Источник постоянного тока, работающий в широком диапазоне входных напряжений

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2011

Donald Boughton, International Rectifier

EDN

Держим старые цены на MEAN WELL весь июль!

Способ уменьшения ошибок, обусловленных токами смещения и температурным дрейфом

При конструировании самых различных схем может потребоваться источник постоянного втекающего тока. Примером может служить ток фиксации управляющего электрода симистора в регуляторе яркости флуоресцентного или светодиодного светильника, или источник прецизионного втекающего тока на конце длинной линии, такой, скажем, как кабель ADSL модема. В обоих случаях необходимо создать схему, способную отдавать постоянный ток в широком диапазоне входных напряжений.

В общем случае задача решается с помощью схемы, состоящей из датчика тока на измерительном резисторе, маломощного транзистора и мощного транзистора. На Рисунке 1 изображена схема, в которой используется мощный биполярный транзистор Q1. При высоком напряжении схема отдает относительно постоянный ток, однако входит в регулирование лишь тогда, когда напряжение достигает примерно 60 В, и в базу транзистора начинает поступать достаточный ток. На Рисунке 2 мощный биполярный транзистор заменен MOSFET транзистором Q1, благодаря чему схема будет входить в режим регулирования при значительно меньшем напряжении.

Источник постоянного тока, работающий в широком диапазоне входных напряжений
Рисунок 1. Резистор R1 задает постоянный ток через Q1.

Источник постоянного тока, работающий в широком диапазоне входных напряжений
Рисунок 2. Схема, в которой биполярный транзистор Q1 заменен MOSFET, входит в регулирование при меньшем входном напряжении.

К сожалению, ток смещения (ток, протекающий через резисторы R2 и R3) не протекает через измерительный резистор R1 на Рисунках 1 и 2. По мере увеличения входного напряжения, входной ток также увеличивается вследствие роста тока смещения. Простейший способ улучшения регулировочных характеристик обеих схем – добавить резистор R4 и PNP транзистор Q3 (Рисунок 3). R4 и Q3 образуют источник постоянного тока для коллектора Q2. Схема отводит любой избыточный ток через коллектор Q3 в измерительный резистор R1. Таким образом, при росте входного напряжения ток смещения остается относительно постоянным, а регулировочная характеристика становится намного более плоской.

Источник постоянного тока, работающий в широком диапазоне входных напряжений
Рисунок 3. Качество стабилизации тока можно повысить, включив в схему Q3 и R4.

Отрицательный температурный коэффициент напряжения перехода база-эмиттер транзистора Q2 создает в подобных схемах еще одну проблему. Температурный коэффициент примерно −1.6 мВ/°C приводит к тому, что ток значительно меняется при изменении температуры.

Источник постоянного тока, работающий в широком диапазоне входных напряжений
Рисунок 4. Добавлением стабилитрона можно улучшить температурную стабильность регулировочной характеристики.

Одним из способов решения этой проблемы является добавление стабилитрона D1 с напряжением стабилизации 6.2 В в эмиттер транзистора Q2, что увеличивает измеряемое напряжение (Рисунок 4). Стабилитрон имеет положительный температурный коэффициент, противодействующий отрицательному коэффициенту транзистора. Кроме того, общее напряжение на измерительном резисторе теперь намного больше, так что температурное изменение напряжения на величину порядка 100 мВ не будет оказывать серьезного влияния на стабилизируемый ток. На Рисунке 5 показан результат моделирования схемы в PSpice.

Источник постоянного тока, работающий в широком диапазоне входных напряжений
Рисунок 5. Зависимость тока, протекающего через транзистор Q1 от входного напряжения VIN (по результатам моделирования в PSpice).

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Circuit achieves constant current over wide range of terminal voltages

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

ADAR3000/3001 16-канальный формирователь диаграммы направленности для К/Ка диапазона частот от Analog Devices
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя