Стабилизатор тока

Теория о токовой стабилизации

Ток, генерируемый идеальным источником тока должен оставаться постоянным при изменении сопротивления нагрузки от бесконечности до режима короткого замыкания (КЗ). Для стабилизации тока значение ЭДС должно меняется от величины не равной нулю до бесконечно большой. Поэтому стабилизатор тока должен при изменении сопротивления нагрузки изменить ЭДС источника ровно на столько, что значение тока остается неизменным.

Под идеальным понимают такой источник который обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением и бесконечно большим ЭДС, что позволяет получить требуемый ток в цепи независящий от текущего сопротивления в нагрузке.

Реальный источник тока поддерживает ток на необходимом уровне в ограниченном интервале напряжений, создаваемого на нагрузке и ограниченном сопротивление нагрузки. Реальный токовый источник используется совместно с источником напряжения, т.е последовательно с любым источником напряжения подсоединяется стабилизатор тока. Выход такого устройства рассматривается как источник тока.

Простейший стабилизатор тока это двухвыводной компонент, ограничивающий идущий через него ток величиной и точностью соответствующей справочным данным. Такой прибор обычно имеет корпус, напоминающий диод малой мощности. Благодаря внешнему сходству радиоэлементы этого вида часто упоминаются как диодные стабилизаторы тока. (Например 1N5296, E-103, L-2227)

Транзисторный стабилизатор тока

Для стабилизации токов номиналом от 0,5 до 10 обычно используют схемы, основной элемент которой мощный биполярный или полевой транзистор. С помощью схемы показанной на рисунке ниже можно получить ток, ограниченный только максимальным током транзистора или источника питания. Сопротивление R1 лучше получить из нескольких параллельно соединенных мощных резисторов.

Для того чтобы преобразовать схему в регулируемый источника стабильного ток сопротивление 180 Ом можно заменить переменным резистором. Для улучшения стабильности биполярный транзистор КТ818 можно усилить вторым транзистором меньшей мощности. Их соединяют по схеме составного транзистора, при этом минимальное напряжение стабилизации увеличивается.

Эту радиолюбительскую конструкцию можно применять для питания электромагнитов, соленоидов, обмоток шаговых двигателей, для зарядки аккумуляторных батарей и т.п. Транзистор нужно устанавить на теплоотвод.

Транзисторный стабилизатор тока для светодиодов

Т.к яркость светодиода сильно зависима от идущего через него тока, отсюда идут заметные для глаза пульсации яркости даже при незначительной нестабильности токового параметра. Кроме того малейшее превышение этой характеристики идущее через светодиоды, приведет к тому, что они просто выгорят.

Чтобы избежать этих проблем, светодиодные лампы и светильники обычно запитывают через драйверы, которые по своей схемотехнической базе и функциональному назначению и являются стабилизаторами тока.

Для стабилизации тока через светодиоды можно использовать типовые решения:

Первая схема построена на стандартном эмиттерном повторителе. Транзистор, включенный так, стремится поддерживать напряжение на эмиттере таким же, как и на базе. Поэтому, зафиксировав напряжение базы при помощи стабилитрона, мы получим стабилизированное напряжение на R1.

В соответствии с законом Ома, ток эмиттера:

Типовые и копеечные диоды имеют очень слабую зависимость прямого напряжения от тока, поэтому можно использовать их в качестве альтернативы более дорогим низковольтным стабилитронам. Ниже представлены два варианта такой схемы для транзисторов p-n-p и n-p-n проводимости.

Токовые импулься идушие через светодиоды задается подбором сопротивления R2. Резистор R1 выбирают таким, чтобы выйти на линейный участок ВАХ диодов (с учетом I базы транзистора). Напряжение питания должно быть не ниже, чем суммарное всех светодиодов плюс около 2-2.5 вольт сверху для устойчивой работы VT1 в схеме.

Сопротивление R1 будет также зависеть от коэффициента усиления транзистора hfe и ВАХ диодов. Для VT1 S9014 и диодов 1N4148 вполне хватит 10 кОм.

Теперь вернемся ко второй нашей схеме и рассмотрим ее:

Токовым датчиком является резистор R2, сопротивление которого приблизительно вычисляется, как 0.6/I_нагр. С ростом токового значения идущего через светодиоды, VT2 начинает открываться гораздо сильнее, что приводит к еще более мощному запиранию VT1. I_нагр снижается. Так осуществляется стабилизация тока на выходе схемы.

Минусом этой конструкции можно считать значительное падение напряжения (а значит и мощности) на VT1. При небольших токовых значениях, это совсем не критично, однако с ростом более одного ампера, потребует установка транзистора на радиатор.

Этот минус легко устранить, использовав вместо VT2, полевой транзистор MOSFET с низким сопротивлением стока-истока.

Простейшая схема стабилизатора может быть собрана и на одном поливеке с закороченным накоротко истоком и затвором, в цепь истока добавлено сопротивление R1, задающее обратное смещение затвора и позволяющее изменить ток стока, а значит и нагрузки.

Стабилизатор тока на специализированной микросхеме

До 10А на LM317

Из справочных данных на LM317 максимальная сила составляет всего 1,5 Ампера. Для увеличения ампер в схему добавлен транзистор.