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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 SHI-전류 안정기
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 라디오 아마추어 디자이너 이 기사에서 설명하는 장치는 부하에 안정적인 전류(평균값)를 제공합니다. 출력 전류는 일정한 진폭과 가변 듀티 사이클을 갖는 펄스입니다. 저자에 따르면 이러한 장치는 예를 들어 배터리 충전 및 전기화학에 사용될 수 있습니다. 현재 펄스 안정기는 높은 효율과 최적의 무게 및 크기 특성으로 인해 선형 제어 장치를 대체하고 있습니다. 부하에서 전압과 전력을 조절하는 효과적인 방법 중 하나는 펄스의 주파수는 변하지 않지만 듀티 사이클은 변하는 펄스 폭(PW) 제어입니다. 이는 최신 TV 수신기 및 기타 장비를 포함하여 대부분의 스위칭 전원 공급 장치에서 출력 전압이 조절되는 방식입니다. 그럼에도 불구하고 아연 도금 및 전기분해 공정을 제어하고 자동차 배터리를 충전할 때 전압을 안정화해야 하는 장치가 아니라 브라운관 및 조명 장치의 백열 필라멘트(히터)와 같은 부하의 전류를 안정화해야 하는 장치가 있습니다. 설명된 SHI 전류 안정 장치를 사용하여 나열된 문제를 해결할 수 있습니다.
주요 기술 매개변수
이러한 안정 장치의 작동 원리는 그림 1에 기능 다이어그램이 나와 있습니다. XNUMX, 매우 간단합니다. DC 발전기 G1은 측정 요소 E1과 스위치 S1을 통해 부하 Rн에 연결됩니다. 스위치는 펄스 지속 시간 드라이버 E2에 의해 제어됩니다. 셰이퍼(및 스위치)를 켜는 신호는 펄스 발생기 G2에 의해 생성됩니다. 필요한 출력 전류 값에 도달하면 측정 요소 E1에서 증폭기 A1을 통한 신호가 드라이버 E2에 작용하여 스위치가 꺼집니다. 발생기 G2는 펄스 주파수를 제어하고 셰이퍼 E2는 듀티 사이클을 제어합니다. 따라서 스위칭 펄스의 듀티 사이클을 변경함으로써 부하 회로의 출력 전류의 평균값을 조절할 수 있습니다. 그림에서 볼 수 있듯이. 1에서 SHI 전류 안정기는 2개의 요소로만 구성됩니다. 그러나 일부 서비스 기능(부하 회로의 단락 방지, 작동 및 비상 모드 표시)의 필요성으로 인해 장치가 다소 복잡해집니다(그림 XNUMX).
입력 전압의 펄스 잡음은 필터 커패시터 C1에 의해 평활화됩니다. 입력 전압이 DD1 마이크로 회로에 전원을 공급하는 데 허용되는 전압을 초과하므로 저항 R22와 제너 다이오드 VD1은 필요한 전압을 생성하며 이는 커패시터 C2 및 C3에 의해 추가로 필터링됩니다. 단접합 트랜지스터 VT1을 기반으로 한 생성기는 약 200Hz의 반복 주파수로 지수 형태의 펄스를 생성합니다(그림 3, 다이어그램 1). 펄스 주파수는 저항 R1, 커패시터 C4를 선택하고 저항 R2의 저항을 변경하여 조정할 수 있습니다. 트랜지스터 VT2, VT3은 이러한 펄스의 더 가파른 상승 및 하강을 형성하고 그 진폭을 마이크로 회로의 공급 전압(그림 3, 다이어그램 2)으로 가져와 트리거를 제어합니다(DD1 마이크로 회로의 입력 S1 및 R1). 공급 전압이 켜지면 S5, S1, S1의 입력에 공급되는 C3L4 회로에 의해 짧은 시간 지연된 펄스가 트리거되어 출력 1, 3, 4를 하이 레벨로 설정하고 트랜지스터 VT7이 닫힙니다. , 개방형 트랜지스터 VT8은 저항 R20을 통해 트랜지스터 VT9의 11차 전원 공급 베이스의 음극에 연결됩니다. 전원 공급 장치의 전류는 저항 R9, 트랜지스터 VTXNUMX, 부하를 측정하여 회로를 통해 흐르기 시작합니다. 커패시터 C4를 충전한 후 입력 S1에서 발생기의 첫 번째 펄스는 트리거(S1-R1)의 상태를 변경하지 않으며 마이크로 회로의 출력 1은 높게 유지됩니다. 부하 전류는 측정 저항 R11 양단에 전압 강하를 생성하며, 이는 저항 R12, R13을 통해 커패시터 C6에 의해 분류된 트랜지스터 VT5의 이미터 접합에 적용됩니다. 베이스의 전압 파형은 그림 3에 나와 있습니다. 3, 다이어그램 5. 초기 순간에 커패시터가 방전되고 트랜지스터 VT5가 닫힙니다. 