Схема стабилизатора напряжения: Стабилизатор напряжения — устройство, принцип работы, виды, применение
Виды и схемы стабилизаторов напряжения
Автор: Александр Старченко
Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.
Содержание:
- Виды стабилизаторов напряжения
Виды стабилизаторов напряжения
В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:
- Феррорезонансные;
- Сервоприводные;
- Релейные;
- Электронные;
- Двойного преобразования.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами.
Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.
Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.
Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.
Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.
Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.
Электромеханический стабилизатор
Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:
- Входной фильтр;
- Плата измерения напряжения;
- Автотрансформатор;
- Серводвигатель;
- Графитовый скользящий контакт;
- Плата индикации.
В основе работы электромеханического стабилизатора лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.
Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.
При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.
Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Релейный стабилизатор
В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:
- Сетевой фильтр;
- Плата контроля и управления;
- Трансформатор;
- Блок электромеханических реле;
- Устройство индикации.
В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.
Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих приборов.
Пример схемы релейного стабилизатора
Еще одна схема стабилизатора релейного типа
Электронный стабилизатор
Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:
- Фильтр сети;
- Плата измерения напряжения и управления;
- Трансформатор;
- Блок силовых электронных ключей;
- Плата индикации.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.
Стабилизатор двойного преобразования
Это устройство, называемое так же инверторный стабилизатор, по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.
Схема инверторного стабилизатора напряжения 220в состоит из следующих узлов:
- Фильтр сетевых помех;
- Корректор мощности – выпрямитель;
- Блок конденсаторов;
- Инвертор;
- Узел микропроцессора.
Напряжение сети, пройдя через фильтр, поступает на корректор – выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. В блоке конденсаторов запасается энергия, которая будет необходима при пониженном напряжении.
Обычно инвертор выполняется по схеме с использованием ШИМ контроллера. Дополнительное питание необходимо для питания микропроцессора, который управляет всей работой стабилизатора.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Это устройство отличается уникальными параметрами, поскольку инверторный стабилизатор не изменяет величину напряжения сети, а заново его генерирует.
Это позволяет получить напряжение высокого качества со стабильной частотой.
На базе инверторного принципа может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае можно на схемном уровне рассчитать величину напряжения на входе, которая может быть практически любой, а стабилизатор будет выдавать 220В.
С этим читают:
Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц сетях!Схема электрическая стабилизатора
Разработчики электрических и электронных устройств, в процессе их создания, исходят из того, что будущее устройство будет работать в условиях стабильного питающего напряжения. Это необходимо для того, чтобы электрическая схема электронного устройства, во-первых, обеспечивала стабильные выходные параметры в соответствии со своим целевым назначением, а во-вторых, стабильность питающего напряжения защищает устройство от скачков, чреватых слишком большими потребляемыми токами и перегоранием электрических элементов устройства.
Для решения задачи обеспечения неизменности питающего напряжения применяют какой-либо вариант стабилизатора напряжения. По характеру потребляемого устройством тока различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
Стабилизаторы переменного напряжения
Стабилизаторы переменного напряжения применяют, если отклонения напряжения в электрической сети от номинального значения превышают 10% . Такая норма выбрана исходя из того, что потребители переменного тока при таких отклонениях сохраняют свою работоспособность весь срок эксплуатации. В современной электронной технике, как правило, для решения задачи стабильного электропитания используют импульсный блок питания, при котором стабилизатор переменного напряжения не нужен. А вот в холодильниках, микроволновых печах, кондиционерах, насосах и т.п. требуется внешняя стабилизация питающего переменного напряжении. В таких случаях чаще всего используют стабилизатор одного из трёх типов: электромеханический, главным звеном которого является регулируемый автотрансформатор с управляемым электрическим приводом, релейно- трансформаторный, на базе мощного трансформатора, имеющего несколько отводов в первичной обмотке, и коммутатора из электромагнитных реле, симисторов, тиристоров или мощных ключевых транзисторов, а также чисто электронный.
Для подключения потребителей к сети переменного тока 50 Гц применяют стабилизатор напряжения на 220 В. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа изображена на следующем рисунке.
Трансформатор А1 повышает напряжение в сети до уровня, достаточного для стабилизации выходного напряжения при низком входном напряжении. Регулирующий элемент РЭ осуществляет изменение выходного напряжения. На выходе управляющий элемент УЭ измеряет значение напряжения на нагрузке и выдает управляющий сигнал для его корректировки, если это необходимо.
Электромеханические стабилизаторы
В основе такого стабилизатора — использование бытового регулируемого автотрансформатора или лабораторного ЛАТРа. Применение автотрансформатора обеспечивает более высокий КПД установки. Рукоятка регулирования автотрансформатора удаляется, а на корпусе вместо нее соосно устанавливают небольшой двигатель с редуктором, обеспечивающим усилие вращения достаточное для поворота бегунка в автотрансформаторе.
Примеры схем электромеханических стабилизаторов приведены ниже:
Электрическая схема стабилизатора напряжения с использованием логических микросхем и релейного управления электроприводом
Электромеханический стабилизатор на основе операционного усилителя.
Достоинством подобных стабилизаторов является простота реализации и высокая точность стабилизации напряжения на выходе. К недостаткам следует отнести невысокую надёжность из — за присутствия механических подвижных элементов, относительно малую допустимую мощность нагрузки ( в пределах 250 … 500 Вт), малую распространенность в наше время автотрансформаторов и необходимых электродвигателей.
Релейно — трансформаторные стабилизаторы
Релейно — трансформаторный стабилизатор является более популярным в силу простоты реализации конструкции, применения распространенных элементов и возможности получения значительной выходной мощности (до нескольких киловатт), значительно превышающей мощность примененного силового трансформатора. На выбор его мощности влияет минимальное напряжение в конкретной сети переменного тока. Если, к примеру, оно не меньше 180 В, то от трансформатора потребуется обеспечение вольтодобавки 40 В, что в 5,5 раз меньше номинального напряжения в сети. Выходная мощность у стабилизатора во столько же раз будет больше, чем мощность силового трансформатора (если не учитывать КПД трансформатора и максимально допустимый ток через коммутирующие элементы). Число ступеней изменения напряжения, как правило, устанавливают в пределах 3 … 6 ступеней, что в большинстве случаев обеспечивает приемлемую точность стабилизации напряжения на выходе.
Ниже приведена принципиальная схема релейно — трансформаторного стабилизатора:Схема цифрового релейно — трансформаторного стабилизатора на электромагнитных реле
Электронные стабилизаторы имеют, как правило, небольшую мощность (до 100 Вт) и необходимую для работы многих электронных устройств высокую стабильность выходного напряжения. Они обычно строятся в виде упрощённого усилителя низкой частоты, имеющего достаточно большой запас изменения уровня питающего напряжения и мощности. На его вход от электронного регулятора напряжения подаётся сигнал синусоидальной формы с частотой 50 Гц от вспомогательного генератора. Можно использовать понижающую обмотку силового трансформатора. Выход усилителя подключен к повышающему до 220 В трансформатору. Схема имеет инерционную отрицательную обратную связь по значению выходного напряжения, что гарантирует стабильность выходного напряжения с неискажённой формой. Для достижения мощности на уровне нескольких сотен ватт используют другие методы.
Обычно применяют мощный преобразователь постоянного тока в переменный на основе использования нового вида полупроводников — так называемых IGBT транзисторо.
Эти коммутирующие элементы в ключевом режиме могут пропустить ток в несколько сотен ампер при максимально допустимом напряжении более 1000 В. Для управления такими транзисторами используются специальные виды микроконтроллеров с векторным управлением. На затвор транзистора с частотой в несколько килогерц подают импульсы с переменной шириной, которая меняется по программе, введенной в микроконтроллер. По выходу такой преобразователь нагружен на соответствующий трансформатор. Ток в цепи трансформатора меняется по синусоиде. В то же время напряжение сохраняет форму исходных прямоугольных импульсов с разной шириной. Такая схема используется в мощных источниках гарантированного питания, используемых для бесперебойной работы компьютеров. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа очень сложна и практически недоступна для самостоятельного воспроизведения.
Упрощенные электронные стабилизаторы напряжения
Такие устройства применяют, когда напряжение бытовой сети (особенно в условиях сельских населенных пунктов) нередко оказывается пониженным, практически никогда не обеспечивая номинальных 220 В.
В такой ситуации и холодильник работает с перебоями и риском выхода из строя, и освещение оказывается тусклым, и вода в электрочайнике долго не может закипеть. Мощности старенького, еще советских времен, стабилизатора напряжения, рассчитанного на питание телевизора, как правило, недостаточна для всех остальных бытовых электропотребителей, да и значение напряжения в сети часто падает ниже уровня, допустимого для подобного стабилизатора.
Существует простой метод для повышения напряжение в сети, путем использования трансформатора мощностью значительно меньшей мощности применяемой нагрузки. Первичная обмотка трансформатора включается непосредственно в сеть, а нагрузка подключается последовательно к вторичной (понижающей) обмотке трансформатора.
Электрическая схема стабилизатора напряжения, действующего по этому несложному принципу, приведена рисунке ниже. Когда стоящий в диагонали диодного моста VD2 транзистор VT2 (полевой) закрыт, обмотка I (являющаяся первичной) трансформатора Т1 к сети не подключена. Напряжение на включенной нагрузке почти равно сетевому за минусом небольшого напряжения на обмотке II (вторичная) трансформатора Т1. При открытии полевого транзистора первичная обмотка трансформатора окажется замкнутой, а к нагрузке будет приложена сумма сетевого и напряжения вторичной обмотки.
Схема электронного стабилизатора напряжения
Напряжение с нагрузки, через трансформатор Т2 и диодный мост VD1 подается на транзистор VT1. Регулятор подстроечного потенциометра R1 должен быть выставлен в положение, обеспечивающее открытие транзистора VT1 и закрытие VT2, когда напряжение на нагрузке превышает номинальное (220 В).
Если напряжение меньше 220 вольт транзистор VT1 закроется , a VT2 — откроется. Полученная таким способом отрицательная обратная связь сохраняет напряжение на нагрузке примерно равным номинальному значению.
Выпрямленное напряжение с моста VD1 используется и для запитки коллекторной цепи VT1 (через цепь интегрального стабилизатора DA1). Цепочка C5R6 гасит нежелательные скачки напряжения сток-исток на транзисторе VT2. Конденсатор С1 обеспечивает снижение помех, проникающих в сеть в процессе работы стабилизатора. Номиналы резисторов R3 и R5 подбирают, получая наилучшую и устойчивую стабилизацию напряжения. Выключатель SA1 обеспечивает включение и выключение стабилизатора и нагрузки. Замыкание выключателя SA2 отключает автоматику, стабилизирующую напряжение на нагрузке. Оно в таком варианте оказывается максимально возможным при текущем напряжении в сети.
После включения собранного стабилизатора в сеть, подстроечным резистором R1 устанавливают на нагрузке напряжение, равное 220 В.
Нужно учесть, что вышеописанный стабилизатор не может устранить изменения сетевого напряжения, превышающие 220 В, или оказавшиеся ниже минимального, использованного при расчете обмоток трансформатора.
