Как сделать регулятор напряжения своими руками: Регулятор напряжения 220 В своими руками: схемы и способы сборки

назначение прибора, инструкция по изготовлению устройства своими руками

Регуляторы напряжения нашли широкое применение в быту и промышленности. Многим людям известно такое устройство, как диммер, позволяющий бесступенчато регулировать яркость светильников. Оно и является отличным примером регулятора напряжения 220в. Своими руками такой прибор собрать довольно просто. Безусловно, его можно приобрести в магазине, но себестоимость самодельного изделия окажется значительно ниже.

Назначение и принцип работы

С помощью регуляторов напряжения можно изменять не только яркость свечения ламп накаливания, но и скорость вращение электромоторов, температуру жала паяльника и так далее. Нередко эти устройства называют регуляторами мощности, что не совсем правильно. Устройства, предназначенные для регулирования мощности, основаны на ШИМ (широтно-импульсная модуляция) схемах.

Это позволяет получить на выходе различную частоту следования импульсов, амплитуда которых остается неизменной.

Однако если параллельно нагрузке в такую схему включить вольтметр, то напряжение также будет изменяться. Дело в том, что прибор просто не успевает точно измерять амплитуду импульсов.

Регуляторы напряжения чаще всего изготовлены на основе полупроводниковых деталей – тиристорах и симисторах. С их помощью изменяется длительность прохождения волны напряжения из сети в нагрузку.

Следует заметить, что регуляторы напряжения будут максимально эффективны при работе с резистивной нагрузкой, например, лампами накаливания. А вот использовать их для подключения к индуктивной нагрузке нецелесообразно. Дело в том, что показатель индуктивного электротока значительно ниже в сравнении с резистивным.

Рекомендации по изготовлению

Собрать самодельный диммер довольно просто. Для этого потребуются начальные знания в области электроники и несколько деталей.

На основе симистора

Такой прибор работает по принципу фазового смещения открывания ключа. Ниже представлена простейшая схема диммера на основе симистора:

Структурно прибор можно разделить на два блока:

  • Силовой ключ, в роли которого используется симистор.
  • Узел создания управляющих импульсов на основе симметричного динистора.

С помощью резисторов R1-R2 создан делитель напряжения. Следует обратить внимание, что сопротивление R1 – переменное. Это позволяет менять напряжение в линии R2-C1. Между этими элементами включен динистор DB3. Как только показатель напряжения на конденсаторе C1 достигает значения порога открытия динистора, на ключ (симистор VS1) подается управляющий импульс.

В результате силовой ключ включается, и через него начинает проходить электроток на нагрузку. Положение регулятора определяет, в какой части фазы волны должен сработать силовой ключ.

На базе тиристора

Эти проборы также достаточно эффективны, а их схемы не отличаются высокой сложностью. Роль ключа в таком устройстве выполняет тиристор. Если внимательно изучить схему прибора, то сразу можно заметить главное отличие этой схемы от предыдущей – для каждой полуволны используется собственный ключ с управляющим динистором.

Принцип работы тиристорного прибора следующий:

  • Когда через линию R5-R4-R3 проходит положительная полуволна, конденсатор C1 заряжается.
  • После достижения порога включения динистора V3 он срабатывает, и электроток поступает на ключ V1.
  • При прохождении отрицательной полуволны наблюдается аналогичная ситуация для линии R1-R2-R5, управляющего динистора V4 и ключа V2.

С помощью фазных регуляторов можно управлять не только яркостью ламп накаливания, но и другими видами нагрузок, например, количеством оборотов дрели. Однако следует помнить, что прибор на основе тиристора нельзя применять для работы со светодиодными и люминесцентными лампочками.

Также в быту используются конденсаторные регуляторы. Однако в отличие от полупроводниковых приборов, они не позволяют плавно изменять напряжение. Таким образом, для самостоятельного изготовления лучше всего подходят тиристорная и симисторная схемы.

Найти все необходимые для изготовления регулятора детали не составит труда. При этом их не обязательно покупать, а можно выпаять из старого телевизора или другой радиоаппаратуры. При желании на основе выбранной схемы можно сделать печатную плату, а затем впаять в нее все элементы. Также детали можно соединить обычными проводами. Домашний мастер может выбрать тот способ, который покажется ему наиболее привлекательным.

Оба рассмотренных устройства довольно легко собрать, и для выполнения всех работ не нужно обладать серьезными знаниями в области электроники. Даже начинающий радиолюбитель сможет изготовить своими руками схему регулятора напряжения 220в. При невысокой стоимости, они практически ни в чем не уступают заводским аналогам.

ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Собранный однажды простейший регулятор напряжения на одном транзисторе был предназначен для определённого блока питания и конкретного потребителя, никуда больше его подключать было конечно не нужно, но как всегда наступает момент, когда правильно поступать мы перестаём. Следствием этого являются хлопоты и раздумья как жить-быть дальше и принятие решения восстанавливать сотворённое ранее или продолжать творить.

Схема номер 1

Имелся стабилизированный импульсный блок питания, дающий на выходе напряжение 17 вольт и ток 500 миллиампер. Требовалось периодическое изменение напряжения в пределе 11 – 13 вольт. И общеизвестная схема регулятора напряжения на одном транзисторе с этим прекрасно справлялась. От себя добавил к ней только светодиод индикации да ограничительный резистор. К слову, светодиод здесь это не только «светлячок» сигнализирующий о наличии выходного напряжения. При правильно подобранном номинале ограничительного  резистора, даже небольшое изменение выходного напряжения отражается на яркости свечения светодиода, что даёт дополнительную информацию о его повышении или понижении. Напряжение на выходе можно было изменять от 1,3 до 16 вольт.

КТ829 — мощный низкочастотный кремниевый составной транзистор, был установлен на мощный металлический радиатор и казалось, что при необходимости он вполне может выдержать и большую нагрузку, но случилось короткое замыкание в схеме потребителя и он сгорел. Транзистор отличается высоким коэффициентом усиления и применяется в усилителях низкой частоты – видно действительно его место там а не в регуляторах напряжения.

Слева снятые электронные компоненты, справа приготовленные им на замену. Разница по количеству в два наименования, а по качеству схем, бывшей и той, что решено было собрать, она несопоставима. Напрашивается вопрос – «Стоит ли собирать схему с ограниченными возможностями, когда существует более продвинутый вариант «за те же деньги», в прямом и переносном смысле этого изречения?»

Схема номер 2

В новой схеме также присутствует трёхвыводной эл. компонент (но это уже не транзистор) постоянный и переменный резисторы, светодиод со своим ограничителем. Добавлено только два электролитических конденсатора. Обычно на типовых схемах указаны минимальные значения C1 и C2 (С1=0,1 мкФ и С2=1 мкФ) которые необходимы для устойчивой работы стабилизатора. На практике значения емкостей составляют от десятков до сотен микрофарад. Ёмкости должны располагаться как можно ближе к микросхеме. При больших емкостях обязательно условие C1>>C2. Если ёмкость конденсатора на выходе будет превышать ёмкость конденсатора на входе, то возникает ситуация при которой выходное напряжение превышает входное, что приводит к порче микросхемы стабилизатора. Для её исключения устанавливают защитный диод VD1.

У этой схемы уже совсем другие возможности. Входное напряжение от 5 до 40  вольт, выходное 1,2 – 37 вольт. Да, имеется падение напряжения вход – выход равное примерно 3,5 вольтам, однако роз без шипов не бывает. Зато микросхема КР142ЕН12А именуемая линейным регулируемым стабилизатором напряжения имеет неплохую защиту по превышению тока нагрузки и кратковременную защиту от короткого замыкания на выходе. Её рабочая температура до + 70 градусов по Цельсию, работает с внешним делителем напряжения. Выходной ток нагрузки до 1 А при длительной работе и 1,5 А при непродолжительной. Максимально допустимая мощность при работе без теплоотвода 1 Вт, если микросхему установить на радиатор достаточного размера (100 см.кв.) то Р макс. = 10 Вт.

Что получилось

Сам процесс обновлённого монтажа занял времени ни сколько не больше чем предыдущий. При этом получен не простой регулятор напряжения, который подключается к блоку питания стабилизированного напряжения, собранная схема при подключении даже к сетевому понижающему трансформатору с выпрямителем на выходе сама даёт необходимое стабилизированное напряжение. Естественно, что выходное напряжение трансформатора должно соответствовать допустимым параметрам входного напряжения микросхемы КР142ЕН12А. Вместо неё можно использовать и импортный аналог интегральный стабилизатор LM317Т. Автор Babay iz Barnaula.

   Форум по ИП

   Форум по обсуждению материала ДВА ПРОСТЫХ РЕГУЛЯТОРА НАПРЯЖЕНИЯ



MINILED И MICROLED ДИСПЛЕИ

Что такое OLED, MiniLED и MicroLED телевизоры — краткий обзор и сравнение технологий.


SMD ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Приводятся основные сведения о планарных предохранителях, включая их технические характеристики и применение.


Регулятор напряжения, тока, мощности | Все своими руками

— Эдуард Орлов Просмотры

Здравствуйте. Сегодня хочу рассказать о нестандартном применении импульсного преобразователя LM2596. Это понижающий модуль, подробней рассказывал совсем недавно в статье Понижающий преобразователь LM2596. Сегодня же я превращу…

Загрузка…

03.03.2018 — Эдуард Орлов Просмотры

В сегодняшней статье хочу сделать небольшой обзор понижающего преобразователя на XL4015. Этот дешевый модуль на удивление очень мощный для своего маленького размера.

Загрузка…

— Эдуард Орлов Просмотры

Написал мне недельки две назад один из посетителей из республики Башкортостан. Понравилась ему на Радиокоте схема электронного регулятора оборотов для микро дрели, только есть в…

Загрузка…

— Эдуард Орлов Просмотры

Для питания различных схем нужны разные блоки питания с разными напряжениями и токами, для таких целей в мастерской необходим регулируемый блок питания, то есть лабораторный…

Загрузка…

— Эдуард Орлов Просмотры

Давно, еще года 2 назад, видел одну интересную схему, где человек собирал лабораторный блок питания используя только TL431. Вчера, не знаю к чему ту схему…

Загрузка…

— Эдуард Орлов Просмотры

Что такое регулятор мощности. Это какое то устройство, которое удерживает отдаваемую нагрузке мощность в каких то заданных пределах. Нужен для управления различными нагрузками: лампами,электромоторами,тэнами и…

Загрузка…

— Эдуард Орлов Просмотры

Сегодня проснулся с мыслью закинуть что то интересное на блог. Вспомнил про простенький регулятор напряжения на LM317T. Очень удобный регулятор за небольшую цену Все собирается…

Загрузка…

Сделать регулятор напряжения своими руками

В наше время никак не обойтись без электроники. Современный электроинструмент hitachi с доставкой на дом позволит в краткие сроки выполнить любой ремонт, компьютеры помогут просчитать самую сложную задачу.

Конечно же, купить перфоратор hitachi в Москве с доставкой на дом будет куда проще, однако кое-что можно сделать и самому. Большое количество электротоваров имеют регуляторы. Они позволяют в широких пределах регулировать освещения, мощность агрегатов и т.д. Но в случае их неисправности или отсутствия совсем несложно установить их своими руками.

Переменное напряжение электросети преобразуется одно- или двухполупериодным выпрямителем в пульсирующее напряжение. При однополупериодном выпрямлении частота пульсаций при подаче нагрузки равна 50 Hz, если же применяется двухполупериодное выпрямление -100 Hz. Допускается открытие транзистора в течение всего периода импульса напряжения в выпрямленном потоке. При этом и ток в нагрузке максимальный, и лампа дает максимальную яркость.

Если транзистор открывать на разные части периода импульсов прямого напряжения, то ток в нагрузке будет меняться. Регулировку открывания транзистора можно выполнить более плавно, тогда и яркость лампы будет изменяться постепенно. Подобную схему регуляторов можно использовать для поддержания температуры паяльника, утюга, для создания определенных температурных режимов в духовке и т.д. Например, на хитачи шуруповерт низкие цены стали таковыми благодаря внедрению производителем плавной регулировки вращения рабочего инструмента в широком диапазоне частот.

Очень удачная конструкция регулятора получается, если в качестве корпуса регулятора использовать заводской корпус блока питания микрокалькулятора. Все детали можно разместить внутри этого корпуса, предусмотрев их электрическую изоляцию. Для этого можно использовать фторопластовую пленку, например, от старых конденсаторов постоянной емкости. С одной стороны корпуса имеется вилка для подключения в сетевую розетку. На противоположной стороне корпуса крепятся два гнезда для подключения к ним стандартной сетевой вилки, какими оснащены все настольные лампы, утюги и т.д. В удобном месте крепится переменный резистор.

Таким образом, с внешней стороны регулятора имеется вилка, розетка и ручка регулировки яркости. Подключая к регулятору любой электроприбор общей мощностью менее 200 Вт, получаем возможность менять его мощность. Например, таким образом можно подключить бра, настольную лампу, паяльник, фотоувеличитель и т.д. Особенно удобен такой регулятор для фотопечати, когда требуется изменение яркости лампочки фотоувеличителя.

Простой регулятор тока своими руками

Автор admin На чтение 23 мин Просмотров 6 Опубликовано

8 основных схем регуляторов своими руками. Топ-6 марок регуляторов из Китая. 2 схемы. 4 Самых задаваемых вопроса про регуляторы напряжения.+ ТЕСТ для самоконтроля

Регулятор напряжения – это специализированный электротехнический прибор, предназначенный для плавного изменения или настройки напряжения, питающего электрическое устройство.

Важно помнить! Приборы этого типа предназначены для изменения и настройки питающего напряжения, а не тока. Ток регулируется полезной нагрузкой!

4 вопроса по теме регуляторов напряжения

  1. Для чего нужен регулятор:

а) Изменение напряжения на выходе из прибора.

б) Разрывание цепи электрического тока

  1. От чего зависит мощность регулятора:

а) От входного источника тока и от исполнительного органа

б) От размеров потребителя

  1. Основные детали прибора, собираемые своими руками:

а) Стабилитрон и диод

б) Симистор и тиристор

  1. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт:

а) Питать стабилизированным напряжением микросхемы

б) Ограничивать токопотребление электрических ламп

Ответы.

2 Самые распространенные схемы РН 0-220 вольт своими руками

Схема №1.

Самый простой и удобный в эксплуатации регулятор напряжения — это регулятор на тиристорах, включенных встречно. Это создаст выходной сигнал синусоидального вида требуемой величины.

СНиП 3.05.06-85

Входное напряжение величиной до 220в, через предохранитель поступает на нагрузку, а по второму проводнику, через кнопку включения синусоидальная полуволна попадает на катод и анод тиристоров VS1 и VS2. А через переменный резистор R2 производится регулировка выходного сигнала. Два диода VD1 и VD2, оставляют после себя только положительную полуволну, поступающую на управляющий электрод одного из тиристоров, что приводит к его открытию.

Важно! Чем выше токовый сигнал на ключе тиристора, тем сильнее он откроется, то есть тем больший ток сможет пропустить через себя.

Для контроля входного питания предусмотрена индикаторная лампочка, а для настройки выходного – вольтметр.

Схема №2.

Отличительная особенность этой схемы — замена двух тиристоров одним симистором. Это упрощает схему, делает ее компактней и проще в изготовлении.

В схеме, также присутствует предохранитель и кнопка включения, и регулировочный резистор R3, а управляет он базой симистора, это один из немногих полупроводниковых приборов с возможностью работать с переменным током. Ток, проходя через резистор R3, приобретает определенное значение, оно и будет управлять степенью открытия симистора. После этого оно выпрямляется на диодном мосту VD1 и через ограничивающий резистор попадает на ключевой электрод симистора VS2. Остальные элементы схемы, такие как конденсаторы С1,С2,С3 и С4 служат для гашения пульсаций входного сигнала и его фильтрации от посторонних шумов и частот нерегламентированной частоты.

Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.

  1. Буква, после кодового обозначения симистора говорит о его предельном рабочем напряжении: А – 100В, Б – 200В, В – 300В, Г – 400В. Поэтому не стоит брать прибор с буквой А и Б для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
  2. Симистор как и любой другой полупроводниковый прибор сильно нагревается при работе, следует рассмотреть вариант установки радиатора или активной системы охлаждения.
  3. При использовании симистора в цепях нагрузок с большим потреблением тока, необходимо четко подбирать прибор под заявленную цель. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 ватт каждая будет потреблять суммарно ток величиной 2 ампера. Выбирая по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток прибора. Так симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропустить до 8 А и подойдет для этой нагрузки.

3 Основных момента при изготовлении мощного РН и тока своими руками

Прибор управляет нагрузкой до 3000 ватт. Построен он на использовании мощного симистора, а затвором или ключом его управляет динистор.

Динистор – это тоже, что и симистор, только без управляющего вывода. Если симистор открывается и начинает пропускать через себя ток, когда на его базе возникает управляющее напряжение и остается открытым пока оно не пропадет, то динистор откроется, если между его анодом и катодом появится разность потенциалов выше барьера открытия. Он будет оставаться незапертым, пока между электродами не упадет ток ниже уровня запирания.

