Что такое стабилизатор напряжения. Для чего нужны стабилизаторы напряжения. Какие бывают типы стабилизаторов напряжения. Как работают линейные и импульсные стабилизаторы. Как выбрать подходящий стабилизатор напряжения.
Что такое стабилизатор напряжения и для чего он нужен
Стабилизатор напряжения — это электронное устройство, которое обеспечивает постоянное выходное напряжение независимо от колебаний входного напряжения или нагрузки. Основные функции стабилизатора:
- Поддержание стабильного напряжения питания для электронных устройств
- Защита оборудования от скачков и перепадов напряжения в сети
- Преобразование более высокого входного напряжения в более низкое стабильное выходное
Стабилизаторы напряжения широко применяются в бытовой и промышленной электронике, компьютерной технике, системах автоматики и других областях, где требуется стабильное электропитание.
Основные виды стабилизаторов напряжения
Существует два основных типа стабилизаторов напряжения:
1. Линейные стабилизаторы
Принцип работы: непрерывное регулирование выходного напряжения за счет изменения сопротивления регулирующего элемента.
Преимущества:
- Простота конструкции
- Низкий уровень шумов и пульсаций
- Быстрый отклик на изменения нагрузки
Недостатки:
- Низкий КПД при большой разнице входного и выходного напряжений
- Значительное тепловыделение
2. Импульсные стабилизаторы
Принцип работы: преобразование входного напряжения в последовательность импульсов с последующей фильтрацией.
Преимущества:
- Высокий КПД (до 95%)
- Возможность как понижения, так и повышения напряжения
- Компактные размеры
Недостатки:
- Более сложная схемотехника
- Высокий уровень высокочастотных помех
Принцип работы линейного стабилизатора напряжения
Рассмотрим принцип работы простейшего линейного стабилизатора на примере схемы с использованием стабилитрона и транзистора:
- Стабилитрон поддерживает фиксированное опорное напряжение
- Транзистор работает как регулирующий элемент, изменяя свое сопротивление
- При повышении выходного напряжения транзистор приоткрывается, увеличивая свое сопротивление
- При понижении выходного напряжения транзистор приоткрывается сильнее, уменьшая сопротивление
- Таким образом поддерживается стабильное выходное напряжение
Выходное напряжение в такой схеме равно напряжению стабилитрона минус напряжение эмиттер-база транзистора (обычно 0,6-0,7 В).
Как работает импульсный стабилизатор напряжения
Принцип работы импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа:
- Входное напряжение преобразуется в последовательность импульсов с помощью ключевого элемента (транзистора)
- Дроссель накапливает энергию при открытом ключе и отдает ее в нагрузку при закрытом
- Конденсатор сглаживает пульсации напряжения
- Система управления регулирует скважность импульсов для поддержания стабильного выходного напряжения
За счет импульсного режима работы достигается высокий КПД преобразования. Частота преобразования обычно составляет десятки-сотни кГц.
Как выбрать подходящий стабилизатор напряжения
При выборе стабилизатора напряжения следует учитывать следующие параметры:
- Диапазон входных напряжений
- Требуемое выходное напряжение
- Максимальный выходной ток
- КПД
- Уровень пульсаций и помех
- Габариты и способ монтажа
- Наличие защит от перегрузки, короткого замыкания и т.д.
Для большинства бытовых применений подойдут готовые интегральные стабилизаторы, например, серии 78xx для фиксированных напряжений или LM317 для регулируемого выхода. При необходимости высокой эффективности лучше использовать импульсные преобразователи.
Схемы подключения популярных стабилизаторов напряжения
Рассмотрим типовые схемы включения некоторых распространенных стабилизаторов напряжения:
1. Фиксированный линейный стабилизатор 7805
Микросхема 7805 обеспечивает стабильное выходное напряжение 5 В. Типовая схема включения:
- Входное напряжение подается на вывод 1
- Выход 5 В снимается с вывода 3
- Вывод 2 соединяется с общим проводом
- На входе и выходе устанавливаются конденсаторы для подавления помех
2. Регулируемый линейный стабилизатор LM317
LM317 позволяет получить регулируемое выходное напряжение от 1.2 В до 37 В. Схема включения:
- Входное напряжение подается на вывод IN
- Выходное напряжение снимается с вывода OUT
- Между выводами OUT и ADJ включается делитель напряжения из двух резисторов
- Соотношение резисторов задает выходное напряжение
3. Импульсный понижающий преобразователь LM2596
LM2596 — популярная микросхема импульсного стабилизатора. Типовая схема:
- Входное напряжение подключается к выводу VIN
- Выход формируется на выводе OUT
- Обязательны внешние элементы: дроссель, диод Шоттки, конденсаторы
- Выходное напряжение задается делителем на выводе FB
Правильный выбор внешних компонентов критически важен для стабильной работы импульсного преобразователя.
Сравнение линейных и импульсных стабилизаторов
Основные отличия линейных и импульсных стабилизаторов напряжения:
| Параметр | Линейные | Импульсные |
|---|---|---|
| КПД | Низкий (30-60%) | Высокий (до 95%) |
| Уровень помех | Очень низкий | Повышенный |
| Габариты | Большие при высокой мощности | Компактные |
| Стоимость | Низкая | Выше |
| Сложность схемы | Простая | Сложнее |
Выбор между линейным и импульсным стабилизатором зависит от конкретного применения. Линейные подходят для маломощных устройств с низким уровнем шумов, а импульсные — для эффективного преобразования при высокой мощности.
Схемы стабилизаторов и преобразователей напряжения, самодельные инверторы (Страница 23)
Переменное напряжение
Регулируемый преобразователь напряжения 2-15В 1А
Тем, кто пытался использовать автомобильную аккумуляторную батарею для питания электронных устройств, хорошо знакома эта проблема — хотя напряжение батареи должно быть примерно равно 12 В, в действительности оно может быть 11 В или даже меньше …
0 3732 0
Простой импульсный стабилизатор напряжения 5В/0,7А (КТ805Б)
Предлагаемый импульсный стабилизатор напряжения от аналогичных устройств отличается простотой, хорошей повторяемостью и отсутствием регулировочных элементов. Схема стабилизатора приведена ниже. При включении питания напряжение на конденсаторе С2 равно …
0 5445 0
Бездроссельный преобразователь напряжения из 12В в 15-27В, ток 3А
Схема бездроссельного импульсного преобразователя напряжения представлена ниже. Схема обеспечивает преобразование напряжения 12 В в напряжение 15…27 В при токе нагрузки до 3…3,5 А. Осциллограммы поясняют работу преобразователя. Генератор …
2 4871 0
Низковольтный стабилизатор напряжения 3-5В/0,4А (КР142ЕН19,КТ814)
Несмотря на то, что сейчас появились микросхемы низковольтных (3…5 В) стабилизаторов напряжения с малым падением напряжения, они еще пока мало распространены, особенно среди радиолюбителей. А ведь низковольтные стабилизаторы сейчас приобретают особую актуальность …
0 6165 0
Преобразователь 12В в 220В на микросхеме и транзисторах
Предлагаемая схема преобразователя отличается простотой изготовления, выполнена на минимальном количестве деталей. Каких-либо особенностей устройство не имеет, в наладке не нуждается. Преобразователь может быть использован в качестве резервного…
3 5192 0
Стабилизатор напряжения на ОУ 25В/0,5А (К140УД1Б,П702)
Одним из основных узлов стабилизатора постоянного напряжения, определяющих уровень качественных показателей блока питания, является усилитель постоянного тока (УПТ).
Высокостабильные блоки питания требуют применения сложных высококачественных УПТ. Такие усилители в случае их …
1 7575 2
Мощный преобразователь 12В — 350В на микросхеме 1114ЕУ4
Задающий генератор преобразователя собран на стандартном ШИМ-контроллере (импортный аналог из 494-й серии). Контроллер вырабатывает управляющие сигналы для транзисторов усилителя мощности, исключая сквозные токи через них …
2 6650 0
Стабилизатор напряжения с защитой 14-20В/0,5А (КТ825)
Принципиальная схема стабилизатора приведена ниже. Источником образцового напряжения служит термостабилизированный стабилитрон VD1. Для исключения влияния входного напряжения стабилизатора на режим стабилитрона его ток задается генератором стабильного тока, построенным …
1 5460 2
Мощный преобразователь напряжения 12 В
Принципиальная схема преобразователя приведена ниже.
0 4461 0
Преобразователь (инвертор) напряжения 12В в 220В
Преобразователь напряжения обеспечивает сетевое напряжение 220 В 50 Гц на нагрузке мощностью до 5 Вт. Он состоит из задающего генератора с частотой 100 Гц и триггера-делителя на ИМС IC1, мощных МОП-ключей VT1, VT2 и 6-ваттного сетевого …
0 4481 0
1 … 19 20 21 22 23 24 25 26
Схемы стабилизаторов напряжения электронного, релейного и электромеханического типа
Автор: Александр Старченко 0 комментариев
Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным.
Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.
Содержание:
- Виды стабилизаторов напряжения
- Электромеханический стабилизатор
- Релейный стабилизатор
- Электронный стабилизатор
- Стабилизатор двойного преобразования
Виды стабилизаторов напряжения
В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:
- Феррорезонансные;
- Сервоприводные;
- Релейные;
- Электронные;
- Двойного преобразования.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса.
Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.
Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.
Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.
Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.
Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.
Электромеханический стабилизатор
Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:
- Входной фильтр;
- Плата измерения напряжения;
- Автотрансформатор;
- Серводвигатель;
- Графитовый скользящий контакт;
- Плата индикации.
В основе работы электромеханического стабилизатора лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.
Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.
При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.
Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Релейный стабилизатор
В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:
- Сетевой фильтр;
- Плата контроля и управления;
- Трансформатор;
- Блок электромеханических реле;
- Устройство индикации.
В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.
Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих приборов.
Пример схемы релейного стабилизатора
Еще одна схема стабилизатора релейного типа
Электронный стабилизатор
Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:
- Фильтр сети;
- Плата измерения напряжения и управления;
- Трансформатор;
- Блок силовых электронных ключей;
- Плата индикации.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.
Стабилизатор двойного преобразования
Это устройство, называемое так же инверторный стабилизатор, по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.
Схема инверторного стабилизатора напряжения 220в состоит из следующих узлов:
- Фильтр сетевых помех;
- Корректор мощности – выпрямитель;
- Блок конденсаторов;
- Инвертор;
- Узел микропроцессора.
Напряжение сети, пройдя через фильтр, поступает на корректор – выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. В блоке конденсаторов запасается энергия, которая будет необходима при пониженном напряжении.
Обычно инвертор выполняется по схеме с использованием ШИМ контроллера. Дополнительное питание необходимо для питания микропроцессора, который управляет всей работой стабилизатора.
Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.
Это устройство отличается уникальными параметрами, поскольку инверторный стабилизатор не изменяет величину напряжения сети, а заново его генерирует.
Это позволяет получить напряжение высокого качества со стабильной частотой.
На базе инверторного принципа может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае можно на схемном уровне рассчитать величину напряжения на входе, которая может быть практически любой, а стабилизатор будет выдавать 220В.
Как сделать схемы регулятора напряжения
Регулятор напряжения — это устройство, используемое для преобразования флуктуирующего напряжения на входе в определенное и стабильное напряжение на выходе. Регуляторы напряжения могут быть механическими, электрическими, переменного или постоянного тока. В этой статье мы рассмотрим электронные линейные регуляторы постоянного тока.
Применение регуляторов
Для большинства цепей требуется постоянное напряжение питания, не зависящее от потребляемого тока. Даже небольшое перенапряжение может оказаться разрушительным, поэтому следует использовать регуляторы.
Но регуляторы также очень помогают в устранении сетевого шума в аудиоусилителях. В генераторах сигналов или генераторах выходная частота зависит от напряжения питания и также должна быть хорошо отрегулирована, чтобы поддерживать ее постоянной.
Типы регуляторов
Существует три основных класса или типа регуляторов: положительные регуляторы с положительным входным напряжением, отрицательные регуляторы с отрицательным входным напряжением, сдвоенные регуляторы напряжения, которые представляют собой наборы обоих , например, схема операционного усилителя и, наконец, регулируемые регуляторы , где может присутствовать любой из вышеперечисленных, но иметь ручку управления для изменения выходного напряжения по требованию.
Простой регулятор Zener r Зенеровский диод — это тип диода, который при подключении в конфигурации с обратным смещением (см. ниже) начинает «пробиваться» или проводить ток при определенном напряжении, называемом напряжением Зенера.
Как только он начинает проводить, ток не останавливается, поэтому резистор (R1 показан ниже) должен ограничивать ток до безопасного значения.
В приведенном выше простом регуляторе Vin равно 12 В, Vout равно 5 В, а I равно 10 мА. Без стабилитрона R1 это было бы R=V/I = 12-5/0,01 = 700 Ом. Однако регулирования не будет, так как Зенер не будет дирижировать. Используя эмпирическое правило, стабилитрон должен проводить в два-пять раз больше тока нагрузки, скажем, 50 мА. Учитывая это, должно быть I = 50 + 10 = 60 мА, поэтому R1 = 7/0,06 = 116 Ом.
Проблема, однако, заключается в том, что рассеиваемая мощность на резисторах R1 и D1 при больших токах нагрузки будет чрезмерной. Но это вполне подходящая схема для преобразования уровней сигналов, скажем, 5В вниз, в 3,3В модули.
Стабилитрон в качестве эталона и транзистор Q1
Здесь мы использовали стабилитрон в качестве эталона и транзистор Q1 в качестве последовательного регулятора, выполняющего тяжелую работу.
Резистор R2 обеспечивает смещение для включения транзистора Q1 и подачи гораздо меньшего тока через стабилитрон D2. Если Vout равно 5 В, к этому будет добавлено падение напряжения база-эмиттер 0,6 В, поэтому D2 должен быть равен 5,6 В (обычно доступно), а R2 теперь должен обеспечивать ток коллектора / hfe транзистора (скажем, 1000). Для источника питания 1 А, 1/1000 10 мА, R2 = 12-5,6/0,01 = 640 Ом плюс немного тока для стабилитрона, скажем, 560 Ом.
Но все равно много тока тратится на нагрев стабилитрона. Итак, теперь мы добавили Q5 и сеть обратной связи от Vout, чтобы обеспечить полезную схему:
D4 больше не критичен и может быть любым в диапазоне от 1 В до 4 В и регулируемым. Поскольку Vout пытается превысить напряжение базы/эмиттера Q5 +0,6 + D4, он начинает отбирать ток у базы Q4, стабилизируя напряжение. R6 теперь может быть более значительным значением и не критично, так как 1k подойдет. R7 и R8 также обеспечивают более легкую регулировку.
Давайте сделаем еще один шаг вперед и добавим защиту от перегрузки по току:
Падение напряжения на D6 и D7 всегда будет 0,6 + 0,6 = 1,2 В, а Vbe Q6 также равно 0,6 В.
Например, если мы тщательно выбираем R14, чтобы он соответствовал точке, в которой мы хотим предотвратить перегрузку по току, скажем, 2 А, как только V на R14 = 1,2 В, D6 и D7 отнимут ток у базы Q6, не допуская дальнейшего тока питания более 2 А. .
Следовательно, R14 = 1,2/2 = 0,6 Ом. Но есть еще одно улучшение, которое мы можем сделать, чтобы предотвратить большие токи в диодах.
Заменены диоды на Q9. Все, что ему нужно, это 0,6, чтобы включить его и вызвать ограничение тока. Для 2А это будет R19 = 0,6/2 = 0,3 Ом.
Регулятор постоянного напряжения
Здесь у нас есть простой трехвыводной регулятор постоянного напряжения. ИС стабилизаторов напряжения серии LM78xx выпускаются с несколькими различными напряжениями. Например, LM7812 выдает 12 В, LM7809 выдает 9 В, а LM7805 выдает 5 В.
C4 и C10 не следует путать со сглаживающими конденсаторами. Они предназначены для шума и стабильности и должны иметь низкое ESR (эквивалентное последовательное сопротивление).
C4 обычно 10 мкФ, а C10 1 мкФ. Обратите внимание, что диод D9заключается в том, чтобы разряжать любую большую емкость в нагрузке назад, чтобы предотвратить обратное смещение регулятора, когда вход становится низким.
Регулируемый регулятор напряжения
И, наконец, мы подошли к концу эволюции с регулируемым трехвыводным регулятором — знаменитым регулятором напряжения LM317 и его отрицательным аналогом, отрицательным регулятором напряжения LM337.
C2 для шума и может быть 1 мкФ. Соотношение R20 и R23 задает выходное напряжение. Это могут быть два постоянных резистора или регулируемый потенциометр. R20 указано в даташите как нестандартное 240Ом, но если сделать его стандартным 220Ом, то при любом напряжении между В max и V min, R7 = (176*V из ) – 220.
Таким образом, если вы хотите 9 В, R23 может быть фиксированным значением, т. е. 176*9 – 220 = 1k4. Обратите внимание, что, поскольку внутреннее опорное напряжение составляет 1,25 В, что является самым низким значением, которое может обеспечить регулятор, ему также требуется не менее 2 В между входом и выходом, а максимальное напряжение составляет 32 В, поэтому он может обеспечивать регулировку от 1,2 В до 30 В.
Сделать R23 10k.
Мощность, рассеиваемая регулятором, составляет (Vin-Vout )* Iout. Таким образом, для входа 12 В и выхода 5 В при 1 А мощность составляет (12-5) * 1 = 7 Вт. Это нелогично, но это означает, что регулятор рассеивает большую часть мощности, когда он установлен на самое низкое выходное напряжение.
Если вы берете из регулятора более 1А или он слишком горячий, чтобы держать его пальцами, ему нужен радиатор. Вы можете попробовать установить его на корпус алюминиевой коробки, которую вы используете, или установить на кусок плоского алюминия или, что еще лучше, на подходящий радиатор и угадать размер. Вы должны быть в состоянии удобно держать регулятор, не обжигая при этом руку или пальцы.
Не забудьте оставить комментарий ниже, если у вас есть какие-либо вопросы!
Что такое регулятор напряжения и для чего он нужен?
Регулятор напряжения — это компонент, обеспечивающий стабильное выходное напряжение независимо от изменения входного напряжения.
Это интегральная схема (ИС), обычно с тремя или более выводами.
Типичным примером того, когда вам нужен регулятор напряжения, является ситуация, когда все, что у вас есть, это батарея на 9 В, а вашему устройству требуется 5 В. Регулятор напряжения может принимать эти 9 В в качестве входных и создавать стабильные 5 В на выходе, которые вы можете использовать для питания вашего устройства.
Или если вам нужны разные уровни напряжения для схемы, которую вы строите. Допустим, у вас есть схема с микроконтроллером, которому нужно 5 В, и мотором, которому нужно 12 В. Вместо двух источников питания вы можете использовать только один источник питания 12 В и добавить регулятор напряжения, чтобы обеспечить 5 В для микроконтроллера.
Как подключить регулятор напряжения
Обычно к регулятору напряжения необходимо подключить несколько дополнительных компонентов, чтобы сделать выход более стабильным. Хотя бы конденсатор или два. Но это зависит от того, кого вы выберете.
Вы найдете информацию о том, как подключить конкретный регулятор напряжения в его техническом описании.
Например, регулятор напряжения 7805 обычный. Он дает вам 5В на выходе. В таблице данных 7805 вы можете найти этот пример схемы, которая показывает, что вам нужны два конденсатора:
Регулятор напряжения с выходом 5 ВТипы регуляторов напряжения
Существует два основных типа регуляторов напряжения, о которых стоит знать:
- Линейные регуляторы напряжения
- Импульсные регуляторы постоянного тока
Линейный регулятор напряжения — самый простой, для работы которого требуется всего пара конденсаторов и, возможно, один или два резистора. Но он может создавать только выходное напряжение, которое ниже входного.
Примерами линейных регуляторов являются 7805 и LM317 с регулируемым выходным напряжением.
Схема LM317 с регулируемым выходом Импульсный стабилизатор постоянного тока немного сложнее, и для его работы также требуются катушка индуктивности и диод.
Одним из примеров является LM2596. Но часто вы можете найти их в виде небольших модулей (ищите преобразователи постоянного тока), у которых есть все необходимое на плате.
Некоторые DC-DC преобразователи могут дать вам более высокое выходное напряжение, чем то, что вы вложили.
Модуль преобразователя DC/DCЛинейные и импульсные регуляторы
Основное различие между двумя типами регуляторов заключается в том, что линейный регулятор тратит гораздо больше мощность, чем у импульсного регулятора. Таким образом, линейный регулятор может легко сильно нагреться, если вы не обеспечите хорошее охлаждение. А если становится слишком жарко, то отключается.
Кроме того, импульсный стабилизатор — единственный, который может дать вам более высокое выходное напряжение, чем тот, который вы установили. Линейный стабилизатор всегда будет давать более низкое выходное напряжение.
Как работают линейные регуляторы напряжения
Существует много способов сконструировать линейный регулятор напряжения.
Вот, пожалуй, один из самых простых:
На выходе всегда будет напряжение Зенера диода минус напряжение V BE транзистора. V BE обычно составляет от 0,6 до 0,7 В. Таким образом, с стабилитроном на 5,6 В вы получите на выходе около 5 В.
Если выходное напряжение превышает 5 В, это означает, что V BE становится ниже. Это заставит транзистор уменьшить ток, так что напряжение снова упадет. Если выход опустится ниже 5 В, произойдет обратное.
Регуляторы с малым падением напряжения (LDO)
При использовании линейных стабилизаторов напряжения часто требуется обеспечить входное напряжение, по крайней мере, на 2 В выше желаемого выходного напряжения. Но регулятор с малым падением напряжения или LDO — это линейный стабилизатор, в котором можно обойтись входным напряжением, которое намного ближе к требуемому выходному напряжению.
Как работают импульсные регуляторы
Другим основным типом являются импульсные регуляторы.
Это регулятор напряжения, который включает и выключает входное напряжение и использует некоторые интеллектуальные приемы схемы с катушкой индуктивности для преобразования напряжения гораздо более энергоэффективным способом.
Существует 3 основных типа:
- Понижающий (или понижающий) преобразователь – может преобразовываться в более низкое напряжение
- Повышающий (или повышающий) преобразователь — может преобразовывать в более высокое напряжение
- Понижающе-повышающий преобразователь — может преобразовывать как в более низкое, так и в более высокое напряжение
Вот основная концепция понижающего преобразователя:
Чтобы действительно понять, как это работает, вам нужно понять, как работает дроссель.
При нажатии переключателя ток поступает в катушку индуктивности, конденсатор и нагрузку от батареи. И катушка индуктивности, и конденсатор заряжаются. Когда переключатель отпущен, энергия, накопленная в катушке индуктивности и конденсаторе, обеспечивает ток для нагрузки.
В реальной жизни переключатель заменяется транзистором. И есть датчик, который проверяет выходное напряжение и включает и выключает транзистор быстрее (чтобы получить больше напряжения) или медленнее (чтобы получить меньше напряжения).
Как выбрать регулятор напряжения
Выбрать регулятор напряжения довольно просто. Вот несколько примеров:
- Ваше входное напряжение всего на несколько вольт выше желаемого выходного напряжения? Тогда можно использовать любой регулятор напряжения.
- Ваше входное напряжение всего на несколько вольт выше желаемого выходного напряжения, но вам нужен большой ток? Тогда лучшим выбором будет понижающий преобразователь, так как линейный регулятор сильно нагревается.
- Ваше входное напряжение намного выше необходимого выходного напряжения (например, входное напряжение 24 В и выходное напряжение 5 В)? Тогда вам, скорее всего, нужен конвертер Buck.
- Вам нужно, чтобы выходное напряжение регулятора было выше , чем входное? Тогда вам нужен преобразователь Boost или Buck-Boost.
