Меню

Стабилизированный источник напряжения что это



Стабилизированные источники питания

Стабилизированные источники питанияВся электронная аппаратура питается от источников постоянного тока. Для мобильной аппаратуры, как правило, используются аккумуляторы или гальванические батареи. Сейчас такой аппаратуры в руках и карманах предостаточно: это мобильные телефоны, фотоаппараты, планшетные компьютеры, различные измерительные приборы и еще многое другое.

Стационарная электроника, — телевизоры, компьютеры, музыкальные центры и т.п. питается от сети переменного тока с помощью блоков питания. Здесь уже ни в коем случае не обойтись батарейками или малогабаритными аккумуляторами.

Электронные устройства часто не являются самостоятельными и работающими «сами по себе». Прежде всего, это встраиваемые электронные блоки, например блок управления стиральной машиной или микроволновой печью. Но даже и в этом случае электронные блоки имеют свои отдельные блоки питания, чаще всего даже стабилизированные, и даже с защитой, что позволяет защитить как сам блок питания, так и нагрузку, т.е. подключенный блок управления.

В конструкциях разрабатываемых радиолюбителями всегда имеется блок питания, если, конечно, эта конструкция доведена до конца, а не заброшена на полдороги. К сожалению, такое случается достаточно часто. Но в общем случае конструирование какой-либо схемы состоит из нескольких этапов.

Среди них разработка принципиальной схемы, а также сборка и отладка ее на макетной плате. И только после получения требуемых результатов на макетке, приступают к разработке капитальной конструкции. Вот тогда разрабатывают монтажные платы, корпус и блок питания.

В процессе опытов на макетной плате чаще всего используются так называемые лабораторные блоки питания. Один и тот же блок приходится использовать для наладки самых различных конструкций, поэтому он должен обладать широкими возможностями.

Как правило, это блок с регулированием выходного напряжения, и обеспечивающий достаточный ток. Иногда блок питания выдает несколько напряжений, такие блоки называют многоканальными. Примером может служить обычный компьютерный блок питания или двухполярный источник для мощного УМЗЧ.

Когда блок питания рассчитан на одно фиксированное напряжение, например 5В, то совсем неплохо предусмотреть защиту от превышения выходного напряжения: если пробило выходной транзистор стабилизатора, то может пострадать схема, которая от него питается.

Хотя такая защита не очень сложна, всего несколько деталей, в промышленных схемах ее почему-то не делают, и она встречается только в радиолюбительских конструкциях, да и то не во всех. Но, тем не менее, такие схемы защиты есть.

Если внимательно посмотреть на устройства – потребители, то можно заметить, что все электронные устройства питаются напряжениями из стандартного ряда. Это, прежде всего, 5, 9, 12, 15, 24В. Исходя из этих значений, выпускается целый ряд интегральных стабилизаторов с фиксированными напряжениями.

По внешнему виду эти стабилизаторы напоминают обычный транзистор в корпусе TO-220 (похожий на КТ819) либо в корпусе D-PAK для поверхностного монтажа. Выходное напряжение имеет значения 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V. Эти напряжения отражаются прямо в маркировке стабилизаторов нанесенной на корпус прибора. Примерно это может выглядеть так: MC78XX или LM78XX.

В даташитах написано, что это трехвыводные стабилизаторы с фиксированным напряжением, как показано на рисунке 1.

Стабилизированные источники питания

Схема включения предельно проста: запаяли всего три ноги и получили стабилизатор с требуемым напряжением и выходным током от 1…2А. В зависимости от конкретно взятого стабилизатора токи меняются, на что следует обратить внимание в документации. Кроме этого интегральные стабилизаторы имеют встроенную защиту от перегрева и защиту по току.

Первые две буквы указывают фирму производителя, а вторые XX заменяются цифрами, показывающими напряжение стабилизации, иногда первые две буквы заменяются одной…тремя или вовсе не указываются. Например, MC7805 обозначает стабилизатор с фиксированным напряжением 5В, а MC7812 то же, но с напряжением на выходе 12В.

Кроме стабилизаторов с фиксированными напряжениями в интегральном исполнении существуют регулируемые стабилизаторы, например LT317A, типовая схема включения которого показана на рисунке 2. Там же указаны и пределы регулировки напряжения.

Типовая схема включения регулируемого стабилизатора LT317A

Рисунок 2. Типовая схема включения регулируемого стабилизатора LT317A

Иногда просто нет под рукой регулируемого стабилизатора, как же решить эту проблему, можно ли обойтись без него? Ну, надо вот напряжение 7,5В и все тут! Оказывается, что из стабилизатора с фиксированным напряжением легко получается регулируемый. Подобная схема включения показана на рисунке 3.

Схема регулируемого стабилизатора

Диапазон регулировки в этом случае начинается от фиксированного напряжения примененного стабилизатора и ограничивается лишь величиной входного напряжения, естественно, за вычетом минимального падения напряжения на регулирующем транзисторе стабилизатора.

Если не требуется регулировки напряжения, а просто вместо 5В требуется получить, например 10, достаточно просто убрать транзистор VT1 и все, что с ним связано, а вместо него включить стабилитрон с напряжением стабилизации 5В. Естественно, что стабилитрон включается в непроводящем направлении: анод подключается к минусовой шине питания, а катод к 8 (2) выводу стабилизатора.

Заслуживает внимания нумерация выводов трехногого корпуса, показанная на рис.3, а именно: 17, 8, 2! Откуда она взялась, кто ее придумал – непонятно. Наверно, это снова происки наших разработчиков, чтобы «ихние» не догадались! Но такая цоколевка применяется, и с этим приходится мириться.

После того, как были рассмотрены интегральные стабилизаторы можно перейти к изготовлению блоков питания на их основе. Для этого необходимо только найти подходящий трансформатор, дополнить его диодным мостом с электролитическим конденсатором, и все это собрать в подходящем корпусе.

Читайте также:  Резисторный делитель напряжения предназначен для

Лабораторный блок питания

Приступая к разработке лабораторного блока питания, следует определиться с его элементной базой, или, попросту говоря, из чего будем его делать. Проще всего желаемый блок собрать на микросхеме LT317A или ее отечественном аналоге КР142ЕН12А(Б) — регулируемые стабилизаторы напряжения.

Вернемся к рисунку 2. Там указано, что диапазон регулировки напряжения 1,25…25В. Предельно допустимое значение этого параметра до 1,25…37В, при входном напряжении 45В. Это предельно допустимое напряжение, поэтому лучше ограничиться 25 вольтовым диапазоном регулирования.

За максимальным током (1,5А) тоже лучше не гнаться, поэтому будем исходить из расчета хотя бы на один ампер, что как раз составляет 75%. Как никак запас прочности должен быть всегда. Поэтому для подобного блока питания понадобится выпрямитель с напряжением не менее 30…33В и током до 1А.

C хема выпрямителя показана на рисунке 4. В случае, если потребляемый ток более одного ампера, стабилизатор следует дополнить внешними мощными транзисторами. Но это уже другая схема.

Схема выпрямителя

Рисунок 4. Схема выпрямителя

Расчет выпрямителя и трансформатора

Прежде всего, следует подобрать диоды выпрямительного моста, их прямой ток тоже должен быть не менее 1А, а лучше, если хотя бы 2А или больше. Здесь вполне подойдут диоды 1N5408 с прямым током 3А и обратным напряжением 1000В. Подойдут также отечественные диоды КД226 с любым буквенным индексом.

Электролитический конденсатор фильтра также можно просто подобрать, пользуясь практическими рекомендациями: на каждый ампер выходного тока одна тысяча микрофарад. Если мы планируем ток не более 1А, то подойдет конденсатор емкостью 1000µF. Электролитические конденсаторы, в отличие от керамических, не выносят повышенных напряжений, поэтому в схемах всегда указывают их рабочее напряжение, которое должно быть выше реального в данной цепи.

Для проектируемого блока питания понадобится конденсатор 1000µF * 50V. Ничего плохого не произойдет, если емкость конденсатора будет не 1000, а 1500…2000µF. Собственно выпрямитель уже сконструирован. Теперь, как говорится, дело за малым: осталось рассчитать трансформатор.

Прежде всего, следует определить мощность трансформатора. Это делается с учетом мощности нагрузки. Если выходной ток стабилизатора принять 1А, а входное напряжение стабилизатора 32В, то мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора P = U * I = 32 * 1 = 32Вт.

Какой потребуется трансформатор при такой мощности вторичной цепи? Все зависит от КПД трансформатора, чем больше габаритная мощность, тем выше КПД. На этот параметр влияет также качество и конструкция трансформаторного железа. Приблизительно определиться с этим вопросом поможет таблица, показанная на рисунке 5.

Чтобы узнать габаритную мощность трансформатора надо мощность во вторичной обмотке разделить на КПД трансформатора. Предположим, что в нашем распоряжении имеется обычный трансформатор с Ш – образным железом, обозначенный в таблице как «броневой штампованный». Расчетная мощность проектируемого блока питания 32Вт, тогда мощность трансформатора 32 / 0,8 = 40Вт.

Как было написано чуть выше, для разрабатываемого блока питания требуется постоянное напряжение 30…33В. Тогда напряжение вторичной обмотки трансформатора составит 33 / 1,41 = 23,404В.

Это позволяет выбрать стандартный трансформатор с напряжением вторичной обмотки на холостом ходу 24В.

Чтобы не усложнять расчетов здесь не учитывается падение напряжения на диодах моста и на активном сопротивлении вторичной обмотки. Достаточно лишь сказать, что при токе в 1А диаметр провода вторичной обмотки обычно принимается не менее 0,6мм.

Такой трансформатор можно подобрать из унифицированных трансформаторов серии ТПП. Мощность трансформатора может быть и больше 40Вт это только улучшит надежность блока питания, хотя несколько увеличит его вес. Если трансформатор ТПП приобрести не удалось, то можно просто перемотать вторичную обмотку трансформатора подходящей мощности.

Если потребуется двухполярный регулируемый блок питания, то его можно собрать по схеме, показанной на рисунке 6. Для этого понадобится стабилизатор напряжения отрицательной полярности КР142ЕН18А или LM337. Схема его включения очень похожа на КР142ЕН12А.

Схема двухполярного регулируемого блока питания

Рисунок 6. Схема двухполярного регулируемого блока питания

Совершенно очевидно, что для питания такого стабилизатора понадобится и двухполярный выпрямитель. Проще всего это делается на трансформаторе со средней точкой и диодном мосте, как показано на рисунке 7.

Схема двухполярного выпрямителя

Рисунок 7. Схема двухполярного выпрямителя

Конструкция блока питания произвольная. Собственно выпрямитель и плату стабилизаторов можно собрать на отдельных платах или на одной. Микросхемы следует установить на радиаторы площадью не менее 100 квадратных сантиметров. Если хочется уменьшить размеры радиаторов можно применить принудительное охлаждение с помощью небольших компьютерных кулеров, коих сейчас в продаже предостаточно.

Несколько улучшенная схема включения стабилизатора показана на рисунке 8.

Типовая схема включения КР142ЕН12А

Рисунок 8. Типовая схема включения КР142ЕН12А

Диоды VD1, VD2 защитные типа 1N4007 предназначены для защиты микросхемы от пробоя в случае, когда напряжение на выходе превысит напряжение на входе. Такая ситуация может произойти при выключении микросхемы. Поэтому емкость электролитического конденсатора C2 не должна быть больше, чем емкость электролитического конденсатора на выходе диодного моста.

Конденсатор Cadj, подключенный к регулирующему выводу значительно снижает пульсации на выходе стабилизатора. Его емкость обычно несколько десятков микрофарад.

В конструкции блока питания желательно предусмотреть встроенные вольтметр и амперметр, лучше электронные, которые продаются в интернет-магазинах. Вот только цены у них кусаются, поэтому поначалу лучше обойтись без них, а требуемое напряжение установить с помощью мультиметра.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Читайте также:  Реле регулятор напряжения ротакс

Обучение Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

Источник

Принцип работы стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения — применение, принцип работы

Стабилизатор напряжения — это электрическое устройство, которое используется для подачи постоянного напряжения на нагрузку на своих выходных клеммах независимо от каких-либо изменений или колебаний на входе, то есть входящего питания.

Основное назначение стабилизатора напряжения заключается в защите электрических или электронных устройств (например, кондиционера, холодильника, телевизора и так далее) от возможного повреждения в результате скачков напряжения или колебаний, повышенного или пониженного напряжения.

Рис.1 — Различные типы стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения также известен как AVR (автоматический регулятор напряжения).

Использование стабилизатора напряжения не ограничивается домашним или офисным оборудованием, которое получает электропитание извне.

Даже места, которые имеют свои собственные внутренние источники питания в виде дизельных генераторов переменного тока, сильно зависят от этих AVR для безопасности своего оборудования.

Зачем нужны стабилизаторы напряжения и его важность

Все электрические устройства спроектированы и изготовлены для работы с максимальной эффективностью с типичным источником питания, который известен как номинальное рабочее напряжение. В зависимости от расчетного безопасного предела эксплуатации рабочий диапазон (с оптимальной эффективностью) электрического устройства может быть ограничен до ± 5%, ± 10% или более.

Из-за многих проблем источник входного напряжения, которое мы получаем, всегда имеет тенденцию колебаться, что приводит к постоянно меняющемуся источнику входного напряжения. Это изменяющееся напряжение является основным фактором, способствующим снижению эффективности устройства, а также увеличению частоты его отказов.