СНиП 3.05.06-85

Как только на управляющий электрод попадет положительный потенциал, он откроется и пропустит переменный ток, и чем сильнее будет этот сигнал, тем выше будет напряжение между его выводами, а значит и на нагрузке. Что бы регулировать степень открытия используется цепь развязки, состоящая из динистора VS1 и резисторов R3 и R4. Эта цепь устанавливает предельный ток на ключе симистора, а конденсаторы сглаживают пульсации на входном сигнале.

2 основных принципа при изготовлении РН 0-5 вольт

  1. Для преобразования входного высокого потенциала в низкий постоянный используют специальные микросхемы серии LM.
  2. Питание микросхем производится только постоянным током.

Рассмотрим эти принципы подробнее и разберем типовую схему регулятора.

Микросхемы серии LM предназначены для понижения высокого постоянного напряжения до низких значений. Для этого в корпусе прибора имеется 3 вывода:

  • Первый вывод – входной сигнал.
  • Второй вывод – выходной сигнал.
  • Третий вывод – управляющий электрод.

Принцип работы прибора очень прост – входное высокое напряжение положительной величины, поступает на входной выход и затем преобразуется внутри микросхемы. Степень трансформации будет зависеть от силы и величины сигнала на управляющей «ножке». В соответствии с задающим импульсом на выходе будет создаваться положительное напряжение от 0 вольт до предельного для данной серии.

СНиП 3.05.06-85

Входное напряжение, величиной не выше 28 вольт и обязательно выпрямленное подается на схему. Взять его можно с вторичной обмотки силового трансформатора или с регулятора, работающего с высоким напряжением. После этого положительный потенциал поступает на вывод микросхемы 3. Конденсатор С1 сглаживает пульсацию входного сигнала. Переменный резистор R1 величиной 5000 ом задает выходной сигнал. Чем выше ток, который он пропускает через себя, тем выше больше открывается микросхема. Выходное напряжение 0-5 вольт снимается с выхода 2 и через сглаживающий конденсатор С2 попадает на нагрузку. Чем выше емкость конденсатор, тем ровнее оно на выходе.

Регулятор напряжения 0 — 220в

Топ 4 стабилизирующие микросхемы 0-5 вольт:

  1. КР1157 – отечественная микросхема, с пределом по входному сигналу до 25 вольт и током нагрузки не выше 0.1 ампер.
  2. 142ЕН5А – микросхема с максимальным выходным током 3 ампера, на вход подается не выше 15 вольт.
  3. TS7805CZ – прибор с допустимыми токами до 1.5 ампер и повышенным входным напряжением до 40 вольт.
  4. L4960 – импульсная микросхема с максимальным током нагрузки до 2.5 А. Входной вольтаж не должен превышать 40 вольт.

РН на 2 транзисторах

Данный вид применяется в схемах особо мощных регуляторов. В этом случае ток на нагрузку также передается через симистор, но управление ключевым выводом происходит через каскад транзисторов. Это реализуется так: переменным резистором регулируется ток, который поступает на базу первого маломощного транзистора, а тот через коллектор-эмиторный переход управляет базой второго мощного транзистора и уже он открывает и закрывает симистор. Это реализует принцип очень плавного управления огромными токами на нагрузке.

СНиП 3.05.06-85

Ответы на 4 самых частых вопроса по регуляторам:

  1. Какое допустимое отклонение выходного напряжения? Для заводских приборов крупных фирм, отклонение не будет превышать +-5%
  2. От чего зависит мощность регулятора? Выходная мощность напрямую зависит от источника питания и от симистора, который коммутирует цепь.
  3. Для чего нужны регуляторы 0-5 вольт? Эти приборы чаще всего используют для питания микросхем и различных монтажных плат.
  4. Зачем нужен бытовой регулятор 0-220 вольт? Они применяются для плавного включения и выключения бытовых электроприборов.

4 Схемы РН своими руками и схема подключения

Коротко рассмотрим каждую из схем, особенности, преимущества.

Схема 1.

Очень простая схема для подключения и плавной регулировки паяльника. Используется, чтобы предотвратить разгорание и перегрев жала паяльника. В схеме используется мощный симистор, которым управляет цепочка тиристор-переменный резистор.

СНиП 3.05.06-85

Схема 2.

Схема основанная на использовании микросхемы фазового регулирования типа 1182ПМ1. Она управляет степенью открытия симистора, который управляет нагрузкой. Применяются для плавного регулирования степени светимости лампочек накаливания.

СНиП 3.05.06-85

Схема 3.

Простейшая схема регулирования накалом жала паяльника. Выполнена по очень компактной схеме с использованием легкодоступных компонентов. Управляет нагрузкой один тиристор, степень включения которого регулирует переменный резистор. Также присутствует диод, для защиты от обратного напряжения.

СНиП 3.05.06-85

Схема 4.

Схема, предназначенная для управления уровнем освещения в комнате. Может регулировать степень накала лампочки. Выполнена на основе одного тиристора, который управляется диммером. Поворотом ручки резистора, изменяется воздействие на ключевой вывод тиристора, что изменяет его пропускную способность по электрическому току.

СНиП 3.05.06-85

В наше время товары из Китая стали довольно популярной темой, от общей тенденции не отстают и китайские регуляторы напряжения. Рассмотрим самые популярные китайские модели и сравним их основные характеристики.

НазваниеМощностьНапряжение стабилизацииЦенаВесСтоимость одного ватта
Module ME4000 Вт0-220 В6.68$167 г0.167$
SCR Регулятор10 000 Вт0-220 В12.42$254 г0.124$
SCR Регулятор II5 000 Вт0-220 В9.76$187 г0.195$
WayGat 44 000 Вт0-220 В4.68$122 г0.097$
Cnikesin6 000 Вт0-220 В11.07$155 г0.185$
Great Wall2 000 Вт0-220 В1.59$87 г0.080$

Существует возможность выбрать любой регулятор именно под свои требования и необходимости. В среднем один ватт полезной мощности стоит менее 20 центов, и это очень выгодная цена. Но все же, стоит обращать внимание на качество деталей и сборки, для товаров из Китая она по-прежнему остается очень низким.

На сегодняшний день многие приборы производятся с возможностью регулировки тока. Таким образом пользователь имеет возможность контролировать мощность устройства. Работать указанные приборы способны в сети с переменным, а также постоянным током. По своей конструкции регуляторы довольно сильно отличаются. Основной деталью устройства можно назвать тиристоры.

Также неотъемлемыми элементами регуляторов являются резисторы и конденсаторы. Магнитные усилители используются только в высоковольтных приборах. Плавность регулировки в устройстве обеспечивается за счет модулятора. Чаще всего можно встретить именно поворотные их модификации. Дополнительно в системе имеются фильтры, которые помогают сглаживать помехи в цепи. За счет этого ток на выходе получается более стабильным, чем на входе.

Схема простого регулятора

Схема регулятора тока обычного типа тиристоры предполагает использовать диодные. На сегодняшний день они отличаются повышенной стабильностью и прослужить способны много лет. В свою очередь, триодные аналоги могут похвастаться своей экономичностью, однако, потенциал у них небольшой. Для хорошей проводимости тока транзисторы применяются полевого типа. Платы в системе могут использоваться самые разнообразные.

Для того чтобы сделать регулятор тока на 15 В, можно смело выбирать модель с маркировкой КУ202. Подача запирающего напряжения происходит за счет конденсаторов, которые устанавливаются в начале цепи. Модуляторы в регуляторах, как правило, применяются поворотного типа. По своей конструкции они довольно просты и позволяют очень плавно изменять уровень тока. Для того чтобы стабилизировать напряжение в конце цепи, применяются специальные фильтры. Высокочастотные их аналоги могут устанавливаться только в регуляторах свыше 50 В. С электромагнитными помехами они справляются довольно хорошо и большой нагрузки на тиристоры не дают.

Устройства постоянного тока

Схема регулятора постоянного тока характеризуется высокой проводимостью. При этом тепловые потери в устройстве являются минимальными. Чтобы сделать регулятор постоянного тока, тиристор требуется диодного типа. Подача импульса в данном случае будет высокой за счет быстрого процесса преобразования напряжения. Резисторы в цепи должны быть способны выдерживать максимальное сопротивление 8 Ом. В данном случае это позволит привести к минимуму тепловые потери. В конечном счете модулятор не будет быстро перегреваться.

Современные аналоги рассчитаны примерно на предельную температуру в 40 градусов, и это следует учитывать. Полевые транзисторы ток способны пропускать в цепи только в одном направлении. Учитывая это, располагаться в устройстве они обязаны за тиристором. В результате уровень отрицательного сопротивления не будет превышать 8 Ом. Высокочастотные фильтры на регулятор постоянного тока устанавливаются довольно редко.

Модели переменного тока

Регулятор переменного тока отличается тем, что тиристоры в нем применяются только триодного типа. В свою очередь, транзисторы стандартно используются полевого вида. Конденсаторы в цепи применяются только для стабилизации. Встретить высокочастотные фильтры в устройствах данного типа можно, но редко. Проблемы с высокой температурой в моделях решаются за счет импульсного преобразователя. Устанавливается он в системе за модулятором. Низкочастотные фильтры используются в регуляторах с мощностью до 5 В. Управление по катоду в устройстве осуществляется за счет подавления входного напряжения.

Стабилизация тока в сети происходит плавно. Для того чтобы справляться с высокими нагрузками, в некоторых случаях применяются стабилитроны обратного направления. Соединяются они транзисторами при помощи дросселя. В данном случае регулятор тока должен быть способным выдерживать максимум нагрузкуи в 7 А. При этом уровень предельного сопротивления в системе обязан не превышать 9 Ом. В этом случае можно надеяться на быстрый процесс преобразования.

Как сделать регулятор для паяльника?

Сделать регулятор тока своими руками для паяльника можно, используя тиристор триодного типа. Дополнительно потребуются биполярные транзисторы и низкочастотный фильтр. Конденсаторы в устройстве применяются в количестве не более двух единиц. Снижение тока анода в данном случае должно происходить быстро. Чтобы решить проблему с отрицательной полярностью, устанавливаются импульсные преобразователи.

Для синусоидального напряжения они подходят идеально. Непосредственно контролировать ток можно за счет регулятора поворотного типа. Однако кнопочные аналоги также встречаются в наше время. Чтобы обезопасить устройство, корпус используется термостойкий. Резонансные преобразователи в моделях также можно встретить. Отличаются они, по сравнению с обычными аналогами, своей дешевизной. На рынке их часто можно встретить с маркировкой РР200. Проводимость тока в данном случае будет невысокой, однако управляющий электрод со своими обязанностями справляться должен.

Приборы для зарядного устройства

Чтобы сделать регулятор тока для зарядного устройства, тиристоры необходимы только триодного типа. Запирающий механизм в данном случае будет контролировать управляющий электрод в цепи. Полевые транзисторы в устройствах используются довольно часто. Максимальной нагрузкой для них является 9 А. Низкочастотные фильтры для таких регуляторов не подходят однозначно. Связано это с тем, что амплитуда электромагнитных помех довольно высокая. Решить эту проблему можно просто, используя резонансные фильтры. В данном случае проводимости сигнала они препятствовать не будут. Тепловые потери в регуляторах также должны быть незначительными.

Применение симисторных регуляторов

Симисторные регуляторы, как правило, применятся в устройствах, мощность которых не превышает 15 В. В данном случае они предельное напряжение способны выдерживать на уровне 14 А. Если говорить про приборы освещения, то они использоваться могут не все. Для высоковольтных трансформаторов они также не подходят. Однако различная радиотехника с ними способна работать стабильно и без каких-либо проблем.

Регуляторы для активной нагрузки

Схема регулятора тока для активной нагрузки тиристоры предполагает использовать триодного типа. Сигнал они способны пропускать в обоих направлениях. Снижение тока анода в цепи происходит за счет понижения предельной частоты устройства. В среднем данный параметр колеблется в районе 5 Гц. Напряжение максимум на выходе должно составлять 5 В. С этой целью резисторы применяются только полевого типа. Дополнительно используются обычные конденсаторы, которые в среднем способны выдерживать сопротивление 9 Ом.

Импульсные стабилитроны в таких регуляторах не редкость. Связано это с тем, что амплитуда электромагнитных колебаний довольно большая и бороться с ней нужно. В противном случае температура транзисторов быстро возрастает, и они приходят в негодность. Чтобы решить проблему с понижающимся импульсом, преобразователи используются самые разнообразные. В данном случае специалистами также могут применяться коммутаторы. Устанавливаются они в регуляторах за полевыми транзисторами. При этом с конденсаторами они соприкасаться не должны.

Как сделать фазовую модель регулятора?

Сделать фазовый регулятор тока своими руками можно при помощи тиристора с маркировкой КУ202. В этом случае подача запирающего напряжения будет проходить беспрепятственно. Дополнительно следует позаботиться о наличии конденсаторов с предельным сопротивлением свыше 8 Ом. Плата для этого дела может быть взята РР12. Управляющий электрод в этом случае обеспечит хорошую проводимость. Импульсные преобразователи в регуляторах данного типа встречаются довольно редко. Связано это с тем, что средний уровень частоты в системе превышает 4 Гц.

В результате на тиристор оказывается сильное напряжение, которое провоцирует возрастание отрицательного сопротивления. Чтобы решить эту задачу, некоторые предлагают использовать двухтактные преобразователи. Принцип их работы построен на инвертировании напряжения. Изготовить самостоятельно регулятор тока данного типа в домашних условиях довольно сложно. Как правило, все упирается в поиски необходимого преобразователя.

Устройство импульсного регулятора

Чтобы сделать импульсный регулятор тока, тиристор потребуется триодного типа. Подача управляющего напряжения осуществляется им с большой скоростью. Проблемы с обратной проводимостью в устройстве решаются за счет транзисторов биполярного типа. Конденсаторы в системе устанавливаются только в парном порядке. Снижение тока анода в цепи происходит за счет смены положения тиристора.

Запирающий механизм в регуляторах данного типа устанавливается за резисторами. Для стабилизации предельной частоты фильтры могут применяться самые разнообразные. Впоследствии отрицательное сопротивление в регуляторе не должно превышать 9 Ом. В данном случае это позволит выдерживать большую токовую нагрузку.

Модели с плавным пуском

Для того чтобы сконструировать тиристорный регулятор тока с плавным пуском, нужно позаботиться о модуляторе. Наиболее популярными на сегодняшний день принято считать поворотные аналоги. Однако они между собой довольно сильно отличаются. В данном случае многое зависит от платы, которая применяется в устройстве.

Если говорить про модификации серии КУ, то они работают на самых простых регуляторах. Особой надежностью они не выделяются и определенные сбои все же дают. Иначе обстоят дела с регуляторами для трансформаторов. Там, как правило, применяются цифровые модификации. В результате уровень искажений сигнала значительно сокращается.

В статье стоит раскрыть тему того, как совершает работу тиристорный регулятор напряжения, схему которого можно более подробно осмотреть в интернете.

В повседневной жизни в большинстве случаев может развиться особая необходимость в регулировании общей мощности бытовых приборов, к примеру, электроплит, паяльника, кипятильника, а также ТЭНов, на транспорте — оборотов двигателя и прочего. В этом случае на помощь нам придёт простая и радиолюбительская конструкция — это особый регулятор мощности на тиристоре.

Создать такое устройство не составит особого труда, оно может стать тем первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала в паяльнике у любого начинающего радиолюбителя. Нужно отметить и тот факт, что готовые паяльники на станции с общим контролем температуры и остальными особенными функциями стоят намного больше, чем самые простые модели паяльников. Минимальное число деталей в конструкции поможет собрать несложный тиристорный регулятор мощности с навесным монтажом.

Следует отметить, что навесной тип монтажа — это вариант осуществления сборки радиоэлектронных компонентов без использования при этом специальной печатной платы, а при качественном навыке он помогает быстро собрать электронные устройства со средней сложностью производства.

Также вы можете заказать электронный тип конструктора тиристорного типа регулятора, а тот, кто хочет полностью разобраться во всём самостоятельно, должен изучить некоторые схемы и принцип функционирования прибора.

Между прочим, такое устройство является регулятором общей мощности. Такое устройство может быть применимо для управления общей мощностью либо управлением числа оборотов. Но для начала нужно полностью разобраться в общем принципе функционирования такого устройства, ведь это поможет понять, на какую нагрузку стоит рассчитывать при использовании такого регулятора.

Как совершает свою работу тиристор?

Тиристор — это управляемый полупроводниковый прибор, который способен быстро провести ток в одну сторону. Слово управляемый обозначает тиристор не просто так, так как с его помощью, в отличие от диода, который также проводит общий ток лишь к одному полюсу, можно выбирать отдельный момент, когда тиристор начнёт процесс проведения тока.

Тиристор обладает сразу тремя выводами тока:

Чтобы осуществить течение тока через такой тиристор, стоит выполнить следующие условия: деталь обязана в обязательном порядке расположена на самой цепи, которая будет находиться под общим напряжением, на управляющую часть электрода должен быть подан нужный кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление таким тиристор не будет требовать от пользователя удержания управляющего сигнала.

Но в этом все трудности использования такого прибора заканчиваться не будут: тиристор можно легко закрыть, если прервать поступление в него тока по цепи, либо создав обратное напряжение анод — катод. Это будет значить то, что применение тиристора в цепях постоянного тока считается довольно специфичным и в большинстве случаев полностью неблагоразумно, а в цепях переменного, к примеру, в таком устройстве как тиристорный регулятор, схема создана таким методом, чтобы было полностью обеспечено условие для закрытия прибора. Любая данная полуволна будет полностью закрывать соответствующий отдел тиристора.

Вам, скорее всего, сложно понять схему его строения. Но, не нужно расстраиваться — ниже будет более подробно описан процесс функционирования такого устройства.

Область использования тиристорных устройств

В каких целях можно использовать такое устройство, как регулятор мощности тиристор. Такой прибор позволяет более эффективно регулировать мощность нагревательных приборов, то есть осуществлять нагрузку на активные места. Во время работы с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры способны просто не закрыться, что может приводить к выходу такого оборудования из нормальной работы.

Можно ли самостоятельно осуществить регулирование оборотов в двигателе прибора?

Многие из пользователей, которые видели или даже на практике применяли дрели, углошлифовальные машины, которые по-другому называются болгарками, и другими электроинструментами. Они могли легко увидеть, что число оборотов в таких изделиях зависит, главным образом, от общей глубины нажатия на кнопку-курок в устройстве. Такой элемент как раз и будет находиться в тиристорном регуляторе мощности (общая схема такого прибора указана в интернете), при помощи которого и происходит изменение общего числа оборотов.

Стоит обратить своё внимание на то, что регулятор не может самостоятельно менять свои обороты в асинхронных двигателях. Таким образом, напряжение будет полноценно регулироваться на коллекторном двигателе, который оборудован специальным щелочным узлом.

Как работает такое устройство?

Описанные ниже характеристики будет соответствовать большинству схем.

  1. Тиристорный регулятор общей мощности, принцип и особенности работы которого будут основаны на фазовости управления величиной напряжения, изменяет и общую мощность в приборах. Данная особенности заключена в том, что в нормальных производственных условиях на нагрузку могут воздействовать примерные показатели напряжения бытовой сети, которая будет меняться в соответствии с синусоидальным законом. Выше, при описании принципа функционирования работы тиристора было сказано о том, что любой тиристор включает в себя функционирование лишь в одном направлении, то есть осуществляет управление своей полуволной от синусоидов. Что же это может означать?
  2. Если при помощи такого прибора, как тиристор со временем подключать нагрузку в строго определённое время, то показатель действующего напряжения будет довольно низким, так как половина от напряжения (действующее значение, которое и воспроизводит нагрузку) будет намного меньше, чем световое. Такое явление можно рассмотреть на графиках движения.

При этом происходит определённая область, которая будет находиться под особым напряжением. Когда воздействие положительной полуволны окончится и начнётся новый период движения с отрицательно полуволной, то один из таких тиристоров начнёт закрываться, и в это же время откроется новый тиристор.

Вместо слов положительная и отрицательная волна стоит использовать первая и вторая (полуволна).

В то время как на схему начинает своё воздействие первая полуволна, происходит особая зарядка ёмкости С1, а также С2. Скорость их полной зарядки будет ограничена потенциометром R 5. Такой элемент будет полностью переменным, и при его помощи будет задаваться выходное напряжение. В тот момент, когда на поверхности конденсатора С1 появится нужное для открытия диристора VS 3 напряжения, весь динистор откроется, а через него начнёт проходить ток, при помощи которого откроется тиристор VS 1.

Во время пробоя динистра и образуется точка на общем графике. После того как значение напряжение перейдёт нулевую отметку, и схема будет находиться под воздействием второй полуволны, тиристор VS 1, закроется, а процесс будет повторяться, только уже для второго динистра, тиристора, а также конденсатора. Резисторы R 3 и R 3 нужны для ограничения общего тока управления, а R 1 и R 2 — для процесса термостабилизации всей схемы.

Принцип действия второй схемы будет точно такой же, но в ней будет происходить управление лишь одной из полуволн переменного тока. После того, как пользователь будет понимать принцип работы устройства и его общую схему строение, он сможет понять как собрать или же в случае необходимости починить тиристорный регулятор мощности самостоятельно.

Тиристорный регулятор напряжения своими руками

Нельзя сказать о том, что данная схема не обеспечит гальваническую развязку от источника питания, поэтому есть определённая опасность поражения электрическими разрядами тока. Это будет означать то, что не нужно касаться руками элементов регулятора.

Следует спроектировать конструкцию вашего прибора таким образом, чтобы по возможности вы смогли спрятать её в регулируемом устройстве, а также найти более свободное место внутри корпуса. Если регулируемое устройство будет расположено на стационарном уровне, то имеет определённой смысл осуществить его подключение через выключатель с особым регулятором уровня яркости света. Такое решение сможет частично обезопасить человека от поражения током, а также избавит его от необходимости поиска подходящего корпуса у прибора, обладает привлекательным внешним строением, а также создано с использованием промышленных технологий.

Способы регулирования фазового напряжения в сети

  1. Есть сразу несколько способов осуществления регуляции переменного напряжения в тиристорах: можно совершать пропуск или же запрещать выход на регуляторе целых четыре полупериода (либо периода) переменного напряжения. Можно включать не в начале совершения полупериода сетевого напряжения, а с совершением некоторой задержки. В течение данного времени напряжение на выходе из регулятора будет равняется отметки нуль, а общая мощность не будет передаваться на выход устройства. Вторую часть полупериода тиристор начнёт проводить ток и на выходе регулятора будет возникать особое входное напряжение.
  2. Время задержки в большинстве случаев именуют углом открывания тиристора, так как во время нулевого значения угла почти всё напряжение от входа будет переходить к выходу, только падение на открытой области тиристора начнёт теряться. Во время увеличения общего тиристорного угла регулятор напряжения будет значительно снижать выходной параметр напряжения.
  3. Регулировочная характеристика у такого прибора во время своей работы, во время активной нагрузки осуществляется особо интенсивно. При угле равному 90 градусов (электрических) на выходе из разъёма будет половина входного напряжения, а при общем угле в 180 электрических градусов на выходе будет показатель нуль.

На основе принципов и особенностей фазового регулирования напряжения можно построить определённые схемы регулирования, стабилизации, а в отдельных случаях с плавного пуска. Для осуществления более плавного пуска напряжение стоит со временем повышать от нуля до максимального показателя. Таким образом, во время открывания тиристора максимальный показатель значения должен изменяться до отметки нуль.

Схемы на тиристорах

Регулировать общую мощность паяльника можно довольно просто, если использовать для этого аналоговые или же цифровые паяльные станции. Последние довольно дорогие совершать использование, и собрать их, не имея особого опыта, довольно сложно. В то время как аналоговые приборы (считаются по своей сути регуляторами общей мощности) не составит труда создать самостоятельно.

Довольно простая схема прибора, которая поможет регулировать показатель мощности на паяльнике.

  1. VD — КД209 (либо близкие по его общим характеристикам).
  2. R 1 — сопротивление с особым номиналом в 15 кОм.
  3. R 2 — это резистор, который обладает особым показателем переменного тока около 30 кОм.
  4. Rn — это общая нагрузка (в этом случае вместо неё будет использован особый маятник).

Такое устройство для регуляции может контролировать не только положительный полупериод, по этой причине мощность паяльника будет в несколько раз меньше номинальной. Управляется такой тиристор с помощью специальной цепи, которая несёт в себе два сопротивления, а также ёмкость. Время зарядки конденсата (оно будет регулироваться особым сопротивлением R2) влияет на длительность открытия такого тиристора.

Регулятор мощности своими руками | Каталог самоделок

Современная сеть электропитания устроена так, что в ней часто происходят скачки напряжения. Изменения тока допустимо, но оно не должно превышать 10% от принятых 220 вольт. Скачки плохо сказываются на работоспособности различных электроприборов, и очень часто они начинают выходить их строя. Чтобы этого не случилось, мы стали использовать стабильные регуляторы мощности для выравнивания поступающего тока. При наличии определенной фантазии и навыков можно сделать различные виды стабилизационных приборов, и самым эффективным остается стабилизатор симисторный.

На рынке такие приборы или стоят дорого, или зачастую они некачественные. Понятно, что мало кому захочется переплатить и получить неэффективный прибор. Вот в этом случае можно своими руками  собрать его с нуля. Так возникла идея создания регулятора мощности на базе диммера. Диммер, слава Богу, у меня имелся, однако он был немного неработоспособным.

Починка симисторного регулятора – Dimmer-а

На данном изображении дана заводская электрическая схема диммера от фирмы Leviton, которая работает от сети с напряжением 120 Вольт. Если осмотр неработающих диммеров показал, что сгорел только симистор, то можно заняться процедурой его замены. Но здесь вас могут подстерегать неожиданности. Дело в том, что встречаются такие диммеры, в которых установлены какие-то странные симисторы с различными номерами. Вполне возможно, что не удастся найти информацию на них даже на даташите. Помимо этого, у таких симисторов, контактная площадка изолирована от электродов симистора (триака). Хотя, как видно, контактная площадка сделана из меди и даже не покрыта пластиком, как у корпусов транзисторов. Такие симисторы весьма удобны в ремонте.

Также обратите внимание на способ спайки симисторов к радиатору, он выполнен с помощью заклёпок, они пустотелые. При применении изолирующих прокладок, использовать такой способ крепления не рекомендуется. Да такое крепление не очень – то и надежное. В общем, ремонт такого симистра займет много времени и вы потратите нервы именно по причине установки данного типа триаков, диммер просто не рассчитан на такие размеры симистора (Triac-а) .

Заклепки пустотелые следует удалить при помощи сверла, который заточен под определенным углом , а конкретнее под углом 90°, можно также для этой работы использовать кусачки–бокорезки.

При неаккуратной работе есть вероятность повреждения радиатора , чтобы этого избежать, правильнее делать это только с той стороны , где расположен триак.

Радиаторы, выполненные из очень мягкого алюминия, при заклёпке немного могут быть деформированы. Поэтому, необходимо ошкурить контактные поверхности с помощью наждачной бумаги.

Если вы используете триак, который не имеет гальванической развязки, которая разделяет электроды и контактную площадку, то надо применить эффективный метод изоляции.

На изображении показано , как это делается. Чтобы случайно не продавить стенки радиатора, в том месте , где идет крепление симистора, необходимо сточить у винта большую часть шляпки, для того, чтобы избежать ее зацепку за поручень потенциометра или стабилизатора мощности, а затем под головку винта надо подложить шайбу.

Так должен выглядеть симистор, после изоляции от радиатора. Для наилучшего теплоотвода, необходимо приобрести специальную пасту термопроводящую КПТ-8.

На рисунке изображено то, что находиться под кожухом радиатора

Теперь все должно работать

Схема заводского регулятора мощности

На основе схемы заводского регулятора мощности можно собрать макет регулятора для напряжения вашей сети.

Здесь дана схема регулятора, который адаптирован к работе в сети со статичным напряжением в 220 Вольт. Эта схема отличается от оригинальной только несколькими деталями, а именно, при ремонте была в несколько раза увеличена мощность резистора R1, в 2 уменьшены номиналы R4 и R5, а динистор 60-ти. в вольтовый заменили на два , которые включёны последовательно, 30-ти Вольтовыми динисторами VD1, VD2. Как видно, своими руками можно не только отремонтировать неисправные диммера, но и  легко подстроить под свои потребности .

Это исправный макет регулятора мощности. Теперь вы точно знаете, какая схема у вас получится при правильном ремонте. Данная схема не требует подбора дополнительных деталей и сразу готова к работе.. Возможно, надо будет отрегулировать положения движка подстрочного резистора R4. Для этих целей движки потенциометров R4 и R5 устанавливаются в крайнее верхнее положение, а потом меняют положение движка R4, после чего лампа загорится с самой малой яркостью, а потом следует слегка подвинуть движок в противоположном направлении. На этом процесс настройки закончен! Но стоит отметить, что данный регулятор мощности работают только с нагревательными приборами и лампами накаливания, а с двигателями или мощными аппаратами результаты могут быть не непредсказуемы. Для начинающих мастеров- любителей с малым опытом такие работы самое то.

Etxt.

Регулятор мощности своими руками — 90 фото постройки устройств разных типов

Стремление управлять электроприборами, влиять на их производительность привело к появлению диммеров. Наиболее популярный высоко востребованный – симисторный регулятор мощности, который при владении паяльником легко можно собрать своими руками.

Имея в своей конструкции катод и анод, регулятор мощности наиболее эффективно управляет направлением и силой тока, что напрямую отражается на управлении таких важных устройств как паяльник, сети освещения, динамики стереопроигрывателя, работа вентилятора.

Радиолюбители по достоинству оценили возможность разнообразного применения диммеров на основе симисторов. Некоторые вместо них используют реле, пускатели, контакторы, что в принципе, можно делать. Но преимущества в долговечности, прочности, в отсутствии искрения отодвигают все вышеназванные устройства на второй план.

Проанализировав схемы, в которых используется такая разновидность тиристоров, было выявлено, что их использование гораздо дешевле обходится, чем транзисторный сборки и микросхемы.


Краткое содержимое статьи:

Варианты монтажа

Схемы сборки регулятора мощности могут быть как простыми, так и сложными.

Понадобится:

  • Коробка под диммер;
  • Печатная плата;
  • Радиодетали для сборки схемы;
  • Паяльник;
  • Припой;
  • Флюс;
  • Пинцет.

Корпус можно изготовить из пластика, вырезав заготовки и склеив коробку или подобрать по размеру платы, используя старое зарядное устройство, тройник, одинарную или двойную внешнюю розетку и прочее.

Важно, чтобы вся микросхема поместилась в нем и прибором было удобно работать. Подбор корпуса зависит как от мощности, так и задач регулятора напряжения.

Если диммер изготавливается под паяльник, то можно его вмонтировать в заранее приобретенную подставку для паяльника. Когда нужно регулировать мощность лампы накаливания или скорость вращения вентилятора, то его нужно разместить так, чтобы им было удобно пользоваться. Лучше установить в корпус устройства, когда внутри его есть место, или жестко прикрепить к нему.

Простой вариант монтажа регулятора мощности своими руками

Существуют различные варианты сборки диммеров. Отличия – в полупроводниках (тиристорах и симмисторах), регулирующих интенсивность подачи силы тока.

Когда в схеме присутствует микроконтроллер управление диммером – намного точнее. Таким образом, можно собрать простой регулятор мощности на тиристоре или симисторе своими руками.


Между этими полупроводниками есть отличия.

  • Тиристор – позволяет течь току однонаправленно. При реверсе или отсутствии подачи напряжения он просто закрывается, работает как простой микровыключатель, точнее – пускатель. Только в отличие от последнего, не искрит и имеет более стабильные характеристики.
  • Симистор – одна из его разновидностей. Проводит ток в любом направлении. Это 2 тиристора, спаянных вместе в одном корпусе.

Наиболее популярная схема, которую часто можно увидеть на фотографиях – сборка регулятора мощности для паяльника своими руками.

Инструкция как сделать регулятор мощности

Первоначально нам нужно изготовить и подготовить для монтажа печатную плату. Нет необходимости использовать специальные компьютерные программы для этого и распечатывать ее лазерным принтером на специальной бумаге. Схема не так уж сложна, чтобы использовать дорогостоящее оборудование для ее изготовления.

Самый простой путь – самостоятельно сделать печатную плату из куска текстолита в такой последовательности:


Отрезаем нужный размер, обезжириваем и зашкуриваем поверхность. Карандашом создаем контуры схемы, потом обводим их маркером. Производим травление хлористым железом для удаления остатков меди с поверхности платы.

Просверливаем нужные отверстия под концы радиодеталей. Протираем изготовленную плату жидким флюсом (растворенным в спирте канифолем). С помощью тонкого слоя припоя создаем токоведущие дорожки и площадки.

Когда плата готова, впаиваем в нее следующие радиодетали:

  • Микроконтроллер;
  • Симистор bta16;
  • Динистор db3;
  • Резистор, на 2 кОм;
  • Конденсатор, на 100 нФ;
  • Пластина со штырьками.

Также нам понадобится штепсельная вилка, шнур и розетка. И коробка, куда будет помещаться плата с микросхемой.

Монтаж диммера выполняем в такой последовательности:


Откусываем и впаиваем штырьки (4 шт.). Размещаем все детали кроме микроконтроллера. Тщательно пропаиваем. Тщательно зачищаем промежутки между токоведущими дорожками с помощью иглы и щеточки;

В алюминиевом радиаторе просверливаем отверстие. Закрепляем на нем симистор. Наносим термопасту КПТ-8 на поверхность радиатора. Подключаем переменный резистор.

Куском провода замыкаем средний и крайний выводы. К крайним выводам припаиваем провода. Противоположные подсоединяем к плате в соответствующем месте.

Берем розетку с подключенными к ней двумя проводами. Один конец жилы припаиваем к плате. Другой – к сетевому шнуру. Оставшуюся жилу (от вилки) припаиваем к плате. Помещаем всю собранную «начинку» в коробку.

