Регулирующий стабилизатор напряжения: Регулирующий элемент — стабилизатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Содержание

Регулирующий элемент — стабилизатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Регулирующий элемент — стабилизатор

Cтраница 2

Тиристорный стабилизатор может быть использован также для предварительной стабилизации входного напряжения транзисторных и электронных стабилизаторов. В этом случае уменьшается мощность рассеяния на регулирующих элементах стабилизаторов постоянного напряжения.  [16]

Высокое качество стабилизации напряжения можно получить при использовании компенсационных стабилизаторов, представляющих собой систему автоматического регулирования, в которой фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением эталонного ( опорного) напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и должен воздействовать на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось вернуться к заданному уровню. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стебилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, реже гальванические батареи.  [17]

Высокое качество стабилизации напряжения можно получить при использовании компенсационных стабилизаторов, представляющих собой систему автоматического регулирования, в которой фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением эталонного ( опорного) напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и должен воздействовать на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось вернуться к заданному уровню. В качестве источника опорного напряжения обычно ис -: пользуют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, реже гальванические батареи.  [19]

Нестабилизированное входное напряжение в источнике формируется двухполупериодным мостовым выпрямителем с емкостным фильтром. Транзисторы VT1 и VT2 ( р-п — р типа) включены по схеме Дарлингтона и образуют

ключевой регулирующий элемент стабилизатора. При монтаже источника необходимо следить за совпадением монтажных соединений и приведенной принципиальной схемы.  [20]

Резистор Я6 обеспечивает нормальную работу стабилизатора при отключении нагрузки. Дроссель L1 позволяет уменьшить мощность рассеивания переменной составляющей входного напряжения ( с выпрямителя на диодах М7 — V10) на регулирующих элементах стабилизатора.  [21]

Следящие электронные стабилизаторы с обратной связью имеют маломощный источник стабильного, или так называемого опорного, напряжения, с которым сравнивается выходное напряжение. Если величина выходного напряжения отклоняется от номинальной, то разность опорного и выходного напряжений, усиленная усилителем постоянного тока, воздействует на регулирующий элемент стабилизатора

так, что выходное напряжение возвращается к своему исходному значению.  [23]

На рис. 1 изображена схема стабилизатора напряжения, защитное устройство которого ( обведено штрихпунктирной линией) выполнено на аналоге динистора. Как только напряжение на резисторе R5 станет больше напряжения на диоде V3, транзистор V2 приоткрывается. Регулирующий элемент стабилизатора 1 / 51 / 6 закроется, так как его база будет соединена через аналог динистора V2V4 и диод V3 с общим проводом. Возвращают стабилизатор в исходный режим кратковременным отключением от сети. Этот ток не зависит от установленного выходного напряжения.  [24]

Более широкие возможности для повышения качества и, главное, для повышения выходной мощности и расширения диапазонов стабилизации напряжения дают компенсационные стабилизаторы напряжения. Они отличаются от параметрических тем, что в них фактическое выходное напряжение сравнивается с напряжением опорного источника. В зависимости от знака рассогласования

регулирующий элемент стабилизатора стремится вернуть выходное напряжение к прежнему уровню.  [25]

Стабилизаторы напряжения различают компенсационные стабилизаторы непрерывного и импульсного действия. Стабилизато ры напряжения непрерывного действия представляют собой систему автоматического регулирования, в которой — фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением эталонного ( опорного) напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и должен воздействовать на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось вернуться к заданному уровню. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, реже гальванические батареи.  [26]

КПД усилителя, либо, что случается чаще, необходимой верхней частотой усиливаемых сигналов. Как показывает практика [12], частоты коммутации выше 100 — 150 кГц применяются довольно редко, поскольку и такие частоты достаточны для удовлетворительной передачи звукового диапазона. Наоборот, в импульсных источниках питания и стабилизаторах напряжения частоты коммутации обычно не превышают 10 — 30 кГц, поскольку и при таких частотах КПД усилителя ( регулирующего элемента стабилизатора) становится достаточно большим.  [27]

С помощью переменных резисторов управляющее напряжение подводится к варикапным матрицам Д1, Д4, Д6, Д8 — органам электронной настройки блока УКВ. Постоянное напряжение на переменные резисторы R4, R5, R7, R8 через контакт 2 поступает от стабилизатор а напряжения, который находится в блоке ПЧ. Первый из них ( Т 12) служит источником опорного напряжения, этот транзистор включен в обратной полярности и выполняет роль стабилитрона.

Регулирующим элементом стабилизатора является транзистор Г / 4, включенный последовательно с нагрузкой. На его коллектор ( контакт 16 блока) подано напряжение — t — 19 В. Транзистор Т13 используется как усилитель в цепи обратной связи стабилизатора.  [28]

Коротко о назначении деталей и работе блока в целом. В, выпрямляется диодами VD1 — VD4, включенными по схеме моста. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Транзисторы VT1 — VT3 выполняют функцию регулирующего элемента стабилизатора напряжения.  [29]

Применение в управляющем элементе стабилитрона Д818Б, имеющего отрицательный ТКН стабилизации, позволило резко снизить температурный дрейф выходного напряжения. Использование транзисторов различной структуры в устройстве сравнения ( VT4) и регулирующем элементе ( VT1) приводит, с одной стороны, к необходимости введения цепей запуска стабилизатора. С другой стороны, такое построение дает и некоторые преимущества. В частности, для срабатывания системы защиты нужен лишь короткий переключающий импульс для надежного закрывания

регулирующего элемента стабилизатора. Это состояние весьма устойчиво и нет необходимости в том, чтобы транзистор системы защиты VT3 после ее срабатывания был постоянно открыт.  [30]

Страницы:      1    2

Линейные стабилизаторы напряжения | Основы электроакустики

Выходное напряжение на выходе фильтра обычно имеет значительные пульсации, так как емкости конденсаторов не могут быть выбраны бесконечно большими. Кроме того, выходное напряжение таких схем сильно зависит от колебаний напряжения сети и изменения нагрузки. Для уменьшения влияния этих факторов обычно используют стабилизаторы напряжения.

Стабилизатор напряжения (СН) – это устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Обычно СН представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования напряжения, в которой выходное напряжение поддерживается равным или пропорциональным стабильному опорному напряжению, создаваемому специальным источником опорного напряжения (ИОН). Стабилизаторы такого типа, называемые компенсационными, содержат регулирующий элемент (биполярный или полевой транзистор), включаемый последовательно или параллельно нагрузке. Регулирующий элемент может работать в активном (непрерывном) режиме, в этом случае стабилизатор называется линейным или с непрерывным регулированием, а также в ключевом режиме. В этом случае стабилизатор называется ключевым или импульсным.

Линейные стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные. Параметрические стабилизаторы являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Схема и принцип действия такого стабилизатора рассматривались в главе 4.

Параметрические стабилизаторы применяются в основном для построения источников опорного напряжения (ИОН). Так как стабильность ИОН определяет качество компенсационных стабилизаторов, то к стабилитронам применяются особые требования по стабильности характеристик. Чтобы повысить коэффициент стабилизации, применяют температурно-компенсиро-ванные двух- и трехвыводные стабилитронные интегральные микросхемы. Такие ИМС имеют в своем составе транзисторы, операционные усилители и обладают весьма стабильными характеристиками. На рис.17.2, а показана схема источника опорного напряжения TL431С (отечественный аналог – 142ЕН19). Это недорогой источник опорного напряжения на «программируемом стабилитроне», его схема включения показана на рис.17.2, б.

Рис.17.2. ИМС ИОН (а) и схема ее включения (б)

 

«Стабилитрон» включается, когда управляющее напряжение достигает 2,75 В («стабилитрон» собран из биполярных транзисторов). Этот прибор по управляющему входу потребляет то всего лишь в несколько микроампер и имеет малый температурный коэффициент выходного напряжения. При указанных в схеме параметрах на выходе получается стабилизированное напряжение 10 В.

Компенсационные стабилизаторы (рис.17.3) представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования. Характерными элементами компенсационного стабилизатора является ИОН, элемент сравнения и усиления (ЭСУ) и регулирующий элемент (РЭ).

 

Рис.17.3. Структурная схема компенсационного стабилизатора

 

Напряжение на выходе стабилизатора или некоторая часть этого напряжения сравнивается с эталонным напряжением. В зависимости от их соотношения ЭСУ вырабатывает сигнал для РЭ, изменяющий режим его работы таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось практически постоянным.

Чаще всего РЭ включают последовательно с нагрузкой. В этом случае стабилизатор называют последовательным. В случае включения РЭ параллельно нагрузке стабилизатор называют параллельным.

Простейшим последовательным стабилизатором (рис.17.4) напряжения является эмиттерный повторитель, база транзистора которого подключена к источнику опорного напряжения. В схеме опорное напряжение получается с помощью параметрического стабилизатора на стабилитроне VD и резисторе R.

 

Рис.17.4. Простейший компенсационный стабилизатор напряжения

 

За чет отрицательной обратной связи по напряжению выходное напряжение стабилизатора устанавливается равным величине UВЫХ = UОПОРНUБЭ.

Схема работает следующим образом. Возьмем для примера, что входное напряжение увеличилось. В первый момент выходное напряжение также будет увеличиваться, управляющее напряжение транзистора UБЭ = UОПОРНUВЫХ уменьшается, транзистор подзапирается, сопротивление коллектор-эмиттер его увеличивается, а выходное напряжение уменьшается, компенсируя изменение входного сигнала. В данной схеме транзистор совмещает в себе функции ЭСУ и РЭ. Для улучшения параметров схемы дополнительно включают усилитель сигнала рассогласования (рис.17.5).

 

Рис.17.5. Стабилизатор напряжения с усилителем на ОУ

 

Недостатком таких схем является критичность к короткому замыканию (КЗ) на выходе. В случае короткого замыкания рассеиваемая на транзисторе мощность превысит допустимую и транзистор выйдет из строя. Для защиты схемы от КЗ используется принцип, который поясняется схемой, приведенной на рис.17.6.

 

 

Рис.17.6. Стабилизатор с защитой от короткого замыкания

Для защиты от КЗ в схему дополнительно введены резистор R3 и транзистор VT2. Если произойдет недопустимое увеличение тока, то падение напряжения на R3 превысит величину, равную приблизительно 0,6 В, транзистор VТ2 откроется и предотвратит дальнейшее увеличение базового тока транзистора VT1.

В настоящее время стабилизаторы напряжения выпускаются в виде интегральных микросхем. Наиболее известная серия отечественных ИМС компенсационных линейных стабилизаторов – серия К142ЕН. В эту серию входят стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением, с регулируемым выходным напряжением и двухполярным и входным и выходным напряжением.

ИМС стабилизаторов имеют всего три внешних вывода (вход, выход и общий) и настраивается изготовителем на нужное фиксированное напряжение. На рис. 17.7 показано, как легко сделать стабилизатор, например на 5 В с применением одной из этих схем.

 

Рис.17.7. Стабилизатор на ИМС К142ЕН5

 

Конденсатор, поставленный параллельно выходу, улучшает переходные процессы и удерживает полное выходное сопротивление на низком уровне при высоких частотах. ИМС стабилизаторов выпускаются в пластмассовых и металлических корпусах, как и транзисторы. На рис. 17.8 приведена схема блока питания с ИМС стабилизатора напряжения.

 

Рис.17.8. Блок питания на ИМС стабилизатора напряжения

 

В тех случаях, когда через нагрузку необходимо пропускать ток, превышающий предельно допустимые значения интегральных стабилизаторов, микросхему дополняют внешними регулирующими транзисторами (рис.17.9).

ИМС стабилизаторов, как правило, снабжены внутренней защитой от повреждений в случае перегрева или чрезмерного тока нагрузки (ИМС не «сгорает», а выключается). Кроме того, предусмотрена защита прибора при выходе его из области безопасной работы за счет уменьшения предельно возможного выходного тока при увеличении разности входного и выходного напряжений.

 

Рис.17.9. ИМС стабилизатора с внешним транзистором

 

ИМС стабилизаторов дешевы, удобны в использовании, имеют широкую номенклатуру. Такое разнообразие схем дает возможность разработчикам не «изобретать» самостоятельно схемы стабилизаторов, а выбирать готовые по каталогам фирм-производителей.

Основной недостаток линейных СН – малый коэффициент полезного действия. КПД схемы зависит от соотношения входного UВХ и выходного UВЫХ . Для большинства линейных стабилизаторов значение КПД невелико и не превышает 50%, однако известны схемные решения, увеличивающие КПД до 90%. Особенно невыгодно применение линейных СН в случае большой разницы входного и выходного напряжения, отметим также, что все линейные СН являются понижающими, то есть UВЫХ для них всегда ниже UВХ.

 

 

 

Компенсационные стабилизаторы напряжения. | HomeElectronics

Доброго всем времени суток! Сегодняшний мой пост продолжает рассказ о линейных стабилизаторах напряжения. Расскажу вам о компенсационных стабилизаторах напряжения (или сокращённо КСН).

Компенсационный стабилизатор напряжения, по сути, является устройством, в котором автоматически происходит регулирование выходной величины, то есть он поддерживает напряжение на нагрузке в заданных пределах при изменении входного напряжения и выходного тока. По сравнению с параметрическими компенсационные стабилизаторы отличаются большими выходными токами, меньшими выходными сопротивлениями, большими коэффициентами стабилизации.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Компенсационные стабилизаторы бывают двух типов: параллельными и последовательными. Структурные схемы компенсационных стабилизаторов показаны ниже.



Компенсационный стабилизатор напряжения последовательного типа 

Компенсационный стабилизатор напряжения параллельного типа

Основными элементами всех компенсационных стабилизаторов напряжения являются регулирующий элемент Р; источник опорного (эталонного) напряжения И; элемент сравнения ЭС; усилитель постоянного тока У.

Компенсационный стабилизатор последовательного типа

В стабилизаторах последовательного типа регулирующий элемент включён последовательно с источником входного напряжения U0 и нагрузкой RH. Если по некоторым причинам напряжение на выходе U1 отклонилось от своего номинального значения, то разность опорного и выходного напряжений изменяется. Это напряжение усиливается и воздействует на регулирующий элемент. При этом сопротивление регулирующего элемента автоматически меняется и напряжение U0 распределится между Р и RH таким образом, чтобы компенсировать произошедшие изменения напряжения на нагрузке.

Регулирующий элемент в компенсационных стабилизаторах напряжения выполняется, как правило, на транзисторах. Выбирая которые исходят из значений коэффициента передачи тока h21e, напряжения насыщения между коллектором и эмиттером UКЭнас.

Схемы элементов сравнения и усилители постоянного тока очень часто совмещают и выполняются на обычных усилителях, дифференциальных усилителях или операционных усилителях.

Рассмотрим схему компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа.



Схема простого компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа

В этой схеме транзистор VT1 выполняет функции регулирующего элемента, транзистор VT2 является одновременно сравнивающим и усилительным элементом, а стабилитрон VD1 используется в качестве источника опорного напряжения. Напряжение между базой и эмиттером транзистора VT2 равно разности напряжений UОП и UРЕГ. Если по какой-либо причине напряжение на нагрузке возрастает, то увеличивается напряжение UРЕГ, которое приложено в прямом направлении к эмиттерному переходу транзистора VT2. Вследствие этого возрастут эмиттерный и коллекторный токи данного транзистора. Проходя по сопротивлению R1, коллекторный ток транзистора VT2 создаст на нем падение напряжения, которое по своей полярности является обратным для эмиттерного перехода транзистора VT1. Эмиттерный и коллекторные токи этого транзистора уменьшатся, что приведёт к восстановлению номинального напряжения на нагрузке. Точно так же можно проследить изменения токов при уменьшении напряжения на нагрузке.

Ступенчатую регулировку выходного напряжения можно осуществить, используя опорное напряжение, снимаемое с цепочки последовательно включённых стабилитронов. Плавная регулировка обычно производится с помощью делителя напряжения R3, R4, R5, включённого в выходную цепь стабилизатора.

Если пренебречь падением напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT2, то выходное напряжение стабилизатора


где R4’ и R4’’ соответственно верхняя и нижняя по схеме часть резистора R4.

Улучшение параметров стабилизатора

Схему простого компенсационного стабилизатора напряжения можно улучшить, заменив резистор R1, который осуществляет питание транзистора VT2, на схему стабилизатора тока. Такой способ питания позволяет существенно повысить стабильность работы усилителя постоянного тока.

В тех случаях, когда требуется высокая температурная стабильность Компенсационного стабилизатора напряжения и малый временной дрейф (особенно при низких выходных напряжениях), применяют схемы дифференциальных усилителей. Для повышения качества выходного напряжения в усилителях постоянного тока стабилизатора применяются операционные усилители, которые обладают большим коэффициентом усиления и малым температурным уходом. Питание операционного усилителя может осуществляться непосредственно от выходного напряжения стабилизатора.



Схема стабилизатора тока. Подключение выводов: 1 – к коллектору VT1, вывод 2 – к коллектору VT. 

Схема дифференциального усилителя. Подключение выводов: 1 – к эмиттеру VT1, 2 – к базе VT1, 3 – к катоду стабилитрона VD1, 4 – к аноду стабилитрона VD1, 5 – к делителю напряжения.

Расчёт последовательного стабилизатора

Пример расчёта простого компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа

Начальные условия: входное напряжение U0 = 24 В, нестабильность входного напряжения ΔU0 = ± 2 В, максимальный ток нагрузки IНmax = 1,5 А, коэффициент стабилизации КСТ ≥ 103. Предусмотреть плавную регулировку выходного напряжения в пределах от UНmin = 12 В до UНmax = 16 В.

1. Определим максимальное напряжение коллектор – эмиттер регулирующего транзистора VT1:

2. Определим максимальную мощность, рассеиваемую на транзисторе VT1:

3. По данным расчёта выбираем транзистор VT1, который удовлетворяет условиям:

Этим условиям удовлетворяет транзистор типа П216В с параметрами: UCEmax = 35 В, IC max = 7,5 А, PC max = 24 Вт, h21e = 30.

4. Для создания опорного напряжения UОП выберем стабилитрон типа Д814А с параметрами UСТ = 8 В, IСТ = 20 мА, rDIF = 6 Ом.

5. Определим максимальное напряжение коллектор – эмиттер усилительного транзистора VT2:

6. Исходя из условия UCE2max < UCE max выбираем в качестве усилительного элемента транзистор типа П416 с h21e = 90 … 250.

7. Полагая, что IK2 ≈ IЕ2 = 10 мА < IC max, найдём сопротивление резистора R2:


8. Учитывая, что IR1 = IC(VT2) + IB(VT1), IB(VT1) = IHmax / (1 + h21e(VT1)) = 1,5/(1 + 30) ≈ 48 mA, определим сопротивление R1:

9. Определим сопротивления резисторов R3, R4, R5. Условимся считать, что если движок потенциометра R4 стоит в крайнем верхнем положении, то выходное напряжение стабилизатора имеет заданное по условию минимальное значение UНmin. В крайнем нижнем положении движка выходное напряжение максимально. Тогда можно записать уравнения

Полагая

получим

Online калькулятор для расчёта компенсационного стабилизатора напряжения здесь.

Компенсационный стабилизатор параллельного типа

В схеме параллельного стабилизатора при отклонении напряжения на выходе от номинального выделяется сигнал рассогласования, равный разности опорного и выходного напряжений. Далее он усиливается и воздействуя на регулирующий элемент, включённый параллельно нагрузке. Ток регулирующего элемента IP изменяется, на сопротивлении резистора R1 изменяется падение напряжения, а на напряжение на выходе U1 = U0 – IBXR1 = const остаётся стабильным.

Типовая схема компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа приведена ниже. В качестве гасящего устройства в этих стабилизаторах применяются резисторы (R1 на схеме) или при высоких требованиях с стабильности выходного напряжения стабилизатора применяется стабилизатор тока описанный выше, имеющий большое внутреннее сопротивление.



Схема простого компенсационного стабилизатора напряжения параллельного типа

В основном расчёт элементов компенсационного стабилизатора параллельного типа производится аналогично стабилизатору последовательного типа.

Стабилизаторы параллельного типа имеют невысокий КПД и применяются сравнительно редко, в случае стабилизации повышенных напряжений и токов, а также при переменных нагрузках в отличие от стабилизаторов последовательного типа. Их недостатком является то, что при возможном резком увеличении тока нагрузки (например, при коротком замыкании на выходе) к регулирующему элементу будет прикладываться повышенное напряжение, величина которого может превысить допустимое значение. Это обстоятельство необходимо учитывать при эксплуатации стабилизатора.

Russian HamRadio — Транзисторные стабилизаторы напряжения с защитой от перегрузки.

О стабилизаторах напряжения непрерывного действия написано, кажется, все. Тем не менее

, разработка надежного и не слишком сложного (не более трех-четырех транзисторов) стабилизатора, особенно с повышенным током нагрузки, — достаточно серьезная задача, потому что на одно из первых мест выдвигается требование надежной защиты регулирующих транзисторов от перегрузки. При этом желательно, чтобы после устранения причины перегрузки нормальная работа стабилизатора восстановилась автоматически. Стремление выполнить эти требования зачастую приводит к значительному усложнению схемы стабилизатора и заметному уменьшению его КПД. В предлагаемой статье пытаемся найти оптимальное решение.

Прежде чем искать оптимальное решение, проанализируем нагрузочные характеристики Uых

= f( Iвых ) стабилизаторов напряжения, выполненных по наиболее распространенным схемам. У стабилизатора, описанного в [1], при перегрузке выходное напряжение Uвых быстро снижается до нуля. Однако ток при этом не уменьшается и может быть достаточным, чтобы повредить нагрузку, да и мощность, рассеиваемая регулирующим транзистором, иногда превышает допустимую. В [2] подобный стабилизатор дополнен триггерной защитой. При перегрузке уменьшается не только выходное напряжение, но и ток. Однако защита недостаточно эффективна, так как срабатывает лишь после падения выходного напряжении ниже 1В и при некоторых условиях не устраняет тепловой перегрузки регулирующего транзистора. Чтобы возвратить подобный стабилизатор в рабочий режим, необходимо практически полностью отключить нагрузку, а это не всегда приемлемо, особенно для стабилизатора, служащего составной частью более сложного устройства.

Защита стабилизатора, схема которого изображена на рис. 1, срабатывает уже при небольшом уменьшении выходного напряжения, вызванном перегрузкой.

Рис.1.

Номиналы элементов схемы даны для выходного напряжения 12В в двух вариантах: без скобок, если VD1 — Д814Б, и в скобках, если он — КС139Е.

Краткое описание работы подобного стабилизатора имеется в [3]. Его хорошие параметры объясняются тем, что все необходимые сигналы сформированы из стабилизированного выходного напряжения, а оба транзистора (регулирующий VT1 и управляющий VT2) работают в режиме усиления напряжения.

Рис.2.

Экспериментально снятые нагрузочные характеристики этого стабилизатора приведены на рис. 2 (кривые 3 и 4).

При отклонении выходного напряжения от номинала его приращение через стабилитрон VD1 передается на эмиттер транзистора VT2 почти полностью.

Если не учитывать дифференциальное сопротивление стабилитрона,

∆ Uэ » ∆Uвых. Это — сигнал отрицательной ОС. Но в устройстве имеется и положительная.

Ее создает часть приращения выходного напряжения, поступающая на базу транзистора через делитель напряжения R2R3:Суммарная обратная связь в режиме стабилизации — отрицательная, сигналом ошибки служит величина, которая по абсолютной величине тем больше, чем меньше R3 по сравнению с R2. Уменьшение этого отношения благоприятно сказывается на коэффициенте стабилизации и выходном сопротивлении стабилизатора. Учитывая, что стабилитрон VD1 следует выбирать на максимально возможное, но меньшее выходного напряжение стабилизации.

Если заменить резистор R3 двумя включенными в прямом направлении и соединенными последовательно диодами (как предложено, например, в [4]), параметры стабилизатора улучшатся, так как место R3 в выражениях для

∆Uб и ∆Uбэ займет малое дифференциальное сопротивление открытых диодов. Однако подобная замена приводит к некоторым проблемам при переходе стабилизатора в защитный режим. На них остановимся ниже, а пока резистор R3 оставим на прежнем месте.

В режиме стабилизации падение напряжения на резисторе R1 остается практически неизменным. Ток, протекающий через этот резистор, — сумма тока стабилитрона VD1 и тока эмиттера транзистора VT2, практически равного току базы транзистора VT1.

С уменьшением сопротивления нагрузки последняя составляющая тока, текущего через R1, растет, а первая (ток стабилитрона) — уменьшается вплоть до нулевого значения, после чего приращение выходного напряжения больше не передается на эмиттер транзистора VT2 через стабилитрон.

В результате цепь отрицательной ОС оказывается разорванной, а продолжающая действовать положительная ОС приводит к лавинообразному закрыванию обоих транзисторов и отсечке тока нагрузки. Ток нагрузки, при превышении которого срабатывает защита, можно оценить по формуле

:

где h31э — коэффициент передачи тока транзистором VT1. К сожалению, h3i3 имеет большой разброс от экземпляра к экземпляру транзистора, зависит от тока и температуры.

Поэтому резистор R1 зачастую приходится подбирать при налаживании. В стабилизаторе, рассчитанном на большой ток нагрузки, сопротивление резистора R1 невелико. В результате ток через стабилитрон VD1 при снижении тока нагрузки возрастает настолько, что приходится применять стабилитрон повышенной мощности.

Наличие в нагрузочных характеристиках (см. кривые 3 и 4 на рис. 2) сравнительно протяженных переходных участков между рабочим и защитным режимами (заметим, эти участки — самые тяжелые с точки зрения теплового режима транзистора VT1) объясняется в основном тем, что развитию процесса переключения препятствует местная отрицательная ОС через резистор R1. Чем меньше напряжение стабилизации стабилитрона VD1, тем больше при прочих равных условиях номинал резистора R1 и тем более «затянут» переход из рабочего в защитный режим стабилизатора.

Этот, как и ранее сделанный, вывод о целесообразности применения стабилитрона VD1 с возможно большим напряжением стабилизации подтверждается экспериментально. Выходное напряжение стабилизатора по схеме, показанной на рис. 1, со стабилитроном Д814Б (UCT= 9 В), по сравнению с аналогичным стабилитроном КС139Е (UCT = 3,9 В), значительно меньше зависит от нагрузки и он более «круто» переходит в защитный режим при перегрузке.

Рис.3.

Уменьшить и даже полностью устранить переходный участок нагрузочной характеристики стабилизатора удается, добавив в него дополнительный транзистор VT3, как показано на рис. 3.

В рабочем режиме этот транзистор находится в насыщении и практически не оказывает влияния на работу стабилизатора, лишь незначительно ухудшая температурную стабильность выходного напряжения.

Когда в результате перегрузки ток стабилитрона VD1 стремится к нулю, транзистор VT3 переходит в активное состояние, а затем закрывается, создавая условия для быстрого включения защиты. Плавный переходный участок нагрузочной характеристики в этом случае отсутствует (см. кривую 1 на рис. 2).

Диоды VD2 и VD3 в рабочем режиме стабилизируют напряжение на базе транзистора VT2, что способствует улучшению основных параметров стабилизатора. Однако без дополнительного транзистора VT3 это негативно сказывается на защите, так как ослабляет положительную составляющую ОС. Переключение в защитный режим в этом случае очень затянуто и происходит только после снижения напряжения на нагрузке до величины, близкой к поддерживаемой диодами VD2 и VD3 на базе транзистора VT2 (см. кривую 2 на рис. 2).

Рассмотренные стабилизаторы обладают существенным для многих применений недостатком: остаются в защитном состоянии после устранения причины перегрузки, а нередко и при подаче напряжения питания с подключенной нагрузкой не переходят в рабочий режим. Известны различные способы их запуска, например, с помощью дополнительного резистора, установленного параллельно участку коллектор—эмиттер транзистора VT1, или (как предложено в [4]) «подпиткой» базы транзистора VT2. Проблема решается за счет компромисса между надежностью запуска под нагрузкой и величиной тока короткого замыкания, что не всегда приемлемо. Варианты узлов запуска, рассмотренные в [5] и [6], более эффективны, однако усложняют стабилизатор в целом.

Малораспространенный, но интересный способ вывода стабилизатора из защитного режима предложен в [7]. Он заключается в том, что специально предусмотренный генератор импульсов периодически принудительно открывает регулирующий транзистор, переводя стабилизатор на некоторое время в рабочий режим. Если причина перегрузки устранена, по окончании очередного импульса защита не сработает вновь и стабилизатор продолжит нормальную работу. Средняя мощность, рассеиваемая на регулирующем транзисторе при перегрузке, возрастает незначительно.

Рис.4.

На рис. 4 приведена схема одного из возможных вариантов стабилизатора, работающего по такому принципу. Он отличается от описанного в [7] отсутствием отдельного узла — генератора импульсов.

При перегрузке стабилизатор переходит в колебательный режим за счет положительной ОС, замыкающейся через конденсатор С1. Резистор R3 ограничивает ток зарядки конденсатора, a R4 служит нагрузкой генератора при замыкании внешней нагрузки.

В отсутствие перегрузки после подачи напряжения питания стабилизатор запускается благодаря резистору R2. Так как конденсатор С1 зашунтирован соединенными последовательно открытым диодом VD2 и резисторами R3—R5, условия самовозбуждения не выполняются и устройство работает аналогично рассмотренному ранее (см. рис. 1). Во время перехода стабилизатора в защитный режим конденсатор С1 действует как форсирующий, ускоряя развитие процесса.

Рис.5.

Эквивалентная схема стабилизатора в защитном режиме показана на рис. 5. При сопротивлении нагрузки RH, равном нулю, плюсовой вывод конденсатора С1 соединен через резистор R4 с общим проводом (минусом источника входного напряжения).

Напряжение, до которого конденсатор зарядился еще в режиме стабилизации, приложено к базе транзистора VT2 в отрицательной полярности и поддерживает транзистор закрытым.

Конденсатор разряжается током i1, текущим через резисторы R3—R5 и открытый диод VD2. Когда напряжение на базе VT1 превысит — 0,7В, диод VD2 закроется, но перезарядка конденсатора продолжится током i2, протекающим через резистор R2.

По достижении небольшого положительного напряжения на базе транзистора VT2 последний, а вместе с ним и VT1 начнут открываться. За счет положительной ОС через конденсатор С1 оба транзистора откроются полностью и некоторое время останутся в таком состоянии, пока конденсатор не зарядится током i3 почти до напряжения Uвх, после чего транзисторы закроются и цикл повторится.

При указанных на схеме рис. 5 номиналах элементов длительность генерируемых импульсов — единицы миллисекунд, период повторения — 100…200 мс. Амплитуда импульсов выходного тока в защитном режиме приблизительно равна току срабатывания защиты. Среднее значение тока короткого замыкания, измеренное стрелочным миллиамперметром, — примерно 30 мА.

С увеличением сопротивления нагрузки RH наступает момент, когда при открытых транзисторах VT1 и VT2 отрицательная ОС «перевешивает» положительную и генератор вновь превращается в стабилизатор напряжения. Величина RH, при которой происходит смена режимов, зависит в основном от сопротивления резистора R3. При слишком малых его значениях (менее 5 Ом) в нагрузочной характеристике появляется гистерезис, причем при нулевом сопротивлении R3 стабилизация напряжения восстанавливается лишь при сопротивлении нагрузки более 200 Ом. Излишнее увеличение сопротивления резистора R3 приводит к тому, что в нагрузочной характеристике проявляется переходный участок.

Амплитуда импульсов отрицательной полярности на базе транзистора VT2 достигает 10В, что может привести к электрическому пробою участка база—эмиттер этого транзистора. Однако пробой обратим, а ток его ограничен резисторами R1 и R3. Работы генератора он не нарушает. При выборе транзистора VT2 необходимо также учитывать, что напряжение, приложенное к его участку коллектор—база, достигает суммы входного и выходного напряжений стабилизатора.

В действующей аппаратуре выход стабилизатора напряжения обычно зашунтирован конденсатором (С2, показан на рис. 4 штриховой линией). Его емкость не должна превышать 200 мкФ. Ограничение связано с тем, что при перегрузке, не сопровождающейся полным замыканием выхода, этот конденсатор входит в цепь положительной ОС генератора. Практически это выражается в том, что генератор «заводится» только при значительной перегрузке, а в нагрузочной характеристике появляется гистерезис.

Сопротивление резистора R4 должно быть таким, чтобы падение напряжения на нем во время импульса было достаточным для открывания транзистора VT2 (» 1 В) и обеспечивало выполнение условий автогенерации при нулевом сопротивлении нагрузки. К сожалению, в режиме стабилизации этот резистор лишь уменьшает КПД устройства.

Для четкой работы защиты необходимо, чтобы при любом допустимом токе нагрузки минимальное (с учетом пульсаций) входное напряжение стабилизатора оставалось достаточным для его нормального функционирования. При проверке всех рассмотренных выше стабилизаторов с номинальным выходным напряжением 12В источником питания служил мостовой диодный выпрямитель на 14В с конденсатором емкостью 10000 мкФ на выходе. Напряжение пульсаций на выходе выпрямителя, измеренное милливольтметром ВЗ-38, не превышало 0,6 В.

При необходимости импульсный характер защиты можно использовать для индикации состояния стабилизатора, в том числе звуковой. В последнем случае при перегрузке будут слышны щелчки с частотой повторения импульсов.

Рис.6.

На рис. 6 показана схема более сложного стабилизатора с импульсной защитой, в значительной мере лишенного недостатков рассмотренного в первой части статьи (см. рис. 4).

Его выходное напряжение — 12В, выходное сопротивление — 0,08 Ом, коэффициент стабилизации — 250, максимальный рабочий ток — ЗА, порог срабатывания защиты — 3,2А, средний ток нагрузки в защитном режиме — 60 мА.

Наличие усилителя на транзисторе VT2 позволяет при необходимости значительно увеличить рабочий ток, заменив транзистор VT1 более мощным составным. Алгоритм работы защиты этого стабилизатора мало отличается от ранее описанного.

В защитном режиме транзисторы VT2 и VT3 образуют генератор импульсов с частотозадающим конденсатором С1. Конденсатор С2 подавляет высокочастотную паразитную генерацию.

Ухудшающий КПД последовательный резистор в выходной цепи стабилизатора (аналогичный R4, см. рис. 4) отсутствует, нагрузкой генератора служит резистор R1. Назначение диодов VD1, VD2 и транзистора VT4 аналогично элементам VD2, VD3 и VT3 в стабилизаторе по схеме, изображенной на рис. 3.

Номинал ограничительного резистора R4 может находиться в пределах от десятков ом до 51 кОм. Выход стабилизатора допускается зашунтировать конденсатором емкостью до 1000 мкФ, что приводит, однако, к возникновению гистерезиса в нагрузочной характеристике: при пороге срабатывания защиты 3,2А измеренное значение тока возврата в режим стабилизации — 1,9 А.

Для четкого переключения режимов необходимо, чтобы с уменьшением сопротивления нагрузки ток через стабилитрон VD3 прекратился раньше, чем войдет в насыщение транзистор VT2.

Поэтому номинал резистора R1 выбирают таким образом, чтобы перед срабатыванием защиты между коллектором и эмиттером этого транзистора оставалось напряжение не менее 2…3 В. В защитном режиме транзистор VT2 входит в насыщение, в результате амплитуда импульсов тока нагрузки может в 1,2… 1,5 раза превышать ток срабатывания защиты. Следует учитывать, что при значительном уменьшении сопротивления R1 ощутимо возрастает рассеиваемая на транзисторе VT2 мощность.

Наличие конденсатора С1 теоретически способно привести к росту пульсации выходного напряжения стабилизатора. Однако на практике этого наблюдать не приходилось.

Выходное стабилизированное напряжение равно сумме падений напряжения на диодах VD1 и VD2, участке база—эмиттер транзистора VT4 и напряжения стабилизации стабилитрона VD3 за вычетом падения напряжения на участке база—эмиттер транзистора VT3 — приблизительно на 1,4В больше напряжения стабилизации стабилитрона. Ток срабатывания защиты вычисляют по формуле

Благодаря дополнительному усилителю на транзисторе VT2 ток, протекающий через резистор R3, сравнительно невелик, даже при значительных расчетных токах нагрузки.

Это, с одной стороны, улучшает КПД стабилизатора, но с другой — заставляет применять в качестве VD3 стабилитрон, способный работать при малых токах. Минимальный ток стабилизации показанного на схеме (см. рис. 6) стабилитрона КС211Ж — 0,5 мА.

Подобный стабилизатор, кроме своего прямого назначения, может служить ограничителем разрядки аккумуляторной батареи. Для этого выходное напряжение устанавливают таким, чтобы при напряжении батареи меньше допустимого сработала защита, предотвращая дальнейшую разрядку. Номинал резистора R6 в этом случае целесообразно увеличить до 10 кОм. В результате ток, потребляемый устройством в рабочем режиме, уменьшится с 12 до 2,5 мА. Следует иметь в виду, что на грани срабатывания защиты этот ток возрастает приблизительно до 60 мА, но с запуском генератора импульсов среднее значение тока разрядки батареи падает до 4…6 мА.

По рассмотренному принципу импульсной защиты можно строить не только стабилизаторы напряжения, но и самовосстанавливающиеся электронные «предохранители», устанавливаемые между источником питания и нагрузкой. В отличие от плавких вставок, такие предохранители можно использовать многократно, не заботясь о восстановлении после устранения причины срабатывания.

Электронный предохранитель должен выдерживать как кратковременное, так и продолжительное, полное или частичное замыкание нагрузки. Последнее нередко возникает при длинных соединительных проводах, сопротивление которых — заметная часть полезной нагрузки. Этот случай наиболее тяжел для коммутационного элемента предохранителя.

Рис.7.

На рис. 7 приведена схема простого самовосстанавливающегося электронного предохранителя с импульсной защитой. Принцип его работы близок к описанному выше стабилизатору напряжения (см. рис. 4), но до срабатывания защиты транзисторы VT1 и VT2 находятся в состоянии насыщения и выходное напряжение практически равно входному. Если ток нагрузки превысил допустимое значение, транзистор VT1 выходит из насыщения и выходное напряжение начинает уменьшаться.

Его приращение через конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT2, закрывая последний, а вместе с ним и VT1. Выходное напряжение уменьшается еще больше, и в результате лавинообразного процесса транзисторы VT1 и VT2 оказываются закрытыми полностью. Через некоторое время, зависящее от постоянной времени цепи R1C1, они откроются вновь, однако, если перегрузка сохранилась, опять закроются. Этот цикл повторяется до устранения перегрузки.

Частота генерируемых импульсов — приблизительно 20 Гц при нагрузке, незначительно превышающей допустимую, и 200 Гц при ее полном замыкании. Скважность импульсов в последнем случае — более 100. При увеличении сопротивления нагрузки до допустимого значения транзистор VT1 войдет в насыщение и генерация импульсов прекратится. Ток срабатывания «предохранителя» можно ориентировочно определить по формуле

Коэффициент 0,25, подобранный экспериментально, учитывает, что в момент перехода транзистора VT1 из насыщения в активный режим его коэффициент передачи тока значительно меньше номинального.

Измеренный ток срабатывания защиты при входном напряжении 12В — 0,35А, амплитуда импульсов тока нагрузки при ее замыкании — 1,3 А.

Гистерезис (разность токов срабатывания защиты и восстановления рабочего режима) не обнаружен. К выходу «предохранителя» при необходимости можно подключить блокировочные конденсаторы суммарной емкостью не более 200 мкФ, что увеличит ток срабатывания приблизительно до 0,5 А.

При необходимости ограничить амплитуду импульсов тока нагрузки в эмиттерную цепь транзистора VT2 следует включить резистор в несколько десятков ом и немного увеличить номинал резистора R3.

При неполном замыкании нагрузки возможен электрический пробой участка база—эмиттер транзистора VT2. На работу генератора это влияет незначительно, да и для транзистора опасности не представляет, так как заряд, накопленный в конденсаторе С1 перед пробоем, сравнительно невелик.

Рис.8.

Недостатки «предохранителя», собранного по рассмотренной схеме (рис. 7), — низкий КПД из-за включенного последовательно в цепь нагрузки резистора R3 и не зависящего от нагрузки тока базы транзистора VT1.

Последнее характерно и для других подобных устройств [8]. Обе причины, снижающие КПД, устранены в более мощном «предохранителе» с максимальным током нагрузки 5А, схема которого показана на рис. 8.

Его КПД превышает 90 % в более чем десятикратном интервале изменения тока нагрузки. Ток, потребляемый в отсутствие нагрузки, — менее 0,5 мА.

Для уменьшения падения напряжения на «предохранителе» в качестве VT4 применен германиевый транзистор. При токе нагрузки меньше допустимого этот транзистор находится на грани насыщения. Это состояние поддерживает петля отрицательной ОС, которую при открытом и насыщенном транзисторе VT2 образуют транзисторы VT1 и VT3. Падение напряжения на участке коллектор—эмиттер транзистора VT4 не превышает 0,5В при токе нагрузки 1 А и 0,6 В — при 5 А.

При токе нагрузки, меньшем тока срабатывания защиты, транзистор VT3 находится в активном режиме и напряжение между его коллектором и эмиттером достаточно для открывания транзистора VT6, что обеспечивает насыщенное состояние транзистора VT2 и в конечном итоге — проводящее состояние ключа VT4. С увеличением тока нагрузки ток базы VT3 под действием отрицательной ОС увеличивается, а напряжение на его коллекторе уменьшается до закрывания транзистора VT6. В этот момент и срабатывает защита. Ток срабатывания можно оценить по формуле

где Рэкв — общее сопротивление соединенных параллельно резисторов R4, R6 и R8.

Коэффициент 0,5, как и в предыдущем случае, — экспериментальный. При замыкании нагрузки амплитуда импульсов выходного тока приблизительно в два раза больше тока срабатывания защиты.

Благодаря действию положительной ОС, замыкающейся через конденсатор С2, транзистор VT6, а с ним и VT2—VT4 полностью закрываются, VT5 — открывается. Транзисторы остаются в указанных состояниях до окончания зарядки конденсатора С2 током, текущим через участок база—эмиттер транзистора VT5 и резисторы R7, R9, R11, R12. Так как из перечисленных резисторов самый большой номинал у R12, он и определяет период повторения генерируемых импульсов — приблизительно 2,5с.

После окончания зарядки конденсатора С2 транзистор VT5 закроется, VT6 и VT2—VT4 откроются. Конденсатор С2 приблизительно за 0,06 с разрядится через транзистор VT6, диод VD1 и резистор R11. При замкнутой нагрузке коллекторный ток транзистора VT4 в это время достигает 8… 10А. Затем цикл повторится. Однако во время первого же после устранения перегрузки импульса транзистор VT3 не войдет в насыщение и «предохранитель» вернется в рабочий режим.

Интересно, что во время импульса транзистор VT6 не открывается полностью. Этому препятствует образованная транзисторами VT2, VT3, VT6 петля отрицательной ОС. При указанном на схеме (рис. 8) номинале резистора R9 (51 кОм) напряжение на коллекторе транзистора VT6 не опускается ниже 0,3Uвх..

Самая неблагоприятная для «предохранителя» нагрузка — мощная лампа накаливания, у которой сопротивление холодной нити в несколько раз меньше, чем разогретой. Проверка, проведенная с автомобильной лампой 12В 32 + 6 Вт, показала, что 0,06 с для разогрева вполне достаточно и «предохранитель» после ее включения надежно входит в рабочий режим. Но для более инерционных ламп длительность и период повторения импульсов возможно придется увеличить, установив конденсатор С2 большего номинала (но не оксидный).

Скважность генерируемых импульсов в результате такой замены останется прежней. Равной 40 она выбрана не случайно. В этом случае, как при максимальном токе нагрузки (5 А), так и при замыкании выхода «предохранителя», на транзисторе VT4 рассеивается приблизительно одинаковая и безопасная для него мощность.

Транзистор ГТ806А можно заменить другим из этой же серии или мощным германиевым, например, П210слюбым буквенным индексом. Если германиевые транзисторы отсутствуют или необходимо работать при повышенной температуре, можно использовать и кремниевые с

h31э>40, например, КТ818 или КТ8101 с любыми буквенными индексами, увеличив номинал резистора R5 до 10 кОм. После такой замены напряжение, измеренное между коллектором и эмиттером транзистора VT4, не превышало 0,8В при токе нагрузки 5А.

При изготовлении «предохранителя» транзистор VT4 необходимо установить на теплоотвод, например, алюминиевую пластину размерами 80

x 50 x 5 мм. Теплоотвод площадью 1,5…2 см² нужен и транзистору VT3,

Первое включение устройства производите без нагрузки, и прежде всего проверьте напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT4, которое должно быть приблизительно 0,5 В. Затем к выходу через амперметр подключите проволочный переменный резистор сопротивлением 10…20 Ом и мощностью 100 Вт.

Плавно уменьшая его сопротивление, переведите устройство в защитный режим. С помощью осциллографа убедитесь, что переключение режимов происходит без затянутых переходных процессов, а параметры генерируемых импульсов соответствуют указанным выше. Точное значение тока срабатывания защиты можно установить подборкой резисторов R4, R6, R8 (желательно, чтобы их номиналы оставались одинаковыми). При продолжительном замыкании нагрузки температура корпуса транзистора VT4 не должна превышать допустимое для него значение

.

А. Москвин

Литература

:

1. Клюев Ю. Абашев С. Стабилизатор напряжения. — Радио, 1975, № 2, с. 23.

2. Попович В. Усовершенствование стабилизатора напряжения. — Радио, 1977, № 9, с. 56.

3. Поляков В. Теория: понемногу — обо всем. Стабилизаторы напряжения. — Радио, 2000, № 12, с. 45, 46.

4. Каныгин С. Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок. — Радио, 1980, № 8, с. 45,46.

5. За рубежом. Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки. — Радио, 1984, № 9, с. 56.

6. Козлов В. Стабилизатор напряжения с защитой от короткого замыкания и перегрузки потоку. — Радио, 1998, № 5, с. 52—54.

7. Андреев В. Дополнительная защита стабилизатора от перегрева. — Радио, 2000, № 4, с. 44.

8. Бобров О. Электронный предохранитель. — Радио, 2001, № 3, с. 54.

 

энциклопедия киповца

Компенсационные непрерывные стабилизаторы напряжения представляют собой непрерывные автоматические системы регулирования (АСР) напряжения.

Как и во всех АСР, в схемах компенсационных непрерывных стабилизаторов напряжения можно выделить следующие элементы:

1) Датчик (Д) — в качестве датчика напряжения, обычно, выступает делитель напряжения, который позволяет использовать часть выходного напряжения схемы в качестве входного сигнала регулятора.

2) Задатчик — элемент схемы, с которого регулятор получает задание. В стабилизаторе напряжения он называется источником опорного напряжения (ИОН) и, обычно, строится на основе стабилитрона.

3) Регулятор — это элемент, который сравнивает входной сигнал регулятора с заданием (т.е. часть выходного напряжения схемы с опорным напряжением) и вырабатывает, в зависимости от их соотношения, управляющее воздействие. В стабилизаторах напряжения этот элемент принято называть элементом сравнения и усиления (ЭСУ). В качестве регулятора, обычно, используется операционный усилитель.

4) Регулирующий элемент (РЭ) — это элемент схемы, который, в зависимости от величины управляющего воздействия, изменяет свои рабочие параметры таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось постоянным. В качестве регулирующего элемента, обычно, используется транзистор.

В зависимости от схемы включения регулирующего элемента стабилизаторы напряжения делятся на последовательные (которые также называют сериесными) и параллельные (которые также называют шунтовыми).

Последовательные стабилизаторы напряжения (сериесные) — это стабилизаторы, в которых регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.

Если напряжение на выходе превышает заданное, то ЭСУ вырабатывает управляющее воздействие, которое так воздействует на РЭ, что падение напряжения на нем увеличивается и, как следствие, уменьшается выходное напряжение. Если напряжение на выходе меньше заданного, то ЭСУ вырабатывает управляющее воздействие, которое так воздействует на РЭ, что падение напряжения на нем уменьшается и, как следствие, увеличивается выходное напряжение.

Параллельные стабилизаторы напряжения (шунтовые) — это стабилизаторы, в которых регулирующий элемент включен параллельно с нагрузкой.

Если напряжение на выходе превышает заданное, то ЭСУ вырабатывает управляющее воздействие, которое так воздействует на РЭ, что ток через него увеличивается, а следовательно — увеличивается падение напряжения на балластном резисторе и уменьшается выходное напряжение. Если напряжение на выходе меньше заданного, то ЭСУ вырабатывает управляющее воздействие, которое так воздействует на РЭ, что ток через него уменьшается, а следовательно уменьшается падение напряжения на балластном резисторе и увеличивается выходное напряжение.

Следует отметить, что последовательные стабилизаторы напряжения более распространены, чем параллельные.

Компенсационные непрерывные стабилизаторы напряжения отличаются относительно невысоким КПД (30-50%) и необходимостью использования специальных радиаторов для охлаждения РЭ, который, постоянно работая в активном режиме, может довольно значительно нагреваться.

Ниже представлен пример последовательного стабилизатора напряжения:

В данной схеме в качестве регулирующего элемента использован биполярный транзистор, в качестве датчика напряжения — делитель на резисторах R2 и R3, источник опорного напряжения реализован на стабилитроне и резисторе R1, а элемент сравнения и усиления реализован на операционном усилителе. Резистор R0 необходим для ограничения выходного тока операционного усилителя.

Схема работает следующим образом: в равновесном состоянии, когда выходное напряжение равно заданному, напряжение между входами операционного усилителя равно нулю.

Если выходное напряжение по какой-либо причине уменьшится на величину DUвых, то напряжение на неинвертирующем входе (с источника опорного напряжения) практически не изменится, а напряжение на инвертирующем входе (с делителя напряжения) уменьшится на величину DUвых*R3/(R3+R2). Это отрицательное приращение напряжения на инвертирующем входе инвертируется и усиливается операционным усилителем, в результате чего выходное напряжение операционного усилителя увеличится и, как следствие, увеличится потенциал базы транзистора. В результате этого увеличатся токи базы, коллектора и эмиттера транзистора, уменьшится падение напряжения Uкэ. Так как падение напряжения на транзисторе уменьшится, то выходное напряжение увеличится и схема вернется к равновесному состоянию. Аналогично, если выходное напряжение по какой-либо причине увеличится, то потенциал базы транзистора уменьшится и падение напряжения на транзисторе увеличится.

В рассмотренной схеме операционный усилитель должен питаться не выходным (стабилизированым) напряжением, а входным. Это необходимо по двум причинам:

1) В момент запуска схемы транзистор закрыт и операционный усилитель не получает питания, а следовательно не может изменить потенциал базы и открыть транзистор. То есть схема просто не запустится (по этой же причине ИОН также должен располагаться до РЭ, иначе в момент запуска схема будет находиться в состоянии равновесия).

2) Для нормальной работы транзистора потенциал его базы должен быть на 0,5…1 В выше, чем выходное напряжение, а питание операционного усилителя должно быть на 2…3 В больше, чем потенциал базы. То есть питание операционного усилителя должно быть на 2,5…4 В больше, чем выходное напряжение.

Аналогично можно построить схему параллельного стабилизатора, только добавляется балластный резистор, транзистор включается в цепь не последовательно, а параллельно. Последовательно с транзистором надо включить резистор. Напряжение с делителя должно поступать на неинвертирующий вход операционного усилителя, а с источника опорного напряжения — на инвертирующий, т.к. в данном случае при уменьшении выходного напряжения ток через транзистор должен уменьшаться, а при увеличении выходного напряжения — увеличиваться.

Линейные стабилизаторы Texas Instruments

Компания Texas Instruments — один из старейших производителей электронных компонентов. Компания была основана в 1941 году. Название Texas Instruments появилось в 1951 году. С той поры было развито производство полупроводников различного назначения, начиная от диодов и транзисторов для бытовой техники и заканчивая микроконтроллерами и микросхемами для применения в военной сфере и использования на космических аппаратах.

Компания является четвёртым в мире по размеру производителем полупроводниковых приборов. Предприятия TI расположены не только в США, но и более чем в 30 странах Европы и Азии, на которых трудится около 30 тысяч работников. Компании принадлежит свыше 40 тысяч патентов на электронику.

В производстве находится широкая номенклатура микросхем для источников питания, в том числе линейных стабилизаторов напряжения. До сегодняшнего дня производятся распространённые стабилизаторы напряжения положительной полярности серии 78 и отрицательной полярности серии 79, а также популярные серии 317, 340, 1084, 1085, 1086. Также выпускается большое количество разнообразных микросхем линейных стабилизаторов с низким падением напряжения (Low Dropout).

Структурная схема линейного стабилизатора напряжения представлена на рисунке 1.

Основными узлами стабилизатора напряжения являются источник опорного напряжения; усилитель сигнала ошибки; регулирующий элемент и делитель напряжения. Кроме этого в состав стабилизатора напряжения могут входить схемы запуска, узлы защиты от перегрева, от короткого замыкания в нагрузке, цепи включения/выключения, формирования сигнала Reset и другие.

Рис. 1. Функциональная схема линейного стабилизатора напряжения:

(ИОН – источник опорного напряжения;

УСО – усилитель сигнала ошибки;

РЭ – регулирующий элемент;

R1,R2 – делитель напряжения).

На рисунке 2 показаны основные типы регулирующих элементов. В качестве силового элемента используются биполярные либо полевые транзисторы. Структура регулирующего элемента определяет минимальную разность между напряжением на входе стабилизатора (Vin) и напряжением на выходе стабилизатора (Vout), при котором обеспечивается стабильная работа устройства. Поскольку полевые транзисторы имеют очень маленькое сопротивление в открытом состоянии, их использование в качестве регулирующего элемента позволяет создавать стабилизаторы с малым падением напряжения Vdo. Сравнительные характеристики различных типов регулирующих элементов представлены в таблице 1.

Рис. 2. Структура регулирующих элементов:

(а – Дарлингтон; б – npn; в – pnp; г – PMOS; д – NMOS).

 

Таблица 1 —  Сравнение типов регулирующих элементов

Параметр Типовая схема регулирующего элемента
Дарлингтон npn pnp PMOS NMOS
Выходной ток Высокий Высокий Высокий Средний Средний
Ток покоя Средний Средний Большой Низкий Низкий
Падение напряжения Vsat+2Vbe
1,6-2,5В
Vsat+Vbe
≥0,9В
Vce(sat)
0,15-0,4В
Vsd(sat)
0,035-0,35В
Vsat+Vgs
0,5-0,9В
Скорость Высокая Высокая Медленная Средняя Средняя

На рисунке 3 представлена структура стабилизатора напряжения положительной полярности серии LM78xx.

  • Розовым цветом выделен регулирующий элемент,
  • голубым – делитель напряжения,
  • зелёным – источник опорного напряжения,
  • жёлтым – усилитель сигнала ошибки,
  • коричневым – цепь запуска,
  • красным – блок защиты от перегрева, от превышения входного напряжения и ограничения выходного тока.

Как видим, регулирующим элементом микросхем серии LM78xx является биполярный составной транзистор обратной проводимости, поэтому стабилизаторы этой серии для успешной работы должны иметь разность между входным и выходным напряжением не менее 2,5 вольта.

Рис. 3. Внутренняя структура стабилизатора напряжения серии LM78xx.

На рисунке 4 представлена внутренняя структура стабилизатора напряжения серии LM1117.

Регулирующим элементом этой микросхемы является npn-транзистор. Падение напряжения в таком стабилизаторе меньше, чем у микросхем серии LM78xx примерно на 0,6-0,8В. Одинаковую с LM1117 внутреннюю структуру имеют стабилизаторы LM1084, LM1085 и LM1086, отличающиеся повышенным выходным током. Если микросхема LM1117 имеет выходной ток 0,8А, то у микросхем LM1084, LM1085 и LM1086 выходной ток имеет величину 5А, 3А и 1,5А, соответственно. Все перечисленные серии относятся к сравнительно мощным микросхемам и выпускаются в корпусах TO-220, TO-263 (D2PAK), TO-252 (DPAK) и SOT-223. В таблице 2 приведены основные характеристики мощных линейных стабилизаторов напряжения, выполненных по классической схеме. Упомянутые в таблице микросхемы имеются в наличии.

Рис. 4. Внутренняя структура стабилизатора напряжения серии LM1117.

 

Таблица 2 — Характеристики мощных линейных стабилизаторов напряжения

Наименование Корпус Выходное напряжение,В Выходной ток,мА Макс. входное напряжение,В Макс. падение напряжения,В

LM1084IS-3.3/NOPB

TO-263 3,3 5000 27 1,5

LM1085IS-5.0/NOPB

TO-263 5,0 3000 25 1,5

LM1086IT-ADJ/NOPB

TO-220 Регулируемое 1500 29 1,5

LM1117DT-1.8/NOPB

TO-252 1,8 800 20 1,3

LM317HVT/NOPB

TO-220 Регулируемое 1500 60 3,0

LM338T/NOPB

TO-220 Регулируемое 5000 40 3,0

LM7915CT/NOPB

TO-220 -15 1500 -35 1,1

LP3879MR-1.2/NOPB

PowerSO8 1,2 800 6 1,9

MC79L12ACLP

TO-92 -12 100 -27 1,7

REG1117-5

SOT-223 5,0 800 15 1,2

TLV1117-33IDCYR

SOT-223 3,3 800 15 1,3

UA78L05ACD

SOIC-8 5,0 100 30 1,7

Миниатюризация аппаратуры, батарейное питание и снижение энергопотребления требуют создания микросхем питания с небольшим выходным током и малым падением напряжения на регулирующем транзисторе. Поэтому фирмой Texas Instruments разработана и выпускается широкая номенклатура линейных стабилизаторов с низким падением напряжения (Low Dropout).

Основные характеристики некоторых стабилизаторов этой группы, имеющихся в продаже:

Характеристики линейных стабилизаторов с малым падением напряжения с регулирующим элементом на биполярных транзисторах

Характеристики линейных стабилизаторов с малым падением напряжения с регулирующим элементом на полевых транзисторах

Обращаем ваше внимание на некоторые микросхемы.

Стабилизатор LM2931 разработан для применения в автомобильной электронике.

  • Выпускается с фиксированным выходным напряжением +5В и регулируемый вариант.
  • В наличии есть микросхемы в корпусах SOIC-8 и TO-92.
  • Диапазон рабочих температур от -40 до +85°C.
  • Особенность цоколёвки корпуса SOIC-8 позволяет сохранить микросхему в исправном состоянии при зеркальной установке на плату.
  • Входное напряжение микросхем до 26В и падение напряжения не превышающее 0,6В позволяет использовать её для построения стабилизаторов с выходным напряжением от 3 до 24В.

Интересная микросхема TPS7A1633DGNT в корпусе MSOP-8.

  • Выходное напряжение микросхемы 3,3В 
  • Микросхема имеет вход Enable и формирует сигнал Power Good.
  • При этом входное напряжение может достигать 60В.

У микросхемы небольшое падение напряжения и маленький потребляемый ток, что позволяет применять её в аппаратуре с батарейным питанием.

Микросхемы TLV70433 и TLV70450 в корпусе SOT-23-5

  • Обеспечивают выходной ток 150мА при выходном напряжении 3,3В и 5,0В.
  • Диапазон рабочих температур от -40 до +125°C.
  • Входное напряжение до 24В.

Данная микросхема идеальна для систем питания таких микроконтроллеров как MSP430.

Очень маленькое падение напряжения и маленький ток покоя имеют микросхемы TPS76933DBVT и TPS77033DBVT в корпусе SOT-23-5. Падение напряжения в диапазоне температур от -40 до +125°C при токе нагрузки 100мА для микросхемы TPS76933DBVT не превышает 0,2В, а для микросхемы TPS77033DBVT при токе нагрузки 50мА не превышает 50мА.

Для конструирования стабилизаторов напряжения с высоким выходным напряжением может оказаться очень привлекательной микросхема TL783CKCSE3 в корпусе TO-220.

  • Микросхема имеет входное напряжение +125В,
  • В качестве регулирующего элемента применяется достаточно мощный полевой транзистор,
  • Выходной ток микросхемы достигает 700мА.

На этой микросхеме можно собирать регулируемые источники питания с выходным напряжением от 1,25 до 125В.

Напоминаем также, что группа компаний «Промэлектроника» постоянно пополняет и расширяет номенклатуру предлагаемой продукции, в том числе компании Texas Inctruments.

Стабилизатор напряжения с внешними регулирующими транзисторами 5-12В/1-3А

Микросхемы 142ЕН5, 142ЕН8, 142ЕН9 в зависимости от типа могут отдавать в нагрузку ток до 1,5…3 А. Однако эксплуатация их с предельным током нагрузки нежелательна, так как требует применения эффективных теплоотводов (допустимая рабочая температура кристалла ниже, чем у большинства мощных транзисторов). Облегчить режим работы микросхемы в подобных случаях можно, подключив к ней внешний регулирующий транзистор.

Принципиальная схема 

Принципиальная схема базового варианта СН с внешним регулирующим транзистором показана на рис. 1. При токе нагрузки до 180…190 мА падение напряжения на резисторе R1 невелико, и устройство работает так же, как и без транзистора.

Рис. 1. Принципиальная схема базового варианта стабилизатора напряжения.

При большем токе это падение напряжения достигает 0,6…0,7 В, и транзистор VT1 начинает открываться, ограничивая тем самым дальнейшее увеличение тока через микросхему DA1.

Она поддерживает выходное напряжение на заданном уровне, как и в типовом включении: при повышении входного напряжения снижается входной ток, а следовательно, и напряжение управляющего сигнала на эмиттерном переходе транзистора VT1, и наоборот.

Применяя такой СН, следует иметь в виду, что минимальная разность входного и выходного напряжений должна быть равна сумме минимального падения напряжения на используемой микросхеме и напряжения U36 регулирующего транзистора.

Необходимо также позаботиться об ограничении тока через этот транзистор, так как при замыкании в нагрузке он может превысить ток через микросхему в число раз, равное статическому коэффициенту передачи тока транзистора, и достичь 20 А и даже более. Такого тока в большинстве случаев достаточно дня вывода из строя не только регулирующего транзистора, но и нагрузки.

Схемы возможных вариантов СН с ограничением тока

Схемы возможных вариантов СН с ограничением тока через регулирующий транзистор показаны на рис. 1, 2, 3. В первом из них эта задача решается включением параллельно эмиттерно-му переходу транзистора VT1 двух соединенных последовательно диодов VD1, VD2, которые открываются, если ток нагрузки превышает 7 А.

Стабилизатор продолжает работать и при некотором дальнейшем увеличении тока, но как только он достигает 8 А, срабатывает система защиты микросхемы от перегрузки.

Недостаток рассмотренного варианта — сильная зависимость тока срабатывания системы защиты от параметров транзистора и диодов (ее можно значительно ослабить, если обеспечить тепловой контакт между корпусами этих элементов).

Рис. 2. Схема стабилизатора напряжения с ограничением тока.

Значительно меньше этот недостаток проявляется в другом стабилизаторе (рис. 2). Если исходить из того, что напряжение на эмиттерном переходе транзистора VT1 и прямое напряжение диода VD1 примерно одинаковы, то распределение тока между микросхемой DA1 и регулирующим транзистором зависит от отношения значений сопротивления резисторов R2 и R1. При малом выходном токе падение напряжения на резисторе R2 и диоде VD1 мало, поэтому транзистор VT1 закрыт и работает только микросхема.

По мере увеличения выходного тока это падение напряжения возрастает, и когда оно достигает 0,6…0,7 В, транзистор начинает открываться, и все большая часть тока начинает течь через него.

При этом микросхема поддерживает выходное напряжение на уровне, определяемом ее типом: при увеличении напряжения ее регулирующий элемент закрывается, снижая тем самым протекающий через нее ток, и падение напряжения на цепи R2, У01уменьшается. В результате падение напряжения на регулирующем транзисторе VT1 возрастает и выходное напряжение понижается.

Если же напряжение на выходе СН уменьшается, процесс регулирования протекает в противоположном направлении. Введение в эмиттерную цепь транзистора VT1 резистора R1, повышающего устойчивость работы СН (он предотвращает его самовозбуждение), требует увеличения входного напряжения.

В то же время, чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше ток срабатывания по перегрузке зависит от параметров транзистора VT1 и диода VD1. Однако с увеличением сопротивления резистора возрастает рассеиваемая на нем мощность, в результате чего снижается КПД и ухудшается тепловой режим устройства.

Рис. 3. Схема стабилизатора напряжения с ограничением тока — второй вариант.

В следующей схеме транзистор VT1 также выполняет функции регулирующего элемента. Сопротивление резистора R1 выбирают таким образом,, чтобы он открывался при токе нагрузки около 100 мА.

Транзистор VT2 реагирует на изменение (под действием тока нагрузки) падения напряжения на резисторе R2 и открывается, когда оно достигает 0,6…0,7 В, защищая тем самым регулирующий транзистор VT1.

Автомобильный регулятор напряжения (как это работает + как его проверить)

Автомобильный регулятор напряжения играет важную роль в системе зарядки вашего автомобиля.

Но что это такое и как это работает ?  

В этой статье мы ответим на эти вопросы, покажем, как проверить стабилизатор напряжения, и ответим на некоторые часто задаваемые вопросы.

Эта статья содержит: 

(Нажмите на ссылку, чтобы перейти к определенному разделу)

Начнем.

Что такое автомобильный регулятор напряжения?

Как следует из названия, регулятор напряжения вашего автомобиля или импульсный регулятор управляет напряжением, вырабатываемым генератором переменного тока (генератором в старых автомобилях или стартер-генератором в тракторах).

Без регулятора напряжения генератора входное напряжение было бы слишком большим и привело бы к перегрузке электрических систем автомобиля.

Чтобы предотвратить это, регулятор напряжения работает почти так же, как линейный регулятор, в том смысле, что он обеспечивает стабильное зарядное напряжение на выходе генератора в пределах 13.5В и 14,5В.

Этого постоянного напряжения достаточно для подзарядки аккумулятора без перегрузки электрических компонентов и цепей автомобиля, таких как комбинация приборов, автомобильный аккумулятор, фары, двигатели и т. д.

Если зарядное напряжение падает ниже 13,5 В, регулятор подает дополнительный ток на обмотку возбуждения для зарядки генератора. Если уровень напряжения поднимется выше 14,5В, регулятор перестанет подавать питание на обмотку возбуждения и предотвратит зарядку генератора.

Как же регулятор напряжения обеспечивает постоянное напряжение?

Как работает автомобильный регулятор напряжения?

Процесс начинается при повороте ключа зажигания.

Напряжение поступает от автомобильного аккумулятора на стартер, который приводит двигатель в действие за счет сгорания.

Когда двигатель запущен, приводной ремень вращает ротор внутри генератора переменного тока, электризуя катушку возбуждения и генерируя напряжение постоянного тока для зарядки аккумулятора.Однако, прежде чем источник питания достигнет батареи, он должен пройти через электронный регулятор напряжения.

Электропитание проходит через регулятор генератора переменного тока, который содержит диоды, такие как диод Зенера, транзистор и несколько других компонентов.

Вместе эти диоды включают и выключают генератор переменного тока при колебаниях выходного напряжения цепи возбуждения, эффективно контролируя рабочий цикл.

Катушка возбуждения внутри генератора переменного тока или генератора соединяется с переключающим регулятором, который работает со скоростью 2000 раз в секунду , открывая и закрывая соединение.

Если выходное напряжение падает ниже 13,5 В, напряжение питания низкое, поэтому датчики регулятора замыкают цепь на генератор. Это приводит к включению генератора переменного тока, увеличивая магнитное поле и передавая энергию аккумуляторной батарее.

Затем, как только выходное напряжение аккумулятора достигает 14,5 В, регулятор отключает выход генератора переменного тока или генератора, ослабляя магнитное поле и не позволяя ему заряжать аккумулятор. Это гарантирует, что батарея не перезарядится и не взорвется или не сгорит.

В наши дни ваш электронный регулятор напряжения почти не имеет проблем и его трудно починить. В результате, когда они начинают барахлить, проще установить замену, чем пытаться починить неисправный регулятор генератора.

Многие автомобили также имеют модуль управления двигателем (ECM), регулирующий уровень напряжения генератора через специальную схему. Они значительно более продвинуты и, как часть отказоустойчивой схемы, предлагают возможность диагностики и описания потенциальных проблем.

С учетом сказанного, как проверить регулятор напряжения генератора, чтобы убедиться, что он обеспечивает надежное регулирование напряжения?

Как проверить автомобильный регулятор напряжения

Если вы заметили проблемы с электрической системой вашего автомобиля, проверка электронного регулятора напряжения может помочь вам определить, какая часть электрической системы вашего автомобиля вызывает проблему.

К счастью, проверить регулятор напряжения довольно просто, но для этого требуется мультиметр.

Примечание: Этот тест предназначен для автомобилей без компьютеризированной регулировки напряжения.  

Выполните следующие действия, чтобы проверить регулятор напряжения:

Шаг 1. Установите мультиметр на напряжение

Убедитесь, что на мультиметре установлено значение напряжения .
Параметр напряжения часто выглядит как ∆V или V с несколькими линиями над ним.

Установите его на 20 В. Проверка регулятора генератора с помощью мультиметра, настроенного на Ом или Ампер, может повредить ваше устройство.

Шаг 2. Подключите мультиметр к аккумулятору

Чтобы проверить регулятор генератора, нам нужно проверить напряжение аккумуляторной батареи.

Отключив автомобиль от , подключите черный провод мультиметра к черной (отрицательной) клемме аккумулятора, а красный провод к красной (положительной) клемме аккумулятора.

Шаг 3. Проверьте мультиметр

Мультиметр должен отображать немногим более 12 вольт при выключенном двигателе, если ваша батарея работает правильно.Если напряжение аккумулятора ниже 12 В, это может означать, что аккумулятор вышел из строя и вскоре может потребоваться его замена.

Шаг 4. Включите автомобиль

Когда автомобиль находится в положении парковки или нейтральной передачи и включен аварийный тормоз, включите двигатель. Посмотрите на мультиметр, и вы должны увидеть, что показания увеличиваются до около 13,8 В , пока машина работает на холостом ходу.

Если вы видите на мультиметре 13,8 В, вы можете исключить генератор вашего автомобиля как причину проблем с электричеством.13,8 В говорит о том, что все работает правильно, и генератор заряжает аккумулятор должным образом.

Если выходное напряжение падает ниже 13 В сразу после запуска двигателя, возможно, проблема в электрической системе. Рассмотрите возможность проведения теста на падение напряжения.

Наконец, если вы заметили постоянное или прерывистое высокое или низкое выходное напряжение, это предполагает, что проблема связана с регулятором напряжения генератора.

Шаг 5. Пересмотрите двигатель

Здесь вам понадобится дополнительная пара рук.Попросите кого-нибудь включить двигатель, пока вы следите за показаниями мультиметра. Медленно увеличивайте обороты автомобиля, пока они не достигнут 1500 – 2000 об/мин .

Шаг 6. Повторная проверка мультиметра

Если регулятор напряжения генератора работает правильно, выходное напряжение аккумулятора должно ограничиваться 14,5 В . Если показания выше 14,5 В, скорее всего, у вас неисправен регулятор напряжения. Если показания ниже 13,8 В, ваша батарея разряжена и, вероятно, нуждается в замене.

Теперь давайте рассмотрим некоторые часто задаваемые вопросы регулятора:

5 Часто задаваемые вопросы по автомобильному регулятору напряжения

Вот несколько распространенных вопросов по регуляторам напряжения и ответы на них:

1. Где я могу найти регулятор напряжения?

Часто регулятор напряжения можно найти внутри или снаружи корпуса генератора . Если он установлен снаружи, вы должны увидеть жгут проводов, соединяющий регулятор с генератором автомобиля.

2. Может ли неисправный регулятор напряжения испортить аккумулятор?

Да, плохой регулятор напряжения определенно может испортить автомобильный аккумулятор.

Если на батарею поступает слишком много напряжения, это может деформировать пластины и разрушить вашу батарею. В качестве альтернативы, если есть низкое напряжение, аккумулятор не сможет полностью зарядиться, и вам может быть трудно завести машину.

Если регулятор напряжения полностью выйдет из строя, произойдет глубокая разрядка аккумулятора. В то время как ваш стандартный 12-вольтовый свинцово-кислотный автомобильный аккумулятор должен разряжаться, слишком сильная разрядка может привести к необратимому повреждению пластин внутри аккумулятора, что значительно сократит срок его службы.

3. Могу ли я ездить с неисправным регулятором напряжения?

Технически можно ездить с неисправным регулятором напряжения, но это рискованно.

Вы можете быть в порядке, и ничего не происходит, но вы рискуете перегореть некоторые дорогие электрические компоненты без постоянного напряжения. Если у вас неисправный регулятор напряжения, его следует заменить как можно скорее.

4. Сколько стоит замена регулятора напряжения?

Замена регулятора напряжения генератора — довольно дорогая работа.

Марка и модель вашего автомобиля будут иметь наибольшее влияние на стоимость нового регулятора напряжения. Однако за саму деталь вы можете заплатить от 40 до 140 долларов.

Однако и здесь большую роль играют затраты на оплату труда.

Это связано с тем, что большинство регуляторов напряжения находятся внутри генератора автомобиля, что затрудняет доступ к ним. В результате затраты на оплату труда должны составлять от 140 до 240 долларов.

Вы можете заплатить немного меньше, если у вас есть внешний регулятор напряжения (т.е., ваш регулятор напряжения установлен снаружи генератора).

При всем при этом общая стоимость замены регулятора напряжения должна составлять от до 180–380 долларов . Конечно, если неисправный регулятор повредит какие-либо другие электрические компоненты, стоимость будет выше.

5. Что делать, если мне нужна замена регулятора напряжения?

Если вам нужна замена регулятора напряжения, не ведите машину в ремонтную мастерскую, так как это может привести к повреждению дорогих деталей.

При поиске механика для замены всегда звоните механику и перепроверяйте, что это:

  • Сертификат ASE 
  • Предлагайте гарантию на ремонт 
  • Используйте только высококачественные инструменты и запасные части

К счастью, вам не нужно паниковать; RepairSmith отвечает всем вышеуказанным требованиям.

Решат любые проблемы с электрикой вашего автомобиля, вплоть до замены регулятора напряжения.

Что такое RepairSmith ?
RepairSmith — это удобное решение для ремонта и технического обслуживания мобильных автомобилей.

Вот что предлагает RepairSmith:

  • Работы по ремонту и техническому обслуживанию, выполняемые непосредственно на подъездной дорожке
  • Опытные, сертифицированные ASE технические специалисты выполняют весь ремонт и техническое обслуживание
  • Удобное и простое онлайн-бронирование
  • Конкурентоспособные предварительные цены
  • Все техническое обслуживание и ремонт выполняются с использованием высококачественных инструментов и запасные части
  • RepairSmith предлагает 12-месячную | Гарантия на весь ремонт на 12 000 миль

Стоимость замены регулятора напряжения зависит от марки и модели вашего автомобиля.Для точного расчета стоимости заполните форму.

Заключительные мысли 

В системе зарядки вашего автомобиля есть несколько компонентов, и регулятор напряжения обеспечивает их работу, контролируя выходное напряжение.

Однако со временем регулятор напряжения может начать барахлить.
Лучший способ определить, правильно ли он работает, — протестировать его.

Если тест показывает, что проблема связана с вашим регулятором напряжения, лучше всего заменить его как можно скорее.

А когда придет время замены, не волнуйтесь.
Просто свяжитесь с RepairSmith для получения профессиональной помощи и совета!

Их специалисты, сертифицированные ASE, приедут к вам на подъездную дорожку и займутся ремонтом и обслуживанием вашего автомобиля.

5 основных характеристик автоматических регуляторов напряжения

Как выбрать автоматический регулятор напряжения?

Ниже мы перечисляем пять основных характеристик высококачественного автоматического регулятора напряжения, чтобы помочь вам найти наилучшее решение для вашего приложения.


1. Регулирование напряжения

Оптимальное регулирование напряжения достигается, когда значение напряжения эквивалентно всем нагрузкам электрооборудования. На регулирование напряжения могут влиять несколько факторов, в том числе размер и тип проводов и кабелей, реактивное сопротивление трансформатора и кабели, пускатель двигателя, схема и коэффициент мощности. Независимо от этих потенциальных препятствий, регулировка напряжения должна выбираться с точностью ±1%. Это требование устраняет проблемы с трехфазным дисбалансом и сводит к минимуму отклонения напряжения.


2. Диапазон входного напряжения

Первым шагом в выборе наилучшего автоматического регулятора напряжения является указание диапазона входного напряжения. Диапазон входного напряжения должен быть широким и сдвинутым, потому что линейные напряжения падают больше, чем растут. Эта функция допускает более низкую коррекцию, а не высокую коррекцию. Это также позволяет автоматическому регулятору напряжения быть более настраиваемым для понижения или повышения напряжения, обеспечивая максимальную коррекцию напряжения в экстремальных случаях.


3.Низкий импеданс

Импеданс — это сопротивление компонента протеканию электрического тока, измеряемое в омах. Целью автоматического регулятора напряжения является достижение низкого импеданса. Взаимодействие между током нагрузки и импедансом источника может привести к низкому напряжению, гармоническим искажениям и дисбалансу напряжения. В идеале ваш автоматический регулятор напряжения избегал бы всего этого, если бы имел низкое полное сопротивление.


4. Совместимость нагрузки

Решения по регулированию напряжения должны быть совместимы с указанной нагрузкой, чтобы обеспечить ее работу и избежать помех работе других нагрузок, подключенных к тому же источнику питания.Высокоэффективные автоматические регуляторы напряжения должны работать с нагрузками с высокими пусковыми токами, всеми коэффициентами мощности и высокими коэффициентами амплитуды. Чтобы предотвратить нестабильность, скорость отклика регулятора должна быть рассчитана на работу с электронными источниками питания, используемыми в большей части современного оборудования.


5. Точность напряжения

Основная задача автоматического регулятора напряжения — повысить точность уровней напряжения, но каков оптимальный уровень точности для вашего приложения? Точность напряжения зависит от требований критической нагрузки.Как правило, автоматические регуляторы напряжения работают в цепях, где регулирование напряжения не может быть достигнуто путем изменения размера проводника. Перечисленные выше пять характеристик имеют решающее значение для надежной работы автоматического регулятора напряжения в требовательных приложениях. В приложениях, где импульсы напряжения, всплески и переходные процессы являются серьезной проблемой, вы также должны рассматривать подавление переходных процессов как критически важную функцию.

Регулятор сетевого напряжения | ABB

Многие страны поставили перед собой важные цели по увеличению количества электроэнергии, вырабатываемой за счет возобновляемых источников энергии.Особое внимание уделяется ветровой и солнечной энергии. Происходит переход от централизованного традиционного производства электроэнергии к децентрализованному местному производству, что также приводит к изменению условий в электрических сетях. Распределительные сети испытывают не только падение напряжения из-за нагрузки, но и повышение напряжения, вызванное местной генерацией. Возможны большие колебания напряжения. Регулятор линейного напряжения автоматически регулирует напряжение до обычного уровня, делает распределительные сети «умнее» и позволяет подавать большее количество возобновляемой энергии.

Европейский сетевой кодекс требует, чтобы напряжение у потребителя оставалось в диапазоне +/-10% от номинального напряжения U n . С +/-5% требования в США еще более строгие. Нынешняя практика проектирования сетей связывает только часть этого диапазона напряжения с повышением напряжения. В Германии это обычно +3% для распределительных сетей низкого напряжения и +2% для распределительных сетей среднего напряжения.

Мощность местного подвода ветровой или фотогальванической энергии часто кратна максимальной нагрузке, на которую изначально рассчитана распределительная сеть, и рост напряжения быстро превышает допустимые пределы.Несмотря на то, что пропускная способность кабеля или воздушной линии достаточно велика, подача должна быть уменьшена или полностью остановлена. Используя инновационный регулятор линейного напряжения АББ, напряжение «перекалибруется» и увеличивается мощность питания. Это важный вклад АББ, позволяющий интегрировать производство возобновляемой энергии в существующие распределительные сети без необходимости дорогостоящего расширения сети и с возможностью быстрой реализации. Регуляторы линейного напряжения доступны для сетей среднего или низкого напряжения.

Германия играет ведущую роль в переходе к большему количеству возобновляемых источников энергии под названием «Energiewende». К концу 2014 года в Германии была установлена ​​общая мощность электростанций около 195 ГВт. Мощность ветра и фотоэлектрической энергии составляла 38 ГВт, что близко к 20% каждой. В солнечные и ветреные выходные дни до 80% электроэнергии вырабатывается из возобновляемых источников. Германия планирует и дальше увеличивать долю возобновляемых источников энергии в структуре производства электроэнергии с 27% до 50% к 2030 году и до 80% к 2050 году.Это существенно усугубит проблему роста и изменения напряжения. И не только Германия, многие другие страны имеют аналогичные амбициозные цели.

 

Как использовать регуляторы напряжения в цепи

Введение

В этом уроке мы рассмотрим, как использовать стабилизатор напряжения в цепи!

Регуляторы напряжения

предназначены для поддержания и стабилизации уровней напряжения. Регуляторы присутствуют в большинстве электронных устройств и могут использоваться для понижения и управления выходным напряжением от источника высокого напряжения, рассеивая избыточную энергию в виде тепла.Это отлично подходит для приложений, где вам нужно несколько дискретных напряжений для разных устройств в одной цепи, так как вы можете использовать регуляторы напряжения для понижения от одного источника с более высоким выходным напряжением!

Большинство регуляторов напряжения имеют 3 контакта:

Вход — это входное напряжение от исходного источника. Например аккумулятор или блок питания. Вы подаете выход этого устройства на вход регулятора. Вход всегда должен быть как можно более чистым и всегда должен быть выше требуемого выходного напряжения.Большинство регуляторов напряжения имеют минимальное указанное входное напряжение, поэтому убедитесь, что вы его придерживаетесь (иначе выходное напряжение может быть ниже ожидаемого)

Земля — требуется общее заземление между входным и выходным напряжениями. Он должен соединяться с землей в цепи и необходим для работы регулятора.

Output – Выходной контакт выдает регулируемое напряжение.

Как использовать регуляторы напряжения в цепи?

Как работают регуляторы напряжения, это отдельная тема, поэтому мы не будем подробно на ней останавливаться.Достаточно сказать, что регуляторы напряжения — это, по сути, рассеиватели напряжения, которые преобразуют избыточное напряжение в тепло. Большее входное напряжение приведет к перегреву регулятора напряжения, так как избавиться от этого избыточного напряжения будет сложнее, поэтому пользователи должны знать об этом!

Ваша настенная розетка выдает переменный ток, в то время как большинство приборов питаются от постоянного тока. Одной из функций источника питания является снижение и преобразование этого сигнала переменного тока в постоянный, однако в зависимости от качества используемого источника питания в линии может остаться «шум», и это может вызвать проблемы для регуляторов напряжения.

Если ваш регулятор расположен на расстоянии более 25 см (10 дюймов) от источника питания, вам необходимо добавить конденсаторы на вход (0,33 мкФ) и выход (0,10 мкФ), чтобы отфильтровать любой остаточный шум переменного тока в линии. Регуляторы напряжения работают наиболее эффективно, когда на них подается чистый сигнал постоянного тока, а эти обходные конденсаторы помогают уменьшить любые пульсации переменного тока. По сути, они закорачивают шум переменного тока сигнала напряжения на землю и фильтруют только постоянное напряжение в регуляторе.

Эти два конденсатора не являются обязательными и могут быть опущены, если вас не слишком волнует уровень линейного шума e.г. если вы добавляете несколько светодиодов с резисторами. Однако, если вы собираете что-то вроде зарядного устройства для мобильного телефона или используете выход для оценки логики, вам понадобится хорошая чистая линия постоянного тока, поэтому мы рекомендуем включить конденсаторы!

Керамический конденсатор 0,33 мкФ следует подключать после источника напряжения и перед входом регулятора напряжения. Второй конденсатор, керамический конденсатор 0,1 мкФ, должен быть подключен после выхода регулятора напряжения.

В приведенной выше схеме у нас есть источник 12 В, который нам нужно отрегулировать до 5 В, чтобы наш светодиод работал! GND в этой схеме — это просто отрицательная сторона этого источника 12 В.

Первый конденсатор емкостью 0,33 мкФ закорачивает любые помехи переменного тока в линии на землю и очищает сигнал для входа нашего регулятора. Регулятор в этой схеме представляет собой регулятор TS7805CZ (5 В 1 А), который затем понижает сигнал напряжения 12 В до 5 В и подает его на выход.

Конденсатор емкостью 0,1 мкФ дополнительно очищает сигнал постоянного тока, что дает нам хороший чистый источник 5 В. Мы можем использовать для питания любые 5-вольтовые устройства, в данном случае светодиод, но вы можете подключить любое 5-вольтовое устройство!

Есть несколько моментов, о которых следует помнить при использовании стабилизаторов напряжения в цепи:

  • Всегда дважды проверяйте выходное напряжение с помощью мультиметра перед подключением цепи.Последнее, что вы хотите сделать, это взорвать свое 5-вольтовое устройство, по ошибке пропустив через него большое напряжение
  • .
  • Большинство регуляторов имеют только 3 порта (IN/OUT/GND). Если контактов больше, убедитесь, что вы знаете, что они делают, и не требуются ли какие-либо посторонние компоненты.
  • Избыточное напряжение рассеивается регулятором в виде тепла, поэтому будьте осторожны при проектировании и использовании цепей. Если вы понижаете большое напряжение, регулятор будет выделять больше тепла, и вам может понадобиться радиатор, чтобы гарантировать, что ваш регулятор не сгорит.Если кажется, что слишком жарко, вероятно, слишком жарко!

Что такое линейный регулятор напряжения?

Электронные системы обычно получают напряжение питания, превышающее напряжение, требуемое схемой системы. Например, батарея на 9 В может использоваться для питания усилителя, которому требуется входное напряжение в диапазоне от 0 до 5 В, или две последовательно соединенные батареи на 1,5 В могут обеспечивать питание для схемы, включающей цифровую логику на 1,8 В. В таких случаях нам необходимо регулировать входную мощность с помощью компонента, который принимает более высокое напряжение и выдает более низкое напряжение.

Одним из очень распространенных способов достижения такого типа регулирования является использование линейного регулятора напряжения.

 

Схема линейного регулятора с фиксированным выходным напряжением

 

Как работает линейный регулятор напряжения?

В линейных регуляторах напряжения

, также называемых LDO или линейными стабилизаторами с малым падением напряжения, используется транзистор, управляемый схемой отрицательной обратной связи, для получения заданного выходного напряжения, которое остается стабильным, несмотря на изменения тока нагрузки и входного напряжения.

Базовый линейный регулятор с фиксированным выходным напряжением представляет собой трехконтактное устройство, как показано на схеме выше. Некоторые линейные регуляторы позволяют регулировать выходное напряжение с помощью внешнего резистора.

 

Недостатки линейных регуляторов напряжения

Серьезным недостатком линейных регуляторов является их низкая эффективность во многих приложениях. Транзистор внутри регулятора, подключенный между входной и выходной клеммами, работает как переменное последовательное сопротивление; таким образом, высокая разница входного и выходного напряжения в сочетании с высоким током нагрузки приводит к большому количеству рассеиваемой мощности.Ток, необходимый для функционирования внутренней схемы регулятора, обозначенный на схеме IGND, также влияет на общую рассеиваемую мощность.

Возможно, наиболее вероятный вид отказа в цепи линейного регулятора возникает из-за тепловых, а не чисто электрических факторов. Мощность, рассеиваемая интегральной схемой регулятора, приводит к повышению температуры компонентов, а без адекватных каналов, обеспечивающих отвод тепла от регулятора, температура в конечном итоге может стать достаточно высокой, чтобы серьезно ухудшить рабочие характеристики или вызвать отключение из-за перегрева.Эта важная тема освещена в статье AAC о тепловом расчете линейных регуляторов.

 

Применение линейных регуляторов напряжения

Несмотря на то, что линейные регуляторы обычно уступают импульсным стабилизаторам в отношении эффективности, они по-прежнему широко используются по нескольким причинам. Основными преимуществами являются простота использования, низкий уровень выходного шума и низкая стоимость. Единственными внешними компонентами, необходимыми для большинства линейных стабилизаторов, являются входные и выходные конденсаторы, а требования к емкости достаточно гибкие, чтобы упростить задачу проектирования.

 


 

Эта статья предназначена для быстрого получения информации. Что нужно знать о линейных стабилизаторах напряжения? Дайте нам знать в комментариях ниже.

Регуляторы напряжения: линейные, шунтирующие и стабилитроны

Что такое регулирование напряжения

Регулятор напряжения — это электронное или электрическое устройство, которое может поддерживать напряжение источника питания в соответствующих пределах. Электрооборудование, подключенное к источнику напряжения, должно выдерживать значение напряжения.Напряжение источника должно находиться в определенном диапазоне, допустимом для подключаемых единиц оборудования. Эта цель достигается за счет реализации регулятора напряжения.

Регулятор напряжения – как следует из того же – регулирует напряжение независимо от регулировки входного напряжения или подключенной нагрузки. Он работает как щит для защитных устройств от повреждений. Он может регулировать как переменное, так и постоянное напряжение, в зависимости от конструкции.

Типы регуляторов напряжения

Доступны два основных типа регуляторов напряжения:

  • Линейные регуляторы напряжения
  • Импульсные регуляторы напряжения

Их можно разделить на более конкретные регуляторы напряжения, как описано ниже.

Линейный регулятор напряжения

Этот тип регулятора напряжения работает как делитель напряжения. Он использует полевой транзистор в омическом диапазоне. Стабильный выход поддерживается изменением сопротивления регулятора напряжения относительно нагрузки. Как правило, эти типы регуляторов напряжения бывают двух типов:

  • Серийный регулятор напряжения
  • Шунтирующий регулятор напряжения
Серийный регулятор напряжения

Он реализует переменный элемент, расположенный последовательно с подключенной нагрузкой.Стабильный выход поддерживается за счет изменения сопротивления этого элемента по отношению к нагрузке. Они бывают двух типов, которые описаны ниже.

Регулятор напряжения на дискретных транзисторах

На блок-схеме видно, что нерегулируемый вход сначала подается на контроллер. Он фактически контролирует величину входного напряжения и подает его на выход. Этот выход подается на цепь обратной связи. Он дискретизируется схемой дискретизации и подается на компаратор. Там оно сравнивается с эталонным напряжением и отдается обратно на выход.

Здесь схема компаратора подает управляющий сигнал на контроллер всякий раз, когда происходит увеличение или уменьшение выходного напряжения. Таким образом, контроллер будет уменьшать или увеличивать напряжение до допустимого диапазона, так что на выходе будет устойчивое напряжение.

Стабилитрон в качестве регулятора напряжения

Когда стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения, он известен как последовательный стабилизатор напряжения на транзисторах, управляемых стабилитроном, или регулятор напряжения эмиттерного повторителя.Здесь в качестве транзистора используется эмиттерный повторитель (см. рисунок ниже). Выводы эмиттера и коллектора используемого здесь последовательного транзистора включены последовательно по отношению к нагрузке. Переменный элемент представляет собой транзистор, а стабилитрон будет подавать опорное напряжение.

Шунтовой регулятор напряжения

Шунтовой регулятор напряжения обеспечивает путь от падения напряжения питания на землю с помощью переменного сопротивления. От нагрузки ток отводится от нагрузки на землю.Мы можем просто сказать, что этот регулятор может поглощать ток, и он менее эффективен по сравнению с последовательным регулятором напряжения. Приложения включают в себя усилители ошибок, контроль напряжения, прецизионные ограничители тока и т. д. Они бывают двух типов, которые кратко описаны ниже.

Дискретный транзисторный шунтирующий регулятор напряжения

Здесь ток отводится от нагрузки. Контроллер шунтирует часть общего тока, вырабатываемого нерегулируемым входом, подаваемым на нагрузку.Регулировка напряжения происходит через нагрузку.

Здесь схема компаратора подает управляющий сигнал на контроллер всякий раз, когда происходит увеличение или уменьшение выходного напряжения из-за изменения нагрузки. Таким образом, контроллер будет шунтировать дополнительный ток от нагрузки, чтобы получить устойчивое напряжение на выходе.

Транзисторный шунтирующий регулятор напряжения, управляемый стабилитроном

Здесь нерегулируемое напряжение прямо пропорционально падению напряжения на последовательном сопротивлении.Это падение напряжения связано с током, подаваемым на нагрузку. Выходное напряжение зависит от напряжения базы-эмиттера транзистора (V BE ) и стабилитрона.


3

Преимущества линейного регулятора напряжения Недостатки линейного регулятора напряжения
Дизайн очень простым Низкая эффективность
Меньше выпускных пульсаций Требование пространства большой
Быстрое время отклика Напряжение не может быть увеличено
Меньше шума Иногда требуется радиатор

Переключающий регулятор напряжения

Как и в линейных регуляторах, здесь встроен механизм обратной связи для управления количеством заряда, переносимого на нагрузку. Эта величина устанавливается как рабочий цикл переключателя. Выходное напряжение может быть больше или полярность выхода может быть противоположна полярности входа при использовании этого регулятора напряжения .

Высокоэффективный регулятор напряжения. Три различных типа: повышающий регулятор напряжения, понижающий регулятор напряжения и повышающий/понижающий регулятор напряжения. Наиболее упрощенная принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения показана ниже.

Преимущества импульсного регулятора напряжения Недостатки импульсного регулятора напряжения
Эффективность очень высока. Сложный дизайн
Размер и вес очень малы. Дорогой
Возможна форсировка, понижающая или инвертирующая или понижающая/повышающая. Shall High
Меньше шума Время изменения переходного времени Треновое время, потребляющее много времени

Применение регуляторов напряжения

Приложения для регуляторов напряжения включают в себя:

  • Система распределения мощности
  • Автомобильный генератор
  • Генераторная установка электростанции
  • Компьютерные блоки питания

Замена регулятора напряжения | Услуги генератора

Замена регулятора напряжения

Основные сведения о генераторе Генератор вырабатывает напряжение за счет электромагнитной индукции.Электромагнитная индукция возникает, когда проводник проходит через магнитное поле. Когда проводник проходит через магнитное поле, магнитные силовые линии (потоки) пересекаются. Между двумя концами проводника индуцируется напряжение. Если проводник подключен к замкнутой электрической цепи, по нему течет ток.

Напряжение, индуцированное в проводнике, определяется количеством линий отсечения потока, умноженным на количество времени, затрачиваемое на отключение линий. Скорость проводника движется через магнитное поле, а сила магнитного поля определяет выходное напряжение.

Рабочая скорость двигателя и генератора постоянна для поддержания частоты. Это означает, что для управления напряжением необходимо контролировать величину магнитного поля.

Регулятор напряжения Каждая система производства электроэнергии требует средства контроля напряжения и/или тока, вырабатываемого генератором. Возможны различные конфигурации системы возбуждения, включая определение и управление выходным сигналом генератора.
Генераторы, вырабатывающие переменный ток, обычно используют систему регулирования напряжения возбудителя.Эта конфигурация поддерживает ток возбуждения генератора при различных электрических нагрузках.

Обычно используется замкнутая система обратной связи. Выходное напряжение сравнивается с опорным напряжением. Сигнал ошибки используется для изменения возбуждения генератора.

Регуляторы напряжения (рис. 1) бывают разных конструкций. Генераторы меньшего размера могут располагать регулятор напряжения со стороны генератора. По мере увеличения размера генератора вид и расположение регулятора напряжения меняются.

Опытные сотрудники Generator Source заменили регуляторы напряжения на генераторах, от самых маленьких до самых больших.Мы можем запланировать время для проверки и / или замены вашего регулятора напряжения.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.