Site Loader

Содержание

Параметрический стабилизатор напряжения

В слаботочных схемах с нагрузками не более 20 мА используется устройство с низким коэффициентом полезного действия, известное как параметрический стабилизатор напряжения. В конструкцию данных приборов входят транзисторы, стабисторы и стабилитроны. Они используются преимущественно в компенсационных стабилизирующих устройствах как опорные источники напряжения.

Содержание

Схема параметрического стабилизатора

В зависимости от технических характеристик, параметрические стабилизаторы могут быть однокаскадными, многокаскадными и мостовыми. Стабилитрон, находящийся в составе конструкции, напоминает обратно включенный диод. Однако пробой напряжения в обратном направлении, характерный для стабилитрона, является основой его нормального функционирования. Данное свойство широко применяется для различных схем, в которых нужно создать ограничение входного сигнала по напряжению.

Параметрические стабилизаторы относятся к быстродействующим устройствам, они защищают чувствительные участки схем от импульсных помех. Использование этих элементов в современных схемах стало показателем их высокого качества, обеспечивающего стабильную работу оборудования в различных режимах. Основой параметрического стабилизатора является схема включения стабилитрона, использующаяся также и в других типах стабилизаторов в качестве источника опорного напряжения.

Стандартная схема состоит из делителя напряжения, который, в свою очередь включает в себя балластный резистор R1 и стабилитрон VD. Параллельно стабилитрону включается сопротивление нагрузки RH. Данная конструкция стабилизирует выходное напряжение при изменяющемся напряжении питания Uп и токе нагрузки Iн.

Работа схемы происходит в следующем порядке. Напряжение, увеличивающееся на входе стабилизатора, вызывает увеличение тока, проходящего через резистор R1 и стабилитрон VD. Напряжение стабилитрона остается неизменным за счет его вольтамперной характеристики. Соответственно, не изменяется и напряжение на сопротивлении нагрузки. В результате, все измененное напряжение будет поступать на резистор R1. Принцип работы схемы дает возможность для расчетов всех необходимых параметров.

Расчет параметрического стабилизатора

Качество работы стабилизатора напряжения оценивается по его коэффициенту стабилизации, определяемого по формуле: КстU= (ΔUвх/Uвх) / (ΔUвых/Uвых). Далее расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне осуществляется в соответствии с сопротивлением балластного резистора Ro и типом используемого стабилитрона.

Для расчета стабилитрона применяются следующие электрические параметры: Iст.макс – максимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольтамперной характеристики; Iст.мин – минимальный ток стабилитрона на рабочем участке вольтамперной характеристики; Rд – дифференциальное сопротивление на рабочем участке вольтамперной характеристики. Порядок расчета можно рассмотреть на конкретном примере. Исходные данные будут следующие: Uвых= 9 В; Iн= 10 мА; ΔIн= ± 2 мА; ΔUвх= ± 10%Uвх.

В первую очередь в справочнике выбирается стабилитрон марки Д814Б, параметры которого составляют: Uст= 9 В; Iст. макс= 36 мА; Iст.мин= 3 мА; Rд= 10 Ом. После этого выполняется расчет входного напряжения по формуле: Uвх=nстUвых, в которой nст является коэффициентом передачи стабилизатора. Работа стабилизирующего устройства будет наиболее эффективной когда nст, составляет 1,4-2,0. Если nст = 1,6, то Uвх= 1,6 х 9 = 14,4В.

На следующем этапе выполняется расчет сопротивления балластного резистора (Ro). Для этого применяется следующая формула: Rо= (Uвх–Uвых) / (Iст+Iн). Значение тока Iст выбирается по принципу: Iст ≥ Iн. В случае одновременного изменения Uвх на величину ΔUвх и Iн на величину ΔIн, не должно быть превышения током стабилитрона значений Iст.макс и Iст.мин. В связи с этим, Iст берется как среднее допустимое значение в данном диапазоне и составляет 0,015А.

Таким образом, сопротивление балластного резистора будет равно: Rо= (14,4 – 9) / (0,015 + 0,01 ) = 216 Ом. Ближайшее стандартное сопротивление составит 220 Ом. Для того чтобы выбрать нужный тип резистора, нужно выполнить расчет мощности, рассеиваемой на его корпусе. Используя формулу Р = I2Rо, получаем значение Р = (25· 10-3)2х 220 = 0,138 Вт. То есть стандартная мощность рассеивания резистора будет 0,25Вт. Поэтому для схемы лучше всего подойдет резистор МЛТ-0,25-220 Ом ± 10 %.

