Стабилизатор напряжения принцип работы: Как работает стабилизатор напряжения — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

как работает, зачем нужен, типы и применение

В статье расскажем что такое стабилизатор напряжения, применение, как работает и его различные типы с принципиальными схемами, а также мы поможем вам в выборе стабилизатора напряжения.

Применение стабилизаторов напряжения стало необходимостью для каждого дома. Различные типы стабилизаторов напряжения доступны в настоящее время с различными функциями и работами. Последние достижения в технологии, такие как микропроцессорные чипы и силовые электронные устройства, изменили стабилизаторы напряжения. Теперь они полностью автоматические, интеллектуальные и оснащены множеством дополнительных функций. Они также имеют сверхбыструю реакцию на колебания напряжения и позволяют своим пользователям дистанционно регулировать требования к напряжению, включая функцию пуска или выключения. Большой выбор стабилизаторов напряжения вы можете посмотреть и приобрести на Алиэкспресс, выбирайте любой подходящий.

Что такое стабилизатор напряжения

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

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

Рис.1 — Различные типы стабилизаторов напряжения

Стабилизатор напряжения также известен как AVR (автоматический регулятор напряжения). Использование стабилизатора напряжения не ограничивается домашним или офисным оборудованием, которое получает электропитание извне. Даже места, которые имеют свои собственные внутренние источники питания в виде дизельных генераторов переменного тока, сильно зависят от этих AVR для безопасности своего оборудования.

Мы можем увидеть различные типы стабилизаторов напряжения, доступных на рынке. Аналоговые и цифровые автоматические стабилизаторы напряжения доступны от многих производителей. Благодаря растущей конкуренции и повышению осведомленности о безопасности устройств. Эти стабилизаторы напряжения могут быть однофазными (выход 220-230 вольт) или трехфазными (выход 380/400 вольт) в зависимости от типа применения. Регулирование желаемой стабилизированной мощности осуществляется методом понижения и повышения напряжения в соответствии с его внутренней схемой. Трехфазные стабилизаторы напряжения доступны в двух разных моделях, то есть моделях с сбалансированной нагрузкой и моделях с несбалансированной нагрузкой.

Они доступны в различных рейтингах и диапазонах
КВА. Стабилизатор напряжения нормального диапазона может обеспечить стабилизированное выходное напряжение 200-240 вольт с усилением 20-35 вольт при питании от входного напряжения в диапазоне от 180 до 270 вольт. Принимая во внимание, что широкий диапазон стабилизатора напряжения может обеспечить стабилизированное напряжение 190-240 вольт с повышающим сопротивлением 50-55 вольт при входном напряжении в диапазоне от 140 до 300 вольт.

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

В дополнение к своей основной функции стабилизаторы текущего напряжения оснащены многими полезными дополнительными функциями, такими как защита от перегрузки, переключение нулевого напряжения, защита от изменения частоты, отображение отключения напряжения, средство запуска и остановки выхода, ручной или автоматический запуск, отключение напряжения и так далее.

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

Зачем нужны стабилизаторы напряжения и его важность

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

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

Рис. 2 — Проблемы из-за колебаний напряжения

Помните, нет ничего более важного для электронного устройства, чем отфильтрованный, защищенный и стабильный источник питания. Правильное и стабилизированное напряжение питания очень необходимо, чтобы устройство выполняло свои функции наиболее оптимальным образом. Это стабилизатор напряжения, который обеспечивает то, что устройство получает желаемое и стабилизированное напряжение, независимо от того, насколько сильно колебание. Таким образом, стабилизатор напряжения является очень эффективным решением для тех, кто хочет получить оптимальную производительность и защитить свои устройства от непредсказуемых колебаний напряжения, скачков напряжения и шума, присутствующих в источнике питания.

Как и источник бесперебойного питания, стабилизаторы напряжения также являются активом для защиты электронного оборудования. Колебания напряжения очень распространены независимо от того, где вы живете. Могут быть различные причины колебаний напряжения, такие как электрические неисправности, неисправная проводка, молнии, короткие замыкания и так далее. Эти колебания могут быть в форме перенапряжения или пониженного напряжения.

Эффекты повторяющегося перенапряжения в бытовой технике

Необратимые повреждения подключенного устройства
Повреждения изоляции обмотки
Перебои в нагрузке
Перегрев кабеля или устройства
Ухудшится срок полезного использования устройства
Неисправность оборудования
Низкая эффективность устройства
Устройство в некоторых случаях может занять дополнительные часы, чтобы выполнить ту же функцию
Ухудшить производительность устройства
Устройство будет потреблять больше электричества, что может привести к перегреву

Как работает стабилизатор напряжения, принцип работы понижения и повышения напряжения

Основная работа стабилизатора напряжения заключается в выполнении двух необходимых функций: функции понижения и повышения напряжения. Функция понижения и повышения — это не что иное, как регулирование постоянного напряжения от перенапряжения. Эта функция может выполняться вручную с помощью селекторных переключателей или автоматически с помощью дополнительных электронных схем.

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

Стабилизация напряжения включает в себя сложение или вычитание напряжения из первичного источника питания. Для выполнения этой функции стабилизаторы напряжения используют трансформатор, который подключен к переключающим реле в различных требуемых конфигурациях. Немногие из стабилизаторов напряжения используют трансформатор, имеющий различные отводы на своей обмотке, для обеспечения различных коррекций напряжения, в то время как стабилизаторы напряжения (такие как Servo стабилизатор напряжения) содержат автоматический трансформатор для обеспечения желаемого диапазона коррекции.

Как работает функция понижения и повышения в стабилизаторе напряжения

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

Функция понижения в стабилизаторе напряжения

Рис. 4 — Принципиальная схема функции понижения в стабилизаторе напряжения

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

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

Функция повышения в стабилизаторе напряжения

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

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

Как конфигурация повышения и понижения работает автоматически

Вот пример 02 Stage Voltage Stabilizer. Этот стабилизатор напряжения использует 02 реле (реле 1 и реле 2) для обеспечения стабилизированного источника питания переменного тока для нагрузки в условиях перенапряжения и понижения напряжения.

На принципиальной схеме 02-ступенчатого стабилизатора напряжения (изображенного выше) реле 1 и реле 2 используются для обеспечения конфигурации понижения и повышения во время различных условий колебаний напряжения, то есть перенапряжения и пониженного напряжения. Например — предположим, что вход переменного тока 230 В переменного тока, а требуемый выход также постоянный 230 В переменного тока. Теперь, если у вас есть +/- 25 Вольт понижения & повышения стабилизация, это означает, что ваш стабилизатор напряжения может обеспечить вам постоянное требуемое напряжение (230 В) в диапазоне от 205 В (пониженное напряжение) до 255 В (повышенное напряжение) входного источника переменного тока.

В стабилизаторах напряжения, в которых используются трансформаторы с отводом, точки ответвления выбираются на основе требуемого количества напряжения, которое должно быть подавлено или повышено. В этом случае у нас есть разные диапазоны напряжения для выбора. Принимая во внимание, что в стабилизаторах напряжения, в которых используются автотрансформаторы, серводвигатели вместе со скользящими контактами используются для получения необходимого количества напряжения, которое необходимо стабилизировать или повысить. Скользящий контакт необходим, поскольку автотрансформаторы имеют только одну обмотку.

Различные типы стабилизаторов напряжения

Первоначально на рынке появились ручные / селекторные переключатели напряжения. В этих типах стабилизаторов используются электромеханические реле для подбора желаемого напряжения. С развитием технологий появились дополнительные электронные схемы и стабилизаторы напряжения стали автоматическими. Затем появился Servo стабилизатор напряжения, который способен стабилизировать напряжение непрерывно, без какого-либо ручного вмешательства. Теперь также доступны стабилизаторы напряжения на базе микросхем / микроконтроллеров, которые также могут выполнять дополнительные функции.

Стабилизаторы напряжения можно разделить на три типа:

Стабилизаторы напряжения типа реле
Servo стабилизаторы напряжения
Стабилизаторы статического напряжения

Стабилизаторы напряжения типа реле

В релейных стабилизаторах напряжения напряжение регулируется переключающими реле. Реле используются для подключения вторичного трансформатора в различных конфигурациях для достижения функции понижения и повышения.

Как работает релейный стабилизатор напряжения

Рисунок выше показывает, как стабилизатор напряжения типа реле выглядит изнутри. Он имеет трансформатор с ответвлениями, реле и электронную плату. Печатная плата содержит схему выпрямителя, усилитель, микроконтроллер и другие вспомогательные компоненты.

Электронные платы выполняют сравнение выходного напряжения с источником опорного напряжения. Как только он обнаруживает любое увеличение или уменьшение входного напряжения выше эталонного значения, он переключает соответствующее реле для подключения требуемого постукивания для функции понижения и повышения.

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

Использование и преимущества релейных стабилизаторов напряжения

Этот стабилизатор в основном используется для приборов / оборудования с низким номинальным энергопотреблением в жилых / коммерческих / промышленных целях.

Они стоят дешевле
Они компактны по размеру

Недостатки релейных стабилизаторов напряжения

Их реакция на колебания напряжения немного медленнее по сравнению с другими типами стабилизаторов напряжения
Они недолговечны
Они менее надежны
Они не способны выдерживать скачки напряжения, так как их предел допуска на колебания меньше
При стабилизации напряжения переход тракта электропитания может обеспечить незначительное прерывание электропитания

Серво стабилизаторы напряжения

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

Как работает серво стабилизатор напряжения?

В системе замкнутого контура отрицательная обратная связь (также известная как ошибка подачи) гарантируется от выхода, чтобы система могла гарантировать, что был достигнут желаемый результат. Это делается путем сравнения выходных и входных сигналов. Если в случае, если желаемый выход превышает / ниже требуемого значения, то регулятором источника входного сигнала будет получен сигнал ошибки (Выходное значение — Входное значение). Затем этот регулятор снова генерирует сигнал (положительный или отрицательный в зависимости от достигнутого выходного значения) и подает его на исполнительные механизмы, чтобы привести выходное значение к точному значению.

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

Рис. 10 — Внутренний вид серво стабилизатора напряжения

Рисунок выше показывает, как серво стабилизатор напряжения выглядит изнутри. Он имеет серводвигатель, автотрансформатор, трансформатор понижения и повышения, двигатель, электронную плату и другие вспомогательные компоненты.

В стабилизаторе напряжения на основе сервопривода один конец первичной обмотки трансформатора понижения и повышения (отвод) подключен к фиксированному ответвлению автотрансформатора, а другой конец первичной обмотки соединен с подвижным рычагом, который контролируется серводвигателем. Один конец вторичной катушки трансформатора
понижения и повышения подключен к входному источнику питания, а другой конец подключен к выходу стабилизатора напряжения.

Электронные платы выполняют сравнение выходного напряжения с источником опорного напряжения. Как только он обнаруживает любое увеличение или уменьшение входного напряжения выше контрольного значения, он начинает работать с двигателем, который еще больше перемещает рычаг на автотрансформаторе.

При перемещении рычага на автотрансформаторе входное напряжение на первичной обмотке трансформатора понижения и повышения изменится на требуемое выходное напряжение. Серводвигатель будет продолжать вращаться, пока разность между значением опорного напряжения и выход стабилизатора становится равным нулю. Этот полный процесс происходит за миллисекунды. Современные серво стабилизаторы напряжения поставляются с микроконтроллерной / микропроцессорной схемой управления для обеспечения интеллектуального управления пользователями.

Различные типы серво стабилизаторов напряжения

Различные типы серво стабилизаторов напряжения:

Однофазные серво стабилизаторы напряжения

В однофазных стабилизаторах напряжения с сервоприводом стабилизация напряжения достигается с помощью серводвигателя, подключенного к переменному трансформатору.

Трехфазные сбалансированные серво стабилизаторы напряжения

В трехфазных стабилизированных стабилизаторах напряжения с сервоуправлением стабилизация напряжения достигается с помощью серводвигателя, подключенного к 03 автотрансформаторам, и общей цепи управления. Выходные данные автотрансформаторов варьируются для достижения стабилизации.

Трехфазные несбалансированные серво стабилизаторы напряжения

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

Использование и преимущества серво стабилизатора напряжения

Они быстро реагируют на колебания напряжения
Они имеют высокую точность стабилизации напряжения
Они очень надежные
Они могут выдерживать скачки напряжения

Недостатки серво стабилизатора напряжения

Они нуждаются в периодическом обслуживании
Чтобы обнулить ошибку, серводвигатель должен быть выровнен. Выравнивание сервомотора требует умелых рук.

Стабилизаторы статического напряжения

Рис. 13 — Статические стабилизаторы напряжения

Статический выпрямитель напряжения не имеет движущихся частей, как в случае серво стабилизаторов напряжения. Для стабилизации напряжения используется силовая электронная схема преобразователя. Эти статические стабилизаторы напряжения имеют очень высокую точность, а стабилизация напряжения находится в пределах ± 1%.

Стабилизатор статического напряжения содержит трансформатор понижения и повышения, силовой преобразователь с изолированным затвором (IGBT), микроконтроллер, микропроцессор и другие необходимые компоненты.