Когда диммер собран, берем в руки мультиомметр и прозваниваем схему. Когда все в порядке, подключаем настольную лампу и вращением ручки на корпусе устройства изменяем ее интенсивность свечения. Ее яркость будет расти и падать в зависимости от направления вращения.

Если лампа ведет себя так, как описано, то регулятор мощности сделан правильно, и его можно использовать по-назначению.

Фото регулятора мощности своими руками

Регулятор напряжения на транзисторе — Envirementalb.com

Регулятор напряжения в электрических цепях, используется для изменения уровня выходного сигнала. Его основное назначение – изменение мощности, подаваемой на нагрузку. С помощью прибора регулируют скорость вращения электродвигателей, уровень освещенности, громкость звука, нагрев приборов. В радиомагазинах можно купить готовое изделие, а вот сделать регулятор напряжения своими руками несложно.

Компоненты

Транзистор

Переменный резистор

Простые схемы

Для управления выходным напряжением маломощных устройств можно собрать простой регулятор напряжения на 2-х деталях.Все, что вам нужно, это транзистор и переменный резистор. Работа схемы проста: с помощью переменного резистора происходит индукция (отпирание транзистора).

Если управляющий вывод резистора находится в нижнем положении, то напряжение на выходе схемы равно нулю. А если выход переместится в верхнее положение, то транзистор станет максимально открытым, а уровень выходного сигнала будет равен напряжению источника питания за вычетом падения разности потенциалов на транзисторе.

При изменении сопротивления регулируется выходное напряжение. В зависимости от типа транзистора меняется и схема включения. Чем меньше номинал переменного резистора, тем плавнее регулировка. Недостатком схемы является чрезмерный нагрев транзистора, поэтому чем больше разница между V вх и V вых, тем сильнее он будет греться.

Можно использовать любой транзистор, но полный транзистор типа (2sc5200) даст полный результат и не сгорит.Вы можете управлять напряжением до 56 В, используя транзистор 2sc5200.

Вот на этой диаграмме мы можем видеть, как сделать диаграмму? Давайте посмотрим видео для создания этого проекта. как сделать регулятор напряжения на транзисторе.

Почему вы должны использовать линейный регулятор напряжения

Регуляторы напряжения

являются неотъемлемой частью многих проектов, требующих стабильного входного напряжения. Их работа состоит в том, чтобы взять нестабилизированное входное напряжение и вывести регулируемое напряжение , с единственной загвоздкой в ​​том, что входное напряжение должно быть выше, чем выходное напряжение.Если у вас есть проект в работе, который требует определенного напряжения, вот несколько вариантов, которые вы можете рассмотреть:

Фиксированное напряжение — LM78XX

Микросхемы линейного регулятора напряжения серии LM78XX чрезвычайно популярны, и на то есть веские причины. Они дешевы, просты в использовании, требуют нескольких дополнительных компонентов и имеют встроенную защиту цепи от слишком большого тока. Существуют разные модели для вывода разного напряжения, и последние две цифры в номере модели обозначают их выходное напряжение.Например, LM7805 выдает 5 вольт, LM7810 выдает 10 вольт, а LM7824 выдает 24 вольта.

Фиксированное напряжение — стабилитрон

Вы уже на полпути к своему проекту и только что поняли, что у вас закончились интегральные схемы линейного регулятора. Что ты можешь сделать? Если у вас есть нужный стабилитрон напряжения и силовой транзистор, вы можете сделать свой собственный стабилизатор постоянного напряжения, используя принципиальную схему выше. Выходное напряжение будет на 0,6 В ниже напряжения стабилитрона диода из-за падения напряжения база-эмиттер на транзисторе.

Переменное напряжение — LM317

Когда вам нужно иметь возможность регулировать выходное напряжение регулятора напряжения, вам подойдет LM317. Он очень похож на серию LM78XX, за исключением того, что у него есть регулировочный штифт для изменения выходного напряжения. Добавив в схему потенциометр, вы можете использовать его для управления скоростью вращения вентилятора или источниками питания с регулируемым напряжением.

Примечание по радиаторам

Чем больше падение напряжения на регуляторе напряжения, тем больше тепла будет рассеиваться через компонент.Чтобы он не сгорел, обязательно используйте радиатор!

Линейный и импульсный регулятор напряжения, основная часть 1

%PDF-1.4 % 1 0 объект >поток application/pdfLinear and Switching Voltage Regulator Fundamental Part 1

  • Application Notes
  • Texas Instruments, Incorporated [SNVA558,0]
  • iText 2.1.7 by 1T3XTSNVA5582011-12-07T21:56:09.000Z2011-12-07T21:56:09.0000 конечный поток эндообъект 2 0 obj>/ProcSet[/PDF/Text/ImageB/ImageC/ImageI]/Font>>>/MediaBox[0 0 540 720]/Contents[7 0 R 8 0 R 9 0 R 10 0 R]/Type/ Страница/Родитель 11 0 R>> эндообъект 3 0 объект >поток

    АН-140: Основные понятия линейного регулятора и импульсного источника питания

    Реферат

    В этой статье объясняются основные концепции линейных регуляторов и импульсных источников питания (SMPS).Он предназначен для системных инженеров, которые могут быть не очень хорошо знакомы с конструкциями и выбором источников питания. Объясняются основные принципы работы линейных регуляторов и SMPS, обсуждаются преимущества и недостатки каждого решения. Понижающий преобразователь используется в качестве примера для дальнейшего объяснения особенностей конструкции импульсного стабилизатора.

    Введение

    Современные конструкции требуют все большего количества шин питания и решений по питанию в электронных системах с нагрузками от нескольких мА для резервных источников питания до более 100 А для регуляторов напряжения ASIC.Важно выбрать подходящее решение для целевого приложения и обеспечить соответствие заданным требованиям к производительности, таким как высокая эффективность, малое пространство на печатной плате (печатной плате), точное регулирование выходного сигнала, быстрая переходная характеристика, низкая стоимость решения и т. д. Схема управления питанием становится все более частой и сложной задачей для разработчиков систем, многие из которых могут не иметь сильного опыта работы с властью.

    Преобразователь мощности генерирует выходное напряжение и ток для нагрузки от заданного источника входного питания.Он должен соответствовать требованиям регулирования напряжения или тока нагрузки в установившихся и переходных режимах. Он также должен защищать нагрузку и систему в случае отказа компонента. В зависимости от конкретного приложения разработчик может выбрать либо линейный регулятор (LR), либо импульсный источник питания (SMPS). Чтобы сделать наилучший выбор решения, дизайнерам важно знать достоинства, недостатки и проблемы дизайна каждого подхода.

    В этой статье основное внимание уделяется неизолированным источникам питания и дается введение в основы их работы и проектирования.

    Линейные регуляторы

    Как работает линейный регулятор

    Начнем с простого примера. Во встроенной системе шина 12 В доступна от внешнего источника питания. На системной плате напряжение 3,3В необходимо для питания операционного усилителя (ОУ). Самый простой способ получить 3,3 В — использовать резисторный делитель от шины 12 В, как показано на рис. 1. Хорошо ли он работает? Обычно нет. Ток на выводах V CC операционного усилителя может варьироваться в зависимости от условий эксплуатации.Если используется делитель с постоянным резистором, напряжение IC V CC зависит от нагрузки. Кроме того, вход шины 12 В может плохо регулироваться. В той же системе может быть много других нагрузок, использующих шину 12 В. Из-за импеданса шины напряжение на шине 12 В зависит от нагрузки на шину. В результате резисторный делитель не может обеспечить регулируемое напряжение 3,3 В на операционном усилителе, чтобы обеспечить его правильную работу. Поэтому необходим специальный контур регулирования напряжения. Как показано на рисунке 2, петля обратной связи должна регулировать значение верхнего резистора R1 для динамического регулирования 3.3В на V CC .

    Рис. 1. Резисторный делитель генерирует 3,3 В постоянного тока от входа шины 12 В

    Рис. 2. Контур обратной связи регулирует значение последовательного резистора R1 для регулирования 3,3 В

    Переменный резистор такого типа может быть реализован с помощью линейного регулятора, как показано на рис. 3. Линейный регулятор управляет биполярным или силовым полевым транзистором (FET) в его линейном режиме. Таким образом, транзистор работает как переменный резистор последовательно с выходной нагрузкой.Концептуально, чтобы установить петлю обратной связи, усилитель ошибки измеряет выходное напряжение постоянного тока через сеть выборочных резисторов R A и R B , затем сравнивает напряжение обратной связи V FB с опорным напряжением V REF . Выходное напряжение усилителя ошибки управляет базой последовательного силового транзистора через усилитель тока. Когда входное напряжение V BUS уменьшается или ток нагрузки увеличивается, выходное напряжение V CC падает.Напряжение обратной связи V FB также уменьшается. В результате усилитель ошибки обратной связи и усилитель тока генерируют больший ток в базу транзистора Q1. Это уменьшает падение напряжения V CE и, следовательно, возвращает выходное напряжение V CC , так что V FB равняется V REF . С другой стороны, если выходное напряжение V CC повышается аналогичным образом, цепь отрицательной обратной связи увеличивает V CE , чтобы обеспечить точное регулирование 3.Выход 3В. Таким образом, любое изменение V O поглощается напряжением транзистора линейного стабилизатора V CE . Так что выходное напряжение V CC всегда постоянно и хорошо регулируется.

    Рис. 3. Линейный регулятор с переменным резистором для регулирования выходного напряжения

    Зачем использовать линейные регуляторы?

    Линейный регулятор уже очень давно широко используется в промышленности. Это было основой для отрасли электропитания, пока импульсные источники питания не стали преобладать после 1960-х годов.Даже сегодня линейные регуляторы по-прежнему широко используются в самых разных приложениях.

    В дополнение к простоте использования, линейные регуляторы имеют другие преимущества в производительности. Поставщики систем управления питанием разработали множество встроенных линейных регуляторов. Для типичного встроенного линейного регулятора требуются только контакты V IN , V OUT , FB и дополнительные контакты GND. На рис. 4 показан типичный 3-выводной линейный стабилизатор LT1083, разработанный более 20 лет назад. Для установки выходного напряжения требуются только входной конденсатор, выходной конденсатор и два резистора обратной связи.Практически любой инженер-электрик может спроектировать источник питания с этими простыми линейными регуляторами.

    Рис. 4. Встроенный линейный регулятор Пример: линейный регулятор 7,5 А только с тремя контактами

    Один недостаток — линейный регулятор может потреблять много энергии

    Существенным недостатком использования линейных регуляторов может быть чрезмерное рассеивание мощности его последовательным транзистором Q1, работающим в линейном режиме. Как объяснялось ранее, транзистор линейного регулятора концептуально представляет собой переменный резистор.Поскольку весь ток нагрузки должен проходить через последовательный транзистор, его рассеиваемая мощность равна P Потери = (V IN – V O ) • I O . В этом случае эффективность линейного регулятора можно быстро оценить по формуле:

    Таким образом, в примере на рисунке 1, когда входное напряжение составляет 12 В, а выходное — 3,3 В, эффективность линейного регулятора составляет всего 27,5%. В этом случае 72,5% входной мощности просто тратится впустую и генерирует тепло в регуляторе. Это означает, что транзистор должен иметь тепловую способность справляться со своей мощностью/тепловыделением в худшем случае при максимальном значении V IN и полной нагрузке.Так что размеры линейного регулятора и его радиатора могут быть большими, особенно когда V O намного меньше, чем V IN . На рис. 5 видно, что максимальный КПД линейного регулятора пропорционален отношению V O /V IN .

    Рис. 5. Максимальный КПД линейного регулятора в зависимости от отношения V O /V IN

    С другой стороны, линейный регулятор может быть очень эффективным, если V O близко к V IN .Однако у линейного регулятора (LR) есть еще одно ограничение, заключающееся в минимальной разнице напряжений между V IN и V O . Транзистор в LR должен работать в линейном режиме. Таким образом, требуется определенное минимальное падение напряжения между коллектором и эмиттером биполярного транзистора или стоком и истоком полевого транзистора. Когда V O слишком близко к V IN , LR больше не сможет регулировать выходное напряжение. Линейные регуляторы, которые могут работать с малым запасом мощности (V IN – V O ), называются регуляторами с малым падением напряжения (LDO).

    Также ясно, что линейный регулятор или LDO могут обеспечивать только понижающее преобразование DC/DC. В приложениях, которые требуют, чтобы напряжение V O было выше, чем напряжение V IN , или требуется отрицательное напряжение V O из положительного напряжения V IN , линейные регуляторы, очевидно, не работают.

    Линейный регулятор с разделением тока для высокой мощности [8]

    Для приложений, требующих большей мощности, регулятор должен быть установлен отдельно на радиаторе для отвода тепла.В системах с поверхностным монтажом это невозможно, поэтому ограничение рассеиваемой мощности (например, 1 Вт) ограничивает выходной ток. К сожалению, прямое параллельное подключение линейных регуляторов для распределения генерируемого тепла затруднено.

    Замена источника опорного напряжения, показанного на рис. 3, на прецизионный источник тока позволяет напрямую подключить линейный регулятор для распределения нагрузки по току и, таким образом, рассеивания тепла между ИС. Это позволяет использовать линейные стабилизаторы в приложениях с высоким выходным током для поверхностного монтажа, где только ограниченное количество тепла может быть рассеяно в любом месте на плате.LT3080 — это первый регулируемый линейный стабилизатор, который можно использовать параллельно для более высоких токов. Как показано на рис. 6, он имеет внутренний источник тока 10 мкА с током нулевой точности, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя. С помощью внешнего одиночного резистора настройки напряжения R SET выходное напряжение линейного регулятора можно регулировать от 0 В до (V IN – V DROPOUT ).

    Рис. 6. Установка одного резистора LDO LT3080 с прецизионным источником тока, эталон

    На рис. 7 показано, как легко подключить параллельно LT3080 для разделения тока.Просто соедините выводы SET микросхем LT3080 вместе, и оба регулятора будут иметь одинаковое опорное напряжение. Поскольку операционные усилители точно подогнаны, напряжение смещения между регулировочным штифтом и выходом составляет менее 2 мВ. В этом случае балластное сопротивление всего 10 мОм, которое может быть суммой небольшого внешнего резистора и сопротивления дорожки печатной платы, необходимо для балансировки тока нагрузки с более чем 80-процентным уравновешенным распределением. Нужно еще больше мощности? Разумно даже параллельное подключение от 5 до 10 устройств.

    Рис. 7. Параллельное соединение двух линейных стабилизаторов LT3080 для увеличения выходного тока

    Области применения, в которых предпочтительны линейные регуляторы

    Существует множество приложений, в которых линейные стабилизаторы или LDO представляют собой превосходные решения для импульсных источников питания, в том числе:

    1. Простые/недорогие решения. Решения с линейным регулятором или LDO просты и удобны в использовании, особенно для маломощных приложений с низким выходным током, где тепловая нагрузка не является критической.Внешняя индуктивность не требуется.
    2. Приложения с низким уровнем шума/пульсаций. Для чувствительных к шуму приложений, таких как средства связи и радиоустройства, минимизация шума питания очень важна. Линейные стабилизаторы имеют очень низкую пульсацию выходного напряжения, потому что нет элементов, которые часто включаются и выключаются, а линейные стабилизаторы могут иметь очень широкую полосу пропускания. Таким образом, существует небольшая проблема с электромагнитными помехами. Некоторые специальные LDO, такие как семейство LDO Analog Devices LT1761, имеют на выходе шумовое напряжение всего 20 мкВ RMS .Практически невозможно для SMPS достичь такого низкого уровня шума. SMPS обычно имеет выходную пульсацию в милливольтах даже с конденсаторами с очень низким ESR.
    3. Быстрые переходные приложения. Контур обратной связи линейного регулятора обычно является внутренним, поэтому внешняя компенсация не требуется. Как правило, линейные регуляторы имеют более широкую полосу пропускания контура управления и более быструю переходную характеристику, чем у SMPS.
    4. Приложения с низким отсевом. Для приложений, где выходное напряжение близко к входному напряжению, LDO могут быть более эффективными, чем SMPS.Существуют LDO с очень малым падением напряжения (VLDO), такие как Analog Devices LTC1844, LT3020 и LTC3025, с падением напряжения от 20 мВ до 90 мВ и током до 150 мА. Минимальное входное напряжение может составлять всего 0,9 В. Поскольку в LR нет коммутационных потерь по переменному току, КПД LR или LDO при малой нагрузке аналогичен КПД при полной нагрузке. SMPS обычно имеет более низкую эффективность легкой нагрузки из-за потерь при переключении переменного тока. В приложениях с батарейным питанием, в которых эффективность легкой нагрузки также имеет решающее значение, LDO может обеспечить лучшее решение, чем SMPS.

    Таким образом, разработчики используют линейные регуляторы или LDO, потому что они просты, малошумны, недороги, просты в использовании и обеспечивают быструю переходную характеристику. Если V O близко к V IN , LDO может быть более эффективным, чем SMPS.

