Cтабилизатор переменного тока
Опубликовано: 01.09.2018
Стабилизаторы тока значительно реже применяются радиолюбителями, чем стабилизаторы напряжения и регуляторы мощности. Во многом это связано с более сложной схемотехникой традиционных источников тока. Однако объективный анализ показывает, что в ряде случаев предпочтительнее применение именно источников тока. Главное достоинство источника тока — нечувствительность к короткому замыканию нагрузки.
Достаточно часто встречаются случаи, когда надо поддерживать постоянное значение переменного тока, например, при включении мощных ламп накаливания. Такая мера в несколько раз продлевает срок их службы. Регулируемый стабилизатор может оказать неоценимую помощь при проверке и налаживании устройств токовой защиты.
Вниманию читателей предлагается несложная схема стабилизатора переменного тока с плавной регулировкой его величины. Ток регулируется от нескольких миллиампер до 8 А. При соответствующем выборе элементов схемы максимальный стабилизируемый ток можно увеличить до 70. ..80 А.
Схема стабилизатора показана на рис.1. В ее основу положен токостабилизирующий двухполюсник, подробно описанный в [1]. Данное схемотехническое решение известно довольно давно [2], однако долгое время было чисто теоретическим (вспомните, что представляли собой МОП-транзисторы 10... 15 лет назад). Ситуация изменилась с появлением в продаже мощных МОП-транзисторов (MOSFET; фирм Intersil [3] и International Rectifiei [4]. Их применение позволяет создавать источники тока с хорошими характеристиками и предельно простыми схемами (а совпадение расчетов с практикой приятно удивило автора).
Собственно стабилизатор тока собран на ОУ DA1, транзисторе VT1 и резисторах R1, R2, R4. Делитель R1-R2 представляет собой задатчик тока. В данном случае ток в ампеpax численно равен напряжению на движке R2, умноженному на 10. Это позволяет выбрать напряжение датчика тока R4 весьма малым. Для работы с переменным током в схему введен диодный мост, в одну из диагоналей которого включен токостабилизирующий двухполюсник. Такое включение эквивалентно последовательному соединению нагрузки и двухполюсника, и, следовательно, обеспечивает одинаковый ток через них.
Рис.1 Схема стабилизатора переменного тока
Рассмотрим процесс стабилизации тока более подробно. Так как выпрямленное напряжение не фильтруется, напряжение на стоке VT1 —однополярное, пульсирующее. Когда напряжение на стоке (рис.2а) равно нулю, ток через VT1 не протекает, и падение напряжения на резисторе датчика R4 также равно 0. Транзистор VT1 при этом полностью открыт. По мере роста напряжения в сети, напряжение, снимаемое с датчика, также увеличивается (пропорционально протекающему току), приближаясь к напряжению задатчика. Транзистор VT1 начинает закрываться. При совпадении напряжений на датчике R4 и на задатчике R1-R2 происходит ограничение дальнейшего роста тока. ОУ DA1 поддерживает одинаковое напряжение на своих входах, изменяя сопротивление канала VT1. Тем самым обеспечивается стабилизация тока. Форма тока через VT1 совпадает с напряжением на задатчике и имеет трапецеидальную форму (рис.2б). Такой же по форме, только переменный, ток протекает через нагрузку (рис.2в). Элементы VD1, R3, С1, С2 образуют параметрический стабилизатор для питания ОУ.
Если надо изменить диапазон стабилизируемых токов, следует соответствующим образом выбрать тип транзистора VT1 и диодов VD2...VD5, а также скорректировать напряжение задатчика тока (Uзад) или сопротивление датчика R4.
Ток стабилизации определяется по формуле:
Данная схема может быть также преобразована в активную нагрузку переменного тока, как это сделать — подробно описано в [1].
Рис. 2 Диаграмма сигналов
Налаживание схемы сводится к контролю напряжения задатчика (чтобы ток не вышел за пределы 7...8 А) и градуировке органа управления (резистора R2). Для визуального контроля в цепь тока можно включить амперметр.
ОУ DA1 подойдет любой широкого применения (К140УД6, К140УД7, mА741 и т.п.). От применения быстродействующих ОУ с полевыми транзисторами лучше воздержаться, поскольку с ними стабилизатор может самовозбудиться, что неминуемо выведет из строя ОУ, транзистор VT1 и диоды моста (именно так отреагировала схема у автора на установку К544УД2). Транзистор VT1 следует выбирать из ассортимента вышеуказанных фирм, ориентируясь на максимально допустимые ток стока и напряжение сток-исток. Стабилитрон VD1 — любой прецизионный, с напряжением стабилизации 9... 15 В. От его стабильности зависит стабильность напряжения задатчика и, как следствие — стабилизируемого тока.
Транзистор VT1 следует укрепить на массивном радиаторе. К остальным деталям особых требований не предъявляется. Резистор R4 удобно изготовить из промышленного шунта для измерительных приборов. Это обеспечит требуемую точность и термостабильность. При его монтаже следует уделить особое внимание надежности соединения инверсного выхода ОУ и R4. Обрыв этого соединения вызывает выход стабилизатора из строя.
А. Уваров
Литература
1. Уваров А.С. Активная нагрузка — источник тока. — Радиолюбитель, 2001, N1, С.14.
2. Иванов П., Семушкин С. Источники стабильного тока и их применение в радиоаппаратуре. — В помощь радиолюбителю. Вып. 104. — М.: ДОСААФ, 1989.
3. http://www.intersil.com
4. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, N5, С.45.