SHI 电流稳定器。方案、说明

SHI-电流稳定器

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本文讨论的器件为负载提供稳定的电流（平均值）。其输出电流是具有恒定幅度和可变占空比的脉冲。据作者介绍，此类设备可用于例如电池充电和电化学。

目前，脉冲稳定器由于其高效率和最佳的重量和尺寸指标，正在取代线性控制装置。调节负载电压和功率的有效方法之一是脉冲宽度 (PW) 控制，即脉冲频率保持不变，但占空比变化。这就是大多数开关电源（包括最现代的电视接收器和其他设备）中输出电压的调节方式。然而，在控制电镀和电解过程以及为汽车电池充电时，有些设备需要稳定的不是电压，而是负载中的电流 - 显像管和照明灯具中的灯丝（加热器）。

所描述的SHI电流稳定器可以用于解决上述问题。

SHI-电流稳定器

主要技术参数

输入电压，V......17...18
输出电流的平均值，A ...... 3
开关脉冲频率，Hz......200
短路保护动作电流，A......20

这种稳定器的工作原理，其功能图如图1所示。 XNUMX非常简单。

直流发电机G1通过测量元件E1和开关S1连接到负载R2。换向器由脉冲宽度整形器 E2 控制。整形器（以及开关）的开启信号由脉冲发生器 G1 生成。当达到所需的输出电流值时，来自测量元件E1的信号通过放大器A2作用于整形器E2，从而关闭开关。发生器 G2 控制脉冲的频率，整形器 EXNUMX 控制其占空比。因此，通过改变开关脉冲的占空比，可以调节负载电路中输出电流的平均值。

从图中可以看出。 1、SHI电流稳定器仅由五个元件组成。但对某些服务功能（负载电路短路保护、运行模式和紧急模式指示）的需求使设备变得有些复杂（图 2）。

（点击放大）

输入电压的脉冲噪声由滤波电容C1平滑。由于输入电压超过了DD1微电路允许的电源电压，电阻R22和稳压二极管VD1形成所需的电压，该电压还经过电容器C2和C3滤波。单结晶体管发生器 VT1 生成重复率约为 200 Hz 的指数脉冲（图 3，图 1）。脉冲频率可以通过选择电阻R1、电容C4以及改变电阻R2的阻值来调节。晶体管 VT2、VT3 形成这些脉冲的更陡峭的上升和下降，并将其幅度带到微电路的电源电压（图 3，图 2）以控制触发器（DD1 微电路的输入 S1 和 R1）。由于当电源电压接通时，经C5L1电路短时间延迟后提供给触发器的输入端S1、S3、S4的脉冲在它们的输出端1、3、4上设置为高电平，晶体管VT7闭合，开路的晶体管VT8通过电阻R20将晶体管VT9的基极连接到辅助电源的负极。来自电源的电流开始流经电路：测量电阻R11、晶体管VT9、负载。

对电容器C4充电后，输入端S1处的发生器发出的第一个脉冲不会改变触发器（S1-R1）的状态，微电路的输出端1保持高电平。负载电流在测量电阻器 R11 上产生电压降，该电压降通过电阻器 R12、R13 施加到与电容器 C6 并联的晶体管 VT5 的发射极结。其底部的电压波形如图 3 所示。 3、图5。初始时刻，电容放电，晶体管VT5截止。充电开始一段时间后，晶体管VT6发射结处的电压达到其开通电平。电容器C9放电。在电阻器 R1 上，以及随后在 DD1 微电路的输入端 R3 上，形成电压脉冲（图 4，图 1）。在输出 7 处，设置为低电平，晶体管 VT9 打开并关闭晶体管 VT1 的发射结。通过负载的电流停止。随着来自发生器的下一个脉冲到达晶体管 VT13，重复该过程。微调电阻R5改变晶体管VT3的开通时刻，从而调节负载电流的平均值，其脉冲形状如图5所示。图6、图2。由于选择的输出电流幅值为3A，对于占空比为XNUMX的脉冲电流，其平均值应调整为XNUMXA。

电流稳定化如下进行。随着负载电阻减小，输出电流增大。这将导致测量电阻器R11两端的压降增加，从而导致晶体管VT5提前打开并减少输出电流脉冲的持续时间。因此，负载电流的平均值将保持恒定，等于 3 A。类似地，随着器件输入端电源电压增加导致输出电流增加，也会实现稳定。随着负载电流幅值的减小，由于电源电压减小或负载电阻增大，电流脉冲的占空比减小，而其平均值保持不变。

保护稳定器免受负载短路的功能是由晶体管VT4上的节点执行的。在输出电流增加到20A的情况下，电阻器R11两端的压降变得足以导通齐纳二极管VD2。打开的晶体管VT4在电阻器R14上形成电压脉冲，施加到DD3微电路的输入端R4、R1。电容器C7、分流电阻R14可衰减保护电路中的脉冲噪声。 3个微电路的输出出现低电平。先前打开的晶体管VT8关闭，排除晶体管VT9的基极电流的通过。微电路输入端S1处的后续脉冲将其输出端1处固定为高电平并固定晶体管VT7的闭合状态，因此晶体管VT9保持闭合状态。只有在稳定器关闭并再次打开后，负载中的电流才会停止并变得可能。

