомендуется выбрать резистор с запасом по мощности. Автор при изготовлении конструкции использовал резисторы мощностью 50 Вт, установленные на шасси.

Выбор резистора R_CD достаточно произволен. Автором выбран резистор сопротивлением 400 Ом и мощностью 20 Вт, чтобы ограничить максимальный зарядный ток на уровне 1 А. Следует отметить, что этот резистор работает в первый момент после включения – в фазе ЗАРЯД, и в самый последний момент при выключении – в фазе РАЗРЯД, и ток, напряжение и мощность на нем быстро падают по мере заряда/разряда выходного конденсатора.

Диод D1 должен иметь прямой максимальный ток, больший, чем максимальный ток, отдаваемый выпрямителем, и обратное напряжение, большее, чем максимальное входное напряжение модуля.

Диод D2 должен иметь рабочий ток выше, чем рабочий ток обмотки реле, а обратное напряжение больше входного напряжения модуля. Любой диод с напряжением 600 В и током в 1 А с успехом подойдет.

Читайте также  Как правильно пользоваться штангенциркулем

Величина конденсатора задержки не рассчитывалась, а подбиралась экспериментально при симуляции схемы в программе Multisim. При указанных величинах напряжений, резисторов и конденсаторов время фазы заряда составляет 0.7 с, время задержки разряда 1.0 с, время разряда примерно 3.0 с.

  • Автор
  • Сообщение

Приспособы для разряда основных конденсаторов вспышек

Резистор для разряда конденсатора стоит намного дешевле IGBT-транзистора, убитого лампой накаливания.
И это не чья-то прихоть, это рекомендация изготовителей фотовспышек.

Категорически не следует разряжать конденсатор металлическими предметами, типа отвертки, принцета и т.п.. На форумах ремонтников фототехники еще можно встретить сообщения, что такой варварский способ привёл к повреждению чувствительных элементов электрической схемы, а то и всего фотоаппарата или вспышки.

Также при работе с открытой вспышкой следует время от времени проверять напряжение на основном конденсаторе и разряжать его по необходимости. Дело в том, что даже на разряжённом конденсаторе при хранении напряжение может восстанавливаться до опасных пределов.

Это требование безопасной работы. Случайное прикосновение к деталям под напряжением может привести к поражению электрическим током. Иногда даже сравнительно низкое, на уровне 20-50 В, напряжение вызывает рефлекторные сокращения мышц и, как следствие, испуг и удары или ушибы. Не пренебрегайте правилами безопасности.

Коллеги, пожалуйста, опишите здесь те инструменты, которые Вы используете для разряда основных конденсаторов вспышек и фотоаппаратов и также для контроля напряжения.

Re: Приспособы для разряда основных конденсаторов вспышек

Непрочитанное сообщение Buh » 28 сен 2012, 00:38

поначалу я наматывал сопротивление между щупами тестера, можно было смотреть как падает напряжение, затем оно мне надоело и я сделал разрядное устройство с буззером, схема простая. сопротивление 10 Ватт/100 Ом, сопротивление 1кОм, 4 диода.

Десятиваттный проволочный резистор в 100 Ом, в цементно-керамическом корпусе, на таком можно не только вспышки сушить. если поставить 2-3 паралельно, можно большие студийные вспышки высаживать

Опишу плюсы.
не зависит от полярности прикладывания щупов к конденсатору, звуковая индикация — очень удобно, не надо смотреть на лампы, тестеры, высокая скорость разрядки.

Re: Приспособы для разряда основных конденсаторов вспышек

BOSYVICH писал(а): резистор первый под руку попался как раз на 5,6k :

retx писал(а): два года уже пользуюсь, щупы специально заострены (если клеммы герметиком залиты то просто прокалываешь и т.п.)

