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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Stabilizzatore di corrente SHI
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore Il dispositivo discusso in questo articolo fornisce una corrente stabile al carico (valore medio). La sua corrente di uscita è costituita da impulsi con ampiezza costante e ciclo di lavoro variabile. Tali dispositivi, secondo gli autori, possono essere utilizzati, ad esempio, per caricare batterie e in elettrochimica. Attualmente, gli stabilizzatori di impulsi, grazie alla loro elevata efficienza e alle caratteristiche ottimali di peso e dimensioni, stanno sostituendo i dispositivi di controllo lineare. Uno dei modi efficaci per regolare la tensione e la potenza sul carico è il controllo dell'ampiezza degli impulsi (PW), quando la frequenza degli impulsi rimane invariata, ma il loro ciclo di lavoro varia. Questo è il modo in cui viene regolata la tensione di uscita nella maggior parte degli alimentatori a commutazione, compresi i più moderni ricevitori televisivi e altre apparecchiature. Tuttavia, ci sono dispositivi in cui è necessario stabilizzare non la tensione, ma la corrente nel carico: filamenti a incandescenza (riscaldatori) nei tubi catodici e nei dispositivi di illuminazione, quando si controllano i processi di galvanizzazione ed elettrolisi e per caricare le batterie delle automobili. Lo stabilizzatore di corrente SHI descritto può essere utilizzato per risolvere i problemi elencati.
Principali parametri tecnici
Il principio di funzionamento di tale stabilizzatore, il cui schema funzionale è mostrato in Fig. 1, estremamente semplice. Il generatore DC G1 è collegato al carico Rí tramite l'elemento di misura E1 e l'interruttore S1. L'interruttore è controllato dal driver di durata dell'impulso E2. Il segnale per accendere il modellatore (e quindi l'interruttore) è generato dal generatore di impulsi G2. Quando viene raggiunto il valore di corrente di uscita richiesto, il segnale proveniente dall'elemento di misura E1 attraverso l'amplificatore A1 agisce sul driver E2, che spegne l'interruttore. Il generatore G2 controlla la frequenza degli impulsi e il modellatore E2 controlla il loro ciclo di lavoro. Pertanto, modificando il ciclo di lavoro degli impulsi di commutazione, è possibile regolare il valore medio della corrente di uscita nel circuito di carico. Come si può vedere dalla figura. 1, lo stabilizzatore di corrente SHI è composto da soli cinque elementi. Ma la necessità di alcune funzioni di servizio (protezione contro i cortocircuiti nel circuito di carico, indicazione delle modalità operative e di emergenza) complica in qualche modo il dispositivo (Fig. 2).
Il rumore impulsivo della tensione di ingresso viene attenuato dal condensatore di filtro C1. Poiché la tensione di ingresso supera la tensione consentita per alimentare il microcircuito DD1, il resistore R22 e il diodo zener VD1 generano la tensione necessaria, che viene inoltre filtrata dai condensatori C2 e C3. Un generatore basato su un transistor unigiunzione VT1 produce impulsi di forma esponenziale con una frequenza di ripetizione di circa 200 Hz (Fig. 3, diagramma 1). La frequenza degli impulsi può essere regolata selezionando il resistore R1, il condensatore C4 e modificando la resistenza del resistore R2. I transistor VT2, VT3 formano salite e discese più ripide di questi impulsi e portano la loro ampiezza alla tensione di alimentazione del microcircuito (Fig. 3, diagramma 2) per controllare il trigger (ingressi S1 e R1 del microcircuito DD1). Poiché quando la tensione di alimentazione è attivata, l'impulso ritardato per un breve periodo dal circuito C5L1, fornito agli ingressi dei trigger S1, S3, S4, imposta le loro uscite 1, 3, 4 su un livello alto, il transistor VT7 è chiuso e il transistor aperto VT8 è collegato tramite il resistore R20 al negativo della base di alimentazione secondaria del transistor VT9. La corrente dall'alimentatore inizia a fluire attraverso il circuito: misurazione del resistore R11, transistor VT9, carico. Dopo aver caricato il condensatore C4, il primo impulso dal generatore all'ingresso S1 non cambierà lo stato del trigger (S1-R1); l'uscita 1 del microcircuito rimane alta. La corrente di carico crea una caduta di tensione attraverso il resistore di misurazione R11, che viene applicata attraverso i resistori R12, R13 alla giunzione dell'emettitore del transistor VT6, deviata dal condensatore C5. La forma d'onda della tensione alla sua base è mostrata in Fig. 3, diagramma 3. Nel momento iniziale, il condensatore è scarico e il transistor VT5 è chiuso. Qualche tempo dopo l'inizio della carica, la tensione sulla giunzione dell'emettitore del transistor VT5 raggiunge il livello di apertura. Il condensatore C6 è scarico. Un impulso di tensione si forma sul resistore R9, e quindi sull'ingresso R1 del microcircuito DD1 (Fig. 3, diagramma 4). L'uscita 1 è impostata su basso, il transistor VT7 apre e chiude la giunzione dell'emettitore del transistor VT9. La corrente attraverso il carico si interrompe. Con l'arrivo dell'impulso successivo dal generatore sul transistor VT1, il processo si ripete. Il resistore di regolazione R13 modifica il momento di apertura del transistor VT5 e, quindi, regola il valore medio della corrente di carico, la cui forma dell'impulso è mostrata in Fig. 3, diagramma 5. Poiché il valore di ampiezza selezionato della corrente di uscita è 6 A, per una corrente impulsiva con un duty cycle di 2, il suo valore medio dovrebbe essere regolato su 3 A. La stabilizzazione attuale viene eseguita come segue. Al diminuire della resistenza di carico, la corrente di uscita aumenta. Ciò causerà un aumento della caduta di tensione sul resistore di misurazione R11, che porterà ad un'apertura anticipata del transistor VT5 e ad una diminuzione della durata degli impulsi di corrente in uscita. Di conseguenza, il valore medio della corrente di carico rimarrà costante, pari a 3 A. Allo stesso modo, la stabilizzazione avviene con un aumento della corrente di uscita causato da un aumento della tensione di alimentazione all'ingresso del dispositivo. Con una diminuzione del valore di ampiezza della corrente di carico, dovuta a una diminuzione della tensione di alimentazione o ad un aumento della resistenza di carico, il ciclo di lavoro degli impulsi di corrente diminuisce e il suo valore medio rimane lo stesso. La funzione di protezione dello stabilizzatore dai cortocircuiti nel carico è eseguita da un'unità sul transistor VT4. Se la corrente di uscita aumenta a 20 A, la caduta di tensione sul resistore R11 diventa sufficiente per accendere il diodo zener VD2. Il transistor aperto VT4 forma un impulso di tensione sul resistore R14, fornito agli ingressi R3, R4 del microcircuito DD1. Il condensatore C7, resistore di shunt R14, indebolisce il rumore impulsivo nel circuito di protezione. Un livello basso appare sull'uscita 3 del microcircuito. Il transistor VT8 precedentemente aperto si chiude eliminando il passaggio della corrente di base del transistor VT9. Gli impulsi successivi all'ingresso S1 del microcircuito fissano il livello alto sulla sua uscita 1 e lo stato chiuso del transistor VT7, quindi il transistor VT9 rimane chiuso. La corrente nel carico si interrompe e diventa possibile solo dopo che lo stabilizzatore viene spento e riacceso. Poiché gli ingressi del microcircuito S3, S4 e R3, R4 sono combinati a coppie, alle sue uscite 3 e 4 i segnali uno e zero appaiono in modo sincrono. Lo stato aperto del transistor VT8 corrisponde ad un livello alto sull'uscita 4; Il LED HL1 è spento. Quando la protezione interviene, la corrente scorre attraverso il circuito HL1, R18 ed il LED segnala la modalità di emergenza. Per indicare la modalità operativa, viene utilizzato il transistor VT6: la corrente scorre attraverso il suo circuito collettore - un resistore limitatore di corrente collegato in serie R21 e LED HL2, il cui bagliore indica il flusso della corrente di carico. Lo stabilizzatore di corrente utilizza resistori MLT costanti; resistori di sintonia R2 e R13 - SP3-38b. Il resistore R11 può essere sia a filo avvolto fatto in casa che fabbricato in fabbrica con una potenza di almeno 4 W. Il condensatore C2 è K50-35, il resto è ceramico K10-17-1b, possono essere sostituiti con KM, KLS, ecc. Lo starter L1 è ad alta frequenza - DM-0,2 con induttanza da 60 a 200 μH. Diodo Zener VD1 - qualsiasi con una tensione di stabilizzazione di 12...14 V. Si consiglia di scegliere il LED HL1 con colore rosso: serie AL307A, AL307AM, AL307B, AL307BM o AL102 e il LED HL2 - verde o giallo : AL307V-AL307E. Invece del microcircuito K561TP2, puoi installare il K564TP2 se preforma i suoi terminali utilizzando una pinzetta. Transistor unigiunzione - KT117 con qualsiasi indice di lettere; in casi estremi, può essere sostituito con un noto analogo di due transistor al silicio a bassa potenza di diverse strutture. I transistor KT208A e KT312V sono intercambiabili rispettivamente con i dispositivi delle serie KT361, KT3107 e KT315, KT3102 con qualsiasi indice di lettere. Non è richiesta alcuna selezione di transistor in base al guadagno. Anche il potente transistor composito KT825 può avere qualsiasi indice, ma se ce ne sono più, è consigliabile dopo le misurazioni selezionare l'emettitore-collettore