Замечание: В некоторых режимах работы стабилизатора мощность, рассеиваемая транзистором VT2, оказывается весьма значительной. Именно она, а не мощность трансформатора, может ограничить допустимую мощность нагрузки. Поэтому следует позаботиться о хорошем отводе тепла от этого транзистора.
Стабилизатор, устанавливаемый в сыром помещении, нужно обязательно поместить в заземленный металлический корпус.
Принцип работы и типовые схемы компенсационных стабилизаторов напряжения на транзисторах
Наиболее широкое практическое применение находят компенсационные последовательные стабилизаторы напряжения. Типовая схема такого стабилизатора приведена на рис. 1. В зависимости от величины тока нагрузки регулирующий транзистор может быть составным (как показано на рис.
1) или одиночным.
Основными недостатками типовой схемы являются низкий коэффициент стабилизации и довольно большие пульсации на выходе стабилизатора.
Последнее особенно сильно проявляется при больших токах нагрузки. Это объясняется тем, что база регулирующего транзистора питается от нестабилизированного источника. Увеличение емкости конденсатора C1 уменьшает пульсации лишь тогда, когда эта емкость будет равна не скольким тысячам мкф, что практически трудно реализовать.
Качество стабилизатора существенно улучшится, если базовую цепь регулирующего транзистора питать от стабилизированного источника или источника с малым напряжением пульсаций переменного тока. Ниже рассматривается несколько вариантов улучшения стабилизатора по этому принципу.
На рис. 2 приведена схема стабилизатора со сглаживающим фильтром в базовой цени регулирующего транзистора. В этом стабилизаторе резистор R5 заменен двумя — R5`R5″ добавлен конденсатор С2.
Так как ток, протекающий через этот фильтр, весьма мал, то даже при емкости С2 в несколько десятков мкФ пульсации на базе регулирующего транзистора, а следовательно, и на выходе стабилизатора существенно уменьшаются. Следует иметь в виду, что сумма сопротивлений резисторов R5` и R5″ должна быть равна сопротивлению резистора R5 на схеме рис. 1.
В стабилизаторе, схема которого показана на рис. 3, для питания цепей баз регулирующего транзистора и транзистора усилителя обратной связи применен стабилизирующий трехполюсник. Этот стабилизатор позволяет отказаться от применения составного регулирующего транзистора при значительных токах нагрузки. В стабилизирующем трехполюснике используется n-р-n транзистор, напряжение на базе которого стабилизировано с помощью диода Д2. В качестве диода Д2 могут быть использованы кремниевые стабилитроны, которые имеют напряжение стабилизации в прямом направлении порядка 0,5В. Поскольку напряжение перехода база — эмиттер транзистора стабилизировано, ток Iк2, коллектора транзистора Т2 не меняется при изменении входного напряжения Uвх и при наличии пульсаций на входе.
Базовые цепи регулирующего транзистора и транзистора усилителя обратной связи в стабилизаторе, схема которого дана на рис. 4, питаются от стабилизированного источника. При больших токах нагрузки мощность рассеяния на регулирующем транзисторе этого стабилизатора резко увеличивается. Поэтому применение его целесообразно лишь при сравнительно небольших токах нагрузки (до 0,3—0,5A).
На рис. 5 изображена схема стабилизатора, качество работы которого улучшено применением транзистора Т2 типа n-р-n взамен р-n-р в стабилизаторе по схеме рис. 1 и изменением места включения опорного стабилитрона. Нетрудно видеть, что колебания входного напряжения поступают на эмиттерные переходы всех транзисторов только через достаточно большие сопротивления коллекторных переходов, и таким образом, дестабилизирующее влияние источника питания на стабилизатор существенно уменьшается.
В стабилизаторе, схема которого приведена на рис.
6, применены регулирующий и усилительный транзисторы разных типов проводимости. Особенностью стабилизатора является то, что регулирующий транзистор подключен к положительному полюсу стабилизируемого напряжения. Так как коллекторный ток усилительного транзистора и базовый ток регулирующего транзистора направлены согласованно, отпадает необходимость в специальном нагрузочном резисторе и источнике вспомогательного напряжения, а также значительно упрощается согласование режимов транзисторов. Роль нагрузки усилительного каскада здесь играет весьма значительное по величине сопротивление коллекторного перехода регулирующего транзистора. При выполнении стабилизатора по этой схеме можно обойтись без применения в регулирующем элементе составного транзистора до токов нагрузки 300—500 мА.
Все стабилизаторы напряжения, описанные в статье, испытывались при токе нагрузки Iн—300 мА и выходном напряжении Uн=15 в. Во время испытаний стабилизаторы питались от выпрямителя, собранного по мостовой схеме без сглаживающего фильтра.
В заключение следует отметить, что коэффициент стабилизации всех схем, приведенных выше, можно повысить увеличением доли выходного напряжения, действующей на усилитель обратной связи стабилизатора. С этой целью необходимо увеличивать значение коэффициента n=R2/R1+R2 (для схемы рис. 1), что возможно путем выбора опорного напряжения, близкого к значению Uн. Другим путем является замена резистора R1 (см. рис. 1) таким стабилитроном (показан пунктиром), чтобы Uст. Д1+Uст.Д2≈Uн. Такая замена позволяет увеличить коэффициент стабилизации стабилизатора по схеме рис. 1 с 20 до 50.
Ознакомиться с основными характеристиками и цоколевкой интегральных микросхем стабилизаторов напряжения можно на страницах нашего сайта:
Справочная информация по интегральным стабилизаторам напряжения AN серии
Справочная информация по интегральным стабилизаторам напряжения MC серии
Справочная информация по интегральным стабилизаторам напряжения LM серии
Главные отличия релейных, электронных и инверторных стабилизаторов напряжения
Какие бывают стабилизаторы и в чем их отличия?
Стабилизатор переменного напряжения является преобразующим устройством, которое корректирует поступающее из сети напряжение и доводит его до номинального значения (220/230 В для однофазной и 380/400 В для трехфазной сети), которое поддерживается в непрерывном режиме и поступает на подключенные электроприборы.
В настоящее время на российском рынке электропитания представлено несколько типов стабилизаторов напряжения, а именно: релейные, электромеханические, электронные и инверторные модели. В зависимости от типа они способны нивелировать сетевые перепады, просадки и перенапряжения в определенных диапазонах с различной скоростью и точностью, фильтровать сетевые помехи и защищать нагрузку от кратковременных пропаданий электросети.
Подробно разберем главные отличия самых распространенных на отечественном рынке стабилизаторов напряжения.
Характеристики и особенности релейных стабилизаторов
В данных устройствах применена трансформаторная технология коррекции сетевого напряжения. В своем составе приборы имеют автотрансформатор, блок силовых реле и электронную плату управления.
Процесс стабилизации напряжения в релейных моделях выполняется следующим образом: плата управления устройства непрерывно анализирует значение входного сигнала, поступающего из сети и, если возникает скачок или просадка напряжения, то силовое реле стабилизатора коммутирует необходимый сегмент трансформаторной обмотки, чтобы входное напряжение приобрело номинальное значение.
Поскольку регулировка напряжения в данных изделиях происходит ступенчато, то их реакция на изменение параметров сети происходит с некоторой задержкой, которая может доходить до 10-20 мс. Из-за недостаточного быстродействия такие стабилизаторы не могут обеспечить качественную защиту от резкого повышения напряжения или его просадок. Частые скачки, происходящие в электросети, снижают качество работы силового реле и значительно ускоряют его износ.
Точность выходного напряжения у релейных моделей зависит от количества ступеней регулировки и скорости их. Как правило, погрешность выходного сигнала у них может доходить до 10% от номинального значения, что не подходит для электрочувствительных приборов. Кроме того, из-за дискретности стабилизации происходят микроразрывы в электропитании и искажение формы выходного сигнала.
За счет того, что в схеме релейных моделей нет электронных компонентов, которые могут подвергаться нагреванию или страдать от конденсата, устройства не требуют специального охлаждения и способны работать при минусовой температуре внешней среды, доходящей до -20° С.
Также важно отметить, что реле в стабилизаторах во время своей работы издает характерные щелчки, из-за чего приборы, как правило, устанавливаются в нежилых помещениях.
Основные преимущества и недостатки релейных стабилизаторов приведены в таблице ниже:
| Недостатки | Преимущества |
|
|
Релейные стабилизаторы в основном выбирают для защиты нетребовательной к качеству электропитания нагрузки (например, кухонных электроприборов, систем освещения, телевизионной техники и некоторых электроинструментов) в относительно стабильных электросетях.
Приборы могут устанавливаться в отдельных технических помещениях, не имеющих отопления.
Характеристики и особенности электронных стабилизаторов
По схеме своей работы данные устройства аналогичны релейным типам, только в своем составе вместо силовых реле они имеют электронные ключи – симисторы или тиристоры.
Процесс коррекции напряжения в электронных моделях управляется микропроцессором, который при обнаружении отклонения параметров сети активизирует силовой ключ, коммутирующий необходимую обмотку трансформатора для получения выходного напряжения, максимально приближенного к номинальному значению.
Электронные ключи имеют меньший размер по сравнению с силовыми реле, поэтому такие стабилизаторы более компактны в размерах. Кроме того, в схеме работы электронных моделей отсутствуют какие-либо подвижные элементы, поэтому они считаются более надежными и издают меньше шума при работе по сравнению с релейными типами.
Электронным стабилизаторам, как и релейным моделям, характерна дискретность (ступенчатость) коррекции напряжения.
Хотя она может быть более плавной и проявляться в меньшей степени, но все-таки может вызывать помехи в работе некоторых электрочувствительных нагрузок.
Большое количество обмоток трансформатора и высокая скорость их переключения (быстродействие – в среднем составляет 10 мс) позволяет электронным моделям справляться с резкими скачками напряжения и корректировать входной сигнал с более высокой точностью по сравнению с устройствами релейного типа. В среднем диапазон входных напряжений в таких моделях составляет 130-270 В, а погрешность выходного сигнала – 5%. Однако устройства не способны справляться со значительными просадками сети, а точности стабилизации входного сигнала может быть недостаточно для потребителей, особо чувствительных к качеству напряжения, например, компьютерной техники.
Также важным недостатком электронных приборов является несинусоидальная форма выходного напряжения (трапециевидная или прямоугольная, в зависимости от модели), которая может быть вызвана работой силовых ключей – симисторов/тиристоров.
Такая особенность функционирования накладывает ограничение на использование данных устройств для определенных типов нагрузок. Кроме того, некоторые электронные модели имеют небольшую перегрузочную способность, которая может составлять всего 40%. Частые и значительные перегрузки в таких устройствах могут приводить к раннему выходу из строя силовых ключей.
Основные преимущества и недостатки электронных стабилизаторов приведены в следующей таблице:
| Недостатки | Преимущества |
|
|
Электронные модели обладают более высокими техническими характеристиками по сравнению с релейными типами, что позволяет их применять в электросетях, в которых случаются резкие и значительные перепады напряжения.
