Схема стабилизатора тока для гальваники

Схема стабилизатора тока для гальваники

СТАБИЛИЗАТОР ТОКА НА 10 А

Схемы стабилизаторов тока, в отличие от стабилизаторов напряжения, редко встречаются на страницах печати. Вместе с тем, на практике бывают случаи, когда требуется применение именно стабилизированного постоянного тока, например, при зарядке аккумуляторов, нанесении гальванических покрытий, в измерительной технике. Предлагаю простой и надежный стабилизатор тока с дистанционным включением и отключением.

Схема стабилизатора (рис.1) включает выпрямитель, стабилизатор тока на операционном усилителе, силовые ключи, узел индикации и измеритель тока.

Параметры стабилизатора:

Диапазон регулировки тока, А 0. 10,0

Сопротивление нагрузки, Ом 0. 1,3

Амплитудное значение

пульсаций тока (при 10 А), мА, не более 40

Напряжение на разомкнутых контактах, В 16

Напряжение со вторичной обмотки силового трансформатора Т1 выпрямляется мостом VD1. VD4 и фильтруется конденсатором С1. После соединения выходных клемм «1» и «2» с нагрузкой, образуется контур протекания тока — через регулирующий транзистор VT2, шунт RS1 и общий провод. Регулировка тока осуществляется изменением напряжения на не инвертирующем входе операционного усилителя DA1. На инвертирующий вход подается напряжение, выделяющееся на шунте RS1 при протекании тока. Разностное напряжение подается на составной транзистор VT1, VT2, и благодаря этому операционный усилитель поддерживает постоянное падение напряжения на RS1. При этом выходной ток устанавливается в соответствии с соотношением

где Un — падение напряжения на RS1.

Шунт RS1 используется также для измерения тока в цепи с помощью микроамперметра с пределом измерения 100 мкА. Напряжение, выделенное на шунте RS1, делится резисторами R2, R3, причем регулируя R3, можно установить такое соотношение, чтобы протекающему току в 10 А соответствовало отклонение стрелки на последнюю отметку шкалы измерительного прибора. В этом случае требуется минимальная переделка шкалы. Такое включение прибора позволяет не предъявлять высоких требований к точности изготовления шунта, что обычно вызывает трудности.

Схема на транзисторах VT3, VT4 служит для дистанционного включения тока. При нажатии на кнопку S2 «ИЗМ.» или замыкании контактов 1 и 3 разъема Х1 «ДУ», открывается ключ VT3 и закрывается VT4. При этом управление VT1 осуществляется от операционного усилителя. При снятии потенциала с базы VT3 транзистор VT4 открывается, через него база VT1 соединяется с общим проводом, и силовой транзистор VT4 оказывается запертым. Ток через нагрузку не течет. Это дает возможность осуществлять подключение нагрузки при обесточенных цепях, не выключая стабилизатор, а также управлять длительностью и моментом включения тока с помощью дистанционного пульта.

Точность установки тока можно повысить, применив готовый модуль измерителя с аналого-цифровым преобразователем и индикатором на жидких кристаллах. Фирма Falcon производит модули двух типоразмеров — DPM951 и DPM952, которые представляют собой готовый милливольтметр с широкими функциональными возможностями.

Схема стабилизатора тока с использованием модуля DPM951 приведена на рис.2, вид индикаторной панели и конструктивные размеры модулей — на рис.3 и в табл.1, назначение контактов входного разъема модулей — в табл.2, а параметры — в табл.3.

Подробную информацию об этих модулях можно найти в Internet www.trumeter.com. Приобрести модуль можно по почте за российские рубли, обратившись в представительство Conrad Electronic в г.С.-Петербурге (пр.М.Тореза, 118. Тел.(812)553-20-85). Кстати, они высылают прекрасно иллюстрированный цветной каталог по электронике (свыше 1200 стр.), где можно найти все необходимое, начиная от инструментов и радиокомпонентов импортного производства и заканчивая приборами и сложной бытовой электронной техникой. Модуль DPM951 или DPM952 под ключается вместо микроамперметра, но для его питания необходимо собрать стабилизированный источник +5 В. Проще всего это сделать с использованием интегрального стабилизатора КР142ЕН5. Так как ток потребления невелик,радиатор для него не требуется. Для питания стабилизатора нужно домотать еще одну обмотку на трансформаторе проводом ПВТЛ-0,12, количество витков — 10. Напряжение на этой обмотке при отключенной нагрузке должно быть порядка 7. 8 В. Схема стабилизатора дополнена узлом индикации тока, в котором используется незадействованный усилитель микросхемы К1401УД2.

