SHI電流スタビライザー。スキーム、説明

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SHI-電流スタビライザー

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この記事で説明するデバイスは、負荷に安定した電流 (平均値) を供給します。その出力電流は、振幅が一定でデューティサイクルが可変のパルスです。著者らによると、このような装置は、たとえばバッテリーの充電や電気化学に使用できるという。

現在、パルススタビライザは、その高効率と最適な重量とサイズ特性により、線形制御デバイスに取って代わりつつあります。負荷の電圧と電力を調整する効果的な方法の XNUMX つは、パルスの周波数は変化しないが、デューティサイクルが変化する場合のパルス幅 (PW) 制御です。これは、最新のテレビ受信機やその他の機器を含む、ほとんどのスイッチング電源で出力電圧が調整される方法です。それにもかかわらず、亜鉛メッキや電気分解のプロセスを制御するとき、および自動車のバッテリーを充電するとき、受像管や照明装置の白熱フィラメント（ヒーター）など、負荷の電圧ではなく電流を安定させる必要がある装置があります。

説明した SHI 電流スタビライザを使用すると、リストされた問題を解決できます。

SHI-電流スタビライザー

主な技術的パラメータ

入力電圧、V ...... 17 ... 18
出力電流の平均値 A …… 3
スイッチングインパルスの周波数、Hz ...... 200
短絡に対する保護の動作電流、A ...... 20

このようなスタビライザーの動作原理、その機能図を図に示します。 1、非常にシンプルです。

直流発電機Ｇ１は、測定素子Ｅ１およびスイッチＳ１を介して負荷Ｒнに接続されている。スイッチはパルス幅ドライバー E1 によって制御されます。シェーパ (したがってスイッチ) をオンにする信号は、パルス発生器 G1 によって生成されます。必要な出力電流値に達すると、測定素子 E1 からの信号がアンプ A2 を介してドライバー E2 に作用し、スイッチがオフになります。ジェネレーター G1 はパルス周波数を制御し、シェーパー E1 はそのデューティサイクルを制御します。したがって、スイッチングパルスのデューティサイクルを変更することにより、負荷回路の出力電流の平均値を調整することが可能です。

図からわかるように。図１に示すように、SHI電流スタビライザは1つの要素のみで構成されています。しかし、いくつかのサービス機能（負荷回路の短絡に対する保護、動作モードおよび緊急モードの表示）が必要なため、装置が多少複雑になります（図2）。

（クリックして拡大）

入力電圧のパルスノイズはフィルタコンデンサC1により平滑化されます。入力電圧が DD1 マイクロ回路に電力を供給するための許容電圧を超えているため、抵抗 R22 とツェナーダイオード VD1 が必要な電圧を生成し、さらにコンデンサ C2 と C3 によってフィルタリングされます。単接合トランジスタ VT1 をベースにした発生器は、約 200 Hz の繰り返し周波数を持つ指数関数的な形状のパルスを生成します (図 3、図 1)。パルス周波数は、抵抗 R1 の抵抗値を変更するだけでなく、抵抗 R4、コンデンサ C2 を選択することによって調整できます。トランジスタ VT2、VT3 は、これらのパルスの急峻な立ち上がりと立ち下がりを形成し、その振幅をマイクロ回路の電源電圧 (図 3、図 2) に近づけて、トリガー (DD1 マイクロ回路の入力 S1 および R1) を制御します。電源電圧がオンになると、S5、S1、S1の入力に供給されるC3L4回路によって短時間遅延されたパルスがトリガーされ、出力1、3、4がハイレベルになり、トランジスタVT7が閉じます。、開いたトランジスタＶＴ８は抵抗器Ｒ２０を介してトランジスタＶＴ９の二次電源ベースの負極に接続される。電源からの電流が回路、つまり測定抵抗 R8、トランジスタ VT20、負荷を流れ始めます。

コンデンサ C4 を充電した後、入力 S1 の発電機からの最初のパルスはトリガー (S1-R1) の状態を変更せず、マイクロ回路の出力 1 は High のままです。負荷電流によって測定抵抗器 R11 の両端に電圧降下が生じ、この電圧降下が抵抗器 R12、R13 を介して、コンデンサ C6 によって分路されたトランジスタ VT5 のエミッタ接合に印加されます。その根元の電圧波形を図に示します。図3の図3。最初の瞬間、コンデンサは放電され、トランジスタVT5が閉じます。充電開始後しばらくすると、トランジスタ VT5 のエミッタ接合の電圧が開度レベルに達します。コンデンサ C6 が放電されます。電圧パルスは抵抗器R9で形成され、したがってマイクロ回路DD1の入力R1で形成されます（図3、図4）。出力 1 が Low に設定され、トランジスタ VT7 がトランジスタ VT9 のエミッタ接合を開閉します。負荷を流れる電流が停止します。トランジスタ VT1 上のジェネレータから次のパルスが到着すると、プロセスが繰り返されます。トリミング抵抗器 R13 は、トランジスタ VT5 の開放モーメントを変更し、その結果、負荷電流の平均値を調整します。負荷電流のパルス形状は図に示されています。 3、図 5。選択された出力電流の振幅値は 6 A であるため、デューティサイクル 2 のパルス電流の場合、その平均値は 3 A に調整する必要があります。

電流の安定化は次のように行われます。負荷抵抗が減少すると、出力電流が増加します。これにより、測定抵抗器 R11 の両端の電圧降下が増加し、トランジスタ VT5 がより早く開き、出力電流パルスの持続時間が減少します。その結果、負荷電流の平均値は 3 A で一定に保たれます。同様に、デバイスの入力における電源電圧の増加によって出力電流が増加すると、安定化が起こります。電源電圧の低下または負荷抵抗の増加により負荷電流の振幅値が減少すると、電流パルスのデューティサイクルは減少しますが、その平均値は変わりません。

負荷の短絡からスタビライザーを保護する機能は、トランジスタ VT4 のユニットによって実行されます。出力電流が 20 A に増加すると、抵抗 R11 の両端の電圧降下はツェナーダイオード VD2 をオンにするのに十分になります。開いたトランジスタ VT4 は抵抗 R14 に電圧パルスを形成し、DD3 マイクロ回路の入力 R4、R1 に供給されます。コンデンサ C7 とシャント抵抗 R14 は、保護回路のインパルスノイズを弱めます。マイクロ回路の出力 3 にローレベルが現れます。以前に開いていたトランジスタ VT8 が閉じ、トランジスタ VT9 のベース電流の通過がなくなります。マイクロ回路の S1 入力における後続のパルスにより、出力 1 のハイレベルとトランジスタ VT7 の閉状態が固定されるため、トランジスタ VT9 は閉状態のままになります。負荷の電流は停止し、スタビライザがオフになってから再びオンになった後にのみ可能になります。

マイクロ回路S3、S4とR3、R4の入力はペアで結合されているため、その出力3と4には8と4の信号が同期して現れます。トランジスタ VT1 のオープン状態は、出力 1 のハイレベルに対応します。 LED HL18 が消灯しています。保護が作動すると、回路 HLXNUMX、RXNUMX に電流が流れ、LED が緊急モードを知らせます。

動作モードを示すために、トランジスタ VT6 が使用されます。電流はそのコレクタ回路、つまり直列接続された電流制限抵抗 R21 と LED HL2 を流れ、その輝きは負荷電流の流れを示します。

電流スタビライザーは一定の MLT 抵抗を使用します。調整抵抗 R2 および R13 - SP3-38b。抵抗器 R11 は、自家製の巻線抵抗器または少なくとも 4 W の電力を持つ工場製抵抗器のいずれかです。コンデンサ C2 は K50-35、残りはセラミック K10-17-1b で、KM、KLS などに置き換えることができます。チョーク L1 は高周波 - 0,2 ～ 60 μH のインダクタンスを持つ DM-200 です。ツェナーダイオード VD1 - 安定化電圧 12 ～ 14 V のいずれか。発光色が赤色の HL1 LED: AL307A、AL307AM、AL307B、AL307BM または AL102 シリーズ、および HL2 LED - 緑色または黄色を選択することをお勧めします。：AL307V～AL307E。ピンセットを使用してピンを事前に形成しておけば、K561TP2 マイクロ回路の代わりに K564TP2 を取り付けることができます。ユニジャンクショントランジスタ - KT117 任意の文字インデックス付き。極端な場合には、構造の異なる 208 つの低電力シリコントランジスタのよく知られた類似物で置き換えることもできます。トランジスタ KT312A および KT361V は、任意の文字インデックスを持つ、それぞれ KT3107、KT315、および KT3102、KT825 シリーズのデバイスと交換可能です。ゲインに基づいてトランジスタを選択する必要はありません。強力な複合トランジスタ KT3 にも任意のインデックスを設定できますが、それらが複数ある場合は、測定後にコレクタ電流 6 ～ XNUMX A で飽和電圧が最も低いコレクタ - エミッタを選択することをお勧めします。

