Принципиальная схема стабилизатора напряжения: Виды и схемы стабилизаторов напряжения

Виды и схемы стабилизаторов напряжения

Автор: Александр Старченко

Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.

Содержание:

  1. Виды стабилизаторов напряжения

Виды стабилизаторов напряжения

В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:

  • Феррорезонансные;
  • Сервоприводные;
  • Релейные;
  • Электронные;
  • Двойного преобразования.

Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами.

Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.

Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.

Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую  скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.

Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.

Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие  от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.

Электромеханический стабилизатор

Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:

  • Входной фильтр;
  • Плата измерения напряжения;
  • Автотрансформатор;
  • Серводвигатель;
  • Графитовый скользящий контакт;
  • Плата индикации.

 

В основе работы электромеханического стабилизатора лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.

Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.

При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.

Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.

Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

Релейный стабилизатор

В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:

  • Сетевой фильтр;
  • Плата контроля и управления;
  • Трансформатор;
  • Блок электромеханических реле;
  • Устройство индикации.

 

В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью  реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых  имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.

Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих приборов.

Пример схемы релейного стабилизатора

Еще одна схема стабилизатора релейного типа

Электронный стабилизатор

Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:

  • Фильтр сети;
  • Плата измерения напряжения и управления;
  • Трансформатор;
  • Блок силовых электронных ключей;
  • Плата индикации.

Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

 

Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.

Стабилизатор двойного преобразования

Это устройство, называемое так же инверторный стабилизатор, по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует  трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220в состоит из следующих узлов:

  • Фильтр сетевых помех;
  • Корректор мощности – выпрямитель;
  • Блок конденсаторов;
  • Инвертор;
  • Узел микропроцессора.

Напряжение сети, пройдя через фильтр, поступает на корректор – выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. В блоке конденсаторов запасается энергия, которая будет необходима при пониженном напряжении.

Обычно инвертор выполняется по схеме с использованием ШИМ контроллера. Дополнительное питание необходимо для питания микропроцессора, который управляет всей работой стабилизатора.

Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

Это устройство отличается уникальными параметрами, поскольку инверторный стабилизатор не изменяет величину напряжения сети, а заново его генерирует. Это позволяет получить напряжение высокого качества со стабильной частотой.

На базе инверторного принципа может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае можно на схемном уровне рассчитать величину напряжения на входе, которая может быть практически любой, а стабилизатор будет выдавать 220В.

С этим читают:

Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц сетях!

их схемы, принцип работы, плюсы и минусы

Содержание

Какие бывают виды стабилизаторов напряжения?

Возрастающий спрос на стабилизаторы напряжения связан как с активным использованием этих электроприборов во всех сферах человеческой деятельности, так и с периодически возникающими в сетях проблемами с качеством электроэнергии.

Специализированные магазины и интернет-сайты предлагают большой выбор стабилизаторов отечественного и зарубежного производства, удовлетворяющих практически любые запросы покупателей.

Каждый стабилизатор, несмотря на его мощность и стоимость, построен по типовой схеме (топологии), в основе которой заложен определённый физический принцип стабилизации электрической энергии. Всего таких топологий пять:

  • феррорезонансная;
  • электромеханическая;
  • релейная;
  • полупроводниковая;
  • инверторная.

Практически все виды стабилизаторов напряжения имеют свои преимущества и недостатки, которые в основном обусловлены схемой их построения. Основные параметры устройств каждого типа требуют пристального изучения, так как именно от их значений зависит эффективность работы выбранной модели стабилизатора с различной современной аппаратурой.

Феррорезонансные стабилизаторы

Это первые стабилизаторы, получившие широкое распространение в нашей стране. Начало их массового использования в 50-60-х годах ХХ века связано с появлением ламповых телевизоров и прочей бытовой техники, требующей защиты от сетевых колебаний.

Стабилизаторы такого типа отличаются от большинства более современных моделей простотой электронной схемой и отсутствием автотрансформатора. Они понижают или повышают значение напряжения за счёт эффекта феррорезонанса – электромагнитного взаимодействия между двумя дросселями один из которых имеет ненасыщенный сердечник (входной), а второй насыщенный (выходной).

Преимущества

Феррорезонансные стабилизаторы не имеют склонных к поломкам подвижных компонентов, что обеспечивает их надёжность и большой ресурс безотказной работы. Некоторые изделия советского производства до сих пор находятся в обиходе и исправно выполняют свою работу. Другие преимущества данной топологии:

  • надёжность и большой ресурс безотказной работы благодаря отсутствию склонных к поломкам подвижных компонентов;
  • высокая точность выходного напряжения за счёт плавного, безразрывного регулирования сетевого сигнала;
  • устойчивость к неблагоприятным условиям окружающей среды;
  • быстродействие.
Недостатки

Отвечающее современному уровню комфорта бытовое использование феррорезонансных стабилизаторов осложняется рядом свойственных им недостатков:

  • шумность работы – гул от встроенных трансформаторов ощущается даже через стену;
  • повышенное тепловыделение;
  • большой вес и крупные габариты;
  • малый диапазон регулируемого входного напряжения – более узкий, чем предельные значения отклонений, встречающихся в отечественных сетях;
  • невысокий КПД вследствие значительных потерь энергии на нагрев;
  • неспособность работать при перегрузках и на холостом ходу;
  • искажения синусоиды.

Стоить отметить, что все указанные недостатки характерны в первую очередь для классических феррорезонансных стабилизаторов первых поколений, в устройствах нового образца они максимально снижены или полностью исключены. Существенный минус современных моделей этой топологии – это их высокая цена, превышающая не только стоимость изделий других типов, но и on-line ИБП соответствующей мощности.

Применение

Несмотря на серьезные сдвиги в разработке более производительных, мощных и надежных преобразователей напряжения, устаревшие феррорезонансные стабилизаторы все еще пользуются спросом при работе с неприхотливой техникой такого же старого поколения. Приборы этой группы являются не самым удачным вариантом для бытового пользования по причине высокого уровня шумов и громоздкости конструкции, однако вполне могут быть использованы в подсобных помещениях или на загородных домах при плюсовых температурах.

Электромеханические стабилизаторы

Стабилизаторы данного типа появились практически одновременно с феррорезонансными, но имеют отличные от них конструкцию и принцип работы. Главные элементы любого устройства данной топологии – автотрансформатор и подвижный токосъёмный контакт, выполненный в виде ролика, ползунка или щетки.

Указанный контакт перемещается по обмотке трансформатора, вследствие чего происходит плавное увеличение или уменьшение коэффициента трансформации и соответствующее изменение (коррекция) поступающего из сети напряжения.

Первые электромеханические стабилизаторы имели ручную регулировки: специальный бегунок передвигался по катушке и отключал или подключал витки до количества, необходимого для достижения номинального значения выходного напряжения.

В современных устройствах этот процесс автоматизирован: плата управления анализирует входной ток и в случае отклонения его параметров сигнализирует сервоприводу, перекатывающему коммутационный контакт на сегмент тороидальной обмотки автотрансформатора с напряжением, максимально приближенным к номинальному.

Преимущества

Основное достоинство электромеханического принципа стабилизации напряжения – непрерывное регулирование с высокой точностью и без искажения синусоидальной формы сигнала. Также ключевым преимуществом является самая низкая стоимость электромеханических стабилизаторов на отечественном рынке.

Недостатки

Эти устройства имеют и ряд существенных недостатков, делающих их не самым оптимальным решением для защиты многих видов нагрузки, а именно:

  • низкое (за исключением некоторых моделей) быстродействие – скорость реакции на изменение входного сигнала ограничивается временем, требуемым сервоприводу для срабатывания;
  • возникновение кратковременных скачков выходного напряжения при резких перепадах входного, что пагубно влияет на чувствительные электронные компоненты защищаемого оборудования и осложняет применение в сетях с сильными перепадами напряжения;
  • низкое качество фильтрации входных электромагнитных помех и трансляция возмущающего воздействия на выход устройства;
  • низкая надежность из-за механически движущихся деталей, что значительно сокращает срок эксплуатации устройства, из-за чего именно этот тип стабилизаторов чаще всего выходит из строя.

Дополнительные неудобства при эксплуатации электромеханических стабилизаторов в домашних условиях создают:

  • повышенный уровень шума и возможное искрение при работе – следствие движения сервопривода по виткам катушки;
  • громоздкая конструкция, большое количество механических узлов и деталей, и, соответственно, большой вес;
  • необходимость периодического обслуживания подверженного износу узла механического контакта, надёжность которого снижается пропорционально числу срабатываний.

Кроме того, приборы этой группы могут давать сбои при длительном использовании в условиях отрицательной температуры – такому оборудованию комфортнее в отапливаемых помещениях.

Применение

Перечисленные недостатки обуславливают ограниченную сферу применения электромеханических стабилизаторов – они все еще востребованы в сетях без молниеносных скачков напряжения. Разумеется, такие устройства не подходят для бытового использования в домашних условиях, но вполне удачно используются в качестве временной стабилизации напряжения в подсобном хозяйстве, гаражах, небольших мастерских – там, где снижение температуры незначительно. Хотя рассматриваемый тип преобразователей постепенно уходит в прошлое и уступает место более современным конструкциям на релейной и тиристорной основе.

Релейные стабилизаторы

Приборы этой топологии относятся к электронным устройствам, действие которых построено на базе дискретного (ступенчатого) принципа стабилизации электроэнергии. Он заключается в автоматическом переключении обмоток автотрансформатора и выбора той, напряжение на которой максимально близко к номинальному.

Коммутация необходимых для повышения или снижения входного напряжения контуров происходит благодаря срабатыванию силовых электронных реле (отсюда и название данной разновидности стабилизаторов).

Управление процессом осуществляет специальный блок. Он контролирует характеристики сетевого напряжения и при их отклонении от установленного значения включает в работу ту или иную ступень стабилизации (количество ступеней соответствует числу установленных реле).

Преимущества

Основное преимущество этих устройств перед электромеханическими аппаратами устаревших конструкций – повышенная скорость срабатывания (не более 10-20 мс). Кроме того, релейные стабилизаторы обладают простейшей структурой, в которой исключены сложные узлы и дорогостоящие компоненты, что упрощает их техническое обслуживание и ремонт.

Ремонтные работы, как и сами приборы, отличаются низкой стоимостью. Релейные стабилизаторы не боятся перегрузок, чем и обусловлен их длительный срок эксплуатации. Также этот тип устройств выделяется сравнительно небольшими габаритами и малым весом. Они не требуют дополнительного охлаждения и отлично справляются со своими функциями в условиях отрицательных температур.

Недостатки

Главный недостаток релейных стабилизаторов напряжения – дискретное (неплавное) регулирование. Он обусловлен принципом работы и проявляется в виде мигания электрических ламп при переключении ступеней стабилизации.

Ступенчатая корректировка напряжения также:

  • снижает точность стабилизации (может достигать 10%), при этом рост быстродействия релейных устройств неминуемо повышает погрешность в их работе;
  • способствует трансляции искажений сетевой синусоиды на выход устройства.

Релейная топология сохраняет и ряд минусов присущих электромеханическим изделиям:

  • работа стабилизатора не бесшумна – срабатывание сопровождается звуковым эффектом, подобным щелчку;
  • реле в меньшей степени подвержены механическому износу, чем элементы сервопривода, но тенденция к ухудшению качества работы с увеличением срока эксплуатации сохраняется.
Применение

Релейные стабилизаторы подходят для защиты маломощных приборов в сетях, характеризующихся небольшими колебаниями напряжения. Вышеперечисленные недостатки говорят о недостаточном соответствии приборов этой группы требованиям по защите современной электроники, чувствительной к малейшим отклонениям питающего напряжения.

Тиристорные стабилизаторы

Данные устройства можно рассматривать как результат развития и усовершенствования дискретного принципа стабилизации. Их конструкция и принцип работы схожи с аппаратами релейной топологии.

Главное различие состоит в том, что переключение обмоток автотрансформатора выполняют не реле, а полупроводниковые силовые ключи – тиристоры, увеличивающие точность стабилизации и делающие работу устройства практически бесшумной.

Преимущества

Исполнительные блоки на базе полупроводниковых элементов не имеют механических деталей и обеспечивают минимальное время реакции на изменение входного напряжения (однако некоторая задержка всё-таки сохраняется).

Кроме бесшумной работы, быстродействия и увеличенной (относительно релейных моделей) точности стабилизации тиристорные стабилизаторы обладают следующими преимуществами:

  • долговечность и надежность – полупроводниковые компоненты не подвержены механическому износу и имеют большой рабочий ресурс;
  • широкий диапазон сетевого напряжения – возможна работа с большинством предельных отклонений;
  • отсутствие генерации электромагнитных помех при работе;
  • устойчивость к низким и высоким температурам окружающей среды;
  • скромные габариты и небольшой вес;
  • высокий КПД - отсутствие обмоток, реле и движимых элементов снижает уровень собственного энергопотребления.
Недостатки

Применение тиристорных ключей не способно полностью исключить основной недостаток дискретного принципа работы – ступенчатые скачки напряжения. Они неминуемо возникают при переключении трансформаторных обмоток и снижают точность стабилизации, повышение которой, как и в релейных моделях, негативно влияет на быстродействие устройства.

