Схемы стабилизаторов напряжения и тока

  Стабилизированные источники питания необходимы для обеспечения независимости параметров электронного устройства от изменений питающего напряжения. Практически в любой современной аппаратуре имеется стабилизатор напряжения, а то и несколько. В таких устройствах часто применяются операционные усилители ( ОУ ), с помощью которых решить эту задачу просто и эффективно с точностью регулировки и стабильности в диапазоне 0,01…0,5 %, причём ОУ легко встраивать в традиционные стабилизаторы напряжения и тока.
Простейший стабилизатор напряжения представляет собой усилитель постоянного тока, на вход которого подано постоянное напряжение стабилитрона или часть его. Нагрузочная способность такого стабилизатора определяется силой максимального выходного тока ОУ.
Следящие стабилизаторы, как правило, работают на принципе сравнения опорного и выходного напряжений, усиления их разности и управления электропроводностью регулирующего транзистора.

   Стабилизатор по схеме Рис.1 выдаёт напряжение Uвых большее, чем опорное напряжение стабилитрона VD1, а стабилизатор Рис.2 – меньшее. Стабилизаторы питаются от одного источника. С помощью эмиттерного повторителя VT2 увеличивают ток нагрузки, в нашем примере – до 100 мА, но можно и более с составным повторителем на мощном транзисторе.

Транзистор VT1 защищает выходной транзистор VT2 от перегрузок по току, причём датчиком тока служит резистор R8 небольшого сопротивления, включённый в цепь эмиттера транзистора VT2. Когда падение напряжения на нём превысит Uб-э=0,6 В, откроется транзистор VT1 и зашунтирует эмиттерный переход транзистора VT2. При токах нагрузки до 10…15 мА резисторы R7, R8 и транзисторы VT1, VT2 можно не ставить. Отметим, что в стабилитронах по схемам на

Рис.1, 2 входное напряжение не должно превышать максимально допустимой суммы напряжений питания.

    На Рис. 3а приведена схема подобного стабилизатора в котором ОУ включён таким образом, что он сам питается стабилизированным напряжением. Здесь дополнительно включены несколько элементов, улучшающих работу стабилизатора напряжения. Потенциал выхода

ОУ DA1 смещён в сторону положительного напряжения с помощью стабилитрона VD3 и транзистора VT1. Выходной эмиттерный повторитель – составной ( VT2, VT3 ), а к базе защитного транзистора VT4 подключён делитель R4R5, что позволяет создать “падающую” характеристику ограничения тока перегрузки. Ток короткого замыкания не превышает 0,3 А.

Термокомпенсированный источник опорного напряжения выполнен на микросхеме К101КТ1А (DA2). Выходное напряжение стабилизатора, равное +15В, изменяется всего на 0,0002 % при изменении входного напряжения в пределах 19…30 В; при изменении тока нагрузки от нуля до номинального выходное напряжение падает лишь на 0,001%. В этом стабилизаторе подавление пульсаций входного напряжения частотой 100 Гц составляет 120 дБ.

К достоинствам стабилизатора следует отнести также и то, что в отсутствии нагрузки потребляемый ток составляет около 10 мА. При скачкообразном изменении тока нагрузки выходное напряжение устанавливается с погрешностью 0,1% за время не более 5 мкс.

Практически нулевые пульсации напряжения на выходе может обеспечить

стабилизатор по схеме Рис.4. Если движок переменного резистора R1 находится в верхнем (по схеме) положении, амплитуда пульсаций максимальна. По мере перемещения движка вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение пульсаций, поданное на инвертирующий вход ОУ через конденсатор С2, в противофазе складывается с выходным напряжением пульсаций. Примерно в среднем положении движка резистора R1 пульсации будут компенсированы.
В случае необходимости получения отрицательного выходного напряжения необходимо в качестве повторителя применить p-n-p транзистор, а также заземлить положительную шину питания ОУ. Но можно поступить по-другому, если в аппаратуре требуются стабилизированные напряжения разной полярности.

   На Рис.5 приведены две упрощённые схемы соединения стабилизаторов для получения выходных напряжения разного знака. В первом случае входная и выходная цепи имеют общую шину. Пусть, например, имеются только положительные стабилизаторы. Тогда в стабилизаторе по второй схеме можно применить, если оба канала по входным цепям гальванически развязаны, чтобы можно было заземлять положительный полюс нижнего (по схеме) стабилизатора. Источником опорного напряжения для одного из каналов служит стабилитрон, а для второго – выходное напряжение первого стабилизатора. Для этого необходимо включить делитель из двух резисторов между выводами +Uст и -Uст стабилизаторов и подвести напряжение средней точки делителя к неинвертирующему входу ОУ второго стабилизатора, заземлив инвертирующий вход ОУ. Тогда выходные напряжения двух стабилизаторов ( несимметричные в общем случае ) связаны и регулирование напряжений осуществляется одним переменным резистором.

В случае если необходимо иметь два питающих напряжения с заземлённой средней точкой, то можно применить активный делитель на

ОУ с повторителями для увеличения нагрузочной способности (Рис. 6). Если R1=R2, то равны и выходные напряжения относительно заземлённой средней точки. Через выходные транзисторы VT1 и VT2 протекают полные токи нагрузки, а падение напряжения на участках коллектор – эмиттер равны половине входного напряжения. Это надо иметь в виду при выборе радиаторов охлаждения.

Ключевые стабилизаторы напряжения зарекомендовали себя наилучшим образом с точки зрения экономичности, так как КПД таких устройств всегда высокий. Несмотря на их сложность по сравнению с линейными стабилизаторами, только за счёт уменьшения размеров теплоотводящего радиатора проходного транзистора ключевой стабилизатор позволяет уменьшить габариты регулируемого мощного источника питания в два – три раза. Недостаток ключевых стабилизаторов заключается в повышении уровня помех.

Однако рациональное конструирование, и когда весь блок выполнен в виде экранированного модуля с расположенной непосредственно на теплоотводе мощного транзистора платой управления, позволяет свести помехи к минимуму. Устранить “пролезание” высокочастотных помех в нестабилизированный источник первичного питания и нагрузку можно путём включения последовательно радиочастотных дросселей, рассчитанный на постоянный ток 1…3 А. В ключевых стабилизаторах напряжения с успехом применяются интегральные компараторы.

   На Рис. 7 приведена схема релейного стабилизатора на базе микросхемы К554СА2. Здесь компаратор DA1 работает от источников напряжения +12 и -6 В. Эта комбинация образована подключением вывода 11 положительного питания DA1 к эмиттеру транзистора VT1 (+18 В), вывода 2 – к стабилитрону VD6 (примерно +6 В), вывода 6 отрицательного питания – к нулевому потенциалу общей шины. Опорное напряжение стабилизатора формируется диодами VD3 – VD5, оно равно +4,5 В.

Это напряжение подаётся на инвертирующий вход компаратора DA1, включённого по схеме детектора уровня с гистерезисной характеристикой из-за положительной обратной связи по цепи R5, R3. Цепь отрицательной обратной связи замыкается через усилительный транзистор VT2, ключевой элемент на транзисторах VT3, VT4 и фильтр L1C7. Глубину отрицательной обратной связи по выходному напряжению регулируют переменным резистором R4, в результате оно изменяется в пределах 4…20 В при минимальном входном нестабилизированном напряжении +23 В и максимальном – до +60 В с применением элементов, рассчитанных на такое напряжение. В то же время переменная составляющая выходного напряжения ( пульсации ) проходят без ослабления через конденсатор С4, поэтому регулирование выходного напряжения не приводит к пропорциональному изменению пульсаций.

Данный стабилизатор напряжения относится к числу автогенерирующих, когда в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки, разряжающего накопительный конденсатор C7, автоматически меняется как период автоколебаний, так и время включённого состояния транзисторов VT3, VT4. Усилитель управления на компараторе DA1 и транзисторе VT2 открывает ключевой элемент в тот момент, когда потенциал инвертирующего входа станет меньше, чем потенциал неинвертирующего (опорного) входа. В этот момент напряжение на нагрузке падает несколько ниже заданного уровня стабилизации, т.е пульсирует. После включения транзисторов VT3, VT4 ток через дроссель L1 нарастает, его индуктивность и конденсатор С7 запасает энергию, так что потенциал инвертирующего входа повышается. Благодаря действию усилителя управления ключевой элемент закрывается. Затем фильтр L1C7 отдаёт некоторую часть запасённой энергии в нагрузку, причём полярность напряжения на дросселе L1 меняется и цепь питания замыкается через диод VD7. Как только напряжение на конденсаторе С7 станет ниже опорного на величину гистерезиса, вновь включаются транзисторы VT3, VT4. Далее циклы повторяются.

В качестве дросселя L1 можно применить дроссели фильтров промышленного изготовления, например из серий Д8, Д5 – плоские и др. , среди которых выбирают типономинал с требуемой индуктивностью, рассчитанный на ток подмагничивания не менее ожидаемого тока нагрузки и пригодный к использованию на частотах до 50 кГц.
Диод VD7 должен быть обязательно быстродействующим с большим допустимым импульсным током, не менее удвоенного значения тока нагрузки. В стабилизаторе по схеме на Рис. 7, где ток нагрузки 2 А, возможна замена его на диоды КД212Б, КД217А и некоторые другие. Конденсатор С7 из ряда К53 или танталовый типов К52-7А, К52-9, К52-10, С9 – ёмкостью не менее 15,…2,2 мкФ.
Большая потребность в стабилизаторах для питания аппаратуры привела к необходимости разработки и производства специальных линейных микросхем – стабилизаторах напряжения. В интегральном исполнении преобладают последовательные регуляторы с непрерывным или импульсным режимом управления. Стабилизаторы строятся как для положительных так и для отрицательных напряжений питания. Выходное напряжение может быть регулируемым или фиксированным, например +5 В для питания блоков с цифровыми микросхемами или ±15 В для питания аналоговых микросхем. К данной группе из выпускаемых стабилизаторов относятся категория регулируемых стабилизаторов КР142ЕН1 и К142ЕН2.

   На базе микросхем КР142ЕН1,2 можно создавать стабилизаторы отрицательных напряжений Рис. 8. При этом стабилитрон VD1 смещает уровень напряжения на выводе 8 относительно входного напряжения. Базовый ток транзистора VT1 не должен превышать максимально допустимого тока стабилизатора, иначе следует применить составной транзистор.

   Широкие возможности микросхем КР142ЕН1,2 позволяют создавать на их основе релейные стабилизаторы напряжения (Рис. 9). В таком стабилизаторе опорное напряжение установлено делителем R4R5, а амплитуда пульсаций выходного напряжения на нагрузке задаётся делителем R2R3. Следует также иметь в виду, что ток нагрузки не может изменяться в широких пределах, обычно не более чем в два раза от номинального значения. Преимуществом релейных стабилизаторов является высокий КПД.

Также следует рассмотреть ещё один класс стабилизаторов – стабилизаторов тока, преобразующих напряжение в ток независимо от изменения напряжения нагрузки. Мощные источники тока предусматривают подключение к ОУ усилительных транзисторов.

   На Рис.10 дана схема источника тока, а на Рис. 11 – схема приёмника тока. В обоих устройствах сила тока зависит от напряжения Uвх и номинала резистора R1, чем меньше входной ток ОУ и тем меньше ток управления первого (после ОУ) транзистора, который выбран поэтому полевым. Ток нагрузки может достигать 100 мА.

   Схема простого мощного источника тока для зарядки устройства показана на Рис. 12. Здесь R4 – токоизмерительный проволочный резистор. Номинальное значение тока нагрузки Iн =ΔU/R4=5 A устанавливается примерно при среднем положении движка резистора R1. При зарядке автомобильной аккумуляторной батареи напряжение Uвх ≥ 18 В без учёта пульсаций выпрямленного переменного напряжения. В таком устройстве следует применять ОУ с диапазоном входного напряжения вплоть до напряжения положительного питания. Такими возможностями обладают ОУ К553УД2, К153УД2, К153УД6, а также КР140УД18.
Более подробно по данной тематике можно найти в источнике:

“В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ” выпуск 91, МОСКВА издательство ДОСААФ СССР, 1985 стр. 39-53

Похожее

низкие цены, доставка и гарантия

Трехфазный стабилизатор напряжения применяется для защиты электрооборудования, его используют в электрораспределительных сетях с напряжением 380 В. Поэтому они преимущественно работают на промышленных и медицинских объектах, в банках; бытовые приборы устанавливают в коттеджах.

Стабилизаторы напряжения трехфазные состоят из трех блоков трансформаторов, которые включаются по схеме «звезда с выведенной нейтралью». Каждый блок состоит из вольтодобавочного трансформатора и автотрансформатора. Вольтодобавочный трансформатор отвечает за высокую перегрузочную способность, которой обладают стабилизаторы трехфазные. Автотрансформатор и вольтодобавочный трансформатор регулируют напряжение, не прерывая фазу и не искажая синусоиду.

Входные и выходные цепи каждого из трех трансформаторных блоков подключаются через блок коммутации (блок контроля и управления). Также через блок коммутации стабилизатор напряжения трехфазный подключается к сети и нагрузке. Каждый прибор оснащен тепловой защитой для надежности и пожаробезопасности.

Виды трехфазных стабилизаторов

1. В виде трех блоков однофазных стабилизаторов и блока коммутации в одном корпусе. В каждом из трех блоков вольтодобавочный трансформатор размещается на своем сердечнике и стабилизирует напряжение одной фазы. Все три блока вместе стабилизируют трехфазный ток. К функциям коммутирующего блока добавляется защита от неполнофазного режима. Применяются для подключения группы электроприборов, например, компьютеров в офисе, торгового оборудования в магазине.

