Регулируемый источник тока схема: РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

alexxlabСхем

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

Для всех, кто ищет действительно качественную и серьёзную схему лабораторного БП, могу предложить недавно собранную мной схемку на полевых транзисторах и операционнике LM358 из журнала РАДИО №7, 2008г. Выдаёт максимально 30V, 5A – работает нормально. Далее описание от автора конструкции: лабораторный БП имеет интервал регулировки выходного напряжения 2.5-30 В при токе до 5 А. Он снабжен узлом защиты от перегрузки по току, который может работать в двух режимах: ограничителя тока и отключения выходного напряжения. Ток срабатывания можно установить в пределах 0.15…5 А. В состав БП входят также узлы управления вентилятором и защиты от перегрева.

Схема принципиальная ЛБП

Выпрямитель собран на диодном мосте VDI и сглаживающем конденсаторе С1, на микросхеме DA1 собран вспомогательный стабилизатор напряжения 12 В, от которого питаются некоторые узлы. В качестве регулирующего транзистора VT5 применен мощный полевой переключательный п-канальный транзистор, включенный в минусовую линию выходного напряжения, благодаря чему обеспечивается минимальная разность входного и выходного напряжения. Этот транзистор общий для узлов стабилизации напряжения и тока, его сток через переключатель SA3 может быть подключен к минусовой клемме розетки XS1. которая является выходом стабилизированного напряжения, или через диод VD5 к плюсовой клемме розетки XS2. которая является входом узла стабилизации тока (входом эквивалента нагрузки). Выключателем SA4 можно подключить стабилизатор напряжения (тока) к выходу (входу) ИП, при этом будет светить светодиод HL5.

Узел стабилизации выходного напряжения содержит микросхему параллельного стабилизатора САЗ, согласующий каскад на транзисторе VT3 и управляющий транзистор VT4. Переменный резистор R18 совместно с резистором R19 образует делитель напряжения, поступающего на управляющий вход стабилизатора DA3. В состав этой микросхемы входит источник эталонно! о напряжения 2,5 В, что и определяет минимальное выходное напряжение ИП. После включения питания выключателем SAI «Сеть» выпрямленное напряжение (32…35 В) с выпрямителя поступает на регулирующий транзистор VT5. Одновременно с выхода стабилизатора DAI напряжение питания поступит на ОУ DA2.2. и на его выходе установится напряжение около 11 В, которое через резистор R8 поступит на затвор транзистора VT5, открывая его, в результате выходное напряжение увеличивается. Станет увеличиваться и напряжение на управляющем входе стабилизатора DA3. и когда оно превысит 2.5 В, ток через стабилизатор DA3 возрастет, транзисторы VT3, VT4 откроются, а транзистор VT5 станет закрываться, уменьшая выходное напряжение. Его установку осуществляют переменным резистором R18, микроамперметр РА1 совместно с резисторами R15 и R16 используется как вольтметр.

Узел защиты от перегрузки по току состоит из резистивного датчика тока R4, ОУ DA2.2 и тиристорной оптопары U1. Переменным резистором R3. входящим в состав делителя R2R3. устанавливают ток срабатывания защиты, а режим ее работы устанавливают выключателем SA2 «Защита по току». В показанном на схеме положении этого выключателя происходит ограничение (стабилизация) выходного тока, при замкнутых контактах выходное напряжение отключается. Выходной ток протекает через резистор R4 и создает на нем падение напряжения; пока оно меньше напряжения на резисторе R3, на выходе ОУ DA2.2 будет напряжение, которое через резистор R8 поступает на коллектор транзистора VT4 и затвор транзистора VT5. поэтому стабилизатор выходною напряжения работает в нормальном режиме.

При увеличении выходного тока увеличится напряжение на резисторе R4, и когда оно превысит напряжение на резисторе R3. на выходе ОУ DA2.2 оно уменьшится, транзистор VT5 закроется и ИП перейдет в режим ограничения выходного тока, при этом выходное напряжение станет меньше установленного и не регулируется. Светодиод HL3 будет включен, сигнализируя, что происходит ограничение тока в нагрузке. При уменьшении выходного тока ИП автоматически перейдет в режим стабилизации напряжения.