Даже самые современные стабилизаторы на полупроводниковых элементах не гарантируют безразрывное электропитание и сигнал идеальной синусоидальной формы. Определённые проблемы могут возникнуть, например, при работе с профессиональным аудио-видео оборудованием – помехи создаваемые при ступенчатом переключении отрицательно скажутся на качестве картинки и звука.

Ещё один минус тиристорных стабилизаторов – чувствительность к перегрузкам, которые могут привести к выходу из строя электронных ключей и дорогостоящему ремонту.

Симисторные стабилизаторы

Поскольку симисторы являются одним из типов тиристоров, то и принцип работы стабилизаторов на их базе существенно не различаются. Разница заключается в том, что в отличие от тиристоров, симисторы способны пропускать ток в обоих направлениях, поэтому нет необходимости в параллельно-встречном подключении двух тиристоров.

Также при подключении индуктивной нагрузки симисторы более уязвимы для скачков напряжения, нежели тиристоры, и требуют дополнительной защиты. Хотя этот недостаток компенсируется тем, что в симисторных устройствах применяется более простая электронная схема.

Преимущества

В целом же симисторные стабилизаторы обладают теми же преимуществами, что и тиристорные:

  • низкий уровень шума при работе;
  • быстрое реагирование на сетевые изменения – скорость составляет 10-20 мс;
  • высокий уровень КПД, достигающий 98%, что выделяет их среди конкурентов более старых поколений;
  • устойчивость к перегрузкам, например, тиристорные стабилизаторы способны проработать до 12 часов при перегрузке в 20%;
  • долговечность прибора при работе на износ, но в то же время дорогостоящий ремонт в случае выхода из строя одного из компонентов;
  • способность выдерживать температурные перепады, но уязвимость для повышенных уровней влажности.
Недостатки

Также устройства не лишены некоторых недостатков:

  • низкая точность регулирования, обусловленная ступенчатой стабилизацией;
  • более габаритная конструкция, по сравнению с тиристорными стабилизаторами;
  • высокая стоимость в сравнении с релейными моделями.
Применение

Подводя итог по тиристорным и симисторным моделям, следует уточнить, что по параметрам они не намного превосходят релейные стабилизаторы, хотя их стоимость выше и в случае возникновения неисправности замена электронных компонентов обойдется дороже. Тем не менее, такие приборы пользуются спросом и в домашних условиях, и на даче, поскольку неприхотливы к окружающей среде и в то же время не создают шума. Однако крайне не рекомендуется подключать высокоточное оборудование к тиристорным/симисторным стабилизаторам.

Инверторные стабилизаторы

Это наиболее «молодой» вид стабилизаторов – серийное производство начато в конце 2000-х годов. Инновационная конструкция и характеристики, недоступные для моделей других топологий, делают данные устройства прорывом в стабилизации электрической энергии.

Принцип действия данных устройств схож с on-line ИБП и построен на базе прогрессивной технологии двойного преобразования энергии. Сначала выпрямитель превращает входное переменное напряжение в постоянное, которое затем накапливается в промежуточных конденсаторах и подаётся на инвертор, осуществляющий обратное преобразование в переменное стабилизированное выходное напряжение.

Инверторные стабилизаторы кардинально отличаются от релейных, тиристорных и электромеханических по внутреннему строению. В частности, в них отсутствует автотрансформатор и любые подвижные элементы, в том числе и реле. Соответственно, стабилизаторы двойного преобразования избавлены от недостатков, присущих трансформаторным моделям.

Преимущества

Алгоритм работы этой группы устройств исключает трансляцию любого внешнего возмущающего воздействия на выход, что обеспечивает полную защиту от большинства проблем электроснабжения и гарантирует питание нагрузки напряжением идеальной синусоидальной формы со значением максимально приближенным к номинальному (точность ±2%).

Кроме того, инверторная топология устраняет все недостатки характерные другим принципам стабилизации электрической энергии и обеспечивает моделям, реализованным на её базе, уникальное быстродействие – стабилизатор реагирует на изменение входного сигнала мгновенно, без задержек во времени (0 мс)!

Другие важные преимущества инверторных стабилизаторов:

  • максимально широкие границы рабочего сетевого напряжения (от 90 до 310 В), при этом идеальная синусоидальная форма выходного сигнала сохраняется во всем указанном диапазоне;
  • непрерывное бесступенчатое регулирование напряжения – исключает ряд неприятных эффектов, связанных с переключением порогов стабилизации в электронных (релейных и полупроводниковых) моделях;
  • отсутствие автотрансформатора и подвижных механических контактов – повышает ресурс работы и снижает массу изделия;
  • наличие входного и выходного фильтров высоких частот – эффективно подавляют возникающие помехи (присутствуют не во всех моделях, характерны в частности для продукции ГК «Штиль» – ведущего производителя инверторных стабилизаторов).
Недостатки

Возникает закономерный вопрос - есть ли недостатки у инверторных устройств? Единственным и в то же время спорным недостатком является более высокая цена. Но учитывая технические требования современной бытовой техники и одновременно сохраняющуюся тенденцию перепадов сетевого напряжения, инверторные стабилизаторы сегодня являются самым экономически оправданным вариантом для постоянного пользования как в частных домах и загородных коттеджах, так и на промышленных объектах.

Устройства гарантируют устойчивое, корректное функционирование дорогостоящей бытовой техники и чувствительных электронных устройств при любом качестве питающей электросети.


Схема электрическая стабилизатора

Разработчики электрических и электронных устройств, в процессе их создания, исходят из того, что будущее устройство будет работать в условиях стабильного питающего напряжения. Это необходимо для того, чтобы электрическая схема электронного устройства, во-первых, обеспечивала стабильные выходные параметры в соответствии со своим целевым назначением, а во-вторых, стабильность питающего напряжения защищает устройство от скачков, чреватых слишком большими потребляемыми токами и перегоранием электрических элементов устройства. Для решения задачи обеспечения неизменности питающего напряжения применяют какой-либо вариант стабилизатора напряжения. По характеру потребляемого устройством тока различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.

Стабилизаторы переменного напряжения

Стабилизаторы переменного напряжения применяют, если отклонения напряжения в электрической сети от номинального значения превышают 10% . Такая норма выбрана исходя из того, что потребители переменного тока при таких отклонениях сохраняют свою работоспособность весь срок эксплуатации. В современной электронной технике, как правило, для решения задачи стабильного электропитания используют импульсный блок питания, при котором стабилизатор переменного напряжения не нужен. А вот в холодильниках, микроволновых печах, кондиционерах, насосах и т.п. требуется внешняя стабилизация питающего переменного напряжении. В таких случаях чаще всего используют стабилизатор одного из трёх типов: электромеханический, главным звеном которого является регулируемый автотрансформатор с управляемым электрическим приводом, релейно- трансформаторный, на базе мощного трансформатора, имеющего несколько отводов в первичной обмотке, и коммутатора из электромагнитных реле, симисторов, тиристоров или мощных ключевых транзисторов, а также чисто электронный. Широко распространенные в прошлом веке феррорезонансные стабилизаторы в настоящее время практически не используются из-за наличия многочисленных недостатков.

Для подключения потребителей к сети переменного тока 50 Гц применяют стабилизатор напряжения на 220 В. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа изображена на следующем рисунке.

Трансформатор А1 повышает напряжение в сети до уровня, достаточного для стабилизации выходного напряжения при низком входном напряжении. Регулирующий элемент РЭ осуществляет изменение выходного напряжения. На выходе управляющий элемент УЭ измеряет значение напряжения на нагрузке и выдает управляющий сигнал для его корректировки, если это необходимо.

Электромеханические стабилизаторы

В основе такого стабилизатора — использование бытового регулируемого автотрансформатора или лабораторного ЛАТРа. Применение автотрансформатора обеспечивает более высокий КПД установки. Рукоятка регулирования автотрансформатора удаляется, а на корпусе вместо нее соосно устанавливают небольшой двигатель с редуктором, обеспечивающим усилие вращения достаточное для поворота бегунка в автотрансформаторе. Необходимая и достаточная скорость вращения – около 1 оборота за 10 — 20 сек. Этим требованиям удовлетворяет двигатель типа РД-09, который раньше применялся в самопишущих приборах. Управляет двигателем электронная схема. При изменении сетевого напряжения в пределах +- 10 вольт выдаётся команда на двигатель, который поворачивает бегунок до достижения на выходе напряжения 220 В.

Примеры схем электромеханических стабилизаторов приведены ниже: 

Электрическая схема стабилизатора напряжения с использованием логических микросхем и релейного управления электроприводом

Электромеханический стабилизатор на основе операционного усилителя.

Достоинством подобных стабилизаторов является простота реализации и высокая точность стабилизации напряжения на выходе. К недостаткам следует отнести невысокую надёжность из — за присутствия механических подвижных элементов, относительно малую допустимую мощность нагрузки ( в пределах 250 … 500 Вт), малую распространенность в наше время автотрансформаторов и необходимых электродвигателей.

Релейно — трансформаторные стабилизаторы

Релейно — трансформаторный стабилизатор является более популярным в силу простоты реализации конструкции, применения распространенных элементов и возможности получения значительной выходной мощности (до нескольких киловатт), значительно превышающей мощность примененного силового трансформатора. На выбор его мощности влияет минимальное напряжение в конкретной сети переменного тока. Если, к примеру, оно не меньше 180 В, то от трансформатора потребуется обеспечение вольтодобавки 40 В, что в 5,5 раз меньше номинального напряжения в сети. Выходная мощность у стабилизатора во столько же раз будет больше, чем мощность силового трансформатора (если не учитывать КПД трансформатора и максимально допустимый ток через коммутирующие элементы). Число ступеней изменения напряжения, как правило, устанавливают в пределах 3 … 6 ступеней, что в большинстве случаев обеспечивает приемлемую точность стабилизации напряжения на выходе. При вычислении количества витков обмоток в трансформаторе для каждой ступени напряжение в сети принимается равным уровню срабатывания коммутирующего элемента. Как правило, в качестве коммутирующих элементов используют электромагнитные реле — схема выходит достаточно элементарной и не вызывающей затруднений при повторении. Недостатком такого стабилизатора является образование дуги на контактах реле в процессе коммутации, что разрушает контакты реле. В более сложных вариантах схем переключение реле производят в моменты перехода полуволны напряжения через нулевое значение, что предотвращает возникновение искры, правда при условии использования быстродействующих реле или коммутации на спаде предшествующей полуволны. Использование в качестве коммутирующих элементов тиристоров, симисторов или других бесконтактных элементов надёжность схемы резко возрастает, но усложняется из-за необходимости обеспечения гальванической развязки между цепями управляющих электродов и модулем управления. Для этого применяют оптронные элементы или разделительные импульсные трансформаторы. Ниже приведена принципиальная схема релейно — трансформаторного стабилизатора:

Схема цифрового релейно — трансформаторного стабилизатора на электромагнитных реле

Электронные стабилизаторы

Электронные стабилизаторы имеют, как правило, небольшую мощность (до 100 Вт) и необходимую для работы многих электронных устройств высокую стабильность выходного напряжения. Они обычно строятся в виде упрощённого усилителя низкой частоты, имеющего достаточно большой запас изменения уровня питающего напряжения и мощности. На его вход от электронного регулятора напряжения подаётся сигнал синусоидальной формы с частотой 50 Гц от вспомогательного генератора. Можно использовать понижающую обмотку силового трансформатора. Выход усилителя подключен к повышающему до 220 В трансформатору. Схема имеет инерционную отрицательную обратную связь по значению выходного напряжения, что гарантирует стабильность выходного напряжения с неискажённой формой. Для достижения мощности на уровне нескольких сотен ватт используют другие методы. Обычно применяют мощный преобразователь постоянного тока в переменный на основе использования нового вида полупроводников — так называемых IGBT транзисторо.

Эти коммутирующие элементы в ключевом режиме могут пропустить ток в несколько сотен ампер при максимально допустимом напряжении более 1000 В. Для управления такими транзисторами используются специальные виды микроконтроллеров с векторным управлением. На затвор транзистора с частотой в несколько килогерц подают импульсы с переменной шириной, которая меняется по программе, введенной в микроконтроллер. По выходу такой преобразователь нагружен на соответствующий трансформатор. Ток в цепи трансформатора меняется по синусоиде. В то же время напряжение сохраняет форму исходных прямоугольных импульсов с разной шириной. Такая схема используется в мощных источниках гарантированного питания, используемых для бесперебойной работы компьютеров. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа очень сложна и практически недоступна для самостоятельного воспроизведения.

Упрощенные электронные стабилизаторы напряжения

Такие устройства применяют, когда напряжение бытовой сети (особенно в условиях сельских населенных пунктов) нередко оказывается пониженным, практически никогда не обеспечивая номинальных 220 В.

В такой ситуации и холодильник работает с перебоями и риском выхода из строя, и освещение оказывается тусклым, и вода в электрочайнике долго не может закипеть. Мощности старенького, еще советских времен, стабилизатора напряжения, рассчитанного на питание телевизора, как правило, недостаточна для всех остальных бытовых электропотребителей, да и значение напряжения в сети часто падает ниже уровня, допустимого для подобного стабилизатора.

Существует простой метод для повышения напряжение в сети, путем использования трансформатора мощностью значительно меньшей мощности применяемой нагрузки. Первичная обмотка трансформатора включается непосредственно в сеть, а нагрузка подключается последовательно к вторичной (понижающей) обмотке трансформатора. При правильной фазировке напряжение на нагрузке окажется равным сумме снимаемого с трансформатора и сетевого напряжения.

Электрическая схема стабилизатора напряжения, действующего по этому несложному принципу, приведена рисунке ниже. Когда стоящий в диагонали диодного моста VD2 транзистор VT2 (полевой) закрыт, обмотка I (являющаяся первичной) трансформатора Т1 к сети не подключена. Напряжение на включенной нагрузке почти равно сетевому за минусом небольшого напряжения на обмотке II (вторичная) трансформатора Т1. При открытии полевого транзистора первичная обмотка трансформатора окажется замкнутой, а к нагрузке будет приложена сумма сетевого и напряжения вторичной обмотки.

Схема электронного стабилизатора напряжения

Напряжение с нагрузки, через трансформатор Т2 и диодный мост VD1 подается на транзистор VT1. Регулятор подстроечного потенциометра R1 должен быть выставлен в положение, обеспечивающее открытие транзистора VT1 и закрытие VT2, когда напряжение на нагрузке превышает номинальное (220 В). Если напряжение меньше 220 вольт транзистор VT1 закроется , a VT2 — откроется. Полученная таким способом отрицательная обратная связь сохраняет напряжение на нагрузке примерно равным номинальному значению.

Выпрямленное напряжение с моста VD1 используется и для запитки коллекторной цепи VT1 (через цепь интегрального стабилизатора DA1). Цепочка C5R6 гасит нежелательные скачки напряжения сток-исток на транзисторе VT2. Конденсатор С1 обеспечивает снижение помех, проникающих в сеть в процессе работы стабилизатора. Номиналы резисторов R3 и R5 подбирают, получая наилучшую и устойчивую стабилизацию напряжения. Выключатель SA1 обеспечивает включение и выключение стабилизатора и нагрузки. Замыкание выключателя SA2 отключает автоматику, стабилизирующую напряжение на нагрузке. Оно в таком варианте оказывается максимально возможным при текущем напряжении в сети.

После включения собранного стабилизатора в сеть, подстроечным резистором R1 устанавливают на нагрузке напряжение, равное 220 В. Нужно учесть, что вышеописанный стабилизатор не может устранить изменения сетевого напряжения, превышающие 220 В, или оказавшиеся ниже минимального, использованного при расчете обмоток трансформатора.

Замечание: В некоторых режимах работы стабилизатора мощность, рассеиваемая транзистором VT2, оказывается весьма значительной. Именно она, а не мощность трансформатора, может ограничить допустимую мощность нагрузки. Поэтому следует позаботиться о хорошем отводе тепла от этого транзистора.

Стабилизатор, устанавливаемый в сыром помещении, нужно обязательно поместить в заземленный металлический корпус.

Схема стабилизатора напряжения - простой расчёт

Чаще всего радиотехнические устройства для своего функционирования нуждаются в стабильном напряжении, не зависящем от изменений сетевого питания и от тока нагрузки. Для решения этих задач используются компенсационные и параметрические устройства стабилизации.

Параметрический стабилизатор

Его принцип работы заключается в свойствах полупроводниковых приборов. Вольтамперная характеристика полупроводника – стабилитрона показана на графике.

Во время включения стабилитрона свойства подобны характеристике простого диода на основе кремния. Если стабилитрон включить в обратном направлении, то электрический ток сначала будет расти медленно, но при достижении некоторой величины напряжения наступает пробой. Это режим, когда малый прирост напряжения создает большой ток стабилитрона. Пробойное напряжение называют напряжением стабилизации. Во избежание выхода из строя стабилитрона, течение тока ограничивают сопротивлением. При колебании тока стабилитрона от наименьшего до наибольшего значения, напряжение не изменяется.

На схеме показан делитель напряжения, который состоит из балластного сопротивления и стабилитрона. К нему параллельно подключена нагрузка. Во время изменения величины питания меняется и ток резистора. Стабилитрон берет изменения на себя: меняется ток, а напряжение остается постоянным. При изменении резистора нагрузки ток изменится, а напряжение останется постоянным.

Компенсационный стабилизатор

Прибор, рассмотренный ранее очень простой по конструкции, но дает возможность подключать питание прибора с током, который не превышает наибольшего тока стабилитрона. Вследствие этого используют приборы, стабилизирующие напряжение, и получившие название компенсационных. Они состоят из двух видов: параллельные и последовательные.

Называется прибор по методу подключения элементу регулировки. Обычно используются компенсационные стабилизаторы, относящиеся к последовательному виду. Его схема:

Элементом регулировки выступает транзистор, соединенный последовательно с нагрузкой. Напряжение выхода равняется разности значения стабилитрона и эмиттера, которое составляет несколько долей вольта, поэтому считается, что выходное напряжение равно стабилизирующему напряжению.

Рассмотренные приборы обоих типов имеют недостатки: невозможно получить точную величину напряжения выхода и производить регулировку во время работы. Если нужно создать возможность регулирования, то стабилизатор компенсационного вида изготавливают по схеме:

В этом приборе регулировка осуществляется транзистором. Основное напряжение выдает стабилитрон. Если напряжение выхода повышается, база транзистора получается отрицательной в отличие от эмиттера, транзистор откроется на большую величину и ток возрастет. Вследствие этого, напряжение отрицательного значения на коллекторе станет ниже, так же как и на транзисторе. Второй транзистор закроется, его сопротивление повысится, напряжение выводов повысится. Это приводит к снижению напряжения выхода и возвращению к бывшему значению.

При снижении напряжения выхода проходят подобные процессы. Отрегулировать точное напряжение выхода можно резистором настройки.

Стабилизаторы на микросхемах

Такие устройства в интегральном варианте имею повышенные характеристики параметров и свойств, которые отличаются от подобных приборов на полупроводниках. Также они обладают повышенной надежностью, небольшими габаритами и весом, а также небольшой стоимостью.

Последовательный стабилизатор

  • 1 – источник напряжения;
  • 2 – Элемент регулировки;
  • 3 – усилитель;
  • 4 – источник основного напряжения;
  • 5 – определитель напряжения выхода;
  • 6 – сопротивление нагрузки.

Элемент регулировки выступает в качестве изменяемого сопротивления, подключенного по последовательной схеме с нагрузкой. При колебании напряжения меняется сопротивление элемента регулировки так, что происходит компенсация таких колебаний. Воздействие на элемент регулировки производится по обратной связи, которая содержит элемент управления, источник основного напряжения и измеритель напряжения. Этот измеритель является потенциометром, с которого приходит часть напряжения выхода.

Обратная связь регулирует напряжение выхода, использующееся для нагрузки, напряжение выхода потенциометра становится равным основному напряжению. Колебания напряжения от основного создает некоторое падение напряжения на регулировке. Вследствие этого, измеряющим элементом в определенных границах можно осуществлять регулировку напряжения выхода. Если стабилизатор планируется изготовить на определенную величину напряжения, то измеряющий элемент создается внутри микросхемы с компенсацией температуры. При наличии большого интервала напряжения выхода, измеряющий элемент выполняется за микросхемой.

Параллельный стабилизатор

  • 1 – источник напряжения;
  • 2 –элемент регулирующий;
  • 3 – усилитель;
  • 4 – источник основного напряжения;
  • 5 – измерительный элемент;
  • 6 – сопротивление нагрузки.

Если сравнить схемы стабилизаторов, то прибор последовательного вида имеет повышенный КПД при неполной загрузке. Прибор параллельного вида расходует неизменную мощность от источника и выдает ее на элемент регулировки и нагрузку. Стабилизаторы параллельные рекомендуется использовать при неизменных нагрузках при полной загруженности. Стабилизатор параллельный не создает опасности при КЗ, последовательный вид при холостом ходе. При неизменной нагрузке оба прибора создают высокий КПД.

Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами

Инновационные варианты схем стабилизаторов последовательного вида выполнены на 3-выводной микросхеме. Вследствие того, что есть всего лишь три вывода, их проще использовать в практическом применении, так как они вытесняют остальные виды стабилизаторов в интервале 0,1-3 ампера.

  1. U вх – необработанное напряжение входа;
  2. U вых –напряжение выхода.

Можно не использовать емкости С1 и С2, однако они позволяют оптимизировать свойства стабилизатора. Емкость С1 применяется для создание стабильности системы, емкость С2 нужна по той причине, что внезапное повышение нагрузки нельзя отследить стабилизатором. В таком случае поддержка тока осуществляется емкостью С2. Практически часто применяются микросхемы серии 7900 от компании Моторола, которые стабилизируют положительную величину напряжения, а 7900 – величину со знаком минус.

Микросхема имеет вид:

Для увеличения надежности и создания охлаждения стабилизатор монтируют на радиатор.

Стабилизаторы на транзисторах

На 1-м рисунке схема на транзисторе 2SC1061.

На выходе прибора получают 12 вольт, на напряжение выхода зависит прямо от напряжения стабилитрона. Наибольший допустимый ток 1 ампер.

При применении транзистора 2N 3055 наибольший допускаемый ток выхода можно повысить до 2 ампер. На 2-м рисунке схема стабилизатора на транзисторе 2N 3055, напряжение выхода, как и на рисунке 1 зависит от напряжения стабилитрона.

  • 6 В — напряжение выхода, R1=330, VD=6,6 вольт
  • 7,5 В — напряжение выхода, R1=270, VD = 8,2 вольт
  • 9 В — напряжение выхода, R1=180, Vd=10

На 3-м рисунке – адаптер для автомобиля – аккумуляторное напряжение в автомобиле равно 12 В. Для создания напряжения меньшего значения применяют такую схему.

Стабилизаторы напряжения: классификация, схемы, параметры, достоинства

Параметры стабилизаторов напряжения

Важнейшими параметрами стабилизатора напряжения являются коэффициент стабилизации Kст, выходное сопротивление Rвых и коэффициент полезного действия η.

Коэффициент стабилизации определяют из выражения Kст= [ ∆uвх/ uвх] / [ ∆uвых/ uвых]

где uвх, uвых — постоянные напряжения соответственно на входе и выходе стабилизатора; ∆uвх — изменение напряжения uвх; ∆uвых — изменение напряжения uвых, соответствующее изменению напряжения ∆uвх.

Чем больше коэффициент стабилизации, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении входного. У простейших стабилизаторов величина Kст составляет единицы, а у более сложных — сотни и тысячи.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Таким образом, коэффициент стабилизации — это отношение относительного изменения напряжения на входе к соответствующему относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора определяется выражением Rвых= | ∆uвых/ ∆iвых|

где ∆uвых— изменение постоянного напряжения на выходе стабилизатора; ∆iвых— изменение постоянного выходного тока стабилизатора, которое вызвало изменение выходного напряжения.

Выходное сопротивление стабилизатора является величиной, аналогичной выходному сопротивлению выпрямителя с фильтром. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки. У простейших стабилизаторов величина Rвых составляет единицы Ом, а у более совершенных — сотые и тысячные доли Ома. Необходимо отметить, что стабилизатор напряжения обычно резко уменьшает пульсации напряжения.

Коэффициент полезного действия стабилизатора ηст — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Рн, к мощности, потребляемой от входного источника напряжения Рвх: ηст = Рн / Рвх

Традиционно стабилизаторы разделяют на параметрические и компенсационные.

Интересное видео о стабилизаторах напряжения:

Параметрические стабилизаторы

Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82).
Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в).
Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения uэ (на ∆uэ), а значит, и входного напряжения uвх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину ∆uвых.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше ∆uвых.

Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆uвх (на схеме пунктир):

Rвых= rд|| R0≈ rд, т.к. R0>> rд ηст = ( uвых· Iн) / ( uвх· Iвх) = ( uвых· Iн) / [ uвх( Iн + Iвх) ].

Kст= ( ∆uвх/ uвх) : ( ∆uвых/ uвых) Так как обычно Rн>> rд Следовательно, Kст≈ uвых / uвх· [ ( rд+ R0) / rд]

Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения.

Компенсационные стабилизаторы

Представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Характерными элементами компенсационного стабилизатора являются источник опорного (эталонного) напряжения (ИОН), сравнивающий и усиливающий элемент (СУЭ) и регулирующий элемент (РЭ).

Напряжение на выходе стабилизатора или некоторая часть этого напряжения постоянно сравнивается с эталонным напряжением.

В зависимости от их соотношения сравнивающим и усиливающим элементом вырабатывается управляющий сигнал для регулирующего элемента, изменяющий его режим работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным.

В качестве ИОН обычно используют ту или иную электронную цепь на основе стабилитрона, в качестве СУЭ часто используют операционный усилитель, а в качестве РЭ — биполярный или полевой транзистор.

Чаще всего регулирующий элемент включают последовательно с нагрузкой. В этом случае стабилизатор называют последовательным (рис. 2.83, а).