Конструкция стабилизатора. Корпус стабилизатора — металлический, настольный. Габаритные размеры корпуса — 440х170х340 мм. Узел управления стабилизатором и стабилизированный источник собраны на печатных платах, а остальные детали соединены методом навесного монтажа. Монтаж силовых цепей следует выполнить проводом ПГВА-1.0. Для снижения нестабильности общую точку необходимо изготовить в виде изолированной стойки с луженой пластиной,к которой припаиваются необходимые проводники.

Трансформатор Т1 —типа ОСМ-0,4. Напряжение вторичной обмотки — порядка 13В. При изготовлении трансформатора все вторичные обмотки удаляются, и вместо них наматывается обмотка медной изолированной шиной сечением 1х6 мм. Количество витков — 18.

Шунт RS1 лучше всего изготовить из константановой полосы или проволоки сечением 2,5 мм 2. Сопротивление шунта должно быть 0,5 Ом ±20%. Можно также использовать резистор С5-43 0,47 Ом 100 Вт±10%. Все постоянные резисторы, за исключением RS1 — типа МЛТ-0,25. В качестве переменного резистора для регулировки тока использован СП1 1 кОм, а для настройки амперметра СП5-1В 150 Ом.

Транзистор VT2 ТК235-40 необходимо установить на радиатор с эффективной площадью не менее 350 см 2. Транзистор КТ819 полезно также снабдить небольшим радиатором. Силовые диоды —любые, на ток 10 А. Они оснащены теплоотводами из пластин дюралюминия толщиной 2,5. 4 мм размерами 20х3 мм.

Транзисторы КТ503Е можно заменить на ВС337-25, в крайнем случае, на КТ315А. Е. Вместо транзистора ТК235-40 можно использовать ТК235-32, ТК142-40 или ТК135-25.

Конденсатор фильтра обеспечивает амплитудное значение пульсаций выходного тока на заданном уровне. При некотором снижении требований емкость конденсатора можно уменьшить до 10 000 мкФ или использовать два конденсатора 4700 мкфх25 В, включенные параллельно.

Настройка. После проверки правильности монтажа схемы (рис.1) необходимо замкнуть перемычками контакты 1 и 3 разъема ДУ и выходные контакты «1» и «2». Подключив стабилизатор к сети переменного тока, проконтролировать зажигание сетевого индикатора. Изменяя ток регулятором, следует убедиться в возможности изменения показаний стрелочного прибора, но пока стрелочный прибор не настроен, увлекаться этим не следует.

Настройку измерительного прибора осуществляют резистором R3. Для этого к выходным клеммам вместо перемычки следует подключить образцовый амперметр и, установив регулятором ток 10 А по образцовому амперметру, отрегулировать стрелочный прибор РА1 с помощью R3 так, чтобы он показывал 10,0. Регулировку верхней границы тока осуществляют подбором резистора R7 и изменением сопротивления шунта. После подбора резистора R7 необходимо проконтролировать линейность регулировочной характеристики, и если она имеет участок, на котором ток при регулировке слабо меняется, уменьшить сопротивление шунта. После этих операций следует также подрегулировать R3.

Методика настройки стабилизатора с цифровым модулем остается такой же, но чтобы наиболее полно реализовать высокую точность измерений тока, в этом случае придется воспользоваться образцовым цифровым амперметром или цифровым милливольтметром со стандартным шунтом ШСМ75А 75 мВ (кл.0.2). В последнем случае потенциальные контакты стандартного шунта подключают ко входу прибора на пределе 10 мВ (20 мВ), а через токовые контакты пропускают ток. Показание 1 мВ будет соответствовать току 1 А. Затем резистором R3 подгоняются показания DPM, как и в первом случае.

