Efaster - быстрый поиск электронных компонентов

Двуханодный ШИМ-регулятор токов силовых нагрузок

Приведены схемы нескольких двуханодных регуляторов тока силовых нагрузок с ШИМ управлением. За счет ШИМ-регулировки производится плавно-ступенчатое перераспределение тока в двух нагрузках от 0 до 100% и от 100 до 0% соответственно. Коммутация нагрузок осуществляется на частоте 1 кГц. Питание нагрузок можно производить от двухполупериодного выпрямителя сетевого напряжения 127...280 В 50 Гц, либо от источника постоянного напряжения.

Вебинар - Пассивные и электромеханические компоненты: критерии выбора надежных решений

Ранее [1-2] было описано устройство попеременного управления силовыми нагрузками, состоящие из тиристорного входа и двух последовательно включенных MOSFET коммутаторов, причем питание входного тиристора осуществлялась со стоков MOSFET через диоды и токоограничивающий резистор. Недостатками этого устройства были тиристорный характер коммутации нагрузок, низкое быстродействие и отсутствие гальванической развязки между нагрузкой и цепью управления.

Ниже рассмотрим несколько новых вариантов двуханодных устройств плавного перераспределения токов в двух силовых нагрузках с использованием ШИМ регулирования.

Отличием рассмотренных ниже устройств является возможность размещения их в автономном изолированном корпусе, имеющем три вывода для подключения нагрузок и питающего напряжения, а также встроенный резистивный регулятор перераспределения токов в нагрузках.

На Рисунке 1 приведена схема двуханодного ШИМ регулятора, задающий генератор которого выполнен на псевдомикросхеме DA1 222 [3–6]. Эквивалентная схема микросхемы 222 приведена на Рисунке 1. Генератор работает на фиксированной частоте 1 кГц, причем эта частота не меняется как при изменении коэффициента заполнения импульсов (КЗИ) выходных сигналов, так и при изменении напряжения питания. К выходу генератора подключен коммутатор первой из нагрузок R_Н1 на транзисторе VT1 ATP613. Со стока этого транзистора через резистивный делитель R6, R7 управляющие импульсы поступают на затвор второго транзистора VT2 ATP613. Со cтоков транзисторов VT1 и VT2 через диоды VD2 и VD3, а также токоограничивающий резистор R5 ток поступает на стабилитрон VD1 и конденсатор фильтра C2. Напряжение, снимаемое с этих элементов, подается на питание микросхемы DA1 222. Ширина импульсов, вырабатываемых микросхемой DA1, плавно регулируется потенциометром R4 от 0 до 100%.


Рисунок 1.	Электрическая схема двуханодного регулятора токов и эквивалентная схема микросхемы 222 задающего генератора устройства.

К стокам MOSFET подключены сопротивления нагрузки R_Н1 и R_Н2. Питание устройства производится от двухполупериодного выпрямителя VD4–VD7. В качестве источника питания может быть использовано напряжение промышленной сети 230 В 50 Гц, либо напряжение постоянного тока, в том числе произвольной полярности при использовании диодного моста VD4–VD7. Устройство сохраняет работоспособность в пределах изменения сетевого напряжения от 127 до 280 В.

При регулировке потенциометра R4 происходит плавное перераспределение токов в нагрузках R_Н1 и R_Н2 от нуля до максимального возможного значения, Рисунок 2. Для используемых MOSFET ATP613 максимальный ток нагрузки может достигать 5.5 А без использования радиаторов при напряжении до 550 В.


Рисунок 2.	Динамика электрических процессов в цепях двух нагрузок, питаемых от сети переменного тока 230 В 50 Гц при частоте управляющих импульсов (F_{УПР.ИМП.}) 1 кГц и КЗИ 20 и 80%.

На Рисунке 3 показан вариант выполнения схемы двуханодного ШИМ регулятора. Схема отличается наличием дополнительного транзистора VT3 2N7000 и способом управления работой транзистора VT2 второго коммутатора нагрузки, что позволяет несколько улучшить форму выходных сигналов этого коммутатора при КЗИ выше 90%.


Рисунок 3.	*Вариант схемы двуханодного регулятора токов.*

На Рисунке 4 показан альтернативный пример выполнения задающего генератора с использованием классической схемы КМОП генератора на микросхеме DD1 CD40106 с ШИМ выходными сигналами. Генератор, как и ранее, работает на фиксированной частоте 1 кГц, однако эта частота меняется с изменением коэффициента заполнения выходных импульсов. Вторым недостатком использования такого задающего генератора является то, что он не может обеспечить граничные значения КЗИ, равные 0 или 100%, т.е. не может полностью отключить одну из нагрузок.


Рисунок 4.	Задающий генератор на основе элементов DD1.1 и DD1.2 микросхемы CD40106.

Минимальное сопротивление нагрузок при использовании MOSFET ATP613 без радиаторов должно превышать 60 Ом. Соотношение сопротивлений нагрузок R_Н1/R_Н2 может различаться как минимум на два порядка, в связи с чем одну из нагрузок можно выбирать в качестве холостой, а другую – в качестве рабочей.