Управляемый напряжением источник двунаправленного тока

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2012

Steven Lau, Ronald Moradkhan, Maxim Integrated Products

Electronic Design Europe

При измерениях КПД и нестабильности выходного напряжения линейных и импульсных стабилизаторов полезно иметь изолированный регулируемый источник тока, имитирующий нагрузку исследуемых устройств. (См. схему на рисунке).

Этот изолированный стабилизатор тока способен отдавать в нагрузку до ±10 А. Величина тока устанавливается положением отвода и управляющим напряжением VISET.

Нагрузка подключается к стоку транзистора N1 и, в зависимости от требуемого диапазона токов, к одному из показанных на схеме отводов. Изолированная структура схемы позволяет использовать ее в качестве источника как втекающего (а), так и вытекающего (б) тока. Для обеспечения достаточного запаса регулирования в конфигурации с вытекающим током к нагрузке необходимо подключать плавающий источник напряжения, хотя бы на 1.75 В превышающий напряжение на нагрузке.

Стабилизатор тока состоит из трех узлов:

• преобразователя напряжение-ток на усилителе U1,
• второго преобразователя напряжение-ток на усилителе U3,
• оптоизолятора U2.

Для питания U3 необходим изолированный источник напряжения 9 В, для которого можно использовать обычную батарею.

Выходной ток источника устанавливается напряжением V_ISET на входе U1, которое может изменяться от 0 до 1 В. U1 управляет светодиодом линейного оптрона, ток I_P1 через который достигает значения V_ISET/R1.

Линейный оптрон IL300 компании Vishay.

Поскольку U2 является линейным оптроном, состоящим из светодиода, входного фотодиода и выходного фотодиода, протекающий через светодиод ток I_F создает световой поток, генерирующий пропорциональные токи входного (I_P1) и выходного (I_P2) фотодиодов. В идеальном случае токи должны быть равны, а коэффициент передачи, соответственно, равен 1:

На практике два тока оказываются не совсем одинаковыми, и расхождение между коэффициентами передачи может достигать ±6%. Для компенсации этой ошибки усиления служит регулировочный резистор R_ADJUST. После подстройки коэффициента усиления ток I_P2 с противоположной стороны изолирующего барьера будет пропорционален напряжению V_ISET на неинвертирующем входе U3.

Управляя n-канальным MOSFET N1, операционный усилитель U3 устанавливает ток нагрузки в соответствии с выражением

Сопротивление датчика тока зависит от того, к какому отводу подключена нагрузка. Значения сопротивлений между отводами подобраны таким образом, чтобы обеспечить работу источника тока в пределах четырех декад при максимальном токе 10 А. (См. таблицу).

Следует сделать отдельное замечание, касающегося теплового режима схемы. Для надежной работы во всем заявленном диапазоне токов допустимая мощность рассеивания резисторов датчика тока должна быть не меньше 1 Вт, а MOSFET транзистор N1, возможно, придется установить на теплоотвод.

Выбор диапазонов токов нагрузки

Отвод	RSENSE (Ом)	Диапазон токов нагрузки
1	100	0 … 10 мА
2	10	0 … 100 мА
3	1	0 … 1 А
4	0.1	0 … 10 А