Мощный стабилизатор тока: Схема мощного стабилизатора тока на 100

Схема мощного стабилизатора тока на 100

В литературе не часто можно встретить описания стабилизаторов тока на 100…200 А, однако в некоторых процессах (гальваника, сварка и др.) они необходимы. На первый взгляд, для стабилизации таких токов необходимы и соответствующие мощные транзисторы.

Вашему вниманию предлагается стабилизатор тока на 150 А (с плавной регулировкой от нуля до максимума), выполненный на обычных, широко распространенных транзисторах серии КТ827. Примененное схемотехническое решение позволяет легко увеличить или уменьшить максимальный стабилизируемый ток.

Принципиальная схема

Принципиальная схема предлагаемого стабилизатора тока изображена на рис. 1. Как видно, нагрузка включена несколько необычно — в разрыв провода, соединяющего отрицательный вывод диодного моста VD5…VD8 с общим проводом устройства.

Рис. 1. Принципиальная схема мощного стабилизатора тока 150А на транзисторах.

Все мощные транзисторы VT1. ..VT16 включены по схеме с общим коллектором, но каждый из них нагружен на свой уравнивающий резистор (R4…R19), также соединенный с общим проводом.

Таким образом, через подключенную к розетке XS1 нагрузку стабилизатора протекает суммарный ток всех 16 транзисторов. Ток через каждый из транзисторов VT1…VT16 выбран около 9 А, что значительно меньше предельно допустимого значения для транзисторов КТ827А…КТ827В. При падении напряжения на транзисторе 10… 11 В рассеиваемая мощность достигает 100 Вт.

Разброс параметров транзисторов и сопротивлений резисторов R4…RI9 не имеет значения, так как каждый транзистор управляется своим операционным усилителем.

Выходы ОУ DA1.1…DA8.2 через транзисторы VT17…VT32 соединены с базами транзисторов VT1…VT16, а напряжения обратных связей поданы на инвертирующие входы с эмиттеров соответствующих транзисторов. ОУ поддерживают на инвертирующих входах (и, соответственно, на эмиттерах транзисторов VT1…VT16) такие же напряжения, какие имеются у них на неинвертирующих входах.

На неинвертирующие входы всех ОУ подано стабильное управляющее напряжение с резистивного делителя R2, R3, подключенного к выходу интегрального стабилизатора DA11. При изменении управляющего напряжения изменяется ток через каждый из резисторов R4…R19 и, соответственно, через общую нагрузку, подключенную к розетке XS1. Питаются ОУ от стабилизатора, выполненного на микросхемах DA9, DA10 и транзисторе VT33.

Детали и конструкция

Вместо составных транзисторов КТ827А в стабилизаторе тока можно применить транзисторы этой серии с индексами Б, В, Г или комбинации из двух транзисторов соответствующей мощности (например, КТ315 + КТ819 с любыми буквенными индексами).

Сдвоенные ОУ КР140УД20 заменимы на К157УД2 или на одинарные ОУ КР140УД6, К140УД7, К140УД14 и им подобные, стабилизатор 78L05 – на КР142ЕН5А, КР142ЕН5В или 78М05, транзисторы КТ315Е — на КТ3102, КТ603, диоды Д200 – на Д160. Вместо трансформатора ТПП232 (Т1) допустимо применение ТПП234, ТПП253 или любого другого с двумя вторичными обмотками на напряжение 16. ..20 В.

Резистор R1 может быть любого типа, R2 желательно применить высокостабильный, например, С2-29. Для регулирования тока нагрузки был использован переменный резистор СП5-35А (с высокой разрешающей способностью), но можно, конечно, применить и любой другой, обеспечивающий требуемую точность установки тока.

Конденсатор C3 набран из десяти конденсаторов К50-32А, С4, С6 — К50-35, остальные — любого типа. Использовать в качестве C3 один конденсатор большой емкости нельзя, так как он будет сильно перегреваться из-за того, что его выводы не рассчитаны на такие большие токи (недостаточное сечение провода).

Сдвоенные ОУ DA1…DA8, транзисторы VT17…VT32, интегральный стабилизатор напряжения DA11, резисторы R2, R3 и конденсаторы С4…С7 монтируют на печатной плате, изготовленной по чертежу, показанному на рисунке 2.

Рис. 2. Печатная плата для мощного стабилизатора тока.

