Использование оптрона в цепи обратной связи стабилизатора напряжения или зарядного устройства
L. A. Cherkason.
Фирма Mt. ISA Mines Ltd. (Квинсленд, Австралия)
Простая недорогая схема, которая одновременно выполняет функции стабилизатора и зарядного устройства для малоемкостных аккумуляторов, может быть собрана без применения сложных датчиков напряжения. В этой схеме диод (излучатель) оптрона, включенный в несложную цепь обратной связи, воспринимает изменения выходного напряжения. Схема формирует стабилизированное выходное напряжение 12,7 В при токе 50 мА и может быть использована для зарядки аккумуляторов с сохранением предельных величин тока и напряжения, которые довольно просто изменяются.
Оптрон является оптимальным устройством с точки зрения его применения в качестве датчика напряжения. Диод воспринимает выходное напряжение, не нагружая схему и не нарушая нормального рабочего режима, а напряжение на нем не изменяется и имеет сравнительно небольшое значение при любых изменениях токов зарядки или нагрузки.
Как показано на схеме, диодный мост и конденсатор C1 выпрямляют и фильтруют входное напряжение переменного тока. Предположим, что схема работает как зарядное устройство.
При неполном заряде аккумулятора напряжение на нем ниже 12,7 В (Vz+Vd). Это напряжение устанавливается путем выбора соответствующего кремниевого стабилитрона, который включен последовательно с диодом оптрона. В этом случае последовательный транзистор 1N2270 открывается и пропускает ток в аккумулятор. Ток 1A ограничивается главным образом 220-Ом резистором.
Когда напряжение аккумулятора превышает значение (Vz+Vd), стабилитрон включается, и ток Iz протекает через диод оптрона, включая фототранзистор и запирая последовательный транзистор Q. В отсутствие аккумулятора, когда схема работает в режиме стабилизатора, ток поступает в нагрузку при напряжении 12,7 В. При этом, естественно, выходной ток зависит в основном от сопротивления нагрузки.
Напряжение пульсаций равно 25 мВ в режиме стабилизации и 1 мВ в режиме зарядки. Схема обеспечивает стабилизацию 30 мВ/В при изменении напряжения и 8 мВ/мА при изменении нагрузки в пределах от 5 до 30 мА. Оба параметра можно улучшить, заменив транзистор Q составным транзистором.
Выходные напряжение и ток могут устанавливаться соответствующим выбором резисторов R1 и R2 и стабилитрона. Кроме того, сопротивления резисторов можно определить, если заданы емкость аккумулятора (С) в миллиампер-часах и входное напряжение (на конденсаторе C1).
Экспериментально было найдено, что для лучшей работы схемы ток Ia должен быть равен 0,25 С. Такое соотношение характерно для аккумуляторов, потребляющих сравнительно большой зарядный ток. Предполагая, что входное напряжение Vin намного превышает падение напряжения база-эмиттер транзистора Q, получим
R2>Vin/0,25C-R1/hfe,
где hfe - коэффициент усиления по постоянному току транзистора Q. Чтобы найти минимальное значение R2, предположим, что Iо известно, следовательно,
R2<(Vin-Vo)/Io.
Это уравнение справедливо при условии, что Io>Iz.
Значение R1 зависит от минимальной величины Iо, соответствующей запертому состоянию транзистора Q. Можно показать, что
R1>(Vin-Vo)/0,02C.
Указанное уравнение предполагает, что минимальное значение Iо составляет около 0,02С-соотношение, определенное экспериментально, а не теоретически.