    Основы импульсного источника питания

    Зачем использовать импульсный источник питания?

    Быстрый ответ — высокая эффективность. В SMPS транзисторы работают в режиме переключения, а не в линейном режиме. Это означает, что когда транзистор включен и проводит ток, падение напряжения на его пути питания минимально.Когда транзистор выключен и блокирует высокое напряжение, ток через его цепь питания почти отсутствует. Таким образом, полупроводниковый транзистор подобен идеальному переключателю. Таким образом, потери мощности в транзисторе сведены к минимуму. Высокий КПД, низкое рассеивание мощности и высокая удельная мощность (малый размер) являются основными причинами, по которым разработчики используют импульсные источники питания вместо линейных стабилизаторов или LDO, особенно в сильноточных приложениях. Например, в настоящее время 12-вольтовый IN , 3,3-вольтовый OUT импульсный синхронный понижающий источник питания обычно может достигать эффективности> 90% по сравнению с менее чем 27.5% от линейного регулятора. Это означает потерю мощности или уменьшение размера как минимум в восемь раз.

    Самый популярный блок питания — понижающий преобразователь

    На Рисунке 8 показан простейший и наиболее популярный импульсный стабилизатор — понижающий DC/DC преобразователь. Он имеет два режима работы, в зависимости от того, включен или выключен транзистор Q1. Для упрощения обсуждения все силовые устройства предполагаются идеальными. Когда переключатель (транзистор) Q1 включен, напряжение коммутационного узла V SW = V IN и ток катушки индуктивности L заряжается (V IN – V O ).На рис. 8(а) показана эквивалентная схема в этом режиме зарядки катушки индуктивности. Когда переключатель Q1 выключен, ток катушки индуктивности проходит через безынерционный диод D1, как показано на рисунке 8(b). Напряжение коммутационного узла V SW = 0 В, а ток катушки индуктивности L разряжается нагрузкой V O . Поскольку идеальная катушка индуктивности не может иметь постоянное напряжение в установившемся режиме, среднее выходное напряжение V O можно определить как:

    , где T ON – интервал времени включения в пределах периода переключения TS.Если отношение T ON /T S определить как коэффициент заполнения D, то выходное напряжение V O равно:

    Когда значения индуктивности фильтра L и выходного конденсатора C O достаточно высоки, выходное напряжение V O представляет собой напряжение постоянного тока с пульсацией только в милливольтах. В этом случае для входного понижающего источника питания 12 В концептуально рабочий цикл 27,5% обеспечивает выходное напряжение 3,3 В.

    Рис. 8. Режимы работы понижающего преобразователя и типичные формы сигналов

    Помимо описанного выше подхода к усреднению, существует еще один способ вывести уравнение рабочего цикла.Идеальная катушка индуктивности не может иметь постоянное напряжение в устойчивом состоянии. Таким образом, он должен поддерживать вольт-секундный баланс индуктора в течение периода переключения. В соответствии с формой волны напряжения катушки индуктивности на рисунке 8 для баланса вольт-секунд требуется:

    Уравнение (5) такое же, как уравнение (3). Тот же подход баланса вольт-секунд может быть использован для других топологий DC/DC для получения уравнений рабочего цикла в зависимости от V IN и V O .

    Потери мощности в понижающем преобразователе

    Потери проводимости постоянного тока

    С идеальными компонентами (нулевое падение напряжения во включенном состоянии и нулевые потери при переключении) идеальный понижающий преобразователь имеет КПД 100%.В действительности рассеивание мощности всегда связано с каждым силовым компонентом. В SMPS есть два типа потерь: потери проводимости постоянного тока и потери переключения переменного тока.

    Потери проводимости понижающего преобразователя в основном возникают из-за падения напряжения на транзисторе Q1, диоде D1 и катушке индуктивности L, когда они проводят ток. Чтобы упростить обсуждение, пульсации переменного тока индуктора не учитываются в следующем расчете потерь проводимости. Если в качестве силового транзистора используется МОП-транзистор, потери проводимости МОП-транзистора равны I O 2 • R DS(ON) • D, где R DS(ON) — сопротивление МОП-транзистора в открытом состоянии. Q1.Потери мощности на проводимость диода равны I O • V D • (1 – D), где V D – прямое падение напряжения на диоде D1. Потери проводимости индуктора равны I O 2 • R DCR , где R DCR — сопротивление меди обмотки индуктора. Таким образом, потери проводимости понижающего преобразователя приблизительно равны:

    Например, входное напряжение 12 В, выходное напряжение 3,3 В/10 А MAX могут использовать следующие компоненты: МОП-транзистор R DS(ON) = 10 мОм, катушка индуктивности R DCR = 2 мОм, прямое напряжение диода V D = 0.5В. Следовательно, потери проводимости при полной нагрузке составляют:

    С учетом только потерь на проводимость КПД преобразователя составляет:

    Приведенный выше анализ показывает, что обратный диод потребляет мощность потерь 3,62 Вт, что намного выше, чем потери проводимости MOSFET Q1 и катушки индуктивности L. Для дальнейшего повышения эффективности диод D1 можно заменить MOSFET Q2, как показано на рис. Рис. 9. Этот преобразователь называется синхронным понижающим преобразователем. Затвор Q2 требует сигналов, комплементарных затвору Q1, т.е.е., Q2 включен только тогда, когда Q1 выключен. Потери проводимости синхронного понижающего преобразователя:

    Если 10 мОм R DS(ON) MOSFET также используется для транзистора Q2, потери проводимости и КПД синхронного понижающего преобразователя составляют:

    Приведенный выше пример показывает, что синхронный понижающий преобразователь более эффективен, чем обычный понижающий преобразователь, особенно для приложений с низким выходным напряжением, когда рабочий цикл мал, а время проводимости диода D1 велико.

    Рисунок 9.Синхронный понижающий преобразователь и его сигналы затвора транзистора

    Потери при переключении переменного тока

    В дополнение к потерям проводимости постоянного тока существуют другие потери мощности, связанные с переменным током/переключением из-за неидеальных силовых компонентов:

    1. Потери при переключении MOSFET. Реальный транзистор требует времени для включения или выключения. Таким образом, во время переходных процессов включения и выключения напряжения и тока перекрываются, что приводит к коммутационным потерям переменного тока. На рис. 10 показаны типичные сигналы переключения MOSFET Q1 в синхронном понижающем преобразователе.Зарядка и разрядка паразитного конденсатора C GD верхнего полевого транзистора Q1 с зарядом Q GD определяют большую часть времени переключения Q1 и связанных с ним потерь. В синхронном понижающем транзисторе коммутационные потери нижнего полевого транзистора Q2 малы, потому что Q2 всегда включается после того, как его внутренний диод проводит, и выключается до того, как его внутренний диод проводит, в то время как падение напряжения на корпусном диоде низкое. Однако заряд обратного восстановления внутреннего диода транзистора Q2 также может увеличить коммутационные потери верхнего полевого транзистора Q1 и вызвать звон коммутационного напряжения и электромагнитные помехи.Уравнение (12) показывает, что потери переключения полевого транзистора управления Q1 пропорциональны частоте переключения преобразователя f S . Точный расчет потерь энергии E ON и E OFF для Q1 не прост, но его можно найти в примечаниях по применению поставщиков МОП-транзисторов.
    2. Потери в сердечнике индуктора P SW_CORE . Реальная катушка индуктивности также имеет потери переменного тока, которые зависят от частоты коммутации. Потери переменного тока в индукторе в основном связаны с потерями в магнитном сердечнике. В высокочастотном SMPS материалом сердечника может быть порошковое железо или феррит.Как правило, сердечники из порошкового железа насыщают мягко, но имеют высокие потери в сердечнике, в то время как ферритовый материал насыщает более резко, но имеет меньшие потери в сердечнике. Ферриты представляют собой керамические ферромагнитные материалы, которые имеют кристаллическую структуру, состоящую из смесей оксида железа с оксидом марганца или цинка. Потери в сердечнике в основном связаны с потерями на магнитный гистерезис. Производитель сердечника или катушки индуктивности обычно предоставляет данные о потерях в сердечнике разработчикам источников питания для оценки потерь в катушке индуктивности переменного тока.
    3. Другие потери, связанные с переменным током.Другие потери, связанные с переменным током, включают потери драйвера затвора P SW_GATE , что равно V DRV • Q G • f S , и мертвое время (когда оба верхних полевых транзистора Q1 и нижний полевой транзистор Q2 выключены) корпусной диод потеря проводимости, равная (ΔT ON + ΔT OFF ) • V D(Q2) • f S . Таким образом, потери, связанные с переключением, включают: Расчет потерь, связанных с переключением, обычно непрост. Потери, связанные с переключением, пропорциональны частоте переключения f S .В синхронном понижающем преобразователе 12 В IN , 3,3 В O / 10 А MAX потери переменного тока вызывают потерю эффективности примерно от 2% до 5% при частоте коммутации 200–500 кГц. Таким образом, общий КПД составляет около 93% при полной нагрузке, что намного лучше, чем у источников LR или LDO. Уменьшение тепла или размера может быть близко к 10x.

    Рис. 10. Типичная форма сигнала переключения и потери в верхнем полевом транзисторе Q1 в понижающем преобразователе

    Рекомендации по проектированию переключающих силовых компонентов

    Оптимизация частоты переключения

    Как правило, более высокая частота переключения означает меньшие размеры компонентов выходного фильтра L и C O .В результате размер и стоимость блока питания могут быть уменьшены. Более высокая пропускная способность также может улучшить переходную реакцию нагрузки. Однако более высокая частота коммутации также означает более высокие потери мощности, связанные с переменным током, что требует большего пространства на плате или радиатора для ограничения тепловой нагрузки. В настоящее время для приложений с выходным током ≥10 А большинство понижающих источников питания работают в диапазоне частот от 100 кГц до 1 МГц ~ 2 МГц. При токе нагрузки < 10 А частота коммутации может достигать нескольких МГц. Оптимальная частота для каждой конструкции является результатом тщательного компромисса между размером, стоимостью, эффективностью и другими параметрами производительности.

    Выбор выходной катушки индуктивности

    В синхронном понижающем преобразователе размах пульсаций тока дросселя можно рассчитать как:

    При заданной частоте коммутации низкая индуктивность дает большие пульсации тока и приводит к большим пульсациям выходного напряжения. Большие пульсации тока также увеличивают среднеквадратичные потери тока и проводимости MOSFET. С другой стороны, высокая индуктивность означает большой размер катушки индуктивности и возможные высокие DCR катушки индуктивности и потери проводимости. Как правило, при выборе катушки индуктивности выбирают 10% ~ 60% размаха тока пульсаций по отношению к максимальному коэффициенту постоянного тока.Поставщики индукторов обычно указывают номинальные значения постоянного тока, среднеквадратичного значения тока (нагрев) и тока насыщения. Важно спроектировать максимальный постоянный ток и пиковый ток катушки индуктивности в пределах максимальных значений, указанных поставщиком.

    Выбор силового МОП-транзистора

    При выборе полевого МОП-транзистора для понижающего преобразователя сначала убедитесь, что его максимальное значение V DS выше, чем напряжение питания V IN(MAX) с достаточным запасом. Однако не выбирайте полевой транзистор с чрезмерно высоким номинальным напряжением.Например, для питания 16 В IN(MAX) хорошо подходит полевой транзистор с номинальным напряжением 25 В или 30 В. Полевой транзистор с номинальным напряжением 60 В может быть избыточным, поскольку сопротивление полевого транзистора во включенном состоянии обычно увеличивается с увеличением номинального напряжения. Далее, сопротивление полевого транзистора в открытом состоянии R DS(ON) и заряд затвора Q G (или Q GD ) являются двумя наиболее важными параметрами. Обычно существует компромисс между зарядом затвора Q G и сопротивлением в открытом состоянии R DS(ON) . В общем, полевой транзистор с кремниевым кристаллом небольшого размера имеет низкое значение Q G , но высокое сопротивление в открытом состоянии R DS(ON) , в то время как полевой транзистор с большим кремниевым кристаллом имеет низкое значение R DS(ON) , но большое значение Q . Г .В понижающем преобразователе верхний полевой МОП-транзистор Q1 принимает на себя как потери проводимости, так и потери переключения переменного тока. Для Q1 обычно требуется полевой транзистор с низкой добротностью G , особенно в приложениях с низким выходным напряжением и малым рабочим циклом. Синхронный полевой транзистор Q2 нижней стороны имеет небольшие потери переменного тока, потому что он обычно включается или выключается, когда его напряжение V DS близко к нулю. В этом случае низкий уровень R DS(ON) важнее, чем Q G для синхронного полевого транзистора Q2. Когда один полевой транзистор не может справиться с полной мощностью, можно использовать несколько полевых МОП-транзисторов параллельно.

    Выбор входного и выходного конденсатора

    Во-первых, конденсаторы должны быть выбраны с достаточным снижением напряжения.

    Входной конденсатор понижающего преобразователя имеет пульсирующий ток переключения с большими пульсациями. Следовательно, входной конденсатор должен выбираться с достаточным номинальным среднеквадратичным значением пульсаций тока, чтобы обеспечить его срок службы. Алюминиевые электролитические конденсаторы и керамические конденсаторы с низким ESR обычно используются параллельно на входе.

    Выходной конденсатор определяет не только пульсации выходного напряжения, но и переходные характеристики нагрузки.Пульсации выходного напряжения можно рассчитать по уравнению (15). Для высокопроизводительных приложений важно как ESR, так и общая емкость, чтобы свести к минимуму пульсации выходного напряжения и оптимизировать переходную характеристику нагрузки. Обычно хорошим выбором являются танталовые конденсаторы с низким ESR, полимерные конденсаторы с низким ESR и многослойные керамические конденсаторы (MLCC).

    Закрыть контур регулирования с обратной связью

    Существует еще один важный этап проектирования импульсного источника питания — замыкание контура регулирования схемой управления с отрицательной обратной связью.Обычно это гораздо более сложная задача, чем использование LR или LDO. Требуется хорошее понимание поведения контура и конструкции компенсации для оптимизации динамических характеристик стабильного контура.

    Модель понижающего преобразователя для малых сигналов

    Как объяснялось выше, импульсный преобразователь меняет свой режим работы в зависимости от состояния переключателя ВКЛ или ВЫКЛ. Это дискретная и нелинейная система. Для анализа контура обратной связи линейным методом управления необходимо линейное моделирование малых сигналов [1][3].Из-за выходного LC-фильтра линейная передаточная функция слабого сигнала рабочего цикла D к выходу V O фактически представляет собой систему второго порядка с двумя полюсами и одним нулем, как показано в уравнении (16). Имеются двойные полюса, расположенные на резонансной частоте выходного дросселя и конденсатора. Есть ноль, определяемый выходной емкостью и ESR конденсатора.

    Управление режимом напряжения и управление режимом тока

    Выходное напряжение можно регулировать с помощью системы с обратной связью, показанной на рис. 11.Например, когда выходное напряжение увеличивается, напряжение обратной связи V FB увеличивается, а выходной сигнал усилителя ошибки с отрицательной обратной связью уменьшается. Таким образом, рабочий цикл уменьшается. В результате выходное напряжение снижается, чтобы V FB = V REF . Схема компенсации операционного усилителя ошибки может быть сетью усилителя с обратной связью типа I, типа II или типа III [3][4]. Существует только один контур управления для регулирования выхода. Эта схема называется режимом управления по напряжению.Analog Devices LTC3775 и LTC3861 представляют собой типичные понижающие контроллеры с режимом напряжения.

    Рис. 11. Блок-схема понижающего преобразователя, управляемого по напряжению

    На рис. 12 показано синхронное понижающее напряжение на входе от 5 В до 26 В и на выходе 1,2 В/15 А с использованием понижающего контроллера LTC3775, работающего в режиме напряжения. Благодаря передовой архитектуре ШИМ-модуляции LTC3775 и очень низкому (30 нс) минимальному времени включения, источник питания хорошо работает для приложений, которые преобразуют высоковольтный автомобильный или промышленный источник питания в 1.Низкое напряжение 2 В, необходимое для современных микропроцессоров и программируемых логических микросхем. Для приложений с большой мощностью требуются многофазные понижающие преобразователи с разделением тока. При управлении по напряжению требуется дополнительная петля распределения тока для балансировки тока между параллельными понижающими каналами. Типичным методом распределения тока для управления режимом напряжения является метод ведущий-ведомый. LTC3861 — это такой контроллер режима напряжения PolyPhase ® . Его очень низкое, ±1,25 мВ, смещение измерения тока делает распределение тока между параллельными фазами очень точным, чтобы сбалансировать тепловую нагрузку.[10]

    Рис. 12. Синхронный понижающий источник питания LTC3775 в режиме напряжения обеспечивает высокий коэффициент понижения

    Управление в режиме тока использует два контура обратной связи: внешний контур напряжения, аналогичный контуру управления преобразователей, управляемых режимом напряжения, и внутренний контур тока, который возвращает сигнал тока в контур управления. На рис. 13 показана концептуальная блок-схема понижающего преобразователя с управлением по пиковому току, который непосредственно измеряет выходной ток дросселя. При управлении по току ток индуктора определяется ошибкой выходного напряжения операционного усилителя.Индуктор становится источником тока. Следовательно, передаточная функция от выхода операционного усилителя V C к выходному напряжению питания V O становится однополюсной системой. Это значительно упрощает компенсацию петли. Компенсация контура управления меньше зависит от нуля ESR выходного конденсатора, поэтому можно использовать все керамические выходные конденсаторы.