Иногда регулирующий элемент включают параллельно нагрузке, и тогда стабилизатор называют параллельным (рис. 2.83, б. Здесь СУЭ и ИОН с целью упрощения не показаны). В параллельном стабилизаторе используется балластное сопротивление Rб, включаемое последовательно с нагрузкой.

В зависимости от режима работы регулирующего элемента стабилизаторы разделяют на непрерывные и импульсные (ключевые, релейные).

В непрерывных стабилизаторах регулирующий элемент (транзистор) работает в активном режиме, а в импульсных — в импульсном.

Рассмотрим типичную принципиальную схему непрерывного стабилизатора (рис. 2.84, а).
Эта схема соответствует приведенной выше структурной схеме последовательного стабилизатора. Для того чтобы выполнить наиболее просто анализ этой схемы на основе тех допущений, которые были рассмотрены при изучении операционного усилителя,изобразим эту схему по-другому. При этом цепи питания операционного усилителя для упрощения рисунка изображать не будем.
Из схемы (рис. 2.84, б) очевидно, что на элементах R2, R3, DA и VT построен неинвертирующий усилитель на основе ОУ с выходным каскадом в виде эмиттерного повторителя на транзисторе VT, а входным напряжением для него является выходное напряжение параметрического стабилизатора напряжения на элементах R1 и VD. В соответствии с указанными выше допущениями получаем:

uR3= uст, т.е. iR3· R3= uст

uR2 = uR3 – uвых

iR2 = − iR3 = − uст/ R3

Подставляя выражение для iR2 в предыдущее уравнение, получим − uст/ R3· R2= uст – uвых. Следовательно, uвых = uст· ( 1 + R2/ R3)

Последнее выражение в точности повторяет соответствующие выражения для неинвертирующего усилителя (входным напряжением является напряжение uст).

Полезно отметить, что ООС охватывает два каскада — на операционном усилителе и на транзисторе. Рассматриваемая схема является убедительным примером, демонстрирующим преимущество общей отрицательной обратной связи по сравнению с местной.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Основным недостатком стабилизаторов с непрерывным регулированием является невысокий КПД, поскольку значительный расход мощности имеет место в регулирующем элементе, так как через него проходит весь ток нагрузки, а падение напряжения на нем равно разности между входным и выходным напряжениями стабилизатора.

В конце 60-х годов стали выпускать интегральные микросхемы компенсационных стабилизаторов напряжения с непрерывным регулированием (серия К142ЕН). В эту серию входят стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением, с регулируемым выходным напряжением и двухполярным и входным и выходным напряжениями. В тех случаях, когда через нагрузку необходимо пропускать ток, превышающий предельно допустимые значения интегральных стабилизаторов, микросхему дополняют внешними регулирующими транзисторами.

Некоторые параметры интегральных стабилизаторов приведены в табл. 2.1, а вариант подключения к стабилизатору К142ЕН1 внешних элементов — на рис. 2.85.
Резистор R предназначен для срабатывания защиты по току, а R1 — для регулирования выходного напряжения. Микросхемы К142УН5, ЕН6, ЕН8 являются функционально законченными стабилизаторами с фиксированным выходным напряжением, но не требуют подключения внешних элементов.

Импульсные стабилизаторы напряжения в настоящее время получили распространение не меньшее, чем непрерывные стабилизаторы.

Благодаря применению ключевого режима работы силовых элементов таких стабилизаторов, даже при значительной разнице в уровнях входных и выходных напряжений можно получить КПД, равный 70 − 80 %, в то время как у непрерывных стабилизаторов он составляет 30 − 50%.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

В силовом элементе, работающем в ключевом режиме, средняя за период коммутации мощность, рассеиваемая в нем, значительно меньше, чем в непрерывном стабилизаторе, так как хотя в замкнутом состоянии ток, протекающий через силовой элемент, максимален, однако падение напряжения на нем близко к нулю, а в разомкнутом состоянии ток, протекающий через него, равен нулю, хотя напряжение максимально. Таким образом, в обоих случаях рассеиваемая мощность незначительна и близка к нулю.

Малые потери в силовых элементах приводят к уменьшению или даже исключению охлаждающих радиаторов, что значительно уменьшает массогабаритные показатели. Кроме того, использование импульсного стабилизатора позволяет в ряде случаев исключить из схемы силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, что также улучшает показатели стабилизаторов.

К недостаткам импульсных источников питания относят наличие пульсаций выходного напряжения.

Рассмотрим импульсный последовательный стабилизатор напряжения (рис. 2.86).
Ключ S периодически включается и выключается схемой управления (СУ) в зависимости от значения напряжения на нагрузке. Напряжение на выходе регулируют, изменяя отношение tвкл / tвыкл, где tвкл, tвыкл — длительности отрезков времени, на которых ключ находится соответственно во включенном и выключенном состояниях. Чем больше это отношение, тем больше напряжение на выходе.

В качестве ключа S часто используют биполярный или полевой транзистор.

Диод обеспечивает протекание тока катушки индуктивности тогда, когда ключ выключен и, следовательно, исключает появление опасных выбросов напряжения на ключе в момент коммутации. LC-фильтр снижает пульсации напряжения на выходе.

Ещё одно интересное видео о стабилизаторах:

Схема стабилизатора напряжения сети 220В » Паятель.Ру


Стабилизатор представляет собой сетевой автотрансформатор, отводы обмотки которого переключаются автоматически в зависимости от величины напряжения в электросети. Стабилизатор позволяет поддерживать выходное напряжение на уровне 220V при изменении входного от 180 до 270 V. Точность стабилизации 10V. Принципиальную схему можно разделить на слаботоковую схему (или схему управления) и сильнотоковую (или схему автотрансформатора).


Схема управления показана на рисунке 1. Роль измерителя напряжения возложена на поликомпараторную микросхему с линейной индикацией напряжения, - А1 (LM3914).

Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку маломощного трансформатора Т1. У этого трансформатора есть две вторичные обмотки, по 12V на каждой, имеющие один общий вывод (или одна обмотка на 24V с отводом от середины).

Выпрямитель на диоде VD1 служит для получения питающего напряжения. Напряжение с конденсатора С1 поступает на цепь питания микросхемы А1 и светодиодов оптопар Н1.1-Н9.1. А так же, он служит для получения образцовых стабильных напряжений минимальной и максимальной отметки шкалы.

Для их получения используется параметрический стабилизатор на VD3 и R1. Предельные значения измерения устанавливаются подстроечными резисторами R2 и R3 (резистором R2 - верхнее значение, резистором R3 - нижнее).

Измеряемое напряжение берется с другой вторичной обмотки трансформатора Т1. Оно выпрямляется диодом VD2 и поступает на резистор R5. Именно по уровню постоянного напряжения на резисторе R5 производится оценка степени отклонения сетевого напряжения от номинального значения В процессе налаживания резистор R5 предварительно устанавливают в среднее положение, а резистор R3 в нижнее по схеме.

Затем, на первичную обмотку Т1 от автотрансформатора типа ЛАТР подают повышенное напряжение (около 270V) и резистором R2 выводят шкалу микросхемы на значение, при котором горит светодиод, подключенный к выводу 11 (временно вместо светодиодов оптопар можно подключить обычные светодиоды).

Затем входное переменное напряжение уменьшают до 190V и резистором R3 выводят шкалу на значение когда горит светодиод, подключенный к выводу 18 А1.

Если вышеуказанные настройки сделать не удается, нужно подстроить немного R5 и повторить их снова. Так, путем последовательных приближений добиваются результата, когда изменению входного напряжения на 10V соответствует переключение выходов микросхемы А1.

Рис.2
Всего получается девять пороговых значений, - 270V, 260V, 250V, 240V, 230V, 220V, 210V, 200V, 190V. Принципиальная схема автотрансформатора показана на рисунке 2. В его основе лежит переделанный трансформатор типа ЛАТР.

Корпус трансформатора разбирают и удаляют ползунковый контакт, который служит для переключения отводов. Затем по результатам предварительных измерений напряжений от отводов делают выводы (от 180 до 260V с шагом в 10V), которые, в дальнейшем переключают при помощи симисторных ключей VS1-VS9, управляемых системой управления посредством оптопар Н1-Н9.

Оптопары подключены так, что при снижении показания микросхемы А1 на одно деление (на 10V) происходит переключение на повышающий (на очередные 10V) отвод автотрансформатора. И наоборот, - увеличение показаний микросхемы А1 приводит к переключению на понижающий отвод автотрансформатора.

Подбором сопротивления резистора R4 (рис. 1) устанавливают ток через светодиоды оптопар, при котором симисторные ключи переключаются уверенно. Схема на транзисторах VT1 и VT2 (рис. 1) служит для задержки включения нагрузки автотрансформатора на время, необходимое на завершение переходных процессов в схеме после включения. Эта схема задерживает подключение светодиодов оптопар к питанию.

Вместо микросхемы LM3914 нельзя использовать аналогичные микросхемы LM3915 или LM3916, из-за того, что они работают по логарифмическому закону, а здесь нужен линейный, как у LM3914. Трансформатор Т1 - малогабаритный китайский трансформатор типа TLG, на первичное напряжение 220V и два вторичных по 12V (12-0-12V) и ток 300mA. Можно использовать и другой аналогичный трансформатор.

Трансформатор Т2 можно сделать из ЛАТРа, как описано выше, или намотать его самостоятельно. Симисторы можно использовать другие, - все зависит от мощности нагрузки. Можно даже использовать в качестве элементов коммутации электромагнитные реле.

Сделав другие настройки резисторами R2, R3, R5 (рис. 1) и, соответственно, другие отводы Т2 (рис. 2) можно изменить шаг переключения напряжения.

Принципиальные схемы стабилизаторов напряжения | Полезные статьи TEPLOCOM

21-05-2015

Основные типы стабилизаторов напряжения

В настоящее время большее распространение получили следующие типы стабилизаторов напряжения:

  • релейные стабилизаторы;
  • электронные стабилизаторы;
  • электромеханические стабилизаторы.

Выбор типа стабилизатора напряжения определяется спецификой задачи, которую нужно решить. Различные схемы построения стабилизатора напряжения определяют основные параметры приборов. Среди важных параметров стабилизаторов следует выделить следующие:

  • точность стабилизации;
  • скорость стабилизации;
  • надёжность работы;
  • защита от электрических помех;
  • срок эксплуатации;
  • стоимость стабилизатора.

Рассмотрим принципы работы основных типов стабилизаторов напряжения и их принципиальные электрические схемы.

Схема работы релейного стабилизатора

Схема работы релейного стабилизатора напряжения основана на ступенчатом регулировании напряжения путем автоматической коммутации секций вторичной обмотки трансформатора. Коммутация секций обмоток происходит с помощью силовых реле, работой которых управляет электронная плата. Специальный процессор ведет контроль входного и выходного напряжения, вычисляет необходимое число трансформации и осуществляет коммутацию нужного числа силовых реле. Такая схема стабилизатора позволяет быстро и эффективно стабилизировать напряжение в нужном диапазоне.

Принципиальная электрическая схема релейного стабилизатора напряжения

Схема работы электронного стабилизатора

Схема работы электронного стабилизатора напряжения основана на ступенчатом регулировании напряжения путем автоматической коммутации секций вторичной обмотки трансформатора. Коммутация секций обмоток происходит с помощью силовых тиристоров, работой которых управляет электронный блок управления. Напряжение на выходе стабилизатора в случае применения схемы вольтодобавочного типа определяется суммированием основного и добавочного напряжения. Такая схема стабилизатора позволяет быстро и эффективно стабилизировать напряжение в нужном диапазоне, обеспечивая высокую надёжность и бесшумность работы.

Принципиальная электрическая схема релейного стабилизатора напряжения

Схема работы электромеханического стабилизатора

Схема работы электромеханического стабилизатора напряжения основана на плавном регулировании напряжения путём автоматической коммутации дополнительного числа витков вторичной обмотки трансформатора. Коммутация дополнительных витков трансформатора происходит с помощью подвижного контакта, приводимого в движение сервоприводом. Положением подвижного контакта управляет электронный или аналоговый блок управления. Как только напряжение на входе становиться большим или меньшим установленного, блок управления дает команду на перемещение подвижного контакта до момента установления правильного напряжения на выходе. Эта схема работы стабилизатора позволяет вести плавное и точное изменение напряжения. Однако время стабилизации напряжения в такой схеме стабилизатора достаточно велико. Большим минусом стабилизаторов, построенных по этой схеме, является физический износ подвижного контакта.

Принципиальная электрическая схема электромеханического стабилизатора напряжения

Читайте также по теме:


Тех. поддержка

Бастион в соц. сетях

Канал Бастион на YouTube

Регуляторы напряжения

, схемы, типы, принцип работы, конструкция, применение

Регулятор напряжения предназначен для автоматического «регулирования» уровня напряжения. Он в основном понижает входное напряжение до желаемого уровня и поддерживает его на том же уровне во время подачи питания. Это гарантирует, что даже при приложении нагрузки напряжение не падает.

