В качестве регулирующего элемента зарядного устройства часто используют мощный транзистор. На этом транзисторе, работающем в линейном режиме, рассеивается большая тепловая мощность, из-за чего его приходится устанавливать на громоздкий тепло-отвод. КПД таких устройств, как правило, невысок.
Предлагаю устройство, в котором применен импульсный способ регулирования зарядного тока, и тринистор в роли регулирующего элемента, позволяющие существенно снизить энергетические потери.
Основные технические характеристики
Максимальный зарядный ток, А .....6
Максимальное выходное
напряжение, В ................16
КПД, %, не менее ................80
Рис. 1
Принципиальная схема стабилизатора тока показана на рис. 1. Устройство состоит из сетевого помехоподавляю-щего фильтра, образованного двуобмоточным дросселем L1 и конденсаторами С1- СЗ, сетевого трансформатора Т1, мощного выпрямителя на диодах VD3-VD6, маломощного выпрямителя VD2 с двуполярным параметрическим стабилизатором VD7R2VD8R3, узла установки тока - переменного резистора R4, датчика тока R14 с двузвенным RC-фильтром R12C14R11C13, усилителя сигнала рассогласования на ОУ DA1, датчика напряжения на транзисторе VT1, необходимого для определения моментов перехода сетевого напряжения через "нуль", регулируемого одновибратора на триггере DD1.1 и одновибратора на триггере DD1.2 с усилителем тока на транзисторе VT2, формирующих импульсы управления трини-стором VS1, который в конечном счете и регулирует зарядный ток.
С движка переменного резистора R4 через резистор R6 на инвертирующий вход ОУ поступает отрицательное напряжение. Параметры цепи резистив-ного делителя R4R5 рассчитаны таким образом, что оно более отрицательно, чем на неинвертирующем входе ОУ, поэтому на выходе ОУ образуется положительный сигнал, пропорциональный разности входных значений напряжения. Этот сигнал через резистор R13 поступает во времязадающую цепь управляемого одновибратора, собранного на D-триггере DD1.1 [1]. Особенность этого одновибратора - пропорциональное уменьшение длительности импульса, вырабатываемого одно-вибратором, при увеличении уровня входного сигнала.
Начало импульса одновибратора "привязано" к началу полупериода сетевого напряжения с помощью датчика напряжения, выполненного на транзисторе VT1. На базу этого транзистора через резистор R8 поступает пульсирующее напряжение с выпрямительного моста VD2. Диод VD1 "развязывает" эту цепь от сглаживающего конденсатора С8.
Сопротивление резисторов делителя в цепи базы транзистора рассчитано таким образом, что большую часть времени транзистор открыт, и только в моменты, когда выходное напряжение моста снижается почти до нуля, транзистор закрывается и короткий положительный импульс с его коллектора передается на вход S триггера DD1.1. Триггер переключается в единичное состояние, конденсатор С15 начинает заряжаться, и когда напряжение на нем, а значит, и на входе R триггера достигнет порога переключения, триггер вернется в нулевое состояние.
Зарядный ток этого конденсатора имеет две составляющие: через цепь R17R16VD10 от источника стабильного напряжения (+12,5 В) и цепь R13VD9 от источника меняющегося напряжения (с выхода ОУ). Чем больше выходное напряжение ОУ, тем больше вторая составляющая зарядного тока, тем быстрее заряжается конденсатор и тем короче импульс высокого уровня на прямом выходе триггера.
А на инверсном выходе триггера формируется импульс низкого уровня, длительность которого также обратно пропорциональна напряжению на выходе ОУ. По спаду этого импульса одновибратор, построенный на триггере DD1.2 [2], вырабатывает короткий импульс высокого уровня, который после усиления транзистором VT2 открывает трини-CTop VS1
Таким образом, в зависимости от длительности импульса управляемого одновибратора тринистор будет включаться с разной задержкой от начала полупериода. Соответственно станет меняться и ток, поступающий от мощного выпрямителя. То есть положение движка резистора R4 задает среднее значение зарядного тока.
Напряжение ОС, снятое с резистора R14 и пропорциональное току нагрузки, после сглаживания двузвенным фильтром R12C14 R11C13 оказывается приложенным в отрицательной полярности к неинвертирующему входу ОУ
Если зарядный ток уменьшится, например, вследствие повышения ЭДС заряжаемой батареи, напряжение на неинвертирующем входе станет менее отрицательным, выходное напряжение ОУ повысится, что приведет к уменьшению длительности импульса регулируемого одновибратора, а значит, к уменьшению задержки включения тринистора VS1 - ток увеличится.