Технические характеристики: диапазон входных напряжений: 240-430 В, мощность от 3 до 60 кВт, вес до 200 кг. Выполняются в передвижном корпусе на колесах. Стоимость от 200 до 2200 USD.

2. Трехфазные стабилизаторы напряжения с мощностью от 100 кВт и выше. Все три блока трансформаторов располагаются на общем сердечнике. Применяются для работы в системах электроснабжения домов, учреждений, предприятий.

Технические характеристики: диапазон входных напряжений: 240-430 В, мощность 100 кВт и выше, вес от 600 кг, большие габаритные размеры. Стоимость от 6600 USD.

Наш интернет-магазин занимается продажей трехфазных стабилизаторов напряжения любого вида, от производителей Resanta и Elitech. По вопросам выбора подходящей модели обращайтесь к менеджерам магазина.

Стабилизаторы напряжения и тока: классификация и основные параметры

Зачастую сглаживающих фильтров недостаточно для надёжного энергоснабжения телекоммуникационных и мобильных систем. Чтобы минимизировать влияние отрицательных факторов таких как колебания напряжений или частоты сети, применяются устройства под названием стабилизатор.

Для начала рассмотрим что же такое стабилизатор – это прибор, который предназначен для автоматического поддержания напряжения или тока на нагрузке с определённой точностью и уменьшения влияния дестабилизирующих факторов.

Выделим следующие дестабилизирующие факторы, которые отрицательно влияют на изменение напряжения или тока на нагрузке:

1. колебания напряжения питания;
2. частота тока питающей сети;
3. температура окружающей среды;
4. изменение потребляемой мощности на нагрузке.

На рисунке 1 представлена структурная схема работы устройства. На вход поступает дестабилизированное напряжение, с выхода получаем стабилизированное.

Рисунок 1 — структурная схема работы стабилизатора

Главным предназначением стабилизатора является ослабление выше перечисленных факторов.

Классификация

Стабилизирующие устройства можно разделить в зависимости от вида напряжения или тока протекающего через него на стабилизаторы переменного и постоянного тока или напряжения. И также их можно подразделить по типу: параметрические и компенсационные.

Параметрические стабилизаторы строятся на основе таких нелинейных элементов, как транзисторы, стабилитроны и стабисторы и т. п. Это обусловлено тем, что благодаря их характеристикам (вольт-амперных, ампер-вольтовых, ом-градусных, вебер-амперных, вольт-секундных и др.) ток или напряжения могут быть стабилизированы на определённом уровне. Более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Компенсационные стабилизаторы – это устройство, которое выполнено в виде системы автоматического регулирования, или другим словом содержит цепь отрицательной обратной связи. За счёт изменения параметров регулирующего элемента посредством воздействия на него сигнала обратной связи и происходит стабилизация напряжения. Схема и принцип действия более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Стабилизация тока или напряжения происходит при помощи регулирующего элемента (РЭ), который, в свою очередь, может быть расположен относительно нагрузки последовательно или параллельно. Следовательно стабилизаторы можно подразделить на схемы с последовательным включением регулирующего элемента и на схемы с параллельным включением регулирующего элемента. Пример схем с вариантом включения РЭ представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Последовательное и параллельное включение регулирующего элемента

При последовательном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулирование напряжения на выходе происходит за счёт изменения сопротивления в регулирующем элементе. Выходное напряжение при таком соединении будет равно U_вых=U_вх+ΔU_рэ.

При параллельном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулировка напряжения на выходе достигается за счёт изменения тока, протекающего через регулирующий элемент. В свою очередь, стабилизация напряжения на выходе осуществляется за счёт изменения напряжения на балластном резисторе R_б. Ток на балластном резисторе можно найти исходя из первого закона Кирхгофа: сумма сходящихся токов в одном узле равна нулю. Следовательно ток на R_б  будет равен I_б=I_рэ+I_н. Главное преимущество параллельного соединения заключается в устойчивости к перегрузкам по току и выдерживание короткого замыкания в цепи нагрузки.

Для определения какой следует применить стабилизатор стоит исходить из требований, предъявляемых к качеству питающих напряжений.

Основные параметры

Основные параметры, по которым оцениваются рассматриваемые устройства следующие: качественные, массогабаритные и энергетические. По данным параметрам можно судить о массе и удельном объёме устройства.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного напряжения:

Коэффициент стабилизации по входному напряжению – это отношение номинального и относительного изменения напряжения на входе и выходе устройства при неизменном токе нагрузки.

где U_вх, U_вых – номинальное значение напряжения на входе и на выходе;

ΔU_вх, ΔU_вых – относительно изменение напряжения на входе и на выходе.

Внутреннее сопротивление стабилизатора – это отношение изменения выходного напряжения к изменению тока нагрузки при неизменном входном напряжении.

Качество стабилизации – это отношение изменения напряжения на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Коэффициент сглаживания пульсаций – это отношение амплитуд пульсаций и номинальных напряжения на входе и выходе устройства.

Температурный коэффициент – это отношения изменения напряжения на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды при неизменном входном напряжении и тока нагрузки.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного тока:

Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению – это отношение номинальных и относительных изменений напряжения на входе и тока на выходе устройства при неизменном сопротивлении нагрузки.

Где U_вх, I_н – номинальное значение входного напряжения и тока нагрузки;

ΔU_вх, Δ I_н – относительно изменение входного напряжения и тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки – это отношение номинального значения сопротивления и тока нагрузки к их изменению, при постоянном входном напряжении.

Где R_н, ΔR_н – номинальное сопротивление нагрузки и его изменение;

r_i – внутреннее сопротивление

Коэффициент пульсаций по току – это отношение амплитуды пульсаций тока к номинальному значению тока на выходе устройства.

Где Iн~ — амплитуда пульсаций тока в нагрузке

Качество стабилизации – это отношение изменения тока на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Температурный коэффициент – это отношения изменения тока на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды.

Массогабаритные параметры характеризуются следующими параметрами: удельный объём P_вых/V_ст, Вт/дм3, и удельная массам устройства P_вых/G_ст, Вт/кг, где V_ст это объём, а G_ст это масса устройства.

К энергетическим параметрам можно отнести нижеперечисленное.

Коэффициент полезного действия – это отношение активной мощности, на выходе к потребляемой мощности от сети.

Не стоит забывать про мощность, которая рассеивается на регулирующем элементе, это тоже немаловажный параметр.

Резюмируя всё выше написанное, нами была рассмотрена основная информация о видах и характеристиках стабилизаторов. Для более глубокого изучения воспользуйтесь соответствующей литературой. Для более надёжного закрепления материала в будущем ниже будут размещены вопросы и задачи для самопроверки.

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

4.4. Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

 

Для питания низковольтных устройств широко используются полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения. Стабилизаторы делятся на два основных класса: параллельного и последовательного типов. Наибольшее распространение получили стабилизаторы последовательного типа.

К основным параметрам стабилизаторов напряжения относятся: выходное сопротивление, коэффициент стабилизации, коэффициент полезного действия стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора напряжения равно отношению изменения выходного напряжения к соответствующему изменению тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации равен отношению относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения:

Коэффициент полезного действия – это отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

На рисунке 4.18 приведена схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим случай идеального стабилитрона. Рабочая ветвь вольтамперной характеристики идеального стабилитрона может быть представлена в виде двух отрезков прямых. Дифференциальное сопротивление такого стабилитрона равно бесконечности при напряжениях меньших напряжения стабилизации и равно нулю при напряжении равном напряжению стабилизации. На рисунке 4.19а показана зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения с идеальным стабилитроном от напряжения, подаваемого на вход стабилизатора. На рисунке 4.19б показана зависимость выходного напряжения этого же стабилизатора от силы тока нагрузки. Пунктиром показана зависимость выходного напряжения этого стабилизатора от тока нагрузки при отключенном стабилитроне.

На рисунке 4.20 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим принцип работы этого стабилизатора напряжения как системы автоматического регулирования. Учтем, что при входных напряжениях, которые больше напряжения стабилизации стабилитрона VD1, напряжение на стабилитроне не зависит от входного напряжения. Нестабильность выходного напряжения может быть обусловлена как изменением сопротивления нагрузки, так и изменением входного напряжения.

Предположим, что сопротивление нагрузки не изменяется, а входное напряжение увеличивается (уменьшается). Если бы никаких изменений с транзистором VT1 не происходило, то напряжение на нагрузке R_н увеличилось (уменьшилось) бы. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора и напряжения на нагрузке.  При увеличении   напряжения на нагрузке напряжение база-эмиттер транзистора уменьшается.  В результате ток коллектора транзистора уменьшается и напряжение на нагрузке уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению (никогда его не достигая).

Теперь рассмотрим случай, когда входное напряжение неизменно, а изменяется сопротивление нагрузки. Пусть сопротивление нагрузки уменьшается. Если бы при этом не происходило никаких изменений с транзистором, то напряжение на нагрузке уменьшилось бы. Уменьшение напряжения на нагрузке при неизменном напряжении на стабилитроне приведет к увеличению напряжения база-эмиттер транзистора VT1, в результате чего увеличится ток коллектора и напряжение на нагрузке тоже будет увеличиваться. Своего первоначального значения напряжение на нагрузке, конечно, не достигнет.

На рисунке 4.21 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения, в котором имеется возможность плавно регулировать величину выходного напряжения. Однако в таком стабилизаторе напряжения выходное напряжения будет изменяться при изменении сопротивления нагрузки. Это обусловлено тем, что при изменении сопротивления нагрузки изменяется сила тока, протекающего через верхнюю часть переменного резистора R2. Существенно уменьшить влияние сопротивления нагрузки на выходное напряжение позволяет стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.22.

 Стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.23, имеет электронный предохранитель, ток срабатывания которого регулируется резистором R2. После устранения короткого замыкания в нагрузке, или перегрузки по току предохранитель возвращают в рабочее состояние с помощью кнопки Sb1. Светодиод HL1 является индикатором срабатывания предохранителя.  Если ток нагрузки превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то начнет увеличиваться напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT2. Транзистор VT1 начнет открываться, закрывая транзистор VT2. Транзисторы VT1, VT2 будут переходить из одного состояния в другое лавинообразно, подгоняя друг друга. При срабатывании электронного предохранителя ток короткого замыкания в нагрузке  очень мал, так как он протекает через резисторы R5, R8, а транзистор VT2 закрыт. Наличие конденсатора С1 позволяет нажимать кнопку Sb1 даже при коротком замыкании в нагрузке. Резистор R1 обеспечивает разрядку конденсатора C1. При отсутствии электронного предохранителя и коротком замыкании в нагрузке очень велика вероятность выхода из строя транзисторов VT3, VT4.

Имеется достаточно широкий ассортимент микросхемных стабилизаторов напряжения. На рисунке 4.24а приведена схема стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН12А. Микросхемы КР142ЕН12А и КР142ЕН12Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения компенсационного типа с защитой от короткого замыкания. Масса микросхемы не более 2,5г. Вид микросхемы показан на рисунке 4.24б. Внешний делитель напряжения на резисторах R1, R2 позволяет регулировать выходное напряжение от 1,3 до 37В. Максимально допустимое входное напряжение 45В, выходное напряжение 37В, ток нагрузки 1А. Максимальная мощность, рассеиваемая микросхемой без теплоотвода, при температуре окружающей среды от -10°С до +40°С равна 1Вт. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Микросхема имеет защиту от перегрузки по выходному току.

На рисунке 4.25 показана схема стабилизатора тока на биполярном транзисторе, а на рисунке 4.26 – на полевом транзисторе. Резистор R3 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор постоянного напряжения.

Рассмотрим принцип работы стабилизатора тока. К нестабильности тока через нагрузку может приводить как изменение сопротивления нагрузки, так и изменение входного напряжения. Предположим, что сопротивление нагрузки остается неизменным, а увеличивается входное напряжение. Если бы никаких изменений не происходило с транзистором, то ток через R_н увеличился бы. В результате этого увеличится ток, протекающий через резисторы R1, R2, а, следовательно, и напряжение на этих резисторах. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжений на резисторах R1, R2 и на переходе база-эмиттер транзистора (переход база-эмиттер транзистора включен в прямом направлении). Напряжение на стабилитроне при изменении входного напряжения остается практически неизменным, значит, напряжение на переходе база-эмиттер транзистора уменьшится и увеличится сопротивление между выводами эмиттер-коллектор транзистора. Ток, протекающий через коллектор-эмиттер транзистора и резистор нагрузки, будет уменьшаться, стремясь к своему первоначальному значению. Таким образом, будет обеспечиваться стабилизация тока.

Пусть теперь остается неизменным входное напряжение, а увеличивается  сопротивление нагрузки. Если бы никаких изменений в этом случае не происходило с транзистором, то ток нагрузки уменьшился бы. При уменьшении тока нагрузки уменьшится ток, протекающий через резисторы R1, R2 и напряжение на этих резисторах уменьшится. В результате увеличится напряжение между базой и эмиттером транзистора и ток коллектора транзистора увеличится. Ток нагрузки будет стремиться к своему первоначальному значению, никогда его не достигая. Для увеличения стабильности тока в качестве транзистора VT1 используют составной транзистор.