충전이 시작된 지 얼마 후 트랜지스터 VT6의 이미 터 접합 전압이 개방 레벨에 도달합니다. 커패시터 C9이 방전되었습니다. 전압 펄스는 저항 R1에서 형성되므로 마이크로 회로 DD1의 입력 R3에서 형성됩니다 (그림 4, 다이어그램 1). 출력 7은 낮게 설정되고 트랜지스터 VT9은 트랜지스터 VT1의 이미 터 접합을 열고 닫습니다. 부하를 통과하는 전류가 중지됩니다. 트랜지스터 VT13의 생성기에서 다음 펄스가 도착하면 프로세스가 반복됩니다. 트리밍 저항 R5은 트랜지스터 VT3의 개방 순간을 변경하여 부하 전류의 평균값을 조절하며 펄스 모양은 그림 5에 나와 있습니다. 6, 다이어그램 2. 선택된 출력 전류의 진폭 값은 3A이므로 듀티 사이클이 XNUMX인 펄스 전류의 경우 평균값을 XNUMXA로 조정해야 합니다. 전류 안정화는 다음과 같이 수행됩니다. 부하 저항이 감소하면 출력 전류가 증가합니다. 이로 인해 측정 저항 R11의 전압 강하가 증가하여 트랜지스터 VT5가 더 일찍 열리고 출력 전류 펄스의 지속 시간이 감소합니다. 결과적으로 부하 전류의 평균값은 3A로 일정하게 유지됩니다. 마찬가지로 장치 입력의 공급 전압 증가로 인한 출력 전류의 증가로 안정화가 발생합니다. 공급 전압 감소 또는 부하 저항 증가로 인해 부하 전류의 진폭 값이 감소하면 전류 펄스의 듀티 사이클이 감소하고 평균값은 동일하게 유지됩니다. 부하 단락으로부터 안정 장치를 보호하는 기능은 트랜지스터 VT4의 장치에 의해 수행됩니다. 출력 전류가 20A로 증가하면 저항 R11의 전압 강하는 제너 다이오드 VD2를 켜기에 충분해집니다. 열린 트랜지스터 VT4는 DD14 마이크로 회로의 입력 R3, R4에 공급되는 저항 R1에 전압 펄스를 형성합니다. 커패시터 C7, 션트 저항 R14는 보호 회로의 임펄스 노이즈를 약화시킵니다. 마이크로 회로의 출력 3에 낮은 레벨이 나타납니다. 이전에 열린 트랜지스터 VT8이 닫히고 트랜지스터 VT9의 기본 전류 통과가 제거됩니다. 마이크로 회로의 S1 입력에 있는 후속 펄스는 출력 1의 하이 레벨과 트랜지스터 VT7의 닫힌 상태를 고정하므로 트랜지스터 VT9는 닫힌 상태로 유지됩니다. 부하의 전류는 정지되고 안정 장치를 껐다가 다시 켠 후에만 가능해집니다. 마이크로 회로 S3, S4 및 R3, R4의 입력은 쌍으로 결합되므로 출력 3 및 4에서 8과 4 신호가 동시에 나타납니다. 트랜지스터 VT1의 개방 상태는 출력 1의 하이 레벨에 해당합니다. LED HL18이 꺼졌습니다. 보호 기능이 작동되면 전류는 회로 HLXNUMX, RXNUMX을 통해 흐르고 LED는 비상 모드 신호를 보냅니다. 작동 모드를 표시하기 위해 트랜지스터 VT6이 사용됩니다. 전류는 콜렉터 회로(직렬 연결된 전류 제한 저항 R21 및 LED HL2)를 통해 흐르며, 그 빛은 부하 전류의 흐름을 나타냅니다. 전류 안정기는 일정한 MLT 저항기를 사용합니다. 튜닝 저항 R2 및 R13 - SP3-38b. 저항기 R11은 집에서 권선된 저항기이거나 최소 4W의 전력을 가진 공장에서 만든 저항기일 수 있습니다. 커패시터 C2는 K50-35이고 나머지는 세라믹 K10-17-1b이며 KM, KLS 등으로 교체할 수 있습니다. 초크 L1은 고주파수(인덕턴스가 0,2~60μH인 DM-200)입니다. 제너 다이오드 VD1 - 안정화 전압이 12...14V인 모든 것. 빨간색 발광 색상(AL1A, AL307AM, AL307B, AL307BM 또는 AL307 시리즈)의 HL102 LED와 녹색 또는 노란색의 HL2 LED를 선택하는 것이 좋습니다. : AL307V-AL307E. 핀셋을 사용하여 터미널을 미리 형성하면 K561TP2 마이크로 회로 대신 K564TP2를 설치할 수 있습니다. 단일 접합 트랜지스터 - 문자 인덱스가 있는 KT117; 극단적인 경우에는 구조가 다른 두 개의 저전력 실리콘 트랜지스터의 잘 알려진 아날로그로 대체될 수 있습니다. 트랜지스터 KT208A 및 KT312V는 각각 임의의 문자 인덱스를 사용하여 KT361, KT3107 및 KT315, KT3102 시리즈의 장치와 상호 교환 가능합니다. 이득을 기준으로 트랜지스터를 선택할 필요가 없습니다. 