Рис. 2 — Проблемы из-за колебаний напряжения

Как работает стабилизатор напряжения

Основная работа стабилизатора напряжения заключается в выполнении двух необходимых функций: функции понижения и повышения напряжения.

Функция понижения и повышения — это не что иное, как регулирование постоянного напряжения от перенапряжения.

Эта функция может выполняться вручную с помощью селекторных переключателей или автоматически с помощью дополнительных электронных схем.

В условиях перенапряжения функция «понижения напряжения» обеспечивает необходимое снижение интенсивности напряжения. Аналогично, в условиях пониженного напряжения функция «повышения напряжения» увеличивает интенсивность напряжения. Идея обеих функций в целом заключается в том, чтобы поддерживать одинаковое выходное напряжение.

Рис. 4 — Принципиальная схема функции понижения в стабилизаторе напряжения

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

В стабилизаторе напряжения есть схема переключения. Всякий раз, когда обнаруживается превышение напряжения в первичном источнике питания, подключение нагрузки вручную или автоматически переключается в конфигурацию режима «Понижения» с помощью переключателей (реле).

Рис. 6 — Принципиальная схема функции повышения напряжения в стабилизаторе напряжения

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

Видео совет при выборе стабилизатор напряжения

Особенности сетевых стабилизаторов

Принципиальная схема стабилизатора напряжения данного типа представляет собой набор транзисторов, а также диодов. В свою очередь механизм замыкания в ней отсутствует. Регуляторы при этом имеются обычного типа. В некоторых моделях дополнительно устанавливается система индикации.

Она способна показать мощность скачков в сети. По чувствительности модели довольно сильно отличаются. Конденсаторы, как правило, в цепи имеются компенсационного типа. Система защиты у них отсутствует.

Устройства моделей с регулятором

Для холодильного оборудования востребованным является регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его подразумевает возможность настройки прибора перед началом использования. В данном случае это помогает в устранении высокочастотных помех. В свою очередь электромагнитное поле проблем для резисторов не представляет.

Конденсаторы также включаются в регулируемый стабилизатор напряжения. Схема его не обходится без транзисторных мостов, которые соединяются между собой по коллекторной цепочке. Непосредственно регуляторы могут устанавливаться различных модификаций. Многое в данном случае зависит от предельного напряжения. Дополнительно учитывается тип трансформатора, который имеется в стабилизаторе.

Стабилизаторы «Ресанта»

Схема стабилизатора напряжения «Ресанта» представляет собой набор транзисторов, которые взаимодействуют между собой по коллектору. Для охлаждения системы имеется вентилятор. С высокочастотными перегрузками в системе справляется конденсатор компенсационного типа.

Также схема стабилизатора напряжения «Ресанта» включает в себя диодные мосты. Регуляторы во многих моделях устанавливаются обычные. Ограничения по нагрузке у стабилизаторов «Ресанта» есть. В целом помехи ими воспринимаются все. К недостаткам следует отнести высокую шумность трансформаторов.

Схема моделей с напряжением 220 В

Схема стабилизатора напряжения 220 В отличается от прочих устройств тем, что в ней имеется блок управления. Данный элемент соединяется напрямую с регулятором. Сразу за системой фильтрации имеется диодный мост. Для стабилизации колебаний дополнительно предусмотрена цепь из транзисторов. На выходе после обмотки располагается конденсатор.

С перегрузками в системе справляется трансформатор. Преобразование тока осуществляется им же. В целом диапазон мощности у данных устройств довольно высокий. Работать эти стабилизаторы способны и при минусовой температуре. По шумности они не отличаются от моделей других типов. Параметр чувствительности сильно зависит от производителя. Также на нее влияет тип установленного регулятора.

Читайте также:  Схемы импульсные регулируемые стабилизаторы напряжения

Принцип работы импульсных стабилизаторов

Схема электрическая стабилизатора напряжения данного типа схожа с моделью релейного аналога. Однако отличия в системе все же есть. Главным элементом в цепи принято считать модулятор. Занимается данное устройство тем, что считывает показатели напряжения. Далее сигнал переносится на один из трансформаторов. Там проходит полная обработка информации.

Для изменения силы тока имеется два преобразователя. Однако в некоторых моделях он установлен один. Чтобы справиться с электромагнитным полем, задействуется выпрямительный делитель. При повышении напряжения он снижает предельную частоту. Чтобы ток поступил на обмотку, диоды передают сигнал на транзисторы. На выходе стабилизированное напряжение проходит по вторичной обмотке.

