Виды и схемы стабилизаторов напряжения
Автор: Александр Старченко
Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.
Содержание:
- Виды стабилизаторов напряжения
Виды стабилизаторов напряжения
В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:
- Феррорезонансные;
- Сервоприводные;
- Релейные;
- Электронные;
- Двойного преобразования.
Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.
Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.
Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.
Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.
Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.
Электромеханический стабилизатор
Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:
- Входной фильтр;
- Плата измерения напряжения;
- Автотрансформатор;
- Серводвигатель;
- Графитовый скользящий контакт;
- Плата индикации.
В основе работы электромеханического стабилизатора лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.
Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.
При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.
Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.
Релейный стабилизатор
В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:
- Сетевой фильтр;
- Плата контроля и управления;
- Трансформатор;
- Блок электромеханических реле;
- Устройство индикации.
В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.
Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих приборов.
Пример схемы релейного стабилизатора
Еще одна схема стабилизатора релейного типа
Электронный стабилизатор
Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:
- Фильтр сети;
- Плата измерения напряжения и управления;
- Трансформатор;
- Блок силовых электронных ключей;
- Плата индикации.
Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.
Стабилизатор двойного преобразования
Это устройство, называемое так же инверторный стабилизатор, по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.
Схема инверторного стабилизатора напряжения 220в состоит из следующих узлов:
- Фильтр сетевых помех;
- Корректор мощности – выпрямитель;
- Блок конденсаторов;
- Инвертор;
- Узел микропроцессора.
Напряжение сети, пройдя через фильтр, поступает на корректор – выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. В блоке конденсаторов запасается энергия, которая будет необходима при пониженном напряжении.
Обычно инвертор выполняется по схеме с использованием ШИМ контроллера. Дополнительное питание необходимо для питания микропроцессора, который управляет всей работой стабилизатора.
Это устройство отличается уникальными параметрами, поскольку инверторный стабилизатор не изменяет величину напряжения сети, а заново его генерирует. Это позволяет получить напряжение высокого качества со стабильной частотой.
На базе инверторного принципа может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае можно на схемном уровне рассчитать величину напряжения на входе, которая может быть практически любой, а стабилизатор будет выдавать 220В.
С этим читают:
Понравилась статья? Поделись с друзьями в соц сетях!Схема стабилизатора напряжения — простой расчёт
Чаще всего радиотехнические устройства для своего функционирования нуждаются в стабильном напряжении, не зависящем от изменений сетевого питания и от тока нагрузки. Для решения этих задач используются компенсационные и параметрические устройства стабилизации.
Параметрический стабилизатор
Его принцип работы заключается в свойствах полупроводниковых приборов. Вольтамперная характеристика полупроводника – стабилитрона показана на графике.
Во время включения стабилитрона свойства подобны характеристике простого диода на основе кремния. Если стабилитрон включить в обратном направлении, то электрический ток сначала будет расти медленно, но при достижении некоторой величины напряжения наступает пробой. Это режим, когда малый прирост напряжения создает большой ток стабилитрона. Пробойное напряжение называют напряжением стабилизации. Во избежание выхода из строя стабилитрона, течение тока ограничивают сопротивлением. При колебании тока стабилитрона от наименьшего до наибольшего значения, напряжение не изменяется.
На схеме показан делитель напряжения, который состоит из балластного сопротивления и стабилитрона. К нему параллельно подключена нагрузка. Во время изменения величины питания меняется и ток резистора. Стабилитрон берет изменения на себя: меняется ток, а напряжение остается постоянным. При изменении резистора нагрузки ток изменится, а напряжение останется постоянным.
Компенсационный стабилизатор
Прибор, рассмотренный ранее очень простой по конструкции, но дает возможность подключать питание прибора с током, который не превышает наибольшего тока стабилитрона. Вследствие этого используют приборы, стабилизирующие напряжение, и получившие название компенсационных. Они состоят из двух видов: параллельные и последовательные.
Называется прибор по методу подключения элементу регулировки. Обычно используются компенсационные стабилизаторы, относящиеся к последовательному виду. Его схема:
Элементом регулировки выступает транзистор, соединенный последовательно с нагрузкой. Напряжение выхода равняется разности значения стабилитрона и эмиттера, которое составляет несколько долей вольта, поэтому считается, что выходное напряжение равно стабилизирующему напряжению.
Рассмотренные приборы обоих типов имеют недостатки: невозможно получить точную величину напряжения выхода и производить регулировку во время работы. Если нужно создать возможность регулирования, то стабилизатор компенсационного вида изготавливают по схеме:
В этом приборе регулировка осуществляется транзистором. Основное напряжение выдает стабилитрон. Если напряжение выхода повышается, база транзистора получается отрицательной в отличие от эмиттера, транзистор откроется на большую величину и ток возрастет. Вследствие этого, напряжение отрицательного значения на коллекторе станет ниже, так же как и на транзисторе. Второй транзистор закроется, его сопротивление повысится, напряжение выводов повысится. Это приводит к снижению напряжения выхода и возвращению к бывшему значению.
При снижении напряжения выхода проходят подобные процессы. Отрегулировать точное напряжение выхода можно резистором настройки.
Стабилизаторы на микросхемах
Такие устройства в интегральном варианте имею повышенные характеристики параметров и свойств, которые отличаются от подобных приборов на полупроводниках. Также они обладают повышенной надежностью, небольшими габаритами и весом, а также небольшой стоимостью.
Последовательный стабилизатор
- 1 – источник напряжения;
- 2 – Элемент регулировки;
- 3 – усилитель;
- 4 – источник основного напряжения;
- 5 – определитель напряжения выхода;
- 6 – сопротивление нагрузки.
Элемент регулировки выступает в качестве изменяемого сопротивления, подключенного по последовательной схеме с нагрузкой. При колебании напряжения меняется сопротивление элемента регулировки так, что происходит компенсация таких колебаний. Воздействие на элемент регулировки производится по обратной связи, которая содержит элемент управления, источник основного напряжения и измеритель напряжения. Этот измеритель является потенциометром, с которого приходит часть напряжения выхода.
Обратная связь регулирует напряжение выхода, использующееся для нагрузки, напряжение выхода потенциометра становится равным основному напряжению. Колебания напряжения от основного создает некоторое падение напряжения на регулировке. Вследствие этого, измеряющим элементом в определенных границах можно осуществлять регулировку напряжения выхода. Если стабилизатор планируется изготовить на определенную величину напряжения, то измеряющий элемент создается внутри микросхемы с компенсацией температуры. При наличии большого интервала напряжения выхода, измеряющий элемент выполняется за микросхемой.
Параллельный стабилизатор
- 1 – источник напряжения;
- 2 –элемент регулирующий;
- 3 – усилитель;
- 4 – источник основного напряжения;
- 5 – измерительный элемент;
- 6 – сопротивление нагрузки.
Если сравнить схемы стабилизаторов, то прибор последовательного вида имеет повышенный КПД при неполной загрузке. Прибор параллельного вида расходует неизменную мощность от источника и выдает ее на элемент регулировки и нагрузку. Стабилизаторы параллельные рекомендуется использовать при неизменных нагрузках при полной загруженности. Стабилизатор параллельный не создает опасности при КЗ, последовательный вид при холостом ходе. При неизменной нагрузке оба прибора создают высокий КПД.
Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами
Инновационные варианты схем стабилизаторов последовательного вида выполнены на 3-выводной микросхеме. Вследствие того, что есть всего лишь три вывода, их проще использовать в практическом применении, так как они вытесняют остальные виды стабилизаторов в интервале 0,1-3 ампера.
- U вх – необработанное напряжение входа;
- U вых –напряжение выхода.
Можно не использовать емкости С1 и С2, однако они позволяют оптимизировать свойства стабилизатора. Емкость С1 применяется для создание стабильности системы, емкость С2 нужна по той причине, что внезапное повышение нагрузки нельзя отследить стабилизатором. В таком случае поддержка тока осуществляется емкостью С2. Практически часто применяются микросхемы серии 7900 от компании Моторола, которые стабилизируют положительную величину напряжения, а 7900 – величину со знаком минус.
Микросхема имеет вид:
Для увеличения надежности и создания охлаждения стабилизатор монтируют на радиатор.
Стабилизаторы на транзисторах
На 1-м рисунке схема на транзисторе 2SC1061.
На выходе прибора получают 12 вольт, на напряжение выхода зависит прямо от напряжения стабилитрона. Наибольший допустимый ток 1 ампер.
При применении транзистора 2N 3055 наибольший допускаемый ток выхода можно повысить до 2 ампер. На 2-м рисунке схема стабилизатора на транзисторе 2N 3055, напряжение выхода, как и на рисунке 1 зависит от напряжения стабилитрона.
- 6 В — напряжение выхода, R1=330, VD=6,6 вольт
- 7,5 В — напряжение выхода, R1=270, VD = 8,2 вольт
- 9 В — напряжение выхода, R1=180, Vd=10
На 3-м рисунке – адаптер для автомобиля – аккумуляторное напряжение в автомобиле равно 12 В. Для создания напряжения меньшего значения применяют такую схему.
Схемы стабилизаторов напряжения и тока
Стабилизированные источники питания
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
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
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
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
стабилизатор напряжения своими руками, простой стабилизатор
Стабилизатор на одном стабилитроне
Для сглаживания пульсаций напряжения и постоянства тока на выходе блока питания применяют стабилизаторы. Как правило в основе стабилизатора лежит стабилитрон. Стабилитрон – полупроводниковый прибор обладающий свойством стабилизации напряжения. В отличии от обычного диода работает в обратной полярности (на катод подается плюс), в режиме лавинного пробоя. Благодаря этому свойству стабилитрона напряжение на нем, а следовательно, и на нагрузке практический не меняется. На рисунке ниже представлена схема простейшего стабилизатора.
Такой стабилизатор подойдет для питания маломощных устройств.
Принцип работы стабилизатора на стабилитроне
Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций по напряжению, называется он фильтрующим. Резистор нужен для сглаживания пульсаций по току и называется он гасящим. Стабилитрон стабилизирует напряжение на нагрузке. Для нормальной работы данной схемы напряжение питания должно быть больше 40…50 %. Стабилитрон следует подобрать под нужное нам напряжение и ток.
Стабилизатор на одном транзисторе
Для питания нагрузки большей мощности в схему добавляют транзистор. Пример схемы показан ниже.
Принцип работы стабилизатора на одном транзисторе
Цепочка из R1 и VT1 нам уже знакома из предыдущей схемы, это простейший стабилизатор, он задает стабилизированное напряжение на базе транзистора VT2. Транзистор в свою очередь выполняет функцию усилителя тока и является управляющим элементом в этой схеме. Например, при повышении входного напряжения, выходное напряжение будет стремится к возрастанию. Это приводит к понижению напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT2, что приводит к его закрытию. При этом падение напряжения на участке эмиттер – коллектор возрастает на столько, что напряжение на стабилитроне уменьшается до исходного уровня. При понижении напряжения стабилизатор реагирует в обратном порядке.
Стабилизатор на транзисторах с защитой от КЗ
В практике радиолюбителя бывают ошибки и происходит короткое замыкание. Для уменьшения последствий в результате КЗ рассмотрим схему стабилизатора на два фиксированных напряжения и с защитой от короткого замыкания.
Как видим в данную схему добавлен транзистор V4, диоды V6 и V7, и параметрический стабилизатор состоящий из резистора R1, диодов V2, V3 оснащен переключателем S2.
Принцип работы защиты стабилизатора
Данная схема рассчитана на ток срабатывания от КЗ 250…300 мА, пока он не превышен, ток будет проходить через делитель напряжения состоящий из диода V7 и резистора R3. Путем подбора данного резистора можно регулировать порог срабатывания защиты. Диод V6 при этом будет закрыт и никакого влияния на работы оказывать не будет. При срабатывании защиты диод V7 закроется, а диод V6 откроется и зашунтирует подключений стабилитрон, при этом транзисторы V4 и V5 закроются. Ток на нагрузке упадет до 20…30 мА. Транзистор V5 следует устанавливать на теплоотвод.
Стабилизатор с регулируемым выходным напряжением
В ремонте или наладке электронных устройств необходимо иметь блок питания с регулируемым выходным напряжением. Принципиальная схема стабилизаторы с регулировкой по напряжению представлена ниже.
Принцип работы стабилизатора с регулировкой напряжения
Параметрический стабилизатор состоящий из R2 и V2 стабилизируют напряжение на переменном резисторе R3. Напряжение с этого резистора поступает на управляющий транзистор. Этот транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, нагрузкой которого является резистор R4. Напряжение с резистора R4 подается на регулирующий транзистор V4, нагрузкой которого уже выступает наше питаемое устройство. Регулировка напряжения осуществляется переменным резистором R3, если движок резистора находится в минимальном положении по схеме, то напряжения для открытия транзисторов V3 и V4 недостаточно и на выходе будет минимальное напряжение. При вращении движка, транзисторы начинают открываться, что увеличивает напряжение на нагрузке. При увеличении тока нагрузки, падение напряжения на резисторе R1 и лампа Н1 начинает загораться, при токе в 250 мА наблюдается тусклое свечение, а при токе в 500мА и выше яркое. Транзистор V4 следует устанавливать на теплоотвод. При повышенной нагрузке более 500 мА, следует как можно быстрее выключить блок питания, так как при длительной максимальной нагрузке выходят из строя диоды в выпрямительном мостике и транзистор V4.
Данные схемы при правильной сборке не нуждаются в наладке. Также их можно модернизировать на более большой ток и напряжения. Путем подбора радиоэлементов с нужными нам параметрами.
На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.
Успехов!
Стабилизатор напряжения своими руками: виды и лучший вариант
Перепады напряжения в электрической сети — дело обычное. Такие изменения допустимы, но только в определенных пределах: позволительны отклонения в 10%: как в сторону увеличения, так и уменьшения. Эти условия в сети электропитания идеальны, однако они большая редкость. Чаще показатель меняется значительно, что очень «не нравится» довольно чувствительным бытовым электроприборам. Самая большая опасность, подстерегающая их, — выход техники из строя. Сейчас на рынке представлено множество различных моделей корректоров параметров электросети, однако цены на них не слишком радуют потенциальных покупателей. По этой банальной причине многие решаются собрать стабилизатор напряжения своими руками.