Очень простыми получаются стабилизаторы постоянного тока с использованием полевых транзисторов (рис. 4.26). Ток нагрузки протекает через резистор R1. Ток, протекающий в цепи: плюс источника, сток-затвор полевого транзистора, резистор Rн, минус источника питания, очень мал, так как переход сток – затвор транзистора смещен в обратном направлении. Напряжение на резисторе R1 имеет полярность плюс слева, минус справа. Потенциал затвора равен потенциалу правого вывода резистора R1, следовательно, потенциал затвора относительно истока будет отрицательным. При уменьшении сопротивления нагрузки ток через резистор R1 стремится увеличиться, в результате чего потенциал затвора относительно истока становится более отрицательным и транзистор закрывается в большей степени. При большем закрытии транзистора VT1 ток через нагрузку уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению.

 

Поможет ли стабилизатор напряжения? — Силовая электроника

И именно в коттеджах
(имеющих повышенную нагрузку) стабилизатор
не всегда помогает, поэтому приходится искать другие способы исправить положение. Дело в том, что
подводящая линия имеет сопротивление. Оно очень
маленькое, но оно есть. А при больших токах потребления на этой линии напряжение заметно падает.
Согласно закону Ома падение напряжения на подводящей линии можно высчитать по формуле:

Существенное падение напряжения происходит в тех
случаях, когда к потребителю тянется длинная линия.
На промышленных предприятиях такой проблемы нет:
там трансформаторная подстанция находится на территории предприятия или буквально рядом с ним.

Авторы несколько раз сталкивались с такой ситуацией. Без нагрузки напряжение на входном автоматическом выключателе было 220 В. При включении нагрузки оно падало до 170 В. После установки стабилизатора напряжение на входе оказалось ниже 150 В,
и он отключился по нижнему предельному напряжению. Казалось бы, что не хватает каких-то 10 В. И, чтобы поднять напряжение, перед стабилизатором был
установлен автотрансформатор, поднимающий напряжение на 32 В. Стабилизатор снова отключился
по нижнему напряжению, так как напряжение на входном автоматическом выключателе оказалось ниже
120 В. Померить его точно было невозможно, потому
что когда стабилизатор повышал напряжение на выходе, оно понижалось на входе, и при достижении нижнего предела происходило отключение устройства.

Оказалось, что в зависимости от сопротивления
подводящей линии к ней можно подключить какуюто максимальную нагрузку (поднимая напряжение
с помощью стабилизатора до 220 В).

На рис. 1а показана выходная обмотка трансформатора на подстанции (выдающая 220 В), сопротивление линии (R_л) и сопротивление нагрузки (R_н).
На рис. 1б изображена та же схема с включенным стабилизатором напряжения перед нагрузкой.

Рис. 1. Схема питания нагрузки:
а) без стабилизатора; б) со стабилизатором

Многие свойства, справедливые для трансформатора, справедливы и для стабилизатора, так как основным его элементом является один или несколько трансформаторов.

1. Мощность на входе трансформатора равна мощности на выходе трансформатора:

   Отсюда получается, что, если с помощью трансформатора надо вдвое повысить напряжение на нагрузке, то при этом вдвое увеличится потребление
   тока из подводящей линии (чтобы сохранился баланс входной и выходной мощности).

2. Трансформатор преобразовывает не только ток
   и напряжение, но и сопротивление. Если трансформатор имеет коэффициент трансформации
   К_пер, то имеют место следующие соотношения:

Например: пусть подводящая линия имеет сопротивление 0,65 Ом. Рассчитаем поведение линии и стабилизатора при подключении нагрузки 2 Ом (при
220 В она будет потреблять 220/2 = 110 А, нагрузка
составит P = 220 В × 110 А = 24 200 Вт).

Смоделируем процесс работы стабилизатора при
сопротивлении линии R_л = 0,4 Ом и сопротивлении
линии R_л = 0,65 Ом.

Модель работает следующим образом.

В начальный момент коэффициент передачи стабилизатора равен единице.

R₁ = R_нагр (R₁ — входное сопротивление стабилизатора и напряжение на выходе трансформаторной
подстанции равно 220 В).

1. Рассчитаем коэффициент передачи стабилизатора для текущего шага, умножая коэффициент передачи (К_пер) предыдущего шага на коэффициент
   коррекции (К_кор) предыдущего шага. Для первой
   строчки таблицы К_пер = 1.
2. Пересчитаем сопротивление нагрузки, приведенное к входу стабилизатора R₁ = R_нагр / К²_пер.
3. Находим напряжение на входе стабилизатора с учетом делителя напряжения, состоящего из значений сопротивления линии и сопротивления нагрузки, пересчитанных по отношению к входу стабилизатора:
4. Рассчитаем коэффициент коррекции (то есть
   во сколько раз надо поднять напряжение на выходе
   стабилизатора, чтобы оно стало равно 220 В):
   К_кор = 220 / U_вых.

Далее расчеты повторяются для каждой
из строчек таблицы в том же порядке.

В таблице 1 приведен результат такого расчета (для R_л = 0,4 Ом), показывающий, как стабилизатор последовательно, за несколько шагов повышает напряжение.

Таблица 1. Модель работы стабилизатора при R_л = 0,4 Ом

№ шага	R1	Uвх	Кпер	Uвых	Кпер2
1	2	183,33333	1,0000000	183,33333	1,2000000
2	1,3888900	170,80745	1,2000000	204,96890	1,0733333
3	1,2055860	165,19135	1,2880000	212,76646	1,0339975
4	1,1276109	162,39371	1,3317890	216,27412	1,0172276
5	1,0897404	160,92930	1,3547323	218,01612	1,0090997
6	1,0701752	160,14319	1,3670599	218,92534	1,0049088
7	1,0597455	159,71552	1,3737706	219,41248	1,0026780
8	1,0540929	159,48117	1,3774491	219,67719	1,0014695
9	1,0510018	159,35225	1,3794732	219,82215	1,0008091
10	1,0493032	159,28117	1,3805893	219,90187	1,0004462
11	1,0483674	159,24193	1,3812054	219,94581	1,0002464

Первый столбик отображает порядковый номер шага стабилизатора. В первой строчке таблицы отражена ситуация, когда прибор находится в нейтральном состоянии (напряжение
проходит напрямую без повышения и понижения, коэффициент передачи равен единице).
Затем стабилизатор определяет, во сколько раз
ему надо повысить напряжение, чтобы оно оказалось в норме. Эта величина отражена в 6-м
столбике в виде коэффициента коррекции (К_кор).

Во втором столбике приведены сопротивления нагрузки пересчитаные ко входу стабилизатора(R₁). Для этого сопротивление нагрузки делится на квадрат значения коэффициента передачи.

Затем выполнен расчет (U_вх), то есть какое
напряжение будет на входе стабилизатора
с учетом падения напряжения на подводящей
линии (третий столбик таблицы).

В четвертом столбике — расчет значения коэффициента передачи стабилизатора (К_пер).
В начальный момент (первая строчка) стабилизатор пропускает напряжение напрямую.
Для последующего шага этот коэффициент
можно рассчитать, умножив значение текущего коэффициента передачи на значение коэффициента коррекции (К_кор).

В пятом столбике показано выходное напряжение стабилизатора. Для этого входное напряжение умножается на коэффициент передачи.

Из приведенного примера следует, что стабилизатор справился с коррекцией напряжения на пятом шаге. Выходное напряжение стало 220 В (с точностью менее 1%), коэффициент коррекции стал равен единице (с точностью
до второго знака после запятой). При этом достаточно, чтобы стабилизатор имел коэффициент передачи не менее 1,37 и, значит, мог повысить напряжение со 160 В.

В следующем примере изменим сопротивление подводящей линии с 0,4 на 0,65 Ом. Результаты расчетов показаны в таблице 2. В этой таблице выделена четвертая строка.

Таблица 2. Модель работы стабилизатора при R_л = 0,65 Ом

№ шага	R1	Uвх	Кпер	Uвых	Кпер2
1	2	166,037736	1	166,037736	1,325
2	1,13919544	140,075808	1,325	185,600446	1,18534198
3	0,81079947	122,1008079	1,57057813	191,780278	1,14714611
4	0,61613153	107,057548	1,80168259	192,883719	1,14058356
5	0,4736082	92,7314382	2,05496954	190,560281	1,15449032
6	0,35533552	77,7589304	2,37244244	184,478587	1,19255033
7	0,24985336	61,0852182	2,82925702	172,825783	1,27295822
8	0,15419024	42,181379	3,60152598	151,917332	1,44815602
9	0,0735235	22,3561091	5,21557154	116,599886	1,88679429
10	0,02065271	6,77488722	9,84071062	66,669705	3,29984963
11	0,00189666	0,64007771	32,4728653	20,785157	10,5844762

В ней представлены критические значения,
так как при увеличении коэффициента передачи стабилизатора с каждой следующей строкой
до этих значений выходное напряжение растет
(1–4 строки), а при дальнейшем увеличении К_пер
(5–11 строки) — падает. В случае, если стабилизатор еще не отключится по низкому входному напряжению и сможет обеспечить рассчитанные коэффициенты передачи, то падение
напряжения на подводящей линии начнет увеличиваться быстрее, чем растет напряжение
на выходе стабилизатора.

Проанализируем данные, приведенные ниже четвертой, «критической» строки. Сопротивление нагрузки становится меньше сопротивления линии. Поэтому и изменение падения напряжения на линии будет больше
изменения падения напряжения на входе стабилизатора. То есть напряжение на входе стабилизатора будет падать быстрее, чем он поднимает напряжение на нагрузке.

Критическим становится коэффициент передачи, при котором пересчитанное сопротивление нагрузки становится меньше сопротивления подводящей линии. А теперь определим сопротивление подводящей линии,
и какую мощность к такой линии можно подключить? Чтобы определить сопротивление
подводящей линии, необходимо:

1. Измерить напряжение на входном автоматическом выключателе (U1).
2. Измерить ток через входной автоматический выключатель (I1).
3. Включить дополнительно нагрузку (2–3 кВт).
4. Измерить напряжение на входном автоматическом выключателе (U2).
5. Измерить ток через входной автоматический выключатель (I2).
6. Рассчитать сопротивление подводящей линии

Критическим будет приведенное сопротивление нагрузки (R₁), когда оно станет меньше
или равно сопротивлению линии (R_л).

Теперь рассчитаем максимальную мощность,
которую может пропустить такая линия.

Так как трансформаторная подстанция выдает 220 В и мы хотим получить с линии максимальную мощность, то R_кр должно быть
равно R_лин. Так как два этих сопротивления
равны, то они образуют делитель напряжения.
Напряжение на R_кр будет 110 В.

Определим мощность на приведенном сопротивлении нагрузки (она же будет равна
мощности на реальной нагрузке согласно (1)
P = U² / R_кр).

В первом случае при R_л = 0,4 Ом; P= 110² / 0,4 = 30 250 Вт.

Во втором случае при R_л = 0,65 Ом; P = 110² /
0,65 = 18 615 Вт.

Наша нагрузка составляла 24 200 Вт. Она
меньше максимально допустимой для первого
случая (сопротивление линии R_л = 0,4 Ом) —
стабилизатор справился с коррекцией напряжения. Но та же нагрузка больше максимально допустимой во втором случае (сопротивление линии R_л = 0,4 Ом) — значит, стабилизатор
не справился с коррекцией напряжения.

Для определения мощности, которую можно подключить к вашей линии, можно воспользоваться следующей формулой:

Стабилизатор должен иметь коэффициент
передачи не более 2, чтобы поднять напряжение со 110 В до 220 В. Делать коэффициент передачи больше 2 — не целесообразно, так как
при увеличении тока в линии (при поднятии
напряжения со 110 В и ниже ) на R_лин на падение напряжения будет увеличиваться больше, чем на R_кр, и стабилизации напряжения
не будет.

В этом случае надо переходить на 3-фазную сеть. Если проложить четыре таких
же провода и равномерно распределить нагрузку по фазам (ток не будет течь по нейтрали), то эффективное сопротивление
линии по каждой фазе уменьшится вдвое.
Для второго случая R_наг =0,65/2 = 0,325 Ом
и P = 110² / 0,325 = 37 230 Вт по каждой фазе.
А 3 фазы можно нагрузить до 100 Квт (выигрыш в 6 раз).

Литература

1. Лосев А. К. Теория линейных электрических цепей. Учебник для вузов. М.: Высшая
   школа, 1987.

Как выбрать стабилизатор напряжения?

Как выбрать стабилизатор напряжения?

Прежде чем выбрать стабилизатор напряжения переменного тока, нужно понять, что это за электротехнический аппарат, для чего он нужен. Принцип действия устройства основан на работе автотрансформатора. В зависимости от того, повышенное или пониженное напряжение в линии электропередач, автотрансформатор при помощи платы управления понижает или повышает выходное напряжение до 220 В в однофазном аппарате и до 380 В в трёхфазном, с точностью от 0,5 % до 7 %.

Повышение или понижение параметров напряжения происходит благодаря включению определенной обмотки у трансформатора с помощью коммутационных ключей у электронных стабилизаторов или установки обмотки трансформатора токосъёмного контактора у электромеханического стабилизатора.

Аппарат приводит к стандартному значению напряжение (220 В или 380 В) только от стационарной линии электропередач, с определённой погрешностью. В сетевом проводе частота тока равна 50 Гц, а форма напряжения представлена в виде волны (чистая синусоида). Стабилизатор переменного тока защищает технику от короткого замыкания, а некоторые модели — и от последствий грозы. Стабилизатор напряжения нельзя устанавливать в цепи после бытового электрогенератора.