Высокочастотные модели стабилизаторов

По сравнению с релейными моделями, высокочастотный стабилизатор напряжения (схема показана ниже) является более сложным, и диодов в нем задействуется больше двух. Отличительной особенность приборов данного типа принято считать высокую мощность.

Трансформаторы в цепи рассчитаны на большие помехи. В результате данные приборы способны защитить любую бытовую технику в доме. Система фильтрации в них настроена на различные скачки. За счет контроля напряжения величина тока может изменяться. Показатель предельной частоты при этом будет увеличиваться на входе, и уменьшаться на выходе. Преобразование тока в этой цепи осуществляется в два этапа.

Первоначально задействуется транзистор с фильтром на входе. На втором этапе включается диодный мост. Для того чтобы процесс преобразования тока завершился, системе требуется усилитель. Устанавливается он, как правило, между резисторами. Таким образом, температура в устройстве поддерживается на должном уровне. Дополнительно в системе учитывается источник питания. Использование блока защиты зависит от его работы.

Стабилизаторы на 15 В

Для устройств с напряжением 15 В используется сетевой стабилизатор напряжения, схема которого по своей структуре является довольно простой. Порог чувствительности у приборов находится на малом уровне. Модели с системой индикации встретить очень сложно. В фильтрах они не нуждаются, поскольку колебания в цепи незначительные.

Резисторы во многих моделях есть только на выходе. За счет этого процесс преобразования происходит довольно быстро. Входные усилители устанавливаются самые простые. Многое в данном случае зависит от производителя. Используются стабилизатор напряжения (схема показана ниже) этого типа чаще всего в лабораторных исследованиях.

Особенности моделей на 5 В

Для устройств с напряжением 5 В используют специальный сетевой стабилизатор напряжения. Схема их состоит из резисторов, как правило, не более двух. Применяют такие стабилизаторы исключительно для нормального функционирования измерительных приборов. В целом они являются довольно компактными, а работают тихо.

Модели серии SVK

Модели данной серии относятся к стабилизаторам латерного типа. Чаще всего их используют на производстве для уменьшения скачков от сети. Схема подключения стабилизатора напряжения этой модели предусматривает наличие четырех транзисторов, которые расположены попарно. За счет этого ток преодолевает меньшее сопротивление в цепи. На выходе у системы имеется обмотка для обратного эффекта. Фильтров в схеме предусмотрено два.

За счет отсутствия конденсатора процесс преобразования также происходит быстрее. К недостаткам следует отнести большую чувствительность. На электромагнитное поле прибор реагирует очень остро. Схема подключения стабилизатора напряжения серии SVK регулятор предусматривает, как и систему индикации. Напряжение максимум устройством воспринимается до 240 В, а отклонение при этом не может превышать 10 %.

Автоматические стабилизаторы «Лигао 220 В»

Для систем сигнализации является востребованным от компании «Лигао» стабилизатор напряжения 220В. Схема его построена на работе тиристоров. Использоваться данные элементы способны исключительно в полупроводниковых цепях. На сегодняшний день типов тиристоров существует довольно много. По степени защищенности они делятся на статические, а также динамические. Первый вид используется с источниками электричества различной мощности. В свою очередь динамические тиристоры имеют свой предел.

Если говорить про компании «Лигао» стабилизатор напряжения (схема показана ниже), то в нем имеется активный элемент. В большей степени он предназначен для нормального функционирования регулятора. Представляет он собой набор контактов, которые способны соединяться. Необходимо это для того чтобы увеличивать или уменьшать предельную частоту в системе. В других моделях тиристоров может иметься несколько. Устанавливаются они между собой при помощи катодов. В результате коэффициент полезного действия устройства можно значительно повысить.

Низкочастотные устройства

Для обслуживания устройств с частотой менее 30 Гц существует такой стабилизатор напряжения 220В. Схема его схожа со схемами релейных моделей за исключением транзисторов. В данном случае они имеются с эмиттером. Иногда дополнительно устанавливается специальный контроллер. Многое зависит от производителя, а также модели. Контроллер в стабилизаторе необходим для передачи сигнала на блок управления.

Для того чтобы связь была качественной, производители используют усилитель. Устанавливается он, как правило, на входе. На выходе в системе имеется обычно обмотка. Если говорить про предел напряжения в 220 В, конденсаторов можно найти два. Коэффициент передачи тока у таких устройств довольно низкий. Причиною этого принято считать малую предельную частоту, которая является следствием работы контроллера. Однако коэффициент насыщения находится на высокой отметке. Во многом это связано именно с транзисторами, которые устанавливаются с эмиттерами.

Источник