Таким образом, регулятор напряжения используется по двум причинам: -

  1. Для регулирования или изменения выходного напряжения цепи.
  2. Для поддержания постоянного выходного напряжения на желаемом уровне, несмотря на колебания напряжения питания или тока нагрузки.

Чтобы узнать больше об основах этого предмета, вы также можете обратиться к Регулируемый источник питания .

Регуляторы напряжения

находят свое применение в компьютерах, генераторах переменного тока, электростанциях, где схема используется для управления мощностью установки. Регуляторы напряжения можно разделить на электромеханические и электронные.Его также можно классифицировать как регуляторы переменного тока или регуляторы постоянного тока.

Мы уже рассказали о регуляторах напряжения IC .

Электронный регулятор напряжения

Все электронные регуляторы напряжения будут иметь стабильный источник опорного напряжения, который обеспечивается рабочим диодом обратного напряжения пробоя, называемым стабилитроном. Основная причина использования регулятора напряжения - поддержание постоянного выходного напряжения постоянного тока. Он также блокирует пульсации переменного напряжения, которые не могут быть заблокированы фильтром.Хороший регулятор напряжения может также включать дополнительные схемы защиты, такие как короткое замыкание, схему ограничения тока, тепловое отключение и защиту от перенапряжения.

Электронные регуляторы напряжения разработаны на основе любого из трех или комбинации любого из трех регуляторов, указанных ниже.

1. Транзисторный стабилизатор напряжения с стабилитроном

Стабилизатор напряжения, управляемый стабилитроном, используется, когда эффективность регулируемого источника питания становится очень низкой из-за высокого тока.Существует два типа транзисторных стабилизаторов напряжения, управляемых стабилитроном.

Стабилизатор напряжения серии управляемых транзисторов на стабилитронах

Такую схему еще называют регулятором напряжения с эмиттерным повторителем. Он назван так потому, что используемый транзистор подключен по схеме эмиттерного повторителя. Схема состоит из транзистора N-P-N и стабилитрона. Как показано на рисунке ниже, выводы коллектора и эмиттера транзистора включены последовательно с нагрузкой. Таким образом, этот регулятор имеет в себе именную серию.Используемый транзистор представляет собой транзистор с последовательным проходом.

Стабилизатор напряжения с последовательным транзисторным управлением на стабилитронах

Выходной сигнал выпрямителя, который отфильтрован, затем подается на входные клеммы, и на нагрузочном резисторе Rload получается регулируемое выходное напряжение Vload. Опорное напряжение обеспечивается стабилитроном, а транзистор действует как переменный резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от рабочих условий тока базы Ibase.

Основной принцип работы такого регулятора заключается в том, что большая часть изменения напряжения питания или входного напряжения возникает на транзисторе, и, таким образом, выходное напряжение имеет тенденцию оставаться постоянным.

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Ваут = Взенер - Вбе

Напряжение базы транзистора Vbase и напряжение стабилитрона Vzener равны, поэтому значение Vbase остается почти постоянным.

Эксплуатация

Когда входное напряжение питания Vin увеличивается, выходное напряжение Vload также увеличивается. Это увеличение Vload вызовет снижение напряжения Vbe эмиттера базы транзистора, поскольку напряжение стабилитрона Vzener является постоянным.Это уменьшение Vbe вызывает снижение уровня проводимости, что дополнительно увеличивает сопротивление коллектор-эмиттер транзистора и, таким образом, вызывает увеличение напряжения коллектор-эмиттер транзистора, и все это вызывает снижение выходного напряжения Vout. Таким образом, выходное напряжение остается постоянным. Операция аналогична при уменьшении входного напряжения питания.

Следующим условием будет влияние изменения выходной нагрузки на выходное напряжение. Рассмотрим случай, когда ток увеличивается за счет уменьшения сопротивления нагрузки Rload.Это вызывает уменьшение значения выходного напряжения и, таким образом, вызывает увеличение напряжения эмиттера базы транзистора. Это вызывает уменьшение сопротивления коллектора-эмиттера из-за увеличения уровня проводимости транзистора. Это приводит к небольшому увеличению входного тока и, таким образом, компенсирует уменьшение сопротивления нагрузки Rload.

Самым большим преимуществом этой схемы является то, что изменения тока стабилитрона уменьшаются в β раз, и, таким образом, эффект стабилитрона значительно снижается, и получается гораздо более стабильный выходной сигнал.

Выходное напряжение последовательного регулятора Vout = Vzener - Vbe. Ток нагрузки Iload схемы будет максимальным током эмиттера, который может пройти транзистор. Для обычного транзистора, такого как 2N3055, ток нагрузки может доходить до 15 А. Если ток нагрузки равен нулю или не имеет значения, то ток, потребляемый от источника питания, можно записать как Izener + Ic (min). Такой регулятор напряжения с эмиттерным повторителем более эффективен, чем обычный стабилизатор напряжения. Обычный стабилитрон, в котором есть только резистор и стабилитрон, должен обеспечивать ток базы транзистора.

Ограничения

Ограничения, перечисленные ниже, доказали, что использование этого последовательного регулятора напряжения подходит только для низких выходных напряжений.

  1. С повышением температуры в помещении значения Vbe и Vzener имеют тенденцию к уменьшению. Таким образом, выходное напряжение нельзя поддерживать постоянным. Это еще больше увеличит напряжение эмиттера базы транзистора и, следовательно, нагрузку.
  2. Нет возможности изменить выходное напряжение в цепи.
  3. Из-за небольшого процесса усиления, обеспечиваемого только одним транзистором, схема не может обеспечить хорошее регулирование при высоких токах.
  4. По сравнению с другими регуляторами, этот регулятор имеет плохое регулирование и подавление пульсаций в отношении изменений на входе.
  5. Рассеиваемая мощность проходного транзистора велика, потому что она равна Vcc Ic, и почти все изменения возникают при Vce, а ток нагрузки приблизительно равен току коллектора. Таким образом, при прохождении больших нагрузочных токов транзистор должен рассеивать большую мощность и, следовательно, нагреваться.

Шунтирующий транзисторный стабилизатор напряжения с стабилитроном

На изображении ниже показана принципиальная схема шунтирующего регулятора напряжения.Схема состоит из NPN-транзистора и стабилитрона, а также последовательного резистора Rseries, подключенного последовательно с входным источником питания. Стабилитрон подключен к базе и коллектору транзистора, который подключен к выходу.

Транзисторный шунтирующий стабилизатор напряжения с стабилитроном

Работа

Поскольку в последовательном сопротивлении Rseries наблюдается падение напряжения, вместе с ним уменьшается и нерегулируемое напряжение. Величина падения напряжения зависит от тока, подаваемого на нагрузку Rload.Величина напряжения на нагрузке зависит от стабилитрона и напряжения эмиттера базы транзистора Vbe.

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Vout = Vzener + Vbe = Vin - I.Rseries

Выход остается почти постоянным, поскольку значения Vzener и Vbe почти постоянны. Это условие объясняется ниже.

Когда напряжение питания увеличивается, выходное напряжение и напряжение эмиттера базы транзистора увеличиваются и, таким образом, увеличивается базовый ток Ibase и, следовательно, увеличивается ток коллектора Icoll (Icoll = β.Ibase).

Таким образом, напряжение питания увеличивается, вызывая увеличение тока питания, который, в свою очередь, вызывает падение напряжения на последовательном сопротивлении Rseries и тем самым снижает выходное напряжение. Этого уменьшения будет более чем достаточно, чтобы компенсировать первоначальное увеличение выходного напряжения. Таким образом, производительность остается почти постоянной. Работа, описанная выше, происходит в обратном порядке, если напряжение питания уменьшается.

Когда сопротивление нагрузки Rload уменьшается, ток нагрузки Iload увеличивается из-за уменьшения токов через базу и коллектор Ibase и Icoll.Таким образом, на Rseries не будет падения напряжения, а входной ток останется постоянным. Таким образом, выходное напряжение останется постоянным и будет разницей между напряжением питания и падением напряжения на последовательном сопротивлении. Это происходит наоборот, если увеличивается сопротивление нагрузки.

Ограничения

Последовательный резистор вызывает огромные потери мощности.

1. Ток питания через транзистор будет больше, чем через нагрузку.

2. В цепи могут быть проблемы, связанные с перенапряжением.

2. Дискретный транзисторный регулятор напряжения

Дискретные транзисторные регуляторы напряжения можно разделить на два. Они объясняются ниже. Эти две схемы способны производить регулируемое выходное постоянное напряжение, которое регулируется или поддерживается на заданном уровне, даже если входное напряжение изменяется или нагрузка, подключенная к выходному зажиму, изменяется.

Стабилизатор напряжения серии на дискретных транзисторах

Блок-схема дискретного стабилизатора напряжения транзисторного типа приведена ниже.Элемент управления размещен для сбора нерегулируемого входа, который контролирует величину входного напряжения и передает его на выход. Затем выходное напряжение возвращается в схему выборки, затем сравнивается с опорным напряжением и отправляется обратно на выход.

Стабилизатор напряжения

на дискретных транзисторах Таким образом, если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, схема компаратора выдает управляющий сигнал, чтобы заставить элемент управления уменьшать величину выходного напряжения, пропуская его через схему выборки и сравнивая его, тем самым поддерживая постоянное значение. и стабильное выходное напряжение.

Предположим, что выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, схема компаратора выдает управляющий сигнал, который заставляет последовательный элемент управления увеличивать величину выходного напряжения, таким образом поддерживая стабильность.

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

Блок-схема дискретного транзисторного шунтирующего стабилизатора напряжения приведена ниже. Как следует из названия, регулирование напряжения обеспечивается за счет отвода тока от нагрузки. Элемент управления шунтирует часть тока, возникающего в результате входного нерегулируемого напряжения, подаваемого на нагрузку.Таким образом, напряжение регулируется на нагрузке. Из-за изменения нагрузки, если есть изменение выходного напряжения, оно будет скорректировано путем подачи сигнала обратной связи в схему компаратора, которая сравнивается с опорным напряжением и передает выходной управляющий сигнал на элемент управления для корректировки величины. сигнала, необходимого для отвода тока от нагрузки.

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

Если выходное напряжение увеличивается, шунтирующий ток увеличивается и, таким образом, создается меньший ток нагрузки и поддерживается стабилизированное выходное напряжение.Если выходное напряжение уменьшается, ток шунта уменьшается и, таким образом, создается больший ток нагрузки и поддерживается постоянное регулируемое выходное напряжение. В обоих случаях важную роль играют схема выборки, схема компаратора и элемент управления.

Ограничения транзисторных регуляторов напряжения

Устойчивое и стабилизированное выходное напряжение, получаемое от регулятора, ограничено диапазоном напряжений (30-40) вольт. Это связано с малым значением максимального напряжения коллектор-эмиттер транзистора (50 Вольт).Это ограничивает использование транзисторных источников питания.

3. Электромеханический регулятор

Как следует из названия, это регулятор, сочетающий в себе электрические и механические характеристики. Процесс регулирования напряжения осуществляется спиральным измерительным проводом, который действует как электромагнит. Магнитное поле создается соленоидом в соответствии с протекающим через него током. Это магнитное поле притягивает движущийся материал сердечника из железа, который связан с натяжением пружины или гравитационным притяжением.Когда напряжение увеличивается, ток усиливает магнитное поле, поэтому сердечник притягивается к соленоиду. Магнит физически связан с механическим переключателем. Когда напряжение уменьшается, магнитное поле, создаваемое сердечником, уменьшается, поэтому натяжение пружины заставляет сердечник втягиваться. Это замыкает механический переключатель и позволяет току течь.

Если конструкция механического регулятора чувствительна к небольшим колебаниям напряжения, к соленоиду может быть добавлен селекторный переключатель в диапазоне сопротивлений или обмотки трансформатора для постепенного повышения и понижения выходного напряжения или для изменения положения подвижного элемента. катушка регулятора переменного тока.

Ранее автомобильные генераторы и генераторы переменного тока содержали механические регуляторы. В регуляторах такого типа процесс выполняется одним, двумя или тремя реле и различными резисторами, чтобы установить выходную мощность генератора чуть выше 6 или 12 вольт, и этот процесс не зависит от частоты вращения двигателя или нагрузки, изменяющейся на транспортном средстве. электрическая система. Реле используются для выполнения широтно-импульсной модуляции для регулирования выходной мощности генератора и управления током возбуждения, проходящим через генератор.

Регулятор, используемый для генераторов постоянного тока, отключается от генератора, когда он не работает, чтобы предотвратить обратный поток электричества от батареи к генератору. В противном случае он будет работать как мотор.

4. Автоматический регулятор напряжения (АРН)

Этот активный системный регулятор в основном используется для регулирования выходного напряжения очень больших генераторов, которые обычно используются на кораблях, нефтяных вышках, больших зданиях и т. Д. Схема AVR сложна и состоит из всех активных и пассивных элементов, а также микроконтроллеров.Основной принцип работы AVR такой же, как и у обычного регулятора напряжения. Входное напряжение возбудителя генератора контролируется АРН, и когда напряжение генератора увеличивается или уменьшается, выходное напряжение генератора автоматически увеличивается или уменьшается. Будет предопределенная уставка, по которой АРН определяет величину напряжения, которое должно передаваться на возбудитель каждую миллисекунду. Таким образом регулируется выходное напряжение. Та же операция становится более сложной, когда только один АРН используется для регулирования нескольких генераторов, подключенных параллельно.

5. Трансформатор постоянного напряжения (CVT)

В некоторых случаях вариатор также используется в качестве регулятора напряжения. CVT состоит из резонансной обмотки высокого напряжения и конденсатора, который производит регулируемое выходное напряжение для любого типа входного переменного тока. Как и обычный трансформатор, вариатор имеет первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка находится на стороне магнитного шунта, а вторичная обмотка - на противоположной стороне с настроенной цепью катушки. Регулирование поддерживается за счет магнитного насыщения вторичных обмоток.Чтобы узнать больше о вариаторах, ознакомьтесь с нашей статьей - Трансформатор постоянного напряжения .

Некоторые применения регуляторов напряжения

  • Используется во всех блоках питания электронных устройств для регулирования напряжения и защиты устройства от повреждений
  • Используется с генератором двигателей внутреннего сгорания для регулирования выходной мощности генератора.
  • Используется для электронных схем для подачи точного количества напряжения

Примечание. Стабилизаторы напряжения отличаются от стабилизаторов напряжения.Регуляторы используются для понижения напряжения до желаемого уровня, тогда как стабилизатор «стабилизирует» напряжение. Регуляторы в основном используются для постоянного тока, а стабилизаторы - для переменного тока. Стабилизаторы удерживают напряжение от слишком высокого или слишком низкого, чтобы не повредить подключенное к нему устройство, например телевизор или холодильник.

Стабилизатор напряжения

: принцип работы и принципиальная схема | Регулятор напряжения в источнике питания

Выходное напряжение источника питания обычно уменьшается при приложении нагрузки.Это снижение нехорошо, и его необходимо свести к минимуму. Величина этого уменьшения измеряется по сравнению с напряжением холостого хода.

Снижение напряжения под нагрузкой по сравнению с напряжением источника питания без нагрузки называется процентом регулирования напряжения .

Это один из факторов, используемых для определения качества источника питания. Выражается математически:

\ [Percentage \ text {} Voltage \ text {} Regulation = \ frac {{{E} _ {nl}} - {{E} _ {fl}}} {{{E} _ {fl }}} \ times 100 \]

Где E nl равно напряжению без нагрузки, а E fl равно напряжению при полной нагрузке.

Пример регулирования напряжения 1

Источник питания имеет напряжение холостого хода 30 вольт. Это напряжение падает до 25 вольт при приложении нагрузки. Каков его процент регулирования?

\ [Процент \ text {} Напряжение \ text {} Регулировка = \ frac {{{E} _ {nl}} - {{E} _ {fl}}} {{{E} _ {fl}}} \ times 100 \]

\ [Процент \ text {} Напряжение \ text {} Регулировка = \ frac {30V-25V} {25V} \ times 100 = 20% \]

Нагрузочный резистор

Для завершения В базовой схеме источника питания нагрузочный резистор подключен к источнику питания, Рисунок 1 .Этот резистор служит трем важным целям .

Рисунок 1. Полная цепь питания с нагрузочным резистором.

Первый , нагрузочный резистор служит отводом . Выпускной клапан позволяет заряженным конденсаторам стекать. Во время работы источника питания пиковые напряжения сохраняются в конденсаторах секций фильтра. Эти конденсаторы остаются заряженными после выключения оборудования. Эти конденсаторы могут быть опасны при случайном прикосновении техника.

Нагрузочный резистор позволяет этим конденсаторам разряжаться, когда они не используются. Мудрый техник всегда принимает дополнительные меры предосторожности и замыкает конденсаторы на землю с помощью изолированной отвертки.

Во-вторых, нагрузочный резистор улучшает регулирование. Нагрузочный резистор действует как предварительная нагрузка на источник питания. Это вызывает падение напряжения. Когда оборудование подключено к источнику питания, добавляемое падение довольно мало, и регулирование улучшается.

Пример регулирования напряжения 2

Предположим, что напряжение на клеммах источника питания составляет 30 вольт без нагрузочного резистора.К нему не подключено никакое оборудование. При подключении и включении оборудования напряжение падает до 25 вольт. Регулирование составляет 20 процентов. (См. Предыдущий пример в разделе «Регулировка напряжения».)

Если резистор, подключенный к источнику питания, дает начальное падение до 26 вольт, то выходное напряжение считается 26 вольт. Если оборудование, которое теперь подключено к источнику питания, вызывает падение напряжения до 25 вольт, то регулирование источника питания будет следующим:

\ [Percentage \ text {} Voltage \ text {} Regulation = \ frac {{{E} _ {nl }} - {{E} _ {fl}}} {{{E} _ {fl}}} \ times 100 \]

\ [Percentage \ text {} Voltage \ text {} Regulation = \ frac {26V- 25V} {25V} \ times 100 = 4% \]

Полезное напряжение источника изменилось всего на четыре процента.

Еще одним преимуществом предварительной нагрузки подачи является усиление фильтрующего действия дросселя. Резистор позволяет току постоянно течь в источнике питания. Дроссель имеет лучшую фильтрующую способность в этом текущем состоянии, чем когда ток изменяется от низкого значения до нуля.

В-третьих, резистор нагрузки действует как делитель напряжения. Нагрузочный резистор обеспечивает возможность получения нескольких напряжений от источника питания.

Замена резистора с одной нагрузкой на отдельные последовательно включенные резисторы дает несколько фиксированных напряжений постоянного тока, Рисунок 2 .Для регулировки напряжения можно также использовать скользящий резистор отвода.

Рисунок 2. Делитель напряжения на выходе источника питания.

Эта схема называется делителем напряжения. Он использует закон Ома (падение напряжения на резисторе равно току, умноженному на сопротивление, или E = I × R). На рисунке 2, и, следовательно, изменяют напряжение на этом отводе.

Пример делителя напряжения

В части A рисунка 3 делитель напряжения состоит из трех резисторов на пять кОм (кОм).Подача 30 вольт делится на 10, 20 и 30 вольт на клеммах C, B и A соответственно. В части B к клемме C подключена нагрузка в пять кОм, как показано. Он параллелен R 3 , и сопротивление становится:

\ [{{R} _ {T}} = \ frac {{{R} _ {3}} \ times {{R} _ {L}}} {{{R} _ {3}} + {{R} _ {L}}} = \ frac {5000 \ Omega \ times 5000 \ Omega} {5000 \ Omega +5000 \ Omega} = 2500 \]

Рисунок 3. Диаграммы показывают изменение сопротивления в делителе напряжения при подключении нагрузки.

Общее сопротивление источника питания с подключенным RL составляет 5000 Ом + 5000 Ом + 2500 Ом = 12 500 Ом. Теперь можно рассчитать ток через делитель.

\ [I = \ frac {{{E} _ {source}}} {R} = \ frac {30V} {12,500 \ Omega} = 0.0024A = 2.4mA \]

Используя общий ток, мы можем рассчитать отдельные падения напряжения. Напряжение в точке C:

$ {{E} _ {C}} = I \ times R = 0,0024A \ times 2500 \ Omega = 6V $

Напряжение в точке B составляет 18 вольт. Если бы к точке B была подключена другая нагрузка, это привело бы к дальнейшему изменению деления напряжения.

Принципиальная схема регулятора напряжения

Необходим некоторый метод для обеспечения постоянного выходного напряжения на источнике питания при переменных условиях нагрузки. Этот метод учитывает тот факт, что падение напряжения на резисторе равно произведению тока на сопротивление. Этот метод представляет собой схему, называемую регулятором напряжения . Это показано на рисунках 4 и 5. Полный вход фильтра источника питания подается на клеммы A и B.Регулируемый выход проходит через точки C и B.

Стабилизатор напряжения, используемый на рисунке 4, часто называют трехконтактным стабилизатором напряжения . Обычные выходные регулируемые напряжения могут составлять 5, 6, 8, 12, 15, 18, 24 В и т. Д. (Производители также могут иметь различные номинальные значения тока).

Рисунок 4. Базовая принципиальная схема регулятора напряжения

Рисунок 5. Схема и схемы подключения регуляторов напряжения.(National Semiconductor Corp.)

Регуляторы напряжения

выпускаются в нескольких распространенных конструкциях транзисторных корпусов (TO-3, TO-39, TO-202, TO-220 и т. Д.). Эти твердотельные регуляторы в основном защищены от взрыва. Они требуют использования радиатора для отвода избыточного тепла от устройства.

Внутренние схемы, используемые в этих регуляторах напряжения, довольно сложны. У них есть несколько транзисторов, диодов, стабилитронов , и резисторов, встроенных в один небольшой корпус. На рис. 5 показаны схемы двух регуляторов напряжения и конструкции их корпусов.

Пример использования регулятора напряжения можно увидеть в автомобиле. Регулятор напряжения автомобиля контролирует уровень напряжения от генератора.

Сертификат серии

»Примечания по электронике

Последовательный регулятор или регулятор последовательного прохода - наиболее широко используемый вид регулятора напряжения, используемый в линейных источниках питания.


Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания Шунтирующий регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **

См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Последовательный регулятор напряжения или, как его иногда называют, последовательный регулятор напряжения - наиболее часто используемый подход для обеспечения окончательного регулирования напряжения в линейно регулируемом источнике питания.

Линейный стабилизатор серии обеспечивает высокий уровень производительности, особенно когда требуется низкий уровень шума, пульсаций и переходных процессов на регулируемом выходе.

Существует множество схем, использующих дискретные электронные компоненты, которые обеспечивают линейное регулирование с помощью последовательного элемента, и в дополнение к этому практически все ИС линейных регуляторов используют этот подход.

Это означает, что существует множество вариантов последовательных регуляторов напряжения, которые открываются при проектировании электронной схемы источника питания.

Основы регуляторов напряжения серии

В последовательном регуляторе напряжения или последовательном регуляторе напряжения используется регулируемый элемент, включенный последовательно с нагрузкой. Изменяя сопротивление последовательного элемента, можно изменять падение напряжения на нем, чтобы напряжение на нагрузке оставалось постоянным.

Блок-схема последовательного регулятора напряжения

Преимущество последовательного регулятора напряжения состоит в том, что величина потребляемого тока фактически равна величине, потребляемой нагрузкой, хотя некоторая часть будет потребляться любой схемой, связанной с регулятором.В отличие от шунтирующего регулятора напряжения, последовательный регулятор не потребляет полный ток, даже если нагрузка не требует никакого тока. В результате последовательный стабилизатор напряжения значительно более эффективен.

Вместо того, чтобы потреблять ток, который не требуется нагрузке для поддержания напряжения, он снижает разницу напряжений между входным напряжением и требуемым стабилизированным напряжением.

Для поддержания достаточного уровня регулирования и подавления шумов и переходных процессов, которые могут возникать на входящем напряжении, последовательные линейные регуляторы напряжения должны значительно снижать напряжение.Многим высококачественным стабилизаторам напряжения с низким уровнем шума и пульсации требуется несколько вольт на последовательном регулирующем элементе. Это означает, что в этом компоненте рассеивается значительная мощность, и для устройства последовательного регулятора, а также для источника питания в целом требуется хороший теплоотвод и отвод тепла.

Хотя последовательный регулятор значительно более эффективен, чем шунтирующий регулятор, он значительно менее эффективен, чем импульсный источник питания. Эффективность последовательного регулятора напряжения и любых линейных источников питания, использующих их, будет зависеть от нагрузки и т. Д., Но часто достигаются уровни эффективности менее 50%, тогда как источники питания с импульсным режимом могут достигать уровней более 90%.

Стабилизаторы напряжения серии

имеют относительно низкий уровень эффективности по сравнению с импульсным блоком питания, но они обладают преимуществами простоты, а также на их выходе отсутствуют всплески переключения, наблюдаемые на некоторых импульсных блоках питания, хотя SMPS улучшаются, а производительность многих сейчас исключительно хорошо.

Регулятор напряжения простой эмиттерный повторитель

Конструкция электронной схемы простого транзисторного регулятора напряжения с эмиттерным повторителем очень проста.Сама по себе эта схема не используется широко в линейном источнике питания, но может использоваться в другом оборудовании для обеспечения понижающего напряжения и т. Д. От шины с более высоким напряжением.

Базовый последовательный стабилизатор с использованием стабилитрона и эмиттерного повторителя

В схеме используется однопроходный транзистор в виде конфигурации эмиттерного повторителя и одиночный стабилитрон или другой диод регулятора напряжения, управляемый резистором от нерегулируемого источника питания.

Это обеспечивает простую форму системы обратной связи, обеспечивающую поддержание напряжения стабилитрона на выходе, хотя и со снижением напряжения, равным напряжению перехода база-эмиттер - 0.6 вольт для кремниевого транзистора.

Спроектировать такую ​​схему последовательного регулятора напряжения несложно. Зная максимальный ток, требуемый нагрузкой, можно рассчитать максимальный ток эмиттера. Это достигается делением тока нагрузки, то есть тока эмиттера транзистора, на Β или hfe транзистора.