KT825 トランジスタを除くすべての要素は、厚さ 1 ～ 1,5 mm、寸法 80x45 mm の片面箔ガラス繊維ラミネートで作られたプリント基板に実装されています。 KT825 トランジスタは、冷却面が約 200 cm2 のヒートシンク上に取り付けられています。

デバイスをセットアップするには、許容電流が少なくとも 10 A の強力な実験用電源 (B5-21 など) が必要です。負荷に電流 I = 6 A が流れると、周囲の空気 (溶液) の温度と溶液の濃度に応じて、その両端の電圧が 15 V 以上に達すると仮定します。オームの法則から、等価負荷抵抗 R = U/I = 2,5 オームを計算するのは簡単です。抵抗器の電力 P = I ( U = 90 W。この条件は、25 オームの抵抗を持つ 10 つの並列接続された PEVT-2 抵抗器によって満たされます。大電流によるデバイス素子の損傷を避けるために、取り付けは 100 段階で実行する必要があります。最初のステップでは、等価負荷 (抵抗 150 オームの MLT-11 抵抗器) を接続します。この場合の負荷電流は約 1 mA になります。測定抵抗 R6,8 の両端に約 0,25 V の電圧降下を生じさせるには、その抵抗は XNUMX オーム、電力 - XNUMX W に等しく選択する必要があります。

計算された要素 (R11=6,8 オーム、Rн=100 オーム) を接続した後、セットアップの最初の段階が始まります。電源を入れ、ツェナーダイオード VD1 の電圧を測定します (12 ～ 14 V であるはずです)。オシロスコープを使用して、トランジスタ VT2 に基づいてパルスを監視します。必要に応じて、抵抗 R2 がパルスの繰り返し周期 T = 5 ms を調整します。。トランジスタ VT2 と VT3 のコレクタに増幅されたパルスがない場合は、抵抗 R5 を選択する必要があります。次に、トランジスタ VT5 のコレクタ上のパルスが制御され、制御間隔は抵抗 R13 によって決定されます。オシロスコープを使用して、等価負荷上の電流パルスの存在と形状をチェックします。抵抗器 R13 が方形波パルスの形状を設定し、HL2 の「動作」LED が点灯します。電源からの電圧を変更すると、それに応じてパルスのデューティサイクルも変更されるはずです。簡単に説明すると、18 オームの抵抗をもつ抵抗器を使用して、負荷と同等のものをバイパスします (このような負荷は、出力回路に 0,6 A の電流を生成し、それに対応して測定抵抗器の両端に 4 V の電圧降下が発生します。これは、 11Aの電流で0,2オームの抵抗を有する抵抗器R20の両端の電圧降下）。負荷のパルスが消え、HL1「アラーム」LED が点灯します。電源をオフにして再度オンにすると、デバイスは通常の動作に戻ります。短絡保護が機能しない場合は、ツェナーダイオード VD2 と抵抗 R10 を選択する必要があります。これでセットアップの最初の段階が完了します。

11段目では、図に示す抵抗R2を取り付けます。 2,5 つの抵抗を接続し、20 オームの抵抗を持つ等価負荷を接続します。抵抗器 R8 は一時的にトランジスタ VT11 のコレクタからエミッタに切り替わります。電源をオンにした後、抵抗 R9、負荷、およびトランジスタ VT1,2 のエミッタ - コレクタセクションの電圧降下を測定します。それぞれ 15、1,5、2,5 ～ 9 V である必要があります。トランジスタ VT20 が飽和モードに入った瞬間に電源の出力の電圧を変更することによって、デバイスに必要な最小電源電圧が決まります。 SHI スタビライザーを使用する電源 (効率を上げるには、スイッチング電源を使用することをお勧めします) をこの電圧に調整し、実験室用の代わりにそれに接続する必要があります。リストされた要素全体で同じままにする必要があります。この不一致は、スイッチング電源の電力が不足していることを示しています。ユニットの電力が十分である場合は、負荷等価の代わりに抵抗 R5 の接続を元に戻し、実際の負荷と 13 A の電流計を接続します。抵抗 R3 を使用して、負荷電流は XNUMX A に設定され、その後電流計が測定されます。オフにすることができます。デバイスは使用する準備ができています。

著者：V.Zhukov、V.Kosenko、S.Kosenko、Voronezh

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