Как работает статический стабилизатор напряжения

Микроконтроллер / микропроцессор управляет IGBT-преобразователем питания для генерации требуемого уровня напряжения с использованием метода «широтно-импульсной модуляции». В методе «Импульсная широтно-импульсная модуляция» преобразователи питания в режиме переключения используют силовой полупроводниковый переключатель (например, MOSFET) для управления трансформатором для получения требуемого выходного напряжения. Это сгенерированное напряжение затем подается на первичную обмотку трансформатора понижения & повышения. Преобразователь мощности IGBT также контролирует фазу напряжения. Он может генерировать напряжение, которое может быть в фазе или на 180 градусов не в фазе по отношению к входному источнику питания, что, в свою очередь, позволяет ему контролировать, нужно ли добавлять или вычитать напряжение в зависимости от повышения или понижения уровня входного питания.

Рис. 15 — Принципиальная схема статического стабилизатора напряжения

Как только микропроцессор обнаруживает падение уровня напряжения, он посылает сигнал широтно-импульсной модуляции на преобразователь мощности IGBT. Преобразователь мощности IGBT, соответственно, генерирует напряжение, аналогичное разности напряжений, на которую уменьшился входной источник питания. Это генерируемое напряжение находится в фазе с входным источником питания. Затем это напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Понижения & Повышения. Поскольку вторичная катушка трансформатора Понижения & Повышения подключена к входному источнику питания, напряжение, наведенное во вторичной катушке, будет добавлено к входному источнику питания. И поэтому стабилизированное повышенное напряжение будет затем подаваться на нагрузку.

Аналогично, как только микропроцессор обнаруживает повышение уровня напряжения, он посылает сигнал широтно-импульсной модуляции на преобразователь мощности IGBT. Соответственно, IGBT-преобразователь мощности генерирует напряжение, аналогичное разности напряжений, на которую уменьшился входной источник питания. Но на этот раз генерируемое напряжение будет на 180 градусов не в фазе по отношению к входному источнику питания. Затем это напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Понижения & Повышения. Поскольку вторичная катушка трансформатора Понижения & Повышения подключена к входному источнику питания, напряжение, которое было наведено во вторичной катушке, теперь будет вычитаться из входного источника питания. И поэтому стабилизированное пониженное напряжение будет подаваться на нагрузку.

Использование / Преимущества статических стабилизаторов напряжения

Они очень компактны по размеру.
Они очень быстро реагируют на колебания напряжения.
Они имеют очень высокую точность стабилизации напряжения.
Поскольку нет движущейся части, она почти не требует технического обслуживания.
Они очень надежные.
Их эффективность очень высока.

Недостатки статического стабилизатора напряжения

Они дорогостоящие по сравнению со своими аналогами.

В чем разница между стабилизатором напряжения и регулятором напряжения?

Оба звучат одинаково. Они оба выполняют одинаковую функцию стабилизации напряжения. Однако то, как они это делают, приносит разницу. Основное функциональное отличие стабилизатора напряжения от регулятора напряжения:

Стабилизатор напряжения — это устройство, которое подает постоянное напряжение на выход без каких-либо изменений входного напряжения. В то время как,

Регулятор напряжения — это устройство, которое подает постоянное напряжение на выход без каких-либо изменений тока нагрузки.

Как выбрать лучший стабилизатор напряжения для вашего дома? Руководство по покупке

При покупке стабилизатора напряжения необходимо учитывать различные факторы. В противном случае вы можете столкнуться со стабилизатором напряжения, который может работать хуже или лучше. Чрезмерное выполнение не повредит, но это будет стоить вам лишних долларов. Так почему бы не выбрать такой стабилизатор напряжения, который может удовлетворить ваши требования и сохранить ваш карман тоже.

Различные факторы, которые играют важную роль в выборе стабилизатора напряжения

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

Требуемая мощность прибора (или группы приборов)
Тип прибора
Уровень колебаний напряжения в вашем районе
Тип стабилизатора напряжения
Рабочий диапазон стабилизатора напряжения, который вам нужен
Перегрузка по повышению / пониженному напряжению
Тип схемы стабилизации / управления
Тип монтажа для вашего стабилизатора напряжения

Пошаговое руководство по выбору и покупке стабилизатора напряжения для вашего дома

Вот основные шаги, которые вы должны выполнить, чтобы выбрать лучший выпрямитель напряжения для вашего дома:

Проверьте номинальную мощность устройства, для которой вам нужен стабилизатор напряжения. Номинальная мощность указана на задней панели устройства в виде наклейки или фирменной таблички. Это будет в киловаттах (KW). Обычно номинальная мощность стабилизатора напряжения указывается в кВА. Переведите его в киловатт (кВт).

(КВт = кВА * коэффициент мощности)

Подумайте о том, чтобы сохранить дополнительную маржу в 25-30% от номинальной мощности стабилизатора. Это даст вам дополнительную возможность добавить любое устройство в будущем.
Проверьте предел допуска колебаний напряжения. Если это соответствует вашим потребностям, вы готовы идти вперед.
Проверьте требования к монтажу и размер, который вам нужен.
Вы можете спросить и сравнить дополнительные функции в одном и том же ценовом диапазоне разных марок и моделей.

Практический пример для лучшего понимания

Предположим, вам нужен стабилизатор напряжения для вашего телевизора. Давайте предположим, что ваш телевизор имеет номинальную мощность 1 кВА. Допустимая надбавка 30% на 1 кВА составляет 300 Вт. Добавляя оба варианта, вы можете приобрести стабилизатор напряжения мощностью 1,3 кВт (1300 Вт) для вашего телевизора.

Видео совет при выборе стабилизатор напряжения

Самый важный совет при покупке стабилизатора напряжения

Как работает стабилизатор напряжения — принцип действия

Стабилизатором напряжения называется устройство, к которому подключается напряжение на его вход, с неустойчивыми и нестабильными свойствами для нормальной работы потребителей. На выходе прибора напряжение имеет необходимые качества и свойства, способствующие нормальному функционированию нагрузки потребителей.

Стабилизаторы постоянного тока

Питание сети постоянного тока требует выравнивания при входном напряжении ниже или выше допустимого предела. При протекании тока по стабилизатору, оно выравнивается до необходимой величины. Также схему стабилизатора можно выполнить со сменой полярности питания.

Линейные

Такой прибор является делителем, на который поступает нестабильное напряжение, а на его выходе напряжение выравнивается и имеет необходимые свойства. Его принцип действия состоит в постоянном изменении значения сопротивления для создания выровненного питания на выходе.

Достоинства:

При эксплуатации отсутствуют помехи.

Простое устройство с малым числом деталей.

Недостатки:

При значительной разнице выходящего и входящего питания линейный стабилизатор показывает малый КПД, так как значительная часть производимой мощности переходит в тепло и расходится на сопротивлении.

Параметрический

Такое исполнение прибора с контрольным элементом, подключенным параллельно нагрузке, выполнено на полупроводниковых и газоразрядных стабилитронах.

По стабилитрону проходит ток, который выше в десять раз тока на резисторе. Поэтому такая схема подходит для стабилизации питания только в маломощных устройствах. Чаще всего его применяют в качестве составного компонента преобразователей тока со сложной конструкцией.

Последовательный

Работа прибора видна на изображенной схеме.

Эта схема соединяет два компонента:

Биполярный транзистор, повышающий ток. Он является эмиттерным повторителем.
Параметрический стабилизатор, рассмотренный выше.

Выходное напряжение не зависит от проходящего по стабилитрону тока. Однако оно зависит от вида вещества полупроводника. По причине сравнительной независимости этих величин выходное напряжение получается устойчивым.

При протекании по транзистору напряжение на выходе прибора повышается. При применении одного транзистора напряжение может не удовлетворить потребителя. В этом случае выполняют прибор из нескольких транзисторов, чтобы повысить ток до необходимой величины.

Компенсационный последовательный

Компенсационный последовательный стабилизатор имеет обратную связь. В нем выходное напряжение сравнивается с эталоном. Разница между ними нужна для создания сигнала устройству, контролирующему напряжение.

С сопротивления снимается некоторое количество выходного напряжения, сравнивающееся с основным значением стабилитрона. Эта разница поступает на усилитель и подается на транзистор.

Устойчивое функционирование создается при сдвиге фаз. Так как часть напряжения на выходе поступает на усилитель, то оно сдвигает фазу на угол 180 градусов. Транзистор, подключенный по типу усилителя, фазы не сдвигает, и петлевой сдвиг равен 180 градусов.

Импульсные

Электрический ток, обладающий неустойчивыми свойствами, с помощью коротких импульсов поступает на устройство накопления стабилизатора, которым является конденсатор или катушка.

Накопленная энергия далее выходит на потребитель с другими свойствами. Есть два способа стабилизации:

Управление длиной импульсов.
Сравнение выходного напряжения с наименьшим значением.

Импульсный стабилизатор может изменять напряжение с разными результатами. Их делят на виды:

Инвертирующий.
Повышающе-понижающий.
Повышающий.
Понижающий.

Достоинства:

Малая потеря энергии.

Недостатки:

Помехи в виде импульсов на выходе.

Стабилизаторы переменного напряжения

Такие приборы предназначены для выравнивания переменного напряжения независимо от его параметров входа. Выходное напряжение должно быть в виде идеальной синусоиды, независимо от входных дефектов питания. Различают несколько видов стабилизаторов

Накопители

Это стабилизаторы, накапливающие энергию от входного источника, а далее энергия создается снова, однако уже с постоянными параметрами.

Двигатель-генератор

Принцип работы стабилизатора напряжения такого типа состоит в изменении электроэнергии в кинетический вид, применяя электродвигатель. Далее генератор снова производит обратное изменение, уже с постоянными параметрами.

Основным компонентом системы является маховик, накапливающий энергию и выравнивающий напряжение. Он соединен с подвижными элементами генератора и двигателя, имеет большую массу, инерцию, которая сохраняет быстродействие. Так как скорость маховика постоянная, то напряжение также будет постоянным, даже при малых перепадах напряжения на входе.

Феррорезонансный

Прибор состоит:

Конденсатор.

Катушка с ненасыщенным сердечником.
Катушка индуктивности с насыщенным сердечником.

К катушке с сердечником насыщенным приложено постоянное напряжение, и не зависит от тока, поэтому можно подобрать данные второй катушки и емкости для стабилизации питания в необходимых пределах.

Работа такого устройства сравнивается с качелями. Их трудно сразу остановить, или сделать скорость качания выше. Качели также не нужно постоянно подталкивать, так как инерция делает свое дело. Поэтому могут быть значительные падения и обрыв питания.

Инверторный

Схема такого прибора состоит:

Преобразователь напряжения.
Микроконтроллер.
Емкость.
Выпрямитель с регулятором мощности.
Фильтры входа.

Принцип работы инверторного стабилизатора заключается в протекании 2-х процессов:

Вначале входное переменное напряжение изменяется в постоянное при прохождении по выпрямителю и корректору. При этом электроэнергия накапливается в емкостях.

Далее постоянное напряжение изменяется в переменное на выходе. Из емкости ток течет к инвертору, трансформирующему ток в переменный с постоянными данными.

Корректирующие

Электромагнитный, который имеет отличие от феррорезонансного отсутствием емкости, и пониженной мощностью.
Электромеханический и электродинамический.
Релейный.

Импульсный стабилизатор напряжения — принцип действия

Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы.

Устройство, поддерживающее в постоянном виде напряжение на потребителе тока с помощью регулировки электронным элементом, действующим в режиме ключа. Импульсный стабилизатор напряжения, так же как и линейный существует последовательного и параллельного вида. Роль ключа в таких моделях исполняют транзисторы.

Так как действующая точка стабилизирующего устройства практически постоянно расположена в области отсечки или насыщения, проходя активную область, то в транзисторе выделяется немного тепла, следовательно, импульсный стабилизатор имеет высокий КПД.

Стабилизация осуществляется с помощью изменения продолжительности импульсов, а также управления их частотой. Вследствие этого различают частотно-импульсное, а другими словами широтное регулирование. Импульсные стабилизаторы функционируют в комбинированном импульсном режиме.

В устройствах стабилизации с регулированием широтно-импульсным частота импульсов имеет постоянную величину, а продолжительность действия импульсов является непостоянным значением. В приборах с регулированием частотно-импульсным продолжительность импульсов не изменяется, меняют только частоту.

На выходе устройства напряжение представлено в виде пульсаций, соответственно оно не годится для питания потребителя. Перед подачей питания на нагрузку потребителя, его нужно выровнять. Для этого на выходе импульсных стабилизаторов монтируют выравнивающие емкостные фильтры. Они бывают многозвенчатыми, Г-образными и другими.

Средняя величина напряжения, поданная на нагрузку, вычисляется по формуле:

Ти – продолжительность периода.
tи – продолжительность импульса.
Rн – значение сопротивления потребителя, Ом.
I(t) – значение тока, проходящего по нагрузке, ампер.

Ток может перестать протекать по фильтру к началу следующего импульса, в зависимости от индуктивности. В этом случае идет речь о режиме действия с переменным током. Ток также может дальше протекать, тогда имеют ввиду функционирование с постоянным током.

При повышенной чувствительности нагрузки к импульсам питания, выполняют режим постоянного тока, не смотря со значительными потерями в обмотке дросселя и проводах. Если размер импульсов на выходе прибора незначителен, то рекомендуется функционирование при переменном токе.

Принцип работы

В общем виде импульсный стабилизатор включает в себя импульсный преобразователь с устройством регулировки, генератор, выравнивающий фильтр, снижающий импульсы напряжения на выходе, сравнивающее устройство, подающее сигнал разности входного и выходного напряжения.

Схема основных частей стабилизатора напряжения показана на рисунке.

Напряжение на выходе прибора поступает на сравнивающее устройство с базовым напряжением. В результате получают пропорциональный сигнал. Его подают на генератор, предварительно усилив его.

При регулировании в генераторе разностный аналоговый сигнал модифицируют в пульсации с постоянной частотой и переменной продолжительностью. При регулировании частотно-импульсном продолжительность импульсов имеет постоянное значение. Она меняет частоту импульсов генератора в зависимости от свойств сигнала.

Образованные генератором управляющие импульсы проходят на элементы преобразователя. Транзистор регулировки действует в режиме ключа. Изменяя частоту или интервал импульсов генератора, есть возможность менять нагрузочное напряжение. Преобразователь модифицирует значение напряжения на выходе в зависимости от свойств управляющих импульсов. По теории в приборах с частотной и широтной регулировкой импульсы напряжения на потребителе могут отсутствовать.

При релейном принципе действия сигнал, который управляется стабилизатором, образуется с помощью триггера. При поступлении постоянного напряжения в прибор транзистор, работающий в качестве ключа, открыт, и повышает напряжение на выходе. сравнивающее устройство определяет сигнал разности, который достигнув некоторого верхнего предела, поменяет состояние триггера, и произойдет коммутация регулирующего транзистора на отсечку.

Напряжение на выходе станет уменьшаться. При падении напряжения до нижнего предела сравнивающее устройство определяет сигнал разности, переключающий снова триггер, и транзистор опять войдет в насыщение. Разность потенциалов на нагрузке прибора станет повышаться. Следовательно, при релейном виде стабилизации напряжение на выходе повышается, тем самым выравнивается. Предел срабатывания триггера настраивают с помощью корректировки амплитуды значения напряжения на сравнивающем устройстве.

Стабилизаторы релейного типа имеют повышенную скорость реакции, в отличие от приборов с частотным и широтным регулированием. Это является их преимуществом. В теории при релейном виде стабилизации на выходе прибора всегда будут импульсы. Это является их недостатком.

Повышающий стабилизатор

Импульсные повышающие стабилизаторы применяют вместе с нагрузками, разность потенциалов которых выше, чем напряжение на входе приборов. В стабилизаторе нет гальванической изоляции сети питания и нагрузки. Импортные повышающие стабилизаторы называются boost converter. Основные части такого прибора:

Транзистор вступает в насыщение, и ток проходит по цепи от положительного полюса по накопительному дросселю, транзистору. При этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Нагрузочный ток может создать только разряд емкости С1.

Отключим выключающее напряжение с транзистора. При этом он вступит в положение отсечки, а следовательно на дросселе появится ЭДС самоиндукции. Оно будет коммутировано последовательно с напряжением входа, и подключено по диоду к потребителю. Ток пойдет по цепи от положительного полюса к дросселю, по диоду и нагрузке.

В этот момент магнитное поле индуктивного дросселя выдает энергию, а емкость С1 резервирует энергию для поддержки напряжения на потребителе после вхождения транзистора в режим насыщения. Дроссель является для резерва энергии и не работает в фильтре питания. При повторной подаче напряжения на транзистор, он откроется, и весь процесс пойдет заново.

Стабилизаторы с триггером Шмитта

Такой вид импульсного устройства имеет свои особенности наименьшим набором компонентов. Основную роль в конструкции играет триггер. В его состав входит компаратор. Основной задачей компаратора является сравнивание величины выходной разности потенциалов с наибольшим допустимым.

Принцип действия аппарата с триггером Шмитта состоит в том, что при увеличении наибольшего напряжения осуществляется коммутация триггера в позицию ноля с размыканием электронного ключа. В одно время разряжается дроссель. Когда напряжение доходит до наименьшего значения, то выполняется коммутация на единицу. Это обеспечивает замыкание ключа и прохождение тока на интергратор.

Такие приборы имеют отличия своей упрощенной схемой, но использовать их можно в особых случаях, так как импульсные стабилизаторы бывают только повышающими и понижающими.

Понижающий стабилизатор

Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.

Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.

Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.

При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.

Инвертирующий стабилизатор

Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.

Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.

Преимущества и недостатки

Как и все приборы, модульный импульсный стабилизатор не идеален. Поэтому ему присущи минусы и плюсы. Разберем основные из преимуществ:

Простое достижение выравнивания.
Плавное подключение.
Компактные размеры.
Устойчивость выходного напряжения.
Широкий интервал стабилизации.
Повышенный КПД.

Недостатки прибора:

Сложная конструкция.
Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
Сложность работ по ремонту.
Образование большого количества помех частоты.

Допустимая частота

Функционирование импульсного стабилизатора возможно при значительной частоте преобразования. Это является основной отличительной чертой от устройств, имеющих трансформатор сети. Увеличение этого параметра дает возможность получить наименьшие габариты.

Для большинства приборов интервал частот будет равен 20-80 килогерц. Но при выборе ШИМ и ключевых приборов необходимо учесть высокие гармоники токов. Верхняя граница параметра ограничена определенными требованиями, которые предъявляются к радиочастотным приборам.

Принцип работы стабилизатора напряжения

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения

Работа всех типов стабилизаторов переменного напряжения заключается в поддержании выходного напряжения на уровне 220 В при сильном изменении входного напряжения. Работа релейного стабилизатора основана на переключении обмоток трансформатора мощными реле. При таком переключении обмоток выходное напряжение меняется ступенями.

При переключении с одной обмотки на другую, выходное напряжение трансформатора изменится приблизительно на 20 В, или больше. Команду на переключение обмоток трансформатора поступает с контроллера на реле. Число переключаемых обмоток может меняться от 5 до 10, которое определяет точность стабилизации выходного напряжения. В большинстве релейные стабилизаторы работают при входном напряжении 150 – 250 В.

К положительным качествам релейных стабилизаторов можно отнести небольшое время срабатывания реле и невысокую стоимость. Недостатком таких стабилизаторов является скачок напряжения при переключении обмоток на 20 Вольт. На бытовых электроприборах это не отражается, однако лампы освещения могут моргать. Еще релейный стабилизатор издает щелчки при переключении реле, которые ночью хорошо слышны.

Скачки напряжения при переключении обмоток трансформатора

В момент переключения контакты реле на время зависают в воздухе. В это время, хотя и короткое, нагрузка отключена, что вызывает ЭДС самоиндукции автотрансформатора. Эта ЭДС выражается в коротком импульсе напряжения, которое может достичь 1000 В. Такие импульсные помехи могут вызвать повреждение техники, особенно при многократном переключении обмоток стабилизатора.

Схема работы релейного стабилизатора

В этой ситуации нужно после релейного стабилизатора ставить ограничители напряжения на варисторах. Обмотка большинства автотрансформаторов намотана алюминиевым проводом, который имеет меньшую нагрузочную способность, чем медный. Контакты реле, особенно при большой нагрузке, искрят и подгорают, что вызывает необходимость их чистки. Релейные стабилизаторы имеют право на существование как недорогой вариант при больших перепадах сетевого напряжения.

Принцип работы симисторных стабилизаторов

Работа симисторных стабилизаторов похожа на работу релейных устройств. Отличие составляет узел переключения обмоток трансформатора. Вместо реле у симисторных устройств переключение обмоток происходит мощными симисторами или тиристорами. Контроллер управляют работой симисторов.

Симисторное управление обмотками не имеет контактов, поэтому отсутствуют щелчки. Автотрансформатор намотан медным проводом. Эти стабилизаторы могут работать с пониженным напряжением от 90 В и высоким напряжением до 300 В. Точность регулировки напряжения может достичь 2%, что не вызывает моргание ламп.

Однако ЭДС самоиндукции во время переключения симисторами также имеет место, как и у релейных устройств. Так как симисторные ключи очень чувствительны к перегрузкам, им необходимо иметь запас по мощности. Такие устройства стабилизаторов напряжения имеют тяжелый температурный режим.

Схема работы симисторного стабилизатора

Поэтому симисторы ставятся на радиаторы с принудительным охлаждением вентиляторами. Работа этого вида устройства осуществляется по заводской программе, которая имеет неприятность ошибаться при эксплуатации.

В этом случае поможет только заводской ремонт. Стоимость таких стабилизаторов, на мой взгляд, завышена. Существуют симисторные стабилизаторы марки Volter с высокой степенью точности. Принцип работы этих стабилизаторов напряжения осуществляется по двухступенчатой системе. Первая ступень регулирует выходное напряжение грубо, а вторая степень имеет точную регулировку выходного напряжения.

Схема работы двухступеньчатого стабилизатора Volter

Один контроллер управляет двумя ступенями. По сути это два стабилизатора в одном корпусе. Обмотки обеих ступеней намотаны на одном трансформаторе. При 12 ключах двух ступеней стабилизатор имеет 36 уровней регулировки выходного напряжения, чем и достигается высокая точность выходного напряжения.

Принцип работы сервопривода стабилизатора

Эти устройства относятся к самым простым стабилизаторам переменного напряжения. В устройстве стабилизатора напряжения главным элементом является тороидальный трансформатор с сервоприводом, который управляется не сложной электронной схемой сравнения выходного и входного напряжений.

При разнице этих напряжений, сигнал с положительной или отрицательной полярностью подается на сервопривод постоянного тока, который включаясь, поворачивает токосъемник с графитовой щеткой до тех пор, пока на выходе напряжение не станет равным 220 В. Токосъемник двигается по контактной площадке трансформатора захватывает одновременно несколько витков обмотки, поэтому напряжение регулируется без скачков.

Вид открытого стабилизатора с сервоприводом

Время отклика на изменение напряжения сервопривода выше, чем у релейного устройства. Положительным качеством сервопривода является хорошая точность установки 2 – 3%. На этом, наверное, заканчиваются все положительные качества сервопривода. У стабилизатора с сервоприводом есть один очень большой недостаток, о котором нигде не говориться. Это его пожароопасность.

Схема работы стабилизатора с сервоприводом

По его вине также выходят из строя все электробытовые приборы и техника. Причина проста. При падении сетевого напряжения ниже низкого порога или подъема напряжения выше высокого порога стабилизатора, сервопривод выводит токосъемную щетку в крайние положения и клинит. Это происходит из-за низкого качества китайских сервоприводов или схема управления сервоприводом не вытягивает токосъемник с крайних точек контактной площадки.

А теперь представьте, упало сетевое напряжение, токосъемник естественно пополз в верхнюю крайнюю точку, поднимая напряжение и заклинил. Вернуться не может. Когда напряжение восстановилось на входе стабилизатора, то выходное напряжение будет равным 300 В или больше. Бытовые приборы такое напряжение не выдерживают. Подобное не раз встречалось на моей практике. Поэтому при выборе стабилизатора переменного напряжения нужно учитывать его надежность и безопасность.

Типы стабилизаторов напряжения — обзор

: Категория: Поддержка по стабилизаторам напряжения; Опубликовано 09.03.2015 20:07; Автор: Abramova Olesya

На сегодняшний день производится большое множество стабилизаторов напряжения самых разных типов и видов, которые предназначены для работы в сетях с нестабильным напряжением. Каждый вид стабилизаторов обладает уникальными и свойственными ему особенностями, которые обязательно следует учесть в процессе выбора. Ниже будут рассмотрены основные типы стабилизаторов напряжения.

Электронный тип – стабилизаторы этой категории не имеют механических составляющих, которые принимают участие в автоматической регулировке напряжения. Микропроцессор производит замер входного напряжения и контролирует полупроводниковые элементы, благодаря которым происходит управление автотрансформатором.Стабилизаторы напряжения электронного типа также могут называть «тиристорными» или «симисторными», в сущности, данные устройства не имеют кардинальных отличий и обладают одинаковыми свойствами.

Преимущества стабилизаторов электронного типа:

Высокая скорость регулирования – как правило, любой всплеск напряжения регулируется в течении 20 мс (0,02 секунды). Другими словами, если по соседству будут проводиться сварочные работы, то стабилизатор успешно нивелирует колебания в электрической сети.
Широкий диапазон входного напряжения – как правило, стабилизаторы электронного типа обладают одним или несколькими диапазонами входного напряжения, которые могут корректироваться на стадии производства. К примеру, стандартный диапазон серии NORMIC составляет 132 … 258 Вольт, но может быть смещен на пониженное 93 … 228В или на повышенное 168 … 303В.
Низкий уровень шума – качественно собранные электронные стабилизаторы практически не излучают шум. Однако стоит отметить, что при недостаточном запасе мощности или перегрузке устройства может возникать небольшой гуд, издаваемый автотрансформатором. Правильный выбор стабилизатора исключает вероятность недостатка мощности.
Система защиты – все или практически все устройства электронного класса обладают надежной защитой от распространенных аварийных ситуаций в сети (короткое замыкание, перенапряжение). Некоторые стабилизаторы снабжены специальными фильтрами, которые подавляют электрический шум, тем самым улучшая работу чувствительной к ним аппаратуры.
Размеры устройства – принцип работы электронных нормализаторов позволяет компактно расположить все элементы, благодаря чему корпус зачастую имеет небольшие размеры и легко крепится на стене.
Длительный срок эксплуатации – сам по себе принцип работы достаточно прост, поэтому электронный тип стабилизаторов имеет достаточно продолжительный срок службы, нередко – до 20 лет. Также производители предоставляют длительные гарантийные обязательства, которые на сегодняшний день могут достигать до 60 месяцев, а иногда даже 120.

Недостатки стабилизаторов электронного типа:

Дискретное (ступенчатое) регулирование – все без исключения электронные стабилизаторы имеют ограниченное количество обмоток автотрансформатора. Чем больше ступеней, тем выше точность выходного напряжения и плавность работы. Недостаток ступенчатого регулирования проявляется в бюджетных моделях (7 – 12 ступеней), где количество обмоток автотрансформатора минимально. Однако в моделях среднего и высокого класса (16 – 48 ступеней) данный недостаток практически не проявляется.
Отсутствие запаса мощности – как правило, электронный тип стабилизаторов имеет установленную номинальную выходную мощность, которая соответствует действительности при входном напряжении 220В или выше. При входном напряжении ниже 220В происходит прямо пропорциональное падение мощности. Поэтому для нормальной работы стабилизатора необходимо рассчитывать запас, что ведет к повышению стоимости устройства.
Стоит отметить, что некоторые производители комплектуют стабилизаторы элементами со значительным запасом по мощности, благодаря чему во всем диапазоне входного напряжения мощность остается неизменной.

Тиристоры и симисторы применяемые в электронных стабилизаторах

Semikron, Германия	Запорожье, Украина	STMicroelectronics, Швейцария

Электродинамический (сервоприводный) тип – устройства этой категории работают при помощи электродвигателя, расположенного внутри тороидального трансформатора, управление которым осуществляется при помощи электронной платы на основе микропроцессора. При изменении входного напряжения контроллер подает соответствующий сигнал электродвигателю, который перемещает графитовый ролик в нужную область на окружности тороидального трансформатора, тем самым изменяя выходное напряжение до необходимого значения.

Более мощные модели работают при помощи колоновидных регуляторов, на которых закреплены подвижные элементы с графитовым токосъемным роликом. Такой принцип работы применяется на мощности свыше 200кВА.

Преимущества стабилизаторов электродинамического типа:

Плавное регулирование – главной особенностью сервоприводных стабилизаторов напряжения является плавная регулировка напряжения. Такой эффект достигается при помощи механического перемещение графитового ролика по виткам тороидального трансформатора или колоновидного регулятора.
Высока точность выходного напряжения – даже недорогие модели с сервоприводным принципом регулирования обладают достаточно высокой точностью выходного напряжения, как правило, погрешность не превышает ±1%.
Широкий диапазон входного напряжения – важный показатель для украинских потребителей, где уровень напряжения электрической сети может ощутимо снижаться в часы пик и, наоборот, повышаться в глубокое ночное время и рабочее дневное.
Запас мощности – большое количество европейский производителей выпускает стабилизаторы с достаточным запасом мощности и поэтому даже при минимальном значении входного напряжения пользователь получает для использования заявленную выходную мощность.
Высокая перегрузочная способность – электродинамические нормализаторы нередко имеют высокие показатели перегрузочной способности на уровне 300 – 500% кратковременной перегрузки и 150 – 200% перегрузки в течении нескольких минут.
Система защиты – сервоприводные нормализаторы имеют надежную токовую защиту (КЗ), а также защиту от перенапряжения. Кроме этого, внутри корпуса расположено несколько датчиков температуры, которые контролируют уровень нагрева силовых элементов и исключают возможность самовозгорания.
Условия работы – очень полезным свойством является работа при отрицательных температурах и высокой влажности. Электродинамические стабилизаторы европейского производства успешно работают при температуре до –25 °С.
Длительный срок эксплуатации – как и электронные устройства, электродинамические имеют продолжительный срок использования. Правда, стоит оговориться, что это относится к европейскому, а не китайскому производству. Поскольку во втором случае токосъемный механизм представляет собой не графитовый ролик, а некачественную щетку, которая имеет свойство стираться.

Стабилизаторы напряжения ORTEA (Италия)

VEGA	GEMINI	ANTARES

220В±0,5%	220В±0,5%	220В±0,5%
Итальянские стабилизаторы напряжения для частного и промышленного применения в сетях 220/230В, где требуется непревзойденное европейское качество и максимальная защита.

Недостатки стабилизаторов электродинамического типа:

Средняя скорость регулирования – принцип работы с применением электродвигателя не позволяет достичь показателей скорости работы, схожей с электронным типом. Однако устройства европейского производства имеют весьма приемлемые показатели скорости работы на уровне от 8 до 18 мс/В в зависимости от мощности.
Средний уровень шума – при работе электродвигателя, который входит в состав нормализатора, возникает негромкий, но ощутимый звук. Установку таких устройств лучше производить в технических помещениях.
Размеры и вес – электромеханические стабилизаторы имеют значительный вес и несколько большие размеры, чем стабилизаторы электронного типа.

Система плавной регулировки в электродинамических стабилизаторах

Запатентованная технология регулировки напряжения с пожизненной гарантией от итальянских разработчиков компании ORTEA.

Инверторный тип – относительно свежая разработка, которая применяется как зарубежными производителями, так и отечественными. В основе инверторных стабилизаторов используется принцип широтно-импульсной модуляции, такая технология очень часто применяется в источниках бесперебойного питания двойного преобразования (On-Line). Можно говорить, что бесступенчатые стабилизаторы также обеспечивают двойное преобразование. Интересен и тот факт, что IGBT стабилизаторы не содержат автотрансформатор напряжения, поэтому диапазон входных напряжений существенно шире, чем у классических электронных и сервоприводных стабилизаторов.

Преимущества стабилизаторов инверторного типа:

Плавное регулирование – бестрансформаторный принцип регулирования исключает появление скачков на выходе стабилизатора. Напряжение корректируется быстро и плавно. Реакция при регулировании отсутствует на любых источниках света, будь то «капризные» лампы накаливания или современные светодиодные элементы.
Высокая точность выходного напряжения – украинский завод выпускает модели бытового назначения выходной точностью 220В±1%, а модели промышленного назначения 220В±0,5%. Итальянский производитель ORTEA предлагает однофазные и трехфазные решения с точностью регулирования 220В±0,5% и 380В±0,5% соответственно.
Высокая скорость регулирования – как и электронные стабилизаторы, инверторные имеют лучший показатель скорости регулирования – 20 мс (0,02 секунды).
Очень широкий диапазон входного напряжения – инверторные стабилизаторы работают даже с половинным и двойным уровнем напряжения. По состоянию на середину 2017 года доступны модели с диапазонами от 130 до 330В переменного тока. По специальному заказу возможно изготовление стабилизаторов с диапазоном от 90 до 350 Вольт.
Защита нагрузки и устройства – как полагается качественному стабилизатору, бестрансформаторные аппараты содержат необходимый комплекс защит: от короткого замыкания, критически низкого напряжения, критически высокого напряжения. Стабилизатор пожаробезопасен, т. к. в составе используются дублирующие датчики контроля температуры силовой части, устройство быстро реагирует на критическую перегрузку, которая может вывести его из строя.
Условия работы – украинские устройства работают только при положительной температуре в диапазоне от +1 … +40°С. Итальянские инверторные стабилизаторы поддерживают работу в мороз до –25°С, а также выдерживают кратковременные повышения температуры до +60°С.
Минимальный уровень шума – при условии правильного выбора мощности стабилизатора и эксплуатации в соответствии с техническими требованиями, уровень излучаемого шума будет в пределах минимального.
Длительный срок эксплуатации – современные IGBT транзисторы обладают высоким ресурсом и способны служить до 25 лет без отключения. Схема регулирования не содержит механических частей, тем более частей с трением. На протяжении срока службы может потребоваться замена кулеров охлаждения.
Минимальные размеры и вес – устройства не содержат трансформатор и это существенно снижает вес и уменьшает размеры.

Недостатки стабилизаторов электродинамического типа:

Отсутствие запаса мощности – главным и, наверное, единственным недостатком бестрансформаторных стабилизаторов являются минимальные показатели перегрузки. Для итальянской продукции рекомендуется не превышать значения 150% номинальной мощности в течение 2 секунд. Украинские стабилизаторы имеют еще меньший показатель перегрузки – 125% в течение 1 секунды. Поэтому, если планируется использовать IGBT стабилизатор с индуктивной нагрузкой (двигатели, насосы, компрессоры, мощные вентиляторы и т. д.), необходимо тщательно подходить к выбору мощности.

Релейный тип – стабилизаторы напряжения, относящиеся к данной категории имеют в составе силовые реле, посредством которых происходит коммутация обмоток автотрансформатора. Устройства этой категории очень схожи по своему принципу с электронными, но имеют несколько недостатков.

Преимущества стабилизаторов релейного типа:

Высокая скорость регулирования – позволяют нивелировать всплески входного напряжения с высокой скоростью до 40 мс. Реже, некоторые модели могут работать с еще более высоким быстродействием до 20 мс.
Широкий диапазон входного напряжения – релейные устройства также обладают широким диапазоном регулирования.
Система защиты – надежная электронная защита от перенапряжения и короткого замыкания присутствует практически у всех моделей относящихся к релейному типу.
Размеры устройства – компактный и легкий вес также присущи моделям данной категории.

Недостатки стабилизаторов релейного типа:

Дискретное (ступенчатое) регулирование – устройства релейного вида очень редко имеют более 12 ступеней регулирования, что подразумевает ощутимую погрешность выходного напряжения, иногда такой показатель достигает ±20 Вольт.
Отсутствие запаса мощности – для нормальной работы при пониженном напряжении в электрической сети рекомендуется рассчитывать запас мощности в размере 30 – 40%.
Средний уровень шума – принцип работы реле заключается в контролируемом размыкании и замыкании контактов, что влечет за собой характерные щелчки. При частом изменении входного напряжения щелчки учащаются.
Небольшой срок эксплуатации – главный и самый существенный недостаток релейных стабилизаторов заключается в весьма коротком сроке эксплуатации, поскольку контакты силовых реле имеют свойство подгорать и залипать. Обычно на такие устройства гарантийный срок

что нужно знать перед покупкой устройства, главные особенности и преимущества

Автор: Александр Старченко

Электронный стабилизатор напряжения по популярности и уровню продаж занимает следующее место после релейного стабилизатора. Широкий ассортиментный ряд электронных стабилизаторов позволяет выбрать необходимое по мощности устройство. Стабилизатор надёжен, обладает хорошими характеристиками и может использоваться в большом диапазоне температур.

Конструкция электронного стабилизатора

Электронный стабилизатор предназначен для нормализации напряжения при отклонении его от номинала, и защиты потребителей от негативных факторов. К таким факторам относятся очень низкое или высокое напряжение, а так же короткие импульсы высокого напряжения, которые иногда возникают в бытовой сети.

В отличие от стабилизаторов других типов, где могут применяться механические и электромеханические компоненты схемы, в электронном стабилизаторе кроме электроники ничего нет.

Электронный стабилизатор состоит из следующих узлов:

Входной фильтр;
Трансформатор;
Плата измерения напряжения;
Плата управления;
Силовые ключи;
Схема защиты;
Блок индикации;
Байпас.

Роль фильтра заключается в подавлении сетевых помех. Это могут быть высокочастотные наводки или короткие импульсы. Трансформатор имеет обмотку, состоящую из отдельных секций, переключением которых и осуществляется изменение напряжения на выходе.

Плата измерения напряжения осуществляет контроль не только за напряжением сети, но и за нормализованным напряжением на выходе устройства. Плата управления собрана на транзисторах. На ней формируется сигнал, подаваемый на управляющие электроды силовых ключей.

Силовые ключи переключают обмотки трансформатора для выравнивания напряжения. Схема защиты предохраняет нагрузку от возможных повреждений из-за слишком больших перепадов напряжения, а так же предохраняет стабилизатор от перегрузки. Электронный стабилизатор напряжения 220В оборудуется устройством индикации на светодиодных матрицах.

Важным элементом электронного стабилизатора напряжения является «Байпас» или «Транзит». Это устройство позволяет питать нагрузку непосредственно от сети в том случае, если напряжение на входе находится в допустимых пределах. В случае выхода напряжения из допуска, потребитель практически мгновенно подключается к стабилизатору.

«Байпас» входит в плату измерения напряжения и реализуется с помощью обычного реле. Так же режим «Транзит» может включаться вручную переключателем на корпусе стабилизатора.

Принцип работы электронного стабилизатора

Электронный стабилизатор работает по следующему принципу. Плата контроля напряжения сканирует напряжение сети. Как только его величина выйдет из допустимых стандартом 10%, подаётся сигнал на плату управления. Она состоит из транзисторных Усилителей Постоянного Тока. УПТ формируют потенциал, открывающий полупроводниковые вентили. Напряжение на выходе стабилизатора приближается к номиналу. Управление всеми электронными компонентами осуществляется с помощью микропроцессора.

Большим плюсом электронных стабилизаторов можно считать исключительно малое собственное энергопотребление, поскольку в них отсутствуют индуктивные элементы типа обмоток реле или серводвигателя.

Поскольку число секций ограничено, то изменение напряжения осуществляется ступенями, то есть дискретно. Чем большее количество электронных ключей входит в схему устройства, тем выше точность установки напряжения. В качестве силовых ключей применяются мощные полупроводниковые приборы – тиристоры и симисторы.

Тиристор проводит ток только в одном направлении, а симистор (симметричный тиристор), в обе, поэтому для коммутации цепи с переменным напряжением, требуется два тиристора во встречно-параллельном включении или один симистор.

Принцип действия стабилизаторов, собранных на разных полупроводниковых приборах, абсолютно одинаковый, но однофазный автоматический стабилизатор напряжения электронного типа, выполненный на симисторах, имеет существенный недостаток. Это слабая устойчивость при работе с индуктивной (реактивной) нагрузкой. Симисторы просто выходят из строя. Это сильно ограничивает сферу применения стабилизаторов такого типа. Вообще, электронные стабилизаторы, благодаря хорошим характеристикам и высокой надёжности, находят самое широкое применение в любых сферах.

Преимущества и недостатки

По сравнению с аналогичным по принципу работы релейным стабилизатором, электронное устройство обладает гораздо большими преимуществами:

Высокая скорость коммутации;
Большее количество ступеней регулирования;
Более высокая точность;
Отсутствие шума;
Большой разброс напряжения на входе;
Возможность работы при низких температурах;
Надёжность.

В отличие от электромеханических реле, время срабатывания которых может достигать 40-60 мс, тиристорные ключи выполняют коммутацию за гораздо более короткий срок, не превышающий 10-12 мс, а у некоторых моделей он может составлять 2-4 мс. Увеличение количества реле ведёт к увеличению энергопотребления самого стабилизатора и снижению времени нормализации напряжения. Электронные стабилизаторы позволяют без особого ущерба увеличить число дискретных ступеней, что положительно сказывается на точности установки.

Тиристорный стабилизатор бесшумен в работе, и может использоваться при низких температурах, что выгодно отличает его от стабилизаторов других моделей. Схемные решения допускают работу устройства при большом диапазоне напряжения сети. Надёжность электронного стабилизатора определяется в основном надёжностью тиристоров, а они допускают до 10⁹ переключений. Недостатком можно считать только высокую цену электронного стабилизатора.

Критерии выбора

Выбрать электронный стабилизатор напряжения 220В для дома необходимо по следующим параметрам:

Мощность;
Диапазон входных напряжений;
Скорость выравнивания;
Точность регулирования;
Число дискретных ступеней;
Дополнительные параметры.

Мощность стабилизатора является главным фактором, определяющим выбор устройства. Если потребителями будет только активная нагрузка, то требуемая мощность вычисляется легко. Нужно суммировать мощность всех потребителей и прибавить 20-30%.

Если к стабилизатору будут подключены стиральная машина или холодильник (реактивная нагрузка с электромотором), то расчёт мощности выполняется по несложной формуле — просто делим мощность прибора на cos ϕ, который должен быть указан в паспорте, либо на коэффициент 0,7. Подробные расчеты мы приводили в статье по выбору стабилизатора для домашних нужд.

Если сеть в конкретном населённом пункте очень нестабильна, то следует выбирать стабилизатор, имеющий как можно больший диапазон напряжения на входе. Для электронных тиристорных стабилизаторов скорость выравнивания напряжения практически одинакова у всех моделей и если имеются небольшие отличия, то они не критичны. От количества ступеней зависит точность напряжения на выходе, но, естественно, от количества тиристоров зависит и стоимость изделия.

При выборе устройства нужно обязательно ознакомиться с уровнями срабатывания защиты. Электронный однофазный стабилизатор напряжения может иметь как настенное, так и напольное исполнение. Нижним пределом рабочей температуры обычно является -40°C, что вполне достаточно для работы в любых условиях.

Бытовой стабилизатор средней мощности

Стабилизаторы «Энергия» пользуются неизменно высоким спросом из-за отличных параметров и надёжности. Однофазный тиристорный стабилизатор «Энергия Classic 5000», представляет собой модель, предназначенную для непрерывной длительной эксплуатации.

Прибор работает при токе нагрузки до 27А. Уровни напряжения сети, при которых срабатывает защита, составляют 60 и 265В, а нормальный рабочий интервал от 125 до 254В. В приборе имеется функция «Байпас», фильтр подавления всех видов помех, и аварийное отключение при нагреве трансформатора до температуры 120 градусов. Стабилизатор имеет 36 месяцев гарантии.

В заключение можно отметить, что электронные стабилизаторы надёжны и неприхотливы, и при соблюдении указанных в документации правил эксплуатации, они проработают очень длительное время.

С этим читают:

Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц сетях!

Строительные, рабочие и проектные типы

Так же, как ситуации, в которых нам нужно регулировать напряжение в наших конструкциях, существуют сценарии, в которых нам нужно регулировать ток, который подается в определенную часть нашей цепи. В отличие от преобразования (перехода от одного уровня напряжения к другому), которое обычно является одной из основных причин регулирования напряжения, регулирование тока обычно заключается в поддержании постоянного тока, который подается, независимо от изменений сопротивления нагрузки или входного напряжения.Цепи (встроенные или нет), которые используются для обеспечения постоянного тока , называются (постоянными) регуляторами тока , и они очень часто используются в силовой электронике.

Хотя регуляторы Current использовались в нескольких приложениях на протяжении многих лет, возможно, до недавнего времени они не были одной из самых популярных тем в обсуждениях проектирования электроники. Текущие регуляторы теперь достигли своего рода повсеместного статуса благодаря их важным приложениям в светодиодном освещении среди других приложений.

В сегодняшней статье мы рассмотрим эти регуляторы тока и исследуем лежащие в их основе принципы работы, их конструкцию, типы и применение, среди прочего .

Принцип действия регулятора тока

Работа регулятора тока аналогична работе регулятора напряжения с основным отличием в параметре, который они регулируют, и величине, которую они изменяют для обеспечения своего выхода. В регуляторах напряжения ток изменяется для достижения необходимого уровня напряжения, в то время как регуляторы тока обычно включают изменения напряжения / сопротивления для достижения необходимого выходного тока.Таким образом, хотя это возможно, обычно трудно одновременно регулировать напряжение и ток в цепи.

Чтобы понять, как работают регуляторы тока, необходимо быстро взглянуть на закон Ома;

  В = ИК или I = В / П

Это означает, что для поддержания постоянного тока на выходе эти два свойства (напряжение и сопротивление) должны поддерживаться постоянными в цепи или настраиваться таким образом, чтобы при изменении одного значения другого соответственно регулировалось для сохранения такой же выходной ток.Таким образом, регулирование тока включает в себя регулировку напряжения или сопротивления в цепи или обеспечение неизменности значений сопротивления и напряжения независимо от требований / воздействий подключенной нагрузки.

Рабочий регулятор тока

Чтобы правильно описать, как работает регулятор тока, рассмотрим приведенную ниже принципиальную схему.

Переменный резистор в приведенной выше схеме используется для обозначения действия регулятора тока.Предположим, что переменный резистор автоматизирован и может автоматически регулировать собственное сопротивление. Когда схема находится под напряжением, переменный резистор регулирует свое сопротивление, чтобы компенсировать изменения тока из-за изменения сопротивления нагрузки или напряжения питания. Относительно базового класса электричества вы должны помнить, что при увеличении нагрузки, которая по сути является сопротивлением (+ емкость / индуктивность), происходит эффективное падение тока, и наоборот. Таким образом, когда нагрузка в цепи увеличивается (увеличение сопротивления), а не падение тока, переменный резистор уменьшает свое собственное сопротивление, чтобы компенсировать повышенное сопротивление и обеспечить одинаковые токи.Таким же образом, когда сопротивление нагрузки уменьшается, переменное сопротивление увеличивает свое собственное сопротивление, чтобы компенсировать уменьшение, таким образом поддерживая значение выходного тока.

Другой подход к регулированию тока состоит в том, чтобы подключить достаточно высокий резистор параллельно нагрузке так, чтобы в соответствии с законами основного электричества ток протекал по пути с наименьшим сопротивлением, который в этом случае будет проходить через нагрузку с только «незначительное» количество тока, протекающего через резистор высокого номинала.

Эти изменения также влияют на напряжение, так как некоторые регуляторы тока поддерживают ток на выходе, изменяя напряжение. Таким образом, практически невозможно регулировать напряжение на том же выходе, на котором регулируется ток.

Конструкция регуляторов тока

Регуляторы тока

обычно реализуются с использованием стабилизаторов напряжения на основе микросхем, таких как MAX1818 и LM317, или с использованием пассивных и активных компонентов, таких как транзисторы и стабилитроны.

Проектирование регуляторов тока с использованием регуляторов напряжения

Для разработки регуляторов тока с использованием регулятора напряжения на основе IC метод обычно включает настройку регуляторов напряжения с постоянным сопротивлением нагрузки, и обычно используются линейные регуляторы напряжения, поскольку напряжение между выходом линейных регуляторов и их землей обычно составляет Таким образом, жестко регулируемый, фиксированный резистор может быть вставлен между выводами так, чтобы фиксированный ток протекал к нагрузке.Хороший пример дизайна, основанного на этом, был опубликован Budge Ing в одной из публикаций EDN в 2016 году.

Используемая схема использует линейный стабилизатор LDO MAX1818 для создания стабилизированного источника постоянного тока на стороне высокого напряжения. Источник питания (показанный на изображении выше) был разработан так, что он питает RLOAD постоянным током, который равен I = 1,5 В / ROUT. Где 1,5 В — предустановленное выходное напряжение MAX1818 , но его можно изменить с помощью внешнего резистивного делителя.

Для обеспечения оптимальной производительности конструкции напряжение на входной клемме MAX1818 должно быть до 2,5 В, а не выше 5,5 В, поскольку это рабочий диапазон, указанный в техническом паспорте. Чтобы удовлетворить это условие, выберите значение ROUT, которое позволяет от 2,5 В до 5,5 В между IN и GND. Например, при нагрузке, скажем, 100 Ом при 5 В VCC, устройство правильно работает с ROUT выше 60 Ом, так как это значение допускает максимальный программируемый ток 1,5 В / 60 Ом = 25 мА. Тогда напряжение на устройстве будет равно минимально допустимому: 5 В — (25 мА × 100 Ом) = 2.5В.

Другие линейные регуляторы, такие как LM317, также могут использоваться в аналогичном процессе проектирования, но одно из основных преимуществ , которые имеют микросхемы типа MAX1818 по сравнению с другими, заключается в том, что они включают тепловое отключение, которое может быть очень важным в текущем регламенте , поскольку температура микросхемы имеет тенденцию к нагреванию при подключении нагрузок с высокими требованиями к току.

Для регулятора тока на базе LM317 рассмотрите схему ниже;

LM317 сконструированы таким образом, что регулятор продолжает регулировать свое напряжение до тех пор, пока напряжение между его выходным выводом и его регулировочным выводом не станет равным 1.25 В и как таковой делитель обычно используется при реализации в ситуации регулятора напряжения. Но для нашего случая использования в качестве регулятора тока он на самом деле очень упрощает нам задачу, потому что, поскольку напряжение постоянно, все, что нам нужно сделать, чтобы сделать ток постоянным, — это просто вставить резистор последовательно между выводами Vout и ADJ. как показано на схеме выше. Таким образом, мы можем установить выходной ток на фиксированное значение, которое задается:

  I = 1,25 / R

Значение R является определяющим фактором значения выходного тока.

Чтобы создать регулятор переменного тока, нам нужно только добавить переменный резистор в схему вместе с другим резистором, чтобы создать делитель на регулируемом выводе, как показано на изображении ниже.

Работа схемы такая же, как и предыдущая, с той разницей, что ток можно регулировать в цепи, поворачивая ручку потенциометра для изменения сопротивления. Напряжение на R составляет;

  В = (1 + R1 / R2) x 1.25

Это означает, что ток через R определяется выражением;

  I _R = (1,25 / R) x (1+ R1 / R2).

Это дает цепи диапазон тока I = 1,25 / R и (1,25 / R) x (1 + R1 / R2)

Зависит от установленного тока; Убедитесь, что номинальная мощность резистора R может выдерживать ток, протекающий через него.

Преимущества и недостатки использования LDO в качестве регулятора тока

Ниже приведены некоторые преимущества для выбора подхода линейного регулятора напряжения.

включают защиту от перегрева, которая может пригодиться при подключении нагрузок с повышенными требованиями к току.
имеют больший допуск для больших входных напряжений и в значительной степени поддерживают высокое рассеивание мощности.
Подход ИС регулятора предполагает использование меньшего количества компонентов с добавлением только нескольких резисторов в большинстве случаев, за исключением случаев, когда требуются более высокие токи и подключены силовые транзисторы.Это означает, что вы можете использовать одну и ту же микросхему для регулирования напряжения и тока.
Уменьшение количества компонентов может означать снижение стоимости внедрения и времени разработки.

Недостатки:

С другой стороны, конфигурации, описанные в рамках подхода ИС регулятора, позволяют пропускать ток покоя от регулятора к нагрузке в дополнение к регулируемому выходному напряжению. Это приводит к ошибке, которая может быть недопустимой в некоторых приложениях.Однако это можно уменьшить, выбрав регулятор с очень низким током покоя.

Еще одним недостатком подхода к регулятору IC является отсутствие гибкости в конструкции.

Помимо использования микросхем регуляторов напряжения, регуляторы тока также могут быть спроектированы с использованием желейных деталей, включая транзисторы, операционные усилители и стабилитроны с необходимыми резисторами. Стабилитрон используется в схеме, вероятно, просто, как будто вы помните, что стабилитрон используется для регулирования напряжения.Конструкция регулятора тока с использованием этих частей является наиболее гибкой, поскольку их обычно легко интегрировать в существующие схемы.

Регулятор тока на транзисторах

В этом разделе мы рассмотрим два дизайна. В первом будут использованы только транзисторы, а во втором — операционный усилитель и силовой транзистор .

Для модели с транзисторами рассмотрим схему ниже.

Регулятор тока, описанный на схеме выше, является одной из простейших конструкций регулятора тока. Это регулятор тока низкой стороны ; Подключал после нагрузки до земли. Он состоит из трех основных компонентов; управляющий транзистор (2N5551), силовой транзистор (TIP41) и шунтирующий резистор (R). Шунт, который по сути представляет собой резистор малой мощности, используется для измерения тока, протекающего через нагрузку. При включении цепи на шунте отмечается падение напряжения.Чем выше значение сопротивления нагрузки RL, тем выше падение напряжения на шунте. Падение напряжения на шунте действует как триггер для управляющего транзистора, так что чем выше падение напряжения на шунте, тем больше транзистор проводит и регулирует напряжение смещения, приложенное к базе силового транзистора, для увеличения или уменьшения проводимости с помощью резистор R1, действующий как резистор смещения.

Как и в других схемах, переменный резистор может быть добавлен параллельно шунтирующему резистору для изменения уровня тока за счет изменения величины напряжения, приложенного к базе управляющего транзистора.

Регулятор тока с операционным усилителем

Для второго варианта конструкции рассмотрим схему ниже;

Эта схема основана на операционном усилителе , и, как и в примере с транзистором, также использует шунтирующий резистор для измерения тока. Падение напряжения на шунте подается в операционный усилитель, который затем сравнивает его с опорным напряжением, установленным стабилитроном ZD1.Операционный усилитель компенсирует любые расхождения (высокие или низкие) в двух входных напряжениях, регулируя свое выходное напряжение. Выходное напряжение операционного усилителя подключается к мощному полевому транзистору, и проводимость зависит от приложенного напряжения.

Основное различие между этой конструкцией и первым из них является источник опорного напряжения осуществляется диодом Зенера. Обе эти конструкции являются линейными, и при высоких нагрузках будет выделяться большое количество тепла, поэтому к ним следует присоединить радиаторы для отвода тепла.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом этого подхода к проектированию является гибкость, которую он предоставляет проектировщику. Детали могут быть выбраны, а конструкция сконфигурирована по вкусу без каких-либо ограничений, связанных с внутренней схемой, которая характерна для подхода, основанного на регуляторе на основе ИС.

С другой стороны, этот подход имеет тенденцию быть более утомительным, трудоемким, требует большего количества деталей, громоздких, подверженных сбоям и более дорогих по сравнению с подходом на основе регуляторов.

Применение регуляторов тока

Регуляторы постоянного тока находят применение во всех видах устройств, от цепей питания до цепей зарядки аккумуляторов, драйверов светодиодов и других приложений, где необходимо регулировать постоянный ток независимо от приложенной нагрузки.

Вот и все для этой статьи! Надеюсь, вы узнали одну или две вещи.

До следующего раза!

Модуль регулятора напряжения

(VRM) — WikiChip

Полупроводники и вычислительная техника

WikiChip WikiChip

WikiChip

Дом

Случайная статья

Последние изменения

Подача стружки

Покрытие предохранителя

Последние новости

ISSCC

IEDM

СБИС

Горячие чипсы

SuperComputing

Социальные сети

Твиттер

Флипборд

Популярный

Компании

Intel

драм

АРМ

Qualcomm

Микроархитектуры

Skylake (Клиент)

Skylake (Сервер)

Дзен

Coffee Lake

Дзен 2

Технологические узлы

14 нм

10 нм

7 нм

Архитектуры Популярные x86

Intel

Клиент

Skylake

Озеро Каби

Кофейное озеро

Ледяное озеро

Сервер

Skylake

Каскадное озеро

Озеро Купер

Ледяное озеро

Большие ядра

Санни Коув

Willow Cove

Малые ядра

Голдмонт

Голдмонт Плюс

Тремонт

Грейсмонт

драм

Дзен

Дзен +

Дзен 2

Дзен 3

Популярные ARM

РУКА

Сервер

Неоверс N1

Зевс

Большой

Cortex-A75

Cortex-A76

Cortex-A77

маленький

Cortex-A53

Cortex-A55

IC Регуляторы напряжения

Рис.2.3.1 Типовые блоки серии LM78xx

Изучив этот раздел, вы сможете:

Распознавать широко используемые I.C. Регуляторы напряжения.

По отношению к регуляторам напряжения серии 78xx:

• Выберите соответствующие компоненты развязки.

• Разберитесь с термином «отсев».

• Узнайте о возможных причинах отказа ИС и их предотвращении.

• Изучите методы производства положительных, отрицательных и двойных расходных материалов.

Диапазон интегральных схем (I.C.) LM78Xxx

Наличие схем регулятора в I.C. form значительно упростил конструкцию источников питания, и с момента их появления разнообразие конструкций, их пропускная способность по мощности и их надежность постоянно улучшались. Стабилизаторы на интегральных схемах доступны с различными номинальными значениями тока и напряжения для шунтирующих или последовательных приложений, а также для полных типов с переключением.В настоящее время довольно редко можно встретить регуляторы в действительно дискретных формах, описанных в модулях блока питания с 2.1 по 2.3, но популярные типы регуляторов 78Xxx (где X указывает подтип, а xx представляет собой выходное напряжение) используют почти те же принципы с улучшенной схемой. , в интегрированном виде.

Существуют различные диапазоны, в нескольких типах корпусов, доступных от многих производителей компонентов, некоторые из которых показаны на рис. 2.4.1. Выбор пакета зависит от требований к пространству и производительности.Типичные диапазоны приведены в таблице 1.

Таблица 1

Диапазон Выходные напряжения (В _OUT) Максимальный ток Максимальное входное напряжение Типичное падение напряжения

LM78Lxx 5,0 В, 6,2 В, 8,2 В, 9,0 В, 12 В, 15 В 100 мА 35 В В _ВЫХ + 1,7 В

LM78Mxx 5 В, 12 В, 15 В 500 мА 35 В В _ВЫХ + 2 В

LM78xx 5.0 В, 5,2 В, 6,0 В, 8,0 В, 8,5 В, 9,0 В, 12,0 В, 15,0 В, 18,0 В, 24,0 В 1A 35 или 40 В в зависимости от типа В _ВЫХ + 2,5 В

Падение напряжения

Одна из важных частей данных, опубликованных в технических паспортах линейных I.C. регуляторами напряжения выпадения устройств. В любом линейном регуляторе, построенном из дискретных компонентов или интегрированном, таком как серия 78, выходное напряжение поддерживается стабильным для различных протеканий тока за счет изменения сопротивления регулятора (фактически путем изменения проводимости транзистора, как описано в модуле источников питания. 2.2).

По этой причине должны выполняться две вещи:

1. Выходное напряжение всегда должно быть ниже входного.

2. Чем больше разница между входным и выходным напряжениями (при одинаковом токе), тем больше мощности должно рассеиваться в цепи регулятора, поэтому тем сильнее она становится.

Падение напряжения для любого регулятора указывает минимально допустимую разницу между выходным и входным напряжениями, если выходной сигнал должен поддерживаться на правильном уровне.Например, если регулятор LM7805 должен обеспечивать на выходе 5 В, входное напряжение должно быть не ниже 5 В + 2,5 В = 7,5 В.

Однако падение напряжения не является абсолютным значением, оно может изменяться примерно на 1 В в зависимости от тока, потребляемого на выходе, и температуры, при которой работает регулятор. Поэтому кажется разумным обеспечить комфортный запас между минимально возможным входным напряжением и минимально допустимым напряжением (выходное напряжение + падение напряжения).

Максимальное входное напряжение, указанное в таблице 1, показывает, что существует значительная допустимая разница между максимальным и минимальным входным напряжением, однако следует помнить, что чем выше входное напряжение для данного выхода, тем больше мощности необходимо рассеять через регулятор.Слишком высокое входное напряжение и потери мощности плохо сказываются на сроке службы батарей в портативном оборудовании и плохо для надежности мощного оборудования, поскольку большее нагревание означает большую вероятность неисправностей.

Например, LM7805, подающий 1 А при 5 В на нагрузку, означает, что нагрузка потребляет 5 Вт. Если входное напряжение составляет 8 В, ток через регулятор по-прежнему составляет 1 А, что составляет 8 Вт; поэтому регулятор рассеивает 8 Вт — 5 Вт = 3 Вт. Однако, если входное напряжение составляет, например, 20 В, то избыточная мощность, которая должна рассеиваться регулятором, теперь составляет 20 В x 1 А = 20 Вт минус 5 Вт, потребляемые нагрузкой = 15 Вт.

В современном линейном I.C. Однако регуляторы, а также защита от перегрузки по току и защита от перенапряжения, как описано в модуле 2.3 блока питания, существуют дополнительные схемы термического отключения для предотвращения сбоя из-за перегрева, так что если мощность слишком велика, вместо того, чтобы разрушать ИС, выход будет упадет до 0 В, пока ИС не остынет.

Даже при более разумных входных напряжениях стабилизатор I.Cs. действительно выделяют значительное количество тепла, поэтому важно, чтобы избыточное тепло эффективно рассеивалось за счет использования соответствующих радиаторов.Критерии использования радиаторов такие же, как и для силовых транзисторов, обсуждаемые в Модуле 5.1 усилителя.

Дополняет серию 78xx серия 79, которая предлагает I.Cs. для обычно используемых отрицательных напряжений питания в том же диапазоне характеристик, что и серия 78, но с отрицательным выходным напряжением.

Рис. 2.3.2 Базовая схема блока питания с использованием линейного регулятора 7805 I.C.

Уменьшение пульсаций переменного тока

На рис. 2.3.2 показан регулятор серии I.C. и его связи.Обратите внимание, что C1 и C2 намного меньше, чем в источнике питания дискретных компонентов. Большой накопительный конденсатор не требуется, поскольку регулирующее действие I.C. уменьшит амплитуду любых пульсаций переменного тока (в пределах максимального диапазона входного напряжения) до нескольких милливольт на выходе.

Обеспечение устойчивости

C2 больше не является традиционным фильтрующим конденсатором, но предназначен для улучшения переходной характеристики, защиты от внезапных изменений в сети или условиях нагрузки e.г. скачки. Использование этих конденсаторов с указанными значениями будет поляризованного танталового типа и, хотя это не является строго обязательным для всех схем, рекомендуется для обеспечения максимальной стабильности, предотвращая любую тенденцию к ИС. колебаться. Они должны быть установлены как можно ближе к регулятору, а I.C. заземляющее соединение должно быть подключено к 0 В как можно физически ближе к заземлению нагрузки. Эти проблемы лучше всего решить, если регулятор I.C. используется в качестве регулятора «точки нагрузки», а не (или как) главный регулятор для всей системы электропитания.

Надежность

Применение линейного регулятора I.Cs. значительно повысил надежность источников питания, но поскольку эти ИС часто располагаются на подключаемых субпанелях с системой, существует опасность повреждения ИС регулятора. (а также к другим компонентам), если панели вставляются или удаляются, пока основной источник питания все еще находится под напряжением. Это может быть связано либо с тем, что система все еще подключена к электросети, либо потому, что конденсаторы основного источника питания не полностью разряжены.

Причина в том, что при отсоединении или подключении многоходовых разъемов нет гарантии, в каком порядке отдельные контакты подключаются или отключаются, и это может привести к неожиданному короткому замыканию или разомкнутой цепи, возникающим на мгновение во время процесса подключения или отключения.

Рис. 2.3.3 Защитный диод, используемый с 7805 и большими конденсаторами

Чтобы предотвратить эту возможность, можно разработать несколько дополнительных мер безопасности вокруг схемы регулятора для защиты I.С.

В некоторых схемах электролитические конденсаторы могут использоваться для C1 и C2 в качестве альтернативы использованию танталовых или полиэфирных конденсаторов, но в этом случае использование емкости будет значительно больше, 25 мкФ или более. Однако в схемах, где C2 составляет 100 мкФ или более, существует вероятность того, что, если вход закорочен на землю, временно (или постоянно из-за неисправности), что заряд на C2 вызовет протекание большого тока обратно в I.C. выходной терминал, повредив I.C. Чтобы предотвратить это, диод, такой как 1N4002, может быть подключен через I.C. как показано на рис. 2.3.3, так что, если в любой момент времени на входной клемме будет более низкий потенциал, чем на выходе, диод будет проводить любой заряд на выходной клемме на землю, вместо того, чтобы пропускать ток через I.C.

Рис. 2.3.4 Влияние разомкнутой цепи заземления на 7812 IC

Если коммутационная панель отключена при подаче напряжения, возможно, что заземление заземлено на I.C. может быть отключен на мгновение перед вводом, как показано на рис. 2.3.4. В таком случае выходная клемма может подняться до уровня напряжения нерегулируемого входа, что может вызвать повреждение компонентов, питаемых от регулятора. Также, если панель подключена к уже имеющемуся питанию, такая же ситуация с мгновенным размыканием цепи заземления, а затем повреждение I.C. похоже.

Так как регуляторы напряжения обычно питаются от основного источника питания, они могут быть восприимчивы к любым скачкам сетевого напряжения, а также к обратному току.м.ф. скачки напряжения от других частей схемы. Любые положительные всплески напряжения, превышающие максимально допустимое входное напряжение (около 35 В или 40 В), или любые отрицательные всплески, превышающие -0,8 В, которые имеют достаточную энергию, чтобы вызвать протекание значительных токов, вероятно, повредят ИС. Некоторая защита может быть обеспечена за счет использования конденсатора большой емкости на входной клемме и / или обеспечения минимизации вероятных причин переходных процессов за счет использования ограничителей переходных процессов на входе сети и предотвращения обратного тока.m.fs. как описано в модуле 3.2 теории переменного тока.

Двойные и отрицательные расходные материалы
Линейные стабилизаторы
I.C. могут также использоваться для обеспечения регулируемого отрицательного напряжения с помощью регуляторов серии LM79xx, доступных в том же диапазоне напряжений, что и серии 78xx, но с отрицательными выходами. Их можно использовать для регулирования шин отрицательного или двойного питания.

Регуляторы напряжения — линейные, импульсные. Принцип работы

Нерегулируемые источники питания

Простые источники питания состоят из трансформатора, выпрямителя (диоды или мостовой выпрямитель) и фильтра (конденсатора).Эти источники не имеют регуляторов напряжения и называются нерегулируемыми источниками питания.

Нерегулируемые источники не обеспечивают достаточного качества, поскольку их выходное напряжение изменяется в зависимости от тока, протекающего через нагрузку, и возможных изменений напряжения в сети.

Кроме того, на сетевой частоте возникает значительная пульсация. Поэтому они обычно не подходят для большинства приложений.

Регулируемые источники питания

На следующем рисунке представлена типичная блок-схема регулируемого источника питания.Вход от сети (110-220 В, 50-60 Гц) подается на трансформатор с целью уменьшения его амплитуды.

Диодный выпрямитель выпрямляет сигнал, который фильтруется (обычно через конденсатор) для получения нерегулируемого выхода постоянного тока. Регулятор напряжения обеспечивает гораздо более регулируемый и стабильный выходной сигнал для питания нагрузки.

Функция регулятора напряжения заключается в обеспечении стабильного и точно заданного напряжения для питания других цепей от источника входного питания низкого качества.

Кроме того, они должны обеспечивать выходные токи от нескольких десятков миллиампер в случае малых регуляторов до нескольких ампер для больших регуляторов.

Регуляторы напряжения классифицируются как:
Серия
или линейные регуляторы напряжения

Эти регуляторы управляют выходным напряжением, непрерывно регулируя падение напряжения на силовом транзисторе, последовательно включенном между нерегулируемым входом и нагрузкой. Поскольку транзистор должен постоянно проводить ток, он работает в своей активной или линейной области.

Хотя они проще в использовании, чем импульсные регуляторы, они, как правило, очень неэффективны из-за мощности, потребляемой последовательным элементом. Их эффективность составляет около 20%, и они эффективны только при малой мощности (<5 Вт).

См .: Блок-схема источника питания (процесс преобразования переменного тока в постоянный)

Импульсные регуляторы

Эти регуляторы используют силовой транзистор в качестве высокочастотного переключателя, так что энергия передается от входа к нагрузке дискретными пакетами.Затем импульсы интенсивности преобразуются в постоянный ток с помощью индуктивного и емкостного фильтров.

Поскольку транзистор работает как переключатель, он потребляет меньше энергии, чем при работе в линейной области. Эти регуляторы более эффективны (до 80%), чем линейные; кроме того, они меньше и легче.

Эти регуляторы могут быть разработаны для работы непосредственно от выпрямленного и фильтрованного сетевого напряжения, что устраняет необходимость в громоздких трансформаторах. К недостаткам этих регуляторов можно отнести большую сложность схемы и больший шум пульсации.

Импульсные регуляторы используются, прежде всего, в цифровых системах, где высокий КПД и малый вес часто гораздо важнее, чем небольшая пульсация на выходе.

Текущая тенденция в проектировании источников питания с несколькими выходами заключается в использовании импульсных регуляторов, чтобы воспользоваться их преимуществами, а затем использовать последовательные регуляторы для получения более чистых и лучше регулируемых напряжений.

После операционного усилителя регулятор напряжения, вероятно, является наиболее широко используемой интегральной схемой.

регуляторы напряжения — классификация регуляторов напряжения

Принцип работы и характеристики стабилитронов

Введение

Стабилитроны — это диоды, которые действуют как стабилизаторы. Используя состояние обратного пробоя PN-перехода, ток стабилитронов можно изменять в широком диапазоне, при этом напряжение остается неизменным. Этот диод представляет собой полупроводниковый прибор с очень высоким сопротивлением вплоть до критического напряжения обратного пробоя.В этой критической точке пробоя обратное сопротивление снижается до очень небольшого значения. В этой области с низким сопротивлением ток увеличивается, а напряжение остается постоянным. Стабилитрон разделен по напряжению пробоя. Из-за этой характеристики, стабилитрон в основном используется в качестве регулятора напряжения или опорного напряжения элемента. Стабилитроны могут быть подключены последовательно для использования при более высоких напряжениях, а более стабильные напряжения могут быть получены путем последовательного подключения.

базовое введение в стабилитроны, которые используются в качестве регуляторов напряжения в цепях постоянного тока.

Каталог

I Принцип стабилитронов

Прямая характеристика характеристической кривой вольт-ампер стабилитрона аналогична характеристике обычного диода. Обратной характеристикой является то, что когда обратное напряжение ниже, чем обратное напряжение пробоя, обратное сопротивление очень велико, а обратный ток утечки чрезвычайно мал. Однако, когда обратное напряжение приближается к критическому значению обратного напряжения, обратный ток внезапно увеличивается, что называется пробоем.В этой критической точке пробоя обратное сопротивление внезапно падает до очень небольшого значения. Хотя ток варьируется в большом диапазоне, напряжение на диодах стабильно вблизи напряжения пробоя, что обеспечивает стабилизацию напряжения на диодах. Полупроводниковые диоды предотвращают обратный ток, но если приложенное обратное напряжение становится слишком высоким, может произойти преждевременный пробой или повреждение.
Стабилитроны
такие же, как и стандартные диоды с PN переходом, но они специально разработаны для обеспечения низкого и заданного напряжения обратного пробоя.Он использует любое обратное напряжение, приложенное к нему. Стабилитрон ведет себя как обычный диод общего назначения, который сделан из кремниевой структуры PN. При прямом смещении анод расположен относительно своего катода и ведет себя как обычный сигнальный диод, пропускающий номинальный ток. Однако, в отличие от обычных диодов, которые предотвращают протекание тока через себя при обратном смещении, катод становится более положительным, чем анод, и как только обратное напряжение достигает заданного значения, стабилитрон начинает проводить обратное.Это связано с тем, что когда обратное напряжение на стабилитронах превышает номинальное напряжение устройства, происходит процесс, называемый Avalanche Breakdown . Слой обеднения полупроводника и ток начинают течь через диоды, чтобы ограничить увеличение напряжения.

II IV характеристика стабилитронов

Рисунок 1. ВАХ стабилитронов
Стабилитрон
используется в режиме « с обратным смещением, » или в режиме обратного пробоя, когда анод диода подключен к отрицательному источнику питания.Из приведенной выше кривой ВАХ видно, что область характеристики обратного смещения стабилитрона представляет собой почти постоянное отрицательное напряжение, которое не имеет ничего общего с величиной тока, протекающего через диод, и остается почти неизменным, даже если ток сильно меняется. Ток стабилитрона остается между током пробоя I Z (мин.) И максимальным номинальным током I Z (макс.).

Эта способность управления может использоваться для регулирования или стабилизации источника напряжения для предотвращения изменений мощности или нагрузки.Тот факт, что напряжение на диоде в области пробоя практически постоянно, оказался важной особенностью стабилитронов, поскольку его можно использовать в простейших приложениях регулятора напряжения.

Регулятор должен обеспечивать постоянное выходное напряжение на нагрузку, подключенную параллельно. Несмотря на колебания напряжения питания или изменение тока нагрузки, стабилитрон будет продолжать регулировать напряжение до тех пор, пока ток диода не упадет ниже минимального значения IZ (min) в области обратного пробоя.

III Стабилитрон
Стабилитроны
могут быть использованы для получения стабильного выходного напряжения с низкой пульсацией при переменных токах нагрузки. Пропуская небольшой ток от источника напряжения через диод через подходящий токоограничивающий резистор (RS), стабилитрон будет проводить ток, достаточный для поддержания падения напряжения Vout.

Помните, что выходное напряжение постоянного тока полуволнового или двухполупериодного выпрямителя содержит пульсации, наложенные на постоянное напряжение и среднее выходное напряжение при изменении значения нагрузки.Подключив к выходу выпрямителя простую схему стабилитрона, как показано ниже, можно получить более стабильное выходное напряжение.

Рисунок 2. Схема стабилитрона

Резистор RS соединен последовательно со стабилитроном для ограничения тока через диод, а VS включен в комбинации. Регулируемое выходное напряжение Vout снимается с стабилитрона. Катодный вывод стабилитрона подключен к положительной шине источника постоянного тока, поэтому он имеет обратное смещение и будет работать в состоянии пробоя.Затем выберите резистор RS, чтобы ограничить максимальный ток, протекающий в цепи.

Без нагрузки, подключенной к цепи, ток нагрузки будет нулевым (IL = 0), и весь ток схемы проходит через стабилитрон, который, в свою очередь, потребляет максимальную мощность. Когда небольшая часть сопротивления нагрузки RLRS приведет к большему току подключения диода, потому что это увеличит требования к рассеиваемой мощности диода. Выбор соответствующего значения последовательного сопротивления, чтобы при отсутствии нагрузки или в условиях высокого импеданса не превышалась максимальная номинальная мощность стабилитрона.

Нагрузка подключена параллельно стабилитрону, поэтому напряжение на RL всегда совпадает с напряжением стабилитрона (V _{— [R = V _{ž). Существует минимальный ток Зенера, при котором стабилизация напряжения эффективна, и ток Зенера всегда должен оставаться выше этого значения при работе под нагрузкой в области ее пробоя. Верхний предел тока, конечно, зависит от номинальной мощности устройства. Напряжение питания VS должно быть больше VZ.}}

Одна небольшая проблема такая же, как и в схеме стабилизатора на стабилитроне. Иногда диод генерирует электрический шум поверх источника постоянного тока, потому что он пытается стабилизировать напряжение. Обычно это не проблема для большинства приложений, но может потребоваться добавить большой развязывающий конденсатор на выходе стабилитрона для достижения сглаживания.
Стабилитроны
всегда работают в условиях обратного смещения. Стабилитрон может использоваться для разработки схемы регулятора напряжения для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока на нагрузке в случае изменения входного напряжения или тока нагрузки.Стабилизатор напряжения Зенера состоит из токоограничивающего резистора RS, включенного последовательно с входным напряжением V S. При этом условии обратного смещения стабилитрон включен параллельно нагрузке RL. Стабильное выходное напряжение всегда выбирается таким же, как напряжение пробоя VZ диода.

Пример

Требуется стабильное питание 5,0 В от входа постоянного тока 12 В. Стабилитроны имеют максимальную номинальную мощность PZ 2 Вт. Рассчитано с использованием схемы стабилитрона выше:

а).Максимальный ток, протекающий через стабилитрон.

б). Минимальное значение последовательного сопротивления, RS

в). Ток нагрузки IL, если резистор нагрузки 1 кОм подключен к стабилитрону.

г). Ток стабилитрона IZ, при полной нагрузке.

IV Напряжение стабилитрона

В дополнение к генерации один выход стабильного напряжения, диоды Зенера также могут быть соединены последовательно с обычных сигналов кремниевых диодов , чтобы произвести множество различных выходных значений опорного напряжения, как показано ниже.

Стабилитроны, включенные последовательно

Рисунок 3. Стабилитроны, включенные последовательно

Значение каждого стабилитрона можно выбрать в соответствии с приложением, в то время как кремниевые диоды всегда падают примерно на 0,6–0,7 В при прямом смещении. Напряжение питания Vin должно, конечно, быть выше, чем максимальное выходное опорное напряжение, которое в приведенном выше примере является 19v.

Типичная электронная схема типичного стабилитрона — 500 мВт, серия BZX55 или 1.3W, серия BZX85. Например, C7V5 — это диод на 7,5 В, а ссылочный номер диода — BZX55C7V5.

Стабилитроны серии 500 мВт имеют диапазон напряжений приблизительно от 2,4 до 100 В и обычно имеют ту же последовательность значений для серии резисторов 5% (E24). Эти небольшие, но очень полезные диоды имеют разные номиналы напряжения, как показано в таблице ниже.

BZX55 Номинальная мощность стабилитрона 500 мВт

2.4В

2,7 В

3,0 В

3,3 В

3,6 В

3,9 В

4,3 В

4,7 В

5,1 В

5,6 В

6,2 В

6,8 В

7,5 В

8,2 В

9.1В

10 В

11В

12В

13 В

15 В

16 В

18 В

20 В

22 В

24 В

27В

30 В

33В

36 В

39 В

43В

47 В

Номинальная мощность стабилитрона BZX85 1.3Вт

3,3 В

3,6 В

3,9 В

4,3 В

4,7 В

5,1 В

5,6

6.2В

6,8 В

7,5 В

8,2 В

9,1 В

10 В

11В

12В

13 В

15 В

16 В

18 В

20 В

22 В

24 В

27В

30 В

33В

36 В

39 В

43В

47 В

51 В

56В

62 В

V Цепь фиксатора стабилитрона

До сих пор мы изучили, как стабилитрон регулирует постоянный источник питания постоянного тока.Но как стабилитрон реагирует на изменяющийся сигнал , если входной сигнал не является установившимся постоянным током, а представляет собой сигнал переменного-переменного тока.

Схема ограничения и ограничения диодов используется для формирования или изменения формы входного сигнала переменного тока (или любой синусоидальной волны) и создания выходных сигналов различной формы в соответствии с расположением схемы. Цепи диодного ограничителя также называют ограничителями, потому что они ограничивают положительную (или отрицательную) часть входного сигнала переменного тока. Так как схемы фиксации Зенера ограничивают или отсекают часть формы сигнала, они в основном используются для защиты схем или схем формирования сигналов.

Например, если мы хотим ограничить выходной сигнал до +7,5 В, мы будем использовать стабилитрон на 7,5 В. Если форма выходного сигнала пытается превысить предел 7,5 В, стабилитрон «отсекает» перенапряжение на входе, создавая сигнал с плоской вершиной и сохраняя постоянный выход на уровне + 7,5 В. Обратите внимание, что при прямом смещении стабилитрон остается диодом. Когда выходной сигнал переменного тока ниже -0,7 В, стабилитрон будет «проводить», как любой нормальный кремниевый диод, и ограничивать выход до -0.7V, как показано ниже.

Рисунок 4. Схема фиксатора стабилитрона

Стабилитроны, соединенные встречно-спиной, могут использоваться в качестве того, что вырабатывает стабилизатор переменного напряжения, так называемый «генератор прямоугольных импульсов Пора». С помощью этой конфигурации мы можем разрезать форму волны между положительным значением + 8,2 В и отрицательным значением -8,2 В для стабилитрона 7,5 В
.
Так, например, если мы хотим ограничить выходной сигнал между двумя различными минимальным и максимальным значениями, такими как + 8 В и -6 В, нам нужно использовать только два стабилитрона с разными номиналами.Обратите внимание, что выход ограничивает форму волны переменного тока в диапазоне от + 8,7 В до -6,7 В из-за увеличения смещенного напряжения на диоде.

Другими словами, размах напряжения составляет 15,4 вольт вместо ожидаемых 14 вольт, потому что падение напряжения прямого смещения на диоде увеличивается на 0,7 вольт в каждом направлении.

Этот тип конфигурации ограничителя довольно распространен для защиты электронных схем от перенапряжений. Два стабилитрона обычно размещаются на клеммах ввода питания.Во время нормальной работы один из стабилитронов выключен, и диод мало влияет. Однако, если форма волны входного напряжения превышает свой предел, стабилитрон включается и фиксирует вход для защиты схемы.

VI Применение стабилитронов

1. Типовая схема последовательного регулятора

Рисунок 5. Типовая схема последовательного регулятора

В этой схеме база транзистора T стабилизируется на уровне 13 В стабилитроном D, затем его эмиттер будет выдавать постоянное напряжение 13-0.7 = 12,3 В. В пределах определенного диапазона, независимо от того, увеличивается или уменьшается входное напряжение, независимо от сопротивления нагрузки, а выходное напряжение остается неизменным. Эта схема используется во многих ситуациях. 7805 — это последовательная схема встроенного регулятора напряжения, которая может выдавать 5 В. 7805-7824 может выводить напряжение 5-24 В. Он применяется на многих устройствах.

Рисунок 6. Схема встроенного регулятора напряжения серии 7805

2.Схема защиты от перенапряжения в ТВ

Рисунок 7. Схема защиты от перенапряжения в ТВ

115V — основное напряжение питания телевизора. Когда выходное напряжение источника питания слишком высокое, включается D и включается транзистор T. Его коллекторный потенциал изменится с исходного высокого уровня (5 В) на низкий уровень. Подача напряжения через линию управления режимом ожидания переводит телевизор в режим ожидания.

3.Схема гашения дуги

Рисунок 7. Схема гашения дуги

Когда соответствующий стабилитрон подключен параллельно катушке индуктивности (принцип также может быть подключен к обычному диоду), и катушка отключена во включенном состоянии, высокое напряжение, генерируемое высвобождением ее электромагнитной энергии берется диодом. Таким образом, когда переключатель выключен, дуга переключателя устраняется. Эта прикладная схема чаще используется в промышленности, например, в некоторых более мощных схемах электромагнитного управления.

Артикул Рекомендуемый:

Введение в типы диодов

Что такое лазерные диоды?

Что такое регулятор напряжения? Определение, типы и работа регулятора напряжения

Определение : Регулятор напряжения — это устройство, которое поддерживает постоянное выходное напряжение постоянного тока независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки. Пульсации переменного напряжения , которые не удаляются фильтрами, также отклоняются регуляторами напряжения .

Комбинации элементов, присутствующие в конструкции регулятора напряжения, обеспечивают постоянное выходное напряжение с переменным входным питанием.

Всякий раз, когда необходимо иметь стабильное и надежное выходное напряжение , тогда наиболее предпочтительными схемами являются регуляторы напряжения.

Регуляторы напряжения также отображают защитные функции , такие как защита от перенапряжения, защита от короткого замыкания, тепловое отключение, ограничение тока и т. Д. Это может быть линейный регулятор или импульсный регулятор, но самый простой и доступный тип регулятора напряжения — линейный.

Давайте посмотрим на принципиальную схему стабилизатора напряжения на стабилитроне-
.
Стабилитрон используется в качестве регулятора напряжения , который обеспечивает постоянное напряжение от источника, напряжение которого существенно меняется.

Как видно из рисунка выше, в начале цепи установлен резистор. Чтобы ограничить обратный ток через диод до более безопасного резистора, в схеме используется R _s.

Напряжение источника V _s и резистор R _s выбраны таким образом, чтобы диод работал в области пробоя. Напряжение на R _L известно как напряжение стабилитрона V _z, а ток диода известен как I _z.

Устойчивое напряжение поддерживается на нагрузке R _L, так как колебаний выходного напряжения поглощаются резистором R _s . Входное напряжение, изменения которого необходимо регулировать, включает стабилитрон в обратном состоянии.

Диод не проводит ток, если напряжение на R _L не меньше напряжения пробоя стабилитрона V _z, а R _s и R _L составляют делитель потенциала на V _s.

Когда напряжение питания V _s увеличивается, в этом случае падение напряжения на R _L будет больше по сравнению с напряжением пробоя стабилитрона. Таким образом, заставляя стабилитрон проводить в области его пробоя.

Ток стабилитрона I _z ограничен резистором серии R _s из-за превышения номинального максимального значения I _zmax .

Ток через R _S подается от источника. Ток разделяется на Iz и I _L на стыке-

Напряжение на стабилитроне V _z остается постоянным до тех пор, пока он не перейдет в режим пробоя, поскольку ток стабилитрона I _D может значительно изменяться.

Если здесь входное напряжение увеличивается, ток через диод и нагрузку увеличивается. По мере того, как сопротивление на диоде уменьшается, через диод будет протекать больший ток.

В результате падение напряжения на R _s будет больше, поэтому напряжение на выходе будет иметь значение, близкое к входному или питающему напряжению.

Следовательно, мы можем сказать, что стабилитрон поддерживает равномерное напряжение на нагрузке, если только напряжение питания не превышает напряжение стабилитрона .

Дискретный транзисторный регулятор напряжения

Если говорить о транзисторных регуляторах напряжения, то в основном это 2 типа —

Используя любой из вышеупомянутых типов, мы можем получить постоянное выходное напряжение постоянного тока заданного значения.Это значение не зависит от изменения напряжения питания или нагрузки на выходе.

Давайте теперь подробно обсудим каждый тип —
Стабилизатор напряжения серии

На рисунке ниже показана блок-схема последовательного регулятора напряжения
.
Здесь величина входа, на который поступает выходное напряжение, регулируется последовательными элементами управления. Схема, которая измеряет выходное напряжение, обеспечивает обратную связь, которая сравнивается с опорным напряжением.

В случае, если напряжение на выходе увеличивается до , компаратор отправляет управляющий сигнал на элемент управления так, как , чтобы уменьшить величину выхода .Точно так же, если выходное напряжение уменьшается, компаратор отправляет управляющий сигнал, чтобы величина выходного сигнала могла быть увеличена до желаемого уровня.

Работа стабилизатора напряжения последовательного транзистора

Он также известен как регулятор напряжения с эмиттерным повторителем . На схеме ниже показан простой последовательный стабилизатор напряжения, который сформирован с использованием NPN-транзистора и стабилитрона.

В приведенной выше схеме выводы коллектора и эмиттера транзистора включены последовательно с нагрузкой, поэтому его называют последовательным стабилизатором.Транзистор Q известен как проходной транзистор серии .

Когда на входную клемму подается питание постоянного тока, на нагрузочном резисторе R _L появляется регулируемое выходное напряжение. Транзистор, используемый в схеме служит переменное сопротивление и диод Зенера подает опорное напряжение.

Его работа основана на том принципе, что на входе транзистора возникают большие колебания, поэтому выходное напряжение имеет тенденцию быть постоянным.

Здесь V _out = V _z — V _BE

Базовое напряжение остается почти постоянным, значение которого примерно равно напряжению на стабилитроне V _z.

Двигаясь дальше, рассмотрим случай, когда выходное напряжение увеличивается из-за увеличения напряжения питания. Это увеличение V _из приведет к уменьшению V _BE, поскольку V _z зафиксирован на определенном уровне.

Это уменьшение V _BE автоматически снижает проводимость. Из-за этого увеличивается сопротивление коллектор-эмиттер R _CE, что приводит к увеличению V _CE, что в конечном итоге снижает выходное напряжение.

Теперь что насчет влияния изменения нагрузки на выходное напряжение.

Предположим, что значение нагрузочного резистора R _L уменьшается, что приводит к увеличению тока через него. В таком состоянии V _out начинает уменьшаться, в результате чего V _BE увеличивается. В конечном итоге уровень проводимости транзистора увеличивается, что снижает R _CE.

Это уменьшение сопротивления немного увеличивает ток, что компенсирует уменьшение R _L.

Таким образом, выходное напряжение остается постоянным, поскольку оно равно I _L R _L .

Ограничения

При комнатной температуре поддержание абсолютно постоянного выходного напряжения затруднено, потому что повышение температуры в помещении автоматически приведет к снижению V _BE и V _Z.

Хорошее регулирование не достигается при большом токе.

Шунтирующий регулятор напряжения

Блок-схема шунтирующего регулятора напряжения представлена ниже —

В регуляторе напряжения этого типа, чтобы обеспечить адекватное регулирование , ток отводится от нагрузки .Чтобы поддерживать постоянный ток, с помощью элемента управления часть тока отводится от нагрузки.

Предположим, что при изменении нагрузки происходит изменение выходного напряжения. Таким образом, сигнал обратной связи отправляется в схему компаратора, которая обеспечивает управляющий сигнал для изменения величины тока, шунтируемого от нагрузки.

Работа транзисторного шунтирующего стабилизатора напряжения

Взглянем на электрическую схему шунтирующего стабилизатора напряжения —

Здесь R _SE подключен последовательно с источником питания, а транзистор подключен к выходу.Напряжение питания уменьшается из-за падения на R _SE, это снижение напряжения зависит от тока, подаваемого на R _L.

V _выход = V _z + V _BE

V _выход = V _дюйм — IR _SE

Предположим, что входное напряжение увеличивается, что приводит к увеличению V _из и V _BE, что приводит к увеличению I _B и I _C.Таким образом, с этим увеличением напряжения питания увеличивается ток питания I, что создает большее падение напряжения на R _SE, что снижает выходное напряжение. Таким образом, выходное напряжение остается практически постоянным.

Ограничения

Это заставляет большую часть тока течь через транзистор, а не загружать.

Защита от перенапряжения иногда является проблемой в цепях такого типа.

Приложения

Они используются в блоках питания компьютеров , где они регулируют напряжение постоянного тока.В распределительной системе регуляторы напряжения используются вдоль распределительных линий, чтобы обеспечить постоянное напряжение потребителям.
.