Транзисторы VT1-VT16 закрепляют на теплоотводах, способных рассеять не менее 100 Вт каждый. Все 16 теплоотводов собраны в батарею, для их охлаждения применены четыре вентилятора, что позволило включать стабилизатор тока на долговременную постоянную нагрузку. Если нагрузка будет кратковременной или импульсной, можно обойтись и теплоотводами меньших размеров.

Резисторы R4…R19 изготавливают из высокоомного (манганинового или константанового) провода диаметром 1…2 мм и закрепляют на теплоотводах соответствующих им транзисторов Для охлаждения диодов VD5…VD8 используют стандартные теплоотводы, рассчитанные на установку диодов Д200 (обдув их вентилятором не требуется).

Микросхему DA9 и транзистор VT33 размещают на небольших пластинчатых теплоотводах. При монтаже стабилизатора тока нужно учитывать, что через некоторые цепи будет течь ток 150 А, поэтому их необходимо выполнить проводом соответствующего сечения.

Вторичная обмотка трансформатора Т2 должна обеспечивать напряжение около 14 В при токе нагрузки 150 А (хорошо подходит сварочный трансформатор). Падение напряжения на сопротивлении нагрузки стабилизатора должно быть не более 10 В (остальное напряжение падает на транзисторах VT1. VT16 и резисторах R4…R19).

При большем падении напряжения на нагрузке придется повысить напряжение вторичной обмотки трансформатора Т2, однако в этом случае необходимо проследить, чтобы мощность рассеяния каждого из транзисторов не превысила максимально допустимую.

Налаживание

Налаживание собранного из исправных деталей устройства сводится к установке максимального стабилизируемого тока подбором резистора R2. Это удобно сделать временно заменив последний включенным реостатом подстроечным резистором сопротивлением 1,5 – 2 кОм.

Установив его движок в положение максимального сопротивления а движок резистора R3 в верхнее (по схеме) положение и включив последовательно с нагрузкой амперметр на ток 150-200А (или просто подсоединив его к гнездам розетки XS1) включают стабилизатор в сеть и, уменьшая сопротивление подстроенного резистора, добиваются отклонения стрелки амперметра до соответствующей отметки шкалы. Затем измеряют сопротивление введенной части подстроенного резистора и заменяют его постоянным ближайшего номинала.

При максимальном токе 150А напряжение на эмиттерах транзисторов VT1 – VT16 должно быть около 1,88В. Поэтому налаживание можно проводить и по напряжению на эмиттере какого-либо из этих транзисторов, хотя точность установки тока при этом будет небольшой из-за разброса сопротивлений резисторов R4-R19.

Если необходимо увеличить или уменьшить отдаваемый в нагрузку максимальный ток можно соответственно увеличить или уменьшить число транзисторов и ОУ.

Таким образом, на основе описанного стабилизатора можно создать значительно более мощный источник тока. Подключая нагрузку к стабилизатору тока, следует помнить, что на “земляном” проводе будет плюсовой выход стабилизатора.

И. Коротков.

Стабилизатор тока для светодиодов + схемы на транзисторе, с регулятором напряжения

На чтение 10 мин Просмотров 4.1к. Опубликовано 25.07.2022 Обновлено 25. 07.2022

Содержание

1. Как работает стабилизация по току
2. Обзор популярных схем
3. Импульсный стабилизатор для светодиодов
4. Стабилизатор на КРЕН
5. Стабилизатор тока на транзисторе
6. Стабилизаторы на микросхемах
7. Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Яркость свечения светодиода зависит от протекающего через него тока. Для получения стабильной яркости надо, чтобы ток через LED не менялся со временем, а для повышения долговечности полупроводникового прибора ток в любой ситуации не должен превышать номинального значения. По этим резонам для питания светодиодов применяют стабилизаторы тока, которые можно изготовить своими руками.

Как работает стабилизация по току

Получение стабильного (не зависящего от изменений нагрузки в заданных пределах) тока основано на законе Ома. Если ток в цепи упал, драйвер увеличивает выходное напряжение до восстановления уровня тока до заданного значения. Если ток увеличился, регулятор, наоборот, снижает напряжение. Для отслеживания уровня тока часто применяется обратная связь (например, замер падения напряжения на образцовом резисторе (шунте)).

Другой способ получить стабильный ток – запитать нагрузку от стабилизатора напряжения. Если сопротивление нагрузки останется неизменным, то и ток через нее не изменится.