На выходе у бензинового или дизельного генератора форма напряжения только приближена к синусоиде, но она имеет пилообразные всплески, частота может отличаться от 50 Гц (от 48 до 52 Гц), напряжение — варьировать в определённом диапазоне. Ток от генератора можно подавать практически на все электроприборы напрямую, за исключением котлов отопления, циркуляционных насосов системы отопления, дорогой аудио- и видеотехники и другой аппаратуры, у которой высокие требования к качеству напряжения. Перед такими приборами можно поставить ИБП оn-line типа, который за счёт двойного преобразования формирует на выходе чистую синусоиду. Если установить стабилизатор напряжения после генератора, то он рано или поздно сломается и перестанет исправлять напряжение, поступающее от электрогенератора. Ток от генератора нужно заводить в дом в обход или после стабилизатора, либо через байпас.

Исключение — инверторные генераторы, с их помощью получают переменный ток, который сравним по качеству с током от стационарной сети. После него не нужны стабилизация или исправление формы напряжения.

Существует только одна модель стабилизатора, который может менять форму напряжения от генератора и стабилизировать напряжение после электрогенератора, — аппарат серии СДП-1/1-3-220. Он сделан на основе ИБП оn-line типа и идеально стабилизирует ток как от генератора, так и от стационарной сети, кроме стабилизации напряжения, он не пропускает высокочастотные импульсы.

К стабилизатору нельзя подключать сварочный аппарат. Если в вашей электрической сети напряжение отличается от 220 В, но нужно работать со сварочным аппаратом, то можно применить ЛАТР — электромеханический автотрансформатор. Следует вручную установить необходимое значение напряжения, но при этом следить, чтобы в сети оно не менялось, иначе будет изменяться и на выходе после ЛАТР, что может привести к поломке техники, подключённой к автотрансформатору.

Первым шагом при выборе стабилизатора является определение количества фаз. Если к дому подходит 2 провода (фаза, нейтраль) — это признак однофазной сети, если 4 провода (три фазы, одна нейтраль) — трёхфазной сети. Соответственно, на однофазную сеть нужно устанавливать однофазный прибор, на трёхфазную — трёхфазный стабилизатор переменного тока.

Если вы хотите защитить все электрические приборы в доме, то стабилизаторы устанавливают сразу после счётчика электроэнергии и автоматов защиты по току. Если нет потребности в стабилизации напряжения во всём помещении, то можно приобрести аппараты небольшой мощности перед телевизором, котлом отопления, насосом, холодильником или микроволновой печи. Очень часто в частные дома заведена трёхфазная сеть с напряжением 380 В, а по дому разведены три фазы по 220 В, тогда рационально установить 3 однофазных стабилизатора. Если нужно защитить трёхфазный электроприбор (котёл, двигатель, станок), то лучше использовать 1 трёхфазный прибор или 3 однофазных стабилизатора на коммутационной стойке с БКС (блоком контроля сети). Качественные трёхфазные стабилизаторы в одном корпусе изготавливают итальянская фирма Ortea под ТМ Orion и Orion Plus, российская компания «Штиль» выпускает приборы, рассчитанные на небольшую мощность (3600, 6000 и 9000 ВА, серия R-3). Трёхфазный стабилизатор в одном блоке содержит три однофазных, по сути, это 3 однофазных аппарата. Российские производители Progress, Lider, «Штиль» выпускают трёхфазную технику по следующей схеме: три однофазных стабилизатора, объединённых общим блоком или стойкой.

После того, как определено количество фаз, нужно выбрать необходимую мощность. Оптимальный вариант: покупатель знает, какая мощность должна быть у прибора, например, известна общая разрешённая мощность подключения дома к магистральной линии электропередач.

Второй вариант определения мощности: исходя из силы тока входных автоматов. Силу тока в амперах нужно умножить на 220 В, и получим мощность в Вт. В трёхфазной сети мощность следует умножить на 3, получится суммарная трёхфазная мощность.

Третий способ: вычислить суммарную мощность всей бытовой техники в помещении. При подсчёте учитывается фактор пусковых токов. Пусковые токи дает техника, в составе которой есть электрический двигатель, насос или компрессор. Двигатель при запуске потребляет мощность в 2-6 раз больше номинальной, следовательно, мощность этих электроприборов нужно считать с учетом пусковых токов. Пусковые токи длятся не более секунды, но они существенно влияют на нагрузку, и пренебрегать ими при выборе стабилизатора ни в коем случае нельзя.

Краткий перечень электроприборов, у которых есть пусковые токи:

• холодильник (примерно 1 кВт при запуске, номинальная мощность — 200–300 Вт) — рекомендуются стабилизаторы Штиль R1200, Progress 1500T;
• микроволновая печь (1,6 — 2 кВт) — можно установить Progress 2000T, Штиль R2000;
• стиральная, посудомоечная машины (2,5 кВт) — стабилизатор мощностью 3000 ВА;
• глубинные насосы, насосные станции (2,5 — 3 кВт) — подойдет стабилизатор мощностью 5000 ВА;
• телевизор, кинескопный тип (300 Вт) — Штиль R600;
• телевизор ЖК (250 — 300 Вт) — Штиль R400 или R600;
• аудио- и видеотехника — высокоточные стабилизаторы «Штиль» серии SPT, Progress серии L, SL;
• котлы отопления (150-200 Вт) — быстродействующие стабилизаторы на симисторах Штиль R400ST, R600ST и R1200SPT.

Следующий шаг при выборе стабилизатора — уточнение проблемы с напряжением в магистральной сети.

Если отклонение параметров от нормы небольшое (входящее напряжение находится в границах 155 — 260 В), то устанавливают базовые стабилизаторы «Штиль» R серии, Progress T серии, Lider W-30, Volter — Ш серии. Когда напряжение слишком низкое или высокое, то следует рассмотреть аппараты специализированных серий: Progress TR (Псков), Lider W-50, Volter ШН или Ш.

Если наблюдается мерцание света, или в помещении много дорогой и требовательной к качеству напряжения техники, то нужно рассматривать стабилизаторы напряжения с высокой точностью работы и небольшой погрешностью: Progress серий L или SL, Lider серий SQ или SQ-I, Volter серий ПТ или ПТТ.

Если в доме установлено большое количество техники с пусковыми токами: глубинные насосы, холодильники, мойка Kohler и т.д., то рекомендуем рассмотреть стабилизаторы, выдерживающие большие перегрузки по пусковым токам. К таким аппаратам относят устройства Progress серий L, SL и SL-20, в которых установлено 2 трансформатора, благодаря чему они могут выдерживать перегрузку в размере 400 %.

Все серии украинских стабилизаторов Volter имеют возможность выдерживать перегрузку до 300 %. Стабилизаторы, изготовленные на заводе Varcon (Москва), могут кратковременно работать с перегрузкой, превышающей номинальную мощность в 7 раз.

После того, как были описаны алгоритмы подбора мощности стабилизатора напряжения, приведены примеры подбора моделей аппаратов, нужно определиться, где он будет установлен: в отапливаемом, неотапливаемом помещении или на улице. При температуре ниже нуля могут работать украинские стабилизаторы Volter (до −40 ˚С), итальянские однофазные стабилизаторы Vega (до −25 ˚С), трёхфазные итальянские аппараты Orion и Orion Plus (до −25 ˚С).

Если требуется установить аппарат на улице, то лучше приобрести металлический шкаф с вентиляционными отверстиями. Однако внутрь не должны попасть пыль и вода. Лучше всего установить в шкафу стабилизаторы Volter, они лучше других работают в сложных климатических условиях. Остальные производители качественной техники изготавливают стабилизаторы для работы при температуре выше нуля, но их можно устанавливать в неотапливаемом помещении.

Если вы уезжаете зимой с дачи, то стабилизатор лучше отключить и утеплить непыльным теплоизоляционным материалом, чтобы вентиляторы не забились пылью. Когда вы будете приезжать на дачу в зимний период, то сначала нужно просушить и прогреть помещение, а затем включить аппарат. Если вы включаете обогревательные приборы, то лучше включать электропитание через байпас, а после прогрева переключить байпас на работу через стабилизатор напряжения.

Есть второй способ эксплуатации стабилизаторов при температуре ниже нуля, не приспособленных для этого: аппарат должен всегда находиться под нагрузкой и в помещении с минимальной циркуляцией воздуха. Элементная база и трансформатор будут прогревать воздух внутри стабилизатора напряжения, также рядом со стабилизатором можно разместить небольшой нагревательный элемент или мощную лампу накаливания.

Какой тип стабилизатора напряжения выбрать? Есть два типа аппаратов: электромеханические и электронные, у каждого типа есть свои плюсы и минусы.

Принцип работы электромеханических аппаратов заключается в перемещении токосъёмного контактора по обмотке автотрансформатора. Достоинства данного типа агрегатов:

• высокая точность работы (+/- 0,5 %),
• плавность стабилизации,
• надёжность,
• работа при температуре ниже 0 ˚С,
• выдерживают перегрузку до 200 % от номинальной мощности.

Их недостатки:

• меньшая скорость срабатывания по сравнению с электронными стабилизаторами,
• износ токосъёмных контакторов (периодически их нужно будет менять, но замену можно произвести быстро и недорого).

Также «слабым звеном» электромеханического стабилизатора является сервопривод (электромотор). Его замена не затруднительна, и ломается он крайне редко. Надёжные электромеханические стабилизаторы выпускает итальянская компания Ortea под торговыми марками Vega, Orion и Orion Plus.

Электронные стабилизаторы напряжения переменного тока

Обмотки автотрансформатора включаются и выключаются с помощью полупроводниковых элементов симисторов или тиристоров, у более дешёвых моделей — с помощью электронных реле. Их достоинства: высокая скорость срабатывания за счет работы полупроводниковых ключей, долговечность ключей, в конструкции нет механических узлов, испытывающих износ. Недостатки: ступенчатая стабилизация, чувствительность к условиям работы полупроводниковых элементов.

По принципу установки можно выделить три типа стабилизаторов: напольные; напольные с возможностью крепления на стену; напольные с возможностью установки на коммутационную стойку или на стену.

К стабилизаторам можно приобрести дополнительные аксессуары: байпас, коммутационную стойку и БКС. Байпас — это устройство, с помощью которого можно переключать переменный ток: он идёт через стабилизатор напряжения или в обход, ток переключается с помощью ручного тумблера на байпасе. Данное устройство нужно применять, когда требуется пустить ток в обход стабилизатора при электроснабжении от генератора.

Второй пример: работа со сварочным аппаратом. В этом случае байпас даёт возможность проводить какие-либо работы с стабилизатором, профилактический ТО, ремонт или замену проводки без коммутации. Коммутационные стойки применяют для трёхфазной сети, они обеспечивают удобство монтажа 3 стабилизаторов (каждый на свою фазу, у стойки общая клеммная колодка). Есть 4 вида стоек:

• пустая — для монтажа и коммутации;
• с байпасом;
• с байпасом и БКС;
• с БКС без байпаса. БКС — блок контроля сети, который отключает все стабилизаторы, если прекращается электроснабжение на одной фазе, или если параметры напряжения выходят за границы стабилизации. БКС нужен, когда к трёхфазному стабилизатору подключают трёхфазную нагрузку в 380 В: станок, насос, печку. Для этого вида аппаратуры требуется постоянное питания по всем трём фазам, прерывание снабжения хотя бы на одной из фаз исключено. Для частных домов, к которым подводятся три фазы, но внутри дома разводка выполнена по однофазной схеме, установка БКС не требуется. Залогом долгой работы стабилизатора напряжения являются следующие условия:
• соответствие температурного режима окружающей среды,
• работа без перегрузок по мощности,
• правильно подобранный тип стабилизатора (соответствует условиям параметров напряжения в стационарной электросети).

Главный показатель качества и надёжности — оптимальная цена стабилизатора напряжения. Если показатели работы аппарата указаны высокие, но при этом он отличается низкой стоимостью, то значит произведен в Китае, даже если в графе «Производитель» указана другая страна. Китайские стабилизаторы заказывают российские компании, и их поставляют исключительно в СНГ, требований по качеству нет, кроме одного: минимально возможная цена. Качественную технику для стабилизации напряжения выпускают в России, Италии и Украине, дешёвую — в Китае. В других странах нет заводов по производству стабилизаторов, есть лишь торговые марки, которые там зарегистрированы. Качественный стабилизатор напряжения переменного тока — это основной элемент безопасности вашего дома, электрической техники, залог спокойной и комфортной жизни. Не экономьте на безопасности!

Регулируемый стабилизатор напряжения/тока. « схемопедия

Источник удобен для питания налаживаемых электронных устройств и зарядки аккумуляторных батарей. Стабилизатор построен по компенсационной схеме, которой характерен малый уровень пульсаций выходного напряжения и, несмотря на невысокий по сравнению с импульсными стабилизаторами КПД, вполне соответствует требованиям, предъявляемым к лабораторному источнику питания.

Принципиальная электрическая схема источника питания показана на рис. 1. Источник состоит из сетевого трансформатора Т1, диодного выпрямителя VD3-VD6, сглаживающего фильтра СЗ-С6, стабилизатора напряжения DA1 с внешним мощным регулирующим транзистором VT1, стабилизатора тока, собранного на ОУ DA2 и вспомогательном двуполярном источнике его питания, измерителя выходного напряжения/тока нагрузки РА1 с переключателем SA2 «Напряжение/’Ток».

В режиме стабилизации напряжения на выходе ОУ DA2 высокий уровень, светодиод HL1 и диод VD9 закрыты. Стабилизатор DA1 и транзистор VT1 работают в стандартном режиме. При сравнительно небольшом токе нагрузки транзистор VT1 закрыт, и весь ток протекает через стабилизатор DA1. При увеличении тока нагрузки увеличивается падение напряжения на резисторе R3, транзистор VT1 открывается и входит в линейный режим, включаясь в работу и разгружая стабилизатор DA1. Выходное напряжение задает резистивный делитель R6R10. Вращением ручки переменного резистора R10 устанавливают требуемое выходное напряжение источника.

Сигнал обратной связи по току снимается с резистора R9 и поступает через резистор R8 на инвертирующий вход ОУ DA2. При увеличении тока сверх значения, устанавливаемого переменным резистором R8, напряжение на выходе ОУ уменьшается, открывается диод VD9, включается светодиод HL1 и стабилизатор переходит в режим стабилизации тока нагрузки, индицируемый светодиодом HL1.

Вспомогательный маломощный двуполярный источник питания ОУ DA2 собран на двух однополупериодных выпрямителях на VD1, VD2 с параметрическими стабилизаторами VD7R1, VD8R2. Их общая точка соединена с выходом регулируемого стабилизатора DA1. Такая схема выбрана из соображений минимизации числа витков вспомогательной обмотки III, которую нужно дополнительно намотать на сетевой трансформатор Т1.

Большинство деталей блока размещено на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1 мм. Чертеж печатной платы представлен на рис. 2. Резистор R9 составлен из двух сопротивлением по 1,5 0м мощностью 1 Вт. Транзистор VT1 закреплен на штыревом теплоотводе с внешними размерами 130x80x20 мм, представляющем собой заднюю стенку кожуха источника. Трансформатор Т1 должен иметь габаритную мощность 40…50 Вт. Напряжение (под нагрузкой) обмотки II должно быть около 25 В, а обмотки III – 12 В.

При указанных на схеме номиналах элементов блок обеспечивает выходное напряжение 1,25…25 В, ток нагрузки – 15…1200мА. Верхний предел напряжения при необходимости можно расширить до 30 В подборкой резисторов делителя R6R10. Верхний предел тока также можно поднять, уменьшив сопротивление шунта R9, но при этом придется установить диоды выпрямителя на теплоотвод, применить более мощный транзистор VT1 (например, КТ825А—КТ825Г), а возможно, и более мощный трансформатор.

Сначала монтируют и проверяют выпрямитель с фильтром и двуполярный источник питания для ОУ DA2, затем все остальное, кроме DA2. Убедившись в работоспособности регулируемого стабилизатора напряжения, впаивают ОУ DA2 и проверяют под нагрузкой регулируемый стабилизатор тока. Шунт R11 изготавливают самостоятельно (его сопротивление – сотые или тысячные доли Ома), а добавочный резистор R12 подбирают под конкретный имеющийся микроамперметр. В моем источнике применен микроамперметр М42305 с током полного отклонения стрелки 50 мкА.

Конденсатор С13 в соответствии с рекомендациями производителя стабилизатора К142ЕН12А желательно использовать танталовый, например, К52-2 (ЭТО-1). Транзистор КТ837Е может быть заменен на КТ818А-КТ818Г или КТ825А-КТ825Г. Вместо КР140УД1408А подойдут КР140УД6Б, К140УД14А, LF411, LM301A или другой ОУ с малым входным током и подходящим напряжением питания (может потребоваться коррекция рисунка проводников печатной платы). Стабилизатор К142ЕН12А можно заменить импортным LM317T.

Если необходимо, чтобы выходное напряжение можно было регулировать от нуля, нужно в источник добавить гальванически развязанный дополнительный стабилизатор напряжения на 1,25 В (его можно собрать также на К142ЕН12А) и подключить его плюсом на общий провод, а минусом – к соединенным вместе правым выводом и движком переменного резистора R10, предварительно отключенным от общего провода.

С. Колинько, г. Сумы, Украина, Радио №10, 2006г.

Введение — Что такое LDO? Что такое линейный регулятор?

・ Что такое LDO (стабилизатор напряжения с малым падением напряжения)?

Регулятор LDO — это линейный регулятор, который может работать при очень низкой разности потенциалов между входным и выходным напряжением.

Линейный стабилизатор — это тип ИС источника питания, который может выдавать стабильное напряжение из входного напряжения и используется во множестве электронных устройств. Поскольку стабилизатор LDO может работать при низкой разности потенциалов между входным и выходным напряжением, использование регулятора LDO поможет контролировать накопление тепла и обеспечит эффективное использование энергии.

Ниже приводится простое описание основной роли и характеристик линейного регулятора, а также того, как он используется.

Линейный регулятор Таблица выбора

1. Основная роль линейного регулятора

В электронных устройствах линейный регулятор создает необходимое напряжение для последующих систем в основном за счет энергии, поступающей от батареи. Линейный регулятор может выдавать более низкое постоянное напряжение из входного напряжения.

* Микроконтроллер (MCU)… Процессор для управления электронными устройствами.Микроконтроллер работает в соответствии с входными сигналами как мозг электронных устройств.

Линейный регулятор длинных продавцов

2. Характеристики линейного регулятора

Понимание особенностей линейного регулятора необходимо для его правильного использования. Его характерные особенности описаны ниже.

Способен выдавать стабильное напряжение (= напряжение с низким уровнем шума)

Линейный регулятор может выдавать необходимое постоянное напряжение, не подвергаясь влиянию изменений ^* входного напряжения.Малошумное выходное напряжение линейного регулятора делает его идеально подходящим для подачи напряжения на модули датчиков или другие устройства, чувствительные к шуму. (* Изменения, которые находятся в пределах рабочего диапазона напряжения линейного регулятора)

Требуется несколько внешних компонентов

Для микросхем

обычно требуются внешние компоненты (например, резисторы или конденсаторы).
Для линейного регулятора требуется не более двух внешних компонентов: входной конденсатор и выходной конденсатор. Небольшое количество требуемых внешних компонентов упрощает конструкцию внешних компонентов и схемы источника питания, что позволяет упростить конфигурацию схемы источника питания.

Когда разность потенциалов между входным и выходным напряжением велика, тепловыделение также увеличивается.

Когда разница между входным и выходным напряжением (разность потенциалов между входным и выходным напряжением) велика, накопление тепла становится проблемой.
→ Подробное описание см. В разделе «Что такое потери тепла?»
По этой причине линейный регулятор лучше всего подходит для приложений с низким энергопотреблением.

3. Случаи, требующие использования линейного регулятора

Итак, когда следует использовать линейный регулятор? Ниже приведены типичные случаи.

・ Когда рабочее напряжение последующих систем низкое

Линейный регулятор может обеспечить последующие системы идеальным напряжением, когда напряжение его источника питания выше, чем рабочее напряжение последующих систем.

・ Когда требуется стабильное электропитание

Микроконтроллеры, датчики и другие компоненты обычно требуют стабильного напряжения для нормальной работы, и именно здесь на помощь приходит линейный регулятор.

Нет ничего необычного в том, что внешние факторы или отдельный компонент электронного устройства могут вызывать колебания напряжения или создавать шум.Это факторы, которые препятствуют нормальной работе микроконтроллеров, датчиков или других компонентов и могут привести к их отказу в худшем случае.

Использование линейного регулятора на входе компонентов, которым требуется стабильное напряжение или которые чувствительны к шуму, обеспечит постоянную и безопасную работу при стабильном напряжении.

3 серии репрезентативных регуляторов LDO

> Принцип действия и устройство линейного регулятора

> Введение линейного регулятора ABLIC

Назад к основам: ИС регуляторов напряжения, часть 1

Среди регуляторов самая простая схема регулятора предназначена для регулятора напряжения с малым падением напряжения (LDO), топология которого показана на рис.1 . Как линейный регулятор напряжения, его основными компонентами являются проходной транзистор, усилитель ошибки, опорное напряжение и выходной МОП-транзистор. Один вход усилителя ошибки, установленный резисторами R1 и R2, контролирует процентное значение выходного напряжения. Другой вход — это стабильное опорное напряжение (VREF). Если выходное напряжение увеличивается относительно VREF, усилитель ошибки изменяет выход проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения (VOUT).

Рис.1. Низкое падение напряжения и низкий ток покоя LDO делает его подходящим для портативных и беспроводных приложений.

Низкое падение напряжения относится к разнице между входным и выходным напряжениями, которая позволяет ИС регулировать выходное напряжение. То есть LDO регулирует выходное напряжение до тех пор, пока его вход и выход не сблизятся друг с другом при падении напряжения. В идеале падение напряжения должно быть как можно меньшим, чтобы свести к минимуму рассеиваемую мощность и максимизировать эффективность.

Основным преимуществом LDO IC является ее относительно «тихая» работа, поскольку она не требует переключения. Напротив, импульсный регулятор обычно работает в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц, что может создавать электромагнитные помехи, влияющие на аналоговые или радиочастотные цепи. LDO с внутренним силовым MOSFET или биполярным транзистором могут обеспечивать выходы в диапазоне от 50 до 500 мА. Низкое падение напряжения и низкий ток покоя LDO делает его подходящим для портативных и беспроводных приложений.

Падение напряжения стабилизатора LDO определяет наименьшее используемое входное напряжение питания.То есть, хотя спецификации могут указывать на широкий диапазон входного напряжения, входное напряжение должно быть больше, чем напряжение падения плюс выходное напряжение. Для LDO с выпадением 200 мВ входное напряжение должно быть выше 3,5 В, чтобы на выходе было 3,3 В.

При использовании LDO разница между входным и выходным напряжением может быть небольшой, а выходное напряжение должно строго регулироваться. Кроме того, переходная характеристика должна быть достаточно быстрой, чтобы выдерживать нагрузку от нуля до десятков ампер за наносекунды.Кроме того, выходное напряжение может изменяться из-за изменений входного напряжения, выходного тока нагрузки и температуры. В первую очередь, эти колебания выходного сигнала вызваны влиянием температуры на опорное напряжение LDO, усилитель ошибки и его резисторы выборки (R1 и R2).

РЕГУЛЯТОРЫ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬНОГО РЕЖИМА

Во многих приложениях линейные источники питания были заменены импульсными источниками. Показанный на Рис. 2 — типичный изолированный импульсный источник питания.

Рис.2. Импульсный источник питания включает и выключает входной постоянный ток, а затем выпрямляет его для получения выходного постоянного тока.

Один из широко используемых подходов использует время включения и выключения широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления выходным напряжением переключателя мощности. Отношение времени включения к времени периода переключения — это рабочий цикл. Чем выше рабочий цикл, тем выше выходная мощность переключателя силового MOSFET. Фильтр нижних частот, подключенный к выходному трансформатору, обеспечивает напряжение, пропорциональное времени включения и выключения ШИМ-контроллера.Во время работы часть выходного постоянного напряжения возвращается в усилитель ошибки, который заставляет компаратор управлять временем включения и выключения ШИМ. Если выходное напряжение изменяется, обратная связь регулирует рабочий цикл, чтобы поддерживать выходное напряжение на желаемом уровне.

Для генерации сигнала ШИМ усилитель ошибки принимает входной сигнал обратной связи и стабильное опорное напряжение для создания выходного сигнала, соответствующего разности двух входов. Компаратор сравнивает выходное напряжение усилителя ошибки с пилообразной характеристикой генератора, создавая модулированную ширину импульса.Выход компаратора подается на драйвер, выход которого идет на силовой полевой МОП-транзистор.

Выходной фильтр нижних частот индуктора-конденсатора преобразует коммутируемое напряжение переключающего трансформатора в постоянное напряжение. Фильтр не идеален, поэтому всегда есть некоторый остаточный выходной шум, называемый пульсацией. Величина пульсации зависит от эффективности фильтра нижних частот на частоте переключения. Частоты переключения источника питания могут находиться в диапазоне от 100 кГц до более 1 МГц. Более высокие частоты переключения позволяют использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего номинала в выходном фильтре нижних частот.Однако более высокие частоты также могут увеличивать потери в силовых полупроводниках, что снижает эффективность источника питания.

Что касается рассеиваемой мощности, выключатель питания является ключевым компонентом импульсного источника питания. Переключатель обычно представляет собой силовой полевой МОП-транзистор, который работает только в двух состояниях — включенном и выключенном. В выключенном состоянии переключатель питания потребляет очень мало тока и рассеивает очень мало энергии. Во включенном состоянии переключатель питания потребляет максимальное количество тока, но его сопротивление во включенном состоянии невелико, поэтому в большинстве случаев его рассеиваемая мощность минимальна.При переходе из включенного состояния в выключенное и выключенного во включенное состояние переключатель питания проходит через свою линейную область, где он потребляет некоторую мощность. Таким образом, общие потери для переключателя мощности складываются из потерь во включенном и выключенном состояниях плюс потери при переходе через его линейную область.

ИС ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

ИС для импульсных источников питания бывают двух основных конфигураций: ИС преобразователя и ИС контроллера.

ИС преобразователя представляют собой полный преобразователь постоянного тока в постоянный в одном корпусе.Единственными необходимыми внешними компонентами обычно являются пассивные устройства. Переключатели питания могут быть биполярными или полевыми МОП-транзисторами, способными обрабатывать требуемый ток и мощность. Обычно силовой полупроводниковый переключатель включается и выключается с частотой от 100 кГц до 1 МГц, в зависимости от типа ИС. Большинство переключателей мощности используют широтно-импульсную модуляцию для управления выходным напряжением, поэтому рабочий цикл изменяется в соответствии с желаемым выходным напряжением.