Однако для нагрузки с электродвигателями они не подойдут, так как искаженная форма напряжения может негативно сказаться на работе такой нагрузки. Также не рекомендуется использовать данный тип стабилизаторов с профессиональной аудио- и видеотехникой по причине помех, создаваемых в процессе коммутации обмоток трансформатора, которые могут испортить качество звука или изображения.
Характеристики и особенности инверторных стабилизаторов
Инверторные стабилизаторы являются устройствами нового поколения за счет совершенного иного принципа действия по сравнению с другими типами. Они основаны на технологии двойного преобразования энергии или Instant Reaction & Double Conversion (IRDC), предполагающей мгновенную реакцию и двойное преобразование.
В схеме работы инверторных моделей нет автоматического трансформатора и коммутационных элементов, а вместо них присутствуют такие элементы, как выпрямитель, конденсатор, инвертор и микроконтроллер.
Во время работы инверторных устройств входное нестабильное напряжение сначала выпрямляется и накапливается в конденсаторе, а затем с помощью инвертора переводится обратно в переменное, но уже с эталонными характеристиками.
В результате на нагрузку непрерывно подаётся сигнал высокой точности (±2%) и идеальной синусоидальной формы независимо от сетевых параметров. За счет такого принципа действия инверторные модели способны мгновенно реагировать на скачки и просадки сетевого напряжения в достаточно широком диапазоне, который составляет 90-310 В.
Благодаря наличию конденсатора, который накапливает электроэнергию, инверторные модели обеспечивают надёжную защиту нагрузки от значительных и резких перепадов электроэнергии, а также кратковременных пропаданий сетевого напряжения (до 0,2 с). Поскольку инверторные модели в своем составе не имеют механических подвижных элементов, они не издают неприятных звуков во время своей работы. Однако в некоторых моделях, как правило, с выходной мощностью более 1 кВА, может присутствовать небольшой шум от системы охлаждения, сравнимый с работой кулеров персонального компьютера или ноутбука.
Инверторные стабилизаторы обладают самым большим количеством электронных защит по сравнению с релейными и симисторным/тиристорными устройствами.
Они способны автоматически восстанавливаться после сетевых аварий (когда напряжение выходит за рабочий диапазон стабилизатора), короткого замыкания, перегрузки по выходу, перегрева и сбоев в работе. Кроме того, встроенные сетевые фильтры и варистор выполняют защиту от импульсных перенапряжений и высокочастотных помех.
Инверторные модели способны эффективно работать со многими бензиновыми и дизельными генераторами, корректируя не только значение напряжения, но и его форму. Высокая перегрузочная способность (до 150%) позволяет устройствам справляться с пусковыми токами оборудования, в составе которого присутствуют электромоторы.
Практически во всех моделях присутствует автоматический байпас, с помощью которого обеспечивается бесперебойная работа нагрузки в случаях, когда в работе стабилизатора происходит сбой или повреждение.
Единственный существенный недостаток, свойственный инверторным моделям, – это их высокая цена. Но это объясняется тем, что данные устройства обладают гораздо большим функционалом и возможностями по сравнению с другими типами стабилизаторов.
Основные преимущества и недостатки инверторных стабилизаторов приведены в сравнительной таблице ниже:
| Недостатки | Преимущества |
|
|
За счет своих высоких технических характеристик и широкого функционала инверторные модели активно используются не только в быту, но и в коммерческих и производственных сферах. Они способны обеспечить надёжную защиту от нестабильного напряжения самых электрочувствительных приборов, к которым относятся системы отопления, насосное оборудование, холодильные установки, системы видеонаблюдения, мультимедийная техника, компьютерные устройства и др.
Сравнение основных характеристик разных типов стабилизаторов
Сравнение основных технических характеристик релейных, электронных и инверторных стабилизаторов приведено в таблице:
| Тип стабилизатора | Тип регулирования | Время реакции, мс | Диапазон входного напряжения, В | Точность стабилизации выходного напряжения, % | Коррекция искажений сети | Коррекция входного коэффициента мощности | Автономное питание нагрузки, мс |
| Инверторный | непрерывное | 0 | 90-310 | 2 | есть | есть | 200 |
| Релейный | дискретное | до 20 | 160-260 | от 5 до 10 | нет | нет | — |
| Электронный | дискретное | 5-20 | 130-270 | от 5 до 10 | нет | нет | — |
Обратите внимание!
Технические характеристики некоторых моделей стабилизаторов напряжения могут отличаться от значений, которые приведены в вышеуказанной таблице.
Модельный ряд инверторных стабилизаторов «Штиль»
Крупнейший российский производитель систем электропитания «Штиль» выпускает широкий модельный ряд однофазных и трехфазных инверторных стабилизаторов с выходной мощностью от 0,35 до 20 кВА, среди которых:
- однофазные модели настенного и напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 0,35 до 20 кВА;
- трехфазные модели напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 6 до 20 кВА;
- модели конфигурации 3 в 1 напольного/стоечного исполнения с выходной мощности от 6 до 20 кВА (предназначены для защиты однофазной нагрузки в трехфазной электросети).
Основные технические характеристики инверторных стабилизаторов производства «Штиль» приведены в следующей таблице:
| Технические характеристики | Показатели |
| Быстродействие | мгновенное (0 мс) |
| Предельный диапазон входного напряжения | 90-310 В |
| Точность стабилизации | ±2% |
| Форма выходного напряжения | чистая синусоида |
| Защита от кратковременного пропадания сети | есть (0,2 с) |
| Защита от высокочастотных помех | есть (диапазон 100 кГц – 30 МГц) |
| Защита от импульсных перенапряжений | есть (встроенный варистор 2 кВ, 1/50 мкс) |
| Другие виды защиты | от перегрузок по выходу, внутреннего перегрева, КЗ, сетевых аварий, сбоев в работе |
| Автоматический байпас | есть (в моделях от 0,8 кВА) |
Где купить инверторные стабилизаторы «Штиль»?
Купить модели инверторных стабилизаторов можно в официальном интернет-магазине производителя «Штиль».
На сайте представлены исчерпывающие сведения по каждому устройству, включая их технические характеристики, функционал, сферы применения и отзывы пользователей об их практическом применении в различных условиях.
При необходимости всегда можно обратиться за помощью в подборе оборудования к специалистам компании. Консультации по подбору, установке и эксплуатации стабилизаторов осуществляются в онлайн-чате, по электронной почте и телефону. Кроме того, на сайте опубликованы подготовленные инженерами компании тематические статьи, которые также помогут покупателям правильно подобрать необходимое устройство.
Представленные в интернет-магазине товары всегда есть в наличии и доступны для заказа как физическими, так и юридическими лицами. Для покупателей действует быстрая доставка в любой город России. При заказе можно выбрать удобный способ оплаты и оформить кредит на покупку необходимого оборудования.
Стабилизаторы напряжения однофазные для домашней сети, как определить какой нужен для дачи, дома, коттеджа
Что такое стабилизатор напряжения.
Стабилизатор напряжения представляют собой устройство на выходе которого формируется стабильное напряжение. Скажем прямо, что это словосочетание часто было на слуху раньше в 50-х и 60-х годах прошлого столетия, когда большой ламповый телевизор подключался к сети через стабилизатор, т.к. возможности той прошлой сети были намного ниже, чем в последующие годы. Многие заводы Советского Союза в разных городах выпускали феррорезонансные стабилизаторы напряжения типа «СН — 315», от «С — 0,09 » до «С — 0,9 «.
Данные стабилизаторы напряжения «СН — 315», «Украина — 2», «Олень-10» входное напряжение однофазной сети 220В, 50гц рассчитаны на максимальную мощность потребляемой нагрузки 315ват являлись одними из самых надежных и долговечных приборов, обладали на тот момент наиболее стабильными параметрами стабилизации. Выпускались они на заводах ПО Запорожтрансформатор, Горьковским машиностроительным заводом и другими. Стабилизатор автоматически поддерживал выходное напряжение 220 в, при изменении входного напряжения от 110 до 253 в, при нагрузке до 250 вт.
При нагрузке на стабилизатор 300…315 вт, нижний предел повышается от 154 до 253 в. Мощность потребляемая стабилизатором 50 Вт. Его габариты составляли 309х197х105 мм и вес 5,2 кг, цена стабилизатора составляла 35р.
Разными заводами выпускались практически типовые по конструкции и схеме стабилизаторы «СН-315» отличающиеся только названиями, а также отличием в оформлении внешних элементов корпуса.
Стабилизатор состоял из элементов:
Корпус;
Автотрансформатор;
Дроссель входной;
Дроссель фильтра;
Конденсатор;
Предохранитель;
Выключатель.
Трансформатор с тремя обмотками, в котором первичная обмотка L1 находится на ненасыщенной части магнитопровода, вторичная обмотка L2 на насыщенной части магнитопровода и включена ёмкость С, компенсационная обмотка LK на насыщенной части магнитопровода. Стабилизированное напряжение снимается с части вторичной обмотки и компенсационной, включенных встречно.
В инструкции на стабилизатор указывалось, что параметры нормировались для номинального неизменного сопротивления активной нагрузки.
Изменение стабилизированного напряжения при меняющейся и реактивной нагрузке не нормируется.
Нормы параметров сети согласно ГОСТ 21128-83, ГОСТ Р 51317, ГОСТ Р 54149-2010 (взамен ГОСТ 13109-97)
1. Отклонение напряжения
Существуют следующие нормы отклонений:
нормально-допустимые (±5%)
предельно-допустимые (±10%)
Номинальное действующее напряжение однофазной бытовой сети должно составлять 220 В. Отсюда следует простой вывод, что пределы напряжений от 209 — 231 В является нормально-допустимым отклонением, а предел напряжений от 198 — 242 В — предельно-допустимым отклонением.
2. Провал напряжения
Провал напряжения — это падение напряжения ниже, чем 198 В длительностью более 30 секунд. Глубина провала напряжения может достигать до 100%, т.е до нуля.
3. Перенапряжение
Перенапряжение — это превышение амплитудного значения напряжения больше 339 В.
Из общих понятий: амплитудное значение 310 В соответствует действующему значению 220 В, т.е корень квадратный из 2.
ВОПРОС: Можно ли самому собрать стабилизатор напряжения используя три фазы? Подбирал себе стабилизатор, но на рынке в продаже имеются с параметрами: нижнее 110В вольт, верхнее 300В, мощность 12000Вт. Напряжение у нас «плавает», бывает что просаживается до 90 по фазе. Вот и пришла идея собрать трехфазный стабилизатор. То есть «выпрямив» все три фазы и объединив, запустить через инвертор.
ОТВЕТ: теоретически задумка хорошая , но 12квт достаточно большая мощность. Вытягивание напруги стабилизатором возможно до определенного нижнего порога. Я в гараже ставил Латр (лабораторный автотрансформатор) тяжелый такой, так при большой нагрузке ( сварочник полуавтомат или 2 компрессора ) смысла в этом нет — потери в подводящей линии бешеные и выигрыша не предвидится, увы.. . Андрей Лукин
Линейные стабилизаторы напряжения.Как просто сделать источник питания | Электронные схемы
линейные стабилизаторы напряжениялинейные стабилизаторы напряжения
Для питания электроники стабильным напряжением применяют микросхемы-линейные стабилизаторы напряжения. На вход таких микросхем поступает нестабилизированное напряжение, на выходе микросхем напряжение будет стабильным.