ювимас писал(а): Лампа накаливания имеет ряд приимуществ по сравнению с другими средствами,она позволяет осуществлять визуальный контроль не отводя глаз от соединения контактов,и всё-таки после обезвреживания «кусалки» предпочитаю дополнительно проверить тестером,на случай выхода из строя лампы или обрыва в спайках щупов.
40w оптимальная лампа, причём такая как на снимке очень надёжная т.к. имеет двойную навивку спирали,этой лампой пользуюсь 6 лет.контакты латунные, игольчатые. Хочу заметить, что удерживаю соединение лампы с конденсатором 2-3 сек, иначе остаётся заряд 20-60V .

Helis писал(а): для небольших конденсаторов разрядка сделана по такой схеме, меняя резистор R1 «по вкусу», схему можно приспособить под разные ёмкости, показывает разряд, пока на конденсаторе напряжение не снизится до 3-4 В. В зависимости от полярности светится или красный или зеленый.:

Всем, кто сталкивается с высоковольтными источниками питания большой мощности в своей работе, известна проблема большого пускового тока, который потребляет выпрямитель в самый первый момент после подачи на него входного напряжения питания. Этот ток может в несколько раз превышать номинальный потребляемый ток устройства и приводит к ложному срабатыванию устройств токовой защиты.

Пусковой ток достигает больших значений из-за того, что в первый момент после подачи напряжения питания конденсаторы фильтра полностью разряжены, и их сопротивление практически равно нулю. Именно это и приводит к резкому скачку тока. По мере заряда напряжение на конденсаторах увеличивается, и ток заряда падает практически до нуля при полностью заряженных конденсаторах (без нагрузки).

Ограничение этого пускового тока — это одна из функций описываемого устройства, поэтому нужно иметь точное представление, как зарядить конденсаторы высоковольтного выпрямителя, и при этом не повредить их. Вторая функция — это разряд конденсаторов фильтра после отключения входного питающего напряжения при отсутствии нагрузки на выходе выпрямителя. Необходимость в таком разряде вызвана соображениями техники безопасности.

Дело в том, что конденсаторы фильтра могут находиться в заряженном состоянии достаточно долгое время после выключения питания, особенно если мы имеем высоковольтный источник с большим выходным током, и конденсаторы имею большую емкость. Это остаточное напряжение может представлять опасность для обслуживающего персонала. Быстрый разряд конденсаторов фильтра как раз и является второй функцией описываемого устройства.

Как зарядить конденсаторы и плавно разрядить

Особенностью этой конструкции является то, что в ней используются только пассивные компоненты — резисторы, конденсаторы, диоды и реле. Решения проблемы заряда и разряда конденсаторов с использованием активных компонентов хорошо известны, но в этой конструкции они не используются, что позволило решить задачу относительно просто, с минимальным количеством комплектующих и без применения дополнительного источника питания, необходимого для электронных модулей.

Описываемое схемное решение было применено в бестрансформаторном трехфазном выпрямителе для питания ультразвукового сварочного генератора. Выпрямитель подключен к трехфазной линии по схеме треугольника с напряжениями 280 В переменного тока между фазами. На выходе трёхфазного диодного моста размах напряжения достигает 400 В. Номинальный ток, отдаваемый этим выпрямителем, составляет 16 А.

Идея ограничения тока заряда состоит в том, что конденсатор подключается к выходу выпрямителя не напрямую, а через токо-ограничивающий резистор небольшого сопротивления, и по мере заряда конденсатора этот резистор шунтируется, обычно с помощью контактов реле. В процессе нормальной работы выпрямителя этот резистор остается зашунтированным. В предлагаемой конструкции используется резистор номинала 400 Ом, что ограничивает максимальный ток заряда на уровне 1 А.

При отключении питания разряд конденсаторов происходит в такой последовательности: ти: после снятия (отключения) входного напряжения к выходу выпрямителя подключается резистор малого сопротивления, который быстро разряжает конденсаторы практически до нулевого уровня. В описываемой конструкции для разряда и заряда используется один и тот же резистор величиной 400 Ом.

Принципиальная схема устройства приведена на Рисунке 1.