    Рис. 13. Блок-схема понижающего преобразователя с управлением по току

    Существует множество других преимуществ управления текущим режимом.Как показано на рис. 13, поскольку пиковый ток дросселя ограничивается операционным усилителем V C цикл за циклом, система с управлением режимом тока обеспечивает более точное и быстрое ограничение тока в условиях перегрузки. Пусковой ток катушки индуктивности также хорошо контролируется во время запуска. Кроме того, ток дросселя не меняется быстро при изменении входного напряжения, поэтому источник питания имеет хорошие переходные характеристики. При параллельном подключении нескольких преобразователей с управлением режимом тока также очень легко распределять ток между источниками питания, что важно для надежных сильноточных приложений с использованием понижающих преобразователей PolyPhase.В общем, преобразователь с управлением по току более надежен, чем преобразователь с управлением по напряжению.

    Решение схемы управления текущим режимом должно точно определять ток. Сигнал измерения тока обычно представляет собой небольшой сигнал на уровне десятков милливольт, чувствительный к шуму переключения. Поэтому необходима правильная и тщательная разводка печатной платы. Токовая петля может быть замкнута путем измерения тока катушки индуктивности через измерительный резистор, падения напряжения DCR катушки индуктивности или падения напряжения проводимости полевого МОП-транзистора.К типичным контроллерам токового режима относятся Analog Devices LTC3851A, LTC3855, LTC3774 и LTC3875.

    Постоянная частота и постоянное управление временем включения

    Типичные схемы режима напряжения и режима тока в разделе «Управление режимом напряжения и управление режимом тока» имеют постоянную частоту переключения, генерируемую внутренними часами контроллера. Эти контроллеры с постоянной частотой переключения можно легко синхронизировать, что является важной особенностью сильноточных понижающих контроллеров PolyPhase. Однако, если переходный процесс, повышающий нагрузку, возникает сразу после выключения управляющего затвора Q1 полевого транзистора, преобразователь должен ждать все время выключения Q1 до следующего цикла, чтобы отреагировать на переходный процесс.В приложениях с малыми рабочими циклами задержка в наихудшем случае близка к одному циклу переключения.

    В таких приложениях с низким рабочим циклом постоянное управление в режиме долины тока во включенном состоянии имеет более короткую задержку для реагирования на переходные процессы, повышающие нагрузку. В установившемся режиме частота коммутации постоянно включенных понижающих преобразователей практически фиксирована. В случае переходного процесса частота переключения может быстро изменяться для ускорения переходного процесса. В результате источник питания имеет улучшенные переходные характеристики и выходную емкость, а связанные с этим затраты могут быть снижены.

    Однако при постоянном контроле времени включения частота переключений может меняться в зависимости от сети или нагрузки. LTC3833 — это понижающий контроллер тока долины с более сложной архитектурой управления по времени — вариант архитектуры управления с постоянным временем включения с той разницей, что время включения управляется таким образом, что частота переключения остается постоянной на установившемся этапе. условия под линией и под нагрузкой. Благодаря этой архитектуре контроллер LTC3833 имеет минимальное время включения 20 нс и позволяет понижать напряжение до 38 В IN до 0.6В О . Контроллер может быть синхронизирован с внешними часами в диапазоне частот от 200 кГц до 2 МГц. На рис. 14 показан типичный источник питания LTC3833 с входным напряжением от 4,5 В до 14 В и выходным напряжением 1,5 В/20 А. [11] На рис. 15 показано, что источник питания может быстро реагировать на внезапные переходные процессы нагрузки с высокой скоростью нарастания. Во время переходного процесса повышения нагрузки частота переключения увеличивается, чтобы обеспечить более быструю переходную реакцию. Во время переходного процесса понижения нагрузки рабочий цикл падает до нуля. Поэтому только выходной индуктор ограничивает скорость нарастания тока.В дополнение к LTC3833, для нескольких выходов или многофазных приложений, контроллеры LTC3838 и LTC3839 обеспечивают быстродействующие многофазные решения.

    Рис. 14. Быстродействующий источник тока с регулируемым по времени током с использованием LTC3833

    Рис. 15. Блок питания LTC3833 обеспечивает быстрое реагирование при переходных процессах с быстрым скачком нагрузки

    Пропускная способность и стабильность цикла

    Хорошо спроектированный SMPS работает бесшумно как в электрическом, так и в акустическом отношении. Это не относится к системе с недостаточной компенсацией, которая имеет тенденцию быть нестабильной.К типичным признакам недокомпенсированного источника питания относятся: слышимый шум от магнитных компонентов или керамических конденсаторов, дрожание сигналов переключения, колебания выходного напряжения и т. д. Система с перекомпенсацией может быть очень стабильной и тихой, но за счет медленного переходного процесса. Такая система имеет частоту кроссовера контура на очень низких частотах, обычно ниже 10 кГц. Конструкции с медленными переходными характеристиками требуют чрезмерной выходной емкости для удовлетворения требований по регулированию переходных процессов, что увеличивает общую стоимость и размер поставки.Оптимальная схема компенсации контура стабильна и бесшумна, но не имеет чрезмерной компенсации, поэтому она также имеет быстрый отклик для минимизации выходной емкости. В статье Analog Devices AN149 подробно объясняются концепции и методы моделирования силовых цепей и проектирования контуров [3]. Моделирование слабых сигналов и проектирование компенсации контура могут быть трудными для неопытных разработчиков источников питания. Инструмент проектирования Analog Devices LTpowerCAD обрабатывает сложные уравнения и значительно упрощает проектирование источников питания, особенно компенсацию контуров [5][6].Инструмент моделирования LTspice ® объединяет все модели деталей Analog Devices и обеспечивает дополнительное моделирование во временной области для оптимизации конструкции. Однако на стадии прототипа обычно необходимы стендовые испытания/проверка стабильности контура и переходных характеристик.

    Как правило, работа замкнутого контура регулирования напряжения оценивается по двум важным параметрам: полосе пропускания контура и запасу устойчивости контура. Полоса пропускания контура количественно определяется частотой кроссовера f C , при которой коэффициент усиления контура T(s) равен единице (0 дБ).Запас устойчивости контура обычно количественно определяется запасом по фазе или запасом по усилению. Запас по фазе контура Φ m определяется как разница между общей фазовой задержкой T(s) и –180° на частоте кроссовера. Запас по усилению определяется разницей между усилением T(s) и 0 дБ на частоте, где общая фаза T(s) равна –180°. Для понижающего преобразователя обычно считается достаточным запас по фазе в 45 градусов и запас по усилению в 10 дБ. На рис. 16 показана типичная диаграмма Боде коэффициента усиления контура для токового режима 3-фазного понижающего преобразователя LTC3829 12 В IN в 1 В O / 60 А.В этом примере частота кроссовера составляет 45 кГц, а запас по фазе — 64 градуса. Запас усиления близок к 20 дБ.

    Рис. 16. Инструмент проектирования LTpowerCAD обеспечивает простой способ оптимизации компенсации контура и переходной характеристики нагрузки (пример трехфазного понижающего преобразователя LTC3829 с одним выходом).

    Понижающий преобразователь PolyPhase для сильноточных приложений

    По мере того, как системы обработки данных становятся быстрее и крупнее, их процессоры и модули памяти потребляют больше тока при постоянном снижении напряжения.При таких высоких токах требования к источникам питания возрастают. В последние годы многофазные (многофазные) синхронные понижающие преобразователи широко используются для сильноточных и низковольтных источников питания благодаря их высокой эффективности и равномерному распределению тепла. Кроме того, с чередованием нескольких фаз понижающего преобразователя пульсирующий ток как на входе, так и на выходе может быть значительно уменьшен, что приводит к уменьшению входных и выходных конденсаторов, а также места на плате и стоимости.

    В понижающих преобразователях PolyPhase чрезвычайно важны точное определение и распределение тока.Хорошее распределение тока обеспечивает равномерное распределение тепла и высокую надежность системы. Из-за присущей им возможности распределения тока в устойчивом состоянии и во время переходных процессов обычно предпочтительны вольтогасители с управлением режимом тока. Analog Devices LTC3856 и LTC3829 — это типичные понижающие контроллеры PolyPhase с точным определением и распределением тока. Несколько контроллеров могут быть соединены последовательно для 2-, 3-, 4-, 6- и 12-фазных систем с выходным током от 20 А до более 200 А.

    Рисунок 17.3-фазный одноканальный сильноточный понижающий преобразователь V O с использованием LTC3829

    Другие требования к высокопроизводительному контроллеру

    От высокопроизводительного понижающего контроллера требуется множество других важных функций. Плавный пуск обычно необходим для контроля пускового тока во время пуска. Ограничение перегрузки по току и защелка при коротком замыкании могут защитить источник питания, когда выход перегружен или закорочен. Защита от перенапряжения защищает дорогостоящие нагрузочные устройства в системе.Чтобы свести к минимуму электромагнитные помехи системы, иногда контроллер необходимо синхронизировать с внешним тактовым сигналом. Для приложений с низким напряжением и большим током дистанционное измерение дифференциального напряжения компенсирует падение напряжения на сопротивлении печатной платы и точно регулирует выходное напряжение на удаленной нагрузке. В сложной системе со многими шинами выходного напряжения также необходимо упорядочивать и отслеживать различные шины напряжения.

    Схема печатной платы

    Выбор компонентов и проектирование схемы — это только половина процесса проектирования поставки.Правильная компоновка печатной платы импульсного источника питания всегда имеет решающее значение. На самом деле, его важность невозможно переоценить. Хорошая компоновка оптимизирует эффективность подачи, снижает тепловую нагрузку и, что наиболее важно, сводит к минимуму шум и взаимодействие между дорожками и компонентами. Для этого разработчику важно понимать пути прохождения тока и потоки сигналов в импульсном источнике питания. Обычно для приобретения необходимого опыта требуются значительные усилия. Подробное обсуждение см. в примечаниях по применению Analog Devices 136 и 139.[7][9]

    Выбор различных решений — дискретные, монолитные и интегрированные источники питания

    На уровне интеграции системные инженеры могут решить, следует ли выбрать решение с дискретным, монолитным или полностью интегрированным силовым модулем. На рис. 18 показаны примеры решений с дискретным и силовым модулем для типичных приложений питания в точке нагрузки. Дискретное решение использует микросхему контроллера, внешние МОП-транзисторы и пассивные компоненты для создания источника питания на системной плате. Основной причиной выбора дискретного решения является низкая стоимость спецификации компонентов (BOM).Однако это требует хороших навыков проектирования источников питания и относительно длительного времени разработки. В монолитном решении используется ИС со встроенными мощными полевыми МОП-транзисторами для дальнейшего уменьшения размера решения и количества компонентов. Это требует аналогичных дизайнерских навыков и времени. Полностью интегрированное решение с силовым модулем может значительно сократить усилия по проектированию, время разработки, размер решения и проектные риски, но, как правило, с более высокой стоимостью спецификации компонентов.

    Рис. 18. Примеры (a) дискретного 12 В IN до 3.Питание 3 В/10 А LTC3778; (b) Полностью интегрированный 16-вольтовый IN , двойной 13-амперный или одиночный 26-амперный микромодуль LTM4620 ® , понижающий регулятор

    Другие базовые неизолированные топологии DC/DC SMPS

    В этом примечании по применению понижающие преобразователи используются в качестве простого примера для демонстрации конструктивных соображений SMPS. Однако существует как минимум пять других основных топологий неизолированных преобразователей (повышающий, понижающий/повышающий, преобразователи Cuk, SEPIC и Zeta) и не менее пяти основных топологий изолированных преобразователей (обратноходовая, прямоходовая, двухтактная, полумостовая и полномостовая). ), которые не рассматриваются в данных указаниях по применению.Каждая топология обладает уникальными свойствами, которые делают ее пригодной для конкретных приложений. На рис. 19 показаны упрощенные схемы для других неизолированных топологий SMPS.

    Рис. 19. Другие базовые топологии неизолированных преобразователей постоянного тока в постоянный

    Существуют и другие неизолированные топологии SMPS, представляющие собой комбинации базовых топологий. Например, на рис. 20 показан высокоэффективный синхронный повышающе-понижающий преобразователь с 4 ключами на основе контроллера токового режима LTC3789. Он может работать с входным напряжением ниже, равным или выше выходного напряжения.Например, вход может быть в диапазоне от 5В до 36В, а выход может быть регулируемым 12В. Эта топология представляет собой комбинацию синхронного понижающего преобразователя и синхронного повышающего преобразователя с общим дросселем. Когда V IN > V OUT , переключатели A и B работают как активный синхронный понижающий преобразователь, в то время как переключатель C всегда выключен, а переключатель D всегда включен. Когда V IN < V OUT , переключатели C и D работают как активный синхронный повышающий преобразователь, в то время как переключатель A всегда включен, а переключатель B всегда выключен.Когда V IN близок к V OUT , все четыре переключателя работают активно. В результате этот преобразователь может быть очень эффективным, с КПД до 98% для типичного приложения с выходным напряжением 12 В. [12] Контроллер LT8705 еще больше расширяет диапазон входного напряжения до 80 В. Для упрощения конструкции и увеличения удельной мощности LTM4605/4607/4609 дополнительно интегрируют сложный повышающе-понижающий преобразователь в простой в использовании силовой модуль высокой плотности. [13] Их можно легко подключить параллельно с разделением нагрузки для приложений с высокой мощностью.

    Рис. 20. Высокоэффективный повышающе-понижающий преобразователь с 4 ключами работает при входном напряжении ниже, равном или выше выходного напряжения

    Резюме

    Таким образом, линейные регуляторы просты и удобны в использовании. Поскольку их транзисторы с последовательной регулировкой работают в линейном режиме, эффективность питания обычно низка, когда выходное напряжение намного ниже входного. Как правило, линейные стабилизаторы (или LDO) имеют низкие пульсации напряжения и быструю переходную характеристику. С другой стороны, импульсные источники питания работают на транзисторе как на переключателе и поэтому обычно намного эффективнее линейных регуляторов.Однако проектирование и оптимизация SMPS более сложны и требуют дополнительных знаний и опыта. Каждое решение имеет свои преимущества и недостатки для конкретных приложений.

    использованная литература

    [1] В. Ворпериан, «Упрощенный анализ ШИМ-преобразователей с использованием модели ШИМ-переключателя: части I и II», IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, март 1990 г., Vol. 26, №2.

    [2] Р.Б. Ридли, Б. Х. Чо, Ф. К. Ли, «Анализ и интерпретация коэффициентов усиления импульсных регуляторов с многоконтурным управлением», IEEE Transactions on Power Electronics, стр. 489-498, октябрь 1988 г.

    [3] Х. Чжан, «Моделирование и схема компенсации контура импульсных источников питания», Замечания по применению линейной технологии AN149, 2015.

    [4] Х. Дин Венейбл, «Оптимальный дизайн усилителя с обратной связью для систем управления», Технический документ Венейбл.

    [5] Х. Чжан, «Проектирование блоков питания за пять простых шагов с помощью инструмента проектирования LTpowerCAD», Замечания по применению линейных технологий AN158, 2015 г.

    [6] Инструмент проектирования LTpowerCAD на сайте www.linear.com/LTpowerCAD.

    [7] Х. Чжан, «Вопросы компоновки печатных плат для неизолированных импульсных источников питания», Примечание по применению 136, Linear Technology Corp., 2012.

    [8] Р. Добкин, «Регулятор с малым падением напряжения может быть напрямую подключен для распределения тепла», LT Journal of Analog Innovation, октябрь 2007 г.

    [9] К. Куек, «Схема блока питания и электромагнитные помехи», Замечания по применению линейной технологии AN139, 2013 г.

    [10] М.Субраманиан, Т. Нгуен и Т. Филлипс, «Измерение тока DCR субмиллионной мощности с точным распределением многофазного тока для сильноточных источников питания», LT Journal, январь 2013 г.

    [11] Б. Абесингха, «Быстрый и точный понижающий DC/DC-контроллер, преобразующий 24 В напрямую в 1,8 В на частоте 2 МГц», LT Journal, октябрь 2011 г.

    [12] Т. Бьорклунд, «Высокоэффективный повышающе-понижающий контроллер с 4 переключателями обеспечивает точное ограничение выходного тока», Замечания по проектированию линейных технологий 499.

    [13] Дж. Сан, С. Янг и Х.Чжан, «Регулятор µModule подходит для (почти) полного решения Buck-Boost в размерах 15 мм × 15 мм × 2,8 мм для 4,5–36 В на выходе 0,8–34 В», LT Journal, март 2009 г.

    Роль регулятора напряжения в радиовещании

    Регулятор напряжения уже много лет используется в различных отраслях промышленности. На самом деле, VR является одним из наиболее часто используемых элементов оборудования для кондиционирования электропитания, поскольку необработанная нерегулируемая мощность, поступающая от источника питания, может повредить оборудование, к которому оно подключено.