78**-самая популярная серия стабилизаторов,это стабилизаторы положительного напряжения.Если название будет из первых двух цифр 79**-это стабилизаторы отрицательного напряжения.Две последние цифры указывают на стабильное напряжение,которое будет на выходе этих микросхем.7805-значит 5В напряжения на выходе, 7810-10 В на выходе.
линейные стабилизаторы напряжения серии 78** и 79**линейные стабилизаторы напряжения серии 78** и 79**
Основные характеристики таких микросхем:
-максимальное входное напряжение
-выходное стабилизированное напряжение на выходе и выходной ток
На схеме,между выходом и входом может быть указан диод,он служит для защиты микросхемы при коротком замыкании на входе микросхемы при высокой емкостной нагрузке.На таких микросхемах часто делают источники стабильного тока для светодиодов или для зарядных устройств.
От сопротивления резистора R* зависит величина тока на выходе.
схема включения стабилизатора 7805 и источник тока на микросхеме серии 78**
Есть отечественные аналоги зарубежных микросхем.Но надписям на корпусе лучше не доверяться. КРЕН8В это не на 8В стабилизатор а на 15В.
отечественные линейные стабилизаторы напряжения КРЕН КР142ЕН5отечественные линейные стабилизаторы напряжения КРЕН КР142ЕН5
Микросхемы могут быть линейными стабилизаторами напряжения и импульсными,с импульсными КПД будет выше и меньше требуется радиатор для охлаждения корпуса.Одна из таких популярных импульсных понижающих и регулируемых микросхем является LM2596T-ADJ.На выходе напряжение от 1.2 до 37В, максимальный ток 3А. Надпись на корпусе ADJ говорит о том,что можно регулировать напряжение на выходе.
микросхемы lm2596t-adj APL1084микросхемы lm2596t-adj APL1084
Одна из самых популярных регулируемых микросхем является LM317.
На этой микросхеме и всего несколько деталях можно собрать простой регулируемый источник питания на ток 1.5А. Аналогом микросхемы является КР142ЕН12А. Микросхема LM350T выдает ток на выходе 3А.
микросхемы LM350 LM317
На платах можно увидеть много различных стабилизаторов на различные напряжения и ток на выходе.
линейные и импульсные стабилизаторы напряжения LT1074IT CS5207-1 IRU1150линейные и импульсные стабилизаторы напряжения LT1074IT CS5207-1 IRU1150
В небольших корпусах также есть стабилизаторы но на меньший ток.Одна из популярных микросхем является TL431.На ее выходе напряжение можно регулировать от 2.5 до 36В при максимальном токе до 100мА.
микросхемы TL431 78l05 1117микросхемы TL431 78l05 1117
Есть более редкие экземпляры,такие как TESLA MA7812.
tesla ma7812tesla ma7812
Ток на выходе микросхемы можно увеличить,добавив эмиттерный повторитель на составном транзисторе.
Такую схему проверял с нагрузкой и выдает 1.6-3.2А при напряжении на выходе от 4.6 до 7.8В. Напряжение на входе было 13В. Транзистор КТ829А установлен на радиатор.
эмиттерный повторитель для микросхемы 7805
Самый кардинальный способ улучшить характеристики источника питания, это использовать стабилизатор напряжения. Стабилизатор
напряжения представляет peaлизованное на практике приближение к идеальной схеме источника напряжения Тевенина, то есть стабилизатор характеризуется
фиксированным значением выходного напряжения, а также значением выходного сопротивления, которое в идеале должно как можно
ближе приближаться к нулевому значению. Идеальный источник Тевенина имеет способность отдавать в нагрузку ток бесконечно
большой величины, тогда как источник питания, нагрузкой которого является стабилизатор, имеет в реальности ограничения по
величине своего тока. Принцип работы всех стабилизаторов напряжения базируется на свойствах схемы делителя напряжения. Если какое-нибудь из плеч делителя, неважно, будет ли это верхнее, либо нижнее плечо, сделано регулируемым тем или иным образом, то выходное напряжение может изменяться путем воздействия на регулируемое плечо (рис. 6.26). Рис. 6.26 Взаимосвязь между делителем напряжения и стабилизаторами напряжения Если верхний элемент делителя напряжения изготовлен таким образом, что можно изменять его характеристики, то такой стабилизатор
получил название последовательного стабилизатора (схемы последовательной стабилизации), так как регулирующий элемент включен
последовательно с нагрузкой. Классическая принципиальная схема последовательного стабилизатора напряжения приведена на рис. 6.27. Рис. 6.27 Схема последовательного стабилизатора напряжения В приведенной схеме использованы полупроводниковые элементы, однако, возможен и ламповый вариант реализации этой схемы,
обладающей аналогичными свойствами. Усилитель рассогласования (погрешностей) усиливает разностный сигнал между опорным напряжением
и частью выходного напряжения и управляет работой последовательно включенного проходного транзистора таким образом, что
выходное напряжение не изменяет своего значения. Работы схемы зависит от действия цепи отрицательной обратной связи. В заключительных разделах уже рассматривалась ситуация, что в условиях, когда действует обратная связь, входное и выходное сопротивления изменяются в соответствии с величиной коэффициента связи (1 + βA0). Работа стабилизатора напряжения строится на уменьшении выходного напряжения системы на величину, равную коэффициенту обратной связи. Первоначально следует предположить, что схема стабилизатора включена и на его выходе есть напряжение, для простоты анализа
его можно принять равным 10 В. В результате воздействия делителя напряжения, на инвертирующем входе операционного усилителя
должно быть напряжение, равное 5 В. Источник опорного напряжения поддерживает на неинвертирующем входе неизменное (за счет
свойств стабилитрона) напряжение 5 В. Последовательно включенный проходной транзистор представляет собой эмитерный повторитель,
отпираемый током от усилителя рассогласования. Напряжение на его эмиттере транзистора составляет 10 В, следовательно, на
базе отпертого кремниевого транзистора напряжение составит 10,7 В. Далее следует предположить, что по какой-нибудь причине выходное напряжение снизилось. Напряжение в средней точке делителя напряжения также уменьшается, однако, величина опорного напряжения остается без изменения и по-прежнему равняется 5 В. Напряжение на неинвертирующем входе операционного усилителя рассогласования будет больше по сравнению с величиной напряжения на инвертирующем входе, поэтому его выходное напряжение должно увеличиться. Однако, если напряжение на базе транзистора увеличивается, падение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора уменьшится (в силу уменьшения сопротивления этого участка с ростом отпирающего базового напряжения), а следовательно, его эмитерное напряжение также должно возрасти. В результате, такая схема стабилизации препятствует уменьшению выходного напряжения. Так как совершенно аналогичные аргументы могут быть использованы для описания работы схемы при увеличении выходного напряжения,
то можно заключить, что работы схемы будет устойчивой, а величина выходного напряжения определяется параметрами схемы делителя
напряжения и источника опорного напряжения (стабилитрона). Рис. 6.28 Видоизмененная схема последовательного стабилизатора, призванная продемонстрировать его сходство с неинвертирующим усилителем После рассмотрения преобразованной схемы величину выходного напряжения можно представить в виде: Так как усилитель рассогласования в этой схеме просто усиливает опорное напряжение, то любая составляющая сигнала шума
в опорном напряжении также будет усиливаться, поэтому необходимым становится условие питания от настолько малошумящего источника,
насколько это возможным. Хотя приводимый аргумент и может быть уподоблен лисе, преследующей свой собственный хвост, но если
допустить, что напряжение питания на источник опорного напряжения подается с выхода этого же источника питания
(который не имеет шумов), то и опорное напряжение не будет иметь шумов. На первый взгляд могло бы показаться, что если опорное напряжение является частью выходного напряжения, то режим работы такой системы окажется, вероятнее всего, неустойчивым, однако на практике это все не так. Прежде всего, следует отметить, что во всех схемах стабилизаторов их входное напряжение превышает выходное. Минимально
допустимая разность между этими напряжениями, после ухода за которую стабилизатор перестает устойчиво работать, известна
под названием «напряжением выпадания» (так как стабилизатор как бы выпадает из режима стабилизации). Для приведенной конкретной
схемы эта величина составляет всего несколько вольт (минимальное остаточное падение напряжения между коллектором и эмиттером
управляющего транзистора), однако, напряжения выпадания для ламповой реализации стабилизатора может составлять порядка 40
В, либо принимать в некоторых случаях и еще большее значение. |
Следовательно, всегда необходимо помнить, что реальный стабилизатор может только имитировать характеристики
идеального источника Тевенина в ограниченном рабочем диапазоне, поэтому всегда необходимо быть уверенным, что работа стабилизатора
не выходит за эти пределы границ этого диапазона.
Если же регулируются параметры нижнего плеча делителя напряжения, то такой стабилизатор известен
под названием параллельного стабилизатора (схемой параллельной стабилизации), так как регулирующий элемент оказывается включенным
параллельно нагрузке. Схемы параллельной стабилизации менее эффективны по сравнению со схемами последовательной стабилизации
и их параметры должны быть более точно согласованы с нагрузкой, однако они обладают тем преимуществом, что они могут выполнять
роль как источника тока, так и роль его потребителя.
Если перерисовать схему стабилизатора в несколько ином виде,
то легко можно видеть, что она представляет собой обычный усилитель, коэффициент усиления которого задается делителем напряжения,
и что данный усилитель усиливает опорное напряжение (рис. 6.28).
Однако в этом случае следует,
что выходное напряжение данного источника питания также не должно иметь шумов.
Типы регуляторов напряжения и принцип работы | Статья
ИЗДЕЛИЕ
Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц
Мы ценим вашу конфиденциальность
Как работает регулятор напряжения?
Регулятор напряжения — это схема, которая создает и поддерживает фиксированное выходное напряжение независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки.
Регуляторы напряжения (VR) поддерживают напряжение от источника питания в диапазоне, совместимом с другими электрическими компонентами.Хотя регуляторы напряжения чаще всего используются для преобразования мощности постоянного тока в постоянный, некоторые из них также могут выполнять преобразование мощности переменного тока в переменный или переменный в постоянный. В этой статье речь пойдет о регуляторах напряжения постоянного/постоянного тока.
Типы регуляторов напряжения: линейные и импульсные
Существует два основных типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные.
Оба типа регулируют напряжение в системе, но линейные стабилизаторы работают с низким КПД, а импульсные стабилизаторы — с высоким КПД. В высокоэффективных импульсных стабилизаторах большая часть входной мощности передается на выход без рассеяния.
Линейные регуляторы
В линейном регуляторе напряжения используется активное проходное устройство (например, биполярный транзистор или полевой МОП-транзистор), которое управляется операционным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение, линейный регулятор регулирует сопротивление проходного устройства, сравнивая внутреннее опорное напряжение с дискретизированным выходным напряжением, а затем сводя ошибку к нулю.
