Стабилизатор тока на 10 А

Схемы стабилизаторов тока, в отличие от стабилизаторов напряжения, редко встречаются на страницах печати. Вместе с тем, на практике бывают случаи, когда требуется применение именно стабилизированного постоянного тока, например, при зарядке аккумуляторов, нанесении гальванических покрытий, в измерительной технике. Предлагаю простой и надежный стабилизатор тока с дистанционным включением и отключением.

рис.1

Схема стабилизатора (рис.1) включает выпрямитель, стабилизатор тока на операционном усилителе, силовые ключи, узел индикации и измеритель тока.

Параметры стабилизатора:

Диапазон регулировки тока, А                         0...10,0

Сопротивление нагрузки, Ом                             0...1,3

Амплитудное значение

пульсаций тока (при 10 А),мА, не более              40

Напряжение на разомкнутых контактах, В        16

Напряжение со вторичной обмотки силового трансформатора Т1 выпрямляется мостом VD1...VD4 и фильтруется конденсатором С1. После соединения выходных клемм "1" и "2" с нагрузкой, образуется контур протекания тока — через регулирующий транзистор VT2, шунт RS1 и общий провод. Регулировка тока осуществляется изменением напряжения на не инвертирующем входе операционного усилителя DA1. На инвертирующий вход подается напряжение, выделяющееся на шунте RS1 при протекании тока. Разностное напряжение подается на составной транзистор VT1, VT2, и благодаря этому операционный усилитель поддерживает постоянное падение напряжения на RS1. При этом выходной ток устанавливается в соответствии с соотношением

                     I=Un/ RS1

где Un — падение напряжения на RS1.

Шунт RS1 используется также для измерения тока в цепи с помощью микроамперметра с пределом измерения 100 мкА. Напряжение, выделенное на шунте RS1, делится резисторами R2, R3, причем регулируя R3, можно установить такое соотношение, чтобы протекающему току в 10 А соответствовало отклонение стрелки на последнюю отметку шкалы измерительного прибора. В этом случае требуется минимальная переделка шкалы. Такое включение прибора позволяет не предъявлять высоких требований к точности изготовления шунта, что обычно вызывает трудности.

Схема на транзисторах VT3, VT4 служит для дистанционного включения тока. При нажатии на кнопку S2 "ИЗМ." или замыкании контактов 1 и 3 разъема Х1 "ДУ", открывается ключ VT3 и закрывается VT4. При этом управление VT1 осуществляется от операционного усилителя. При снятии потенциала с базы VT3 транзистор VT4 открывается, через него база VT1 соединяется с общим проводом, и силовой транзистор VT4 оказывается запертым. Ток через нагрузку не течет. Это дает возможность осуществлять подключение нагрузки при обесточенных цепях, не выключая стабилизатор, а также управлять длительностью и моментом включения тока с помощью дистанционного пульта.

Точность установки тока можно повысить, применив готовый модуль измерителя с аналого-цифровым преобразователем и индикатором на жидких кристаллах. Фирма Falcon производит модули двух типоразмеров — DPM951 и DPM952, которые представляют собой готовый милливольтметр с широкими функциональными возможностями.

Схема стабилизатора тока с использованием модуля DPM951 приведена на рис.2, вид индикаторной панели и конструктивные

рис.2

размеры модулей — на рис.3 и в табл.1, назначение контактов входного разъема модулей — в табл.2, а параметры — в табл.3.

Табл.1

Табл.2

Табл.3

Подробную информацию об этих модулях можно найти в Internet www.trumeter.com. Приобрести модуль можно по почте за российские рубли, обратившись в представительство Conrad Electronic в г.С.-Петербурге (пр.М.Тореза, 118. Тел.(812)553-20-85). Кстати, они высылают прекрасно иллюстрированный цветной каталог по электронике (свыше 1200 стр.), где можно найти все необходимое, начиная от инструментов и радиокомпонентов импортного производства и заканчивая приборами и сложной бытовой электронной техникой. Модуль DPM951 или DPM952 под ключается вместо микроамперметра, но для его питания необходимо собрать стабилизированный источник +5 В. Проще всего это сделать с использованием интегрального стабилизатора КР142ЕН5. Так как ток потребления невелик,радиатор для него не требуется. Для питания стабилизатора нужно домотать еще одну обмотку на трансформаторе проводом ПВТЛ-0,12, количество витков — 10. Напряжение на этой обмотке при отключенной нагрузке должно быть порядка 7...8 В. Схема стабилизатора дополнена узлом индикации тока, в котором используется незадействованный усилитель микросхемы К1401УД2.