После этого необходимо проверить работу схемы при дистанционном включении тока. Для этого снимают перемычку с разъема ДУ, при этом ток должен упасть до 0. В моей конструкции, кроме разъема ДУ, для включения тока предусмотрена кнопка S2, поскольку стабилизатор использовался совместно с цифровым вольтметром для контроля падения напряжения на участках измеряемых цепей. Для удобства вместо кнопки S2 можно установить тумблер.

Каталог радиолюбительских схем

В.Беседин, г.Тюмень, а/я 1310

В последнее время появилось большое количество аппаратуры, питаемой напряжением 3В (плейеры, радиоприемники, микрокалькуляторы и т.п.). Несмотря на небольшое количество гальванических элементов, используемых для питания такой аппаратуры, в стационарном положении все-таки выгоднее питать ее от сети.

Перепробовав несколько схем стабилизаторов, автор остановился на описанном в [1], модернизировав схему стабилизатора с учетом требования получения малого напряжения.

Рис. 1. Схема низковольтного стабилизатора

Стабилизатор (рис.1) выполнен в виде приставки к более высоковольтному блоку питания, например описанному в [2], но может являться и частью самостоятельного блока питания, для чего к стабилизатору необходимо добавить понижающий трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 5. 7 В. Можно использовать трансформаторы от старой ламповой аппаратуры с обмоткой накала ламп, выпрямительный диодный мост и емкостный сглаживающий фильтр (оксидные конденсаторы достаточной емкости — 2000. 5000 мкФ х 16. 25 В). При использовании малогабаритных деталей такой БП может быть размещен в небольшой коробке, прикрепленной к сетевой вилке (как сейчас модно).

Стабилизатор нечувствителен к коротким замыканиям, регулирующий транзистор может быть установлен на металлическом корпусе приставки без прокладки, т.е. корпус приставки является одновременно и «развернутым» радиатором. Недопустимо в этом случае касание корпуса приставки с корпусом БП [2], что приводит к замыканию коллектор-эмиттер регулирующего транзистора VT1; полное входное напряжение приставки поступает к низковольтной аппаратуре, питаемой через приставку.

Входное напряжение стабилизатора-приставки может быть в пределах 4,5. 13,5 В и даже выше, но нужен эффективный теплоотвод для регулирующего транзистора VT1. С увеличением входного напряжения падает КПД стабилизатора. Наивыгоднейший режим использования стабилизатора-приставки устанавливается тогда, когда он настроен под конкретное входное напряжение с шагом в 1,5 В, хотя может быть использован, с тем или иным успехом, во всем вышеуказанном диапазоне входных напряжении. Для примера рассмотрим настройку при входном напряжении 9 В.

В смонтированном стабилизаторе отпаиваем вывод стабилитрона VD1 от плюсовой шины. В разрыв включаем миллиамперметр с пределом 10. 30 мА, включаем источник входного напряжения 9 В и подбором сопротивления резистора R1 устанавливаем ток через стабилитрон VD1, равный 10 мА. Отключаем входное напряжение, восстанавливаем соединение.

Подключив к выходу стабилизатора резистор 3 Ом с мощностью рассеяния не менее 2 Вт, вновь подключаем источник входного напряжения 9 В. Параллельно нагрузочному резистору подключаем вольтметр постоянного тока с пределом 3. 6 В. Вращая движок подстроечного резистора R2, устанавливаем выходное напряжение стабилизатора равное 3 В. Отключая и подключая нагрузочный резистор, отмечаем изменение выходного напряжения. Если это изменение составляет более 0,35 В, необходимо при подключенном нагрузочном резисторе 3 Ом (лучше даже 2,7 Ом) как можно точнее подобрать значение сопротивления резистора R3 по максимальным показаниям вольтметра на выходе стабилизатора, т.е. поднять порог начала ограничения выходного напряжения стабилизатора. Все перепайки необходимо осуществлять при отключенном входном напряжении. Необходимо также проверить, не выходит ли стабилитрон VD1 из режима стабилизации напряжения при подключении нагрузки.