강력한 복합 트랜지스터 KT825는 모든 인덱스를 가질 수 있지만 인덱스가 여러 개인 경우 측정 후 콜렉터 전류 3...6A에서 포화 전압이 가장 낮은 콜렉터-이미터를 선택하는 것이 좋습니다. KT825 트랜지스터를 제외한 모든 요소는 두께 1~1,5mm, 크기 80x45mm의 단면 호일 유리 섬유 라미네이트로 만들어진 인쇄 회로 기판에 장착됩니다. KT825 트랜지스터는 냉각 표면이 약 200cm2인 방열판에 설치됩니다. 장치를 설정하려면 허용 전류가 최소 10A인 강력한 실험실 전원(예: B5-21)이 필요합니다. 부하 I = 6A의 전류로 주변 공기(용액)의 온도와 용액의 농도에 따라 부하 전압이 15V 이상에 도달한다고 가정해 보겠습니다. 옴의 법칙에 따라 등가 부하 저항 R = U/I = 2,5Ω을 쉽게 계산할 수 있습니다. 저항 전력 P = I ( U = 90W. 이 조건은 저항이 25Ω인 10개의 병렬 연결된 PEVT-2 저항기로 충족됩니다. 고전류로 인한 장치 요소의 손상을 방지하려면 설치를 100단계로 수행해야 합니다. 첫 번째 단계에서는 등가 부하(저항이 150Ω인 MLT-11 저항)를 연결합니다. 이 경우 부하 전류는 약 1mA입니다. 측정 저항 R6,8에서 약 0,25V의 전압 강하를 생성하려면, 저항은 XNUMX Ohms, 전력 - XNUMX W로 선택해야합니다. 계산된 요소(R11=6,8Ω, Rн=100Ω)를 연결한 후 첫 번째 설정 단계가 시작됩니다. 전원을 켜고 1...12V가 되어야 하는 제너 다이오드 VD14의 전압을 측정합니다. 오실로스코프를 사용하여 트랜지스터 VT2를 기반으로 펄스를 모니터링하고, 필요한 경우 저항 R2는 반복 주기 T = 5ms를 조절합니다. . 트랜지스터 VT2 및 VT3의 컬렉터에 증폭된 펄스가 없으면 저항 R5를 선택해야 합니다. 그런 다음 트랜지스터 VT5 콜렉터의 펄스가 제어되고 제어 간격은 저항 R13에 의해 결정됩니다. 오실로스코프는 부하 등가에서 전류 펄스의 존재와 모양을 확인하는 데 사용됩니다. 저항 R13은 구형파 펄스의 모양을 설정하고 HL2 "작동" LED가 켜집니다. 전원 공급 장치의 전압을 변경하면 그에 따라 펄스의 듀티 사이클이 변경됩니다. 간단히 말해서, 18Ω의 저항을 갖는 저항은 등가 부하를 우회하는 데 사용됩니다(이러한 부하는 출력 회로에 0,6A의 전류를 생성하고 4V의 측정 저항기에 해당하는 전압 강하를 생성합니다. 11A의 전류에서 0,2Ω의 저항으로 저항 R20의 전압 강하). 부하의 펄스가 사라지고 HL1 "경보" LED가 켜집니다. 전원을 껐다가 다시 켜면 기기의 정상적인 작동이 복원되어야 합니다. 단락 보호가 작동하지 않으면 제너 다이오드 VD2와 저항 R10을 선택해야 합니다. 이로써 첫 번째 설정 단계가 완료되었습니다. 두 번째 단계에서는 그림 11에 표시된 저항 R2을 설치합니다. 2,5 저항을 사용하고 20Ω 저항의 등가 부하를 연결합니다. 저항 R8은 일시적으로 트랜지스터 VT11의 컬렉터에서 이미터로 전환됩니다. 전원 공급 장치를 켠 후 저항 R9, 부하 및 트랜지스터 VT1,2의 이미터-콜렉터 섹션 전체의 전압 강하를 측정합니다. 각각 15, 1,5, 2,5~9V여야 합니다. 트랜지스터 VT20가 포화 모드로 들어가는 순간 전원 공급 장치 출력의 전압을 변경함으로써 장치에 필요한 최소 공급 전압이 결정됩니다. SHI 안정기를 사용할 전원 공급 장치 (효율을 높이려면 스위칭 전원을 사용하는 것이 좋습니다)를이 전압으로 조정 한 다음 실험실 대신 연결해야합니다. 전압 강하 나열된 요소 전체에서 동일하게 유지되어야 합니다. 불일치는 스위칭 전원 공급 장치의 전력이 부족함을 나타냅니다. 장치의 전력이 충분하면 부하 등가 대신 저항 R5의 연결을 복원하고 실제 부하와 13A 전류계를 연결합니다. 저항 R3을 사용하면 부하 전류가 XNUMXA로 설정되고 그 후 전류계 끌 수 있습니다. 장치를 사용할 준비가 되었습니다. 저자: V.Zhukov, V.Kosenko, S.Kosenko, Voronezh
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