Линейные регуляторы представляют собой понижающие преобразователи, поэтому по определению выходное напряжение всегда ниже входного напряжения.Однако у этих стабилизаторов есть несколько преимуществ: они, как правило, просты в конструкции, надежны, экономичны и обеспечивают низкий уровень шума, а также низкие пульсации выходного напряжения.
Линейные стабилизаторы, такие как MP2018, требуют только входного и выходного конденсатора для работы (см. рис. 1) . Их простота и надежность делают их интуитивными и простыми устройствами для инженеров, и часто они очень рентабельны.
Рисунок 1: Линейный регулятор MP2018
Импульсные регуляторы
Схема импульсного регулятора, как правило, более сложна в разработке, чем линейный регулятор, и требует выбора номиналов внешних компонентов, настройки контуров управления для обеспечения стабильности и тщательной компоновки схемы.
Импульсные регуляторымогут быть понижающими преобразователями, повышающими преобразователями или их комбинацией, что делает их более универсальными, чем линейный регулятор.
Преимущества импульсных стабилизаторов заключаются в том, что они высокоэффективны, имеют лучшие тепловые характеристики и могут поддерживать более высокие токи и более широкие приложения VIN / VOUT. Они могут достигать эффективности более 95% в зависимости от требований приложения. В отличие от линейных стабилизаторов, для импульсной системы питания могут потребоваться дополнительные внешние компоненты, такие как катушки индуктивности, конденсаторы, полевые транзисторы или резисторы обратной связи.HF920 является примером импульсного стабилизатора, обеспечивающего высокую надежность и эффективное регулирование мощности (см. рис. 2) .
Рисунок 2: Импульсный регулятор HF920
Ограничения регуляторов напряжения
Одним из основных недостатков линейных регуляторов является то, что они могут быть неэффективными, так как рассеивают большое количество энергии в определенных случаях использования. Падение напряжения линейного регулятора сравнимо с падением напряжения на резисторе. Например, при входном напряжении 5 В и выходном напряжении 3 В падение между выводами составляет 2 В, а КПД ограничен 3 В/5 В (60%).Это означает, что линейные регуляторы лучше всего подходят для приложений с более низкими дифференциалами VIN/VOUT.
Важно учитывать предполагаемое рассеивание мощности линейного стабилизатора при применении, поскольку использование более высоких входных напряжений приводит к высокому рассеиванию мощности, что может привести к перегреву и повреждению компонентов.
Другим ограничением линейных стабилизаторов напряжения является то, что они могут выполнять только понижающее (понижающее) преобразование, в отличие от импульсных стабилизаторов, которые также обеспечивают повышающее (повышающее) и понижающе-повышающее преобразование.
Импульсные стабилизаторы очень эффективны, но некоторые недостатки включают то, что они, как правило, менее рентабельны, чем линейные регуляторы, больше по размеру, более сложны и могут создавать больше шума, если их внешние компоненты не выбраны тщательно. Шум может быть очень важен для данного приложения, так как шум может влиять на работу и характеристики схемы, а также на характеристики электромагнитных помех.
Топологии импульсных регуляторов: понижающий, повышающий, линейный, LDO и регулируемый
Существуют различные топологии линейных и импульсных регуляторов.Линейные регуляторы часто полагаются на топологии с малым падением напряжения (LDO). Импульсные стабилизаторы бывают трех распространенных топологий: понижающие преобразователи, повышающие преобразователи и повышающе-понижающие преобразователи.
Каждая топология описана ниже:
Регуляторы LDO
Одной из популярных топологий линейных регуляторов является регулятор с малым падением напряжения (LDO). Линейные стабилизаторы обычно требуют, чтобы входное напряжение было как минимум на 2 В выше выходного напряжения. Однако регулятор LDO предназначен для работы с очень небольшой разницей напряжений между входными и выходными клеммами, иногда всего 100 мВ.
Понижающий и повышающий преобразователи
Понижающие преобразователи (также называемые понижающими преобразователями) принимают более высокое входное напряжение и производят более низкое выходное напряжение. И наоборот, повышающие преобразователи (также называемые повышающими преобразователями) потребляют более низкое входное напряжение и производят более высокое выходное напряжение.
Понижающе-повышающие преобразователи
Понижающе-повышающий преобразователь — это одноступенчатый преобразователь, который сочетает в себе функции понижающего и повышающего преобразователя для регулирования выходного сигнала в широком диапазоне входных напряжений, которые могут быть больше или меньше выходного напряжения.
Управление регулятором напряжения
Четыре основных компонента линейного регулятора — проходной транзистор, усилитель ошибки, источник опорного напряжения и резисторная цепь обратной связи. Один из входов усилителя ошибки устанавливается двумя резисторами (R1 и R2) для контроля выходного напряжения в процентах. Другой вход представляет собой стабильное опорное напряжение (VREF). Если дискретизированное выходное напряжение изменяется относительно VREF, усилитель ошибки изменяет сопротивление проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения (VOUT).
Для работы линейных регуляторовобычно требуется только внешний входной и выходной конденсатор, что упрощает их реализацию.
С другой стороны, импульсный регулятор требует больше компонентов для создания цепи. Силовой каскад переключается между VIN и землей для создания пакетов заряда для доставки на выход. Подобно линейному регулятору, имеется операционный усилитель, который считывает выходное напряжение постоянного тока из сети обратной связи и сравнивает его с внутренним опорным напряжением.
Затем сигнал ошибки усиливается, компенсируется и фильтруется. Этот сигнал используется для модуляции рабочего цикла ШИМ, чтобы вернуть выход в режим регулирования. Например, если ток нагрузки быстро увеличивается и вызывает падение выходного напряжения, контур управления увеличивает рабочий цикл ШИМ, чтобы обеспечить больший заряд нагрузки и вернуть шину в режим регулирования.
Применение линейных и импульсных регуляторов
Линейные регуляторы часто используются в приложениях, которые чувствительны к стоимости, шуму, слабому току или ограниченному пространству.Некоторые примеры включают бытовую электронику, такую как наушники, носимые устройства и устройства Интернета вещей (IoT). Например, в таких приложениях, как слуховой аппарат, можно использовать линейный регулятор, поскольку в них нет переключающего элемента, который может создавать нежелательные шумы и мешать работе устройства.
Кроме того, если разработчики в основном заинтересованы в создании недорогого приложения, им не нужно так беспокоиться о рассеиваемой мощности, и они могут положиться на линейный регулятор.
выгодны для более общих применений и особенно полезны в приложениях, требующих эффективности и производительности, таких как потребительские, промышленные, корпоративные и автомобильные приложения (см. рис. 3) .Например, если приложение требует большого понижающего решения, лучше подойдет импульсный регулятор, так как линейный регулятор может создать большую рассеиваемую мощность, которая может повредить другие электрические компоненты.
Рис. 3. Понижающий регулятор MPQ4430-AEC1
Каковы основные параметры микросхемы регулятора напряжения?
Некоторые из основных параметров, которые следует учитывать при использовании регулятора напряжения, — это входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток. Эти параметры используются для определения того, какая топология VR совместима с IC пользователя.
Другие параметры, включая ток покоя, частоту коммутации, тепловое сопротивление и напряжение обратной связи, могут иметь значение в зависимости от применения.
Ток покоя важен, когда эффективность в режиме малой нагрузки или в режиме ожидания является приоритетом. При рассмотрении частоты коммутации в качестве параметра максимизация частоты коммутации приводит к меньшим системным решениям.
Кроме того, тепловое сопротивление имеет решающее значение для отвода тепла от устройства и рассеивания его по системе.Если в состав контроллера входит внутренний МОП-транзистор, то все потери (кондуктивные и динамические) рассеиваются в корпусе и должны учитываться при расчете максимальной температуры ИС.
Напряжение обратной связи — еще один важный параметр, который необходимо проверить, поскольку он определяет самое низкое выходное напряжение, которое может поддерживать регулятор напряжения. Стандартно смотреть на опорные параметры напряжения. Это ограничивает более низкое выходное напряжение, точность которого влияет на точность регулирования выходного напряжения.
Как правильно выбрать регулятор напряжения
Чтобы выбрать правильный регулятор напряжения, разработчик должен сначала понять его ключевые параметры, такие как V IN , V OUT , I OUT , системные приоритеты (например, эффективность, производительность, стоимость) и любые дополнительные ключевые функции, например, индикация питания (PG) или включение управления.
После того как разработчик определил эти требования, используйте таблицу параметрического поиска, чтобы найти лучшее устройство, отвечающее заданным требованиям.Таблица параметрического поиска является ценным инструментом для проектировщиков, поскольку она предлагает различные функции и пакеты, доступные для соответствия требуемым параметрам вашего приложения.
Каждое устройство MPS поставляется с техническим описанием, в котором указано, какие внешние детали необходимы, и как рассчитать их значения для достижения эффективной, стабильной и высокопроизводительной конструкции. Техническое описание можно использовать для расчета значений компонентов, таких как выходная емкость, выходная индуктивность, сопротивление обратной связи и других ключевых компонентов системы.Кроме того, вы можете использовать инструменты моделирования, такие как DC/DC Designer или программное обеспечение MPSmart, обращаться к примечаниям по применению или обращаться к местному FAE с вопросами.
MPS предлагает широкий выбор эффективных, компактных линейных и импульсных стабилизаторов напряжения, включая семейство HF500-x, семейство MP171x, MP20056, MP28310, MPQ4572-AEC1 и MPQ2013-AEC1.
Каталожные номера
Глоссарий по электронной технике
_________________________Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылка раз в месяц!
Получить техническую поддержку
Понимание того, как работает регулятор напряжения
Регулятор напряжения генерирует фиксированное выходное напряжение заданной величины, которое остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки.Регуляторы напряжения бывают двух типов: линейные и импульсные.
В линейном регуляторе используется активное (BJT или MOSFET) проходное устройство (последовательное или шунтовое), управляемое дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Он сравнивает выходное напряжение с точным эталонным напряжением и регулирует проходное устройство для поддержания постоянного выходного напряжения.
Импульсный стабилизатор преобразует входное постоянное напряжение в коммутируемое напряжение, подаваемое на силовой МОП-транзистор или биполярный транзисторный транзистор.
Отфильтрованное выходное напряжение переключателя питания подается обратно в схему, которая управляет временем включения и выключения переключателя питания, так что выходное напряжение остается постоянным независимо от входного напряжения или изменений тока нагрузки.
Какие существуют топологии импульсных регуляторов?
Существует три распространенные топологии: buck (понижающая), boost (повышающая) и buck-boost (повышающая/понижающая). Другие топологии включают обратноходовую, SEPIC, Cuk, двухтактную, прямую, полномостовую и полумостовую топологии.
Как частота коммутации влияет на конструкцию регулятора?
Более высокие частоты переключения означают, что регулятор напряжения может использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего размера. Это также означает более высокие потери при переключении и больший шум в цепи.
Какие потери возникают в импульсном регуляторе?
Потери возникают из-за мощности, необходимой для включения и выключения MOSFET, которые связаны с драйвером затвора MOSFET.
Кроме того, потери мощности в МОП-транзисторах происходят из-за того, что для переключения из состояния проводимости в состояние непроводимости требуется конечное время. Потери также связаны с энергией, необходимой для зарядки и разрядки емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора.
