Регулируемый стабилизатор тока

При зарядке автомобильных аккумуляторных батарей рекомендуют поддерживать средний зарядный ток на постоянном уровне. Обычно в стабилизаторах тока в качестве регулирующего элемента используют транзистор. В процессе работы на нем рассеивается большая мощность, и в связи с этим приходится применять громоздкие теплоотводы. КПД таких устройств весьма мал. Ниже описано подобное устройство с более высоким КПД.
Принципиальная схема устройства показана на рис.1, а временные диаграммы в его характерных точках на рис.2.

Основные технические характеристики

На транзисторе VT2 собран генератор пилообразного напряжения. Через резистор R4 на базу транзистора VT2 подано открывающее напряжение (диаграмма А), а через резистор R2 с двуполупериодного выпрямителя на диодах VD1-VD4 поступает закрывающее пульсирующее напряжение (Б). Суммарное напряжение на базе транзистора VT2 показано штриховой линией Б'. Диод VD11 ограничивает амплитуду закрывающего напряжения. Сопротивление резисторов R2 и R4 выбрано таким, что транзистор большую часть времени закрыт. Конденсатор С3 заряжается через резистор R5. Но в момент приближения сетевого напряжения к нулю транзистор VT2 открывается, разряжая конденсатор С3. На коллекторе транзистора формируется напряжение, близкое по форме к пилообразному (диаграмма В). Через резистор R6 оно поступает на один из входов дифференциального усилителя на транзисторах VT4, VT5, а на другой подается напряжение (Г) с выхода ОУ DA1, которое зависит от положения движка резистора R15.

Рис. 1

   Как только значения напряжения на базе транзисторов VT4 и VT5 сравняются, транзистор VT4 откроется. Вслед за ним откроется транзистор VT3 и сформирует импульс тока (Д), открывающий тринистор VS1. С этого момента полупериода на нагрузку будет подано выпрямленное напряжение с обмотки III трансформатора Т1 (диаграмма Е). Чем больше напряжение на базе транзистора VT5, тем позже будут возникать импульсы, открывающие тринистор, и тем меньше будет средний ток через нагрузку.
   Функцию стабилизации тока выполняет узел на ОУ DA1. Датчиком тока служит резистор R11; напряжение, снимаемое с этого резистора, пропорционально току нагрузки. Через резистор R13 оно подведено к неинвертирующему входу ОУ.
   Если по какой-либо причине ток через нагрузку увеличился, то увеличивается и напряжение на неинвертирующем входе ОУ. Это приводит к соответствующему увеличению напряжения на базе транзистора VT5 и увеличению угла открывания тринистора VS1 - ток через нагрузку уменьшается. Таким образом, отрицательная обратная связь по току нагрузки поддерживает нагрузочный ток на заданном уровне.
   Конденсаторы С5, С7 сглаживают пульсации напряжения на выходе. Резисторы R12, R16 обеспечивают подачу небольшого отрицательного напряжения на инвертирующий вход ОУ в нижнем по схеме положении движка резистора R15. Это позволяет регулировать ток нагрузки практически от нуля. Конденсатор С6 повышает устойчивость работы ОУ. Элементы устройства питают от двух стабилизаторов (VD9, VT1 и VD12, R3).
   В устройстве ОУ К140УД1Б можно заменить на К140УД5, К140УД6, К140УД7, К153УД2 (с соответствующей цепью коррекции); транзистор КТ801Б - на любой из серий КТ603, КТ608, КТ801, КТ807, КТ815; КТ315В - на КТ312, КТ315, КТ316, КТ201; КТ814Б - на КТ814, КТ208. Конденсаторы С1, С2, С4, С5, С7 устройства - К50-6 или К50-3; С3, С6 - КМ-6 или К10-7в, КЛС. Резистор R11 образован двумя параллельно соединенными резисторами С5-16В сопротивлением 0,1 Ом.
   Диоды VD5-VD8 - Д305; их можно заменить на любые из серий Д242- Д248, но в этом случае возрастет рассеиваемая на каждом диоде мощность и размеры теплоотводов придется увеличить. Амперметр РА1 - М5-2 с током полного отклонения стрелки 10 А.
   Трансформатор Т1 выполнен на ленточном магнитопроводе ШЛ25Х32. Обмотка I содержит 1100 витков провода ПЭВ-2 0,57; обмотка II - 160 витков провода ПЭВ-2 0,21 с отводом от середины; обмотка III - 120 витков провода ПЭВ-2 1,95.
   Диоды VD5-VD8 установлены на теплоотводах площадью 30...40 см² каждый. Тринистор VS1 установлен на теплоотводе площадью не менее 100см².
   Для налаживания устройства к его выходу подключают проволочный резистор сопротивлением 1...2 Ом и мощностью не менее 100 Вт (можно использовать нихромовую проволоку диаметром 0,5...1 мм). Движок переменного резистора R15 устанавливают в верхнее по схеме положение и подборкой резистора R14 устанавливают ток через нагрузку 7 А. При вращении ручки переменного резистора ток должен плавно уменьшаться до нуля.