     

    Излишне говорить, что регуляторы напряжения выполняют множество функций в зависимости от области их применения, одна из которых связана с радиовещанием.

     

    Что такое регулятор напряжения?

     

    Регулятор напряжения генерирует фиксированное выходное напряжение, которое остается постоянным независимо от изменений нагрузки или входного напряжения. Регуляторы напряжения делятся на две категории: линейные и импульсные.

     

    Линейный регулятор действует как переменный резистор, постоянно регулируя сеть делителя напряжения для поддержания постоянного выходного напряжения и постоянно рассеивая разницу между входным и регулируемым напряжениями как потери.В импульсном регуляторе используется активное устройство (переключатель MOSFET или BJT), которое включается и выключается для поддержания среднего значения выходного напряжения.

     

    Почему регуляторы напряжения важны для радиовещания?

     

    В такой высококонкурентной отрасли, как телерадиовещание, любая нехватка или другие проблемы с электроэнергией могут привести к огромным потерям в доходах.

     

    Регуляторы напряжения

    используются для обеспечения того, чтобы любые изменения мощности нагрузки или питания не вызывали повреждения различного вещательного оборудования, приборов и машин, поэтому передача остается стабильной.

     

    Как регуляторы напряжения используются в радиовещании?

     

    Электрический всплеск может быть особенно опасным для современной цифровой электроники, используемой в индустрии вещания, что приводит к остановке передачи шоу. Но не только электроника уязвима к скачкам напряжения, но даже самые современные передатчики подвержены высокому риску скачков напряжения. Вот почему регуляторы напряжения никогда не были так важны, как сейчас, в индустрии вещания.С одной стороны, высокое напряжение может привести к повреждению чувствительной электроники, такой как возбудитель и передатчик, микроволновое оборудование, контроллеры освещения мачты и другое оборудование на месте передатчика. С другой стороны, низкое напряжение может привести к тому, что оборудование будет работать за пределами своих спецификаций, а в некоторых случаях даже отключится.

     

    Современные передатчики содержат чувствительные компоненты в своих электронных схемах и низкоуровневые логические устройства, такие как микропроцессоры и программируемые вентильные матрицы (FPGA), которые чувствительны к изменениям напряжения, шуму и переходным процессам напряжения (пикам).В них также используются источники питания, использующие высокоэффективные режимы переключения, которые требуют дополнительной защиты в зависимости от места и конкретных потребностей передатчика.

     

    Передающие станции обычно используют ИБП для кратковременных перебоев в подаче электроэнергии, в то время как некоторые более крупные станции используют дизельные генераторы для длительных перебоев в подаче электроэнергии.

     

    Регуляторы напряжения

    необходимы не только для защиты передатчика и возбудителя, но также для защиты контроллеров освещения мачты и другого оборудования в месте передачи.Внезапное падение напряжения может привести к тому, что оборудование будет работать не так, как указано в технических характеристиках, или полностью отключиться.

     

    Какие виды защиты могут предложить регуляторы напряжения?

     

    Большинство стабилизаторов напряжения имеют два вида защиты: защита от скачков напряжения и защита от перенапряжения

     

    Всплески или выбросы могут происходить в течение наносекунд или миллисекунд, и эти переходные процессы могут составлять от сотен до тысяч вольт.Система кондиционирования обеспечивает как защиту от переходных процессов, так и фильтрацию для снижения шума в линии при регулировании напряжения.

     

    Практический результат

     

    Постоянство крайне необходимо в индустрии вещания, особенно при работе с более требовательной аудиторией. Вот почему станции должны инвестировать только в лучшие регуляторы напряжения, представленные сегодня на рынке.

     

    Регуляторы напряжения

    Staco Energy (www.stacoerngy.com) на сегодняшний день являются наиболее широко используемыми устройствами виртуальной реальности в индустрии вещания и занимают львиную долю рынка.Staco Energy имеет большой опыт в поставках резервных источников питания не только для вещательной отрасли, но и для любого типа приложений. Компания Peninsula Technical Sales является северным офисом Staco Energy в Калифорнии и обладает техническими знаниями для предоставления инженерных консультаций по любому оборудованию для кондиционирования электропитания. Позвоните нам по телефону 650-965-3636 или напишите нам по электронной почте [email protected] по любым вопросам.

     


    Peninsula Technical Sales представляет производителей электронного оборудования и с гордостью предлагает свои услуги через Интернет, а также в следующих городах и их окрестностях: Сан-Франциско, Санта-Клара, Сан-Хосе, Фремонт, Сакраменто, Милпитас и Санта-Роза.

    Как выбрать регулятор напряжения: 6 факторов, которые следует учитывать | Arrow.com

    Регуляторы напряжения являются важным компонентом электрических и электромеханических устройств для обеспечения надежной работы. Электронике требуется постоянное входное напряжение, и регуляторы напряжения обеспечивают выполнение этих требований.

    Для чего используется регулятор напряжения?

    Во всем, от автомобилей до кондиционеров и мобильных телефонов, используются регуляторы напряжения.Некоторые устройства более чувствительны, чем другие, и некоторые источники питания колеблются больше, чем другие, что затрудняет выбор лучших регуляторов напряжения для каждого приложения.

    Даже в простой конструкции с низким энергопотреблением и относительно постоянным источником питания отсутствие регулятора напряжения может поставить под угрозу надежность. Базовый свет — это тот случай, когда вам может не потребоваться регулятор напряжения, потому что, если напряжение падает, свет просто тускнеет. Однако отсутствие регулятора напряжения может поставить под угрозу производительность и надежность, потенциально вызывая такие проблемы, как мерцание светодиодов, сбросы контроллера и даже «поджаривание» электроники.

    Как работает регулятор напряжения? Регуляторы напряжения

    обычно используются там, где требуется точная настройка напряжения. Например, в беспроводном телефоне у вас может быть адаптер переменного тока, который преобразует мощность 120 В переменного тока в 8 В переменного тока. Затем внутри основания телефона вы найдете регулятор напряжения, обеспечивающий необходимое постоянное напряжение для электроники в основании. В самом телефоне вы можете найти адаптер постоянного тока, который использует регулятор напряжения, чтобы обеспечить правильное напряжение для электроники в телефоне.

    В сложном электромеханическом устройстве с различными компонентами, требующими разного напряжения, потребность в регуляторах напряжения более очевидна. Например, компьютер будет использовать сетевой адаптер для преобразования 120 В переменного тока в более низкое напряжение. Затем для работы различных внутренних компонентов, таких как материнская плата, охлаждающий вентилятор и жесткий диск, требуется определенное напряжение. Регуляторы напряжения будут использоваться для обеспечения стабильного и надежного напряжения на каждом внутреннем компоненте.

    Руководство по выбору регулятора напряжения

    При выборе регулятора напряжения учитывайте следующие факторы:

    1.Входное напряжение и выходное напряжение

    В идеале вы должны знать диапазон входного напряжения и требуемое выходное напряжение, с которым будете работать. Каждая микросхема регулятора напряжения предназначена для использования с определенным выходным напряжением. Например, в устройстве, питающемся от сети переменного тока 120 В, с контроллером Raspberry Pi 5 В, серводвигателями 12 В и шаговым двигателем 24 В вам потребуется использовать регуляторы напряжения 5 В, 12 В и 24 В, чтобы обеспечить бесперебойную работу.

    Однако, если у вас есть запасные части для различных применений, вы можете найти регулируемые регуляторы мощности, которые можно использовать для различных выходов, выполнив простую регулировку.

    Хорошим примером продукта является MCP1754ST-5002E/MC от Microchip.

    2. Напряжение отключения

    Dropout — это минимальный буфер между выходным и входным напряжениями. Например, если у вас есть вход 7 В и требуется выход 5 В, то необходимо минимальное падение напряжения 2 В. Если вы подозреваете, что входное напряжение 7 В упадет ниже 7 В, вам потребуется меньшее падение напряжения.

    Dropout указывается для каждой микросхемы регулятора напряжения вместе с выходным напряжением. Например, вы можете найти стабилизаторы напряжения 5 В с рядом доступных дропаутов.Для схем с небольшой разницей между входным и выходным напряжением потребуется регулятор напряжения с малым падением напряжения (LDO) или даже регулятор сверхнизкого напряжения.

    TCR2LE31,LM от Toshiba — хороший пример продукта.

    3. Регулярный линейный или импульсный регулятор?

    Линейный стабилизатор не может компенсировать мощность, которая падает ниже выходного напряжения. Чтобы обеспечить выходное напряжение 5 В, необходимо поддерживать минимум 5 В от входного напряжения и падения напряжения линейного регулятора напряжения.Если необходимо компенсировать падение мощности, можно использовать повышающий или повышающий импульсный регулятор.

    MIC2877-5.25YFT-TR от Microchip — хороший пример продукта.

    Другой случай, когда импульсный регулятор может быть полезен, — это когда скачки энергопотребления могут привести к падению напряжения. Например, когда срабатывает соленоид, энергопотребление резко возрастает, напряжение падает, а микроконтроллер перезагружается, если только вы не используете регулятор напряжения, который может компенсировать это.

    Импульсные стабилизаторы также могут иметь смысл для устройств, когда существует большая разница между входным и выходным напряжениями, что приводит к слишком большим потерям мощности/выделению тепла.

    Имеет ли смысл использовать импульсные стабилизаторы, зависит от типа проекта, конструктивных ограничений и бюджета. Импульсные стабилизаторы могут вызывать шумы и помехи, требующие компенсации в схеме. Стоимость также является фактором. Для дорогостоящего компонента робототехники или чувствительного медицинского оборудования использование импульсных стабилизаторов будет менее затратным вопросом, чем в малобюджетном товаре.

    Дополнительные сведения см. в разделах «Преобразователь постоянного тока в постоянный» и «Модуль импульсного регулятора» и «Типы преобразователей постоянного тока в постоянный».

    4. Чувствительность устройства

    Для высокочувствительных устройств, таких как смартфоны, беспроводные устройства и медицинское оборудование с батарейным питанием, может потребоваться специальный регулятор для снижения уровня шума. Дополнительную информацию см. в разделе Использование LDO для минимизации шума мощности .

    5. Время отклика

    Для приложений, требующих быстрого времени отклика, таких как видеокарты, телевизоры, компьютеры, принтеры и встроенные системы, доступны специальные регуляторы напряжения с малым временем отклика.

    NCV51198PDR2G от ON Semiconductor — хороший пример продукта.

    6. Потребляемая мощность

    При использовании линейного регулятора напряжения разница между входным и выходным напряжением теряется за счет преобразования ее в тепло. Когда энергопотребление низкое, выделяемое тепло, скорее всего, не является проблемой. Однако, в зависимости от приложения, если потребляемый ток становится достаточно высоким, количество выделяемого тепла может стать проблемой. Упомянутый выше вариант использования импульсного регулятора вместо линейного регулятора является одним из возможных решений.Вы также можете использовать радиатор, чтобы оставаться в оптимальном диапазоне температур.

    Хотя регуляторы напряжения на первый взгляд кажутся простыми, они являются частью более крупной и сложной картины надежности источников питания и электроники. Для помощи в проектировании и устранении неполадок Arrow предлагает широкий спектр инженерных услуг. Недооценка потенциальных проблем с надежностью и производительностью, которые могут возникнуть из-за неправильного регулятора напряжения, является ошибкой, которой можно избежать, и которую можно предотвратить с помощью опыта проектирования.

    Что такое стабилизатор напряжения — зачем он нужен, как он работает, типы и области применения

    Применение стабилизаторов напряжения стало необходимостью в каждом доме. В настоящее время доступны различные типы стабилизаторов напряжения с различной функциональностью и работой. Последние достижения в области технологий, такие как микропроцессорные микросхемы и силовые электронные устройства, изменили наше представление о стабилизаторе напряжения. Теперь они полностью автоматические, интеллектуальные и оснащены множеством дополнительных функций.Они также обладают сверхбыстрой реакцией на колебания напряжения и позволяют своим пользователям дистанционно регулировать требования к напряжению, включая функцию запуска/остановки для выхода.

    Что такое стабилизатор напряжения?

    Стабилизатор напряжения представляет собой электрическое устройство, которое используется для обеспечения постоянного выходного напряжения нагрузки на его выходных клеммах независимо от любых изменений/колебаний на входе, т. е. входящего питания.

    Основное назначение стабилизатора напряжения — защита электрических/электронных устройств (например, кондиционера, холодильника, телевизора и т. д.).) от возможного повреждения из-за скачков/колебаний напряжения, повышенного и пониженного напряжения.

    Рис.1 – Различные типы стабилизаторов напряжения

    Стабилизатор напряжения также известен как АРН (автоматический регулятор напряжения). Использование стабилизатора напряжения не ограничивается только домашним/офисным оборудованием, которое получает электропитание извне. Даже корабли, у которых есть собственная внутренняя система электропитания в виде дизельных генераторов переменного тока, в значительной степени зависят от этих АРН для обеспечения безопасности своего оборудования.

    На рынке представлены различные типы стабилизаторов напряжения. Как аналоговые, так и цифровые автоматические стабилизаторы напряжения доступны от очень многих производителей. Благодаря растущей конкуренции и повышению осведомленности об устройствах безопасности. Эти стабилизаторы напряжения могут быть однофазными (выход 220-230 вольт) или трехфазными (выход 380/400 вольт) в зависимости от типа применения. Регулировка желаемого стабилизированного выхода осуществляется методом понижения и повышения, выполняемым его внутренней схемой.Трехфазные стабилизаторы напряжения доступны в двух разных моделях: модели со сбалансированной нагрузкой и модели с несимметричной нагрузкой.

    Они также доступны с разным номиналом KVA и диапазонами. Стабилизатор напряжения нормального диапазона может обеспечить стабилизированное выходное напряжение 200–240 вольт с повышающим напряжением 20–35 вольт при входном напряжении в диапазоне от 180 до 270 вольт. Принимая во внимание, что стабилизатор напряжения с широким диапазоном может обеспечить стабилизированное выходное напряжение 190–240 вольт с повышающим понижающим преобразователем на 50–55 вольт при входном напряжении в диапазоне от 140 до 300 вольт.

    Они также доступны для широкого спектра применений, таких как специальный стабилизатор напряжения для небольших устройств, таких как телевизор, холодильник, микроволновая печь, до одного огромного устройства для всей бытовой техники.

    В дополнение к своей основной функции стабилизации, стабилизаторы текущего напряжения имеют множество полезных дополнительных функций, таких как защита от перегрузки, переключение при нулевом напряжении, защита от изменения частоты, отображение отключения напряжения, возможность запуска и остановки выхода, ручной/автоматический запуск, отключение напряжения , и т.д.

    Стабилизаторы напряжения являются очень энергоэффективными устройствами (с КПД 95-98%). Они потребляют очень мало энергии, которая обычно составляет от 2 до 5% от максимальной нагрузки.

    Зачем нужны стабилизаторы напряжения? – Важность

    Все электрические/электронные устройства спроектированы и изготовлены для работы с максимальной эффективностью при типичном напряжении питания, известном как номинальное рабочее напряжение. В зависимости от разработанного безопасного рабочего предела рабочий диапазон (с оптимальным КПД) электрического/электронного устройства может быть ограничен до ± 5 %, ± 10 % или более.

    Из-за многих проблем входное напряжение, которое мы получаем, всегда имеет тенденцию колебаться, что приводит к постоянно меняющемуся входному напряжению. Это переменное напряжение является основным фактором, способствующим снижению эффективности устройства, а также увеличению частоты его отказов.

    Рис. 2 – Проблемы из-за колебаний напряжения

    Помните, что для электрического/электронного устройства нет ничего более важного, чем отфильтрованное, защищенное и стабильное питание.Правильная и стабилизированная подача напряжения очень необходима для того, чтобы устройство выполняло свои функции наиболее оптимальным образом. Это стабилизатор напряжения, который гарантирует, что устройство получит желаемое и стабилизированное напряжение независимо от того, насколько велики колебания. Таким образом, стабилизатор напряжения является очень эффективным решением для тех, кто хочет получить оптимальную производительность и защитить свои устройства от этих непредсказуемых колебаний напряжения, скачков напряжения и помех, присутствующих в источнике питания.

    Как и ИБП, стабилизаторы напряжения также являются средством защиты электрического и электронного оборудования.Колебания напряжения очень распространены независимо от того, где вы живете. Могут быть различные причины колебаний напряжения, такие как электрические неисправности, неисправная проводка, молния, короткие замыкания и т. д. Эти колебания могут быть в форме перенапряжения или пониженного напряжения.

    Последствия постоянного/периодического перенапряжения для бытовой техники

    • Это может привести к необратимому повреждению подключенного устройства.
    • Может повредить изоляцию обмотки.
    • Может привести к ненужному прерыванию нагрузки
    • Может привести к перегреву кабеля или устройства.
    • Может сократить срок службы устройства.