Убираем нагрузочный резистор, подключаем аппаратуру, которую необходимо питать напряжением 3 В, на вход стабилизатора-приставки, подключаем напряжение 9 В, на включенном аппарате устанавливаем точное значение напряжения питания 3 В при максимальном потребляемом аппаратом токе. Приставка, будучи подключенной непосредственно к гальваническим элементам, например типа 316, может регенерировать их, увеличивая срок службы. Гнезда аппаратуры для подключения внешнего питания обычно имеют контакты, разрывающие цепь батареи. Их нужно замкнуть. Увеличение напряжения на выходе приставки при сбросе нагрузки (выключении аппарата) создает избыток напряжения на гальванических элементах и этим самым — небольшой зарядный ток, при котором происходит регенерация элементов, однако последние не нагреваются [2]. В качестве регулирующего транзистора VT1 следует выбирать такой, который имеет меньшее напряжение насыщения при большем токе. VT2 должен иметь большой коэффициент усиления по току. В качестве диода VD2 можно использовать любой кремниевый или германиевый диод с максимальным прямым током не менее 100 мА.

Для улучшения сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на входе приставки можно включить оксидные конденсаторы, максимальная емкость которых не ограничена, т.е. чем больше, тем лучше. На выходе приставки увеличивать емкость более чем до 1000 мкФ не имеет смысла, тем более, что это замедляет время реакции на изменение нагрузки, при к.з. например. Площадь радиатора зависит от разницы между входным и выходным напряжениями и потребляемого радиоаппаратурой тока и может быть рассчитана по методике, приведенной например в [3]. Стабилизатор-приставка может быть настроен и на другое выходное напряжение, которое устанавливается R2. Если применить в качестве резистора R3 переменный на 220. 470 Ом, можно оперативно «выставлять» и порог начала ограничения выходного напряжения в зависимости от тока нагрузки, т.е. получается регулируемая защита по току.

РадиоЛюбитель, №11, 1995 г.

К нам пришло письмо:
Привет коллеге по увлечениям! Сайт интересный. Есть маленькое замечание по поводу статьи Беседина «Низковольтный стабилизатор». В своё время собирал исходную схему. Работала как танк!
Усовершенствование интересное, но отладку можно немного изменить. Для подбора R1(установка ток VD1) автор рекомендует отпайку VD1 и прямой замер его тока. Известно, что это не самое удачное решение, особенно для этой схемы, где проще рассчитать этот ток, чем измерять его. Замерив напряжение на VD1(R2) , вычисляем текущий через R2 ток (отбор тока составным тр-ром можно не учитывать ввиду его малости). Зная напряжение на R1, вычисляем текущий через него ток и вычитаем ток R2, получая в остатке ток VD1.
С уважением, Михаил.

Схема стабилизатора тока на полевом транзисторе

Для корректной функциональности многих электротехнических устройств необходимо поддержание определенных рабочих параметров сети питания. Выход напряжения за границы нормированного диапазона сопровождается ухудшением КПД. Импульсные помехи провоцируют сбои. Исправить ситуацию поможет стабилизатор тока на полевом транзисторе схема которого представлена в этой публикации.

Принцип стабилизации тока

Целевое назначение специальной схемы – регулирование источника питания в автоматическом режиме для поддержания стабильных параметров цепей нагрузки. Основной компонент – достаточно мощный полупроводниковый прибор, ограничитель силы тока на выходе блока питания.

Требования к управляющему элементу

Критерии выбора можно сформулировать, если известны параметры силы тока (ампер). Однако даже без конкретного технического задания несложно перечислить базовые требования:

• ток в контрольной цепи поддерживается с определенной точностью;
• следует компенсировать перепады потребляемой мощности;
• корректирующие изменения должны выполняться достаточно быстро;
• для автоматической настройки оптимального режима и улучшения защиты от помех нужна организация обратной связи.

Суть стабилизации

Для уточнения функциональности управляющего элемента необходимо отметить особенности типичной нагрузки. Интенсивность излучения светодиода, например, существенно зависит от температуры в процессе эксплуатации. Соответствующим образом изменяется мощность потребления. При увеличении тока уменьшается напряжение.

Важно! Если установить обратную связь (отрицательную), отмеченное изменение будет регулировать рабочий режим управляющего устройства. В частности, при увеличении напряжения между затвором и стоком полевого транзистора ток через исток уменьшается. Тем самым без иных дополнительных действий обеспечивается стабилизация выходных параметров источника.

Выбор схемы включения

На практике применяют разные инженерные решения. В частности, для подключения светодиодных светильников производители предлагают импульсные источники питания. Эти устройства выполняют свои функции с помощью частотного преобразования и модуляции сигнала. Для управления ключом устанавливают микросхемы. Для дозированного накопления энергии используют дроссель.

Для упрощения в данной статье рассмотрена линейная стабилизация. Устройства, созданные по этой схеме, не создают сильные электромагнитные помехи. В этом – главное отличие от импульсных аналогов.

Работа стабилизаторов тока

Минимальное количество функциональных элементов в схемах этой категории подразумевает разумную стоимость. При выборе такого варианта нетрудно изучить рабочие режимы, особенности настройки.

Особенности полевых структур

В радиотехнических приборах этого типа p-n переходы расположены особым образом. Для регулировки прохождения тока через центральный канал изменяются напряжение и соответствующее электромагнитное поле. Разницу потенциалов создают на стоке и затворе.

На рисунке показаны принципиальные отличия, по сравнению с биполярным транзистором. При использовании полевой структуры управляющий ток отсутствует, а входное сопротивление становится значительно больше. При такой схеме прибор потребляет минимум энергии, но не способен обеспечить усиление сигнала. Впрочем, для решения обозначенной задачи (стабилизации) увеличивать напряжение не нужно.

Принцип управления переходом

В области между зонами р типа формируется канал. Для прохождения тока создается разница потенциалов «сток-исток». Управляют переходом изменением напряжения «затвор-исток» – Uзи.

Устройство и работа полевого транзистора

Для изучения функциональности полевого транзистора можно рассмотреть две схемы подключения. В первом варианте соединяют исток и затвор проводником, выравнивая соответствующий потенциал: Uзи= 0. Повышением напряжения Uси (сток-исток) обеспечивают прохождение тока в рабочей зоне.

В показанном на рисунке состоянии прибор функционирует как типичный проводник. Специфическое название на графике «Омическая область» определяет зону пропорционального увеличения силы тока по мере увеличения разницы потенциалов. При переходе в режим насыщения количества свободных зарядов недостаточно для поддержания отмеченного изменения.

На этом рисунке канал прохождения зарядов сужают дополнительным источником питания, который уменьшает Uзи Полевые транзисторы в стабилизаторах тока

В идеальном примере источник питания обеспечивает стабильность тока, если электрическое сопротивление цепи нагрузки меняется от нуля (КЗ) до бесконечности. Однако в действительности рабочие параметры проводимости (напряжения) ограничены определенным диапазоном. Схема на полевом транзисторе с последовательным подключением к зарядному устройству, солнечной батарее или другому «реальному» источнику обеспечит поддержание тока в линии на заданном уровне.

Пример стабилизатора на полевом транзисторе

При создании радиотехнических устройств с применением ламп типовой анодный блок питания не обеспечивает необходимую стабильность выходных параметров. Добавление резистора в цепь увеличивает потери, не позволяет точно корректировать изменение мощности в нагрузке.

Своими руками несложно собрать этот стабилизатор тока на полевом транзисторе. С его помощью обеспечивается точность заданных параметров в диапазоне не более 6% от номинала.

Видео

Выпрямители для гальваники! Источники тока, блоки питания для гальваноосаждения! Выпрямительные агрегаты, cиловые преобразователи высокой мощности!

Выпрямители «UNIV» изготавливаются на высококачественной импортной элементной базе от ведущих производителей электронных компонентов, с использованием высоковольтных и сильноточных IGBT-модулей (силовая часть), управляемых регулятором с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), обеспечивающих высокий коэффициент мощности и высокий КПД преобразователя. Выпрямители обладают высокой надежностью, высокой эффективностью, имеют пониженный коэффициент пульсаций и обеспечивают высокую точность стабилизации выходных параметров.

В выпрямителях «UNIV» не закладывается аппаратный или программный алгоритм, приводящий к неработоспособности оборудования через определенный период работы! Выпрямители позволяют проводить длительную, непрерывную работу в режиме максимальной нагрузки (при соблюдении рабочих режимов эксплуатации).

☑ Гарантийный срок эксплуатации: не менее 10000 часов
☑ Ресурс работы выпрямителей: не менее 10 лет
☑ Гарантия на выпрямители: 2 года

▷ Использование импортной высококачественной элементной базы от ведущих европейских (”Infineon Tech”, ”АВВ”) и восточных («Delixy», “TRinno Tech”) производителей электронных компонентов!
▷ Изготовление выпрямителей с различным оснащением: реверсивное управление, включение/отключение по внешнему контакту («сухой контакт»), сенсорная HMI панель оператора, выносной пульт ДУ!
▷ Изготовление выпрямителей, источников тока (напряжения) с различными интерфейсами управления (аналоговый «4-20 мА» «токовая петля», цифровой «RS-485», промышленный протокол «Profinet»)!
▷ Возможность изготовления выпрямителей (силовых преобразователей), мощностью более 20 кВт, в пылезащищенном корпусе (IP54-IP65) с встроенным жидкостным охлаждением силовой части! !

▷ Возможность оснащения выпрямителей модулем для работы в режиме низкочастотной коммутации, с диапазоном последовательности импульсов от 0 до 200 Гц (для процессов анодирования титана)!
▷ Регулировка тока и напряжения от 0 до номинального значения, и возможность работы в режиме стабилизации, поддержании и регулировки тока, или в режиме стабилизации, поддержании и регулировки напряжения!
▷ Высокая эффективность (КПД) во всем рабочем диапазоне! Высокий коэффициент мощности! Отлаженный гарантийный и пост-гарантийный сервис! Гарантия на все производимое выпрямительное оборудование 2 года!

Выпрямители малой мощности (блоки питания для гальваники до 2 кВт)

Выпрямители 30А/12В.ВМ, 30А/12В.ВН, 50А/12В.ВМ, 70/12В.ВМ, 100А/12В.ВМ – высокочастотные импульсные источники постоянного тока (напряжения), обладающие широкими пределами регулировки. Выпрямители (блоки питания для гальваники) обладают высокой эффективностью (КПД), имеют низкий уровень пульсаций (оснащены 2S емкостно-индуктивным LC-фильтр защиты от ЭМП), пониженное энергопотребление и обеспечивают высокую точность поддержания выходных параметров. Выпрямители 30А/12В.ВМ, 30А/12В.ВН, 50А/12В.ВМ, 70/12В.ВМ, 100А/12В.ВМ изготавливаются c использованием модульных электронных схем, работающих по технологии быстродействующего ключа (IGBT), имеют одинаковый конструктив, близкие массогабаритные параметры и могут работать с изолированным выходом, и при заземлении клеммы любой полярности («плавающая земля»). Корпуса выпрямителей выполнены в виде компактных моноблоков со съемным сетевым шнуром питания.
Выпрямители 30А/12В.ВМ, 30А/12В.ВН, 50А/12В.ВМ, 70А/12В.ПМ, 100А/12В.ПМ имеют защиту электронной цепи от перегрузки по току и напряжению, автоматическую защиту от перегрева и защиту от внутрисхемного короткого замыкания. Выпрямители позволяют регулировать ток и напряжение от 0 до номинального значения, и работать в режиме стабилизации, поддержании и регулировки выходного тока (РТ), или в режиме стабилизации, поддержании и регулировки выходного напряжения (РН), с автоматическим переключением при изменении характера нагрузки.

Выпрямитель UNIV-30A/12В

UNIV-30A/12В.ПВМ
(базовое оснащение)
Стоимость 21500 Р

UNIV-30A/12В.ПВР
(с электронным реверсом)
Стоимость 26700 Р