Описание работы схемы и ее компонентов

  • Выход выпрямителя моделируется источником питания V1 и выключателем SW;
  • C_F — выходной фильтрующий конденсатор (или несколько конденсаторов);
  • Relay_CHRG — реле постоянного тока, ответственное за процесс заряда конденсатора C_F;
  • Relay_DSCHRG — реле постоянного тока, обеспечивает процесс разряда конденсатора C_F;
  • R_CD — резистор, выполняющий две роли: ограничивает максимальный зарядный ток при заряде и служит нагрузкой при разряде конденсатора C_F;
  • RCHRG — резистор цепи питания Relay_CHRG;
  • C_DELAY — конденсатор схемы задержки срабатывания Relay_CHRG;
  • Резистор RCHRG и конденсатор C_DELAY образуют цепь задержки включения Relay_CHRG;
  • R_DSCHRG — резистор, обеспечивающий режим работы Relay_DSCHRG;
  • D1 -диод, необходимый для разделения цепей входа и выхода, обеспечивающего режим быстрого разряда C_F;
  • D2 — диод, ускоряющий процесс разряда за счет параллельного включения обмоток обоих реле в режиме разряда.
Читайте также  Принцип работы датчика холла

Состояния устройства и алгоритм работы

Устройство может находиться в одном из четырех состояний:

  1. ОТКЛ — оба реле обесточены. Резистор R_CD соединяет выход схемы с землей.
  2. ЗАРЯД — подано входное напряжение. Relay_CHRG включается сразу и подключает вывод резистора R_CD (1) ко входу. Вывод резистора R_CD (2) пока подключен к конденсатору C_F. Конденсатор C_F начинает процесс заряда через этот резистор. Relay_CHRG отрабатывает задержку, и за это время конденсатор успевает зарядиться через резистор до некоторого напряжения, при котором переход на прямое подключение (состояние РАБОТА) не вызывает сильного броска тока.
  3. РАБОТА-основное состояние. Оба реле под полным напряжением, конденсатор C_F подключен к входному напряжению напрямую, резистор R_CD зашунтирован контактами реле.
  4. РАЗРЯД — состоит из двух фаз: Разряд_А и Разряд_Б.

о Разряд_А — входное напряжение отключено, реле разряда отключается сразу и подключает вывод резистора R_CD (1) к земле.

Реле заряда находится во включенном состоянии за счет напряжение на конденсаторе C_DELAY. C_DELAY разряжается через обмотку реле заряда и через D2 и обмотку реле разряда, отрабатывается задержка отключения, и по ее окончании вывод резистора R_CD (2) подключается к конденсатору C_F. В процессе разряда обмотки обоих реле соединяются параллельно через диод D2, что заметно ускоряет процесс разряда конденсатора C_DELAY и уменьшает время начала фазы Разряд_Б.

о Разряд_Б — реле заряда отключается и разряжает C_F через резистор R_CD на землю.

Временные диаграммы напряжений в различных узлах схемы показаны на Рисунке 2.

Рекомендации по расчету и выбору компонентов

Расчет и выбор компонентов устройства рекомендуется начать с реле. Оба реле одинаковые, должны быть рассчитаны на работу на постоянном токе, иметь как минимум одну группу переключающих контактов. Параметры реле, на которые нужно обратить внимание, следующие:

  • Максимальный ток через замкнутые контакты должен быть выше, чем максимально возможный ток, отдаваемый выпрямителем в нагрузку;
  • Максимальное напряжение на разомкнутых контактах должно быть выше, чем пиковое напряжение на выходе диодного моста;
  • Сопротивление обмотки постоянному току;
  • Ток срабатывания и ток отпускания нужно знать, если вы планируете сначала провести программную симуляцию работы схемы. Обычно эти параметры приводятся в спецификации на реле, но если их там нет, параметры можно определить экспериментально.

Как зарядить конденсаторы — пример расчета компонентов

Вот пример расчета для следующего набора входных и выходных параметров:

  • Входное напряжение модуля VIN = 400 В постоянного тока.
  • Выходной ток модуля IOUT = 16 А.
  • Номинальное рабочее напряжение реле VR = 24 В постоянного тока.
  • Сопротивление обмотки постоянному току RR = 600Om.
  • Ток через обмотку реле в рабочем режиме

Сначала рассчитываем полное сопротивление делителя на основе тока через реле

В нашем случае это

С учетом сопротивления обмотки 600 Ом получаем сопротивление последовательного резистора, равным 9.4 кОм. Фактически были выбраны резисторы чуть меньшего сопротивления (8.2 кОм), чтобы обеспечить надежный режим работы реле при небольших возможных колебаниях входного напряжения. Очень важно отметить, что резисторы эти при работе нагреваются, и нужно рассчитать и выбрать резисторы с запасом по мощности.

Мощность, рассеиваемая на резисторе, составит

Очень рекомендуется выбрать резистор с запасом по мощности. Автор при изготовлении конструкции использовал резисторы мощностью 50 Вт, установленные на шасси. Выбор резистора R_CD достаточно произволен. Автором выбран резистор сопротивлением 400 Ом и мощностью 20 Вт, чтобы ограничить максимальный зарядный ток на уровне 1 А. Следует отметить, что этот резистор работает в первый момент после включения — в фазе ЗАРЯД, и в самый последний момент при выключении — в фазе РАЗРЯД, и ток, напряжение и мощность на нем быстро падают по мере заряда/разряда выходного конденсатора.

Диод D1 должен иметь прямой максимальный ток, больший, чем максимальный ток, отдаваемый выпрямителем, и обратное напряжение, большее, чем максимальное входное напряжение модуля. Диод D2 должен иметь рабочий ток выше, чем рабочий ток обмотки реле, а обратное напряжение больше входного напряжения модуля.

Любой диод с напряжением 600 В и током в 1 А с успехом подойдет. Величина конденсатора задержки не рассчитывалась, а подбиралась экспериментально при симуляции схемы в программе Multisim. При указанных величинах напряжений, резисторов и конденсаторов время фазы заряда составляет 0.7 с, время задержки разряда 1.0 с, время разряда примерно 3.0 с.

Понятие полярности для конденсаторов и их выход из строя

Для улучшения рабочих параметров некоторые компоненты этой категории создают с применением промежуточного материала, пропитанного электролитом. Дополнительные слои создают из оксидов металлов и диэлектриков.

Эти изделия подключают с обязательным соблюдением полярности. Специальная маркировка на корпусе предупреждает пользователей о наличии соответствующего ограничения. При ошибке в процессе монтажа конденсатор будут выведен из строя первым подключением. Кипение электролита может провоцировать повышенное напряжение.

К сведению. Насечками на крышке и предохранительным клапаном уменьшают разрушительный эффект при возникновении аварийной ситуации.

Идеал и реальность

На этом этапе вам может стать интересно, зачем нам нужен конденсатор 0,1 мкФ в дополнение к конденсатору 10 мкФ. В чем разница между 10 мкФ и 10,1 мкФ? В этом месте обсуждение блокировочных конденсаторов усложняется. Эффективность конкретной схемы блокировки тесно связана с двумя неидеальными характеристиками выбранных конденсаторов: эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентная последовательная индуктивность (ESL). В рассмотренном моделировании параллельные конденсаторы 10 мкФ и 0,1 мкФ являются идеальными и дают в результате не более чем идеальный конденсатор 10,1 мкФ. Чтобы сделать симуляцию более близкой к реальности, нам нужно включить обоснованные значения ESR и ESL. После этой модификации мы получим следующее.

Результаты моделирования после включения ESR и ESL конденсаторов

Несмотря на то, что это по-прежнему лучше, чем без использования блокировочных конденсаторов, эти результаты значительно хуже, чем мы видели с идеальными конденсаторами.

Эта простая симуляция не может учесть всех паразитных импедансов и других скрытых влияний, присутствующих в реальных микросхемах на реальных печатных платах (особенно те, что включают высокочастотные цифровые сигналы). Дело в том, чтобы продемонстрировать здесь, что проектирование цепи блокировки предполагает тщательное рассмотрение ESR и ESL конденсатора. Не менее важными являются и правильное размещение компонентов, и методы компоновки печатной платы. Все эти подробности мы рассмотрим в следующей статье.