Программируемый стабилизатор тока

УДК 681.7.068

Программируемый Стабилизатор тока

Ивашко О. М.

Научный руководитель – МИХАЛЬЦЕВИЧ Г. А.

Стабилизаторы тока (СТ) применяются для поддержания на номинальном или заданном уровне тока заряда аккумуляторных батарей, стабилизации качества гальванических технологических процессов при металлизации поверхности и уменьшении шероховатости металлических изделий, стабилизации тока возбуждения датчика Холла и в других местах, где требуется, чтобы проходящий ток был стабильным с заданной точностью [1].

Бывают СТ параметрические и компенсационные. Параметрические СТ стабилизируют ток благодаря тому, что ток коллектора биполярного транзистора или ток стока полевого транзистора изменяется в небольших пределах при стабильном соответственно токе базы или напряжении исток-затвор при изменении в широких пределах напряжения соответственно на коллекторе или стоке. Компенсационные СТ состоят из усилителя ошибки, регулирующего элемента, резистора тока, включённого последовательно с нагрузкой и источника опорного напряжения (ИОН). Напряжение на токовом резисторе сравнивается с ИОН. Усиленный сигнал ошибки сравнения управляет степенью открытия регулирующего элемента, таким образом, чтобы ток оставался на прежнем уровне в пределах возможностей СТ. В качестве ИОН чаще всего используют параметрический стабилизатор, состоящий из последовательно соединенных резистора или параметрического СТ и стабилитрона или стабистора. Стабилитрон лучше выбрать на небольшое (3,3…9,6 В) напряжение, чтобы резистор тока можно было использовать с меньшей допустимой мощностью. При этом стабилитрон надо выбирать с небольшим температурным коэффициентом напряжения (т.к.н.), то есть стабилитрон желательно выбирать прецизионный (КС196Г, Д818Е, КС191Р) или стабилизировать температуру его корпуса. Стабистор отличается от стабилитрона тем, что рабочей у него является прямая ветвь вольтамперной характеристики, а не обратная как у стабилитрона и минимально возможное напряжение стабилизации у него меньше, чем у стабилитрона. Так, например, стабисторы 2С107А и 7ГЕ1А-С имеют номинальное напряжение стабилизации, соответственно, всего 0,7 и 0,72 В, а известный стабилитрон с минимальным напряжением КС133А – 3,3 В. Усилитель ошибки может быть выполнен на транзисторе, но лучшая стабильность тока получается, если он выполнен на операционном усилителе (ОУ), имеющем большой коэффициент усиления по напряжению (10⁴…10⁶) и минимальный дрейф нуля. В основном, дрейф нуля на выходе у ОУ с биполярными транзисторами на входе меньше, чем с полевыми транзисторами. В качестве регулирующего элемента можно использовать мощный биполярный или полевой транзистор. Конечно, мощность транзистора зависит от проходящего через него тока и падения напряжения между коллектором и эмиттером в биполярном транзисторе и истоком и стоком в полевом.

Максимально достижимые технические характеристики у компенсационного СТ гораздо лучше, чем у параметрического, по крайней мере, по стабильности его выходного тока от температуры.

Промышленностью выпускается множество разновидностей стационарных и переносных блоков питания с возможностью стабилизировать как выходной ток, так и выходное напряжение, но конечно не одновременно. Так, например, в импульсном блоке питания Б5-47 ток защиты стабилизирован и может регулироваться с помощью ступенчатого переключателя в широких пределах. Недостатком импульсных СТ является

Рисунок 1. Электрическая схема программируемого стабилизатора тока сравнительно большой уровень импульсных помех в выходном токе, что во многих случаях ограничивает их применение.

Электрическая схема разработанного программируемого стабилизатора тока изображена на рисунке 1.

Программируемый стабилизатор тока предназначен для подачи трех стабильных импульсов тока заданной величины в три обмотки испытываемого трехфазного электродвигателя.

Стабилизатор тока состоит из усилителя ошибки на операционном усилителе DA3, внутреннего источника опорного напряжения (ИОН), собранного на микросхеме-стабилизаторе DA1 и резисторах R3 и R4, резистора тока R10, коммутатора внешнего программируемого источника опорного напряжения, собранного на микросхеме-коммутаторе DA2, коммутатора включения внешних силовых транзисторов VT1…VT3, собранного на микросхеме-коммутаторе DA4, и трех оптронов U1…U3, для осуществления гальванической развязки цепей управления микросхемы-коммутатора DA4 от выходов блока управления длительностью работы и порядком включения силовых транзисторов VT1…VT3.

Заданная величина тока, пропорциональная величине внутреннего ИОН или внешнего, поступающее через коммутатор на микросхеме DA2, на неинвертирующий вход микросхемы DA3 (вывод 3) сравнивается с падением напряжения, поступающим на инвертирующий вход микросхемы DA3 (вывод 2) с токового резистора R10. Усиленный сигнал ошибки с выхода микросхемы DA3 (вывод 6) в противофазе поступает на один из затворов полевых транзисторов VT1…VT3, задаваемых включенным положением коммутатора на микросхеме DA4, таким образом, чтобы величина тока на выходе стабилизатора тока, т.е. на одном из трех стоков транзисторов VT1…VT3, оставалась в заданных пределах.

Схема установки, в которой использован разработанный программируемый стабилизатор тока, показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Электрическая схема установки

А1 – 1-ая плата согласования; А2 – плата стабилизатора тока; А3 – 2-ая плата согласования;

БОС – блок обработки сигналов; ПК – персональный компьютер; АД – трёхфазный асинхронный электродвигатель

Она состоит из блока обработки сигнала БОС, персонального компьютера ПК, 1-ой платы согласования А1, обеспечивающей преобразование цифровых выходных сигналов ПК в аналоговые, необходимые для управления платой стабилизатора тока А2, платы стабилизатора тока А2, силовых транзисторов VT1…VT3, подключенных своими затворами и истоками к трём выходам стабилизатора тока А2, а стоками ко второй плате согласования А3, на которой размещены последовательно с ними соединенные защитные диоды VD1…VD3, конденсаторы C1…C3 и резисторы R1 и R2, и трёх испытываемых обмоток электродвигателя АД. Конденсаторы C1…C3 (плата А3) и три испытываемые обмотки электродвигателя АД представляют собой 3-и резонансных контура, в которых под действием импульсов тока, поступающих с анодов диодов VD1…VD3, возникают затухающие колебания.

Наблюдение затухающих колебаний в резонансных контурах осуществляется с помощью внешнего монитора, подключенного к компьютеру, запрограммированного работать в виде трехканального виртуального осциллографа. Своим входом он соединён, с помощью соединительного кабеля, к выходам блока БОС.

С помощью блоков БОС и ПК задаётся частота, длительность работы и величина тока. Частота должна быть такой, чтобы колебательный затухающий процесс в одной обмотке электродвигателя был практически завершенным перед началом следующего.

Более подробно работа на подобной установке пояснена в работе [2].

ЛИТЕРАТУРА

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники / Издание 3-е стереотипное // Пер. с английского под ред. М.В. Гальперина.– Москва, 1986.– Т1.– С. 325–360.

2. Михальцевич Г.А., Ивашко О.М. Приставка к персональному компьютеру для проверки исправности электродвигателей с блоком обработки сигналов. Актуальные проблемы энергетики // Материалы 63-й научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов.– Мн.: БНТУ-2007.– С. 305–308.