Второй способ проще в реализации, но его эффективность ниже. Сопротивление цепочки светодиодов в процессе эксплуатации может меняться (например, в зависимости от температуры), при этом и яркость тоже не останется неизменной. Хотя это все равно лучше, чем отсутствие драйвера совсем.

Мнение эксперта

Панков Алексей

Инженер-электрик.

Специальность: Проектирование и монтаж изделий электротехники.

Задать вопрос

Другая проблема применения стабилизаторов напряжения для получения неизменной яркости состоит в крутой ВАХ светоизлучающих диодов. Небольшое изменение напряжения дает значительный прирост или снижение тока. Стабильность напряжения должна быть очень высокой.

Вольт-амперная характеристика светоизлучающего диода

Обзор популярных схем

Стабильный источник питания для LED (и другой нагрузки) можно собрать по разным схемам. Все зависит от требуемых характеристик и квалификации мастера.

Импульсный стабилизатор для светодиодов

Несложный, но мощный стабилизатор тока можно собрать на недорогой и доступной микросхеме 555 (NE555, КР1006ВИ1). Микросхема представляет собой таймер с двумя входами:

• по одному входу можно регулировать частоту импульсов;
• по второму – их длительность.

Таким способом можно организовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для регулирования и стабилизации яркости светодиодов. Метод ШИМ состоит в питании LED импульсами постоянного напряжения, постоянной частоты, но разной длительности. Чем больше длительность импульсов, тем выше средний ток через светоизлучающие диоды, а чем короче импульсы – тем ниже средний ток.

Принцип ШИМ-регулирования

Схема стабилизатора тока построена так, что частота следования импульсов на выходе остается постоянной, а длительность можно регулировать потенциометром. Если регулировка не нужна, можно вместо потенциометра впаять постоянный резистор нужного номинала. Частота следования импульсов практически не зависит от напряжения питания, а их размах – зависит. И это является недостатком схемы, потому что для стабильного свечения требуется стабильное входное напряжение.

Схема драйвера на таймер 555

Устройство питается от постоянного напряжения от 13,5 до 27 вольт (ограничения заданы диапазоном входного напряжения LM7812). Для питания пониженным напряжением надо удалить из схемы входной стабилизатор. Для питания повышенным – изменить схему стабилизации.

Стабилизатор на КРЕН

Популярные линейные интегральные стабилизаторы КРЕН (зарубежные аналоги – LM78XX, где XX – напряжение стабилизации) можно использовать для стабилизации тока в стандартном включении – путем получения стабильного напряжения. Но изменив включение микросхемы можно заставить ее стабилизировать ток.

Источник тока на КРЕН

Для стабилизации тока используется свойство микросхемы повышать уровень напряжения на выходе (вывод Out) если повышается уровень на выводе GND. Если ток в цепи по какой-либо причине уменьшается, то изменяется распределение Uвходного между нагрузкой и регулирующим элементом микросхемы. Напряжение на нагрузке увеличивается, и интегральный стабилизатор повышает напряжение на выходе, удерживая при этом ток стабильным.

Микросхему надо выбирать так, чтобы ее Uвых хватило для открывания цепочки светодиодов. Для одного LED хватит и КРЕН5А (LM7805). Для большего количества светодиодов надо применять стабилизатор с большим выходным уровнем, соответственно увеличивая напряжение питания. Резистор R1 задает ток в цепи по закону I=Vстаб/R1+i₀, где_:

• I — ток стабилизации, А;
• Vстаб – выходное напряжение микросхемы;
• R1 – сопротивление резистора, Ом;
• i₀ – ок покоя микросхемы, для большинства экземпляров около 8 мА.

Максимальный ток ограничивается возможностями микросхемы и не превышает 1 А, но для этого стабилизатор надо установить на радиаторе.

Окончательно выходной ток устанавливается подбором резистора R1 в процессе наладки.

Для нормальной работы микросхемы на входе надо установить оксидный конденсатор (на схеме не показан) так, чтобы длина проводников между КРЕН и конденсатором была не больше 7 см.

Окно онлайн-калькулятора

Для расчета параметров стабилизатора можно использовать онлайн-калькуляторы. Найти их можно в интернете.

Стабилизатор тока на транзисторе

Стабилизатор для светодиодов можно построить на биполярном транзисторе, включенном по схеме эмиттерного повторителя. Напряжение на базе стабилизировано стабилитроном VD, резистор R1 ограничивает ток через стабилитрон.