Конструкция стабилизатора. Корпус стабилизатора — металлический, настольный. Габаритные размеры корпуса — 440х170х340 мм. Узел управления стабилизатором и стабилизированный источник собраны на печатных платах, а остальные детали соединены методом навесного монтажа. Монтаж силовых цепей следует выполнить проводом ПГВА-1.0. Для снижения нестабильности общую точку необходимо изготовить в виде изолированной стойки с луженой пластиной,к которой припаиваются необходимые проводники.

Трансформатор Т1 —типа ОСМ-0,4. Напряжение вторичной обмотки — порядка 13В. При изготовлении трансформатора все вторичные обмотки удаляются, и вместо них наматывается обмотка медной изолированной шиной сечением 1х6 мм. Количество витков — 18.

Шунт RS1 лучше всего изготовить из константановой полосы или проволоки сечением 2,5 мм^2. Сопротивление шунта должно быть 0,5 Ом ±20%. Можно также использовать резистор С5-43 0,47 Ом 100 Вт±10%. Все постоянные резисторы, за исключением RS1 — типа МЛТ-0,25. В качестве переменного резистора для регулировки тока использован СП1 1 кОм, а для настройки амперметра СП5-1В 150 Ом.

Транзистор VT2 ТК235-40 необходимо установить на радиатор с эффективной площадью не менее 350 см^2. Транзистор КТ819 полезно также снабдить небольшим радиатором. Силовые диоды —любые, на ток 10 А. Они оснащены теплоотводами из пластин дюралюминия толщиной 2,5...4 мм размерами 20х3 мм.

Транзисторы КТ503Е можно заменить на ВС337-25, в крайнем случае, на КТ315А...Е. Вместо транзистора ТК235-40 можно использовать ТК235-32, ТК142-40 или ТК135-25.

Конденсатор фильтра обеспечивает амплитудное значение пульсаций выходного тока на заданном уровне. При некотором снижении требований емкость конденсатора можно уменьшить до 10 000 мкФ или использовать два конденсатора 4700 мкфх25 В, включенные параллельно.

Настройка. После проверки правильности монтажа схемы (рис.1) необходимо замкнуть перемычками контакты 1 и 3 разъема ДУ и выходные контакты "1" и "2". Подключив стабилизатор к сети переменного тока, проконтролировать зажигание сетевого индикатора. Изменяя ток регулятором, следует убедиться в возможности изменения показаний стрелочного прибора, но пока стрелочный прибор не настроен, увлекаться этим не следует.

Настройку измерительного прибора осуществляют резистором R3. Для этого к выходным клеммам вместо перемычки следует подключить образцовый амперметр и, установив регулятором ток 10 А по образцовому амперметру, отрегулировать стрелочный прибор РА1 с помощью R3 так, чтобы он показывал 10,0. Регулировку верхней границы тока осуществляют подбором резистора R7 и изменением сопротивления шунта. После подбора резистора R7 необходимо проконтролировать линейность регулировочной характеристики, и если она имеет участок, на котором ток при регулировке слабо меняется, уменьшить сопротивление шунта. После этих операций следует также подрегулировать R3.

Методика настройки стабилизатора с цифровым модулем остается такой же, но чтобы наиболее полно реализовать высокую точность измерений тока, в этом случае придется воспользоваться образцовым цифровым амперметром или цифровым милливольтметром со стандартным шунтом ШСМ75А 75 мВ (кл.0.2). В последнем случае потенциальные контакты стандартного шунта подключают ко входу прибора на пределе 10 мВ (20 мВ), а через токовые контакты пропускают ток. Показание 1 мВ будет соответствовать току 1 А. Затем резистором R3 подгоняются показания DPM, как и в первом случае.

После этого необходимо проверить работу схемы при дистанционном включении тока. Для этого снимают перемычку с разъема ДУ, при этом ток должен упасть до 0. В моей конструкции, кроме разъема ДУ, для включения тока предусмотрена кнопка S2, поскольку стабилизатор использовался совместно с цифровым вольтметром для контроля падения напряжения на участках измеряемых цепей. Для удобства вместо кнопки S2 можно установить тумблер.