Главная > Обмен опытом > Импульсный стабилизирующий регулятор тока
(Дужий А. В., Новокузнецк)

      Большой популярностью пользуются тиристорные регуляторы напряжения, позволяющие регулировать яркость свечения настольных ламп и т.п. Множество подобных схем было опубликовано в литературе, но мне не встречались варианты со стабилизацией напряжения на нагрузке или тока через неё. Сеть у нас "грязная", и мерцание настольной лампы действует на нервы. Это подвигло меня на разработку стабилизирующего регулятора яркости её свечения. В тиристорном регуляторе напряжение на нагрузке можно стабилизировать вводом ОС по углу отпирания, т.е. подачей напряжения, пропорционального напряжению нагрузки, на вход задания СИФУ. При этом постоянная времени контура регулирования теоретически не может быть меньше одного полупериода питающего напряжения, а на практике будет много больше. Однако мерцания ламп накаливания становятся заметными для глаза уже на частоте пульсаций 50Гц. Следовательно, тиристорный стабилизатор не сможет полностью стабилизировать яркость лампы. Поэтому я выбрал широтно-импульсный стабилизатор. Обычно в таких схемах помимо ключа имеется сглаживающий дроссель и вентиль (в простейшем случае - диод), через который идёт ток дросселя при закрытом ключе. Однако в данном случае дроссель и диод не нужны, т.к. нагрузка чисто активная (нет ЭДС самоиндукции) и не требует строгого постоянства напряжения, достаточно лишь постоянства действующего значения напряжения. Следовательно, допустимо включить нагрузку последовательно с ключом без каких-либо дополнительных элементов. Далее встал вопрос о выборе параметра и элементов обратной связи. Необходима ОС по действующему значению напряжения. Простой и надёжный метод - использование в качестве параметра ОС самой яркости свечения лампы, измеряя её фотодатчиком. Но его размещение на настольной лампе связано с неудобствами (лишние провода) и его перегревом. Поэтому я решил включить последовательно с лампой низковольтную лампочку на примерно тот же ток, что и основная. Такой регулятор стабилизирует яркость низковольтной лампочки, что в установившемся режиме соответствует стабилизации тока. Инерционность нити накала маленькой лампочки меньше, поэтому стабилизатор должен компенсировать все заметные на глаз изменения яркости основной лампы. При включении на короткий момент к лампам прикладывается выпрямленное напряжение сети, что приводит к скачку тока, но длительность скачка мала вследствие малой инерционности маленькой лампочки. Этот скачок можно ликвидировать совсем, сформировав соответствующий переходной процесс в стабилизаторе (см. ниже).

Устройство и принцип работы.

