Светодиодный индикатор тока

Андрей Бутов, с. Курба Ярославской обл.
Для оценочного контроля тока, потребляемого каким-либо устройством, подключенным к лабораторному блоку питания, можно изготовить несложный светодиодный индикатор потребляемого постоянного тока.
Такой индикатор можно встроить в лабораторный блок питания с линейным стабилизатором напряжения, с групповой стабилизацией выходных напряжений в импульсном блоке питания, а также в блоки питания без стабилизации выходных напряжений.
Принципиальная схема устройства показана на рис.1.


Индикатор рассчитан на отображение трех контрольных величин потребляемого тока: больше 0.5 А, больше 1 А, больше 1.5 А. Индикация осуществляется тремя светодиодами. Устройство подключается к блоку питания по трехпроводной схеме в разрыв цепи плюсового провода до узлов стабилизации выходного напряжения. Когда ток в цепи меньше 0.5 А, напряжение эмиттер-база маломощного германиевого транзистора VT1 меньше порогового напряжения открывания VT1, этот транзистор закрыт, напряжение на верхнем по схеме выводе резистора R1 близко к нулю относительно общего провода. Следовательно, будут закрыты транзисторы VT2, VT3, включенные по схеме Шиклаи как составной транзистор. Светодиод HL1 не светит. При превышении тока, протекающего через параллельно включенные резисторы R2, R3, более 0.5 А, транзистор VT1 начинает открываться, напряжение на выводах R1 растет, когда напряжение база-эмиттер VT2 станет больше 0.6...0.7 В, этот транзистор откроется, вместе с ним откроется транзистор VT3, светодиод HL1 начнет светиться. Резистор R11 создает положительную обратную связь по напряжению для каскада на транзисторах VT2, VT3, что необходимо для создания гистерезиса порогового устройства на этих транзисторах. Конденсаторы С1, С2, а также остальные конденсаторы устраняют чувствительность узлов устройства к пульсациям напряжения питания, высокочастотным помехам и электромагнитным фоновым наводкам. Применение на месте VT1 германиевого транзистора с меньшим пороговым напряжением эмиттерного перехода, чем у кремниевых транзисторов, позволяет установить резисторы R2, R3 меньшего сопротивления, что уменьшает на них падение напряжения и потери мощности.
При дальнейшем увеличении потребляемого тока транзистор VT1 открывается сильнее, когда ток через низкоомные резисторы R2, R3 превысит 1 А, откроются транзисторы VT4, VT5, загорится светодиод HL2.
Когда ток через R2, R3 станет больше 1.5 А, откроются транзисторы VT5, VT6, загорится светодиод HL3. Чувствительность каждого порогового устройства на транзисторах VT2VT3, VT4VT5 и VT6VT7 задается соответственно делителями входного напряжения R4R7, R6R13, R5R18. Резисторы R12, R17, R22 ограничивают ток через светодиоды и транзисторы VT3, VT5, VT7. Резистор R8 ограничивает ток через переход база-эмиттер VT1. Кремниевый диод VD1 ограничивает рост напряжения на выводах резисторов R2, R3, при коротком замыкании или перегрузке на выходе БП или при неисправности его узлов. Резисторы R9, R14, R19 устраняют негативное влияние обратного тока коллектора транзисторов VT2, VT4, VT6.
Конструкция и детали
Большинство деталей устройства размещены на монтажной плате размерами 70x38 мм (см. фото в начале статьи). После окончания монтажа и настройки устройства плату со стороны соединений покрывают лаком ХВ-784 или цапонлаком. Резисторы R2, R3 и диод VD1 удобнее разместить на основной плате усовершенствуемого блока питания или стабилизатора напряжения. Светодиоды монтируют на передней панели блока питания. Постоянные резисторы можно применить типов РПМ, МЛТ, С1-4, С2-23 соответствующей мощности. На месте R2, R3 можно применить проволочный резистор мощностью от 5 Вт. При работе БП на максимальном токе нагрузки этот резистор не должен нагреваться более чем на 10°С относительно окружающей температуры. Для использования устройства совместно с импульсным блоком питания этот резистор должен иметь как можно меньшую индуктивность.
Конденсатор С1 установлен многослойный керамический. При отсутствии такого конденсатора можно установить обычный оксидный номиналом 22 мкФ 6.3 В. К выводу эмиттера VT1 подключают «плюс» С1. Остальные конденсаторы керамические К10-17, К10-50, КМ-5 или аналоги. Часть резисторов и конденсаторов использованы в SMD-исполнении.
Диод КД226А можно заменить любым из серий КД226, КД257, 1 N5400-1 N5408.
Вместо светодиодов АЛ307КМ красного цвета свечения, диаметр линзы 5 мм, можно установить другие с повышенной светоотдачей, например, АЛ307ЛМ, КИПД21П-К, КИПД35Л-К, КИПД66Т-К, RL50-UR543, DB5D-436AR.
Германиевый транзистор МП26А можно заменить МП26Б. Для упрощения настройки устройства желательно применить этот транзистор с коэффициентом h21э = 30...40. При напряжении питания устройства не более 25 В подойдут транзисторы МП25А, МП25Б. Кроме предпочтительного коэффициента передачи тока на место VT1 желательно подобрать экземпляр с минимальным обратным током коллектора при рабочем напряжении питания устройства.
Кремниевые n-p-n транзисторы КТ3102Б можно заменить любыми из КТ3102А, КТ3102Ж, КТ3102И и серий КТ6111, SS9014, ВС547, ВС307 с любыми буквенными индексами. Вместо p-n-р транзисторов КТ3107Б в качестве замены подойдут КТ3107А, КТ3107В, КТ3107И и серий КТ6112, SS9015, ВС557, 2SA992. Перечисленные в качестве возможных замен типы транзисторов могут иметь различия в типе корпуса и цоколевке выводов.
Один из примерных вариантов подключения измерителя тока к блоку питания показан на рис.2.

При таком способе подключения индикатора его наличие не влияет на уменьшение выходного напряжения на выходе стабилизатора из-за падения напряжения на резисторах R2, R3.
Настройка
Безошибочно собранное из исправных деталей устройство нуждается в настройке. Настройка относительно трудоемкая. Резисторы R12, R17, R22 устанавливают такого номинала, чтобы при актуальном напряжении питания устройства ток через светодиоды был 2...4 мА. На время настройки порогов включения светодиодов HL1-HL3 вместо постоянных резисторов R7, R13, R18 подключают подстроечные сопротивлением примерно вдвое большего номинала, чем указано на рис.1 для этих резисторов. Если не удается установить оптимальные пороги включения для светодиодов HL2, HL3, то это означает, что при токе 1 А и выше транзистор VT1 уже полностью открыт.
Это можно устранить подключением параллельно С1 добавочного резистора, номинал которого подбирают экспериментально. Изготовленную плату индикатора тока желательно установить в корпусе блока питания как можно дальше от сильно нагревающихся массивных элементов конструкции: теплоотводов, понижающего трансформатора, мощных нагрузочных резисторов и т.п. Если требуется, чтобы светодиоды включались при меньших токах нагрузки, то резисторы R2, R3 устанавливают большего номинала. Если нужно, чтобы светодиоды включались при большем токе нагрузки, то целесообразно увеличить количество параллельно включенных R2, R3 резисторов.
РА 4 '2017

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Счетчик тИЦ и PR