Схема стабилизатора на биполярном транзисторе

Если напряжение на базе транзистора неизменно, то оно неизменно и на эмиттере, а значит, стабилен и ток через R2. Так как ток коллектора практически совпадает с током эмиттера, то и ток через светоизлучающие диоды будет относительно неизменен.

Другой вариант схемы стабилизатора на транзисторе

Стабилитрон должен иметь как можно более низкое напряжение стабилизации, в противном случае будет теряться большая часть выходного уровня источника питания. Но низковольтный стабилитрон найти не так легко, поэтому хороший вариант – заменить его двумя (или более) обычными диодами в прямом включении.

Диоды задают напряжение на базе полупроводникового прибора, но надо учитывать, что примерно 0,6 вольта упадет на эмиттерном переходе транзистора. Поэтому диодов должно быть не меньше двух.

Еще один вариант схемы – использование в качестве источника опорного напряжения «программируемый стабилитрон» TL431. При включении, указанном на схеме, на эмиттере транзистора всегда будет 2,5 вольта, и ток в цепи коллектора будет равен Iколлектора=2,5/R2+Iбазы. Ток базы невелик, поэтому можно считать, что ток коллектора достаточно стабилен и задается резистором R2.

Недостатком этой схемы является зависимость тока от входного напряжения. Улучшить параметры можно получить, запитав схему стабильным напряжением, добавив стабилизатор, собранный, например, на КРЕН.

Лучшие характеристики имеет стабилизатор на полевом транзисторе.

Схема драйвера на мощном MOSFET

Преимущество такой схемы в том, что стабилизатор представляет собой двухполюсник и может быть легко подключен в любую существующую цепь. Ток задается резистором R1 и имеет сложную зависимость от сопротивления и характеристик полевого транзистора. Ток стабилизации придется подбирать экспериментально из-за большого разброса параметров полупроводниковых приборов – и это недостаток данной схемы.

Такой вариант – без резистора – является, пожалуй, оптимальной схемой драйвера светодиодных приборов системы освещения авто. В этой ситуации требует решения проблема стабильного напряжения (выбросы в бортсети намного уменьшают срок службы LED). Линейные стабилизаторы (LM7812) работают плохо. Для нормальной работы им нужно на входе не менее 14 вольт, а в бортовой сети такое напряжение бывает не всегда. Работа с пониженным же напряжением питания ведет к падению яркости свечения световых устройств. А в приведенной схеме эти недостатки минимизированы.

Стабилизаторы на микросхемах

Источник стабильного тока можно построить на операционном усилителе. Выходной каскад ОУ в большинстве случаев не рассчитан на подключение мощной нагрузки, поэтому к нему в качестве усилителя подключается мощный полевой или биполярный транзистор. Приведенная схема имеет особенность – нагрузка подключена к общему проводу. Во многих случаях это удобно.

Иной вариант схемы – когда нагрузка подключается к плюсу питания.

Другой вариант драйвера на ОУ

Для обеих вариантов характерен общий недостаток – ток в цепи нагрузки зависит от входного напряжения. В совокупности с другими минусами (необходимость организации цепей смещения ОУ или питание от двуполярного источника и т.п.) схемы получаются громоздкими и особого распространения не получили.

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Для регулировки тока можно постоянный резистор, задающий этот ток, заменить переменным. Например, в схеме с биполярным транзистором достаточно регулировать сопротивление в цепи эмиттера.

Недостаток такой регулировки – через потенциометр идет полный ток нагрузки. Место подвижного контакта будет со временем подгорать и переменный резистор выйдет из строя. Другое дело – схема на полевом транзисторе. В цепи стока ток практически отсутствует (реально он составляет десятки, максимум – сотни миллиампер). Поэтому на MOSFET можно построить регулируемый источник. Практическая реализация БП для LED приведена на рисунке. Схема дополнена защитой от сверхтока на биполярном транзисторе VT2.

Регулируемый источник тока на MOSFET IRF740

Можно построить регулятор, позволяющий добиться стабилизации как тока, так и напряжения, при этом обе величины можно регулировать. В этом случае устройство будет универсальным, позволяющим использовать его для питания различных наборов светоизлучающих диодов. Классическим вариантом служит стабилизатор на микросхеме TL494, представляющей собой контроллер ШИМ. Она имеет два канала для обратной связи, что позволяет организовать два канала стабилизации (для тока и для напряжения). На вывод 1 микросхемы поступает напряжение с выхода стабилизатора. Микросхема сравнивает его с опорным и дает команду на увеличение или уменьшение длительности открытого состояния ключей.