Стабилитрону обычно требуется минимум около 10 мА, чтобы маленький стабилитрон мог поддерживать свое регулируемое напряжение.Затем следует рассчитать резистор, чтобы обеспечить базовый ток возбуждения и минимальный ток Зенера, исходя из данных о нерегулируемом напряжении, напряжении Зенера и требуемом токе. [(Нерегулируемое напряжение - напряжение стабилитрона) / ток]. К току следует добавить небольшой запас, чтобы обеспечить достаточно места для запаса при нагрузке, и, следовательно, база транзистора принимает полный ток.

Рассеиваемая мощность стабилитрона должна быть рассчитана для случая, когда ток нагрузки и, следовательно, ток базы равен нулю.В этом случае стабилитрон должен будет принимать полный ток, проходящий через последовательный резистор.

Иногда через стабилитрон или опорный диод напряжения может быть помещен конденсатор, чтобы помочь устранить шум и любые переходные процессы напряжения, которые могут возникнуть.

Выборка выходного сигнала

Простая схема последовательного регулятора напряжения с эмиттерным повторителем напрямую сравнивает выходной сигнал с опорным напряжением. Таким образом, выходное напряжение было равно опорному, без учета падения напряжения на базе эмиттера.

Однако можно улучшить характеристики регулятора напряжения, выбрав часть выходного напряжения и сравнив ее с эталонным. Для этой функции можно использовать дифференциальный усилитель, например операционный усилитель. Если это будет сделано, то выходное напряжение станет больше, чем опорное напряжение, поскольку отрицательная обратная связь в цепи борется за сохранение двух сравниваемых напряжений одинаковыми.

Если, например, опорное напряжение составляет 5 вольт, а дискретизатор или делитель потенциала обеспечивает 50% выходного напряжения, то выходное напряжение будет поддерживаться на уровне 10 вольт.

Последовательный регулятор напряжения с дискретным выходом / figcaption>

Деление потенциала или выборку можно сделать переменными, и, таким образом, выходное напряжение можно отрегулировать до требуемого значения. Обычно этот метод используется только для небольших настроек, поскольку минимальный выходной уровень, полученный этим методом, равен выходному напряжению, равному опорному напряжению.

Следует помнить, что использование делителя потенциала снижает коэффициент усиления контура обратной связи. Это снижает коэффициент усиления контура и тем самым снижает характеристики регулирования.Обычно существует достаточное усиление контура, чтобы это не было большой проблемой, за исключением случаев, когда дискретизируется только очень небольшая часть выходного сигнала.

Также следует проявлять осторожность, чтобы не увеличивать выходное напряжение до точки, при которой на регуляторе не будет достаточного падения напряжения для достаточного регулирования выходного напряжения.

Регулятор прохода серии

с обратной связью

Чтобы обеспечить улучшенный уровень производительности по сравнению с простым эмиттерным повторителем, можно добавить более сложную сеть обратной связи в схему регулятора напряжения.Это достигается путем дискретизации выходного сигнала, сравнения его с эталоном, а затем использования некоторого вида дифференциального усилителя для обратной связи по разнице с целью исправления ошибок.

Можно использовать простую двухтранзисторную схему для последовательного регулятора с измерением напряжения и обратной связью. Хотя довольно просто использовать операционный усилитель, который обеспечит более высокий уровень обратной связи и, следовательно, лучшее регулирование, эта двухтранзисторная схема хорошо иллюстрирует принципы.

Простая схема последовательного регулятора с двумя транзисторами

В этой схеме TR1 образует последовательный транзистор. Второй транзистор, TR2, действует как дифференциальный усилитель, подавая напряжение ошибки между опорным диодом и измеренным выходным напряжением, которое является пропорцией выходного напряжения, установленного потенциометром. Резистор R1 обеспечивает ток для коллектора TR2 и диода опорного напряжения ZD1.

Опорное напряжение

Любой линейный стабилизатор напряжения может быть настолько хорош, насколько хорош источник опорного напряжения, который используется в качестве основы для сравнения в системе.Хотя теоретически можно использовать аккумулятор, для большинства приложений это не подходит. Вместо этого почти повсеместно используются эталоны на основе стабилитронов.

Интегральные стабилизаторы и эталоны

используют сложные комбинации транзисторов и резисторов на кристалле для получения точных источников опорного напряжения с температурной компенсацией.

Опорное напряжение должно подаваться от нерегулируемого источника питания. Его нельзя взять из регулируемой мощности, так как есть проблемы с запуском.При запуске нет выхода, поэтому выход задания будет нулевым, и он будет поддерживаться до запуска задания.

Упрощенный источник опорного напряжения для последовательного регулятора напряжения

Часто выход опорного источника подается через делитель потенциала. Это не только снижает выходное напряжение, которое обычно очень полезно, но также позволяет добавить к выходу конденсатор, чтобы помочь устранить любую пульсацию или шум, которые могут присутствовать. Пониженное напряжение также полезно, потому что минимальное выходное напряжение определяется опорным напряжением.

Стабилизаторы напряжения серии с малым падением напряжения

Одним из факторов, которые необходимо учитывать при выборе любого регулятора, является напряжение, которое должно подаваться на элемент последовательного прохода. Часто для линейных регуляторов требуется значительное падение поперечного сечения элемента последовательного прохода для достижения наилучшего регулирования и подавления шума. Например, линейный регулятор с выходным напряжением 12 вольт может быть рассчитан на входное напряжение 18 вольт или более.

Для любого линейного регулятора существует минимальное напряжение, которое требуется на последовательном элементе, прежде чем регулятор «отключится».«Это падение напряжения можно увидеть во многих интегральных схемах линейных регуляторов.

В некоторых схемах важно иметь регулятор с низким падением напряжения. Если доступное входное напряжение не очень высокое, важно иметь линейный стабилизатор с низким падением напряжения. Он должен хорошо регулироваться, несмотря на ограниченное напряжение на нем.

Хотя схемы, показанные здесь, представляют собой простые транзисторные схемы, те же принципы используются в более крупных схемах, а также в интегральных схемах.В одних и тех же концепциях регуляторов серии, а также в схемах опорных диодов, выборки и других областях используются одни и те же элементы.

Используемые здесь концепции используются практически в линейных регулируемых источниках питания, которые могут предложить очень хорошие уровни производительности. Источники питания с линейным регулированием больше и тяжелее, чем блоки питания с импульсным режимом, однако они получили название за низкий уровень шума и хорошее регулирование на выходе, без скачков, которые есть у некоторых блоков питания с импульсным режимом.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . . Принципиальная схема

и ее работа

В системе электропитания регулятор является важным компонентом, используемым для управления выходной мощностью в силовой электронике.Силовую электронику можно определить как управление, а также преобразование электроэнергии в части электроники. Стабилизатор напряжения генерирует стабильный выходной сигнал при изменении входа или нагрузки. Существуют различные типы стабилизаторов напряжения, такие как стабилитрон, последовательный, шунтирующий, фиксированный положительный, IC, регулируемый, отрицательный, двойное отслеживание и т. Д. В этой статье обсуждается обзор транзисторного регулятора напряжения серии.

Что такое стабилизатор напряжения серии транзисторов?

Последовательный стабилизатор напряжения можно определить как регулятор, который имеет ограничения, такие как высокое рассеивание, менее эффективный, а также напряжение транзистора и напряжения стабилитрона при повышении температуры.


Конструкция схемы последовательного транзисторного регулятора напряжения

Эта схема регулятора напряжения показана ниже. Следующая схема может быть построена как на транзисторе, так и на стабилитроне. В этой схеме ток нагрузки протекает через транзистор серии Q1. Это причина называть этот регулятор последовательным транзисторным регулятором напряжения. Когда на входные клеммы схемы подается нерегулируемый источник постоянного тока, мы можем получить регулируемый выход через нагрузку.Здесь стабилитрон обеспечивает опорное напряжение.

Схема последовательного регулятора напряжения транзистора

Регулятор последовательного напряжения на транзисторе работает , когда напряжение на базе транзистора поддерживается на уровне стабильного напряжения на диоде. Например, если напряжение стабилитрона составляет 8 В, базовое напряжение транзистора останется примерно 8 В. Следовательно, Vout = VZ - VBE

Operation

Работа этого транзистора может выполняться в двух случаях, например, когда выходное напряжение увеличивается и уменьшается.

При уменьшении выходного напряжения

Когда в цепи понижается напряжение включения / выключения, тогда напряжение BE увеличивается, и транзистор начинает работать в большей степени. В результате выходное напряжение будет поддерживаться на стабильном уровне.

Когда увеличивается выходное напряжение

Когда в цепи повышается выходное напряжение, тогда напряжение BE будет уменьшаться, и транзистор будет работать хуже. В результате выходное напряжение будет поддерживаться на стабильном уровне.

Преимущества / недостатки

Преимущества s регуляторов напряжения этой серии перечислены ниже.

  • Основное преимущество этой схемы регулятора напряжения состоит в том, что изменения тока стабилитрона уменьшаются на коэффициент ß. Следовательно, эффект импеданса стабилитрона будет значительно уменьшен, и мы сможем получить дополнительный стабилизированный выход.

Недостатки регулятора напряжения серии перечислены ниже.

  • Корректировки в пределах тока Зенера значительно уменьшены; произведенное количество не является полностью стабильным.Это происходит из-за того, что как VZ, так и VBE уменьшаются при повышении температуры в помещении.
  • Изменить напряжение o / p непросто, потому что таких ресурсов нет.

Таким образом, КПД стабилитрона RPS (стабилизированного источника питания) становится чрезвычайно низким при высоком токе нагрузки. В этих условиях часто используется стабилитрон, похожий на транзистор, для поддержания стабильного напряжения включения / выключения. По сути, транзисторные регуляторы напряжения, которыми управляет стабилитрон, подразделяются на два типа, а именно последовательные регуляторы напряжения и шунтирующие регуляторы напряжения.Вот вам вопрос, какова основная функция регулятора напряжения?

Работа и применение схемы ИС регулятора напряжения 7805

Введение

В этом руководстве мы рассмотрим одну из наиболее часто используемых ИС регуляторов, ИС регулятора напряжения 7805. Стабилизированный источник питания очень важен для некоторых электронных устройств, поскольку используемый в них полупроводниковый материал имеет фиксированную скорость тока, а также напряжение. Устройство может быть повреждено при отклонении от фиксированной ставки.

Одним из важных источников питания постоянного тока являются аккумуляторные батареи. Но использование батарей в чувствительных электронных схемах - не лучшая идея, поскольку батареи со временем разряжаются и теряют свой потенциал.

Кроме того, напряжение, обеспечиваемое аккумуляторами, обычно составляет 1,2 В, 3,7 В, 9 В и 12 В. Это хорошо для цепей, требования к напряжению которых находятся в этом диапазоне. Но большая часть ИС TTL работает с логикой 5 В, и, следовательно, нам нужен механизм, обеспечивающий постоянное питание 5 В.

На помощь приходит микросхема стабилизатора напряжения 7805.Это ИС семейства линейных регуляторов напряжения 78XX, которые выдают на выходе стабилизированное напряжение 5 В.

Краткое примечание по регулятору напряжения 7805

7805 - это трехконтактная ИС линейного стабилизатора напряжения с фиксированным выходным напряжением 5 В, которая полезна в широком диапазоне приложений. В настоящее время микросхема стабилизатора напряжения 7805 производится компаниями Texas Instruments, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Diodes incorporated, Infineon Technologies и т.д. ТО-3.Из них наиболее часто используется пакет TO-220 (он показан на изображении выше).

Вот некоторые из важных характеристик микросхемы 7805:

  • Она может обеспечивать ток до 1,5 А (с радиатором).
  • Имеет как внутреннее ограничение тока, так и функции теплового отключения.
  • Для полноценной работы требуется минимум внешних компонентов.

Схема выводов микросхемы регулятора напряжения 7805

Как упоминалось ранее, 7805 представляет собой трехконтактное устройство, три контакта которого равны 1.ВХОД, 2. ЗАЗЕМЛЕНИЕ и 3. ВЫХОД. На следующем изображении показаны контакты типичной ИС 7805 в корпусе To-220.

Описание контактов 7805 приведено в следующей таблице:

PIN NO. PIN ОПИСАНИЕ
1 INPUT Pin 1 является INPUT Pin. На этот вывод подается положительное нерегулируемое напряжение.
2 ЗАЗЕМЛЕНИЕ Контакт 2 - это ЗАЗЕМЛЕНИЕ.Это общее как для ввода, так и для вывода.
3 ВЫХОД Контакт 3 является ВЫХОДНЫМ контактом. На этот вывод микросхемы поступает регулируемый выход 5В.

Базовая схема 7805

Как я ранее говорил о регулируемом источнике питания как об устройстве, которое работает с постоянным напряжением и может постоянно поддерживать свой выход при фиксированном напряжении, даже если есть значительные изменения во входном напряжении постоянного тока.

Согласно техническим характеристикам 7805 IC, основная схема, необходимая для работы 7805 в качестве полноценного регулятора, очень проста.Фактически, если входной источник питания представляет собой нерегулируемое постоянное напряжение, все, что вам нужно, - это два конденсатора (даже они не являются обязательными в зависимости от реализации).