Для ИС контроллера требуется внешний переключатель питания, либо биполярный транзистор, либо силовой полевой МОП-транзистор.Схема контроллера, в которой используется внешний переключатель питания, обычно имеет более высокий КПД, чем преобразователь со встроенным силовым полевым МОП-транзистором, поскольку интегрированные полевые МОП-транзисторы имеют более высокое сопротивление в открытом состоянии (более высокие потери). Сопротивление во включенном состоянии внешнего силового MOSFET ниже, и MOST обычно имеет более высокую выходную мощность, чем IC со встроенным MOSFET.

И для преобразователя, и для ИС контроллера частота коммутации определяет физический размер и стоимость катушек индуктивности, конденсаторов и трансформаторов фильтра.Чем выше частота переключения, тем меньше физический размер и стоимость компонентов. Чтобы оптимизировать эффективность, материал магнитопровода для индуктора и трансформатора должен соответствовать частоте переключения. То есть материал сердечника трансформатора / катушки индуктивности следует выбирать таким образом, чтобы он эффективно работал на частоте переключения.

Преобразователи постоянного тока в постоянный принимают входной и вырабатывают постоянный ток. Они могут быть изолированными или неизолированными, в зависимости от того, есть ли прямой путь постоянного тока от входа к выходу.Изолированный преобразователь ( Рис. 2 ) использует трансформатор для обеспечения изоляции между входным и выходным напряжением. В неизолированном преобразователе используется индукторно-конденсаторный фильтр, а оптопара обычно обеспечивает изоляцию между выходной обратной связью и входом. Для многих приложений подходят неизолированные преобразователи. Преимущество преобразователя на основе трансформатора заключается в том, что он может легко создавать несколько выходных напряжений, используя несколько вторичных обмоток.

Первоначально в преобразователях с интегрированным переключателем мощности использовались биполярные переключатели питания, но практически во всех новых устройствах используются переключатели питания на полевых МОП-транзисторах, которые повышают эффективность.Еще одно повышение эффективности — использование интегрированных синхронных выпрямителей, состоящих из переключателей силовых полевых МОП-транзисторов, которые выпрямляют выход источника питания и обеспечивают выход постоянного тока.

Среди функций, имеющихся в ИС преобразователя и контроллера:

• Постоянное или регулируемое выходное напряжение

• Несимметричные или синхронные выходы

• Плавный пуск, обеспечивающий постепенное увеличение мощности

• Блокировка минимального напряжения

• Тепловое отключение

• Максимальная токовая защита

• Защита от перенапряжения

НАСОС НАСОС ICS

Зарядные насосы на самом деле представляют собой другую форму переключения питания.Они переключают конденсаторы, чтобы обеспечить преобразование постоянного напряжения, используя сеть переключателей для зарядки и разрядки одного или нескольких конденсаторов. Сеть переключателей переключает между состояниями заряда и разряда конденсаторов. Как показано на рис. 3 , «летающий конденсатор» (C1) перемещает заряд, а «накопительный конденсатор» (C2) удерживает заряд и фильтрует выходное напряжение.

Рис. 3. Преимуществом зарядового насоса является устранение магнитных полей и электромагнитных помех, которые возникают в индукторе или трансформаторе.

В базовом насосе заряда отсутствует регулирование, которое обычно добавляется с использованием либо линейного регулирования, либо модуляции насоса заряда. Линейное регулирование обеспечивает наименьший выходной шум и, следовательно, лучшую производительность. Модуляция подкачки заряда обеспечивает больший выходной ток для данного размера (или стоимости) кристалла, потому что ИС регулятора не обязательно должна включать в себя транзистор с последовательным проходом.

Основным преимуществом зарядового насоса является устранение магнитных полей и электромагнитных помех, которые возникают с индуктором или трансформатором.Существует один возможный источник электромагнитных помех — высокий зарядный ток, который течет к «летающему конденсатору», когда он подключается к входному источнику или другому конденсатору с другим напряжением.

MOSFET, потому что интегрированные MOSFET имеют более высокое сопротивление в открытом состоянии (более высокие потери). Сопротивление во включенном состоянии внешнего силового MOSFET ниже, и MOST обычно имеет более высокую выходную мощность, чем IC со встроенным MOSFET.

И для преобразователя, и для ИС контроллера частота коммутации определяет физический размер и стоимость катушек индуктивности, конденсаторов и трансформаторов фильтра.Чем выше частота переключения, тем меньше физический размер и стоимость компонентов. Чтобы оптимизировать эффективность, материал магнитопровода для индуктора и трансформатора должен соответствовать частоте переключения. То есть материал сердечника трансформатора / катушки индуктивности следует выбирать таким образом, чтобы он эффективно работал на частоте переключения.

Преобразователи постоянного тока в постоянный принимают входной и вырабатывают постоянный ток. Они могут быть изолированными или неизолированными, в зависимости от того, есть ли прямой путь постоянного тока от входа к выходу.В изолированном преобразователе (рис. 2) используется трансформатор, обеспечивающий изоляцию между входным и выходным напряжением. В неизолированном преобразователе используется индукторно-конденсаторный фильтр, а оптопара обычно обеспечивает изоляцию между выходной обратной связью и входом. Для многих приложений подходят неизолированные преобразователи. Преимущество преобразователя на основе трансформатора заключается в том, что он может легко создавать несколько выходных напряжений, используя несколько вторичных обмоток.

МНОЖЕСТВЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ / РЕГУЛЯТОР ICS

ИС контроллеров с несколькими выходами состоят из двух или более регуляторов в одном корпусе.Это могут быть два импульсных преобразователя или два регулятора LDO.

Примером сдвоенного импульсного регулятора является понижающий DC-DC преобразователь с двойным током в режиме ШИМ с внутренними переключателями питания 2 А, эта ИС работает от входного напряжения от 3,6 В до 25 В, что позволяет регулировать широкий диапазон мощности. такие источники, как четырехэлементные батареи, логические шины 5 В, нерегулируемые настенные трансформаторы, свинцово-кислотные батареи и распределенные источники питания. Два регулятора имеют общую схему, включая источник входного сигнала, источник опорного напряжения и генератор, но в остальном они независимы.Их контур обратной связи контролирует пиковый ток в переключателе во время каждого цикла. В этом режиме управления током улучшается динамика контура и обеспечивается поэтапное ограничение тока.

Пример микросхемы стабилизатора напряжения с двумя выходами и малым падением напряжения имеет встроенные функции сброса, сброса при включении (POR) и стабилизации питания (PG). Дифференцированные функции, такие как точность, быстрая переходная характеристика, схема контроля (сброс при включении питания), вход ручного сброса и независимые функции включения, обеспечивают полное системное решение.Эти регуляторы напряжения имеют чрезвычайно низкий уровень шума на выходе без использования каких-либо дополнительных байпасных конденсаторов фильтра и разработаны для обеспечения быстрой переходной характеристики и обычно стабильны с конденсаторами с низким ESR.

Это семейство LDO также может иметь спящий режим; подача высокого сигнала на разрешающий вход отключает Регулятор 1 или Регулятор 2 соответственно. Перевод регуляторов в спящий режим снижает входной ток до TJ = 25 ° C. Каждый регулятор имеет внутренний разрядный транзистор для разрядки выходного конденсатора, когда регулятор выключен (отключен).

Микросхемы контроллеров с несколькими выходами также могут состоять из двух или более преобразователей накачки заряда в одном корпусе. Это могут быть контроллеры с внешними переключателями питания или регуляторы с внутренним переключателем питания. Одна из возможностей — это выход 5 В и выход 3,3 В для процессоров и логических приложений.

Например, типичные микросхемы контроллера накачки заряда с несколькими выходами могут понижать преобразователи постоянного / постоянного тока, которые производят два регулируемых регулируемых выхода из одного 2.Вход от 7 В до 5,5 В. В ИС используется дробное преобразование переключаемых конденсаторов для достижения типичного повышения эффективности на 50% по сравнению с линейным регулятором. Никаких индукторов не требуется.

ИС имеет два переключаемых насоса заряда конденсаторов для понижения VIN до двух регулируемых выходных напряжений. Два нагнетательных насоса работают со сдвигом по фазе на 180 °, чтобы уменьшить входную пульсацию. Регулировка достигается путем измерения каждого выходного напряжения через внешний резистивный делитель и модуляции выходного тока накачки заряда на основе сигнала ошибки.Двухфазный, неперекрывающийся тактовый сигнал активирует два зарядных насоса, запускающих их в противофазе друг от друга.

СИНХРОННАЯ РЕКТИФИКАЦИЯ

КПД — важный критерий при проектировании преобразователей постоянного тока, требующих малой мощности. Эти потери вызваны переключателем мощности, магнитными элементами и выходным выпрямителем. Для уменьшения потерь в переключателе мощности и магнитных потерь требуются компоненты, которые могут эффективно работать на высоких частотах переключения. Выходные выпрямители могут быть диодами Шоттки, но с синхронным выпрямлением ( рис.4 ), состоящие из силовых МОП-транзисторов, обеспечивают более высокий КПД.

Рис. 4. Синхронный выпрямитель более эффективен, чем диодный выпрямитель Шоттки.

МОП-транзисторы демонстрируют более низкие потери прямой проводимости, чем диоды Шоттки. В отличие от обычных самокоммутирующихся диодов, полевые МОП-транзисторы включаются и выключаются с помощью управляющего сигнала затвора, синхронизированного с работой преобразователя. Основным недостатком синхронного выпрямления является дополнительная сложность и стоимость, связанные с устройствами MOSFET и соответствующей управляющей электроникой.Однако при низких выходных напряжениях результирующее повышение эффективности более чем компенсирует недостаток стоимости в большинстве приложений.

ПРЕДСТОЯЩИЕ ТЕМЫ

Существуют и другие ключевые топологии регуляторов. В следующем месяце мы обсудим две основные топологии ИС, используемые в источниках питания постоянного тока: понижающий или понижающий преобразователь и повышающий или повышающий преобразователь. Топология Buck — это неизолированная конфигурация управления питанием, преимуществами которой являются простота и низкая стоимость. В повышающем преобразователе используется метод переключения, который вызывает нарастание тока в катушке индуктивности, а затем сохраняет полученное напряжение в выходном конденсаторе.Несколько циклов переключения создают напряжение выходного конденсатора, так что выходное напряжение выше входного.

Импульсный регулятор напряжения — 2229

Имя* Пожалуйста, введите вашу фамилию

Фамилия* Пожалуйста, введите вашу фамилию

Электронное письмо* Пожалуйста, введите верный адрес электронной почты

Телефонный номер* Пожалуйста, введите действующий номер телефона.Используйте только цифры.

Заголовок* Пожалуйста, введите вашу должность

Комментарии

Компания* Пожалуйста, введите название вашей компании.

Адрес* Пожалуйста, введите адрес вашей компании

Индекс* Пожалуйста, введите действительный почтовый индекс

Город* Пожалуйста, введите город

Страна*

Выберите страну Аргентина Австралия Австрия Бельгия Бразилия Канада Китай Колумбия Коста-Рика Хорватия Республика Чехия Дания Эквадор Египет Эстония Финляндия Франция Германия Греция Венгрия Исландия Индия Индонезия Ирландия Северная Ирландия Израиль Италия Япония Литва Малайзия Мексика — Север Мексика — Федеральный округ, Юго-Восток Мексика — Запад Нидерланды Новая Зеландия Норвегия ДРУГИЕ Пакистан Перу Филиппины Польша Португалия Румыния Россия Сербия Сингапур Словакия Словения Южная Африка Южная Корея Испания Шри-Ланка Швеция Швейцария Тайвань Таиланд Tunesia Турция ОАЭ — Абу-Даби ОАЭ — Дубай Соединенное Королевство США Вьетнам

Пожалуйста, выберите страну Состояние* Пожалуйста, выберите штат [Только США]

Отправить копию на мой адрес электронной почты

Я прочитал и согласен с Политикой конфиденциальности PR electronics.* Прочтите и примите Политику конфиденциальности PR electronics.

Что такое регулятор напряжения — подробное объяснение

Интересно обсудить, что такое регулятор напряжения. Это обычная схема, которая широко используется в электронике для обеспечения постоянного уровня напряжения. Регулятор напряжения — это электронная схема, которая может поддерживать уровень напряжения, несмотря на несколько факторов, таких как увеличение входного напряжения, допуски и изменения, вызванные температурой.Например, ожидается, что схема будет иметь выход 12 В, поэтому установите регулятор напряжения, чтобы постоянно поддерживать этот выход 12 В. Есть две основные категории регуляторов напряжения. Первый — линейный, второй — переключающийся. Линейные могут быть последовательными или шунтирующими. Существует несколько классов импульсных регуляторов, но простейшими формами являются повышающие и понижающие, а также повышающие и понижающие, которые в основном представляют собой комбинацию этих двух.

Когда использовать регулятор напряжения

Для любых приложений, которым требуется постоянный уровень напряжения, потребуется стабилизатор напряжения.Постоянный уровень напряжения просто означает, что уровень остается неизменным в любое время. Одним словом, линейный уровень напряжения. Некоторые схемы, которым требуется стабилизатор напряжения, — это источники питания, опорные схемы и любые чувствительные к напряжению интегральные схемы или подсхемы.

Типы регуляторов напряжения

Линейный регулятор напряжения

Проще всего иметь дело с линейным регулятором напряжения. Его очень легко создать, и не нужно много технических знаний, чтобы понять его поведение.Он имеет два варианта: последовательный и шунтирующий.

Линейный регулятор серии

(1)

Последовательный линейный регулятор — это тип, в котором он устанавливается последовательно к выходу или схеме, которая использует регулятор или просто нагрузку.

Линейный регулятор серии

поддерживает регулирование напряжения, поглощая избыточную мощность, возникающую из-за разницы уровней входного и выходного напряжения.

Предположим, что регулятор напряжения имеет фиксированное регулирование напряжения 5 В, а уровень входного напряжения составляет 8 В.Чтобы поддерживать регулирование 5 В, внутренняя схема регулятора напряжения будет управлять избыточными 3 В, которые являются разницей между входом 8 В и выходом 5 В.

Ниже представлен линейный регулятор популярной серии от Texas Instrument. Изображения взяты с веб-сайта Texas Instruments. Щелкните ссылку ниже, если вы хотите посетить веб-сайт Texas Instruments.

http://www.ti.com/document-viewer/LM317-N/datasheet/abstract#SNVS7742093

LM317 — линейный регулятор серии с положительным регулируемым выходом.В приведенной выше схеме входное напряжение составляет 28 В, а выходное напряжение можно отрегулировать до минимального уровня 1,25 В в соответствии с таблицей данных LM317.

Рассеиваемая мощность последовательного линейного регулятора напряжения

Установка выходного напряжения — это не только вещь, которую следует учитывать при использовании регулятора напряжения. Рассеивание мощности — следующая очень важная вещь, на которую нужно обращать внимание. Схема последовательного линейного регулятора напряжения изготовить несложно. Но нужно позаботиться о рассеивании мощности. Рассеиваемая мощность — это количество энергии, которое поглощает регулятор.Это напрямую связано с нагревом или с тем, насколько горячий регулятор. Что вызывает это рассеяние мощности? Это результат разницы напряжений между входом и выходом, умноженной на ток нагрузки.

Например, на рисунке выше, если выходное напряжение установлено на 10 В, разница в напряжении составляет 18 В (28–10 В). Предположим, что ток нагрузки составляет 1 А, это означает, что рассеиваемая мощность составляет

.

Рассеиваемая мощность = (Vin — Vout) X Ток нагрузки = (28V — 10V) X 1A = 18 Вт

18 Вт — это огромная рассеиваемая мощность и приводит к более высокой температуре корпуса.Управлять им нужно, например, поставить радиатор на регулятор или охлаждающий вентилятор и так далее.

(2) Шунтирующий линейный регулятор

Шунтирующий линейный регулятор отличается от последовательного линейного регулятора тем, как он подключен к нагрузке или цепи, для которой требуется стабилизированное напряжение.

Еще одно отличие шунтового линейного регулятора от последовательного линейного регулятора — это мощность. В большинстве случаев последовательный тип превосходит шунтирующий. Для шунтирующего типа также потребуется последовательный резистор, чтобы помочь рассеять избыточную мощность.Без этого последовательного резистора он не будет работать. Самый простой пример шунтирующего линейного регулятора — стабилитрон.

Схема ниже использует стабилитрон для поддержания стабилизированного напряжения на нагрузке. Как обсуждалось выше, добавляется последовательное сопротивление. Если стабилитрон имеет напряжение пробоя 12 В, это означает, что на нагрузку не будет подаваться напряжение выше 12 В. Если уровень Vin равен 20 В, избыточное напряжение будет поглощаться последовательным сопротивлением, что приведет к рассеянию мощности.

Настройка Rseries для шунтирующего регулятора

Пример: Vzener = 12V, Vin = 20V, Ток нагрузки = 2A, Rseries =?

(a) Ток нагрузки + ток шунта = ток, протекающий в Rseries

( Где Шунтирующий ток — это ток, необходимый стабилитрону для поддержания стабилизации напряжения. Это указано в таблице данных. Если таблица дает минимальный и максимальный уровень, просто найдите среднее значение и используйте его.)

Предположим, что ток шунта равен 0.01A. Итак,

2A + 0,01A = Ток, протекающий в Rseries = 2,01A

(b) Rseries = (Vin — Vshunt) / Текущий к Rseries

= (20 В — 12 В) / 2,01 A = 3,98 Ом

(Где; Vшунт — стабилизация напряжения стабилитрона)

Выберите значение резистора, ближайшее к вычисленному значению, и перепроверьте расчет

(c) Предположим, что выбрано сопротивление 3,9 Ом, новый ток, текущий в Rseries, будет

.

Ток, текущий в Rseries = (20 В — 12 В) / 3.9 Ом = 2,051 A

Ток нагрузки установлен на 2 А, поэтому новый ток стабилитрона составляет 0,051 А. Проверьте таблицу, если это не превышает лимит.

(d) Вычислить рассеиваемую мощность Rseries

Последовательный резистор поглощает огромную мощность, поэтому очень важно подобрать его соответствующий размер. Рассеиваемая мощность на Rseries составляет

.

Pdiss = (Ток, текущий в Rseries) X (Ток, текущий в Rseries) X Rseries = 2,051A X 2,051A X 3.9 Ом = 16,4 Вт

Обязательно выберите резистор, который может нести эту рассеиваемую мощность.

Если вы хотите узнать, как линейный регулятор обеспечивает регулирование и что находится внутри микросхемы, прочитайте мою статью «Как линейный регулятор обеспечивает регулирование на выходе».

Импульсный регулятор напряжения

Как линейный регулятор серии, так и шунтирующий линейный регулятор, описанные выше, применимы только для приложений малой мощности. Хотя последовательный линейный регулятор может предлагать более высокую мощность, чем шунтирующий линейный регулятор, но все же это очень низкая мощность, если мы говорим об источнике питания.В блоке питания используется импульсный стабилизатор напряжения.

Импульсный регулятор напряжения — это тот, который использует силовой электронный переключатель, который непрерывно работает между включенным и выключенным состояниями, а также заряжает и разряжает цепь резервуара. Затем существует механизм контура управления, который отвечает за регулирование системы для достижения стабильного выхода. В отличие от простых в конструкции линейных регуляторов напряжения, импульсный регулятор напряжения более сложен. Однако он может обеспечивать работу с высокой мощностью из-за очень малых потерь мощности по сравнению с линейными версиями.

Обычно используемые импульсные стабилизаторы напряжения на сборках печатных плат — это понижающий (понижающий), повышающий, комбинация двух понятий-повышающих, обратных, дифференциальных и т. Д.

Если вы хотите узнать больше об импульсных источниках питания и топологиях, прочтите мои статьи Принцип работы и конструкция импульсных источников питания, а также описание импульсных источников питания с общими топологиями.

Если вы хотите узнать, как импульсный источник питания регулирует напряжение, прочтите мою статью «Как импульсный источник питания регулирует свою мощность».

У меня также есть статья под названием «Моделирование линейного источника питания ACDC в LTSpice Step by Step Guide». Это даст вам руководство о том, как смоделировать простой линейный источник питания переменного тока постоянного тока в LTspice. LTSpice — это бесплатное ПО от Linear Technology. Если вы хотите узнать, как начать моделирование LTSpice, прочтите мою статью «Учебники по моделированию цепи LTSpice для начинающих».

Для получения дополнительных руководств по LTSpice выберите из списка нужную тему.

Понижающие преобразователи

В силовой электронике понижающий стабилизатор напряжения также называют понижающим импульсным преобразователем.Это понижающий импульсный регулятор, у которого выходной сигнал ниже входного. Например, на входе 12 В и на выходе 5 В. Ниже представлена ​​схема силовой части понижающего преобразователя.

Схема понижающего преобразователя

Понижающий преобразователь — это переключающий преобразователь с рабочим циклом. Полное объяснение рабочего цикла см. В статье «Расчет рабочего цикла понижающего преобразователя».

Хотите узнать подробности конструкции понижающего преобразователя? Прочтите мою статью Учебное пособие по проектированию конвертера Buck.

Или, может быть, вам интересно узнать, как определить размер или выбрать катушку индуктивности понижающего преобразователя, прочтите статью Определение размеров индуктивности понижающего преобразователя и настройка его работы.

Если вы хотите разработать понижающий преобразователь, но еще не обладаете достаточными знаниями, не волнуйтесь. У меня есть готовый шаблон, который сделает дизайн за вас. Перейдите в Mathcad шаблон проектирования понижающего преобразователя.

Преобразователи повышающей коммутации

Если понижающий преобразователь называется понижающим импульсным стабилизатором, то повышающий преобразователь, с другой стороны, называется повышающим импульсным регулятором.Его выход выше, чем его вход. Например, выход 20В от входа 10В. Ниже представлена ​​общая схема повышающего преобразователя.

Повышающий преобразователь также является переключающим преобразователем с управляемым рабочим циклом. Если вы хотите узнать больше о рабочем цикле, прочтите статью Как рассчитать рабочий цикл повышающего преобразователя.

В повышающем преобразователе одним из очень важных компонентов является катушка индуктивности. Катушка индуктивности будет контролировать ток пульсации. Чтобы узнать больше об этом, прочтите Как рассчитать ток пульсации повышающего преобразователя.

Импульсные преобразователи

имеют меньшие потери мощности по сравнению с линейным регулятором напряжения. Чтобы дать вам представление, прочтите «Потери мощности в повышающем преобразователе».

Вы хотите разработать повышающий преобразователь? Нет проблем, так как для него уже есть готовый шаблон. Перейдите к шаблону дизайна Boost Converter Mathcad.

Связанные

Интегральные регуляторы напряжения

— инженерные знания

Здравствуйте, читатели ждем еще одного интересного поста.в этом посте мы подробно рассмотрим напряжение интегральной схемы , регуляторы. Ранее мы подробно обсуждали устройство регулятора напряжения. Существует множество линейных и импульсных регуляторов в виде микросхем. Обычно линейный регулятор имеет 3 клеммы, которые предлагают положительные или отрицательные выходы, которые имеют 2 фиксированных или переменных формы.

В этом посте мы рассмотрим схемы стабилизаторов напряжения на интегральных схемах, их работу и некоторые другие связанные с этим факторы.Итак, давайте начнем с регуляторов напряжения на интегральных схемах .

Что такое стабилизированный положительный линейный стабилизатор напряжения

• Хотя на рынке существует множество категорий регуляторов интегральных схем, серия 78XX регуляторов IC состоит из трех оконечных модулей, которые предлагают положительное значение выхода.

• Клемма 3 называется вводом-выводом, а заземление показано на рисунке ниже.

• Последние 2 цифры в числовой части обозначают выходное напряжение.Например, 7805 — это тип регулятора. Для любого регулятора выходное напряжение будет номинальным.
• Таким образом, напряжение, обеспечиваемое 7805, может быть в диапазоне от 4,8 до 5,2 вольт, но имеет постоянное значение.
• Другие типы значений выходного напряжения можно увидеть на рисунке, обозначенном буквой b, а их пакеты показаны на рисунке, обозначенном буквой c.
• Конденсаторы не являются общими частями, но в некоторых случаях используются на входе и выходе.
• Выходные конденсаторы обычно ведут себя как сетевой фильтр, улучшая переходную характеристику.
• Входной конденсатор фильтрует вход и обеспечивает защиту от нежелательных вибраций, когда регуляторы находятся на некотором расстоянии от фильтра источника питания, чтобы линия имела достаточное значение индуктивности.
• Серия 78XX может генерировать выходной ток до одного ампера при использовании с достаточным теплоотводом.
• Входное напряжение должно быть почти на 2,5 В выше выходного напряжения для поддержания регулирования.
• Схема имеет внутреннюю тепловую защиту от перегрузки и ограничение тока короткого замыкания.
• Тепловая перегрузка возникает, когда внутреннее рассеивание мощности очень велико, а температура модуля превышает заданное значение.
• Для любого применения регуляторов необходимо устройство для защиты радиатора от тепловой перегрузки.

Фиксированные отрицательные линейные регуляторы напряжения

• Серия 79xx представляет собой обычный трехконтактный интегрированный стабилизатор с фиксированным отрицательным выходным значением.
• Это аналог серии 78xx с отрицательным напряжением и имеет аналогичные функции и характеристики с разными номерами контактов.
• На рисунке ниже обозначена стандартная компоновка, номера деталей и результирующее выходное напряжение.

Регулируемые регуляторы положительного линейного напряжения

• LM317 является типичным примером трехконтактных положительных регуляторов с переменной выходной мощностью.
• Базовое устройство показано на рисунке ниже.

• Конденсатор используется для развязки и не влияет на работу постоянного тока.
• Обратите внимание, что есть ввод-вывод и переменный терминал.

• Внешнее фиксированное сопротивление и внешнее переменное сопротивление позволяют изменять или регулировать выходное напряжение.
• Значение VOut может быть изменено с 1,2 вольт до тридцати семи вольт в зависимости от значения сопротивления.
• LM317 может обеспечивать на выходе выходной ток более 1,5 ампер.
• LM317 функционирует как плавающий регулятор, поскольку регулировочная клемма не связана с землей, а перемещает значение напряжения относительно сопротивления R2.
• Позволяет выходному напряжению быть больше, чем у стабилизатора постоянного напряжения.

Работа LM317

• На приведенном ниже рисунке постоянное опорное напряжение 1,25 В сохраняется с регулятором между выходной точкой и переменной точкой.
• Это постоянное опорное напряжение создает постоянный ток в сопротивлении R1 независимо от значения сопротивления R2.