Напряжение питания нагрузки (лампы HL2) выпрямляется диодным мостом VD1 и сглаживается конденсатором С7. С7 увеличивает коэффициент стабилизации (за счёт сглаживания) и диапазон регулирования (за счёт того, что выпрямленное значение напряжения превышает действующее). Как показала практика, без С7 стабилизация производится недостаточно качественно. Коммутация нагрузки осуществляется полевым транзистором с изолированным затвором (MOSFET) VT2. VT2 управляется распространённым и дешевым ШИМ-контроллером DA2 UC3842. С4R5 - времязадающая цепь, при данных номиналах частота переключения 40кГц (определяется по формуле f=1.72/(RC)). Вход FB DA2 является входом управления длительностью импульсов, на него заведена ОС с выхода ОУ DA1, включенного компаратором. R4 защищает DA2 от перегрузки по входу. DA1 сравнивает напряжение на фототранзисторе VT1, пропорциональное действующему значению тока через нагрузку, с опорным напряжением, снимаемым с движка переменного резистора R3. Фототранзистор VT1 крепится к лампе HL1, образуя с ней оптопару. Его можно было бы прекрепить и к основной лампе, исключив HL1, но это неудобно (лишние провода). Подстроечный резистора R1 позволяет отрегулировать ток через VT1. Когда яркость свечения HL1 (и, соответственно, ток через нагрузку) меньше заданного, сопротивление VT1 выше, чем в установившемся режиме, в следствии этого напряжение на неинвертирующем входе DA1 ниже, чем на инвертирующем, и на напряжение выходе DA1 близко к нулю. При этом DA2 увеличивает длительность импульсов до максимума. Когда яркость больше заданной, всё наоборот и DA2 уменьшает длительность импульсов до минимума. В установившемся режиме длительность импульсов поддерживается такой, чтобы напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах DA1 были равны. Таким образом, схема стабилизирует яркость HL1, а следовательно и ток через HL2. Схема питается от однополупериодного выпрямителя VD2-VD3 с балластным конденсатором С5, сглаживающим конденсатором С6 и параметрическим стабилизатором R7VD4. Конденсаторы С1 и С2 защищают DA1 от влияния помех по питанию, создаваемых DA2. В случае КЗ в цепи ламп HL1HL2 (может быть следствием перегорания HL2), максимальный ток через ключевой транзистор VT2 будет ограничен на уровне 1/R9. R9 является датчиком тока, при токе больше тока срабатывания защиты напряжение на входе CURSEN DA2 превысит 1В, и DA2 закроет VT2. Поскольку такая защита не отключает схему совсем, а только ограничивает ток через VT2, номинал R9 должен быть не менее 1/Iзи max. Рассеиваемая мощность R9 должна обеспечивать длительную работу в аварийном режиме без возгорания (P=1/R). Фильтр С8R8 отфильтровывает коммутационные выбросы напряжения, препятствуя ложному срабатыванию защиты.

Настройка

Настройка заключается в установке полного диапазона регулирования яркости, т.е. нужно установить R1 так, чтобы при вращении R3 яркость регулировалась от минимума до максимума. Если по краям диапазона будут слишком большие "мёртвые" зоны, можно включить резисторы между R3 и общим проводом, R3 и плюсом питания. Их номиналы выбрать исходя из измеренного сопротивления между движком и соответствующим выводом R3. При желании вышеупомянутый скачок тока при включении можно ликвидировать совсем, включив конденсатор (емкость - подобрать) между движком R3 и общим проводом. Тогда при включении он будет разряжен и напряжение на инвертирующем входе DA1 будет нулевым, на выходе DA1 - максимальным, длительность импульсов будет минимальной. По мере заряда этого конденсатора длительность импульсов выйдет на установившееся значение.

Конструкция.

Фототранзистор VT1 сделан из транзистора КТ203Б спиливанием его верхней крышки. Он крепится к лампе HL1 с помощью куска полихлорвиниловой трубки. Конденсаторы С6, С7 напаиваются непосредственно на выводы питания микросхем DA1, DA2 и на чертеже печатной платы не показаны. VT2 типа К1507 применён потому, что только он оказался под рукой. В качестве VT2 сгодится менее мощный N-канальный MOSFET, подходящий по структуре, напряжению и току сток-исток, например BUK444-600B, IRFUC20, и т.п. DA1 можно заменить на 1 из многочисленных аналогов и других ОУ с такой же цоколёвкой, например MC1741CP, К140УД6, К140УД7. DA2 заменяется на UC3842B.



Литература

1. UC2842/3/4/5 UC3842/3/4/5 currentmode PWM controller
http://chipinfo.ru/docs/STM/002250.pdf

2. UC2842B,UC3842B high performance currentmode controllers
http://chipinfo.ru/docs/MOT/003229.pdf

3. UC3842 application note
http://www-us.semiconductors.philips.com/acrobat/applicationnotes/AN1272.pdf


 Принципиальная схема импульсного стабилизатора

Если у вас возникли вопросы, вы можете обратится к автору: alexei-d@mail.ru




Радиолюбитель


Радиолюбитель Архив рассылки


секс бесплатно с блондой

Яндекс цитирования