Стабілізатори струму, pro-діод

Стабілізатори струму, pro-діод

стабілізатори струму

Бувають випадки, коли необхідно пропускати стабільний струм через світлодіоди, обмежити струм зарядки акумуляторів або випробувати джерело живлення, а реостата під рукою немає. У цьому, і не тільки, випадку допоможуть спеціальні схемотехнічні рішення обмежують, що регулюють і стабілізуючі струм. Далі детально розглянуті схеми стабілізаторів і регуляторів струму

Джерела струму, на відміну від джерел напруги, стабілізують вихідний струм, змінюючи вихідну напругу так, щоб струм через навантаження завжди залишався однаковим.
Таким чином, джерело струму відрізняється від джерела напруги, як вода відрізняється від суші. Типове застосування джерел струму - харчування світлодіодів, зарядка акумуляторів і т.п.
Увага! Не плутайте стабілізатор струму зі стабілізатором напруги! Це може погано скінчитися =)

Простий стабілізатор струму на кренк

Для цього стабілізатора струму досить застосувати КР142ЕН12 або LM317. Це регульовані стабілізатори напруги здатні працювати з струмами до 1,5А, вхідними напругами до 40В і розсіюють потужність до 10 Вт (при дотриманні теплового режиму).
Схема і застосування показані на малюнках нижче

Стабілізатор струму на КР142ЕН12 (LM317)

Стабілізатор струму на КРЕН як зярядного пристрої

Власне споживання даних мікросхем відносно невелике - близько 8мА і це споживання практично не змінюється при зміні струму що протікає через крен або зміни вхідного напруги. Як бачимо, в наведених вище схемах, стабілізатор LM317 працює як стабілізатор напруги, утримуючи на резисторі R3 постійна напруга, яке можна регулювати в деяких межах будівельних резистором R2. В даному випадку R3 називається токозадающего резистором. Оскільки опір R3 незмінно, то струм через нього буде стабільним. Струм на вході крен буде приблизно на 8мА більше.

Таким чином, ми отримали простий як віник стабілізатор струму, який може застосовуватися як електронна навантаження, джерело струму для заряду акумуляторів і т.п.

Інтегральні стабілізатори досить спритно реагують на зміну вхідної напруги. Недолік же такого регулятора струму - дуже великий опір токозадающего резистора R3 і як наслідок необхідність застосовувати більш потужні і більш дорогі резистори.

Простий стабілізатор струму на двох транзисторах

Досить широкого поширення набули простенькі стабілізатори струму на двох транзисторах. Основний мінус цієї схеми - не дуже хороша стабільність струму в навантаженні при зміні живлячої напруги. Втім, для багатьох застосувань згодяться і такі характеристики.

Далі показана схема стабілізатора струму на транзисторі. В даній схемі токозадающего резистором є R2. При збільшенні струму через VT2, збільшиться напруга на токозадающего резисторі R2, яке при величині приблизно 0,5 ... 0,6 В починає відкривати транзистор VT1. Транзистор VT1 відкриваючись починає закривати транзистор VT2 і струм через VT2 зменшується.

Стабілізатор струму на транзисторах

Замість біполярного транзистора VT2, можна застосувати MOSFET - польовий транзистор.

Стабілітрон VD1 вибирається на напругу 8 ... 15В і необхідний у випадках, коли напруга в мережі досить велика і може пробити затвор польового транзистора. Для потужних MOSFET це напруга становить близько 20В. Далі показана схема стабілізатора струму з використанням MOSFET.

Стабілізатор струму на польовому транзисторі

Потрібно враховувати, що MOSFET відкриваються при напрузі на затворі не менше 2В, відповідно збільшується і напруга, необхідне для нормальної роботи схеми стабілізатора струму. При зарядці акумуляторів і деяких інших завданнях цілком достатньо буде включити транзистор VT1 з резистором R1 безпосередньо до джерела живлення так, як це показано на малюнку:

Стабілізатор струму на польовому транзисторі

У схемах стабілізатора струму на транзисторах необхідне значення токозадающего резистора для заданого значення струму приблизно в два рази менше, ніж в схемах із стабілізатором на КР142ЕН12 або LM317. Це дозволяє застосувати токозадающій резистор меншої потужності.

Стабілізатор струму на операційному підсилювачі (на ОУ)

Якщо необхідно зібрати регульований в широких межах стабілізатор струму або стабілізатор струму з токозадающего резистором на порядок або навіть два нижче, ніж на схемах, показаних раніше, можна застосувати схему з підсилювачем помилки на ОУ (операційному підсилювачі). Схема такого стабілізатора струму показана на рис:

Стабілізатор струму на операційному підсилювачі

В даній схемі токозадающего є резистор R7. ОУ DA2.2 посилює напругу токозадающего резистора R7 - це посилене напруга помилки. ОУ DA2.1 порівнює опорна напруга і напруга помилки і регулює стан польового транзистора VT1.

Зверніть увагу, що схема вимагає окремого харчування, що подається на роз'єм XP2. Напруга харчування повинно бути достатнім для роботи компонентів схеми і не перевищувати значення напруги пробою затвора MOSFET VT1.

Як генератор опорного напруги в схемі на рис. 7 застосована мікросхема DA1 REF198 з вихідним напругою 4,096В. Це досить дорога мікросхема, тому її можна замінити звичайною Кренке, а якщо напруга живлення схеми (+ U) є стабільним, то і зовсім обійтися без стабілізатора напруги в даній схемі. В цьому випадку змінний резистор R приєднується ні до REF, а до + U. У разі електронного управління схемою висновок 3 DA2.1 можна підключити безпосередньо до виходу ЦАП.

Для настройки схеми необхідно виставити повзунок змінного резистора R1 у верхнє за схемою становище, підлаштування резистором R3 встановити необхідне значення струму - це значення буде максимальним. Тепер резистором R1 можна регулювати струм через VT1 від 0 до встановленого при налаштуванні максимального струму. Елементи R2, C2, R4 необхідні для запобігання порушенню схеми. Через цих елементів тимчасові характеристики не є ідеальними, що видно по осциллограмме

Осцилограма стабілізатора струму на ОУ

На осциллограмме промінь 1 (жовтий) показує напругу навантажувати ІП (джерела живлення), промінь 2 (блакитний) показує напругу на токозадающего резисторі R7. Як видно, протягом 80 мкс через схему протікає струм в кілька разів більше встановленого.

Стабілізатор струму на мікросхемі імпульсного стабілізатора напруги

Іноді від стабілізатора струму потрібно не тільки працювати в широкому діапазоні живлячої напруги і навантажень, але і мати високий ККД. У цих випадках компенсаційні стабілізатори не годяться і на зміну їм приходять стабілізатори імпульсні (ключові). Крім того, імпульсні стабілізатори можуть при невеликому вхідному напрузі отримувати високу напругу на навантаженні.

Далі пропонується до розгляду широко поширена мікросхема MAX771. Основні характеристики MAX771:

  • Напруга пітянія 2 ... 16,5В
  • Власне споживання 110uA
  • Вихідна потужність до 15W
  • ККД при струмі навантаження 10mA ... 1A досягає 90%
  • Опорна напруга 1,5V

На малюнку показаний один з варіантів включення мікросхеми, саме його ми і візьмемо за основу нашої схеми.

MAX771 включений як підвищувальний стабілізатор напруги

Спрощено процес стабілізації виглядає наступним чином. Резистори R1 і R2 є дільниками вихідної напруги мікросхеми, як тільки ділене напруга, що надходить на висновок FB мікросхеми MAX771, більше опорного напруги (1,5V) мікросхема зменшує вихідна напруга і навпаки - якщо напруга на виводі FB менше 1,5V, мікросхема збільшує вхідний напруга.

Очевидно, що якщо контрольні ланцюга змінити так, щоб MAX771 реагувала (і відповідно регулювала) вихідний струм, то ми полчім стабілізований джерело струму.
Нижче показані модифікована схема з обмеженням вихідної напруги і варіант навантаження.

Схема стабілізатора струму на MAX771 Навантаження для стабілізатора струму

При невеликому навантаженні, поки падіння напруги на струмовимірювальні резистори R3 менше 1,5V, схема на Ріс.10a працює як стабілізатор напруги, стабілізуючи напругу на рівні стабилитрона VD2 + 1,5V. Як тільки струм навантаження стає досить великим, на R3 падіння напруги збільшується і схема переходить в режим стабілізації струму.

Резистор R8 встановлюється в тому випадку, якщо напруга стабілізації може бути великим - більше 16,5V. Резистор R3 є токозадающего і розраховується за формулою: R3 = 1,5 / Iст.
Недоліком схеми є досить велике падіння напруги на струмовимірювальні резистори R3. Даний недолік усувається застосуванням операційного підсилювача (ОУ) для посилення сигналу з резистора R3. Наприклад, якщо резистор потрібно зменшити в 10 разів при заданому струмі, то підсилювач на ОП повинен посилити напругу падаюче на R3 теж в 10 разів.

висновок

Отже, було розглянуто кілька схем виконують функцію стабілізації струму. Звичайно ж, ці схеми можна покращувати, збільшуючи швидкодію, точність і т.д. Можна застосовувати в якості датчика струму спеціалізовані мікросхеми і робити надпотужні регулюючі елементи, але ці схеми ідеально підходять в тих випадках, коли потрібно швидко створити інструмент для полегшення своєї роботи або вирішення певного кола завдань.