由于S3、S4和R3、R4微电路的输入是成对组合的，因此在其输出3和4处，单信号和零信号同步出现。晶体管VT8的开路状态对应于输出4处的高电平； HL1 LED 熄灭。当保护被触发时，电流流过电路 HL1、R18，并且 LED 发出紧急模式信号。

晶体管VT6用于指示工作模式：电流流经其集电极电路——串联的限流电阻R21和发光二极管HL2，发光二极管HLXNUMX的发光指示负载电流的流过。

稳流器采用MLT固定电阻；调谐电阻器 R2 和 R13 - SP3-38b。电阻R11可以是自制的线材，也可以是工厂制造的，功率至少为4瓦。电容C2-K50-35，其余-陶瓷K10-17-1b，可以用KM、KLS等代替。电感L1-高频-DM-0,2，电感量从60到200μH。齐纳二极管 VD1 - 稳定电压为 12 ... 14 V 的任何二极管。建议选择具有红色发光颜色的 HL1 LED：AL307A、AL307AM、AL307B、AL307BM 或 AL102 系列，以及 HL2 LED - 绿色或黄色：AL307V-AL307E。如果您用镊子预先得出结论，则可以安装 K561TP2，而不是 K564TP2 芯片。单结晶体管 - KT117，具有任意字母索引；在极端情况下，它可以用两个不同结构的低功率硅晶体管的众所周知的模拟来代替。晶体管KT208A和KT312V可分别与KT361、KT3107和KT315、KT3102系列器件互换，具有任何字母索引。通过增益，不需要选择晶体管。功能强大的复合晶体管 KT825 也可以采用任何指标，但如果有多个指标，建议在测量后选择集电极电流为 3 ... 6 A 时饱和电压最低的集电极-发射极。

除 KT825 晶体管外，所有元件均安装在由单面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上，厚度为 1 ... 1,5 mm，尺寸为 80x45 mm。 KT825晶体管安装在冷却表面约200cm2的散热器上。

要设置该设备，您需要一个允许电流至少为 10 A 的强大实验室电源，例如 B5-21。假设负载电流 I = 6 A 时，负载两端的电压达到 15 V 或更高，具体取决于环境空气（溶液）的温度和溶液的浓度。根据欧姆定律，很容易计算出等效负载的电阻R≤U/I≤2,5欧姆。电阻功率 R = I ( U = 90 W。通过四个并联 25 欧姆的 PEVT-10 电阻即可满足此条件。为避免大电流损坏器件元件，应分两阶段进行调整。首先，连接等效负载 - 2 欧姆的 MLT-100 电阻，此时负载电流约为 150 mA。在测量电阻 R11 上产生约 1 V 的压降，其电阻应选择等于 6,8、0,25 欧姆，功率 - XNUMX 瓦。

连接计算出的元件（R11=6,8欧姆，Rn=100欧姆）后，第一阶段的调整开始。打开电源，测量齐纳二极管 VD1 上的电压，应为 12 ... 14 V。使用示波器，根据晶体管 VT2 控制脉冲，如有必要，用电阻 R2 调整其重复周期 T = 5 ms。如果晶体管 VT2 和 VT3 的集电极上没有放大脉冲，则必须选择电阻器 R5。然后控制晶体管VT5集电极上的脉冲，其调节间隔由电阻R13决定。示波器检查假负载上电流脉冲的存在和形状：电阻器 R13 设置“蜿蜒”脉冲的形状，同时 HL2“工作”LED 应该亮起。改变电源电压会相应地改变脉冲的占空比。在短时间内，等效负载与 18 欧姆电阻分流（此类负载在输出电路中产生 0,6 A 的电流，并在测量电阻器上产生相应的 4 V 压降，这等于在 11 A 电流下电阻为 0,2 欧姆的电阻器 R20 上的压降）。负载上的脉冲应该消失，并且 HL1“紧急”LED 将亮起。关闭电源并重新打开后，设备应恢复正常运行。如果短路保护不起作用，则需要选择VD2稳压二极管和R10电阻。这样就完成了第一阶段的开发。

第二级安装电阻R11，如图2所示。 2,5电阻并连接20欧姆电阻的等效负载。电阻R8暂时从晶体管VT11的集电极切换到其发射极。接通电源后，测量电阻R9、负载、晶体管VT1,2的发射极-集电极部分的压降。其电压应分别为 15、1,5 和 2,5 ... 9 V。通过改变晶体管VT20进入饱和模式时电源输出端的电压，可以确定器件所需的最低电源电压。 SHI 稳定器运行所需的电源（为了提高效率，最好使用脉冲电源）应调整至该电压，然后连接，而不是实验室电源：所列元件上的压降应保持相同。其差异表明开关电源功率不足。如果模块电量充足，则恢复电阻R5的连接，不再连接等效负载，而是连接实际负载和13A电流表，通过电阻R3将负载电流设置为XNUMXA，然后可以关闭电流表。设备已准备就绪，可供使用。

作者：V.Zhukov、V.Kosenko、S.Kosenko、沃罗涅日

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