Каковы обычные области применения линейных и импульсных регуляторов?
Рассеиваемая мощность линейного стабилизатора прямо пропорциональна его выходному току при заданном входном и выходном напряжении, поэтому типичный КПД может составлять 50% или даже ниже.Используя оптимальные компоненты, импульсный регулятор может достигать КПД в диапазоне 90%. Однако выходной шум линейного стабилизатора намного ниже, чем у импульсного стабилизатора с такими же требованиями к выходному напряжению и току. Как правило, импульсный регулятор может работать с более высокими токовыми нагрузками, чем линейный стабилизатор.
Как импульсный стабилизатор управляет своим выходом?
Импульсные стабилизаторы требуют средств для изменения их выходного напряжения в ответ на изменения входного и выходного напряжения.
Один из подходов заключается в использовании ШИМ, который управляет входом соответствующего выключателя питания, который управляет временем включения и выключения (рабочим циклом). Во время работы отфильтрованное выходное напряжение регулятора подается обратно на ШИМ-контроллер для управления рабочим циклом. Если отфильтрованный выход имеет тенденцию к изменению, обратная связь, подаваемая на ШИМ-контроллер, изменяет рабочий цикл для поддержания постоянного выходного напряжения.
Какие конструктивные характеристики важны для ИС регулятора напряжения?
К основным параметрам относятся входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток.В зависимости от приложения могут быть важны и другие параметры, такие как пульсации выходного напряжения, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и КПД. Важными параметрами для линейного стабилизатора являются падение напряжения, PSRR (коэффициент ослабления источника питания) и выходной шум.
использованная литература
Загрузить инструменты проектирования управления питанием
Как работают регуляторы напряжения, различные типы и области применения
Что такое регулятор напряжения Регулятор напряжения — это электрическое устройство, единственной целью которого является поддержание постоянного выходного напряжения.
Он обеспечивает желаемое выходное напряжение независимо от любого изменения входного напряжения или условий нагрузки. Электронные схемы зависят от регуляторов напряжения, поскольку им требуется стабильное напряжение, чтобы избежать повреждения.
Как это работает?
Регулятор напряжения использует принцип системы управления с обратной связью. Он основан на контурах управления с отрицательной обратной связью.
Как видите, сигнал опорного напряжения подается на схему компаратора вместе с сигналом обратной связи от контроллера.Схема компаратора сравнивает оба значения и отправляет сигнал ошибки контроллеру. Контроллер регулирует выходное напряжение, используя сигнал ошибки компаратора.
Типы регуляторов напряжения
Во всем мире регуляторы напряжения являются наиболее распространенным электрическим компонентом любой машины или устройства. Существует два основных типа регуляторов напряжения:
Линейные регуляторы
Линейный регулятор напряжения работает как делитель напряжения.
Сопротивление линейного регулятора зависит от подключенной нагрузки и входного напряжения. Следовательно, он может подавать сигнал постоянного напряжения.
Преимущества и недостатки Линейные регуляторы
имеют много преимуществ, например, они обеспечивают низкое напряжение пульсаций, что означает меньшие колебания сигнала выходного напряжения. Он имеет быстрое время отклика. Кроме того, он имеет низкий уровень электромагнитных помех и меньше шума.
Эффективность линейного регулятора напряжения низкая, и он рассеивает много тепла, поэтому необходим радиатор.Также требуется больше места. Одним из основных недостатков является то, что выходное напряжение не может превышать входное напряжение.
Типы линейных регуляторов напряжения
Шунтирующие регуляторы
Шунтовой регулятор используется для маломощных цепей. Он работает, направляя ток от нагрузки и посылая его в землю.
Он обеспечивает путь от входного напряжения к переменному резистору, который подключен к земле.Он имеет очень низкий КПД, но поскольку потерянный ток имеет очень низкое значение, им пренебрегают.
Приложения
- Используется для поглощения тока (цепи стока)
- Усилители
- Источники питания напряжения
- Электронные схемы, требующие точного опорного напряжения
Регуляторы серии
Работа последовательного регулятора напряжения зависит от переменной составляющей, которая связана с нагрузкой.При изменении сопротивления переменной составляющей изменяется и падение напряжения на ней. При использовании этого метода напряжение на нагрузке остается неизменным.
Одним из основных преимуществ является то, что поскольку переменная составляющая и нагрузка соединены последовательно, ток, протекающий через них, одинаков. Таким образом, нагрузка эффективно использует ток.
Что делает его более эффективным, чем шунтирующий регулятор.
Импульсные регуляторы напряжения
Импульсные регуляторы напряжения состоят из последовательного устройства, которое многократно включается и выключается с высокой частотой.Рабочий цикл используется для управления количеством заряда, подаваемого на нагрузку. Рабочий цикл управляется системой обратной связи, очень похожей на систему линейного регулятора. Импульсные регуляторы имеют высокий КПД, потому что нагрузка либо включена, либо выключена, что означает, что она не рассеивает энергию, когда она выключена.
Импульсный стабилизатор превосходит линейный регулятор по выходному напряжению. Потому что он может подавать сигнал выходного напряжения, который может быть больше, чем входное напряжение.Кроме того, он может даже генерировать сигнал напряжения противоположной полярности.
Типы импульсных регуляторов
- Повышение (повышение)
- Шаг вниз (бак)
- Шаг вверх/вниз (повышение/понижение)
Повышающие регуляторы
Повышающие регуляторы, также известные как повышающие стабилизаторы, генерируют сигнал более высокого выходного напряжения за счет увеличения сигнала входного напряжения.
Этот тип регулятора чаще всего используется для питания нескольких светодиодов.
также называются понижающими регуляторами. Они подают сигнал более низкого регулируемого выходного напряжения из более высокого нестабилизированного входного сигнала напряжения.
Повышающие/понижающие регуляторыЦелью этого регулятора является увеличение, уменьшение или инвертирование сигнала напряжения. Более того, ее еще называют схемой инвертора напряжения. Противоположная полярность достигается прямым и обратным смещением диода.В нерабочее время схема заряжает конденсатор, а когда конденсатор полностью заряжен, он подает на выход противоположную полярность. Эффективность этого типа регулятора напряжения очень высока.
Транзисторные регуляторы напряжения Стабилитрон имеет режим, благодаря которому он может выполнять функцию регулятора напряжения.
Этот режим известен как работа с обратным напряжением пробоя. В этом режиме стабилитрон поддерживает постоянный сигнал выходного постоянного напряжения, в то время как сигнал пульсаций переменного напряжения полностью блокируется.
Существует множество применений регуляторов напряжения. Одним из наиболее распространенных примеров является мобильное зарядное устройство. Адаптер поставляется с сигналом переменного тока. Однако сигнал выходного напряжения представляет собой регулируемый сигнал постоянного тока.
В каждом источнике питания в мире используется стабилизатор напряжения для обеспечения желаемого выходного напряжения. Компьютеры, телевизоры, ноутбуки и всевозможные устройства питаются с использованием этой концепции.
Работа небольших электронных схем зависит от регуляторов. Даже малейшее колебание сигнала напряжения может повредить компоненты схемы, такие как микросхемы.
Когда дело доходит до систем производства электроэнергии, регуляторы напряжения играют важную роль в их работе.
Солнечная электростанция вырабатывает электроэнергию в зависимости от интенсивности солнечного света. Он нуждается в регуляторе для обеспечения регулируемого постоянного выходного сигнала.
Узнайте и прочитайте больше в нашем блоге
Линейный и импульсный регулятор напряжения, основная часть 1
%PDF-1.4 % 1 0 объект >поток application/pdfLinear and Switching Voltage Regulator Fundamental Part 1
Сильноточная схема регулируемого регулятора напряжения, 0-30 В 20 А
Если вы ищете сильноточная схема регулируемого регулятора напряжения .
Это может быть лучшим выбором для вас.
Он может обеспечить выходной ток 20 А или 400 Вт и может регулировать напряжение от 4 до 20 В или легко применять от 0 до 30 В. Это хорошее качество, отличная производительность и долговечность с печатной платой.
Для использования в электронных телекоммуникациях, мощных радиопередатчиках и т. д.
В этом проекте используется несколько компонентов. Из-за использования четверки стабилизатора напряжения LM338—5A и IC-741-популярного операционного усилителя-в линейном режиме питания.
Попробуйте построить, вам понравится!
Как это работаетLM338K, который мы используем, представляет собой схему регулятора напряжения постоянного тока плавающего типа. Простой стиль применения этой ИС Как показано на рисунке 1
Рисунок 1 схема , в нормальных условиях напряжение между выводом Adj и выводом равно 1.25V стабилен, что проход R1, R2 также будет постоянным.
Выходное напряжение равно напряжению на выводе Adj + 1,25 В или Рассчитывается следующим образом
Vo = 1,25 (R1 + R2) / R1 до 5 ампер, но чтобы ток нагрузки максимум 20 ампер, мы его запараллелим.
На что следует обратить внимание при параллельном подключении множества микросхем, так это на средний ток, протекающий по цепи.Каждый поровну.
Самый простой способ — подключить резистор к выходному контакту микросхемы, как показано на рис. 2 .
Номинал резисторов-Rs, применяемых к нему, будет намного меньше, чем R1.
Исходя из схемы, мы можем установить.
IoRs = 1,25 – Vo(R1/(R1+R2))
И от работы цепей множество вниз, будет.
IiRs = 1,25 – Vo (R1 /(R1+R2))
Из этих двух одинаковых уравнений следует, что Io = Ii.
Или просто ток через микросхему LM338 одинаков.
Соединительный LM338 в параллельной формеНа практике мы не используем схемы для его использования. Поскольку напряжение на падении Rs будет изменяться в зависимости от тока, протекающего через нагрузку, и опорного напряжения IC. К тому же непохожие друг на друга.
Внешний LM338 управляет с помощью uA741
Следовательно, нам нужно управлять внешними цепями. Для управления напряжением на контакте adj, как показано на рис. 3 .
Из схемы видно, что на отрицательном выводе IC должно быть половина выходного напряжения. А на положительном контакте иметь равное опорному напряжению.
Это вызвано постоянным током, протекающим через транзистор к Rs и P1.
От свойств схемы операционного усилителя до регулируемого уровня выходного напряжения, т.е. До тех пор, пока не будет одинакового напряжения на контактном входе.
Таким образом, напряжение на базе выводов транзистора Q1 равно напряжению на отрицательном выводе микросхемы IC.
Напряжение Эти изменения сопротивления транзистора вызывают изменение напряжения в контрольной точке.
Сопротивление транзистора обратно пропорционально выходному напряжению, чтобы компенсировать потерю напряжения Rs. Из-за неравномерного протекания этих токов нагрузки.
Регулятор постоянного тока высокой мощности 4–20 В 20 А от LM338
- Из всех принципов, приведенных выше, у нас есть приложения для схем, как показано на рис. быть выше тока.
- Для трансформатора, который может питать не менее 30 ампер, напряжение вторичной обмотки должно быть не менее 18 вольт.
