Стабилизатор постоянного напряжения: Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

4.4. Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

 

Для питания низковольтных устройств широко используются полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения. Стабилизаторы делятся на два основных класса: параллельного и последовательного типов. Наибольшее распространение получили стабилизаторы последовательного типа.

К основным параметрам стабилизаторов напряжения относятся: выходное сопротивление, коэффициент стабилизации, коэффициент полезного действия стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора напряжения равно отношению изменения выходного напряжения к соответствующему изменению тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации равен отношению относительного изменения входного напряжения к относительному изменению выходного напряжения:

Коэффициент полезного действия – это отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

На рисунке 4.18 приведена схема параметрического стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим случай идеального стабилитрона. Рабочая ветвь вольтамперной характеристики идеального стабилитрона может быть представлена в виде двух отрезков прямых. Дифференциальное сопротивление такого стабилитрона равно бесконечности при напряжениях меньших напряжения стабилизации и равно нулю при напряжении равном напряжению стабилизации. На рисунке 4.19а показана зависимость выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения с идеальным стабилитроном от напряжения, подаваемого на вход стабилизатора. На рисунке 4.19б показана зависимость выходного напряжения этого же стабилизатора от силы тока нагрузки. Пунктиром показана зависимость выходного напряжения этого стабилизатора от тока нагрузки при отключенном стабилитроне.

На рисунке 4.20 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим принцип работы этого стабилизатора напряжения как системы автоматического регулирования. Учтем, что при входных напряжениях, которые больше напряжения стабилизации стабилитрона VD1, напряжение на стабилитроне не зависит от входного напряжения. Нестабильность выходного напряжения может быть обусловлена как изменением сопротивления нагрузки, так и изменением входного напряжения.

Предположим, что сопротивление нагрузки не изменяется, а входное напряжение увеличивается (уменьшается). Если бы никаких изменений с транзистором VT1 не происходило, то напряжение на нагрузке R_н увеличилось (уменьшилось) бы. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора и напряжения на нагрузке.  При увеличении   напряжения на нагрузке напряжение база-эмиттер транзистора уменьшается.  В результате ток коллектора транзистора уменьшается и напряжение на нагрузке уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению (никогда его не достигая).

Теперь рассмотрим случай, когда входное напряжение неизменно, а изменяется сопротивление нагрузки. Пусть сопротивление нагрузки уменьшается. Если бы при этом не происходило никаких изменений с транзистором, то напряжение на нагрузке уменьшилось бы. Уменьшение напряжения на нагрузке при неизменном напряжении на стабилитроне приведет к увеличению напряжения база-эмиттер транзистора VT1, в результате чего увеличится ток коллектора и напряжение на нагрузке тоже будет увеличиваться. Своего первоначального значения напряжение на нагрузке, конечно, не достигнет.

На рисунке 4.21 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения, в котором имеется возможность плавно регулировать величину выходного напряжения. Однако в таком стабилизаторе напряжения выходное напряжения будет изменяться при изменении сопротивления нагрузки. Это обусловлено тем, что при изменении сопротивления нагрузки изменяется сила тока, протекающего через верхнюю часть переменного резистора R2. Существенно уменьшить влияние сопротивления нагрузки на выходное напряжение позволяет стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.22.

 Стабилизатор, собранный по схеме рисунка 4.23, имеет электронный предохранитель, ток срабатывания которого регулируется резистором R2. После устранения короткого замыкания в нагрузке, или перегрузки по току предохранитель возвращают в рабочее состояние с помощью кнопки Sb1. Светодиод HL1 является индикатором срабатывания предохранителя.  Если ток нагрузки превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то начнет увеличиваться напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT2. Транзистор VT1 начнет открываться, закрывая транзистор VT2. Транзисторы VT1, VT2 будут переходить из одного состояния в другое лавинообразно, подгоняя друг друга. При срабатывании электронного предохранителя ток короткого замыкания в нагрузке  очень мал, так как он протекает через резисторы R5, R8, а транзистор VT2 закрыт.

Наличие конденсатора С1 позволяет нажимать кнопку Sb1 даже при коротком замыкании в нагрузке. Резистор R1 обеспечивает разрядку конденсатора C1. При отсутствии электронного предохранителя и коротком замыкании в нагрузке очень велика вероятность выхода из строя транзисторов VT3, VT4.

Имеется достаточно широкий ассортимент микросхемных стабилизаторов напряжения. На рисунке 4.24а приведена схема стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН12А. Микросхемы КР142ЕН12А и КР142ЕН12Б представляют собой регулируемые стабилизаторы напряжения компенсационного типа с защитой от короткого замыкания. Масса микросхемы не более 2,5г. Вид микросхемы показан на рисунке 4.24б. Внешний делитель напряжения на резисторах R1, R2 позволяет регулировать выходное напряжение от 1,3 до 37В. Максимально допустимое входное напряжение 45В, выходное напряжение 37В, ток нагрузки 1А. Максимальная мощность, рассеиваемая микросхемой без теплоотвода, при температуре окружающей среды от -10°С до +40°С равна 1Вт.

Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Микросхема имеет защиту от перегрузки по выходному току.

На рисунке 4.25 показана схема стабилизатора тока на биполярном транзисторе, а на рисунке 4.26 – на полевом транзисторе. Резистор R3 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор постоянного напряжения.

Рассмотрим принцип работы стабилизатора тока. К нестабильности тока через нагрузку может приводить как изменение сопротивления нагрузки, так и изменение входного напряжения. Предположим, что сопротивление нагрузки остается неизменным, а увеличивается входное напряжение. Если бы никаких изменений не происходило с транзистором, то ток через R_н увеличился бы. В результате этого увеличится ток, протекающий через резисторы R1, R2, а, следовательно, и напряжение на этих резисторах. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжений на резисторах R1, R2 и на переходе база-эмиттер транзистора (переход база-эмиттер транзистора включен в прямом направлении).

Напряжение на стабилитроне при изменении входного напряжения остается практически неизменным, значит, напряжение на переходе база-эмиттер транзистора уменьшится и увеличится сопротивление между выводами эмиттер-коллектор транзистора. Ток, протекающий через коллектор-эмиттер транзистора и резистор нагрузки, будет уменьшаться, стремясь к своему первоначальному значению. Таким образом, будет обеспечиваться стабилизация тока.

Пусть теперь остается неизменным входное напряжение, а увеличивается  сопротивление нагрузки. Если бы никаких изменений в этом случае не происходило с транзистором, то ток нагрузки уменьшился бы. При уменьшении тока нагрузки уменьшится ток, протекающий через резисторы R1, R2 и напряжение на этих резисторах уменьшится. В результате увеличится напряжение между базой и эмиттером транзистора и ток коллектора транзистора увеличится. Ток нагрузки будет стремиться к своему первоначальному значению, никогда его не достигая. Для увеличения стабильности тока в качестве транзистора VT1 используют составной транзистор.

Очень простыми получаются стабилизаторы постоянного тока с использованием полевых транзисторов (рис. 4.26). Ток нагрузки протекает через резистор R1. Ток, протекающий в цепи: плюс источника, сток-затвор полевого транзистора, резистор Rн, минус источника питания, очень мал, так как переход сток – затвор транзистора смещен в обратном направлении. Напряжение на резисторе R1 имеет полярность плюс слева, минус справа. Потенциал затвора равен потенциалу правого вывода резистора R1, следовательно, потенциал затвора относительно истока будет отрицательным. При уменьшении сопротивления нагрузки ток через резистор R1 стремится увеличиться, в результате чего потенциал затвора относительно истока становится более отрицательным и транзистор закрывается в большей степени. При большем закрытии транзистора VT1 ток через нагрузку уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению.

 

Стабилизаторы постоянного напряжения

Стабилизаторы постоянного напряжения (СПН) обеспечивают стабильный уровень выходного напряжения источника питания при действии двух дестабилизирующих факторов – нестабильности входного напряжения и изменениях выходного (нагрузочного) тока. СПН является принципиально нелинейным устройством, связь между выходным напряжением U₂, входным U₁ и выходным током

I₂ может быть представлена некоторой функциональной зависимостью

U₂=F(U₁, I₂).

Линеаризуя это уравнение относительно некоторого номинального режима

U₂⁰, U₁⁰, I₂⁰,

получаем уравнение для приращений

,

где – коэффициент стабилизации; (7.1)

– выходное сопротивление. (7.2)

Соотношения (7.1,7.2) являются основными для определения качества стабилизатора. Из уравнений следует, что для идеального стабилизатора необходимо иметь

k®¥, r₂₂®0.

Различают два типа стабилизатора – параметрические и компенсационные. В параметрических СПН используются стабилизирующие свойства стабилитрона, в которых при изменении тока в режиме электрического пробоя в широких пределах напряжение остается практически неизменным.

Рис. 7.7. Схема параметрического СПН

Рис. 7.8. Расчетная схема для определения параметров параметрического стабилизатора

Схема параметрического (пассивного) СПН приведена на рис. 7.7. Изменение входного напряжения (DU₁) или тока нагрузки (DI₂) в этой схеме приводит лишь к изменению тока через стабилитрон (DI_ст), а напряжение на нем, которое и равняется выходному напряжению, меняется незначительно.

Используя линеаризованные расчетные схемы, с учетом соотношений (7.1) и (7.2) – рис. 7.8, можем получить значения параметров:

(7.3)

Требуемый коэффициент стабилизации согласно (7.3) можно обеспечивать за счет увеличения балластного резистора R₀, хотя это приведет к снижению КПД стабилизатора.

Поэтому в качестве балластного элемента чаще всего используются нелинейные элементы с большим дифференциальным сопротивлением. Наиболее просто такая схема реализуется на полевом транзисторе (рис. 7.9).

Рис. 7.10. Схема интегрального опорного источника без применения стабилитрона

Рис. 7.9. Схема параметрического СПН с нелинейным балластным элементом

В силу особенности сквозной ВАХ полевого транзистора с управляющим p-n-переходом напряжение на стабилитроне одновременно является напряжением смещения транзистора, задающего номинальный ток через стабилитрон I_с⁰. Большое сопротивление для приращений участка сток-исток обеспечивает высокий коэффициент стабилизации в такой схеме. Выходное же сопротивление остается по-прежнему равным дифференциальному сопротивлению стабилитрона, которое у лучших образцов составляет единицы – десятки Ом, что в большинстве случаев является неприемлемым. Поэтому параметрический СПН целесообразно использовать в системах, где ток нагрузки практически не меняется, например в качестве опорного источника. Однако температурный дрейф, разброс напряжения стабилизации стабилитронов достаточно велик и в микросхемном исполнении чаще всего используются опорные источники, не содержащие стабилитронов. В этих источниках путем выбора соответствующих параметров схемы напряжение на его зажимах равно напряжению запрещенной зоны кремния с очень высокой температурной стабильностью. Пример реализации такого источника приведен на рис. 7.10.

Близкие к идеальным характеристики можно получить в СПН компенсационного типа на основе усилителей постоянного тока с обратной связью по отклонению выходного напряжения относительно некоторого постоянного (опорного) напряжения вспомогательного источника. Обобщенная структурная схема компенсационного СПН изображена на рис. 7.11. Любые отклонения выходного напряжения от номинального значения выделяются путем сравнения опорного напряжения U₀ и части выходного U_ос, усиливаются и так воздействуют на регулирующий транзистор VT, чтобы свести отклонение к минимуму. Таким образом, в процессе работы меняется только напряжение коллектор-эмиттер регулятора.

Рассматривая схему данного СПН как усилитель с глубокой обратной связью (VT – как выходной каскад усилителя мощности), на вход которого подано постоянное напряжение U₀, на основе свойств идеального операционного усилителя, записываем:

(7.4)

Если U₀=const, отношение R₂/R₁= const, то из (7.4) следует, что U₂=constпри действии любых дестабилизирующих факторов. Предельная стабильность выходного напряжения, кроме стабильности U₀, и отношения R₂/R₁ определяется также температурным дрейфом смещения нуля ОУ. Параметры современных прецизионных ОУ позволяют обеспечить практически идеальный СПН.

 

Рис. 7.11. Обобщенная схема СПН
компенсационного типа

 

По представленной на рис. 7.11 схеме СПН реализованы стабилизаторы в интегральном исполнении (например, серии К142ЕН1-9, КР1158 и др.) на различные значения выходных напряжений от 3 до 90 В. В таком исполнении схемы имеют только три внешних вывода: вход, выход и общий провод. На рис. 7.12 приведена схема подключения такого стабилизатора. Выходное напряжение подобного СПН можно изменять в некоторых пределах. На рис. 7.13 приведена схема включения микросхемы для увеличения выходного напряжения

U_вых= U_ном+ U_R2.

При этом входное должно оставаться больше выходного напряжения примерно на 3 В. Серийные СПН рассчитаны на ток нагрузки от десятых долей до единиц ампер. Включением дополнительного регулирующего транзистора можно увеличить нагрузочную способность СПН.

 

 

Рис. 7.12. Схема подключения трехвходового СПН

 

Рис. 7.13. Подключение СПН для получения повышенного U_вых

 

Рассмотренные стабилизаторы стабилизируют положительные напряжения. Однако те же самые СПН можно использовать и для стабилизации отрицательных напряжений, если использовать гальванически изолированное от земли входное напряжение (см. рис. 7.14). В настоящее время выпускаются и стабилизаторы отрицательного напряжения, например, отечественные трехвходовые микросхемы серии КР1162.

В тех случаях, когда нужно разнополярное напряжение с общей точкой, могут применяться двуполярные СПН с фиксированным выходным напряжением, например К142ЕН6 (см. рис. 7.15).

Рис. 7.14. Стабилизация отрицательного напряжения

 

Рис. 7.15. Типовая схема включения К142ЕН6

7.3. Вторичные источники
с преобразованием частоты сети

Уменьшить габариты трансформатора, который в любом случае применяется для электрической развязки, можно за счет увеличения частоты питающего напряжения. С этой целью применяется промежуточное преобразование частоты сети.

Структурная схема источника с преобразованием частоты изображена на рис. 7.16. Он состоит из следующих блоков: первый преобразователь (Пр1) с емкостным фильтром (Ф1) преобразует напряжение сети (50 Гц, 220 В) непосредственно (без трансформации) в постоянное напряжение. Высокочастотный инвертор (И) преобразует полученное постоянное напряжение в высокочастотное (десятки – сотни кГц), которое трансформируется высокочастотным трансформатором (ТрВ) до нужного значения или нескольких значений. Габариты трансформатора уменьшаются почти пропорционально увеличению частоты. И если низкочастотный трансформатор мог весить несколько килограмм, то высокочастотный – десятки грамм.

Для обеспечения высокого значения КПД инвертор выполняется на элементах, работающих в ключевых режимах, и строится либо как автоколебательный генератор, либо для управления инвертором используются устройства управления (УУ). Обычно это специализированные микросхемы управления. Далее следует высокочастотный преобразователь (Пр2) с фильтром (Ф2), при необходимости – стабилизатор постоянного напряжения (может использоваться и линейный стабилизатор).

Рис. 7.16. Структурная схема вторичного источника электропитания
с преобразованием частоты

 

Очень часто вместо линейного стабилизатора выходное постоянное напряжение выводится на схему управления (рис. 7.16, пунктир) и его изменения меняют скважность выходных импульсов инвертора. Таким образом достигается стабилизация выходного напряжения.

Источники питания, в которых инвертор работает в ключевом режиме, называют импульсными источниками электропитания (ИВЭП).

На рис. 7.17 приведена условная классификация импульсных источников вторичного питания.

Рис. 7.17. Классификация ИВЭП

В табл. 7.1 даны сравнительные характеристики источников питания без преобразования частоты – линейных и с преобразованием частоты – импульсных.

Таблица 7.1

Параметр	Источники питания
линейные	импульсные
Нестабильность по выходному напряжению	(0,01¸0,05) %	(0,05¸0,1) %
Нестабильность по току нагрузки	(0,01¸0,1) %	(0,1¸1) %
Выходное напряжение	(0,5¸2) мВ	(25¸100) мВ
Диапазон входных напряжений	±10 %	± 20 %
КПД	(40¸55) %	(60¸80) %
Средняя удельная мощность	30 Вт/дм2	> 250 Вт/дм2
Время восстановления	50 мс	300 мс
Время удержания	2 мс	30 мс

 

Несмотря на существенное усложнение электронной части схемы, необходимость экранирования во избежание воздействия на окружающие устройства импульсных помех от инвертора из-за значительного увеличения удельной мощности, источники с преобразованием практически вытеснили классические схемы из современных электронных устройств.

 

Узнать еще:

Военно-техническая подготовка

1.8. Стабилизаторы

Стабилизатор напряжения — электромеханическое или электрическое (электронное) устройство, имеющее вход и выход по напряжению, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.

1.8.1. Стабилизатор постоянного тока.

Линейный стабилизатор

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением:

Последовательный : регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.

Параллельный : регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

Параметрический : в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.

Компенсационный : имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Рис 1.

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора RV применяется источник тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

Рис 2.

Uout = Uz — Ube.

По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину Ube, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость Ube от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что Ube в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Рис 3.

Часть выходного напряжения Uout, снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора RV применяется источник тока.

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (то есть опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения Uz (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше , чем Uout.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ ( G openloop = 105 ÷ 106).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

Понижающий стабилизатор : выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.

Повышающий стабилизатор : выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.

Повышающе-понижающий стабилизатор : выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.

Инвертирующий стабилизатор : выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

1.8.2. Стабилизатор переменного тока.

Ферромагнитные стабилизаторы

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Электромеханические стабилизаторы напряжения

Регулировка напряжения в электромеханических (электродинамических) стабилизаторах осуществляется автоматически, путём перемещения токосъёмного узла по обмотке трансформатора, что обеспечивает плавное изменение коэффициента его трансформации до достижения заданной величины выходного напряжения.

Это единственный тип стабилизаторов, обеспечивающий плавную регулировку напряжения не внося при этом искажений в форму синусоиды. Стабилизаторы этого типа обладают достаточно высокой точностью удержания выходного напряжения (2..3 %) и обеспечивают наиболее комфортный режим питания бытовой техники. Они успешно используются как в быту так и на производствах.

Однако, существует несколько ограничений области их применения: первое — невозможность работы при отрицательных температурах (в силу наличия открытых токоведущих поверхностей и опасности короткого замыкания из-за выпадения конденсата). Кроме этого, электромеханические стабилизаторы обладают сравнительно узким диапазоном входных напряжений (как правило, 150—260 Вольт) и невысокой скоростью регулировки, ограниченной скоростью перемещения сервоприводом токосъёмного узла.

В качестве токосъёмного элемента используются графитовые щётки или ролики с графитовым напылением. Роликовый токосъёмный узел менее капризен по отношению к запылению, однако требует проведения профилактических работ направленных на предотвращение заклинивания, поэтому такая конструкция используется, как правило, в промышленных стабилизаторах, а щёточный узел устанавливается в бытовых моделях. Скорость износа токосъёмных элементов обоих типов примерно одинакова и, в зависимости от интенсивности использования, через 7-11 лет требуется его замена.

Электронные стабилизаторы напряжения

Делятся на ступенчатые и непрерывного действия. Электронные ступенчатые стабилизаторы регулируют напряжение, переключая обмотки специального трансформатора посредством электронных ключей. Ключи управляются процессором по специальной программе.

В настоящее время существует два типа электронных стабилизаторов напряжения: с полупроводниковыми и релейными ключами. Последние было бы правильнее отнести к электронно-механическим, так как реле является электромеханическим элементом.

Стабилизаторы имеют большое быстродействие, поэтому применяются в комплексе с дорогостоящим оборудованием, требующем защиты от всех аномалий сети. Их также используют в жилых домах и на производствах. К преимуществам электронных стабилизаторов напряжения можно отнести их возможность работы при отрицательных температурах окружающей среды.

Электронные стабилизаторы непрерывного действия регулируют напряжение, изменяя либо сопротивление регулирующего элемента, как правило — транзистора, либо включая и выключая регулирующий элемент с высокой частотой (десятки килогерц), и управляя временем включенного и выключенного состояния регулирующего элемента (чаще всего IGBT транзистор). Такой метод регулирования называется ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Стабилизаторы, использующие высокочастотную ШИМ, на данный момент являются наиболее совершенной реализацией стабилизатора переменного напряжения, и при правильном исполнении ближе всего к понятию «идеальный стабилизатор». В отличие от стабилизаторов инверторного типа, в них не происходит предварительного преобразования переменного напряжения в постоянное, а преобразованию подвергается непосредственно входное переменное напряжение, что обеспечивает им высокий КПД и приемлемую стоимость.

Что такое стабилизатор напряжения, принцип работы и типы

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.

Содержание

1 Что такое стабилизатор напряжения

2 Зачем нужны стабилизаторы напряжения и его важность

2. 1 Эффекты повторяющегося перенапряжения в бытовой технике

3 Как работает стабилизатор напряжения, принцип работы понижения и повышения напряжения

3.1 Как работает функция понижения и повышения в стабилизаторе напряжения

3.2 Функция понижения в стабилизаторе напряжения

3.3 Функция повышения в стабилизаторе напряжения

3.4 Как конфигурация повышения и понижения работает автоматически

4 Различные типы стабилизаторов напряжения

5 Стабилизаторы напряжения типа реле

5.1 Как работает релейный стабилизатор напряжения

5.2 Использование и преимущества релейных стабилизаторов напряжения

5.3 Недостатки релейных стабилизаторов напряжения

6 Сервоприводные стабилизаторы напряжения

6.1 Как работает сервоприводный стабилизатор напряжения?

6. 2 Классификация сервоприводных стабилизаторов напряжения

6.3 Недостатки сервоприводного стабилизатора напряжения

7 Стабилизаторы статического напряжения

7.1 Как работает статический стабилизатор напряжения

7.2 Использование / Преимущества статических стабилизаторов напряжения

7.3 Недостатки статического стабилизатора напряжения

8 В чем разница между стабилизатором напряжения и регулятором напряжения?

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

9.2 Пошаговое руководство по выбору и покупке стабилизатора напряжения для вашего дома

9.3 Практический пример для лучшего понимания

10 Видео — Как правильно выбрать стабилизатор напряжения по мощности для дома. Расчёт и простые советы!

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.

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.

Проблемы связанные со скачками напряжения:

• Перегрев
• Сниженный срок службы
• Постоянный ущерб
• Ущерб изоляции
• Уменьшение производительности
• Нарушение в мощности
• Неправильная работа устройств
• Низкая эффективность
• Большой ток

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

Основная функция стабилизатора напряжения

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

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).

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
• Сервоприводные стабилизаторы напряжения
• Стабилизаторы статического напряжения

Стабилизаторы напряжения типа реле

Разберемся в процессе функционирования стабилизатора релейного типа. Электронная система измеряет параметры входящей электроэнергии. После считывания данных прибор сравнивает эти параметры с величинами номинального режима.

Прибор автоматически производит подключение необходимой обмотки трансформатора для достижения нужных параметров сети. Работа релейного стабилизатора довольно простая. Прибор регулирует параметры сети по ступеням, в результате чего при очередной ступени напряжение изменяется на конкретную величину. Бывают ситуации, когда уровень напряжения не соответствует норме даже после корректировки. Такие ступенчатые регулировки могут также вызвать перепады напряжения.

Если подробно разобраться в принципе действия, то можно понять, что прибор быстро выбирает нужные обмотки. Такие ступенчатые скачки параметров считаются незначительными. Они станут заметнее, если на входе будут наблюдаться подобные скачки напряжения. При подключении к сети высокочувствительных устройств при сильных перепадах напряжения устройства выйдут из строя.

Недобросовестные производители могут запрограммировать стабилизатор таким образом, что на его дисплее всегда будет показывать значение 220 В.

Чаще всего релейный стабилизатор справляется с перепадами сети за 0,15 с. Такой прибор может отключить питание выходным током, когда на входе возникли значения тока наименьшего допустимого значения. После нормализации напряжения прибор снова подключится к работе. Напряжение восстанавливается за 0,6 с.

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.

• Малые габаритные размеры, так как трансформатор имеет только функцию повышения напряжения.
• Большой интервал значений напряжения.
• Значительный диапазон рабочих температур. Многие приборы нормально работают при температуре -40 +40 градусов.
• Низкий уровень шума.
• Допускается перегрузка до 110%.

Многие изготовители приборов утверждают, что их продукция способна функционировать много лет.

Недостатки релейных стабилизаторов напряжения

В работе релейных моделей стабилизаторов есть недостатки, которые обусловлены его методом работы, схемой прибора. Слабым звеном его конструкции считается реле. Если изготовитель установил некачественное реле, то оно может стать причиной неисправности прибора. Также при переключении режимов возникают щелчки и шумы.

Другим значимым недостатком является ступенчатое действие устройства выравнивания напряжения. При переключении с одной обмотки на другую напряжение может значительно изменяться, образуя некоторые скачки.

Недорогие модели имеют слабую мощность, которая не больше 30% от мощности бытовых устройств.

Правила пользования релейным стабилизатором

При вашем выборе релейного типа стабилизатора, необходимо регулярно проводить его обслуживание, в том числе ежегодно тщательно его осматривать внутри корпуса. При осмотре нужно обращать внимание на:

• Надежность крепления соединений проводников.
• Уровень охлаждения и циркуляции воздуха в корпусе прибора.
• Имеются ли повреждения.
• Точность работы указателей измерения.

При обнаружении слабых соединений, пыли, необходимо выключить из сети стабилизатор и произвести его обслуживание, очистив его и затянув все крепления контактов. Помещение, в котором находится стабилизатор напряжения, должно проветриваться и быть сухим. Влажность в помещении не должна быть более 80%. При работе в корпусе стабилизатора отверстия для вентиляции должны иметь доступ воздуха.

Сервоприводные стабилизаторы напряжения

Электромеханический стабилизатор напряжения, так же известный как сервоприводный, – это один из самых распространенных видов стабилизаторов, который, благодаря своей конструкции и характеристикам, обладает очень интересным набором возможностей и в некоторых ситуациях просто не имеет альтернативы.

Ни для кого не секрет, что бытовые сети питания сегодня не могут обеспечить стабильную эксплуатацию электрических устройств в доме. Перепады и скачки напряжения вполне можно ожидать от сети питания. Для решения этих задач как нельзя лучше подходит электромеханический вид стабилизатора напряжения, так как он стал наиболее популярным на рынке бытовых приборов защиты

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.

Как работает сервоприводный 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.

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.

Классификация сервоприводных стабилизаторов напряжения:

Однофазные сервоприводные стабилизаторы напряжения

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

Трехфазные сбалансированные сервоприводные 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 сервоприводные 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 сервоприводных стабилизаторов напряжения

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

Недостатки сервоприводного стабилизатора напряжения

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

Стабилизаторы статического напряжения

Статический выпрямитель напряжения не имеет движущихся частей, как в случае сервоприводных 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.

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.

Различные факторы, которые играют важную роль в выборе 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 : как правильно выбрать стабилизатор напряжения по мощности для дома. Расчёт и простые советы!

Принцип работы стабилизатора напряжения | Русэлт

Стабилизатор напряжения – устройство, преобразующее электроэнергию с неустойчивыми характеристиками, которые не подходят для устройств энергопотребления. На выходе поступает напряжение с заданными стабильными параметрами, которыми снабжаются потребители энергии.

Разновидности устройств

Прежде всего стоит разобраться, какие бывают разновидности устройств. Стабилизатор напряжения купить можно разный, например:

• Постоянного напряжения;
• Переменного напряжения.

Стабилизаторы постоянного напряжения

Они необходимы, если значение поступающего тока мало или наоборот слишком велико для электропотребителя. Проходя через устройство, напряжение преобразуется до заданного уровня. В свою очередь они делятся на:

• Линейный стабилизатор. Принцип функционирования основан на непрерывном изменении сопротивления для осуществления стабильного показателя на выходе. Простая конструкция устройства с минимальным количеством деталей работает без помех;
• Импульсный. С помощь коротких импульсов нестабильный ток накапливается на катушке или в конденсаторе. В последствии накопленная электроэнергия поступает на выход с заданными параметрами. Если жена выходе показатель превышает возможное допустимое значение, то накопитель сбрасывает напряжение, переставая аккумулировать энергию, тем самым позволяя на выходе подавать напряжение с меньшим значением.

Стабилизаторы переменного напряжения

Устройство, которые поддерживает выход тока с заданными характеристиками, вне зависимости от того, какие показатели были на входе. Они бывают:

• Накопительные. Этот стабилизатор напряжения купить необходимо, если для применения достаточно накопления электроэнергии в системе, с последующим преобразованием и выдачи на выходе тока со стабильными параметрами;
• Корректирующие. Стабилизатор напряжения, преобразующий энергию за счет добавления потенциала, которого не хватает для получения необходимых параметров.

Качество и долговременность работы таких устройств зависит от скачков напряжения и других параметров подаваемой энергии. И только благодаря стабилизаторам напряжения возможно бесперебойное электроснабжение с заданными параметрами.

Схемы стабилизаторов напряжения и тока

  Стабилизированные источники питания необходимы для обеспечения независимости параметров электронного устройства от изменений питающего напряжения. Практически в любой современной аппаратуре имеется стабилизатор напряжения, а то и несколько. В таких устройствах часто применяются операционные усилители ( ОУ ), с помощью которых решить эту задачу просто и эффективно с точностью регулировки и стабильности в диапазоне 0,01…0,5 %, причём ОУ легко встраивать в традиционные стабилизаторы напряжения и тока.
Простейший стабилизатор напряжения представляет собой усилитель постоянного тока, на вход которого подано постоянное напряжение стабилитрона или часть его. Нагрузочная способность такого стабилизатора определяется силой максимального выходного тока ОУ.
Следящие стабилизаторы, как правило, работают на принципе сравнения опорного и выходного напряжений, усиления их разности и управления электропроводностью регулирующего транзистора.

   Стабилизатор по схеме Рис.1 выдаёт напряжение Uвых большее, чем опорное напряжение стабилитрона VD1, а стабилизатор Рис.2 – меньшее. Стабилизаторы питаются от одного источника. С помощью эмиттерного повторителя VT2 увеличивают ток нагрузки, в нашем примере – до 100 мА, но можно и более с составным повторителем на мощном транзисторе. Транзистор VT1 защищает выходной транзистор VT2 от перегрузок по току, причём датчиком тока служит резистор R8 небольшого сопротивления, включённый в цепь эмиттера транзистора VT2. Когда падение напряжения на нём превысит Uб-э=0,6 В, откроется транзистор VT1 и зашунтирует эмиттерный переход транзистора VT2. При токах нагрузки до 10…15 мА резисторы R7, R8 и транзисторы VT1, VT2 можно не ставить. Отметим, что в стабилитронах по схемам на Рис.1, 2 входное напряжение не должно превышать максимально допустимой суммы напряжений питания.

    На Рис.3а приведена схема подобного стабилизатора в котором ОУ включён таким образом, что он сам питается стабилизированным напряжением. Здесь дополнительно включены несколько элементов, улучшающих работу стабилизатора напряжения. Потенциал выхода ОУ DA1 смещён в сторону положительного напряжения с помощью стабилитрона VD3 и транзистора VT1. Выходной эмиттерный повторитель – составной ( VT2, VT3 ), а к базе защитного транзистора VT4 подключён делитель R4R5, что позволяет создать “падающую” характеристику ограничения тока перегрузки. Ток короткого замыкания не превышает 0,3 А. Термокомпенсированный источник опорного напряжения выполнен на микросхеме К101КТ1А (DA2). Выходное напряжение стабилизатора, равное +15В, изменяется всего на 0,0002 % при изменении входного напряжения в пределах 19…30 В; при изменении тока нагрузки от нуля до номинального выходное напряжение падает лишь на 0,001%. В этом стабилизаторе подавление пульсаций входного напряжения частотой 100 Гц составляет 120 дБ. К достоинствам стабилизатора следует отнести также и то, что в отсутствии нагрузки потребляемый ток составляет около 10 мА. При скачкообразном изменении тока нагрузки выходное напряжение устанавливается с погрешностью 0,1% за время не более 5 мкс.

Практически нулевые пульсации напряжения на выходе может обеспечить стабилизатор по схеме Рис.4. Если движок переменного резистора R1 находится в верхнем (по схеме) положении, амплитуда пульсаций максимальна. По мере перемещения движка вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение пульсаций, поданное на инвертирующий вход ОУ через конденсатор С2, в противофазе складывается с выходным напряжением пульсаций. Примерно в среднем положении движка резистора R1 пульсации будут компенсированы.
В случае необходимости получения отрицательного выходного напряжения необходимо в качестве повторителя применить p-n-p транзистор, а также заземлить положительную шину питания ОУ. Но можно поступить по-другому, если в аппаратуре требуются стабилизированные напряжения разной полярности.

   На Рис.5 приведены две упрощённые схемы соединения стабилизаторов для получения выходных напряжения разного знака. В первом случае входная и выходная цепи имеют общую шину. Пусть, например, имеются только положительные стабилизаторы. Тогда в стабилизаторе по второй схеме можно применить, если оба канала по входным цепям гальванически развязаны, чтобы можно было заземлять положительный полюс нижнего (по схеме) стабилизатора. Источником опорного напряжения для одного из каналов служит стабилитрон, а для второго – выходное напряжение первого стабилизатора. Для этого необходимо включить делитель из двух резисторов между выводами +Uст и -Uст стабилизаторов и подвести напряжение средней точки делителя к неинвертирующему входу ОУ второго стабилизатора, заземлив инвертирующий вход ОУ. Тогда выходные напряжения двух стабилизаторов ( несимметричные в общем случае ) связаны и регулирование напряжений осуществляется одним переменным резистором.

В случае если необходимо иметь два питающих напряжения с заземлённой средней точкой, то можно применить активный делитель на ОУ с повторителями для увеличения нагрузочной способности (Рис. 6). Если R1=R2, то равны и выходные напряжения относительно заземлённой средней точки. Через выходные транзисторы VT1 и VT2 протекают полные токи нагрузки, а падение напряжения на участках коллектор – эмиттер равны половине входного напряжения. Это надо иметь в виду при выборе радиаторов охлаждения.
Ключевые стабилизаторы напряжения зарекомендовали себя наилучшим образом с точки зрения экономичности, так как КПД таких устройств всегда высокий. Несмотря на их сложность по сравнению с линейными стабилизаторами, только за счёт уменьшения размеров теплоотводящего радиатора проходного транзистора ключевой стабилизатор позволяет уменьшить габариты регулируемого мощного источника питания в два – три раза. Недостаток ключевых стабилизаторов заключается в повышении уровня помех. Однако рациональное конструирование, и когда весь блок выполнен в виде экранированного модуля с расположенной непосредственно на теплоотводе мощного транзистора платой управления, позволяет свести помехи к минимуму. Устранить “пролезание” высокочастотных помех в нестабилизированный источник первичного питания и нагрузку можно путём включения последовательно радиочастотных дросселей, рассчитанный на постоянный ток 1…3 А. В ключевых стабилизаторах напряжения с успехом применяются интегральные компараторы.

   На Рис. 7 приведена схема релейного стабилизатора на базе микросхемы К554СА2. Здесь компаратор DA1 работает от источников напряжения +12 и -6 В. Эта комбинация образована подключением вывода 11 положительного питания DA1 к эмиттеру транзистора VT1 (+18 В), вывода 2 – к стабилитрону VD6 (примерно +6 В), вывода 6 отрицательного питания – к нулевому потенциалу общей шины. Опорное напряжение стабилизатора формируется диодами VD3 – VD5, оно равно +4,5 В. Это напряжение подаётся на инвертирующий вход компаратора DA1, включённого по схеме детектора уровня с гистерезисной характеристикой из-за положительной обратной связи по цепи R5, R3. Цепь отрицательной обратной связи замыкается через усилительный транзистор VT2, ключевой элемент на транзисторах VT3, VT4 и фильтр L1C7. Глубину отрицательной обратной связи по выходному напряжению регулируют переменным резистором R4, в результате оно изменяется в пределах 4…20 В при минимальном входном нестабилизированном напряжении +23 В и максимальном – до +60 В с применением элементов, рассчитанных на такое напряжение. В то же время переменная составляющая выходного напряжения ( пульсации ) проходят без ослабления через конденсатор С4, поэтому регулирование выходного напряжения не приводит к пропорциональному изменению пульсаций.
Данный стабилизатор напряжения относится к числу автогенерирующих, когда в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки, разряжающего накопительный конденсатор C7, автоматически меняется как период автоколебаний, так и время включённого состояния транзисторов VT3, VT4. Усилитель управления на компараторе DA1 и транзисторе VT2 открывает ключевой элемент в тот момент, когда потенциал инвертирующего входа станет меньше, чем потенциал неинвертирующего (опорного) входа. В этот момент напряжение на нагрузке падает несколько ниже заданного уровня стабилизации, т.е пульсирует. После включения транзисторов VT3, VT4 ток через дроссель L1 нарастает, его индуктивность и конденсатор С7 запасает энергию, так что потенциал инвертирующего входа повышается. Благодаря действию усилителя управления ключевой элемент закрывается. Затем фильтр L1C7 отдаёт некоторую часть запасённой энергии в нагрузку, причём полярность напряжения на дросселе L1 меняется и цепь питания замыкается через диод VD7. Как только напряжение на конденсаторе С7 станет ниже опорного на величину гистерезиса, вновь включаются транзисторы VT3, VT4. Далее циклы повторяются.
В качестве дросселя L1 можно применить дроссели фильтров промышленного изготовления, например из серий Д8, Д5 – плоские и др., среди которых выбирают типономинал с требуемой индуктивностью, рассчитанный на ток подмагничивания не менее ожидаемого тока нагрузки и пригодный к использованию на частотах до 50 кГц.
Диод VD7 должен быть обязательно быстродействующим с большим допустимым импульсным током, не менее удвоенного значения тока нагрузки. В стабилизаторе по схеме на Рис. 7, где ток нагрузки 2 А, возможна замена его на диоды КД212Б, КД217А и некоторые другие. Конденсатор С7 из ряда К53 или танталовый типов К52-7А, К52-9, К52-10, С9 – ёмкостью не менее 15,…2,2 мкФ.
Большая потребность в стабилизаторах для питания аппаратуры привела к необходимости разработки и производства специальных линейных микросхем – стабилизаторах напряжения. В интегральном исполнении преобладают последовательные регуляторы с непрерывным или импульсным режимом управления. Стабилизаторы строятся как для положительных так и для отрицательных напряжений питания. Выходное напряжение может быть регулируемым или фиксированным, например +5 В для питания блоков с цифровыми микросхемами или ±15 В для питания аналоговых микросхем. К данной группе из выпускаемых стабилизаторов относятся категория регулируемых стабилизаторов КР142ЕН1 и К142ЕН2.

   На базе микросхем КР142ЕН1,2 можно создавать стабилизаторы отрицательных напряжений Рис. 8. При этом стабилитрон VD1 смещает уровень напряжения на выводе 8 относительно входного напряжения. Базовый ток транзистора VT1 не должен превышать максимально допустимого тока стабилизатора, иначе следует применить составной транзистор.

   Широкие возможности микросхем КР142ЕН1,2 позволяют создавать на их основе релейные стабилизаторы напряжения (Рис. 9). В таком стабилизаторе опорное напряжение установлено делителем R4R5, а амплитуда пульсаций выходного напряжения на нагрузке задаётся делителем R2R3. Следует также иметь в виду, что ток нагрузки не может изменяться в широких пределах, обычно не более чем в два раза от номинального значения. Преимуществом релейных стабилизаторов является высокий КПД.

   Также следует рассмотреть ещё один класс стабилизаторов – стабилизаторов тока, преобразующих напряжение в ток независимо от изменения напряжения нагрузки. Мощные источники тока предусматривают подключение к ОУ усилительных транзисторов.

   На Рис.10 дана схема источника тока, а на Рис. 11 – схема приёмника тока. В обоих устройствах сила тока зависит от напряжения Uвх и номинала резистора R1, чем меньше входной ток ОУ и тем меньше ток управления первого (после ОУ) транзистора, который выбран поэтому полевым. Ток нагрузки может достигать 100 мА.

   Схема простого мощного источника тока для зарядки устройства показана на Рис. 12. Здесь R4 – токоизмерительный проволочный резистор. Номинальное значение тока нагрузки Iн =ΔU/R4=5 A устанавливается примерно при среднем положении движка резистора R1. При зарядке автомобильной аккумуляторной батареи напряжение Uвх ≥ 18 В без учёта пульсаций выпрямленного переменного напряжения. В таком устройстве следует применять ОУ с диапазоном входного напряжения вплоть до напряжения положительного питания. Такими возможностями обладают ОУ К553УД2, К153УД2, К153УД6, а также КР140УД18.
Более подробно по данной тематике можно найти в источнике:

“В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ” выпуск 91, МОСКВА издательство ДОСААФ СССР, 1985 стр. 39-53

Похожее

Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения — Radio это просто

 

Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения при построении высококачественных высоковольтных стабилизаторов напряжения, например, для питания ламповых каскадов, приходиться применять специальные схемы включения регулировочных элементов, что усложняет схемотехнику таких стабилизаторов [1]. Между тем, существуют интегральные микросхемы, применяя которые можно создавать простые высоковольтные стабилизаторы напряжения компенсационного типа на выходное напряжение от 70 до 140 В. Это микросхемы типов SE070N, SE080N, SE090N, SE105N, SE110N, SE120N, SE125N, SE130N, SE135N, SE140N. Эти микросхемы предназначены для контроля и регулировки напряжения постоянного тока. Как нетрудно догадаться, цифровое обозначение в маркировке микросхемы будет соответствовать рабочему напряжению микросхемы в вольтах.

Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения на рис.

показан один из возможных вариантов линейного стабилизатора на выходное напряжение 115 В постоянного тока. Источником напряжения для стабилизатора служит сеть переменного тока 220 В. В других конструкциях источником напряжения может быть, например, вторичная обмотка силового трансформатора, выход выпрямителя преобразователя напряжения. Стабилизатор выполнен на интегральной микросхеме SE115N, представляющей собой детектор напряжения на 115 В.

Контролируемое напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход DA1 — вывод 1. Если напряжение на выходе стабилизатора стремится увеличиться свыше рабочего напряжения DA1, то открывается выходной п-р-п транзистор микросхемы, коллектор которого выведен на вывод 2 DA1. Это приводит к тому, что понижается напряжение затвор-исток VT1, что приводит к понижению выходного напряжения стабилизатора. На мощном высоковольтном полевом n-канальном транзисторе VT1 выполнен истоковый повторитель напряжения.

Сетевое напряжение переменного тока поступает на мостовой диодный выпрямитель VD1 – VD4. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Резистор R1 уменьшает бросок тока через выпрямительные диоды и разряженный конденсатор С1, возникающий при включении устройства в сеть. Стабилитрон VD5 защищает полевой транзистор от пробоя высоким напряжением затвор-исток. Светящийся светодиод HL1 сигнализирует о наличии выходного напряжения, кроме того, цепь R3HL1 разряжает оксидные конденсаторы при отключенной нагрузке.

Резистор R1 должен быть проволочным. Его сопротивление и мощность выбирают исходя из параметров подключенной к стабилизатору нагрузки. Остальные резисторы любые из С2-33, МЛТ, РПМ соответствующей мощности. Сопротивление резистора R2 выбирают исходя из входного напряжения стабилизатора, при этом следует учитывать, что максимальный втекающий ток DA1 по выводу 2 не должен превышать 20 мА. Конденсаторы типа К50-68 или импортные аналоги. Если в вашей конструкции С1 будет, как и по схеме рис. 1, подключен к выходу мостового выпрямителя напряжения переменного тока 50 Гц, то его ёмкость следует выбирать исходя из 4 мкФ на каждый 1 Вт нагрузки. В общем случае, ёмкость конденсатора С2 должна быть равна ёмкости конденсатора С1. Выпрямительные диоды 1 N4007 можно заменить, например, на 1N4006, UF4006, RL105, КД234Д. Вместо стабилитрона BZV55C-12 подойдёт BZV55C-13, 1N4743A, 2С212Ц, КС212Ц. Светодиод подойдёт любого типа непрерывного свечения, желательно с повышенной светоотдачей. Полевой МДП транзистор HV82 рассчитан на максимальный ток стока 6,5 А, напряжение сток-исток 800 В и максимальную рассеиваемую мощность 150 Вт (с теплоотводом).

В высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения его можно заменить, например, на IRF350, IRF352 или другой, подходящий по параметрам к подключенной нагрузке [2, 3]. Следует учитывать, что если, например, к выходу стабилизатора подключена нагрузка мощностью 30 Вт, то при питании устройства от сети 220 В, на транзисторе VT1 будет рассеиваться мощность около 80 Вт. Если же входным напряжением для стабилизатора будет, например, напряжение +180 В (выход выпрямителя «лампового» трансформатора), то при выходном напряжении 115 В и токе нагрузки 0,5 А установленный на теплоотвод транзистор будет рассеивать около 33 Вт тепловой мощности. Это немало, поэтому, линейные высоковольтные стабилизаторы напряжения целесообразно применять для питания слаботочной нагрузки, например, лампового активного щупа для осциллографа и в других местах, где применение импульсных высоковольтных стабилизаторов напряжения нежелательно.

Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения может быть смонтировано на печатной плате размерами 105×50 мм, эскиз которой показан на рис.

Ток потребления микросхемы SE115N по выв. 1 около 3 мА. Для увеличения выходного напряжения стабилизатора в цепь вывода 3 DA1 можно включить стабилитрон. Например, если у вас имеется микросхема SE140N «на 140 В», а вам нужен стабилизатор на выходное напряжение 180 В, то нужно последовательно с выв. 3 включить стабилитрон 1N4755A или два последовательно включенных стабилитрона КС520В. Через стабилитрон будет протекать сумма токов через выв. 1 и 2 DA1.

Кроме высоковольтных интегральных микросхем SE***N существуют также и низковольтные SE005N, SE012N, SE024N, SE034N, SE040N, на которых также можно изготавливать компенсационные стабилизаторы напряжения. Стабилизатор напряжения, изготовленный по тому же принципу, который показан на рис. 1, должен иметь входное напряжение постоянного тока (на обкладках С1), превышающее выходное не менее чем на 8 В. При изготовлении конструкции, собранной по рис. 1, учитывайте, что все её элементы находятся под напряжением сети.

Стабилизаторы постоянного напряжения и тока

4. 4. Стабилизаторы напряжения постоянного и тока

Для питания низковольтных устройств широко используются полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения. Стабилизаторы делятся на два основных класса: параллельного и последовательного типов. На наибольшее распространение получили стабилизаторы последовательного типа.

К основным параметрам стабилизаторов напряжения сопротивление: выходное сопротивление, коэффициент стабилизации, коэффициент полезного действия стабилизатора.

Выходное сопротивление стабилизатора напряжения равно отношению выходного к соответствующему изменению тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации отношение напряжения относительного изменения входного к относительному изменению выходного напряжения:

Коэффициент полезного действия — это отношение номинальной мощности в нагрузке к номинальной входной мощности.

На рисунке 4.18 приведена схема параметрического стабилизатора напряжения постоянного. Рассмотрим случай идеального стабилитрона. Рабочая ветвь вольтамперной характеристики идеального стабилитрона может быть представлена ​​в виде двух отрезков прямых. Дифференциальное сопротивление такого стабилитрона равно бесконечности при напряжения меньших стабилизации напряжения и равно нулю при напряжении равном напряжению стабилизации. На рисунке 4.19а воздействия выходного напряжения параметрического стабилизатора напряжения с идеальной стабилитроном от напряжения, ожидаемого на вход стабилизатора.На рисунке 4.19б на зависимость выходного напряжения этого же стабилизатора от силы тока нагрузки. Пунктиром напряжения этого выхода стабилизатор от тока нагрузки при отключении стабилитроне.

На рисунке 4.20 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения. Рассмотрим принцип работы этого стабилизатора напряжения как системы автоматического регулирования. Учтем, что при входных напряжениях, которые больше стабилизации стабилитрона VD1, напряжение на стабилитроне не зависит от входного напряжения.Нестабильность выходного напряжения может быть обусловлена ​​как изменением сопротивления нагрузки, так и изменением входного напряжения.

Предположим, что сопротивление нагрузки не изменяется, а входное напряжение увеличивается (уменьшается). Если бы никаких изменений с транзистором VT1 не происходило, то напряжение на нагрузке Р _н увеличилось (уменьшилось) бы. Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора и напряжения на нагрузке.При увеличении напряжения на нагрузке напряжение база-эмиттер транзистора уменьшается. В результате ток коллектора транзистора уменьш и напряжение на нагрузке уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению (никогда его не достигая).

Теперь рассмотрим случай, когда входное напряжение неизменно, а сопротивление нагрузки. Пусть сопротивление нагрузки уменьш. Если бы при этом не происходило никаких изменений с транзистором, то напряжение на нагрузке уменьшилось бы.Уменьшение напряжения на нагрузке при напряжении на стабилизация напряжения питания к увеличению базы-эмиттер транзистора VT1, в результате чего увеличится ток коллектора и напряжение на нагрузке тоже будет увеличиваться. Своего первоначального значения напряжение на нагрузке, конечно, не достигнет.

На рисунке 4.21 приведена схема компенсационного стабилизатора постоянного напряжения, в котором имеется возможность плавно регулировать установку выходного напряжения.Однако в таком стабилизаторе напряжения выходное напряжение будет изменяться при изменении сопротивление нагрузки. Это вызвано тем, что при изменении сопротивления нагрузка изменяется сила тока, протекающего через верхнюю часть переменного резистора R2. Существенно уменьшить влияние сопротивления нагрузки на выходное напряжение позволяет стабилизатор, собранный по схеме рисунок 4. 22 .

Стабилизатор, собранный по схеме 4.23 , имеет электронный предохранитель, ток срабатывания которого регулируется резистором R2.После устранения короткого замыкания в нагрузке, или перегрузки по току предохранитель возвращают в рабочее состояние с помощью кнопки Сб1. Светодиод HL1 является индикатором срабатывания предохранителя. Если ток нагрузки превысит номинальный ток срабатывания предохранителя, то начинается напряжение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора VT2. Транзистор VT1 начинает открываться, закрывая транзистор VT2. Транзисторы VT1, VT2 будут переходить из одного состояния в другое лавинообразно, подгоняя друг друга.При срабатывании электронного предохранителя ток короткого замыкания в нагрузке очень мал, так как он протекает через резисторы R5, R8, транзистор VT2 закрыт. Наличие конденсатора С1 позволяет нажимать кнопку Sb1 даже при коротком замыкании в нагрузке. Резистор R1 обеспечивает разрядку конденсатора C1. При отсутствии электронного предохранителя и коротком замыкании в нагрузке очень велика вероятность выхода из строя транзисторов VT3, VT4.

Имеется достаточно широкий ассортимент микросхемных стабилизаторов напряжения.На рисунке 4.24а приведена схема стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН12А. Микросхемы КР142ЕН12А и КР142ЕН12Б меньше регулируемые стабилизаторы напряжения компенсационного типа с защитой от короткого замыкания. Масса микросхемы не более 2,5г. Вид микросхемы показан на рисунке 4.24б . Внешний делитель напряжения на резисторах R1, R2 позволяет регулировать выходное напряжение от 1,3 до 37В. Максимально допустимое входное напряжение 45В, выходное напряжение 37В, ток нагрузки 1А.Максимальная мощность, рассеиваемая микросхема без теплоотвода, при окружающей температуре среды от -10 ° С до + 40 ° С равна 1Вт. Мощность, рассеиваемая микросхема с теплоотводом, должна не быть 10 Вт. Микросхема имеет защиту от перегрузки по выходному току.

На рисунке 4.25 по схеме стабилизатора тока на биполярном транзисторе, а на рисунке 4.26 — на полевом транзисторе. Резистор R3 и стабилитрон VD1 образуют параметрический стабилизатор постоянного напряжения.

Рассмотрим принцип работы стабилизатора тока . К нестабильности тока через нагрузку может приводить как изменение сопротивления нагрузки, напряжения так и изменения входного. Предположим, что сопротивление нагрузки остается неизменным, а увеличивается входное напряжение. Если бы никаких изменений не происходило с транзистором, то ток через Р _н увеличился бы. В результате этого увеличится ток, протекающий через резисторы R1, R2, а, следовательно, и напряжение на этих резисторах.Напряжение на стабилитроне равно сумме напряжений на резисторах R1, R2 и на переходе база-эмиттер транзистора (переход база-эмиттер транзистора включен в прямом направлении). Напряжение на стабилитроне при изменении входного напряжения остается неизменным, значит, напряжение на базе-эмиттер транзистора уменьшится и увеличится сопротивление между выводами эмиттер-коллектор транзистора. Ток, протекающий через коллектор-эмиттер транзистора и резистор нагрузки, будет уменьшаться, стремясь к своему первоначальному значению.Таким образом, будет обеспечиваться стабилизация тока.

Пусть теперь остается неизменным входное напряжение, а сопротивление нагрузки. Если бы никаких изменений в этом случае не происходило с транзистором, то ток нагрузки уменьшился бы. При уменьшении тока нагрузки уменьшится ток, протекающий через резисторы R1, R2 и напряжение на этих резисторах уменьшится. В результате увеличится напряжение между базой и эмиттером транзистора и ток коллектора транзистора увеличится.Ток нагрузки будет стремиться к своему первоначальному значению, никогда его не достигая. Для увеличения стабильности тока в качестве транзистора VT1 используют составной транзистор.

Очень простыми получаются стабилизаторы постоянного тока с Использование полевых транзисторов (рис. 4.26 ). Ток нагрузки протекает через резистор R1. Ток, протекающий в цепи: плюс источник, сток-затвор полевого транзистора, резистор Rн, минус источника питания, очень мал, так как переход сток — затвор транзистора смещен в обратном направлении.Напряжение на резисторе R1 имеет полярность плюс слева, минус справа. Потенциал затвора равенство возможностей правого вывод резистора R1, Следовательно, потенциал затвора относительно истока будет отрицательным. При уменьшении сопротивления нагрузки ток через резистор R1 стремится увеличиться, в результатом чего потенциал затвора относительно истока становится более отрицательный и транзистор закрывается в большей степени. При большем закрытии транзистора VT1 ток через нагрузку уменьшается, стремясь к своему первоначальному значению.

Что такое стабилизатор напряжения, принцип работы и типы

Применение стабилизаторов напряжения стало необходимой 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 дополнительные системы функций.Они имеют сверхбыструю реакцию на колебания напряжения и позволяют также дистанционно регулировать требования к напряжению, функцию пуска или выключения.

Содержание

1 Что такое стабилизатор напряжения

2 Зачем нужны стабилизаторы напряжения и его важность

2.1 Эффекты текущего перенапряжения в бытовой технике

3 Как работает стабилизатор напряжения, принцип работы понижения и повышения напряжения

3.1 Как работает функция понижения и повышения в стабилизаторе напряжения

3.2 Функция понижения в стабилизаторе напряжения

3.3 Функция повышения в стабилизаторе напряжения

3. 4 Как конфигурация повышения и понижения работает автоматически

4 Различные типы стабилизаторов напряжения

5 Стабилизаторы напряжения типа реле

5.1 Как работает релейный стабилизатор напряжения

5.2 Использование и преимущества релейных стабилизаторов напряжения

5.3 Недостатки релейных стабилизаторов напряжения

6 Сервоприводные стабилизаторы напряжения

6.1 Как работает сервоприводный стабилизатор напряжения?

6.2 Классификация сервоприводных стабилизаторов напряжения

6.3 Недостатки сервоприводного стабилизатора напряжения

7 Стабилизаторы статического напряжения

7.1 Как напряжение работает статический стабилизатор

7.2 Использование / преимущества статических стабилизаторов напряжения

7. 3 Недостатки статического стабилизатора напряжения

8 В чем разница между стабилизатором напряжения и регулятором напряжения?

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

9.2 Пошаговое руководство по выбору и покупке стабилизатора напряжения для вашего дома

9.3 Практический пример для лучшего понимания

10 Видео — Как правильно выбрать стабилизатор напряжения по мощности для дома. Расчёт и простые советы!

Что такое стабилизатор напряжения

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

Различные типы стабилизаторов напряжения

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

Мы предлагаем различные виды стабилизаторов напряжения, доступных на рынке.Аналоговые и цифровые автоматические стабилизаторы напряжения доступны от многих производителей. Благодаря растущей 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 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 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 диапазон диапазона 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 использования, таких как специальные стабилизаторы напряжения для небольших устройств, таких как телевизор, холодильник, микроволновые печи, для одного огромного устройства для всей бытовой техники.

В дополнение к своим основным функциям стабилизаторы, оснащенные такими функциями, 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 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 типом устройства питания, который известен как номинальное рабочее напряжение. В зависимости от расчетного устройства безопасного предела эксплуатации рабочий диапазон (с оптимальной эффективностью) электрический может быть ограничен до ± 5%, ± 10% или более.

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

Проблемы, связанные со скачками напряжения:

• Перегрев
• Сниженный срок службы
• Постоянный ущерб
• Ущерб изоляции
• Уменьшение производительности
9024 Нарушение мощности
• Неправильная работа устройств
902 9025 Низкая эффективность 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, которое 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 возможности защиты своих устройств 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 причиной 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
• Ухудшш срок полезного использования устройства
• Ухудшш срок полезного использования устройства
• Неисправность 902 Устройство
• Неисправность 902 Устройство в некоторых случаях могут использоваться 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 регулирование напряжения от перенапряжения. Эта функция может быть переключена вручную с помощью селекторных схем

стабилизатора напряжения

В перенапряжения функция «Основные условия напряжения» обеспечивает необходимое снижение напряжения. Аналогично, в условиях пониженного функция «повышения напряжения» увеличивает интенсивность напряжения.Идея различных функций в совокупности 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 стабилизатора напряжения используют трансформатор, который подключен к переключающим реле в различных 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 серво стабилизатор напряжения), используют автоматический трансформатор для обеспечения желаемого диапазона коррекции.

Как работает функция понижения и повышения напряжения в стабилизаторе напряжения

Для лучшего понимания устройств мы разделяем его функции

Принципиальная схема функций понижения в стабилизаторе напряжения

На приведенной выше схеме показано подключение трансформатора в функции «Понижения». В функции понижения полярности 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, нагрузка вручную или автоматически переключается в конфигурацию режима «Понижения» с помощью переключателей (реле).

Принципиальная схема функции повышения напряжения в стабилизаторе напряжения

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

Настройка повышения и понижения работает автоматически

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

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, требуемый выход также постоянного 230 В переменного тока.Теперь, если у вас есть +/- 25 Вольт понижения и повышение стабилизации, 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, которые используются выбираются трансформаторы с отводом, точки ответвления на основе необходимого 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 транспортные средства, серводвигатели используются для обеспечения 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 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
• Сервоприводные стабилизаторы напряжения
• Стабилизаторы напряжения статического

Стабилизаторы напряжения типа реле

Разберемелейся в процессе функционирования.Электронная система измеряет параметры входящей электроэнергии. После считывания данных прибор сравнивает эти параметры с величинами номинального режима.

Прибор автоматически производит подключение необходимой обмотки трансформатора для достижения параметров сети. Работа релейного стабилизатора довольно простая. Прибор регулирует параметры сети по ступеням, в результате чего при очередной ступени напряжение изменяется на конкретную величину. Бывают ситуации, когда уровень напряжения не соответствует норме даже после корректировки.Такие ступенчатые регулировки могут также вызвать перепады напряжения.

Если подробно разобраться в принципе действия, то можно понять, что прибор быстро выбирает нужные обмотки. Такие ступенчатые скачки считаются незначительными. Они станут более заметными. При подключении к сети высокочувствительных устройств при сильных перепадах напряжения устройства выйдут из строя.

Недобросовестные производители могут запрограммировать стабилизатор таким образом, что на его дисплее всегда будет показывать значение 220 В.

Чаще всего релейный стабилизатор справляется с перепадами сети за 0,15 с. Такой прибор может отключить питание выходным током, когда на входе возникли значения тока наименьшего допустимого. После нормализации напряжения прибор снова подключится к работе. Напряжение восстанавливается за 0,6 с.

Как работает релейный стабилизатор напряжения

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

Электронные платы выполняет сравнение выходного напряжения с источником опорного напряжения. Как только он активирует увеличение или уменьшение входного напряжения выше эталонного значения, он переключает соответствующее реле для включения требуемого постукивания для функций 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.

• Малые габаритные размеры, так как трансформатор имеет функцию повышения напряжения.
• Большой интервал значений напряжения.
• Значительный диапазон рабочих температур. Многие приборы нормально работают при температуре -40 +40 градусов.
• Низкий уровень шума.
• Допускается перегрузка до 110%.

Многие изготовители приборов утверждают, что их продукция способна функционировать много лет.

Недостатки релейных стабилизаторов напряжения

В работе релейных моделей стабилизаторов есть недостатки, обусловленные его методом работы, схемой прибора. Слабым звеном его считается реле. Если изготовитель установил некачественное реле, то оно может стать причиной неисправности прибора.Также при переключении настраивают щелчки и шумы.

Другим значимым недостатком является ступенчатое действие устройства выравнивания напряжения. При переключении с одной обмотки на другое напряжение может значительно изменяться, образуя некоторые скачки.

Недорогие модели слабую мощность, которая не больше 30% от мощности бытовых устройств.

Правила использования релейным стабилизатором

При выборе релейного стабилизатора, необходимо регулярно проводить его обслуживание в том числе регулярно его осматривать внутри корпуса.При осмотре нужно обращать внимание на:

• Надежность соединения проводников.
• Уровень охлаждения и циркуляции воздуха в корпусе прибора.
• Имеются ли повреждения.
• Точность работы указателей измерения.

При обнаружении слабых соединений, пыли, необходимо выключить из сети стабилизатор и его обслуживание, очистить его и затянув все крепления контактов. Помещение, в котором находится стабилизатор напряжения, проветриваться и быть сухим.Влажность в помещении не должна быть более 80%. При работе в корпусе стабилизатора отверстия для вентиляции должны иметь доступ воздуха.

Сервоприводные стабилизаторы напряжения

Электромеханический стабилизатор напряжения, так же известный как сервоприводный, — это один из самых распространенных видов стабилизаторов, который, благодаря своей конструкции и характеристикам, обладает очень интересным набором возможностей и в некоторых ситуациях просто не имеет альтернативы.

Ни для кого не секрет, что бытовые сети питания сегодня не могут обеспечить стабильную эксплуатацию электрических устройств в доме. Перепады и скачки вполне можно ожидать от сети питания. Для решения этих задач лучше подходит электромеханический вид стабилизатора напряжения, так как он стал наиболее популярным на рынке бытовых приборов

На приведенном выше рисунке показано, 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 пони 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 подключения к входному источнику питания, другой конец подключен к выходу стабилизатора напряжения.

Как работает сервоприводный стабилизатор напряжения?

В системе замкнутого контура отрицательная обратная связь гарантируется выход, чтобы была достигнута известная желаемый результат. Это делается путем сравнения выходных и входных сигналов. Если в случае желаемого выходного значения, то регулятором источника входного сигнала будет 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 исполнительное значение к точному значению.

Благодаря своим чувствительным элементам питания стабилизаторы напряжения на основе сервоприводов для приборов / оборудования используются в точном входном питании (± 01%) для выполнения намеченных функций.

Электронные платы выполняет сравнение выходного напряжения с источником опорного напряжения. Как только он начинает работать с двигателем, 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 управления для интеллектуального управления пользователями.

Классификация сервоприводных стабилизаторов напряжения:

Однофазные сервоприводные стабилизаторы напряжения

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

Трехфазные сбалансированные сервоприводные стабилизаторы напряжения

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

Трехфазные несбалансированные сервоприводные стабилизаторы напряжения

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

Использование и преимущества сервоприводных стабилизаторов напряжения

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

Недки сервоприводного двигателя

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

Стабилизаторы статического напряжения

Статический выпрямитель напряжения не имеет движущихся частей, как в случае сервоприводных 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 необходимого 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 обеспечения требуемого выходного напряжения.Это сгенерированное напряжение затем 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, чтобы вычитать напряжение в зависимости от повышения или понижения уровня входного питания.

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 которое увеличивается входной источник питания. Это генерируемое напряжение в фазе с входным устройством питания. Затем это напряжение на первичную обмотку трансформатора Понижения & Повышения. 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 подаваться на нагрузку.

Аналогично, как только микропроцессор показывает повышение уровня напряжения, он посылает сигнал широтно-импульсной модуляции на преобразователь мощности IGBT. Соответственно, IGBT-преобразователь мощности генерирует напряжение, аналогичное разности напряжений, на которое увеличивается 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 на первичную обмотку трансформатора Понижения & Повышения. Временная катушка трансформатора Понижения & Повышения подключена к входному источнику питания, напряжение, которое было наведено во вторичном 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 скорость стабилизации напряжения.
• Доставка по городу 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 одинаковую функцию стабилизации. Однако то, как они это делают, приносит. Основное напряжение функциональное отличие стабилизатора 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, подает постоянное напряжение на выход без каких-либо изменений тока нагрузки.

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

Различные факторы, которые играют важную роль в выборе стабилизатора напряжения:

• Требуется мощность прибора (или группы приборов)
• Тип прибора
• Уровень колебаний напряжения в вашем районе
• Тип стабилизатора напряжения
• Рабочий диапазон стабилизатора напряжения, 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, вы должны выполнить, чтобы выбрать лучший выпрямитель напряжения для вашего дома:

Проверьте 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 (кВт). 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: как правильно выбрать стабилизатор напряжения по мощности для дома. Расчёт и простые советы!

Принцип работы стабилизатора напряжения | Русэлт

Стабилизатор напряжения — устройство, преобразующее электроэнергию с неустойчивыми характеристиками, которые не подходят для устройств энергопотребления.На выходе поступает напряжение с заданными стабильными режимами.

Разновидности устройств

Прежде всего стоит разобраться, какие бывают разновидности устройств. Стабилизатор напряжения купить можно разный, например:

• Постоянного напряжения;
• Переменного напряжения.

Стабилизаторы постоянного напряжения

Они необходимы, если значение поступающего тока мало или наоборот слишком велико для электропотребителя.Проходя через устройство, напряжение преобразуется до заданного уровня. В свою очередь они делятся на:

• Линейный стабилизатор. Принцип работы основан на непрерывном изменении сопротивления для осуществления стабильного показателя на выходе. Простая конструкция устройства с минимальными деталями работает без помех;
• Импульсный. С помощь коротких импульсов нестабильный ток накапливается на катушке или в конденсаторе. В последствии накопленная электроэнергия поступает на выход с заданными обязательствами.Если вывод максимально допустимое значение, то накопитель сбрасывает напряжение, переставая энергию энергии, тем самым позволяя на выходе подавать напряжение с меньшим значением.

Стабилизаторы переменного напряжения

Устройство, которое поддерживает выход тока с заданными характеристиками, вне зависимости от того, какие показатели были на входе. Они бывают:

• Накопительные. Этот стабилизатор напряжения необходимо приобрести, если для выхода достаточного количества электроэнергии в системе, с последующим преобразованием и выдачи мощности со стабильными настройками;
• Корректирующие.Стабилизатор напряжения, преобразующий энергию за добавление дополнительных параметров, которого не хватает для получения необходимых параметров.

Качество и долговременность работы таких устройств зависит от скачков напряжения и других параметров подаваемой энергии. И только благодаря стабилизатора напряжения возможно бесперебойное электроснабжение с заданным предусмотренным.

Военно-техническая подготовка

1.8. Стабилизаторы

Стабилизатор напряжения — электромеханическое или электрическое (электронное) устройство, имеющее входное и выходное напряжение, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.




1.8.1. Стабилизатор постоянного тока.

Линейный стабилизатор

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного плеч делителя: сопротивление постоянно таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в пределах.При большом отношении величин входного / выходного напряжений линейный стабилизатор низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * Он рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность иметь достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением:

Последовательный : регулирующий элемент включается с нагрузкой.

Параллельный : регулирующий элемент параллельного потока.

В зависимости от метода стабилизации:

Параметрический : в таком стабилизаторе используется большой участок ВАХ прибора, имеющий крутизну.

Компенсационный : имеет обратную связь.В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Рис 1.

Применяется для стабилизации напряжения в стабилизируемых схемах, так как для нормальной работы схемы работы через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) включительно ток в стабилизируемой нагрузке RL.Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванного изменениями входного напряжения, вместо резистора RV используемого источника тока. Однако эта мера не снижает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

Рис 2.

Уут = Уз — Убэ.

По сути, это рассмотренный выше параллельный параметр стабилизатора на стабилитроне, подключенный вход эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменения выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше переходная стабилизация стабилизации на Ube, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n, и для приборов на основе кремния составляет 0,6В.Зависимость Ube от величины тока и температуры плохая стабильность, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить выходной ток стабилизатора по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счет того, что Ube в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Рис 3.

Часть выходного напряжения Uout, снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180 ° + n * 360 °. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180 °, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180 °, условие по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениих Uin, вместо резистора RV используется источник тока.

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока).Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (то есть опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения Уз (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше , чем Uout.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ ( г openloop = 105 ÷ 106).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметров стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением.Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

Понижающий стабилизатор : выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.

Повышающий стабилизатор : выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.

Повышающе-понижающий стабилизатор : выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор в случаях, когда входное напряжение отличается отличается от необходимого и может изменяться, ниже значения как выше, так и необходимого.

Инвертирующий стабилизатор : выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.




1.8.2. Стабилизатор переменного тока.

Ферромагнитные стабилизаторы

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений используются сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Феррорезонансный стабилизатор, состоящий из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияетло на характеристики стабилизатора.

Электромеханические стабилизаторы напряжения

Регулировка напряжения в электромеханических (электродинамических) стабилизаторах осуществляется автоматически, путём перемещения токосъёмного узла по обмотке трансформатора, что обеспечивает плавное изменение коэффициента его трансформации до достижения заданной величины выходного напряжения.

Это единственный тип стабилизатора, обеспечивающий плавную регулировку напряжения не внося при этом искажений в форму синусоиды.Стабилизаторы этого типа выход достаточно высокой скорости удержания напряжения (2..3%) и наиболее комфортный режим питания бытовой техники. Они успешно используются в быту так и на производстве.

Однако, существует несколько ограничений области их применения: первое — невозможность работы при отрицательных температурах (в силу наличия открытых токоведущих границ и опасности короткого замыкания из-за выпадения конденсата). Кроме этого, электромеханические стабилизаторы обладают сравнительно узким диапазоном входных напряжений (как правило, 150–260 Вольт) и невысокой скоростью регулировки, ограниченной скоростью перемещения сервоприводом токосъёмного узла.

В качестве токосъёмного элемента используются графитовые щётки или ролики с графитовым напылением. Роликовый токосъёмный узел требует защиты от заклинивания, однако такая конструкция используется, как правило, в промышленных стабилизаторах, а щёточный узел устанавливается в моделях.Скорость износа токосъёмных элементов обоих типов одинакова, в зависимости от использования, через 7-11 лет требуется его замена.

Электронные стабилизаторы напряжения

Делятся на ступенчатые и непрерывного действия. Электронные ступенчатые стабилизаторы регулирующего напряжения, переключателя обмотки специального трансформатора посредством электронных ключей. Ключи управляются процессором по специальной программе.

В настоящее время существует два типа электронных стабилизаторов напряжения: с полупниковыми и релейными ключами. Последние было бы правильнее отнести к электронно-механическим, так как реле является электромеханическим элементом.

Стабилизаторы имеют большое быстродействие, поэтому применяются в комплексе с дорогостоящим оборудованием, требующем от всех аномалий сети. Их также используют в жилых домах и на производстве.К преимуществам электронных стабилизаторов напряжения можно отнести их возможность работы при отрицательных температурах окружающей среды.

Электронные стабилизаторы непрерывного действия регулируют напряжение, изменяя либо сопротивление регулирующего элемента, как правило — транзистора, включая и выключая регулирующий элемент с высоким значением (десятки килогерц), и управляющее время включенного и выключенного состояния регулирующего элемента (чаще всего транзистор IGBT). Такой метод регулирования называется ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Стабилизаторы, использующие данный высокочастотный ШИМ, на момент наиболее совершенной реализации стабилизатора переменного напряжения, и при правильном исполнении ближе всего к понятию «идеальный стабилизатор». В от стабилизаторов инверторного типа, в них не происходит предварительного преобразования переменного напряжения в постоянное, а преобразование подвергается непосредственно входному переменному напряжению, что обеспечивает им высокий КПД и приемлемую стоимость.

Стабилизаторы постоянного напряжения

Стабилизаторы постоянного напряжения (СПН) обеспечивают стабильный уровень выходного напряжения источника питания при действии двух дестабилизирующих факторов — нестабильности входного напряжения и изменениях выходного (нагрузочного) тока. СПН является принципиально нелинейным, обеспечивает связь между выходным напряжением U ₂ , входным U ₁ и выходным током I ₂ может быть представлена ​​некоторой функциональной зависимостью

U ₂ = F (U ₁ , I ₂ ).

Линеаризуя это уравнение относительно некоторого номинального режима

U ₂ ⁰ , U ₁ ⁰ , I ₂ ⁰ ,

получаем уравнение для приращений

,

где — коэффициент стабилизации; (7.1)

— выходное сопротивление. (7.2)

Соотношения (7.1,7.2) главные роли для определения качества стабилизатора.Из условий следует, что для идеального стабилизатора необходимо иметь

k® ¥, r ₂₂ ®0.

Различают два типа стабилизатора — параметров и компенсационные. В параметрических параметрах напряжения используются стабилизирующие свойства стабилитрона, в которых при изменении тока в режиме электрического пробоя в широких пределах напряжение остается неизменным.

Рис. 7.7. Схема параметрического СПН

Рис.7.8. Расчетная схема для параметров параметрического стабилизатора

Схема параметрического (пассивного) СПН приведена на рис. 7.7. Изменение входного напряжения (D U ₁ ) или тока нагрузки (D I ₂ ) в этой схеме приводит лишь к изменению тока через стабилитрон (D I _ст ), а напряжение на нем, которое и равняется выходному напряжению, меняется незначительно.

Используя линеаризованные расчетные схемы, с учетом счетов (7.1) и (7.2) — рис. 7.8, можно получить значения параметров:

(7,3)

Требуемый коэффициент стабилизации согласно (7.3) можно за счет увеличения балластного резистора R ₀ , это приведет к снижению КПД стабилизатора.

в качестве балластного элемента чаще всего используются нелинейные элементы с большим сопротивлением. Наиболее просто такая схема реализуется на полевом транзисторе (рис.7.9).

Рис. 7.10. Схема интегральная опорный источник без применения стабилитрон

Рис. 7.9. Схема параметрического СПН с нелинейным балластным

В силу особенности сквозного напряжения ВАХ полевого транзистора с управляющим p-n -переходом напряжения на стабилитроне одновременно напряжением с ущербом транзистора, задающего номинальный ток через стабилитрон I _с ⁰ . Большое сопротивление для приращений участка сток-исток обеспечивает высокий коэффициент стабилизации в такой схеме. Выходное сопротивление сопротивлению по-прежнему равному сопротивлению сопротивлению. Поэтому параметрический СПН целесообразно использовать в системах, где ток нагрузки практически не меняется, например в качестве опорного источника. Однако температурный дрейф, стабилизация напряжения стабилитронов достаточно велик и микросхемном исполнении чаще всего используются опорные источники, не содержащие стабилитронов.В этих источниках выбора схемы напряжение на его зажимах напряжении запрещенной зоны с очень высокой температурной стабильностью зоны. Пример реализации такого источника приведен на рис. 7.10.

Близкие к идеальной характеристике можно получить в СПНЕ компенсационных тип на основе усилителей постоянного тока с обратной связью по отклонению выходного напряжения относительно некоторых постоянных (опорной) напряжений вспомогательного источника. Обобщенная структурная схема компенсационного СПН изображена на рис. 7.11. Любые отклонения выходного напряжения от номинального значения выделяются путем сравнения опорного напряжения U ₀ и части выходного U ос, усиливаются и так воздействуют на регулирующий транзистор VT, чтобы свести отклонение к минимуму. Таким образом, в процессе работы меняется напряжение коллектор-эмиттер регулятора.

Рассматривая схему данного СПН как усилитель с глубокой обратной связью (VT — выходной каскад усилителя мощности), на вход которого подано постоянное напряжение U ₀ , на основе свойств идеального операционного усилителя, записываем:

(7.4)

Если U ₀ = const, отношение R ₂ / R ₁ = const, то из (7.4) следует, что U ₂ = constприии любые дестабилизирующих факторов. Предельная стабильность выходного напряжения, кроме стабильности U ₀ , и отношения R ₂ / R ₁ определяется также температурным дрейфом с площадью нуля ОУ. Параметры современных прецизионных ОУ позволяют обеспечить практически идеальный СПН.

Рис. 7.11. Обобщенная схема типа СПН
компенсационного типа

По представленной на рис. Схема 7.11 СПН реализованы стабилизаторы в интегральном исполнении (например, серии К142ЕН1-9, КР1158 и др.) На различных значениях выходных напряжений от 3 до 90 В. В таком исполнении схемы имеют только три внешних вывода: вход, выход и общий провод.На рис. 7.12 приведена схема подключения такого стабилизатора. Выходное напряжение подобного СПН можно найти в некоторых пределах. На рис. 7.13 приведена схема включения микросхемы для увеличения выходного напряжения

U _вых = U _ном + U _{R 2} .

При этом входное примерно должно оставаться больше выходного напряжения на 3 В. Серийные СПН рассчитаны на ток нагрузки от десятых долей до ампер. Включением дополнительного регулирующего транзистора можно увеличить нагрузочную способность СПН.

Рис. 7.12. Схема подключения трехвходового СПН

Рис. 7.13. Подключение СПН для достижения повышенного U _вых

Рассмотренные стабилизаторы стабилизируют положительные напряжения. Однако те же самые СПН можно использовать и для стабилизации отрицательных напряжений, если использовать гальванически изолированное от земли входное напряжение (см.рис. 7.14). В настоящее время выпускаются и стабилизаторы отрицательного напряжения, например, отечественные трехвходовые микросхемы серии КР1162.

В тех случаях, когда нужно разнополярное напряжение с общей точкой положения двуполярные СПН с фиксированным выходным напряжением, например К142ЕН6 (см. Рис. 7.15).

Рис. 7.14. Стабилизация отрицательного напряжения

Рис. 7.15. Типовая схема включения К142ЕН6

7.3. Вторичные источники
с преобразованием частоты сети

Уменьшить габариты трансформатора, который в любом случае применения для электрической развязки, можно за счет увеличения частоты питающего напряжения. С этой целью используется промежуточное преобразование частоты сети.

Структурная схема источника с преобразованием частоты изображена на рис. 7.16. Он состоит из следующих блоков: первый преобразователь (Пр1) с емкостнымром (Ф1) преобразует напряжение сети (50 Гц, 220 В) непосредственно (без трансформации) в постоянное напряжение.Высокочастотный инвертор (И) преобразует полученное постоянное напряжение в высокочастотное (десятки — сотни кГц), которое трансформируется высокочастотным трансформатором (ТрВ) до нужного значения или значений. Габариты трансформатора уменьшаются почти пропорционально увеличению частоты. И если низкочастотный трансформатор мог весить несколько килограмм, то высокочастотный — десятки грамм.

Для высокого значения КПД инвертор выполняет работу в ключевых режимах, и строится как автоколебательный генератор, либо для управления инвертором используются устройства управления (УУ).Обычно это специализированные микросхемы управления. Далее следует высокочастотный преобразователь (Пр2) с фильтром (Ф2), при необходимости — стабилизатор постоянного напряжения (может быть и линейный стабилизатор).

Рис. 7.16. Структурная схема вторичного источника электропитания
с преобразователем частоты

Очень часто вместо линейного стабилизатора выходное постоянное напряжение выводится на схему управления (рис.7.16, пунктир) и его изменения меняют скважность выходных импульсов инвертора. Таким образом достигается стабилизация выходного напряжения.

Источники питания, в которых инвертор работает в ключевом режиме, используют импульсными источниками электропитания (ИВЭП).

На рис. 7.17 приведена условная классификация импульсных источников вторичного питания.

Рис. 7.17. Классификация ИВЭП

В табл. 7.1 данные сравнительные характеристики источников питания без преобразования частоты — линейных и с преобразованием частоты — импульсных.

Таблица 7.1

Параметр	Источники питания
линейные	импульсные
Нестабильность по выходному напряжению	(0,01¸0,05)%	(0,05¸0,1)%
Нестабильность по току нагрузки	(0,01¸0,1)%	(0,1¸1)%
Выходное напряжение	(0,5¸2) мВ	(25¸100) мВ
Диапазон входных напряжений	± 10%	± 20%
КПД	(40–55)%	(60¸80)%
Средняя удельная мощность	30 Вт / дм 2	> 250 Вт / дм 2
Время восстановления	50 мс	300 мс
Время удержания	2 мс	30 мс

Несмотря на существенное усложнение электронных частей схемы необходимость экранирования во избежание воздействия на окружающие устройства импульсных помех от инвертора из-за значительного увеличения удельной мощности, источники с преобразованием практически вытеснили классические схемы из современных электронных устройств.




Узнать еще:

Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения — Радио это просто

Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения при построении высококачественных высоковольтных стабилизаторов напряжения, например, для питания ламповых каскадов, приходиться применять специальные схемы включения устройств, что усложняет схемотехнику таких стабилизаторов [1]. Между тем, интегральные микросхемы, применяющие простые высоковольтные стабилизаторы напряжения компенсационного напряжения типа на выходное напряжение от 70 до 140 В.Это микросхемы типов SE070N, SE080N, SE090N, SE105N, SE110N, SE120N, SE125N, SE130N, SE135N, SE140N. Эти микросхемы предназначены для контроля и регулировки напряжения постоянного тока. Как нетрудно догадаться, цифровое обозначение в маркировке микросхемы будет соответствовать напряжению микросхемы в вольтах.

Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения на рис.

показан один из вариантов линейного стабилизатора на выходное напряжение В постоянного тока.Источником напряжения для стабилизатора служит сеть переменного тока 220 В. В других напряжениях может быть установщик напряжения, например, вторичная обмотка силового трансформатора, выход выпрямителя преобразователя. Стабилизатор выполнен на интегральной микросхеме SE115N, представляющей собой детектор напряжения на 115 В.

Контролируемое напряжение с выхода стабилизатора поступает на вход DA1 — вывод 1. Если напряжение на выходе стабилизатора стремится увеличиться сверх рабочего напряжения DA1, открывается выходной п-р-п транзистор микросхемы, коллектор которого выведен на вывод 2 DA1.Это приводит к тому, что понижается напряжение затвор-исток VT1, что приводит к понижению выходного напряжения стабилизатора. На мощном высоковольтном полевом n-канальном транзисторе VT1 выполнен истоковый повторитель напряжения.

Сетевое напряжение переменного тока поступает на мостовой диодный выпрямитель VD1 — VD4. Конденсатор С1 сглаживает пульсацию выпрямленного напряжения. Резистор R1 уменьшает бросок тока через выпрямительные диоды и разряженный конденсатор С1, усиливающий при включении устройства в сеть.Стабилитрон VD5 защищает полевой транзистор от пробоя высоким напряжением затвор-исток. Светящийся светодиод HL1 сигнализирует о наличии выходного напряжения, кроме того, цепь R3HL1 разряжает оксидные конденсаторы при отключенной нагрузке.

Резистор R1 должен быть проволочным. Его сопротивление и мощность выбирают исходя из параметров подключенной к стабилизатору нагрузки. Остальные резисторы любые из С2-33, МЛТ, РПМ нынешней мощности. Сопротивление резистора R2 выбирает исходя из входного напряжения стабилизатора, при этом следует учитывать, что максимальный втекающий ток DA1 по выводу 2 не должен включать 20 мА.Конденсаторы типа К50-68 или импортные аналоги. Если в вашей конструкции С1 будет, как и по схеме рис. 1, подключен к выходу мост выпрямителя напряжения переменного тока 50 Гц, то его ёмкость следует исходя из 4 мкФ на каждый 1 Вт нагрузки. В общем случае, ёмкость конденсатора С2 должна быть равна ёмкости конденсатора С1. Выпрямительные диоды 1 N4007 можно заменить, например, на 1N4006, UF4006, RL105, КД234Д. Вместо стабилитрона BZV55C-12 подойдёт BZV55C-13, 1N4743A, 2С212Ц, КС212Ц.Светодиод подойдёт любого типа непрерывного свечения, желательно с повышенной светоотдачей. Полевой МДП транзистор HV82 на максимальный ток стока 6,5 А, напряжение сток-исток 800 В и максимальную рассеиваемую мощность 150 Вт (с теплоотводом).

В высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения его можно заменить, например, на IRF350, IRF352 или другой, в параметрах к подключенной нагрузке [2, 3]. Следует учитывать, что, например, к выходу стабилизатора подключена нагрузка мощностью 30 Вт, то при питании устройства от сети 220 В, на транзисторе VT1 будет рассеиваться мощность около 80 Вт.Если же входным напряжением для стабилизатора будет, например, напряжение +180 В (выход выпрямителя «лампового» трансформатора), то при выходном напряжении 115 В и токе нагрузки 0,5 А установленный на теплоотвод транзистор будет рассеивать около 33 Вт тепловой мощности. Это немало, поэтому, линейные высоковольтные стабилизаторы напряжения целесообразно применять для питания слаботочной нагрузки, например, лампового щупа для осциллографа и в других местах, где применение импульсных высоковольтных стабилизаторов напряжения нежелательно.

Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения может быть смонтировано на печатной плате размерами 105 × 50 мм, эскиз показан на рис.

Ток потребления микросхемы SE115N по выв. 1 около 3 мА. Для увеличения выходного напряжения стабилизатора в цепь вывода 3 DA1 можно включить стабилитрон. Например, если у вас имеется микросхема SE140N «на 140 В», а вам нужен стабилизатор на выходное напряжение 180 В, то нужно последовательно с выв. 3 включить стабилитрон 1N4755A или два последовательно включенных стабилитрона КС520В.Через стабилитрон будет протекать сумму токов через выв. 1 и 2 DA1.

Кроме высоковольтных интегральных микросхем SE *** Существуют также и низковольтные SE005N, SE012N, SE024N, SE034N, SE040N, на которые также можно изготавливать компенсационные стабилизаторы напряжения. Стабилизатор напряжения, изготовленный по тому же принципу, который показан на рис. 1, должен иметь входное напряжение постоянного тока (на обкладках С1), превышающее выходное не менее чем на 8 В. При изготовлении конструкции, собранной по рис.1, учитывайте, что все её элементы находятся под напряжением сети.

Схемы стабилизаторов напряжения и тока

Стабилизированные источники питания необходимы для обеспечения безопасности электронного устройства от изменения питающего напряжения. Практически в любой современной аппаратуре имеется стабилизатор напряжения , а то и несколько. В таких устройств часто применяются операционные усилители ( ОУ ), с помощью которых решить эту задачу просто и эффективно с точностью регулировки и стабильности в диапазоне 0,01… 0,5%, причём ОУ легко встраивать в традиционные стабилизаторы напряжения и тока.
Простейший стабилизатор напряжения представляет собой усилитель постоянного тока, на вход которого подано постоянное напряжение стабилитрона или часть его. Нагрузочная способность такого стабилизатора определяет максимальную мощность выходного тока ОУ.
Следящие Стабилизаторы, как правило, работают на принципе сравнения опорного и выходного напряжений, усиления их разности и управления электропроводностью регулирующего транзистора.

Стабилизатор по схеме Рис.1 выдаёт напряжение Uвых большее, чем опорное напряжение стабилитрона VD1, а стабилизатор Рис.2 — меньшее. Стабилизаторы питаются от одного источника. С помощью эмиттерного повторителя VT2 увеличивают ток нагрузки, в нашем примере — до 100 мА, но можно и более с составным повторителем на транзисторе. Транзистор VT1 защищает выходной транзистор VT2 от перегрузок по току, причём датчиком тока служит резистор R8 небольшого сопротивления, включенный в цепь эмиттера транзистора VT2.Когда падение напряжения на нём превысит Uб-э = 0,6 В, откроется транзистор VT1 и зашунтирует эмиттерный переходный транзистора VT2. При токах нагрузки до 10… 15 мА резисторы R7, R8 и транзисторы VT1, VT2 можно не ставить. Отметим, что в стабилитронах по схемам на Рис.1, 2 входное напряжение не должно превышать максимально допустимой суммы напряжений питания.

На Рис.3а приведена схема подобного стабилизатора в котором он сам питается стабилизированным напряжением.Здесь дополнительно несколько элементов, улучшающих работу стабилизатора напряжения. Потенциал выхода ОУ DA1 смещен в сторону положительного напряжения с помощью стабилитрона VD3 и транзистора VT1. Выходной эмиттерный повторитель — составной (VT2, VT3), на базе защитного транзистора VT4, подключенный делитель R4R5, что позволяет создать «падающую» характеристику ограничения тока перегрузки. Ток короткого замыкания не выше 0,3 А. Термокомпенсированный источник опорного напряжения выполнен на микросхеме К101КТ1А (DA2) .Выходное напряжение стабилизатора, равное + 15В, изменяется всего на 0,0002% при изменении входного напряжения в пределах 19… 30 В; при изменении тока нагрузки от нуля до номинального выходное напряжение падает лишь на 0,001%. В этом стабилизаторе подавление пульсаций входного напряжения 100 Гц составляет 120 дБ. К достоинствам стабилизатора следует отнести также и то, что при отсутствии нагрузки потребляемый ток составляет около 10 мА. При скачкообразном изменении тока нагрузки выходное напряжение устанавливается с погрешностью 0,1% за время не более 5 мкс.

Практически нулевые пульсации напряжения на выходе может обеспечить стабилизатор по схеме Рис.4. Если движок переменного резистора R1 находится в верхнем (по схеме) положении, амплитуда пульсаций максимальна. По мере перемещения перемещается вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение входящего ОУ будет уменьшаться, поданное на инвертирующий вход ОУ через конденсатор С2, в противофазе складывается с выходным напряжением пульсаций. Примерно в положении движения резистора R1 пульсации будут компенсированы.
В случае необходимости получения отрицательного выходного напряжения в повторителя необходимо применить транзистор p-n-p, а также заземлить положительную шину питания ОУ . Но можно поступить по-другому, если в аппарате требуются стабилизированные напряжение разной полярности.

На Рис.5 представлены две простые схемы соединения стабилизаторов для получения выходных напряжения разного знака.В первом случае имеют входная и выходная цепи общую шину. Пусть, например, имеются только положительные стабилизаторы. Тогда в стабилизаторе по второй схеме можно применить цеп, если оба канала по входным гальванически развязаны, чтобы можно было заземлить положительный полюс нижнего (по схеме) стабилизатора. Источником опорного напряжения для одного из каналов служит стабилитрон, а для второго — выходное напряжение первого стабилизатора. Для этого необходимо включить переключатель из двух резисторов между выводами + Uст и -Uст стабилизаторов и подвести напряжение средней точки делителя к неинвертирующему входу ОУ второго стабилизатора, заземлив инвертирующий вход ОУ.Тогда выходные напряжения двух стабилизаторов связаны и регулирование напряжений осуществляется одним переменным резистором.

В случае если необходимо применить два питающих напряжения с заземлённой средней точкой, можно применить активный делитель на ОУ с повторителями для увеличения нагрузочной способности ( Рис. 6 ). Если R1 = R2, то равны и выходные напряжения относительно заземлённой средней точки.Через выходные транзисторы VT1 и VT2 протекают полные токи нагрузки, а падение напряжения на участках коллектор — эмиттерны половины входного напряжения. Это надо иметь в виду при выборе радиаторов охлаждения.
Ключевые стабилизаторы напряжения зарекомендовали себя наилучшим образом с точки зрения экономичности, так как КПД таких устройств всегда высокий. Несмотря на их сложность по сравнению с линейными стабилизаторами, только за счётчик размеров теплоотводящего радиального транзистора ключевой стабилизатор позволяет уменьшить габариты регулируемого мощного источника питания в два — три раза.Недостаток ключевых стабилизаторов — в повышении уровня помех. Однако рациональное конструирование, и когда весь блок выполнен в виде экранированного модуля с расположенной на теплоотводе мощного транзистора платой управления, позволяет свести помехи к минимуму. Устранить «пролезание» высокочастотных помех в нестабилизированный источник первичного питания и нагрузку можно путём включения радиочастотных дросселей, рассчитанный на постоянный ток 1… 3 А. В ключевых стабилизаторах напряжения с успехом применяются интегральные компараторы.

На Рис. 7 приведена схема релейного стабилизатора на базе микросхемы К554СА2. Здесь компаратор DA1 работает от источников напряжения +12 и -6 В. Эта комбинация образована подключением вывода 11 положительного питания DA1 к эмиттеру транзистора VT1 (+18 В), вывод 2 — стабилитрону VD6 (примерно +6 В), вывода 6 отрицательного питания — к нулевому потенциалу общей шины. Опорное напряжение стабилизатора формируется диодами VD3 — VD5, оно равно +4,5 В.Это напряжение подаётся на инвертирующий вход компаратора DA1, включённого по схеме детектора с гистерезисной характеристикой уровня из-за положительной обратной связи по цепи R5, R3. Цепь отрицательной обратной связи замыкается через усилительный транзистор VT2, ключевой элемент на транзисторах VT3, VT4 и фильтр L1C7. Глубину отрицательной обратной связи по выходному напряжению регулируемым переменным резистором R4, оно изменяется в пределах 4… 20 В при минимальном входном нестабилизированном напряжении +23 В и максимальном — до +60 В с элементами, рассчитанными на такое напряжение.В то же время переменная составляющая выходного напряжения (пульсация) происходит без ослабления через конденсатор С4, поэтому регулирование выходного напряжения не приводит к изменению изменению пульсаций.
Данный стабилизатор напряжения относится к автогенерирующим, когда в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки, разряжающего накопительный конденсатор C7, автоматически меняется как период автоколебаний, так и время включенного состояния транзисторов VT3, VT4.Усилитель управления на компараторе DA1 и транзистор VT2 открывает ключевой элемент в тот момент, когда потенциал инвертирующего входа станет меньше, чем потенциал неинвертирующего (опорный) вход. В этот момент напряжение на нагрузке падает несколько ниже заданного уровня стабилизации, т.е пульсирует. После включения транзисторов VT3, VT4 ток через дроссель L1 нарастает, его индуктивность и конденсатор С7 запасает энергию, так что потенциал инвертирующего входа повышается. Благодаря действию усилителя управления ключевой элемент закрывается.Затем фильтр L1C7 отдаёт некоторую часть запасённой энергии в нагрузку, причём полярность напряжения на дросселе L1 меняется и цепь питания замыкается через диод VD7. Как только напряжение на конденсаторе С7 станет ниже опорного на величину гистерезиса, вновь включаются транзисторы VT3, VT4. Далее циклы повторяются.
В качестве дросселя L1 можно применить дроссели фильтров промышленного изготовления, например из серий Д8, Д5 — плоские и др., Среди которых выбирают типономинал с требуемой индуктивностью, рассчитанный на ток подмагничивания не менее ожидаемого тока нагрузки и пригодный к использованию частотах до 50 кГц.
Диод VD7 должен быть обязательно быстродействующим с большим допустимым импульсным током, не менее удвоенного значения тока нагрузки. В стабилизаторе по схеме на Рис. 7 , где ток нагрузки 2 А, возможна замена его на диоды КД212Б, КД217А и некоторые другие. Конденсатор С7 из ряда К53 или танталовый типов К52-7А, К52-9, К52-10, С9 — ёмкостью не менее 15,… 2,2 мкФ.
Большая потребность в стабилизаторах для питания аппаратуры привела к необходимости разработки и производства специальных линейных микросхем — стабилизатора напряжения.В интегральном режиме преобладают последовательные регуляторы с непрерывным или импульсным режимом управления. Стабилизаторы строятся как для положительных так и для отрицательных напряжений питания. Выходное напряжение может быть регулируемым или фиксированным, например +5 В для питания блоков с цифровыми микросхемами или ± 15 В для питания аналоговых микросхем. К данной группе из выпускаемых стабилизаторов категория регулируемых стабилизаторов КР142ЕН1 и К142ЕН2.


На базе микросхем КР142ЕН1,2 можно создать стабилизаторы отрицательных напряжений Рис.8 . При этом стабилитрон VD1 смещает уровень напряжения на выводе 8 относительно входного напряжения. Базовый ток транзистора VT1 не должен ввести допустимого тока стабилизатора, либо применить составной транзистор.

Широкие возможности микросхем КР142ЕН1,2 позволяют создать на их основе релейные стабилизаторы напряжения ( Рис. 9 ). В таком стабилизаторе опорное напряжение установлено делителем R4R5, а амплитуда пульсаций выходного напряжения на нагрузке задаётся делителем R2R3.Следует также иметь в виду, что нагрузка не может изменяться в широких пределах, обычно не более чем в два раза от номинального значения. Обеспечом релейных стабилизаторов является высокий КПД.

Также следует рассмотреть ещё один класс стабилизаторов — стабилизаторов тока, преобразующих напряжение в ток от независимо изменения нагрузки напряжения. Мощные источники тока предусматривают подключение к ОУ усилительных транзисторов.

На Рис.10 дана схема источника тока, а на Рис. 11 — схема приёмника тока. В обоих устройствах сила тока зависит от напряжения Uвх и номинального резистора R1, чем меньше входной ток ОУ и тем меньше ток управления первым (после ОУ ) транзистора, который выбран таким полевым. Ток нагрузки может достигать 100 мА.

Схема простого источника мощного тока для зарядки устройства на Рис. 12 . Здесь R4 — токоизмерительный проволочный резистор.Номинальное значение тока нагрузки Iн = ΔU / R4 = 5 A устанавливается примерно при среднем положении движка резистора R1. При зарядке автомобильной аккумуляторной батареи напряжение Uвх ≥ 18 В без учёта пульсаций выпрямленного переменного напряжения.