Стабилизаторы и их роль
Наиболее уязвимы частные дома, находящиеся в небольших населенных пунктах, где практически невозможно обеспечить электроприборам качественное питание. Причина — «допотопные» советские подстанции, которые давно не в состоянии выдерживать сегодняшние нагрузки на сеть. Выход напряжения за «законные» пределы нередко провоцирует несколько неприятностей:
- уменьшает срок службы элементов сети;
- становится виновником сбоя в работе электроники — управляющей, контрольной;
- значительно увеличивает потребление электроэнергии;
- приводит к перегреву ТЭНов.
Этих последствий и чрезмерных трат можно избежать, если сделать стабилизатор напряжения своими руками. Перед тем как принять окончательное решение о том, быть или не быть самодельному устройству, с ним и его видами лучше познакомиться поближе.
Разновидности приборов
Задача стабилизатора — поддерживать выходное напряжение в узких рамках, независимо от того, насколько сильны изменения входных значений. Помимо допустимых пределов надо учитывать максимальный ток, мощность имеющегося оборудования.
Главный элемент любого стабилизатора-корректора напряжения — трансформатор, вернее, автотрансформатор. Он имеет обмотку и отводы от нее (от 2 до 20). За коммутацию после команды блока управления (датчика) — «отключить» либо «подключить» какую-либо обмотку — отвечают силовые ключи: ролики, щетки, реле или тиристоры (симисторы, транзисторы).
Прежде чем начать обдумывать, как создать стабилизатор напряжения своими руками, нужно познакомиться с ассортиментом этих приборов, узнать их особенности, преимущества, а также недостатки.
Сервоприводные (электромеханические)
В этом случае в корректировке выходного напряжения главную роль играет движущийся контакт, который изменяет параметры вторичной обмотки. Перемещается этот ползунок с помощью электромеханического привода. Самые большие преимущество этого стабилизатора — точность корректировки, плавность регулировки, способность выдерживать высокую нагрузку, если все его элементы качественны. Вполне приемлемую цену тоже можно отнести к плюсам.
Нельзя замолчать существенные минусы. К ним относится:
- ограничение рабочего диапазона — 150-250 вольт;
- шумность прибора из-за механических элементов;
- относительно медленная реакция на входные изменения параметров;
- износ деталей, требующий регулярно заменять подвижные угольные контакты — ролик или щетку.
Повышенный шум может стать причиной дискомфорта, особенно ночью. Открытый контакт может начать искрить из-за попавшей пыли. Заклинивание электропривода приведет к его разрушению либо к возгоранию, поэтому обслуживание устройства, замена токосъемных элементов прибора необходима как минимум раз в год.
Релейные (цифровые) стабилизаторы
Эти устройства часто называют ступенчатыми. Релейный корректор — трансформатор, имеющий несколько выходов вторичной обмотки, где один из них принимается за общий. Регулировку выходного напряжения производит датчик, отслеживающий состояние электросети, переключающий реле. Если срабатывают несколько приборов, то нагрузка переключается на тот вывод, где она в данный момент отличается от заданного значения минимально.
Преимущества этого типа:
- простота конструкции;
- ее ремонтопригодность;
- довольно большая надежность;
- неплохая точность корректировки;
- приемлемая (самая низкая) цена релейных стабилизаторов.
Эти приборы не требуют регулярного обслуживания, поэтому достаточно популярны. Но они, как и все другие, не лишены недостатков. В этом списке:
- ступенчатая регулировка напряжения на выходе, она ограничивает их применение;
- выход силовых реле из строя, если происходят частые переключения режимов;
- падение мощности, когда напряжение низкое — менее 190 В;
- некоторая погрешность стабилизации — от 5 до 8%;
- звонкие щелчки при переключении.
Если сравнить минусы и плюсы, то можно сделать логичный вывод, что релейный стабилизатор справляется с большинством задач, возложенных на него в бытовых условиях. Высокую скорость прибор обеспечивает, а в точности корректировки необходимость есть не всегда.
Электронные (симисторные, тиристорные)
Эта разновидность стабилизаторов отличается от других устройств полным отсутствием каких-либо механических, перемещающихся элементов. В этом случае за диагностику входного напряжения и управление отвечает микропроцессор или блок электронных схем. Работают они в автоматическом режиме.
Стабилизация напряжения электронных приборов тоже происходит благодаря подключению определенных обмоток, однако это делается с помощью полупроводниковых ключей — симисторных, тиристорных либо транзисторных. К плюсам электронного типа стабилизаторов можно отнести:
- большой диапазон рабочего входного напряжения;
- долгий срок службы тиристоров и симисторов;
- высокую скорость и точность стабилизации;
- небольшие размеры, бесшумную работу.
Недостатки у этих стабилизаторов есть:
- ступенчатое выравнивание тока вызывает видимое мерцание лампочек при отключении или подключении обмоток;
- замедление скорости реакции, есть количество ступеней большое;
- максимальная чувствительность к помехам электрической сети;
- возможность перегорания ключей при сильных нагрузках;
- сложность конструкции, высокая цена.
К этой же категории относят недостаточную перегрузочную способность — от 20 до 40% в первые секунды. Преимущества выигрывают у недостатков, так как последние все же относительны. Из-за положительных качеств такие приборы предпочтительнее покупать, однако изготовить такой стабилизатор напряжения своими руками можно, но без навыков очень сложно.
Инверторные (бестрансформаторные)
В этих стабилизаторах используют схему двойного преобразования напряжения. Их основные отличия от конкурентов — отсутствие автотрансформаторов, любых подвижных деталей. Необходимости в анализе входного напряжения также нет. Интересен сам принцип работы таких приборов. Переменный ток сначала преобразуется в постоянный. Затем он снова превращается в переменный, но уже со стабильным значением — 200 вольт. Допустимая погрешность составляет всего 1%.
Главные достоинства моделей:
- точная, мгновенная коррекция напряжения;
- выходной сигнал с чистой синусоидой;
- широкий рабочий диапазон.
Недостаток у инверторных стабилизаторов один: это более высокая цена, чем у остальных приборов. Однако чтобы собрать стабилизатор напряжения своими руками, именно эту схему используют чаще остальных.
Феррорезонансные устройства
Если сравнивать эту конструкцию с приборами-конкурентами, то она отличается элементарностью. В составе ее два дросселя и конденсатор. В работе используется принцип магнитного резонанса. Для этих стабилизаторов характерна высокая скорость, точность корректировки, длительный срок эксплуатации, широкий диапазон входящего напряжения.
Недостатки — низкий коэффициент мощности, образование электромагнитных помех, довольно большие габариты и вес, шумность. Еще один минус — цена. Она нередко выше стоимости источника бесперебойного питания (ИБП). В быту эти устройства, как правило, не используют. Чаще всего их можно увидеть в медицинских учреждениях.
Стабилизатор напряжения своими руками
Если нет большого желания переплачивать, то можно самостоятельно собрать разные виды корректоров напряжения, однако одним из самых эффективных является симисторный стабилизационный прибор. Его характеристики:
- нечувствительность к частоте напряжения, подающегося через общую сеть;
- возможный рабочий диапазон — от 130 до 270 В;
- напряжение на выходе — от 205 до 230 В, если общая мощность подключенных приборов равняется 6 кВт;
- быстрое переключение нагрузки — 10 мс (миллисекунд).
Схема и ее элементы
Чтобы сделать подобный стабилизатор своими руками, необходимо сначала рассмотреть следующую схему:
На ней обозначены:
- Блок питания, состоящий из диода VD1, конденсаторов С2, С5, компаратора DA1, трансформатора Т1.
- Узел, задерживающий включение нагрузки. В него входят конденсатор С1, резисторы R1-R5, транзисторы VT1-VT3.
- Выпрямитель, измеряющий амплитуду напряжения — делители R14 и R13, диод VD2, конденсатор С2, стабилитрон VD2.
- Компаратор напряжения, состоящий из компараторов DA2 и DA3, а также резисторов R15-R39.
- Усилители, включающие резисторы R40-48 и транзисторы VT4-12.
- Семь оптронных ключей, каждый из которых оснащается оптосимисторами U1-U7, резисторами R6-12 и симисторами VS1-7.
- Логический контроллер — DD1-5. Индикаторные диоды — HL1-HL9.
- Автотрансформатор Т2 и выключатель-предохранитель QF1.
Чтобы разобраться в схеме, надо представлять, каким образом прибор работает.
Принцип работы
После включения питания стабилизатора конденсатор (С1) находится в разряженном состоянии, один транзистор (VT2) открыт, другие (VT2, VT4) закрыты. Через последний элемент б
Стабилизатор напряжения 220в для дома своими руками схема
Бытовые устройства чувствительны к скачкам напряжения, быстрее подлежат износу, и появляются неисправности. В электрической сети напряжение часто изменяется, снижается, либо возрастает. Это взаимосвязано с отдаленностью источника энергии и некачественной линии питания.
Чтобы подключать приборы к устойчивому питанию, в жилых помещениях применяют стабилизаторы напряжения. На его выходе напряжение обладает стабильными свойствами. Стабилизатор можно приобрести в торговой сети, однако такой прибор можно изготовить своими руками.
Имеются допуски на изменение напряжения не более 10% от номинального значения (220 В). Это отклонение должно быть соблюдено как в большую сторону, так и в меньшую. Но идеальной электрической сети не бывает, и величина напряжения в сети часто меняется, усугубляя тем самым работу подключенных к ней устройств.
Электрические приборы отрицательно реагируют на такие капризы сети и могут быстро выйти из строя, потеряв при этом свои заложенные функции. Чтобы избежать таких последствий, люди применяют самодельные приборы под названием стабилизаторы напряжения. Эффективным стабилизатором стал прибор, выполненный на симисторах. Как сделать стабилизатор напряжения своими руками мы и рассмотрим.
Характеристика стабилизатора
Это устройство стабилизации не будет иметь повышенную чувствительность к изменениям напряжения, подающегося по общей линии. Сглаживание напряжения будет производиться в том случае, если на входе напряжение будет находиться в пределах от 130 до 270 вольт.
Включенные в сеть устройства будут питаться напряжением, имеющим величину от 205 до 230 вольт. От такого прибора можно будет питать электрические устройства, суммарная мощность которых до 6 кВт. Стабилизатор будет производить переключение нагрузки потребителя за 10 мс.
Устройство стабилизатора
Схема устройства стабилизации.
Стабилизатор напряжения по указанной схеме имеет в своем составе следующие части:
- Питающий блок, в который входят емкости С2, С5, компаратор, трансформатор, теплоэлектрический диод.
- Узел, задерживающий подключение нагрузки потребителя, и состоящий из сопротивлений, транзисторов, емкости.
- Выпрямительного моста, измеряющего амплитуду напряжения. Выпрямитель состоит из емкости, диода, стабилитрона, нескольких делителей.
- Компаратора напряжения. Его составными частями являются сопротивления и компараторы.
- Логического контроллера на микросхемах.
- Усилителей, на транзисторах VТ4-12, резисторов, ограничивающих ток.
- Светодиодов в качестве индикаторов.
- Оптитронных ключей. Каждый из ник снабжается симисторами и резисторами, а также оптосимисторами.
- Электрического автомата, либо предохранителя.
- Автотрансформатора.
Принцип действия
Рассмотрим, как функционирует стабилизатор напряжения, выполненный своими руками.
После подключения питания емкость С1 находится в состоянии разряда, транзистор VТ1 открытый, а VТ2 закрытый. VТ3 транзистор также остается закрытым. Через него поступает ток на все светодиоды и оптитрон на основе симисторов.
Так как этот транзистор пребывает в закрытом состоянии, то светодиоды не горят, а каждый симистор закрыт, нагрузка выключена. В этот момент ток поступает через сопротивление R1 и приходит на С1. Дальше конденсатор начинает заряжаться.
Диапазон выдержки идет три секунды. За этот период производятся все процессы перехода. После их окончания срабатывает триггер Шмитта на основе транзисторов VТ1 и VТ2. После этого открывается 3-й транзистор и подключается нагрузка.
Напряжение, выходящее с 3-й обмотки Т1, выравнивается диодом VD2 и емкостью С2. Далее ток поступает на делитель на сопротивлениях R13-14. Из сопротивления R14, напряжение, величина которого прямо зависит от величины напряжения, включена в каждый неинвертирующий компараторный вход.
Число компараторов становится равным 8. Они все выполнены на микросхемах DА2 и DА3. В то же время на инвертируемый вход компараторов подходит постоянный ток, подающийся с помощью делителей R15-23. Дальше вступает в действие контроллер, осуществляющий прием входного сигнала каждого компаратора.
Стабилизатор напряжения и его особенности
Когда напряжение входа становится меньше 130 вольт, то на выходах компараторов появляется логический уровень малого размера. В этот момент транзистор VТ4 находится в открытом виде, первый светодиод мигает. Эта индикация сообщает о наличии низкого напряжения, что означает невозможность выполнения регулируемым стабилизатором своих функций.
Все симисторы закрытии и нагрузка отключена. Когда напряжение находится в пределах 130-150 вольт, то сигналы 1 и А имеют свойства высокого значения логического уровня. Такой уровень имеет низкое значение. В таком случае транзистор VТ5 открывается, и начинает сигнализировать второй светодиод.
Оптосимистор U1.2 открывается, так же, как и симистор VS2. Через симистор будет протекать нагрузочный ток. Затем нагрузка зайдет в верхний вывод катушки автотрансформатора Т2.
Если напряжение входа 150 – 170 В, то сигналы 2, 1 и В имеют повышенное значение логического уровня. Другие сигналы имеют низкий уровень. При таком напряжении входа транзистор VТ6 открывается, 3-й светодиод включается. В этот момент 2-й симистор открывается и ток поступает на второй вывод катушки Т2, являющийся 2-м сверху.
Собранный самостоятельно стабилизатор напряжения на 220 вольт будет соединять обмотки 2-го трансформатора, если уровень напряжения входа достигнет соответственно: 190, 210, 230, 250 вольт. Чтобы сделать такой стабилизатор, необходима печатная плата 115 х 90 мм, изготовленная из фольгированного стеклотекстолита.
Изображение платы можно отпечатать на принтере. Затем с помощью утюга переносят это изображение на плату.
Изготовление трансформаторов
Изготовить трансформаторы Т1 и Т2 можно самостоятельно. Для Т1, мощность которого 3 кВт, необходимо применить магнитопровод с поперечным сечением 1,87 см2, и 3 провода ПЭВ – 2. 1-й провод диаметром 0,064 мм. Им наматывают первую катушку, с количеством витков 8669. Другие 2 провода применяются для образования остальных обмоток. Провода на них должны быть одного диаметра 0,185 мм, с числом витков 522.
Чтобы не изготавливать самому такие трансформаторы, можно применить готовые варианты ТПК – 2 – 2 х 12 В, соединенные последовательно.
Чтобы изготовить трансформатор Т2 на 6 кВт, применяют магнитопровод тороидальной формы. Обмотку наматывают проводом ПЭВ – 2 с числом витков 455. На трансформаторе необходимо вывести 7 отводов. Первые 3 из них наматываются проводом 3 мм. Остальные 4 отвода наматываются шинами сечением 18 мм2. С таким сечением провода трансформатор не нагреется.
Отводы выполняют на таких витках: 203, 232, 266, 305, 348 и 398. Витки считают с нижнего отвода. В этом случае электрический ток сети должен поступать по отводу 266 витка.
Детали и материалы
Остальные элементы и детали стабилизатора для самостоятельной сборки приобретаются в торговой сети. Перечислим их перечень:
- Симисторы (отптроны) МОС 3041 – 7 шт.
- Симисторы ВТА 41 – 800 В – 7 шт.
- КР 1158 ЕН 6А (DА1) стабилизатор.
- Компаратор LМ 339 N (для DА2 и DА3) – 2 шт.
- Диоды DF 005 М (для VD2 и VD1) – 2 шт.
- Резисторы проволочные СП 5 или СП 3 (для R13, R14 и R25) – 3 шт.
- Резисторы С2 – 23, с допуском 1% — 7 шт.
- Резисторы любого номинала с допуском 5% — 30 шт.
- Резисторы токоограничивающие – 7 шт, для пропускания ими тока 16 миллиампер (для R 41 – 47) – 7 шт.
- Конденсаторы электролитические – 4 шт (для С5 – 1).
- Конденсаторы пленочные (С4 – 8).
- Выключатель, оснащенный предохранителем.
Оптроны МОС 3041 заменяются на МОС 3061. КР 1158 ЕН 6А стабилизатор можно менять на КП 1158 ЕН 6Б. Компаратор К 1401 СА 1 можно установить в качестве аналога LM 339 N. Вместо диодов можно использовать КЦ 407 А.
Микросхему КР 1158 ЕН 6А надо устанавливать на теплоотвод. Для его изготовления применяют алюминиевую пластинку 15 см2. Также на него необходимо установить симисторы. Для симисторов допускается применять общий теплоотвод. Площадь поверхности должна превышать 1600 см2. Стабилизатор необходимо снабдить микросхемой КР 1554 ЛП 5, выступающей в качестве микроконтроллера. Девять светодиодов располагаются так, что попадают в отверстия на панели прибора спереди.
Если устройство корпуса не дает установить их таким образом, как на схеме, то их размещают на другой стороне, где расположены печатные дорожки. Светодиоды необходимо устанавливать мигающего типа, но можно монтировать и немигающие диоды, при условии, что они будут светиться ярким красным светом. Для таких целей применяют АЛ 307 КМ или L 1543 SRC — Е.
Можно выполнить сборку более простых исполнений приборов, но они будут иметь определенными особенностями.
Достоинства и недостатки, отличия от заводских моделей
Если перечислять достоинства стабилизаторов, изготовленных самостоятельно, то основным достоинством является низкая стоимость. Производители приборов часто завышают цены, а своя сборка в любом случае обойдется меньшей стоимостью.
Другим преимуществом можно определить такой фактор, как возможность простого ремонта своими руками устройства, Ведь кто, если не вы знаете лучше устройство, собранное своими руками.
В случае поломки хозяин прибора сразу найдет неисправный элемент и заменит его на новый. Простая замена деталей создается таким фактором, что все детали приобретались в магазине, поэтому их можно будет легко снова купить в любом магазине.
Недостатком самостоятельно собранного стабилизатора напряжения необходимо выделить его сложную настройку.
Простейший стабилизатор напряжения своими руками
Рассмотрим, каким образом можно изготовить самостоятельно стабилизатор на 220 вольт собственными руками, имея под рукой несколько простых деталей. Если в вашей электрической сети напряжение значительно снижено, то такой прибор подойдет вам как нельзя кстати. Чтобы его изготовить, понадобится готовый трансформатор, и несколько простых деталей. Лучше взять такой пример прибора себе на заметку, так как получается неплохое устройство, обладающее достаточной мощностью, например, для микроволновки.
Для холодильников и различных других бытовых устройств понижение напряжения сети очень вредно, больше чем повышение. Если поднять величину напряжения сети, применяя автотрансформатор, то во время уменьшения напряжения сети на выходе прибора напряжение будет нормальной величины. А если в сети напряжение станет в норме, то на выходе мы получим повышенное значение напряжения. Например, возьмем трансформатор на 24 В. При напряжении на линии 190 В на выходе устройства получится 210 В, при значении сети 220 В на выходе получится 244 В. Это вполне допустимо и нормально для работы бытовых устройств.
Для изготовления нам понадобится основная деталь – это простой трансформатор, но не электронный. Его можно найти готовый, либо изменить данные на уже имеющемся трансформаторе, например, от сломанного телевизора. Трансформатор будем соединять по схеме автотрансформатора. Напряжение на выходе будет получаться примерно на 11% выше напряжения сети.
При этом нужно соблюдать осторожность, так как во время значительного перепада напряжения в сети в большую сторону, на выходе устройства получится напряжение, которое значительно превышает допустимую величину.
Автотрансформатор будет добавлять к напряжению линии сети всего 11%. Это значит, что мощность автотрансформатора берется также на 11% от мощности потребителя. Например, мощность микроволновки равна 700 Вт, значит трансформатор берем 80 Вт. Но лучше брать мощность с запасом.
Регулятор SA1 дает возможность, если нужно, подсоединять нагрузку потребителя без автотрансформатора. Конечно, это не полноценный стабилизатор, но зато для его изготовления не требуется больших вложений и много времени.
Принципиальные схемы стабилизаторов напряжения | Полезные статьи TEPLOCOM
21-05-2015
Основные типы стабилизаторов напряжения
В настоящее время большее распространение получили следующие типы стабилизаторов напряжения:
- релейные стабилизаторы;
- электронные стабилизаторы;
- электромеханические стабилизаторы.
Выбор типа стабилизатора напряжения определяется спецификой задачи, которую нужно решить. Различные схемы построения стабилизатора напряжения определяют основные параметры приборов. Среди важных параметров стабилизаторов следует выделить следующие:
- точность стабилизации;
- скорость стабилизации;
- надёжность работы;
- защита от электрических помех;
- срок эксплуатации;
- стоимость стабилизатора.
Рассмотрим принципы работы основных типов стабилизаторов напряжения и их принципиальные электрические схемы.
Схема работы релейного стабилизатора
Схема работы релейного стабилизатора напряжения основана на ступенчатом регулировании напряжения путем автоматической коммутации секций вторичной обмотки трансформатора. Коммутация секций обмоток происходит с помощью силовых реле, работой которых управляет электронная плата. Специальный процессор ведет контроль входного и выходного напряжения, вычисляет необходимое число трансформации и осуществляет коммутацию нужного числа силовых реле. Такая схема стабилизатора позволяет быстро и эффективно стабилизировать напряжение в нужном диапазоне.
Принципиальная электрическая схема релейного стабилизатора напряжения
Схема работы электронного стабилизатора
Схема работы электронного стабилизатора напряжения основана на ступенчатом регулировании напряжения путем автоматической коммутации секций вторичной обмотки трансформатора. Коммутация секций обмоток происходит с помощью силовых тиристоров, работой которых управляет электронный блок управления. Напряжение на выходе стабилизатора в случае применения схемы вольтодобавочного типа определяется суммированием основного и добавочного напряжения. Такая схема стабилизатора позволяет быстро и эффективно стабилизировать напряжение в нужном диапазоне, обеспечивая высокую надёжность и бесшумность работы.
Принципиальная электрическая схема релейного стабилизатора напряжения
Схема работы электромеханического стабилизатора
Схема работы электромеханического стабилизатора напряжения основана на плавном регулировании напряжения путём автоматической коммутации дополнительного числа витков вторичной обмотки трансформатора. Коммутация дополнительных витков трансформатора происходит с помощью подвижного контакта, приводимого в движение сервоприводом. Положением подвижного контакта управляет электронный или аналоговый блок управления. Как только напряжение на входе становиться большим или меньшим установленного, блок управления дает команду на перемещение подвижного контакта до момента установления правильного напряжения на выходе. Эта схема работы стабилизатора позволяет вести плавное и точное изменение напряжения. Однако время стабилизации напряжения в такой схеме стабилизатора достаточно велико. Большим минусом стабилизаторов, построенных по этой схеме, является физический износ подвижного контакта.
Принципиальная электрическая схема электромеханического стабилизатора напряжения
Читайте также по теме:
Тех. поддержка
Бастион в соц. сетях
Канал Бастион на YouTube
Цепь стабилизатора напряженияSMPS | Самодельные схемотехнические проекты
В статье описывается схема твердотельного импульсного стабилизатора напряжения сети без реле, использующая повышающий преобразователь с ферритовым сердечником и пару схем полумостовых драйверов. Идея была предложена мистером Макэнтони Бернардом.
Технические характеристики
В последнее время я начал искать стабилизаторы напряжения, которые используются в домашних условиях для регулирования подачи электроэнергии, повышения напряжения при низком уровне энергоснабжения и снижения при высоком уровне энергоснабжения.
Он построен на сетевом трансформаторе (железный сердечник), намотанном в стиле автотрансформатора, с множеством ответвлений 180, 200, 220, 240 В, 260 В и т. Д.
цепь управления с помощью реле выбирает правильное нажмите для вывода. Я думаю, вы знакомы с этим устройством.
Я задумал реализовать функцию этого устройства с помощью SMPS. Который будет иметь преимущество выдачи постоянного 220 В переменного тока и стабильной частоты 50 Гц без использования реле.
Я приложил к этому письму блок-схему концепции.
Пожалуйста, дайте мне знать, что вы думаете, есть ли смысл идти по этому пути.
Будет ли он действительно работать и служить той же цели? .
Также мне понадобится ваша помощь в секции преобразователя постоянного тока высокого напряжения.
С уважением
McAnthony Bernard
Конструкция
Предлагаемая схема стабилизатора сетевого напряжения на основе твердотельного ферритового сердечника без реле может быть понята, обратившись к следующей схеме и последующему объяснению.
RVCC = 1K.1 Вт, CVCC = 0,1 мкФ / 400 В, CBOOT = 1 мкФ / 400 В
На приведенном выше рисунке показана фактическая конфигурация для реализации стабилизированного выхода 220 В или 120 В независимо от колебаний входного сигнала или перегрузки при использовании пары неизолированных каскадов процессора повышающего преобразователя.
Здесь две микросхемы МОП-транзисторов с драйвером полумоста становятся ключевыми элементами всей конструкции. Используемые микросхемы — это универсальные IRS2153, которые были разработаны специально для управления МОП-транзисторами в режиме полумоста без необходимости использования сложных внешних схем.
Мы можем видеть два идентичных каскада драйвера полумоста, где левый драйвер используется в качестве каскада повышающего драйвера, а правая сторона настроена для обработки повышающего напряжения в синусоидальный выходной сигнал 50 Гц или 60 Гц в сочетании с внешним цепь управления напряжением.
Микросхемы внутренне запрограммированы на выполнение фиксированного 50% рабочего цикла на выходных выводах через топологию тотемного полюса. Эти распиновки связаны с силовыми МОП-транзисторами для реализации предполагаемых преобразований.Микросхемы также оснащены внутренним генератором для включения требуемой частоты на выходе, частота которой определяется внешней сетью Rt / Ct.
Использование функции отключения
В ИС также имеется функция отключения, которая может использоваться для остановки выхода в случае перегрузки по току, перенапряжения или любой внезапной катастрофической ситуации.
Для получения дополнительной информации о микросхемах драйвера полумоста th is , вы можете сослаться на в этой статье: IC IRS2153 (1) D — Распиновка выводов, пояснения по применению сбалансирован благодаря высокотехнологичной внутренней загрузке и обработке мертвого времени, которые обеспечивают безупречную и безопасную работу подключенных устройств.
В обсуждаемой схеме стабилизатора сетевого напряжения SMPS левый каскад используется для генерации около 400 В из входа 310 В, полученного путем выпрямления входа сети 220 В.
Для входа 120 В каскад может быть настроен на генерирование около 200 В через показанную катушку индуктивности.
Индуктор может быть намотан на любой стандартный узел EE сердечник / бобина с использованием 3 параллельных (бифилярных) жил 0,3 мм суперэмалированного медного провода и примерно 400 витков.
Выбор частоты
Частота должна быть установлена путем правильного выбора значений Rt / Ct таким образом, чтобы высокая частота около 70 кГц была достигнута для левой ступени повышающего преобразователя на показанной катушке индуктивности.
Правая ИС драйвера позиционируется для работы с вышеупомянутым 400 В постоянного тока от повышающего преобразователя после соответствующего выпрямления и фильтрации, как можно видеть на схеме.
Здесь значения Rt и Ct выбраны для получения приблизительно 50 Гц или 60 Гц (в соответствии со спецификациями страны) на выходе подключенных МОП-транзисторов
Однако выходной сигнал с правой стороны каскада драйвера может достигать 550 В и его необходимо отрегулировать до желаемого безопасного уровня, около 220 В или 120 В
Для этого включена простая конфигурация усилителя ошибки операционного усилителя, как показано на следующей диаграмме.
Схема коррекции перенапряжения
Как показано на диаграмме выше, на этапе коррекции напряжения используется простой компаратор операционного усилителя для обнаружения состояния перенапряжения.
Схема должна быть настроена только один раз, чтобы получить постоянное стабилизированное напряжение на заданном уровне, независимо от колебаний входа или перегрузки, однако они не могут быть превышены за пределы указанного допустимого предела конструкции.
Как показано, питание усилителя ошибки поступает от выхода после соответствующего выпрямления переменного тока в чистый стабилизированный малым током 12 В постоянного тока для схемы.
Вывод №2обозначен как вход датчика для ИС, в то время как неинвертирующий вывод №3 привязан к фиксированному напряжению 4,7 В через ограничивающую цепь стабилитрона.
Вход считывания извлекается из нестабилизированной точки в цепи, а выход ИС подключается к контакту Ct правой ИС драйвера.
Этот вывод функционирует как вывод выключения для ИС, и как только он достигает низкого уровня ниже 1/6 своего Vcc, он мгновенно блокирует выходные сигналы, подаваемые на МОП-транзисторы, останавливая работу.
Предварительная установка, связанная с контактом № 2 операционного усилителя, соответствующим образом регулируется таким образом, чтобы выходной сетевой переменный ток устанавливался до 220 В с доступного выхода 450 В или 500 В или до 120 В с выхода 250 В.
Пока на выводе №2 оказывается более высокое напряжение по сравнению с выводом №3, он продолжает поддерживать низкий уровень на выходе, что, в свою очередь, дает команду ИС драйвера отключиться, однако «выключение» мгновенно корректирует вход операционного усилителя, вынуждая его отозвать свой выходной сигнал низкого уровня, и цикл продолжает самокорректировать выходной сигнал до точных уровней, как определено предустановленной установкой контакта №2.
Схема усилителя ошибки стабилизирует этот выход, и поскольку схема имеет преимущество в виде значительного 100% запаса между напряжением источника входного сигнала и значениями регулируемого напряжения, даже в условиях чрезвычайно низкого напряжения выходам удается обеспечить фиксированное стабилизированное напряжение до нагрузки независимо от напряжения, то же самое происходит в случае, когда на выходе подключена несогласованная нагрузка или перегрузка.
Улучшение вышеуказанной конструкции:
Тщательное исследование показывает, что вышеуказанная конструкция может быть изменена и значительно улучшена для повышения ее эффективности и качества вывода:
- Катушка индуктивности на самом деле не требуется и может быть снята модернизирован до полной мостовой схемы, чтобы мощность была оптимальной для нагрузки
- Выход должен быть чисто синусоидальным, а не модифицированным, как можно ожидать в приведенной выше схеме
Все эти особенности были учтены и позаботились о в следующей модернизированной версии схемы твердотельного стабилизатора:
Работа схемы
- IC1 работает как обычная схема нестабильного мультивибратора, частота которой может быть отрегулирована путем изменения значения R1 соответствующим образом.Это определяет количество «столбов» или «рубок» для вывода SPWM.
- Частота от IC 1 на его контакте №3 подается на контакт №2 IC2, который подключен как генератор ШИМ.
- Эта частота преобразуется в треугольные волны на выводе №6 микросхемы IC2, который сравнивается с выборочным напряжением на выводе №5 микросхемы IC2
- На вывод №5 микросхемы IC2 подается образец синусоиды с частотой 100 Гц, полученной от мостового выпрямителя , после соответствующего снижения напряжения сети до 12 В.
- Эти образцы синусоидальной волны сравниваются с треугольными волнами на выводе №7 микросхемы IC2, что приводит к пропорционально уменьшенному SPWM на выводе №3 микросхемы IC2.
- Теперь, ширина импульса этого SPWM зависит от амплитуды синусоидального сигнала выборки от мостового выпрямителя. Другими словами, когда напряжение сети переменного тока выше, формируются более широкие SPWM, а когда напряжение сети переменного тока ниже, ширина SPWM уменьшается и пропорционально сужается.
- Вышеупомянутый SPWM инвертируется транзистором BC547 и применяется к затворам МОП-транзисторов нижнего уровня полной мостовой драйверной сети.
- Это означает, что, когда уровень сети переменного тока упадет, отклик на затворах МОП-транзистора будет в форме пропорционально более широких SPWM, а при увеличении сетевого напряжения переменного тока затворы будут испытывать пропорциональное ухудшение SPWM.
- Приведенное выше приложение приведет к пропорциональному увеличению напряжения на нагрузке, подключенной между сетью H-моста, всякий раз, когда входная сеть переменного тока падает, и, наоборот, нагрузка будет испытывать пропорциональное падение напряжения, если переменный ток имеет тенденцию подниматься выше опасного уровня. .
Как настроить схему
Определите приблизительную центральную точку перехода, в которой ответ SPWM может быть идентичен уровню сетевого переменного тока.
Предположим, вы выбрали 220 В, а затем отрегулируйте предустановку 1K так, чтобы нагрузка, подключенная к H-мосту, получала примерно 220 В.
Вот и все, настройка завершена, все остальное будет сделано автоматически.
В качестве альтернативы можно таким же образом исправить вышеуказанную настройку в сторону более низкого порогового уровня напряжения.
Предположим, что нижний порог составляет 170 В, в этом случае подайте 170 В в схему и отрегулируйте предустановку 1K, пока не найдете примерно 210 В на нагрузке или между плечами Н-моста.
Эти шаги завершают процедуру настройки, а остальные автоматически регулируются в соответствии с изменениями входного уровня переменного тока.
Важно : Подключите высокоэффективный конденсатор порядка 500 мкФ / 400 В через выпрямленную линию переменного тока, подаваемую в сеть H-моста, чтобы выпрямленный постоянный ток мог достигать до 310 В постоянного тока через ШИНУ H-моста. линий.
О компании Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какой-либо вопрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!
Автоматический стабилизатор напряжения от 5 кВА до 10 кВА — 220 В, 120 В
Стабилизатор напряжения в диапазоне кВА — это мощные стабилизаторы напряжения переменного тока, специально разработанные для контроля и стабилизации колебаний высокого напряжения для электрооборудования большой мощности.
В этой статье мы обсудим простую в создании 7-ступенчатую схему стабилизатора с высокой мощностью порядка 5000–1000 Вт, которую можно использовать для управления колебаниями в сети переменного тока и для получения очень точных стабилизированных выходов напряжения для наших бытовых электроприборов. .
Работа схемы
Предлагаемая схема стабилизатора напряжения сети с 7 релейными операционными усилителями, управляемая Accurate, довольно проста. В нем используются дискретные операционные усилители, подключенные в качестве компараторов для измерения уровней напряжения.
Как видно на диаграмме, инвертирующие входы каждого операционного усилителя снабжены последовательно увеличивающимися опорными уровнями напряжения через серию предустановок, которые снижают определенное количество напряжения на себе.
Каждый операционный усилитель сравнивает это напряжение с общим образцом переменного напряжения сети, подаваемого на неинвертирующие входы операционных усилителей.
Пока этот образец напряжение ниже эталонного уровня соответствующих операционных усилителей держать их выходов на низком уровне и последующие этапы реле транзистор остаются неактивными, однако в случае, если уровни напряжения имеет тенденцию к переходу от его нормального диапазона, соответствующие реле запуска и переключение режимов трансформатор отключается, чтобы выходной сигнал был соответствующим образом уравновешен и скорректирован.
Например, если входное напряжение переменного тока имеет тенденцию к падению, верхние реле могут срабатывать, соединяя соответствующие ответвления с более высоким напряжением с выходом, и наоборот, если напряжение стремительно растет.
Здесь выходные межсоединения операционного усилителя гарантируют, что только одна оптопара и, следовательно, только одно реле активируется одновременно.
Список деталей
- P1 — P8 = 10 K предустановка,
- A1 — A8 = IC 324 (2 шт.)
- R1 — R8 = 1 K,
- Все диоды = 1N4007 ,
- Все реле = 12 В, 400 Ом, SPDT,
- Все оптопары = MCT2E или эквивалентные,
Трансформатор = Pink Tap — это нормальный отвод напряжения, верхние отводы находятся в убывающем порядке на 25 В, а нижние отводы — в порядке возрастания 25 вольт.
Полная принципиальная схема предлагаемого точного 7-ступенчатого стабилизатора напряжения сети с управляемым операционным усилителем.
IC LM324 Подробная информация о распиновке
Принципиальная схема
Обновление до твердотельной версии с использованием SSR
На приведенной ниже диаграмме показана довольно простая конструкция стабилизатора напряжения, способного удерживать огромную выходную мощность в диапазоне от 5 до 10 кВА. Использование SSR или твердотельных реле делает выходной каскад простым в настройке и очень точным — благодаря современным SSR, которые разработаны для выдачи большой мощности в ответ на меньшие входные потенциалы постоянного тока.
Схема Описание
Предлагаемая схема простого высокопроизводительного автоматического стабилизатора напряжения проста для понимания. Все операционные усилители работают в стандартных режимах компаратора напряжения.
Предустановки с P1 по P7 могут быть отрегулированы в соответствии с требуемыми точками отключения, которые будут соответствовать переключению выходного SSR и последующим выборам ответвлений трансформатора.
Центральный зеленый TAP — это нормальное выходное напряжение, нижние TAP постепенно производят более высокие напряжения, а верхние TAP настроены на более низкие напряжения.
Эти TAP выбираются соответствующими SSR в ответ на изменяющиеся напряжения переменного тока, таким образом регулируя выходное напряжение для приборов, близкое к нормальному уровню.
Эта схема была запрошена г-ном Александаром, и данные SSR были предоставлены им.
Список деталей
- R1 — R9 = 1K, 1/4 Вт,
- P1 — P7 = 10K предустановка,
- C1 = 1000uF / 25V
- VR1 = 1K Preset,
- операционных усилителей = IC 324,
Трансформатор = вход 230 вольт или 120 вольт, отводы — уровни увеличения / уменьшения напряжения (TAP) согласно индивидуальным спецификациям.
SSR = 10 кВА / 230 В = выход, от 5 до 32 В постоянного тока = вход
Полная принципиальная схема предлагаемой простой схемы автоматического стабилизатора напряжения от 5 до 10 кВА при 220 В, 120 В
Цепь стабилизатора напряжения твердотельного SSR Диаграмма
SSR Image
О компании Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!
| Самодельные схемные проекты
В этом посте обсуждается простая конструкция схемы, которая обеспечивает идеально стабилизированное сетевое напряжение 220 В или 120 В на подключенной нагрузке без использования реле или трансформаторов, а за счет использования точно рассчитанных и самонастраивающихся импульсов ШИМ. Идея была предложена мистером Мэтью.
Технические характеристики
Об оптимизаторе мощности (стабилизаторе) Мне нужна простая печатная плата, которую можно установить в нашу защиту питания (конденсаторную батарею) с SPD и ELCB для 1 и 3 фазы.
В настоящее время мы производим его без какой-либо электронной схемы. Поэтому мы планируем добавить одну печатную плату для оптимизатора мощности, чтобы уравновесить падение напряжения или перенапряжение.
Наша продукция пользуется хорошим спросом, поэтому мы планируем представить нашу силовую защиту со стабилизатором напряжения для наших однофазных и трехфазных устройств. В этом случае нам нужна очень простая и менее дорогая печатная плата для наших новых моделей.
Надеюсь, вы понимаете, что именно мне нужно.Как я уже говорил вам в своей предыдущей почте, если вы сможете спроектировать печатную плату или поставить ее с компонентами, это будет преимуществом, потому что в нашей стране компоненты очень трудно найти. Наш 1-фазный — 220 В / 50 Гц с 12k и 3-фазный / 415 В / 50 Гц 40k
Я жду вашего ответа в ближайшее время.
Пожалуйста, добавляйте меня в Skype для любого обсуждения или в viber, whatsup Спасибо Мэтью
Дизайн
По запросу стабилизатор сетевого напряжения должен быть компактным и желательно бестрансформаторным.Поэтому схема на основе ШИМ выглядела наиболее подходящим вариантом для предлагаемого приложения.
Здесь входной сетевой переменный ток сначала выпрямляется в постоянный, затем преобразуется в прямоугольный переменный ток, который, наконец, настраивается на правильный уровень среднеквадратичного значения для получения требуемого стабилизированного сетевого выхода. Таким образом, в основном выходной сигнал будет прямоугольным, но с правильным среднеквадратичным уровнем.
Rt / Ct микросхемы IRS2453 следует выбирать соответствующим образом, чтобы получить частоту 50 Гц в сети H-моста.
Показанная схема сетевого стабилизатора ШИМ в основном состоит из двух изолированных каскадов. Левая сторона схемы сконфигурирована вокруг специализированной двухполупериодной ИС инвертора H-моста и связанных с ней мощных полевых транзисторов.
Чтобы узнать больше об этом простом, но очень сложном H-мостовом инверторе, вы можете обратиться к этой статье под названием: «Простейшая схема полного мостового инвертора»
Как можно увидеть на диаграмме, здесь предполагаемая нагрузка размещена слева / правые рычаги полного моста MOSFET.
Схема правой стороны, которая сделана с использованием пары 555 каскадов IC, формирует каскад генератора ШИМ, в котором генерируемый ШИМ зависит от напряжения сети.
Здесь IC1 сконфигурирован для генерации прямоугольных сигналов с определенной установленной согласованной скоростью и подает на IC2 для преобразования этих прямоугольных сигналов в соответствующие треугольные волны.
Затем треугольные волны сравниваются с потенциалом на выводе №5 микросхемы IC2, чтобы сгенерировать пропорционально согласованный сигнал ШИМ на выводе №3.
Это означает, что потенциал на выводе № 5 можно регулировать и настраивать для получения любой желаемой скорости ШИМ.
Эта функция используется здесь путем присоединения сборки LDR / LED вместе с эмиттерным повторителем через контакт № 5 IC2.
Внутри узла светодиода / LDR светодиод связан с входным напряжением сети, так что его интенсивность пропорционально изменяется в ответ на изменение напряжения сети.
Вышеупомянутое действие, в свою очередь, создает пропорционально увеличивающиеся или уменьшающиеся значения сопротивления по отношению к присоединенному LDR.
Сопротивление LDR влияет на базовый потенциал эмиттерного повторителя NPN, который, соответственно, подстраивает потенциал вывода №5, но в обратном соотношении, то есть, поскольку потенциал сети имеет тенденцию к увеличению, потенциал на выводе №5 IC 2 пропорционально потянул вниз и наоборот.
Когда это происходит, ШИМ на выводе № 3 ИС сужается по мере увеличения сетевого потенциала и расширяется по мере его уменьшения.
Эта автоматическая регулировка ШИМ подается на затворы полевых МОП нижнего уровня H-моста, который, в свою очередь, гарантирует, что напряжение (RMS) на нагрузке соответствующим образом отрегулировано с учетом колебаний сети.
Таким образом, сетевое напряжение становится идеально стабилизированным и поддерживается на разумно правильном уровне без использования каких-либо реле или трансформаторов.
Примечание: выпрямленное напряжение на шине постоянного тока получается путем соответствующего выпрямления и фильтрации сетевого напряжения переменного тока, поэтому здесь напряжение может быть около 330 В постоянного тока.
О Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, схемотехник / конструктор печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем сайта: https: // www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими новаторскими идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!