con la tensione di saturazione più bassa con una corrente di collettore di 3...6 A. Tutti gli elementi, ad eccezione del transistor KT825, sono montati su un circuito stampato realizzato in laminato di fibra di vetro su un lato con uno spessore di 1...1,5 mm e dimensioni di 80x45 mm. Il transistor KT825 è installato su un dissipatore con una superficie di raffreddamento di circa 200 cm2. Per configurare il dispositivo è necessaria una potente fonte di alimentazione da laboratorio con una corrente consentita di almeno 10 A, ad esempio B5-21. Supponiamo che con una corrente nel carico I = 6 A, la tensione ai suoi capi raggiunga 15 V o più, a seconda della temperatura dell'aria ambiente (soluzione) e della concentrazione della soluzione. Dalla legge di Ohm è facile calcolare la resistenza di carico equivalente R = U/I = 2,5 Ohm. Potenza del resistore P = I ( U = 90 W. Questa condizione è soddisfatta da quattro resistori PEVT-25 collegati in parallelo con una resistenza di 10 Ohm. Per evitare danni agli elementi del dispositivo dovuti a corrente elevata, l'installazione deve essere eseguita in due fasi . Nel primo passaggio, collegare il carico equivalente: il resistore MLT-2 con una resistenza di 100 Ohm, la corrente di carico in questo caso sarà di circa 150 mA. Per creare una caduta di tensione di circa 11 V attraverso il resistore di misurazione R1, la sua resistenza dovrebbe essere selezionata pari a 6,8 Ohm, potenza - 0,25 W. Dopo aver collegato gli elementi calcolati (R11=6,8 Ohm, Rн=100 Ohm), inizia la prima fase della configurazione. Dare tensione e misurare la tensione sul diodo zener VD1, che dovrebbe essere 12...14 V. Utilizzando un oscilloscopio, monitorare gli impulsi in base al transistor VT2, se necessario, il resistore R2 regola il loro periodo di ripetizione T = 5 ms . Se non ci sono impulsi amplificati sui collettori dei transistor VT2 e VT3, dovrai selezionare un resistore R5. Quindi gli impulsi sul collettore del transistor VT5 vengono controllati e l'intervallo di regolazione è determinato dal resistore R13. Un oscilloscopio viene utilizzato per verificare la presenza e la forma degli impulsi di corrente sul carico equivalente: il resistore R13 imposta la forma degli impulsi ad onda quadra e il LED "Operazione" HL2 dovrebbe accendersi. La modifica della tensione dell'alimentatore dovrebbe comportare di conseguenza una modifica del ciclo di lavoro degli impulsi. In breve, un resistore con una resistenza di 18 Ohm viene utilizzato per bypassare l'equivalente del carico (tale carico crea una corrente nel circuito di uscita di 0,6 A e una corrispondente caduta di tensione attraverso il resistore di misurazione di 4 V, che è pari a la caduta di tensione sul resistore R11 con una resistenza di 0,2 Ohm con una corrente di 20 A). Gli impulsi sul carico dovrebbero scomparire e il LED “Allarme” HL1 si accenderà. Dopo aver spento e riacceso l'alimentazione, è necessario ripristinare il normale funzionamento del dispositivo. Se la protezione da cortocircuito non funziona, è necessario selezionare un diodo zener VD2 e un resistore R10. Questo completa la prima fase della configurazione. Nella seconda fase, installare il resistore R11 con quello mostrato in Fig. 2 resistenza e collegare un carico equivalente con una resistenza di 2,5 Ohm. Il resistore R20 viene temporaneamente commutato dal collettore del transistor VT8 al suo emettitore. Dopo aver acceso l'alimentazione, misurare la caduta di tensione sul resistore R11, sul carico e sulla sezione emettitore-collettore del transistor VT9. Dovrebbe essere rispettivamente 1,2, 15 e 1,5...2,5 V. Modificando la tensione all'uscita dell'alimentatore nel momento in cui il transistor VT9 entra in modalità saturazione, viene determinata la tensione di alimentazione minima richiesta del dispositivo. L'alimentatore (per aumentare l'efficienza è consigliabile utilizzarne uno switching), con il quale si prevede di utilizzare lo stabilizzatore SHI, andrebbe regolato a questa tensione, e poi collegato ad essa anziché a quello da laboratorio: la caduta di tensione tra gli elementi elencati dovrebbero rimanere gli stessi. La sua discrepanza indica una potenza insufficiente dell'alimentatore switching. Se la potenza dell'unità è sufficiente, ripristinare la connessione del resistore R20, invece del carico equivalente, collegare un carico reale e un amperometro da 5 A. Utilizzando il resistore R13, la corrente di carico viene impostata su 3 A, dopodiché l'amperometro può essere disattivato. Il dispositivo è pronto per l'uso. Autori: V. Zhukov, V. Kosenko, S. Kosenko, Voronezh
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