Для оптимизации схем для конденсатора С2 лучше использовать 20000мкФ.
Читать: Как использовать LM317 Datasheet и Picout
Список запчастей
Список запчастей
IC1: LM741
IC2-IC5: LM338K или LM338P
Q1: BD140
D1: мостовой диод 35A
D2: 1N4148, 75V 150 мА Диоды
R1: резистор 150 Ом 0,5 Вт
R2: резистор 100 Ом 0.5 Вт
R3, R4: 4,7 кОм, резисторы 1/2 Вт
R5-R8: резисторы 0,3 Ом 5 Вт
C1: 0,01 мкФ 200 В, полиэфирный конденсатор
C2, C5: 4700 мкФ 50 В, электролитические конденсаторы
C3: 3,1 мкФ, полиэфир 6acitor
C4: 10 мкФ 25 В, тантал
C6: 47 мкФ, 35 В, электролитические конденсаторы
Печатная плата регулятора постоянного тока высокой мощности, 4-20 вольт, 20 ампер в цепях.Мостовой диод должен быть аккуратно прикреплен к радиатору. Для продления срока службы и долговечности. Для IC-LM338, который также необходимо установить на радиатор большого размера. Будьте осторожны, корпус микросхемы к радиатору сильно закорочен. Когда все паяльное оборудование будет готово, проверьте подачу переменного тока на этот проект. Затем отрегулируйте VR1 до нужного выходного напряжения, а затем проверьте нагрузку и отрегулируйте VR1 до тех пор, пока выходное напряжение не изменится. ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ
Я всегда стараюсь делать электронику Обучение легким .
Что такое линейный регулятор напряжения?
Электронные системы обычно получают напряжение питания, превышающее напряжение, требуемое схемой системы.
Одним из очень распространенных способов достижения такого типа регулирования является использование линейного регулятора напряжения.
Схема линейного регулятора с фиксированным выходным напряжением
Как работает линейный регулятор напряжения?
В линейных регуляторах напряжения, также называемых LDO или линейными стабилизаторами с малым падением напряжения, используется транзистор, управляемый схемой отрицательной обратной связи, для получения заданного выходного напряжения, которое остается стабильным, несмотря на изменения тока нагрузки и входного напряжения.
Базовый линейный регулятор с фиксированным выходным напряжением представляет собой трехконтактное устройство, как показано на схеме выше. Некоторые линейные регуляторы позволяют регулировать выходное напряжение с помощью внешнего резистора.
Недостатки линейных регуляторов напряжения
Серьезным недостатком линейных регуляторов является их низкая эффективность во многих приложениях. Транзистор внутри регулятора, подключенный между входной и выходной клеммами, работает как переменное последовательное сопротивление; таким образом, высокая разница входного и выходного напряжения в сочетании с высоким током нагрузки приводит к большому количеству рассеиваемой мощности.Ток, необходимый для функционирования внутренней схемы регулятора, обозначенный на схеме IGND, также влияет на общую рассеиваемую мощность.
Возможно, наиболее вероятный вид отказа в цепи линейного регулятора возникает из-за тепловых, а не чисто электрических факторов. Мощность, рассеиваемая интегральной схемой регулятора, приводит к повышению температуры компонентов, а без адекватных каналов, обеспечивающих отвод тепла от регулятора, температура в конечном итоге может стать достаточно высокой, чтобы серьезно ухудшить рабочие характеристики или вызвать отключение из-за перегрева.
Применение линейных регуляторов напряжения
Несмотря на то, что линейные регуляторы обычно уступают импульсным стабилизаторам в отношении эффективности, они по-прежнему широко используются по нескольким причинам. Основными преимуществами являются простота использования, низкий уровень выходного шума и низкая стоимость. Единственными внешними компонентами, необходимыми для большинства линейных стабилизаторов, являются входные и выходные конденсаторы, а требования к емкости достаточно гибкие, чтобы упростить задачу проектирования.
Эта статья предназначена для быстрого получения информации. Что нужно знать о линейных регуляторах напряжения? Дайте нам знать в комментариях ниже.
Регуляторы напряжения — Источники питания
Источники питания
В идеале на выходе большинства источников питания должно быть постоянное напряжение.
Эти изменения сопротивления нагрузки имеют тенденцию изменять приложенное постоянное напряжение.
Многие схемы рассчитаны на работу с определенным напряжением питания. Когда при изменении напряжения питания работа схемы может быть неблагоприятной затронутый. Следовательно, некоторые типы оборудования должны иметь блоки питания, выдавать одинаковое выходное напряжение независимо от изменения нагрузки сопротивление или изменения сетевого напряжения переменного тока.Это постоянное выходное напряжение может быть достигнуто путем добавления цепи, называемой регулятором напряжения , на выход фильтра. Существует много различных типов регуляторов, используемых сегодня, и обсуждать их все было бы за пределами охват этого раздела.
Регулирование нагрузки
Обычно используемый показатель качества для источника питания — это его процентов от положения .
Это уравнение сравнивает изменение выходного напряжения при двух нагрузках. крайние значения напряжения при полной нагрузке ( В fL ). За Например, предположим, что источник питания выдает 12 вольт, когда нагрузка ток равен нулю ( В нЛ ). Если выходное напряжение падает до 10 вольт когда протекает ток полной нагрузки, то процент регулирования составляет:
В идеале выходное напряжение не должно изменяться во всем рабочем диапазоне.То есть блок питания на 12 вольт должен выдавать 12 вольт на холостом ходу, при полной нагрузке, и во всех точках между ними. В этом случае процент регулирования составит:
Таким образом, регулирование нагрузки с нулевым процентом является идеальной ситуацией.
Основные типы
Существует два основных типа регуляторов напряжения. Основные регуляторы напряжения классифицируется как серия или шунт , в зависимости от местоположения или положение регулирующего элемента(ов) по отношению к сопротивление нагрузки цепи.
Шунтирующий регулятор
Шунтовой регулятор, будучи одним из простейших полупроводниковых регуляторов, обычно наименее эффективен. Может использоваться для обеспечения регулируемого выхода где нагрузка относительно постоянна, напряжение от низкого до среднего, а выходной ток высокий.Шунтовой регулятор использует принцип делителя напряжения.
На рисунке ниже показан шунтовой регулятор в уменьшенном виде. Он называется регулятором шунтового типа. потому что регулирующее устройство подключено параллельно сопротивлению нагрузки. Постоянный резистор R с включен последовательно с параллельной комбинацией нагрузочный резистор, R L , и переменный резистор, R reg , и образует делитель напряжения на входной цепи.
Шунтирующий регулятор напряжения.
Краткое описание работы базового шунтирующего регулятора поможет объяснить способ, которым достигается регулирование выходного напряжения.
Весь ток, протекающий в полной цепи, проходит через последовательно резистор, R с . Величина этого тока и, следовательно, значение падение напряжения на R s регулируются переменным сопротивлением Р рег .Напряжение на R с равно разница между большим напряжением источника постоянного тока и выходным напряжением на сопротивление нагрузки R L .
Если входное напряжение в цепи регулятора уменьшается, напряжение на нагрузочный резистор, R L , и переменное сопротивление, R reg , имеет тенденцию к снижению.Чтобы противодействовать этому снижению, сопротивление R reg увеличен, что снижает общий ток через R s и тем самым падение напряжения на нем. Таким образом, уменьшая разность напряжений R с для компенсации снижения входного напряжения, выходное напряжение остается постоянным на своем номинальном значении. И наоборот, если входное напряжение увеличивается, напряжение на R L и R reg имеет тенденцию к увеличению.
Шунтовой регулятор должен выдерживать полное выходное напряжение. источника постоянного тока; однако он не должен нести полный ток нагрузки, если только необходимо регулировать от холостого хода до состояния полной нагрузки.Поскольку добавочный резистор R s , используемый с шунтирующим регулятором, имеет относительно высокая рассеиваемая мощность, общий КПД этого типа регулятор может быть меньше, чем у других типов. Одно из преимуществ шунта Регулятор обеспечивает встроенную защиту от перегрузки и короткого замыкания. Последовательный резистор R s находится между источником постоянного тока и нагрузкой; и, таким образом, короткое замыкание или перегрузка просто уменьшают выходное напряжение из цепи регулятора.
Из общего обсуждения, приведенного в предыдущих абзацах, можно видно, что шунтирующий регулятор напряжения по сути является схемой делителя напряжения, при неизменном выходном напряжении на нагрузке, независимо от входного напряжения или изменения тока нагрузки. Контрольное действие необходимо варьировать сопротивление R reg и, следовательно, развивать переменное падение напряжения, полностью автоматический.Этот основной принцип регулирования напряжения используется в транзисторных, шунтирующих напряжениях регуляторы, которые будут описаны далее в этом разделе.
Регулятор серииПоследовательный регулятор, как следует из названия, помещает регулирующее устройство в серия с нагрузкой; регулирование происходит в результате изменения напряжения разработан для серийного устройства.
Последовательный регулятор можно сравнить с переменным резистором, включенным последовательно. с источником постоянного тока и нагрузкой, образуя таким образом делитель напряжения. Действие переменного сопротивления последовательного регулирующего устройства поддерживает выходное напряжение на сопротивлении нагрузки при постоянном значении.
Простая схема последовательного регулятора напряжения показана на рисунке ниже, чтобы помочь объяснить это принцип регулирования напряжения.
Регулятор напряжения серии.
Если входное напряжение в цепи регулятора уменьшается, напряжение на нагрузочный резистор R L и переменный резистор R s также уменьшается.Чтобы противодействовать этому снижению напряжения, сопротивление переменного резистора R s уменьшается, так что на R s , а напряжение на нагрузочном резисторе возвращается к прежнему ценность.
Из анализа предыдущих абзацев становится очевидным, что Последовательный (как и шунтовой) регулятор напряжения по существу является схема делителя напряжения с выходным напряжением, создаваемым на нагрузке по существу постоянный, независимо от входного напряжения или тока нагрузки вариации. Управляющее воздействие, необходимое для изменения последовательного регулирования устройства и, следовательно, для получения соответствующего переменного напряжения через R s полностью автоматический.
Регулятор стабилитрона шунтирующего типа
Зенеровский диод, шунтирующий регулятор используется в качестве регулятора напряжения, где нагрузка относительно постоянна.
Характеристики
- В качестве шунтирующего регулирующего устройства используется стабилитрон.
- Регулируемое выходное напряжение на нагрузку практически постоянно, несмотря на изменения изменения входного напряжения или тока нагрузки.
- Применяется принцип делителя напряжения с использованием постоянного резистора и Стабилитрон последовательно; регулируемая нагрузка берется через диод.
- Изменение базовой схемы позволяет регулировать положительное или отрицательное напряжение.
Регулятор на стабилитроне является простейшей формой шунтирующего регулятора. Схема регулятора состоит из постоянного резистора, последовательно соединенного со стабилитроном. Регулируемое выходное напряжение формируется на диоде; следовательно, нагрузка подключается через диод.
Простые стабилизаторы на стабилитронах.
Зенеровский диод представляет собой PN-переход, модифицированный при его изготовлении. для получения определенного уровня напряжения пробоя; он работает с относительно близкий допуск по напряжению в значительном диапазоне обратного тока. Зенер диод подвержен изменению сопротивления с изменением температуры диода.
Работа цепи
На приведенном выше рисунке схемы «А» и «В» иллюстрируют использование стабилитрона. в базовой схеме стабилизатора напряжения. Резистор R 1 есть последовательный резистор; полупроводник D 1 — стабилитрон. Схема в «А» обеспечивает регулирование положительного входного напряжения, а схема в «Б» обеспечивает регулирование отрицательного входного напряжения.
Последовательный резистор R 1 нужен только для стабилизации нагрузки; Это компенсирует любую разницу между рабочим напряжением диода и нестабилизированным входное напряжение.
Если входное напряжение в цепи регулятора уменьшается, напряжение на стабилитроне появляется уменьшение, D 1 , и сразу ток через диод уменьшается. Таким образом, полный ток через серию резистор R 1 уменьшается, и напряжение, развивающееся на R 1 пропорционально уменьшается, так что для всех практических целей выходное напряжение на нагрузке сопротивление (и стабилитрона) остается прежним.И наоборот, если вход напряжение на цепи регулятора увеличивается, появляется повышение напряжения через стабилитрон, и сразу ток через диод увеличивается. Таким образом, полный ток через последовательный резистор R 1 увеличивается, и напряжение, развиваемое на R 1 пропорционально возрастает, так что для для всех практических целей выходное напряжение на сопротивлении нагрузки (и Стабилитрон) остается прежним.
Если ток, потребляемый сопротивлением нагрузки, уменьшается или увеличивается, общий ток, потребляемый от источника ввода, не изменяется.Вместо, происходит соответствующее изменение тока через стабилитрон и ток, потребляемый от источника, остается постоянным, так что выходное напряжение сопротивление нагрузки остается постоянным.
Серия-транзисторный регулятор
На рисунке ниже показаны упрощенные чертежи последовательно-транзисторного стабилизатора. На этом рисунке схема «А» показывает регулятор для положительного напряжения питания, а на схеме «В» показан регулятор для отрицательного напряжения питания. Обратите внимание, что этот регулятор имеет транзистор ( Q 1 ) вместо транзистора. переменный резистор (потенциометр) находится в Регулятор базовой серии.Полярность Регулируемый источник питания определяет тип используемого транзистора. Поскольку через этот транзистор проходит весь ток нагрузки, иногда называется «пропускным транзистором».
Регуляторы серии-транзисторные.
Положительный регулятор в «А» использует транзистор NPN в качестве регулятора. Коллектор регулирующего транзистора подключен к нерегулируемому. источник питания.Для правильного смещения на транзисторе NPN положительный потенциал должен применяться к коллектору. Основание должно быть отрицательным по отношению к коллектор (или менее положительный). Излучатель должен быть самым отрицательным (или наименее положительный) потенциал на транзисторе. Постоянный (опорный) потенциал равен поддерживается на базе с помощью стабилитрона. В результате транзистор имеет прямое смещение, эмиттер к базе, и обратное смещение, коллектор к базе. Реверс применяемые полярности к PNP-транзистору на схеме «B» на рисунке выше будет применяться правильная полярность для правильного смещения на этом транзисторе.
Чтобы понять регулирующее действие, подумайте о транзисторе как о замене резистор R с показан на Регулятор базовой серии.
Таким образом, изменение смещения в прямом направлении дает тот же результат, что и поворот ручка потенциометра в регуляторе базовой серии.Чтобы проиллюстрировать это, рассмотрим увеличение тока нагрузки.
Теперь рассмотрим увеличение нерегулируемого напряжения питания. Это было показано по характеристикам транзистора в предыдущих уроках видно, что изменение коллектора напряжение мало влияет на ток коллектора. Регулируемое напряжение, как в результате отсутствия изменения тока через коллектор (следовательно, через транзистор) не будет изменяться.
Устройства можно припаять к печатной плате, как показано на рис. 5 .Если не поменять входной конденсатор-С2 увеличил эти. Мне придется установить его снаружи печатной платы.
Например, батарея на 9 В может использоваться для питания усилителя, которому требуется диапазон входного напряжения от 0 до 5 В, или две последовательно соединенные батареи на 1,5 В могут обеспечивать питание для схемы, включающей 1.Цифровая логика 8 В. В таких случаях нам необходимо регулировать входную мощность с помощью компонента, который принимает более высокое напряжение и выдает более низкое напряжение.
Эта важная тема освещена в статье AAC о тепловом расчете линейных регуляторов.
К сожалению, этого трудно добиться. Есть два фактора, которые могут
привести к изменению выходного напряжения. Во-первых, напряжение сети переменного тока непостоянно.Так называемое 120-вольтовое переменное напряжение (используемое в Соединенных Штатах) может варьироваться примерно от
114 вольт на 126 вольт. Это означает, что пиковое напряжение переменного тока, до которого
отклик выпрямителя может варьироваться от 161 до 178 вольт.
Одно только сетевое напряжение переменного тока может вызвать 10-процентное изменение напряжения.
Выходное напряжение постоянного тока. Второй фактор, который может изменить выходное напряжение постоянного тока
изменение сопротивления нагрузки. В сложном электронном оборудовании нагрузка
может изменяться при включении и выключении цепей. В телевизионном приемнике
нагрузка на тот или иной блок питания может зависеть от яркости экрана,
настройки управления или даже выбранный канал..jpg)
потому что источник питания имеет фиксированное внутреннее сопротивление. Если сопротивление нагрузки
уменьшается, внутреннее сопротивление источника питания
больше падает напряжение. Это приводит к уменьшению напряжения на нагрузке.
Качественная оценка дает нам представление о том, как
выходное напряжение сильно меняется в зависимости от нагрузки
значения сопротивления.Процент регулирования помогает в определении
необходимый тип регулирования нагрузки. Процент регулирования определяется
уравнение:
Это означает, что
выходное напряжение постоянно при любых условиях нагрузки. В то время как вы должны стремиться
для регулирования нагрузки с нулевым процентом в практических схемах вы должны довольствоваться
нечто менее идеальное. Тем не менее, используя регулятор напряжения, вы можете удерживать
процент регулирования до очень низкого значения.
Разность напряжений на R с равна
изменяется под действием сопротивления R reg , по мере необходимости, для компенсации
для изменения схемы и поддержания постоянного выходного напряжения на нагрузке
по желаемому значению.
Чтобы противодействовать повышению сопротивления р рег уменьшен. Это приводит к большему току через R s и, таким образом, увеличение напряжения на нем.
Увеличение разностного напряжения компенсирует увеличение
входное напряжение, и снова выходное напряжение остается постоянным на регулируемом значении.
Обратите внимание, что в условиях холостого хода, однако,
Шунтирующее регулирующее устройство должно рассеивать полную мощность; следовательно, шунт
Регулятор чаще всего используется в приложениях с постоянной нагрузкой.
Регулятор серии предпочтительнее для высоких
приложения с напряжением и средним выходным током, где нагрузка может быть подвержена
к значительным вариациям.Для большинства критически важных полупроводниковых приложений требуется
что регулируемый источник напряжения использует последовательный регулятор; и как
В результате существует множество конфигураций схемы регулятора. Эти цепи
конфигурации варьируются от одного приложения к другому, в зависимости от
Регулировка должна поддерживаться в заданном диапазоне температур.
Переменный резистор, R с , находится в
серия с нагрузочным сопротивлением, R L ; Таким образом, два сопротивления в
последовательно образуют делитель напряжения на входном напряжении. Ток нагрузки проходит
через R s и создает на нем напряжение. Напряжение развивалось
через R с зависит от значения сопротивления R с и
ток нагрузки через него.Так как входное напряжение в цепи регулятора
всегда больше, чем желаемое выходное напряжение, напряжение, развиваемое на
последовательный резистор R s изменяется для получения желаемого значения выходной мощности
через сопротивление нагрузки R L .
И наоборот, если входное напряжение в цепи регулятора увеличивается,
напряжение на нагрузочном резисторе R L также увеличивается. Противодействовать
это увеличение напряжения, сопротивление R с увеличивается так, что
происходит большее падение напряжения на R s , а напряжение на нагрузке возвращается к прежнему значению.
Эта схема часто используется в более
сложные схемы регулятора в качестве источника опорного напряжения и в качестве предрегулятора
в транзисторных последовательных регуляторах.
Схема регулятора развивает определенный выходной сигнал
напряжение, которое зависит от характеристик конкретного стабилитрона.
Значение последовательного резистора зависит от комбинированного
токи стабилитрона и нагрузки. Последовательный резистор обычно
выбирают с учетом следующих факторов: минимальное значение входного напряжения
(нерегулируемый), максимальное значение тока нагрузки, минимальное значение стабилитрона
ток диода и (зная характеристики диода) значение
максимальное напряжение, которое должно быть развито на стабилитроне и его параллельном
сопротивление нагрузки. Как только значение последовательного резистора R 1 можно определить максимальную мощность рассеивания на диоде
учитывая максимальное значение входного напряжения (нерегулируемое), минимальное
значение тока нагрузки и минимальное значение напряжения, развиваемого на
диод (используя значение последовательного сопротивления
устанавливается за р 1 ).Для стабильной работы необходимо
Стабилитрон должен работать так, чтобы его обратный ток находился в пределах его минимального значения.
и максимальные номиналы для указанного напряжения.
Важно отметить, что
в условиях холостого хода стабилитрон должен рассеивать полную выходную мощность.
Другие компоненты, из которых состоят цепи,
токоограничивающий резистор R 1 и стабилитрон Д 1 .
С прямым смещением
приложенный к переходу эмиттер-база, транзистор проводит, вызывая часть
нерегулируемое напряжение питания, которое должно развиваться от коллектора к эмиттеру
через транзистор. Остальное нестабилизированное напряжение питания равно
развивается по всей нагрузке. Напряжение, развиваемое на нагрузке, равно
регулируемое напряжение. Чтобы изменить проводящее сопротивление транзистора,
необходимо изменить прямое смещение.Увеличение прямого смещения вызывает
увеличение проводимости и, следовательно, уменьшение сопротивления проводимости.
Уменьшение прямого смещения вызывает увеличение проводящего сопротивления.
Поскольку базовый потенциал поддерживается постоянным стабилитроном, единственный
изменение смещения может быть вызвано попыткой изменить потенциал нагрузки,
или регулируемый потенциал питания на эмиттере.
Это увеличение
вызвано уменьшением сопротивления нагрузки (как при переключении в другой
параллельный путь для тока). Напряжение нагрузки имеет тенденцию к уменьшению с нагрузкой
сопротивление. Это рассматривается как изменение прямого смещения на регуляторе.
транзистор. Поскольку напряжение на эмиттере уменьшается, прямое смещение равно
вырос. В результате транзистор (последовательно с нагрузкой) проводит
новый более высокий ток нагрузки и проводимость
сопротивление транзистора уменьшается.Снижение сопротивления вызывает
меньшее напряжение питания должно быть развито на транзисторе, оставляя
почти такое же напряжение, доступное для нагрузки, которое было до
изменение нагрузки.