IREF = VREF / R1 = 1,25 В / R1

VOUT = VR1 + VR2 = IREFR1 + IREFR2 + IADJR2

= IREF (R1 + R2) + IADJR

VREF / R1 (R1 + R2) + IADJR2

Регулируемые отрицательные линейные регуляторы напряжения

• LM337 — это отрицательная выходная часть, противоположная LM317, и лучшая категория интегральных схем этой категории.

• Аналогично LM317 Lm337 требует 2 внешних сопротивления для регулирования выходного напряжения, как показано на рисунке ниже.
• Значение выходного напряжения может изменяться от -1,2 В до -37 В в зависимости от значения сопротивления.
• Конденсатор в этой схеме работает с развязкой и не влияет на работу постоянного тока.

Итак, друзья, которые подробно рассказывают о регуляторах напряжения на интегральных схемах, если у вас есть какие-либо дополнительные вопросы, спрашивайте в комментариях.Спасибо за прочтение. Хорошего дня.

Автор: Генри

http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Сообщение навигации

Типы регуляторов напряжения

В этом руководстве мы узнаем об одном из наиболее важных компонентов конструкции системы: регуляторах напряжения.Они являются неотъемлемой частью системы или, в частности, частью системы электропитания. Мы узнаем о регуляторах напряжения, о различных типах регуляторов напряжения, о принципе работы некоторых важных регуляторов напряжения.

Роль источника питания

Прежде чем углубляться в детали регулятора напряжения и различных типов регуляторов напряжения, мы сначала рассмотрим важность источника питания в конструкции системы.

Возьмем любую работающую систему: электронные наручные часы, современный смартфон или портативный компьютер.Что вы думаете о самом большом предприятии в целом? Это блок питания.

Роль источника питания заключается в обеспечении системы надежным, постоянным и повторяемым питанием для ее компонентов. В контексте электронных устройств источник питания должен обеспечивать постоянную, стабильную и регулируемую мощность для правильной работы цепей.

Итак, каковы источники питания?

Двумя основными источниками питания являются: 1. Электропитание переменного тока от наших сетевых розеток и 2.Питание постоянного тока от батарей.

ПРИМЕЧАНИЕ: Приведенный выше список основан на доступных источниках энергии и источниках энергии.

Несмотря на то, что источник питания доступен, он еще не «готов к работе в системе». Что это значит? Давайте разберемся в этом на примере компьютерной системы.

Обычно компьютерная система или, скорее, электроника компьютерной системы требует регулируемого постоянного напряжения. ЦП работает от 1,2 В до 1,8 В постоянного тока (зависит от ЦП), порты USB работают от 5 В постоянного тока, механическим жестким дискам требуется как 5 В, так и 12 В постоянного тока и так далее.

Если напряжение выше или ниже требуемой величины, компонент может не работать или, в худшем случае, он может выйти из строя и не подлежит ремонту. Поэтому важно «отрегулировать» напряжение до допустимого диапазона.

Вот где на сцену выходят регуляторы напряжения. Источником может быть переменный ток от сетевой розетки или постоянный ток от батарей, требования для любой электронной системы одинаковы: регулируемое постоянное напряжение.

Регуляторы напряжения

Регулятор напряжения — это устройство или цепь, которая отвечает за обеспечение постоянного напряжения постоянного тока для электронной нагрузки.На следующем изображении показан типичный блок питания с регулятором напряжения.

Как упоминалось ранее, задача источника питания постоянного тока состоит в том, чтобы принимать мощность переменного тока из сетевых розеток (обычно 240 В при 50 Гц) и преобразовывать ее в устойчивый выходной постоянный ток. В этом процессе напряжение переменного тока из сети сначала выпрямляется с помощью схемы выпрямителя, чтобы создать пульсирующее напряжение постоянного тока.

Затем этот пульсирующий постоянный ток фильтруется для получения относительно плавного напряжения. Наконец, регулятор напряжения обеспечивает постоянное выходное напряжение.

Компоненты регулятора напряжения

Вообще говоря, этап регулятора напряжения источника питания обычно состоит из трех компонентов:

• Цепь обратной связи
• Стабильное опорное напряжение
• Цепь управления проходным элементом

Процесс регулирования напряжения это просто. Схема обратной связи помогает обнаруживать изменения выходного постоянного напряжения. В зависимости от обратной связи и опорного напряжения затем вырабатывается управляющий сигнал для управления проходным элементом для компенсации отклонений.

Говоря о проходном элементе, это твердотельное полупроводниковое устройство, такое как диод с PN переходом, транзистор BJT или полевой МОП-транзистор. Теперь выходное напряжение D остается почти постоянным.

Различные типы регуляторов напряжения

Регуляторы напряжения могут быть реализованы с использованием дискретных компонентных схем или ИС. Независимо от реализации, регуляторы напряжения можно разделить на два типа:

• Линейные регуляторы напряжения
• Импульсные регуляторы напряжения

Принимая во внимание приведенное выше обсуждение компонентов регулятора напряжения и его основных функций, предположим, что проходным элементом в цепи регулятора напряжения является транзистор.

Этот транзистор может работать как в активной области, так и как переключатель для регулирования выходного напряжения. Если во время регулирования напряжения транзистор остается в активной или омической области или линейной области своей работы, то регулятор называется линейным регулятором напряжения.

Когда транзистор работает в состоянии отсечки и состояния насыщения, то есть он переключается между состоянием выключения и состоянием насыщения, тогда регулятор называется регулятором напряжения переключения.

Теперь давайте углубимся в оба этих регулятора напряжения и подробнее рассмотрим их работу и типы.

Линейные регуляторы напряжения

Первоначальной формой регуляторов в регулирующих источниках питания являются линейные регуляторы напряжения. В линейном регуляторе напряжения переменная проводимость активного проходного элемента (обычно BJT или MOSFET) отвечает за регулирование выходного напряжения.

Когда нагрузка подключена, изменения входа или нагрузки приведут к изменению тока через транзистор, так что выход остается постоянным.Чтобы транзистор мог изменять свой ток (ток коллектор-эмиттер в случае BJT), он должен работать в активной или омической области (также известной как линейная область).

Во время этого процесса линейный регулятор напряжения тратит много энергии, так как сетевое напряжение, то есть разница между входом и выходом падает в транзисторе и рассеивается в виде тепла.

Обычно линейные регуляторы напряжения делятся на пять категорий. Это:

• Положительные регулируемые регуляторы
• Отрицательные регулируемые регуляторы
• Регуляторы с фиксированным выходом
• Следящие регуляторы
• Плавающие регуляторы

Примером положительных регулируемых линейных регуляторов напряжения является знаменитая ИС регулятора LM317.Выходное напряжение LM317 можно регулировать в пределах от 1,2 В до 37 В.

Что касается линейных регуляторов напряжения с фиксированным выходом, то в эту категорию попадает известная серия стабилизаторов напряжения 78XX. 7805 — это обычно используемый стабилизатор постоянного напряжения с выходным напряжением 5 В.

Преимущества линейных регуляторов напряжения

Преимущества линейных регуляторов напряжения заключаются в следующем:

• Реализация линейных регуляторов напряжения очень проста и удобна в использовании.
• Несмотря на рассеиваемую мощность, линейные регуляторы напряжения обладают надежной защитой от перегрузки по току и тепловой защитой.
• Регулируемые регуляторы напряжения требуют очень небольшого количества внешних компонентов для своей работы. Стабилизаторы постоянного напряжения практически не требуют внешних компонентов (может быть пара байпасных конденсаторов).
• При невысокой стоимости у вас есть широкий выбор напряжения и тока.

Недостатки линейных регуляторов напряжения

Недостатки линейных регуляторов напряжения следующие:

• Обычно линейные регуляторы напряжения понижают только i.е. выходное напряжение всегда меньше входного.
• При работе от сети переменного тока требуется понижающий трансформатор для доведения напряжения до рабочего уровня. Следовательно, они обычно громоздкие.
• Поскольку регулирование осуществляется путем рассеивания избыточной мощности в виде тепла, они имеют тенденцию сильно нагреваться, и использование радиатора неизбежно.
• Кроме того, у линейных регуляторов обычно очень низкий КПД, где-то от 20% до 60%.

Кроме того, линейные регуляторы напряжения снова классифицируются в зависимости от способа подключения нагрузки.Это:

Регуляторы напряжения серии
• Шунтирующие регуляторы напряжения

Давайте теперь кратко рассмотрим оба этих типа линейных регуляторов напряжения.

Регулятор напряжения серии

В линейных регуляторах напряжения, если активный проходной элемент, например, транзистор, подключен последовательно с нагрузкой, то это называется последовательным регулятором напряжения.

На следующей схеме показан типичный линейный последовательный регулятор напряжения.

В этой схеме выходное напряжение регулятора измеряется через сеть делителей напряжения R1 и R2. Это напряжение сравнивается с опорным напряжением V _REF . Результирующий сигнал ошибки будет контролировать проводимость проходного транзистора.

В результате напряжение на транзисторе изменяется, а выходное напряжение на нагрузке, по существу, поддерживается постоянным.

Тип последовательного регулятора напряжения — стабилизатор напряжения на стабилитроне, который может поддерживать постоянное напряжение на нагрузке.

Этот тип регулятора напряжения может уменьшить пульсации в источнике питания и улучшить регулирование. Но из-за ненулевого сопротивления стабилитрона эффективность невысока. Это можно улучшить, ограничив ток Зенера.

Шунтирующий регулятор напряжения

Шунтирующий регулятор напряжения отличается от последовательного регулятора напряжения. Если проходной транзистор в линейном регуляторе напряжения подключен параллельно нагрузке, то регулятор известен как шунтирующий регулятор напряжения.

Дополнительно имеется резистор ограничения напряжения, подключенный последовательно с нагрузкой. На следующем изображении показан типичный шунтирующий стабилизатор напряжения.

В этой схеме проводимость транзистора регулируется на основе обратной связи и опорного напряжения, так что ток через последовательный резистор остается постоянным. При изменении тока через транзистор напряжение на нагрузке остается практически постоянным.

По сравнению с последовательными регуляторами, шунтирующие регуляторы немного менее эффективны, но имеют более простую реализацию.

Импульсные регуляторы напряжения

В обоих линейных регуляторах напряжения, то есть последовательном регуляторе и шунтирующем регуляторе, активный проходной элемент, то есть транзистор, работает в своей линейной области. Изменяя проводимость транзистора, выходное напряжение поддерживается на желаемом уровне.

Напротив, импульсный регулятор работает несколько иначе, чем линейный регулятор, в том смысле, что проходной транзистор действует как переключатель, то есть он либо остается в выключенном состоянии (область отсечки), либо во включенном состоянии (область насыщения).

Регулируя время включения проходного транзистора, выходное напряжение поддерживается на постоянном уровне.

Блок-схема типичного импульсного источника питания показана ниже.

Фактически, есть отдельное руководство по импульсным источникам питания или SMPS с рабочими, типами и их работой. Для получения дополнительной информации прочтите « Импульсный источник питания ».

Преимущества импульсного регулятора напряжения

• Основным преимуществом импульсного источника питания или импульсного регулятора напряжения является эффективность.Обычно с лучшей конструкцией можно достичь КПД до 95%.
• Поскольку транзистор колеблется между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ, и время, в течение которого он остается в активной области, очень мало, количество потерянной мощности очень меньше.
• Выходное напряжение может быть выше или ниже входного.
• Не требуется понижающий или повышающий трансформатор, но требуется крошечный высокочастотный переключающий трансформатор.

Недостатки импульсных регуляторов напряжения

• Сложность конструкции импульсного источника питания очень высока.
• Из-за частого переключения транзистора и, как следствие, тока транзистора, возникают высокие помехи и шум.

По конструкции схемы импульсные регуляторы напряжения можно разделить на две топологии.

• Неизолированные преобразователи
• Изолированные преобразователи

В неизолированных преобразователях также есть несколько типов, но наиболее важными из них являются:

• Понижающий регулятор напряжения (понижающий преобразователь)
• Повышающий регулятор напряжения (повышающий Преобразователь)
• Понижающий / повышающий преобразователь

Изолированные преобразователи в основном бывают двух важных типов.Это:

• Обратные преобразователи
• Прямые преобразователи

Все эти типы обсуждаются в разделе «Импульсный источник питания». Так что обратитесь к этому документу для получения дополнительной информации.

Понижающий регулятор напряжения (понижающий преобразователь)

В понижающем регуляторе напряжения или понижающем преобразователе выходное напряжение меньше входного напряжения. На следующем изображении показан типичный понижающий преобразователь.

Повышающий регулятор напряжения (повышающий преобразователь)

В отличие от понижающего преобразователя повышающий преобразователь или повышающий регулятор напряжения обеспечивает на выходе напряжение выше, чем на входе.

На следующем изображении показан типичный повышающий преобразователь.

Существует множество других топологий импульсных регуляторов напряжения, таких как непрерывный, прерывистый, полумостовой, полный мост и т. Д.

Регулятор напряжения | PSpice

AD584	Программируемый прецизионный источник опорного напряжения (с поддержкой AA)
adp1710aujz075r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz080r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz085r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz090r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz095r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz100r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz105r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz110r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz115r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz120r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz130r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz150r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz180r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz250r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz300r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujz330r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1710aujzr7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz075r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz080r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz085r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz090r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz095r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz100r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz105r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz110r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz115r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz120r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz130r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения
adp1711aujz150r7	Линейный стабилизатор КМОП, 150 мА, малое падение напряжения

.