    Последствия постоянного/периодического падения напряжения на бытовую технику

    • Может привести к неисправности оборудования.
    • Это может привести к снижению эффективности устройства.
    • В некоторых случаях устройству может потребоваться дополнительное время для выполнения той же функции.
    • Может снизить производительность устройства.
    • Это может привести к тому, что устройство будет потреблять большие токи, что может вызвать перегрев

    Как работает стабилизатор напряжения? – Принцип действия понижающего и повышающего режимов

    Основная работа стабилизатора напряжения заключается в выполнении двух необходимых функций: i.е. Функция Buck и Boost. Функция Buck and Boost — это не что иное, как регулирование постоянного напряжения в условиях перенапряжения и пониженного напряжения. Эта функция Buck and Boost может выполняться вручную с помощью селекторных переключателей или автоматически с помощью дополнительных электронных схем.

    Рис. 3 – Основная функция стабилизатора напряжения

    В условиях повышенного напряжения функция Buck выполняет необходимое снижение интенсивности напряжения.Точно так же в условиях пониженного напряжения функция Boost увеличивает интенсивность напряжения. Идея обеих функций в целом состоит в том, чтобы поддерживать одинаковое выходное напряжение.

    Стабилизация напряжения включает добавление или вычитание напряжения из основного источника питания. Для выполнения этой функции стабилизаторы напряжения используют трансформатор, который подключается к переключающим реле в различных необходимых конфигурациях. Немногие из стабилизаторов напряжения используют трансформатор с различными ответвлениями на обмотке для обеспечения различных корректировок напряжения, в то время как некоторые стабилизаторы напряжения (например, сервостабилизаторы напряжения) содержат автотрансформатор для обеспечения желаемого диапазона коррекции.

    Как работают функции Buck и Boost в стабилизаторе напряжения

    Для лучшего понимания обеих концепций мы разделим их на отдельные функции.

    Функция понижения напряжения в стабилизаторе напряжения

    Рис. 4 – Принципиальная схема функции понижения напряжения в стабилизаторе напряжения

    На приведенном выше рисунке показано подключение трансформатора в функции «Понижения». В функции Buck полярность вторичной обмотки трансформатора подключается таким образом, что приложенное к нагрузке напряжение является результатом вычитания напряжения первичной и вторичной обмотки.

    Рис. 5 – Вычитание напряжения в понижающей функции стабилизатора напряжения

    В стабилизаторе напряжения имеется схема переключения. Всякий раз, когда обнаруживается перенапряжение в первичном источнике питания, подключение нагрузки вручную/автоматически переключается в режим «понижающего» режима с помощью переключателей/реле.

    Функция форсирования в стабилизаторе напряжения

    Рис. 6 – Принципиальная схема функции форсирования в стабилизаторе напряжения

    На приведенном выше рисунке показано подключение трансформатора в функции «Повышение».В функции Boost полярность вторичной обмотки трансформатора подключается таким образом, что приложенное к нагрузке напряжение является результатом сложения напряжения первичной и вторичной обмотки.

    Рис. 7. Добавление напряжения в функцию форсирования стабилизатора напряжения

    Как автоматически работает конфигурация Buck and Boost?

    Вот пример стабилизатора напряжения 02 Stage. Этот стабилизатор напряжения использует реле 02 (реле 1 и реле 2) для обеспечения стабилизированного питания переменного тока нагрузки в условиях повышенного и пониженного напряжения.Рис. 8. Принципиальная схема функции автоматического понижения и повышения напряжения в стабилизаторе напряжения во время различных обстоятельств колебания напряжения, т.е. перенапряжения и пониженного напряжения. Например, предположим, что вход переменного тока составляет 230 вольт переменного тока, а требуемый выход также является постоянным 230 вольт переменного тока. Теперь, если у вас есть +/- 25 вольт Buck & Boost стабилизация, это означает, что ваш стабилизатор напряжения может обеспечить вам постоянное желаемое напряжение (230 вольт) между 205 вольт (пониженное напряжение) и 255 вольт (повышенное напряжение) входного источника переменного тока. .

    В стабилизаторах напряжения, в которых используются трансформаторы с ответвлениями, точки отводов выбираются на основе требуемой величины напряжения, которое должно быть понижено или повышено. В этом случае у нас есть разные диапазоны напряжения для выбора. Принимая во внимание, что в стабилизаторах напряжения, в которых используются автотрансформаторы, серводвигатели вместе со скользящими контактами используются для получения необходимого уровня напряжения, которое должно быть понижено или повышено. Скользящий контакт необходим, поскольку автотрансформаторы имеют только одну обмотку.

    Различные типы стабилизаторов напряжения

    Сначала на рынке появились стабилизаторы напряжения с ручным/селекторным переключателем.В стабилизаторах этого типа используются электромеханические реле для выбора нужного напряжения. С развитием технологий появились дополнительные электронные схемы, а стабилизаторы напряжения стали автоматическими. Затем появился стабилизатор напряжения на основе сервопривода, который способен непрерывно стабилизировать напряжение без какого-либо ручного вмешательства. Теперь также доступны стабилизаторы напряжения на основе ИС/микроконтроллеров, которые также могут выполнять дополнительные функции.

    Стабилизаторы напряжения можно разделить на три типа.Это:

    • Стабилизаторы напряжения релейного типа
    • Стабилизаторы напряжения на основе сервопривода
    • Статические стабилизаторы напряжения

    Стабилизаторы напряжения релейного типа

    В стабилизаторах напряжения релейного типа напряжение регулируется переключающими реле. Реле используются для подключения вторичных трансформаторов в различных конфигурациях для реализации функции Buck & Boost.

    Как работает стабилизатор напряжения релейного типа?

    Рис.9 – Внутренний вид стабилизатора напряжения релейного типа

    На рисунке выше показано, как стабилизатор напряжения релейного типа выглядит изнутри. Он имеет трансформатор с ответвлениями, реле и электронную плату. Печатная плата содержит схему выпрямителя, усилитель, блок микроконтроллера и другие вспомогательные компоненты.

    Электронная плата выполняет сравнение выходного напряжения с источником опорного напряжения. Как только он обнаруживает какое-либо повышение или понижение входного напряжения сверх опорного значения, он переключает соответствующее реле для подключения требуемого ответвления для функции Buck/Boost.

    Стабилизаторы напряжения релейного типа обычно стабилизируют входные колебания ±15% с выходной точностью от ±5% до ±10%.

    Использование/преимущества стабилизаторов напряжения релейного типа

    Этот стабилизатор в основном используется для приборов/оборудования малой мощности в жилых/коммерческих/промышленных целях.

    • Они стоят меньше.
    • Компактные размеры.
    Ограничения стабилизаторов напряжения релейного типа
    • Их реакция на колебания напряжения немного медленнее по сравнению со стабилизаторами напряжения других типов
    • Они менее долговечны
    • Они менее надежны
    • скачки напряжения, так как предел допустимых колебаний их меньше.
    • При стабилизации напряжения, переходе цепи питания может привести к незначительным перебоям в подаче питания.

    Стабилизаторы напряжения с сервоприводом

    В стабилизаторах напряжения с сервоприводом регулирование напряжения осуществляется с помощью серводвигателя. Они также известны как сервостабилизаторы. Это замкнутые системы.

    Как работает стабилизатор напряжения на основе сервопривода?

    В системе с замкнутым контуром гарантируется отрицательная обратная связь (также известная как подача ошибок) на выходе, чтобы система могла гарантировать достижение желаемого результата.Это делается путем сравнения выходного и входного сигналов. Если в случае, если требуемый выходной сигнал выше/ниже требуемого значения, то регулятор источника входного сигнала получит сигнал ошибки (Выходное значение — Входное значение). Затем этот регулятор снова генерирует сигнал (положительный или отрицательный в зависимости от достигнутого выходного значения) и подает его на приводы, чтобы привести выход к точному значению.

    Благодаря свойству замкнутого контура сервоприводные стабилизаторы напряжения используются для приборов/оборудования, которые очень чувствительны и нуждаются в точном входном питании (±01%) для выполнения предусмотренных функций.

    Рис. 10 – Внутренний вид стабилизатора напряжения на основе сервопривода

    На приведенном выше рисунке показано, как стабилизатор напряжения на основе сервопривода выглядит изнутри. Он имеет серводвигатель, автотрансформатор, понижающий и повышающий трансформатор (с ответвлениями), двигатель, электронную плату и другие вспомогательные компоненты.

    В стабилизаторе напряжения на основе сервопривода один конец первичной обмотки понижающего и повышающего трансформатора (с ответвлениями) соединяется с фиксированным отводом автотрансформатора, а другой конец первичной обмотки соединяется с подвижным рычагом. которым управляет серводвигатель.Один конец вторичной обмотки понижающего и повышающего трансформатора подключен к входному источнику питания, а другой конец подключен к выходу стабилизатора напряжения.

    Рис. 11- Схема стабилизатора напряжения на основе сервопривода

    Электронная плата выполняет сравнение выходного напряжения с опорным источником напряжения. Как только он обнаруживает какое-либо повышение или понижение входного питания сверх опорного значения, он запускает двигатель, который дополнительно перемещает плечо на автотрансформаторе.

    При перемещении рычага автотрансформатора входное напряжение на первичную обмотку понижающего и повышающего трансформатора изменится на требуемое выходное напряжение. Серводвигатель будет продолжать вращаться до тех пор, пока разница между значением опорного напряжения и выходным сигналом стабилизатора не станет равной нулю. Этот полный процесс происходит за миллисекунды. Современные стабилизаторы напряжения на основе сервоприводов поставляются со схемой управления на основе микроконтроллера/микропроцессора, чтобы обеспечить интеллектуальное управление пользователями.

    Различные типы стабилизаторов напряжения с сервоприводом

    Различные типы стабилизаторов напряжения с сервоприводом: –

    Однофазные стабилизаторы напряжения с сервоприводом

    серводвигатель, подключенный к переменному трансформатору.

    Трехфазные балансные стабилизаторы напряжения с сервоприводом

    В трехфазных балансных стабилизаторах напряжения с сервоприводом стабилизация напряжения достигается с помощью серводвигателя, подключенного к 03 автотрансформаторам и общей цепи управления. Выход автотрансформаторов варьируется для достижения стабилизации.

    Трехфазные несимметричные стабилизаторы напряжения с сервоприводом

    В трехфазных несимметричных стабилизаторах напряжения с сервоприводом стабилизация напряжения достигается с помощью серводвигателя, подключенного к 03 автотрансформаторам и 03 независимым схемам управления (по одной на каждую автотрансформатор).

    Рис. 12 – Внутренний вид трехфазных стабилизаторов напряжения несбалансированного типа с сервоприводом

    Использование/преимущества стабилизатора напряжения с сервоприводом
    • Быстро реагируют на колебания напряжения.
    • Обладают высокой точностью стабилизации напряжения.
    • Они очень надежны
    • Они могут выдерживать скачки напряжения.
    Ограничения стабилизатора напряжения на основе сервопривода
    • Требуют периодического обслуживания.
    • Для устранения ошибки необходимо отрегулировать серводвигатель. Выравнивание серводвигателя требует умелых рук.

    Статические стабилизаторы напряжения

    Рис. 13 – Статические стабилизаторы напряжения

    Статический выпрямитель напряжения не имеет движущихся частей, как в случае стабилизаторов напряжения на основе сервопривода. Он использует схему силового электронного преобразователя для стабилизации напряжения. Эти статические стабилизаторы напряжения имеют очень высокую точность, а стабилизация напряжения находится в пределах ±1%.

    Статический стабилизатор напряжения содержит понижающий и повышающий трансформатор, силовой преобразователь на биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT), микроконтроллер, микропроцессор и другие важные компоненты.

    Рис. 14 – Статический стабилизатор напряжения, вид изнутри

    Как работает статический стабилизатор напряжения?

    Микроконтроллер/микропроцессор управляет силовым преобразователем IGBT для создания требуемого уровня напряжения с использованием метода широтно-импульсной модуляции.В методе «широтно-импульсной модуляции» преобразователи мощности с режимом переключения используют силовой полупроводниковый переключатель (например, полевой МОП-транзистор) для управления трансформатором для получения желаемого выходного напряжения. Затем это генерируемое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Buck & Boost. Преобразователь мощности IGBT также управляет фазой напряжения. Он может генерировать напряжение, которое может быть в фазе или на 180 градусов не в фазе с входным источником питания, что, в свою очередь, позволяет ему контролировать, должно ли напряжение добавляться или вычитаться в зависимости от повышения или падения уровня входного питания.

    Рис. 15 – Принципиальная схема статического стабилизатора напряжения

    Как только микропроцессор обнаруживает падение уровня напряжения, он посылает сигнал широтно-импульсной модуляции на преобразователь мощности IGBT. Преобразователь мощности IGBT соответственно генерирует напряжение, аналогичное разности напряжений, на которую уменьшилось входное питание. Это генерируемое напряжение находится в фазе с входным источником питания. Затем это напряжение подается на первичную обмотку понижающего и повышающего трансформатора.Поскольку вторичная обмотка понижающего и повышающего трансформатора подключена к входному источнику питания, напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, будет добавлено к входному источнику питания. И так стабилизированное повышенное напряжение потом будет подаваться на нагрузку.

    Аналогичным образом, как только микропроцессор обнаруживает повышение уровня напряжения, он отправляет сигнал широтно-импульсной модуляции на преобразователь мощности IGBT. Преобразователь мощности IGBT соответственно генерирует напряжение, аналогичное разности напряжений, на которую уменьшилось входное питание.Но на этот раз генерируемое напряжение будет на 180 градусов не совпадать по фазе с входным источником питания. Затем это напряжение подается на первичную обмотку понижающего и повышающего трансформатора. Поскольку вторичная обмотка понижающего и повышающего трансформатора подключена к входному источнику питания, напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, теперь будет вычтено из входного источника питания. Таким образом, на нагрузку будет подаваться стабилизированное пониженное напряжение.

    Использование/преимущества статических стабилизаторов напряжения
    • Они очень компактны по размеру.
    • Очень быстро реагируют на колебания напряжения.
    • Обладают очень высокой точностью стабилизации напряжения.
    • Поскольку нет движущихся частей, он почти не требует обслуживания.
    • Они очень надежны.
    • Их эффективность очень высока.
    Ограничения статического стабилизатора напряжения

    Они дороже своих аналогов

    В чем разница между стабилизатором напряжения и регулятором напряжения?

    Хорошо.. оба звучат одинаково. Оба они выполняют одну и ту же функцию стабилизации напряжения. Однако то, как они это делают, приносит разницу. Основное функциональное различие между стабилизатором напряжения и регулятором напряжения заключается в следующем:

    Стабилизатор напряжения представляет собой устройство, которое обеспечивает постоянное напряжение на выходе без каких-либо изменений входного напряжения. Принимая во внимание, что регулятор напряжения

    представляет собой устройство, которое обеспечивает постоянное напряжение на выходе без каких-либо изменений тока нагрузки.

    Как выбрать лучший стабилизатор напряжения для дома? Руководство по покупке

    При покупке стабилизатора напряжения необходимо учитывать различные факторы.В противном случае вы можете столкнуться со стабилизатором напряжения, который может работать хуже или хуже. Чрезмерная производительность не повредит, но это будет стоить вам дополнительных денег. Так почему бы не выбрать такой стабилизатор напряжения, который удовлетворит ваши требования и сэкономит ваш карман.

    Различные факторы, которые играют важную роль при выборе стабилизатора напряжения

    Различные факторы, которые играют жизненно важную роль и требуют рассмотрения перед выбором стабилизатора напряжения: –

    • Требуемая мощность устройства (или группы устройств)
    • Тип прибора
    • Уровень колебаний напряжения в вашем районе
    • Тип стабилизатора напряжения
    • Рабочий диапазон стабилизатора напряжения, который вам нужен Ваш стабилизатор напряжения

    Пошаговое руководство по выбору/покупке стабилизатора напряжения для дома

    Ниже приведены основные шаги, которые необходимо выполнить, чтобы выбрать лучший выпрямитель напряжения для дома: –

    • Проверьте номинальную мощность прибора, для которого нужен стабилизатор напряжения.Номинальная мощность указана на задней панели прибора в виде наклейки или паспортной таблички. Это будет в киловаттах (KW). Как правило, номинальная мощность стабилизатора напряжения указывается в кВА. Преобразуйте его в киловатты (кВт).

    (кВт = кВА x коэффициент мощности)

    • Рассмотрите возможность сохранения дополнительного запаса в размере 25-30 % от номинальной мощности стабилизатора. Это даст вам дополнительную возможность добавить любое устройство в будущем.
    • Проверьте предел допустимых колебаний напряжения. Если это соответствует вашим потребностям, вы готовы идти вперед.
    • Проверьте требования к установке и размер, который вам нужен.
    • Вы можете запросить и сравнить дополнительные функции в пределах одного ценового диапазона разных марок и моделей.

    Практический пример для лучшего понимания

    Предположим, вам нужен стабилизатор напряжения для вашего телевизора. Предположим, что ваш телевизор имеет номинальную мощность 1 кВА.

    0 comments on “Как сделать регулятор напряжения своими руками: Регулятор напряжения 220 В своими руками: схемы и способы сборки

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *