Entwurf einer Wechselstrom-Konstantstromquelle
On Februar 15, 2021 by adminIch möchte einen ziemlich konstanten Strom (z. B. 10 mA RMS, Spitze 20 mA, 60 Hz Wechselstrom, unter Verwendung einer 120-V-Versorgung) bereitstellen eine Last von sehr variablem Widerstand. Es muss nicht sehr sauber oder präzise sein, sondern sollte sich innerhalb weniger Zyklen einstellen lassen und niemals mehr als 100% vom eingestellten Stromniveau abweichen.
Die vorgesehene Last ist ein elektrolytischer chemischer Reaktor Es wird viel einfacher zu sagen sein, wenn ich etwas Strom durch die tatsächlichen Reagenzien speisen kann, aber die beste Vermutung im Moment ist, dass der Widerstand von einstelligen bis zu Tausenden von Ohm variieren kann, abhängig von allen möglichen Dingen (Temperatur, Reagenzienphase, usw.). Ich möchte also einen Strom auswählen und diesen relativ konstant halten können, da alle anderen internen und externen Parameter variieren.
Welche Komponenten oder Schaltkreise können dies erreichen?
Kommentare
- Nie mehr als 100% zu verirren, klingt nach einer ziemlich lockeren Toleranz!
- @Neil_UK – Ja, ich fange einfach an. Ich bin nur neugierig auf das Elementare case und wollte nicht ‚ nicht von der Signalkonditionierung abgelenkt werden.
- Für Ihr Beispiel von 10 mA mit 100% Toleranz wäre also alles von 0 mA bis 20 mA akzeptabel?
- Was Sie beschreiben könnte mit einem Netztransformator gemacht werden, wandeln Sie die 120V AC in eine sehr hohe Spannung (vielleicht 1000 V vielleicht) um, setzen Sie einen Hochleistungswiderstand ein Serie mit 1000 V, um den Strom auf 10 mA RMS zu begrenzen. Ja, roh, auch gefährlich, aber theoretisch könnte es zu dem passen, was Sie beschreiben.
- @Eugene Sh., Daniel Grillo, Tom Carpenter, Nidhin, Peter Smith: Warum wurde dies als unsauber auf Eis gelegt? r als alle zusätzlichen Informationen in den Kommentaren waren und ich eine vollständige Lösung bereitgestellt hatte, die den Anforderungen des OP ‚ zu entsprechen schien?
Antwort
Der einfachste Weg, eine aktive Wechselstrom-Konstantstromquelle aufzubauen, besteht aus nur 4 Teilen:
- Eine Brücke mit geeigneter Nennleistung Gleichrichter (600PIV, 1A funktioniert)
- Ein geeigneter Widerstand (Sie müssen mehrere Werte ausprobieren)
- Ein HV-Verarmungs-MOSFET wie der IXTH20N50D
- Und ein bisschen Kühlkörper – der FET verbraucht einiges an Leistung
Betriebstheorie: Dies ist Ihr Standard-JFET Konstantstromquelle, nur größer dank des Leistungsverarmungs-MOSFET. Der Wechselstrombetrieb wird durch Anschließen an die Gleichstromklemmen eines Brückengleichrichters bereitgestellt. (RL ist eine Beispiellast – unabhängig davon, welche Last nur in Reihe geschaltet werden soll, ist die Schaltung unempfindlich gegenüber Lastposition und Polarität.)
simuliert diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab
Kommentare
- Das ‚ s schön und einfach. Ich gehe davon aus, dass es eher eine Rechteckwellenausgabe als eine Sinuswelle gibt, da es sich bei ‚ im Grunde um eine Gleichstrom-Konstantstromquelle in einem Brückengleichrichter handelt. Das ‚ ist wahrscheinlich in Ordnung für die Anwendung – ich bezweifle, dass die Chemikalien es bemerken werden.
- @transistor – ja, die Ausgabe ist etwas quadratisch, was Vielleicht ist es nicht die netteste Sache im Raster, aber für eine solche Gelegenheit ist es ‚ keine große Sache.
- Ja, für diese Anwendung “ squarish “ Spannung sollte in Ordnung sein, solange ‚ netto-null ist und läuft mindestens ~ 60Hz. Und auch keine große Sache, aber dies ist wesentlich weniger effizient als das Design des Operationsverstärkers, da wir ‚ unabhängig von der Last zweistellige Watt abkochen, oder? Können Sie den Ausgangsleistungstyp klären? Wie gezeichnet erhält die Last RL 60 Hz Wechselstrom? (Entschuldigung, ich habe ‚ nicht lange genug EE gespielt, um eine Schaltung ohne Arbeit zu verstehen.)
- @feetwet – die Last erhält immer noch 60 Hz Wechselstrom, Ja – und das Op-Amp-Design muss auch irgendwo Strom abkochen.
- Oh, und übrigens – ich war beim aktuellen Lachen Lassen Sie mich dies für Sie bearbeiten.
Antwort
Eine Gleichstrom-Konstantstromquelle
Diese Antwort basiert auf einer einfachen Konfiguration des Gleichstrom-Konstantstroms eines Operationsverstärkers.
simuliert diese Schaltung – Schema erstellt mit CircuitLab
Abbildung 1. DC-Konstantstromverstärker.
- Stellen Sie den Scheibenwischer auf VR1 auf 2 V.
- Der OA1-Ausgang steigt schnell an und schaltet Q1 ein, wodurch Strom durch die Last Q1 und R1 fließt.
- Wenn die Spannung an R1 auf 2 V ansteigt, stabilisiert sich der Stromkreis.
- Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom durch R1 = 2/100 = 20 mA, daher haben wir eine variable Stromquelle erstellt und die Steuerspannung ergibt 10 mA / V am Ausgang.
- In In der Praxis misst R1 sowohl den Laststrom als auch den Basisstrom, sodass ein kleiner Fehler auftritt.
Eine Wechselstrom-Konstantstromquelle
10 mA bei 120 V sind nur 1,2 W. Ein Audioverstärker sollte in der Lage sein, einen Transformator anzusteuern, um das zu erreichen, was Sie benötigen.
Abbildung 2. Konstantstromwechselrichter.
Dies ist nur eine grobe Skizze, kann Sie aber auf den Weg bringen.
- XFMR1 gibt dem Leistungsverstärkerchip, der als Einheitsverstärkungspuffer verdrahtet ist, eine 6-Veff-Sinuswelle.
- Der Leistungsverstärkerausgang steuert einen Aufwärtstransformator an.
- R3 im Ausgang vervollständigt die Verstärkerrückkopplungsschaltung. Bei einem 600R-Shunt wird eine 6-Veff-Rückkopplung bei 10 mA erzeugt.
- Es ist wahrscheinlich eine gute Idee, den Überspannungs- / Spitzenschutz der Rückkopplungsschaltung bei Transienten vom Transformator hinzuzufügen. Ein 1k-Widerstand und ein Diodenpaar an jeder Stromschiene könnten den Trick machen.
- R2 soll den Strom in den Verstärker begrenzen, wenn XFMR1 vor dem Verstärker hochfährt.
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Kommentare zur Stabilität usw. sind willkommen.
Vollkreis
Abbildung 3. Vollständige (nicht getestete) Schaltung.
- XFMR1 wurde auf 12 V aufgerüstet, um den Rest der Schaltung mit D1, C1, zu versorgen. D2, C2. Es ist keine Spannungsregelung erforderlich, da wir uns keine Sorgen um Rauschen machen.
- R2, VR1 bilden eine einstellbare Spannungsreferenz zwischen 0 und 6 V eff. C3 hilft dabei, hochfrequentes Rauschen von XFMR1 zu entfernen, da dies Probleme mit XFMR2 und der Rückkopplungsschleife verursachen kann.
- Beachten Sie die „Punkt“ -Konvention am Ausgangstransformator. Sie haben keine Punkte auf Ihrem Transformator, daher müssen Sie möglicherweise die Polarität umkehren.
Suchen Sie nach einem leistungsstarken Operationsverstärker, um die Aufgabe zu erledigen.
Niederspannungs-Wechselstrom-Konstantstromquelle
Dieser Abschnitt soll das Verständnis der Rückkopplungsschaltung erleichtern.
Abbildung 4. Einfache, transformatorlose Wechselstrom-Konstantstromquelle.
Die in Abbildung 4 gezeigte Schaltung lässt alle außer den wesentlichen Komponenten aus für die variable AC CC-Versorgung.
Kommentare
- Sehr cool – soweit ich das beurteilen kann (was wenig ist). Nun kann dies sein Für einen EE offensichtlich, aber benötigt der Verstärker in dieser Schaltung eine eigene geteilte Gleichstromversorgung, oder gibt es eine clevere Möglichkeit, den Niederspannungs-Wechselstrom abzuschalten? Und wollen Sie wirklich die 120V i speisen? > Ausgabe vor R3 zurück in den Verstärker, oder soll das t sein Der 6-V-Ausgang?
- (1) Ja, es ist eine geteilte Stromversorgung erforderlich, da zur Ansteuerung des Transformators eine Wechselspannung erforderlich ist. (2) Ja, wir könnten klug sein und die Spuckversorgung aus XFMR1 erzeugen, wenn wir eine 120: 12-V-Einheit verwenden. Wir würden dann den Verstärkereingang von einem 2: 1-Teiler speisen, um uns die 6 V zu geben. (3) Die vorgeschlagene Rückkopplungsmethode ist eine “ Low-Side “ aktueller Shunt. Wir ‚ messen den Spannungsabfall an R3, der durch den in der Sekundärschleife fließenden Strom verursacht wird. Der Verstärker passt seinen Ausgang an, bis die Spannung an R3 = die + Eingangsspannung ist. Dies tritt auf, wenn Sie ‚ 10 mA (rms) über R3 (und die Sekundärseite) haben. Mehr später.
- Ich ‚ habe gelesen und angefangen, dies ein wenig besser zu verstehen. Ich würde das gerne tatsächlich erstellen, aber ohne ein vollständiges (und korrektes) Diagramm bin ich ‚ ziemlich sicher, dass ich ‚ alles durcheinander bringen werde ist “ dem Leser überlassen! “ (Für alle anderen, die sich damit befassen, sind verwandte Beiträge hier electronic.stackexchange.com/q/177092 , electronic.stackexchange.com/q/129609 , electronic.stackexchange.com/q/23919 , electronic.stackexchange.com/q/169718 . Und Der LM317 scheint eine beliebte Komponente für diese Art von Dingen zu sein .
- Antwort aktualisiert.
- Vielen Dank dafür! ‚ Ich suche nach einem geeigneten Operationsverstärker. In Bezug auf Ihre Schaltung: Ich verstehe ‚ immer noch nicht, wie die “ Low-Side-Stromshunt “ funktioniert wie verkabelt: Der Operationsverstärker p sieht niemals den Spannungsabfall durch R3.Wenn also der Iout-Widerstand (Lastwiderstand) wirklich niedrig wird, könnte er 120 V im Grenzwert sehen? Oder verhindert die Dynamik des Systems dies?
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