Схема импульсного стабилизатора на TL494

Для отслеживания тока последовательно с нагрузкой установлен шунт, напряжение с которого заводится на вывод 16, где оно также сравнивается с опорным уровнем. Накопительный дроссель намотан на двух склеенных желтых кольцах проводом толщиной 1 мм. Напряжение регулируется потенциометром R13, а ток – R5. Ключевые транзисторы надо установить на радиатор.

Конструкция дросселя

Сделать драйвер для светодиодного светильника несложно. Надо только выбрать схему в рамках своей квалификации, и LED прослужат намного дольше. Хотя среди рассмотренных вариантов сложных нет – если нужно сложное устройство с большим количеством регулировок, защит и т.п., проще купить готовую плату.

Стабилизаторы напряжения | Энердор | Фильтры электромагнитных помех и фильтры радиопомех

Если вы хотите защитить оборудование от колебаний напряжения, стабилизатор напряжения станет идеальным решением. Он не только регулирует подачу напряжения, но и обеспечивает защиту от скачков и скачков напряжения, которые могут повредить оборудование.

В дополнение к защитным устройствам, стабилизаторы напряжения также повышают свою эффективность, обеспечивая работу при надлежащем уровне напряжения. Инвестируя в стабилизатор напряжения, вы можете продлить срок службы вашего оборудования и сэкономить деньги на ремонте и замене.

Enedoor предлагает ряд стабилизаторов напряжения, подходящих для каждой отрасли, и мы предлагаем множество моделей, соответствующих вашим конкретным потребностям и бюджету. Доверьте нам защиту вашего оборудования и обеспечение стабильного электропитания с помощью наших высококачественных стабилизаторов напряжения.

Что такое стабилизатор напряжения?

Это электрическое устройство, которое подает постоянное напряжение   на нагрузку на своих выходных клеммах, независимо от изменений входного или входного напряжения питания. Он защищает оборудование или механизмы от перенапряжения, пониженного напряжения и других скачков напряжения. Они часто используются для дорогостоящего и дорогостоящего электрического оборудования, чтобы защитить его от вредных колебаний высокого/низкого напряжения, и идеально подходят для промышленного и автоматизированного оборудования.

Электрооборудование рассчитано на широкий диапазон входного напряжения. В зависимости от чувствительности рабочий диапазон оборудования ограничен определенным значением, например, одно оборудование может выдерживать ± 10 процентов от номинального напряжения, в то время как другое может выдерживать только ± 5 процентов или меньше.

Высококачественные стабилизаторы напряжения

Enerdoor специализируется на однофазных и трехфазных стабилизаторах напряжения, которые регулируют напряжение с помощью ряда трансформаторов. Статическая схема управления приводит в действие регулируемый автотрансформатор, который подает требуемое напряжение на последовательный трансформатор, чтобы довести сеть до номинального значения.

Стабилизаторы трехфазные выпускаются в двух исполнениях:
Модели FINSTT и FINSTC выполняют регулирование напряжения в среднем по трем фазам и подходят для линий со сбалансированным напряжением и при асимметрии между фазами до 50%. Эти модели оснащены одной стабилизирующей цепью для обеспечения общего регулирования трехфазной сети и могут подключаться к вводной сети без нейтрали.

Модели FINSTTY и FINSTCY оснащены одной стабилизирующей цепью на каждую фазу и подходят для несимметричных сетей с максимальной асимметрией между фазами до 100%. Для корректной работы входная линия должна быть трехфазной + нейтраль. Регуляторы напряжения не преобразуют напряжение и поэтому имеют такое же выходное напряжение, как и входное. Если входное и выходное напряжения различаются, требуется дополнительный разделительный трансформатор или автотрансформатор.

Преимущества стабилизаторов напряжения Enerdoor:

• Защищает электрооборудование от вредных колебаний высокого/низкого напряжения
• При полной нагрузке диапазон КПД составляет от 96 % для небольших моделей до 98 % для более крупных агрегатов
• Усовершенствованная электронная схема управления обеспечивает быструю реакцию от 11 до 50 мс/В
• Даже при сильных гармонических искажениях обеспечивает истинное среднеквадратичное значение напряжения
• Правильно работает при максимальной температуре окружающей среды 40°C
• При установке в уже существующие системы не требует новых расчетов для защиты

Чтобы загрузить каталог стабилизаторов напряжения, нажмите здесь.