При замкнутых контактах выключателя SA2 при превышении выходным током заранее установленного значения начнет протекать ток через излучающий диод оптопары U1 и фототринистор откроется. Напряжение на затворе транзистора VT5 станет меньше напряжения открывания, и выходное напряжение источника питания уменьшится практически до нуля. Светодиод HL4 загорится, сигнализируя о том. что произошло отключение выходного напряжения по причине превышения тока в нагрузке. Вывести устройство из этого состояния можно отключением его от сети и последующим включением, а также разомкнув контакты выключателя SA2.

В положении переключателя SA3 «Экв. нагр.» устройство может работать как эквивалент нагрузки (I). При этом отключается узел стабилизации напряжения и ОУ DA2.2 совместно с транзистором VT5 образуют стабилизатор тока. К гнезду XS2 подключают проверяемый блок питания или аккумулятор, а ток устанавливают резистором R3. Диод VD5 служит для защиты от неправильного подключения внешних источников напряжения.

Поскольку у ИП большой интервал регулирования выходною напряжения при токе до 5 А, при определенных условиях, например, при малом выходном напряжении и большом токе, на регулирующем транзисторе VT5 рассеивается значительная мощность (100 Вт и более). Это требует как его защиты от перeгрева, так и эффективного охлаждения теплоотвода за счет принудительного обдува вентилятором. Узел защиты от nepef рева собран на терморезисторе RK1 и ОУ DA2.1. который работает как компаратор. Датчик температуры на терморезисторе RKI с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления установлен на теплоотводе в непосредственной близости от транзистора VT5.

Когда температура теплоотвода меньше аварийной, напряжение на входе (вывод 3) ОУ DA2.1 больше, чем на инвертирующем (вывод 2). и на ею выходе (вывод1) напряжение — около 11 В. Диод VD4 закрыт, светодиод HL2 не включен, и узел защиты от перегрева не влияет на работу стабилизатора напряжения. По мере разогрева теплоотвода, приблизительно до 80С сопротивление терморезистора RK1 уменьшается и напряжение на неинвертирующем входе ОУ DA2.1 станет меньше, чем на инвертирующем — на его выходе будет напряжение, близкое к нулю. Транзистор VT5 закроется, а напряжение на выходе источника питания станет также близко к нулю. Светодиод HL2 включится, указывая на перегрев транзистора VT5. Поскольку нагрев (охлаждение) теплоотвода процесс инерционный, включение ИП произойдет через некоторое время после остывания теплоотвода, этим обеспечивается гистерезис в работе узла защиты от nepeгрева.

Для эффективного охлаждения теплоотвода в устройстве применен вентилятор. В узел управления вентилятором входит регулируемый источник напряжения с ограничением его максимального значения (13… 14 В), собранный на составном транзисторе VT1. стабилитроне VD2 и резисторе R5, а также управляющий полевой транзистор VT2. Ограничение напряжения необходимо, поскольку номинальное напряжение питания вентилятора — 12 В. Входное сопротивление транзистора VT2, подключенного к терморезистору RK1 велико и поэтому не влияет на работу узла защиты. Когда теплоотвод холодный, сопротивление терморезистора RK1 велико и напряжения на нем достаточно для открывания транзистора VT2. В результате транзистор V11 закрыт и напряжение питания на вентилятор не поступает. При нагреве теплоотвода до 40С сопротивление терморезистора RK1 уменьшается, транзистор VT2 закрывается, a VT1 открывается и напряжение поступает на вентилятор — он начинает вращаться. Чем выше температура теплоотвода, тем быстрее вращается вентилятор. При остывании теплоотвода происходит обратный процесс.

Настройка блока питания

Налаживание ИП начинают с калибровки вольтметра подстроечным резистором R16 по образцовому цифровому вольтметру. Если применен терморезистор с другим номиналом (не менее 4,7 кОм). подбором резистора R7 устанавливают температуру включения вентилятора, а подбором резистора R9 — температуру включения защиты от перегрева. В положениях «Ист. пит.» переключателя SA3 и «Ограничение» выключателя SA2 подключают к выходу ИП последовательно соединенные образцовый амперметр и резистор сопротивлением 2 Ом мощностью рассеивания 50 Вт и градуируют шкалу переменного резистора R3.

С помощью ИП можно заряжать различные типы аккумуляторных батарей. Для этого батарею с соблюдением полярности подключают к выходу ИП, переключатель SA2 при этом должен быть в положении «Ограничение», a SA4 — в положении «Выкл». Устанавливают выходное напряжение блока питания соответствующее напряжению полностью заряженной батареи, а резистором R3 устанавливают ток зарядки. Выключателем SA4 включают процесс зарядки, при этом включится индикатор «Ограничение», а напряжение на выходе, то есть на батарее, уменьшится в зависимости от ее состояния. В процессе зарядки напряжение на ней возрастает, что контролируют вольтметром ИП, и когда оно достигнет заранее установленного значения, индикатор «Ограничение» выключится и ИП перейдет в режим стабилизации напряжения. В таком состоянии ток зарядки плавно уменьшается и перезарядка батареи исключена.

Для проверки блоков питания и разрядки аккумуляторных батарей их подключают к гнезду XS2 в положении переключателя SA3 «Экв. нагр.». резистором R3 устанавливают ток разрядки, а напряжение контролируют внешним вольтметром. Не следует допускать глубокой разрядки батареи. Возможно, что при зарядке или разрядке батареи станет срабатывать защита от перегрева, тогда эти процессы будут временно прерываться, но после охлаждения теплоотвода возобновятся.

Выше смотрите фото готового устройства и если есть желание посмотреть более подробно – скачайте этот архив.  Автор схемы А. КУЗНЕЦОВ, г. Кадников Вологодской обл., сборка –

sterc.

   Форум по БП

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Прибор относится к вторичным источникам электропитания. Такие приборы делятся на две группы: источники тока и источники напряжения. Идеальный источник напряжения имеет бесконечно малое внутреннее сопротивление, а идеальный источник тока бесконечно большое. К источникам напряжения относятся аккумуляторы, батареи, лабораторные блоки питания и обычная розетка 220 В, в данной статье эти приборы рассматриваться не будут. Источники тока применяются для зарядки аккумуляторов, питания электродвигателей, в системах гальванического нанесения покрытий на металлах, создания постоянных магнитных полей, питания сверхярких и лазерных светодиодов. Реальный источник тока поддерживает заданный ток в нагрузке при изменении сопротивления нагрузки от нуля до максимума, изменяя выходное напряжение.

Параметры прибора:

Выходной ток

0…1,1 А

Сопротивление нагрузки

0…24 Ом

Температура эксплуатации

-40…+55 ° С

Питание

110…240 В, 47…440 Гц

Максимальный ток в момент включения

3 А

Работу электрической схемы поможет понять математическая модель i. ewb, содержащаяся в приложении файлах проекта. Файл создан в программе Electronics Workbench 5.12. Напряжение на неинвертирующем входе DA3 регулируется в пределах от 0 до 1 В. Ток с выхода операционного усилителя (в дальнейшем ОУ) течёт по цепи: амперметр, нагрузка, резистор R8…R11, моделирующий резисторы в приборе. Его сопротивление 1 Ом, таким образом, величина напряжения на инвертирующем входе ОУ равна величине тока. ОУ стремится свести к нулю разницу на входах между установленным напряжением резистором R5 и напряжением на резисторе R8…R11. При уменьшении сопротивления нагрузки увеличивается напряжение на R8…R11, ОУ реагирует, воспринимая увеличение напряжения на неинвертирующем входе. Уменьшается выходной ток и напряжение на R8…R11 до величины равной установленной на неинвертирующем входе ОУ резистором R5.

После загрузки файла из приложения к статье в программу Electronics Workbench 5.12 установить резистором R5, используя ввод символа «R» и сочетание клавиш «R» и «Ctrl» напряжение в пределах 0…1 В контролируя вольтметром схемы. Амперметр должен показывать ток 0…1 А. Можно убедится, что изменение сопротивления переменного резистора, имитирующего нагрузку не влияет на выходной ток схемы используя ввод символа «L» и сочетание клавиш «L» и «Ctrl».

Работа схемы описывается формулой: Iвых=Uвх/R
где Iвых – выходной стабилизированный ток,
Uвх – напряжение на не инвертирующем входе ОУ,
R – резистор R8…R11.

Схема стабилизатора постоянного тока содержит источники питания, формирующие напряжение ± 30 В, переменные резисторы установки выходного тока R5 и R6, резисторы R8…R11 описаны выше. ОУ DA3 имеет вход R, который при соединении с –30 В устанавливает порог срабатывания ОУ равный 5 А. Резисторы R1-R4 обеспечивают стабильность работы источников питания. Конденсаторы С1 и С2 предотвращают возбуждение схемы.

DA1, DA2

Преобразователь напряжения TML 40215 ф. TRACO POWER

DA3

Микросхема OPA548T ф. BURR-BRAUN или ф. TI

C1, С2

Конденсатор R20-N-0,47 мкФ-К-1H-H5 50 Вольт ф. HITANO

Резисторы:

R1…R4

С2-23-0,25-62 кОм ±5%

R5

ПП3-40 1 кОм ± 10%

R6

ПП3-40 47 Ом ± 10%

R7

С2-23-0,25-30 кОм ± 5%

R8…R11

С2-14-1 Ом ± 1%

 

 

XP1

Вилка MINI-FIT MF 8-M-R

Соответствие разъёмов: MINI-FIT MF 8-M-R вилка на плату, MINI-FIT MF 8-F розетка на жгут проводов.

Для настройки прибора или изменения параметров подбирается резистор R7 в пределах 30…27 кОм определяющий максимальный выходной ток.
Одним из важных параметров любого источника тока, а в нашем случае стабилизатора постоянного тока, является диапазон сопротивления нагрузки. Идеальный прибор обеспечивает ток в диапазоне сопротивления нагрузки от 0 до бесконечности. В реальности это невозможно, также не следует забывать, что к сопротивлению нагрузки прибавляется сопротивление контактов разъёмов, проводов и других элементов. Свойство источника тока обеспечить работу независимо от сопротивления нагрузки является весьма ценным, т. к. существенно повышает надёжность системы. Платой за это является мощность, выделяемая на выходном элементе. В каждом случае требуется выбрать компромисс между запасом по сопротивлению нагрузки и выделяемым теплом на выходном элементе. Для обеспечения широкого диапазона сопротивлений нагрузки нужно использовать источник питания с возможно большим напряжением.

При токе в 100 мА: на нагрузке в 20 Ом напряжение составит 2В, падение напряжения на элементах прибора 28 В при питании 30 В. Мощность 28В*100мА=2,8 Вт выделится на ОУ и R8…R11. При выборе радиатора следует не забывать о простом правиле: «Кашу маслом не испортишь». Уменьшение максимально возможного сопротивления нагрузки позволит уменьшить напряжение питания, что снизит нагрев устройства, снизит размеры радиатора и увеличит КПД. Для получения приведённых параметров схемы ОУ необходимо установить на радиатор не менее 650 см2 .

Прибор не боится короткого замыкания, при этом выходной ток не меняется.
Схема прибора смонтирована на двухсторонней печатной плате, устанавливаемой на металлические стойки. На плате предусмотрены отверстия для крепления радиатора.

Источники питания можно заменить на любые обеспечивающие пульсации не более 50 мВ. Конденсаторы можно использовать керамические или многослойные отечественного или зарубежного производства на напряжение не менее 50 Вольт.

Прибор может обеспечить выходной ток до 5 А при использовании ОУ DA3 типа OPA548T. Указанные в перечне элементов источники питания прибора имеют максимальный выходной ток 1,3 Ампера. Для увеличения выходного тока питание стабилизатора придётся усилить. Для установки нового верхнего предела изменения тока подобрать R7.

Литература:
П. Хоровиц, У. Хилл Искусство схемотехники
http://www.ti.com/
http://www.tracopower.com

Теги:

  • Стабилизатор
  • Altium Designer
  • Electronics Workbench

Как создать прецизионный источник тока с помощью DS4303 или DS4305