На приведенной выше схеме показаны все компоненты, необходимые для правильной работы микросхемы 7805. Конденсатор 0,22 мкФ рядом со входом требуется только в том случае, если расстояние между микросхемой стабилизатора и фильтром источника питания велико. Кроме того, конденсатор 0,1 мкФ рядом с выходом не является обязательным, и если он используется, он помогает в переходных процессах.

В этой схеме VIN - это входное напряжение для 7805 IC, а источником может быть любая батарея нерегулируемого постоянного тока. VOUT - это выход микросхемы 7805, которая является регулируемым напряжением 5 В.

Как получить постоянный источник питания постоянного тока от переменного тока?

Хотя батареи могут использоваться в качестве входа для ИС регулятора напряжения 7805, мы сталкиваемся с определенными трудностями, такими как частая разрядка батарей и снижение уровней напряжения батарей с течением времени.

Лучшая альтернатива использованию батарей - это подача нерегулируемого, но выпрямленного постоянного напряжения от источника переменного тока.Поскольку источник переменного тока легко доступен в качестве источника питания от сети, мы можем разработать схему для преобразования сети переменного тока в постоянный ток и предоставить ее в качестве входа для ИС регулятора напряжения 7805.

Принципиальная схема

На следующем изображении показана принципиальная схема получения регулируемого напряжения 5 В от сети переменного тока.

Необходимые компоненты
  • Понижающий трансформатор 230 В - 12 В
  • Мостовой выпрямитель (или 4 диода PN - 1N4007)
  • Предохранитель 1 А
  • Конденсатор 1000 мкФ
  • 7805 IC регулятора напряжения 0
  • .Конденсатор 22 мкФ
  • Конденсатор 0,1 мкФ
  • 1N4007 Диод

[Также прочтите: Как сделать регулируемый таймер]

Рабочий

Источник питания переменного тока от сети сначала преобразуется в нерегулируемый постоянный ток, а затем в постоянный регулируемый постоянный ток с помощью этой схемы. Схема состоит из трансформатора, мостового выпрямителя на диодах, линейного регулятора напряжения 7805 и конденсаторов.

Если вы заметили, работу схемы можно разделить на две части.В первой части сеть переменного тока преобразуется в нерегулируемый постоянный ток, а во второй части этот нерегулируемый постоянный ток преобразуется в регулируемый 5 В постоянного тока. Итак, давайте, имея это в виду, начнем обсуждение работы.

Сначала берется понижающий трансформатор с 230 В на 12 В, и его первичная обмотка подключается к сети. Вторичная обмотка трансформатора подключена к мостовому выпрямителю (можно использовать специальную ИС или комбинацию из 4 диодов 1N4007).

Предохранитель на 1 А устанавливается между трансформатором и мостовым выпрямителем.Это ограничит ток, потребляемый схемой, до 1 А. Выпрямленный постоянный ток от мостового выпрямителя сглаживается с помощью конденсатора емкостью 1000 мкФ.

Итак, на выходе конденсатора емкостью 1000 мкФ нерегулируется 12 В постоянного тока. Он подается на вход микросхемы регулятора напряжения 7805. 7805 IC затем преобразует его в регулируемое напряжение 5 В постоянного тока, и выходной сигнал может быть получен на его выходных клеммах.

Важные моменты для микросхемы регулятора напряжения 7805

  • Первый важный момент, на который следует обратить внимание, это то, что входное напряжение всегда должно быть больше выходного напряжения (как минимум на 2.5В).
  • Входной и выходной ток практически идентичны. Это означает, что когда на входе подается напряжение 7,5 В 1 А, на выходе будет 5 В 1 А.
  • Оставшаяся мощность рассеивается в виде тепла, поэтому радиатор, подобный показанному ниже, должен использоваться с 7805 IC.

Также прочтите соответствующий пост: Источник переменного напряжения от стабилизатора напряжения

Принципиальная схема цепи регулятора напряжения.

Контекст 1

... следующим этапом является проверка различных конфигураций схемы, чтобы увидеть, какая конфигурация схемы может генерировать наибольшее количество электроэнергии. Эксперимент проводится путем соединения шести частей пьезокерамики PZT с четырьмя типами схемной конфигурации, которые находятся в последовательной, параллельной и последовательно-параллельной конфигурации, как показано на рисунке 3. Конфигурация схемы, которая может генерировать наибольшее количество электрическая энергия выбрана для использования на протяжении всего исследования.Следующим этапом является проверка производительности на основе нескольких факторов, таких как масса тела человека, пол человека и скорость ходьбы человека. Пьезоэлектрическая керамика PZT устанавливается в стельку обуви, как показано на рисунке 4 (а). Чтобы измерить выходное напряжение, выходной терминал цепи сбора подключен к микроконтроллеру Arduino Uno для измерения напряжения. Затем данные передаются на компьютер через модуль Bluetooth и программное обеспечение, известное как Coolterm, для отображения и сохранения измеренного напряжения.Для проведения теста отбирают группу мужчин и женщин с разной массой тела. Вес тела делится на четыре категории: от 40 до 49 кг, от 50 до 59 кг, от 60 до 69 кг и от 70 до 79 кг. По каждой категории отбирается по пять кандидатов. Однако из-за ограниченного числа кандидатов-женщин в категории от 70 до 79 кг и кандидатов-мужчин в категории от 40 до 49 кг, только три кандидата были отобраны для этих двух категорий. Каждый из них должен был двигаться с четырьмя разными скоростями, равными нулю.75 шагов в секунду (15 шагов за 20 секунд), 1,25 шагов в секунду (25 шагов за 20 секунд), 1,75 шагов в секунду (35 шагов за 20 секунд) и 2,25 шагов в секунду (45 шагов за 20 секунд). В таблице 2 показаны факторы, которые необходимо проверить. Чтобы зарядить аккумулятор, напряжение зарядки должно быть немного больше, чем напряжение аккумулятора. Однако из-за того, что выходное напряжение, генерируемое пьезоэлектрической керамикой PZT, колеблется от 0 до примерно 20 В при приложении нагрузки, создается схема регулятора напряжения, которая регулирует напряжение до постоянного уровня, подходящего для зарядки аккумулятора.Принципиальная схема схемы регулятора напряжения представлена ​​на рисунке 5. Эта схема является модификацией схемы, выполненной предыдущим исследователем. 4 Он может регулировать входное напряжение до постоянного выходного напряжения 5 В. В этой схеме конденсатор C1 заряжается до тех пор, пока его напряжение не станет больше, чем напряжение между выводом эмиттера и выводом базы транзистора 2N3906 PNP плюс напряжение пробоя. стабилитрона. Затем включается PNP-транзистор 2N3906 и включается N-канальный полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET) IRF540.Это приводит к разрядке конденсатора C1, и, следовательно, напряжение конденсатора C1 регулируется регулятором напряжения MAX666 до уровня 5 В. Выходное напряжение MAX666 уменьшается, когда напряжение на конденсаторе C1 меньше 5 В. Когда конденсатор C1 полностью разряжен, выходное напряжение MAX666 становится равным 0 В. В этом состоянии конденсатор C1 снова заряжается. После завершения схемы регулятора напряжения ее подключают к перезаряжаемой батарее, чтобы проверить, можно ли ее использовать для зарядки перезаряжаемой батареи...

Контекст 2

... из-за того, что выходное напряжение, генерируемое пьезоэлектрической керамикой PZT, колеблется от 0 до примерно 20 В при приложении нагрузки, создается схема регулятора напряжения для регулирования напряжения в постоянный уровень напряжения, подходящий для зарядки аккумулятора. Принципиальная схема схемы регулятора напряжения представлена ​​на рисунке 5. Эта схема является модификацией схемы, выполненной предыдущим исследователем. ...

Схема регулируемого стабилизатора напряжения LM317 »Источники питания

LM317 - это ИС регулируемого стабилизатора напряжения.В этом проекте мы сделаем схему регулируемого стабилизатора напряжения LM317 от 1,25 В до 37 В. Эта ИС может обеспечить выходной ток до 1 Ампер. Это трехконтактная микросхема стабилизатора положительного напряжения.

Для этого регулятора напряжения требуется только два внешних резистора для установки напряжения питания. Он имеет линейное регулирование около 0,01% и регулировку нагрузки около 0,1%. Также он имеет ограничитель тока и тепловую защиту.

Особенности LM317:

Вот некоторые важные особенности стабилизатора положительного напряжения LM317:

  • Регулируемый диапазон выходного напряжения от 1.От 25 В до 37 В
  • Выходной ток более 1,5 А
  • Внутренний ограничитель тока короткого замыкания
  • Тепловая защита от перегрузки
  • Выходная компенсация безопасной зоны

Регулятор напряжения LM317 Принципиальная схема:

Описание схемы:

Эта схема состоит из следующих компонентов

Трансформаторы:

Понижает 220 В переменного тока до 24 В переменного тока с меньшей амплитудой.

Выпрямитель:

Он преобразует входной синусоидальный переменный ток в однонаправленное пульсирующее напряжение постоянного тока, которое нестабильно и содержит пульсации.

Емкостный фильтр:

Емкостной фильтр 1000 мкФ отфильтровывает большую часть пульсаций на выходе мостового выпрямителя.

LM317 Регулятор положительного напряжения:

Эта трехконтактная ИС может регулировать выходное напряжение от 1,25 В до 37 В. Выходное напряжение зависит от схемы делителя напряжения, образованной резистором 220 Ом и резистором 12 кОм.Потенциометр 10 кОм используется для изменения напряжения на регулирующем выводе IC. Контакт номер 3 - это входной контакт, а 2 - выходной контакт, а первый контакт - это регулировочный штифт.

Схема защиты:

Два диода 1N4007 подключены к ИС в обратном направлении. Если на микросхему подается неправильное высокое напряжение, она может быть повреждена. Эти два диода защищают ИС от повреждений, обеспечивая альтернативный путь к сильному току.

Наконец, конденсатор емкостью 470 мкФ используется параллельно, чтобы сделать выход более стабильным.

Схема регулируемого регулятора напряжения LM317

LM317 Учебное пособие:

должен посмотреть это видео

Работа цепи регулируемого регулятора напряжения LM317:

LM317 - линейный регулятор напряжения. Понижающий трансформатор дает на выходе 24 Вольт, 2 А. Этот выходной сигнал нестабилен, поэтому используется конденсатор емкостью 1000 мкФ, чтобы сделать его плавным и стабильным, удалив рябь.

Это напряжение затем подается на входной контакт ИС регулируемого стабилизатора напряжения LM317.Эта ИС выдает выходное напряжение в зависимости от клеммы настройки.

Постоянное напряжение на резисторе обратной связи R1 составляет около 1,25 В. Благодаря этому опорному напряжению через клемму Adjust протекает постоянный ток в 100 мкА. Из-за опорного напряжения 1,25 В через резистор R2 протекает ток.

Выходное напряжение пропорционально падению напряжения на резисторах R1 и R2.

 Vout = Vref x {1+ (Rp / R1) 
 Здесь Vref = 1.25V 

Rp = VR || R2, банк 10k и R2 идут параллельно

Когда мы устанавливаем потенциометр на наименьшее нулевое сопротивление, выходное напряжение становится равным 1.25В. Поскольку Rp = 0 Ом из приведенной выше формулы,

 Vout = 1,25 x {1+ (0/220)} 
 = 1,25 В 

Когда мы устанавливаем потенциометр на максимальное сопротивление, параллельное сопротивление становится

.
 Rp = 5,4545 кОм 

Таким образом, выходное напряжение из-за этого сопротивления становится равным

.
 Vout = 1,25 x {1+ (5454,5 / 220)} 
 = 32,2 В 

Бухта, выбрав правильное значение сопротивления, можно установить выходное напряжение.

Как заставить работать от 0В?

Если вы хотите управлять выходом от 0 вольт, вы должны подключить два диода последовательно к выходу схемы.Поскольку общее падение напряжения на диоде 1N4007 составляет около 0,7 В, вы получите падение от 1,3 до 1,4 В. Используя эту технику, вы можете контролировать выходное напряжение от 0 вольт, но ток будет уменьшаться.

Также, если вы хотите настроить точное напряжение, подключите потенциометр 1 кОм последовательно с потенциометром 10 кОм.

Используйте радиатор:

Необходимо использовать радиатор, поскольку LM317 IC является линейным стабилизатором напряжения. Падение напряжения на этой ИС составляет около 2,5 вольт.Это падение напряжения вызывает сильный нагрев. Этот нагрев может превышать тепловой порог IC, что может привести к повреждению IC. Поэтому для защиты ИС необходимо использовать хороший радиатор и охлаждающее средство.

Итак, это схема источника питания с переменным напряжением, способная подавать более 32 В при выходном токе 1,5 А.

Применения цепи регулируемого регулятора напряжения LM317:

  • Блок питания ПК
  • Power Bank
  • Лабораторный блок питания
  • Схема зарядного устройства
  • Регулятор скорости двигателя
  • Генератор сигналов или осциллограмм
  • Электроника и бытовая техника

Связанные

.

0 comments on “Принципиальная схема стабилизатора напряжения: Виды и схемы стабилизаторов напряжения

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *