AC-konstantströmskälldesign
On februari 15, 2021 by adminJag vill ge en ganska konstant ström (säg 10mA RMS, topp 20mA, 60Hz AC, med en 120V-matning) för att en belastning med mycket variabelt motstånd. Den behöver inte vara superren eller exakt, men bör kunna justera inom några cykler och aldrig avvika mer än 100% från den inställda strömnivån.
Den planerade belastningen är en elektrolytisk kemisk reaktor . Det kommer att bli mycket lättare att berätta när jag kan mata lite ström genom faktiska reagens, men bästa gissningen just nu är att motståndet kan variera från ensiffrigt till tusentals ohm beroende på alla möjliga saker (temperatur, reagensfas, etc.). Så jag vill välja en ström och kunna hålla den relativt konstant eftersom alla andra interna och externa parametrar varierar.
Vilka komponenter eller kretsar kan åstadkomma detta?
Kommentarer
- Avviker aldrig mer än 100% låter som en ganska lös tolerans!
- @Neil_UK – Japp, börjar lätt. Jag är bara nyfiken på det elementära fall och ville ’ inte bli distraherad med signalkonditionering.
- Så för ditt exempel på 10mA med 100% tolerans skulle allt från 0mA till 20mA vara acceptabelt?
- Vad du beskriver kan göras med en strömtransformator, transformera 120V AC upp till en mycket hög spänning (1000 V kanske), placera ett högeffektsmotstånd i serie med 1000 V för att begränsa strömmen till 10 mA RMS. Ja rå, farligt också, men teoretiskt kan det passa vad du beskriver.
- @Eugene Sh., Daniel Grillo, Tom Carpenter, nidhin, Peter Smith: Varför stängdes detta av som orent r när all ytterligare information fanns i kommentarerna och jag hade tillhandahållit en fullständig lösning som tycktes uppfylla OP ’ s krav?
Svar
Det enklaste sättet att bygga en aktiv växelströmskälla med konstant ström tar bara fyra delar:
- En brygga med lämpligt betyg likriktare (600PIV, 1A fungerar)
- Ett lämpligt motstånd (du måste prova flera värden)
- En HV-utarmning MOSFET som IXTH20N50D
- Och lite kylfläns – FET släpper en hel del kraft
Funktionsteori: Detta är din standard JFET konstant strömkälla, bara större tack vare kraftuttaget MOSFET. AC-drift tillhandahålls genom att ansluta den till DC-terminalerna på en brygglikriktare. (RL är en provbelastning – oavsett vilken belastning du bara ansluter i serie, är kretsen okänslig för belastningsposition och polaritet.)
simulera denna krets – Schema skapad med CircuitLab
Kommentarer
- Att ’ s trevligt och enkelt. Jag antar att det kommer att ge en kvadratisk vågsignal snarare än en sinusformad eftersom den ’ i grunden är en likströmskälla med likström i en brygglikriktare. Att ’ antagligen är bra för applikationen – jag tvivlar på att kemikalierna kommer att märka det.
- @transistor – ja, produktionen kommer ut lite fyrkantigt, vilket kanske inte är den snällaste saken på nätet, men för en udda som denna är det ’ ingen stor sak.
- Ja, för den här applikationen ” squarish ” spänningen ska vara bra så länge det ’ s noll-noll och kör minst ~ 60Hz. Och inte heller en stor sak, men det här är väsentligt mindre effektivt än op-amp-designen eftersom vi ’ tillagar dubbelsiffriga watt oavsett belastning, eller hur? Kan du klargöra uteffektstypen? Som ritat får belastningen RL 60Hz AC? (Förlåt, jag har inte ’ inte spelat EE tillräckligt länge för att förstå en krets utan lite arbete.
- @feetwet – belastningen får fortfarande 60Hz AC, ja – och op-amp-designen måste också ta bort strömmen någonstans
- Åh, och förresten – jag gick av med en faktor 10 på det nuvarande skratt Låt mig redigera detta åt dig
Svar
En likströmskälla för likström
Det här svaret baseras på en enkel konfiguration med konstant ström för op-amp DC-ström.
simulera denna krets – Schematisk skapad med CircuitLab
Figur 1. DC-konstantströmförstärkare.
- Ställ in torkaren på VR1 för att ge 2 V.
- OA1-utgången stiger snabbt och slår på Q1 och får ström att strömma genom lasten, Q1 och R1.
- När spänningen på R1 stiger till 2 V kommer kretsen att stabiliseras.
- Vid denna tidpunkt ger strömmen genom R1 = 2/100 = 20 mA så vi har skapat en variabel strömkälla och styrspänningen ger 10 mA / V på utgången.
- I övning R1 mäter både belastningsströmmen och basströmmen så det blir lite fel.
En växelströmskälla med konstant ström
10 mA vid 120 V är bara 1,2 W. En ljudförstärkare ska kunna driva en transformator för att uppnå det du behöver.
Figur 2. Omvandlare med konstant ström.
Detta är bara en grov skiss men kan komma dig på väg.
- XFMR1 ger en 6 Vrms sinusvåg till effektförstärkarchipet som är kopplat som en enhetsförstärkningsbuffert.
- Effektförstärkarutgången driver en steg-upp-transformator.
- R3 i utgången kompletterar förstärkarens återkopplingskrets. Med 600R shunt kommer 6 Vrms-feedback att genereras vid 10 mA.
- Det skulle förmodligen vara en bra idé att lägga till överspänning / spikskydd på återkopplingskretsen vid transienter från transformatorn. Ett 1k-motstånd och ett par dioder till varje power rail kan göra tricket.
- R2 är avsedd att begränsa strömmen till förstärkaren i händelse av att XFMR1 slås på före förstärkaren.
Kommentarer om stabilitet etc. är välkomna.
Full krets
Figur 3. Hel (icke testad) krets.
- XFMR1 uppgraderad till 12 V till ström resten av kretsen med D1, C1, D2, C2. Ingen spänningsreglering krävs eftersom vi inte är så oroliga för buller.
- R2, VR1 bildar en justerbar spänningsreferens mellan 0 och 6 V rms. C3 hjälper till att ta bort allt högfrekvent brus från XFMR1 eftersom det kan orsaka problem med XFMR2 och återkopplingsslingan.
- Observera ”dot” -konventionen på utgångstransformatorn. Du kommer inte att ha prickar på din transformator så du kan behöva invertera polariteten.
Sök efter en kraftfull op-amp för att göra jobbet.
Lågspännings växelströmskälla med konstant ström
Detta avsnitt är till hjälp för att förstå återkopplingskretsen.
Figur 4. Enkel, transformatorfri växelströmskälla med konstant ström.
Kretsen som visas i figur 4 utelämnar alla väsentliga komponenter utom för den variabla AC CC-leveransen.
Kommentarer
- Mycket cool – så vitt jag kan säga (vilket är litet). Nu kan det vara uppenbar för en EE, men kräver förstärkaren i den här kretsen sin egen delade DC-strömförsörjning, eller finns det något smart sätt att tappa av lågspännings växelströmmen? Och menar du verkligen att mata 120V mata ut före R3 tillbaka till förstärkaren, eller ska det vara t han 6V utgång?
- (1) Ja, det kräver en delad strömförsörjning eftersom en växelspänning krävs för att driva transformatorn. (2) Ja, vi kan vara smarta och generera spottförsörjningen från XFMR1 om vi använder en 120: 12 V-enhet. Vi matade sedan förstärkarens ingång från en 2: 1-delare för att ge oss 6 V. (3) Den återkopplingsmetod som föreslås är en ” lågsida ” nuvarande shunt. Vi ’ mäter spänningsfallet på R3 orsakad av strömmen som flyter i sekundärslingan. Förstärkaren justerar sin utgång tills spänningen på R3 = + ingångsspänningen och detta inträffar när du ’ har fått 10 mA (rms) genom R3 (och sekundär). Mer senare.
- Jag ’ har läst upp och börjat förstå detta lite bättre. Jag skulle vilja bygga det här, men utan ett komplett (och korrekt) diagram är jag ’ ganska säker på att jag ’ kommer att förstöra vad som helst är ” kvar till läsaren! ” (För alla andra som tittar på detta inkluderar relaterade inlägg här electronics.stackexchange.com/q/177092 , electronics.stackexchange.com/q/129609 , electronics.stackexchange.com/q/23919 , electronics.stackexchange.com/q/169718 . Och LM317 verkar vara en populär komponent för den här typen .
- Svar uppdaterat.
- Tack för det här! Jag ’ jag letar efter en lämplig förstärkare. När det gäller din krets: Jag förstår fortfarande inte ’ hur ” lågsidströmshunt ” fungerar som kabelansluten: Op-am p ser aldrig spänningen falla genom R3.Så om motståndet mot Iout (belastning) blir riktigt lågt kan det se 120V i gränsen? Eller förhindrar systemets dynamik det?
Lämna ett svar