Коэффициент усиления ОУ равен отношению значений сопротивления резисторов R7 и R6:1 МОм : 2 кОм = 500 Поэтому стабилизатор реагирует на самые незначительные изменения тока.
Лампы HL1, HL2 подсвечивают шкалу амперметра РА1 и одновременно служат индикатором включения устройства. Резистор R1 подбирают таким, чтобы напряжение на лампах было на 5...6 % ниже номинального. Конденсаторы С4- С7, шунтирующие диоды мощного выпрямителя, уменьшают уровень высокочастотных помех, проникающих в сеть. Конденсатор С12 устраняет самовозбуждение ОУ (его устанавливают, если в этом есть необходимость).
ОУ К140УД1Б можно заменить на К140УД6, К140УД7, а диод КД510А - на КД509А, КД513А. В мощном выпрямителе можно использовать диоды КД2999А, КД2999Б, а также Д242, Д243 (с увеличением эффективной площади тепло-отводов). Стабилитроны Д814Д заменимы на Д814Г. Вместо тринистора КУ202Н подойдут КУ202Л, КУ202И.
Конденсаторы С1-С7 - К73-16, К78-2; С8-СЮ, С13, С14 - К50-35; С11, С12, С15, С16 - КЛС, КМ-6. Резистор R4 - ППЗ-12, a R5, R17 - СП5-ЗВ; R14 - 2 резистора С5-16МВ сопротивлением 0,1 Ом, соединенные параллельно (каждый из них можно заменить отрезком длиной 72 мм нихро-мового провода диаметром 1 мм). Лампы HL1, HL2 -СМН10-55 (СМН10-55-2).
Амперметр РА1 - М4205 с внешним шунтом на 10 А.
Дроссель L1 намотан на кольцевом магнитопроводе типоразмера К20х10х5 из феррита 2000НМ сложенным вдвое проводом МГТФ 0,5, число витков - 24. Образовавшиеся две обмотки включают так, как показано на схеме. Трансформатор Т1 выполнен на стальном магнитопроводе ШЛ25х40, обмотка I содержит 1012 витков провода ПЭВ-2 0,5; обмотка II - 144 витка провода ПЭВ-2 0,2 с отводом от середины; обмотка III - 104 витка провода ПЭВ-2 1,6. Диоды VD3-VD6 установлены на четырех медных пластинах-теплоотводах площадью 60 см2 каждая. Теплоотвод три-нистора VS1 имеет площадь 100 см2.
Рис. 2
Большая часть деталей устройства смонтирована на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На рис. 2 представлены чертеж печатной платы и расположение деталей на ней. Два отверстия, вблизи середины платы, предназначены для фиксации под-строечных резисторов R5 и R17. Корпусы этих резисторов устанавливают на плату, вплотную один к другому, регулировочными винтами в сторону края платы и притягивают планкой и винтами с гайками.
Налаживание устройства следует начинать с проверки двуполярного напряжения питания ОУ Если необходимо, подбирают стабилитроны и их балластные резисторы.
Далее с помощью осциллографа проверяют наличие на выводе коллектора транзистора VT1 коротких импульсов высокого уровня с периодом 10 мс. Желательно добиться минимальной длительности этих импульсов подборкой резистора R8.
Осциллограф необходим и для проверки длительности импульсов низкого уровня на инверсном выходе регулируемого одновибратора DD1.1 (вывод 2). Это делают при отключенной системе стабилизации зарядного тока, для чего достаточно временно соединить с общим проводом неинвертирую-щий вход ОУ. Движок подстроечного резистора R5 устанавливают в такое положение, чтобы изменению длительности импульса на инверсном выходе триггера DD1.1 от 0 до 10 мс соответствовал полный поворот вала переменного резистора R4. При этом может потребоваться корректировка положения вала резистора R17.
Следует отметить в заключение, что тем, кто возмется за изготовление описанного выше устройства, будет полезно ознакомиться с публикациями [3; 4].
Литература:
1. Самойленко А. Управляемый однови братор. - Радио, 1999, № 5, с. 38, 39.
2. Зельдин Е. Импульсные устройства на микросхемах. - М.: Радио и связь, 1991.
3. Леонтьев А., Лукаш С. Регулятор напряжения с фазоимпульсным управлением. - Радио, 1992, № 9, с. 43, 44.
4. Приймак Д. Низковольтный трини сторный регулятор напряжения. - Радио, 1989, №5, с. 78-80.
Автор: В. Климов, г. Москва