После выполнения всех расчетов нужно проверить, правильно ли выбран режим работы стабилитрона в общей схеме параметрического стабилизатора. Вначале определяется его минимальный ток: Iст.мин= (Uвх–ΔUвх–Uвых) /Rо – (Iн+ΔIн), с реальными параметрами получается значение Iст.мин= (14,4 – 1,44 – 9) х 103/ 220 – (10 + 2) = 6 мА. Такие же действия выполняются для определения максимального тока: Iст.макс= (Uвх+ΔUвх–Uвых) /Rо – (Iн–ΔIн). В соответствии с исходными данными, максимальный ток составит: Iст.макс= (14,4 + 1,44 – 9) · 103/ 220 – (10 – 2) = 23 мА. Если полученные значения минимального и максимального тока выходят за допустимые пределы, то в этом случае нужно изменить Iст или сопротивление резистора Rо. В некоторых случаях требуется замена стабилитрона.

Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Для любой радиоэлектронной схемы обязательно наличие источника питания. Они могут быть постоянного и переменного тока, стабилизированными и нестабилизированными, импульсными и линейными, резонансными и квазирезонансными. Такое разнообразие дает возможность выбора источников питания для разных схем.

В наиболее простых электронных схемах, где не требуется высокая стабильность питающего напряжения или большая выходная мощность, чаще всего применяются линейные источники напряжения, отличающиеся надежностью, простотой и низкой стоимостью. Их составной частью служат параметрические стабилизаторы напряжения и тока в конструкцию которых входит элемент, имеющий нелинейную вольтамперную характеристику. Типичным представителем таких элементов является стабилитрон.

Данный элемент относится к особой группе диодов, работающих в режиме обратной ветви вольтамперной характеристики в области пробоя. При включении диода в прямом направлении от анода к катоду (от плюса к минусу) с напряжением Uпор, через него начинает свободно проходить электрический ток. Если же включено обратное направление от минуса к плюсу, то через диод проходит лишь ток Iобр, составляющий всего несколько мкА. Увеличение на диоде обратного напряжения до определенного уровня приведет к его электрическому пробою. При достаточной величине силы тока диод выходит из строя под действием теплового пробоя. Работа диода в области пробоя возможна в случае ограничения тока, проходящего через диод. В различных диодах напряжение пробоя может составлять от 50 до 200В.

В отличие от диодов, вольтамперная характеристика стабилитрона имеет более высокую линейность, в условиях постоянного напряжения пробоя. Таким образом, для стабилизации напряжения с помощью этого устройства обратная ветвь вольтамперной характеристики. На участке прямой ветви работа стабилитрона происходит точно так же, как и у обычного диода.

В соответствии со своей вольтамперной характеристикой, стабилитрон обладает следующими параметрами:

  • Напряжение стабилизации – Uст. Зависит от напряжения на стабилитроне во время протекания тока Iст. Диапазон стабилизации у современных стабилитронов находится в пределах от 0,7 до 200 вольт.
  • Максимально допустимый постоянный ток стабилизации – Iст.max. Ограничивается величиной максимально допустимой рассеиваемой мощности Рmax, которая, в свою очередь тесно связана с температурой окружающей среды.
  • Минимальный ток стабилизации — Iст.min. Зависит от минимального значения тока, проходящего через стабилитрон. При этом токе должно быть полное сохранение работоспособности устройства. Вольтамперная характеристика стабилитрона между параметрами Iст.max и Iст.min имеет наиболее линейную конфигурацию, а изменение напряжения стабилизации очень незначительно.
  • Дифференциальное сопротивление стабилитрона – rст. Данная величина определяется как отношение приращения напряжения стабилизации на устройстве к малому приращению тока стабилизации, вызвавшему это напряжение (ΔUCT/ ΔiCT).

Параметрический стабилизатор на транзисторе

Работа параметрического стабилизатора на транзисторах почти ничем не отличается от аналогичного устройства на стабилитроне. В каждой схеме напряжение на выходах остается стабильным, поскольку их вольтамперные характеристики затрагивают участки с падением напряжения, слабо зависящим от тока. То есть, как и в других параметрических стабилизаторах, стабильные показатели тока и напряжения достигаются за счет внутренних свойств компонентов.

Падение напряжения на нагрузке будет таким же, как и разность падения напряжения стабилитрона и р-п перехода транзистора. Падение напряжения в обоих случаях слабо зависит от тока, отсюда можно сделать вывод, что выходное напряжение также является постоянным.

Параметрический стабилизатор напряжения Электроника, Микроэлектроника , Элементная…

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про параметрический стабилизатор напряжения, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое параметрический стабилизатор напряжения , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.

параметрический стабилизатор напряжения

Во многих радиоэлектронных устройствах, где используются источники вторичного электропитания, обязательно предъявляются требования поддержания напряжения или тока на определенном неизменном уровне, независимо от возможных изменений входного напряжения и выходного тока. Для обеспечения этой задачи используют стабилизаторы напряжения или тока. В данном учебно-методическом пособии рассматриваем параметрический стабилизатор напряжения на полупроводниковом стабилитроне. Параметрические стабилизаторы имеют простую конструкцию и высокую надежность, но имеют низкий КПД.

Схема параметрического стабилизатора напряжений рис. 4 состоит из балластного резистора Rбал (для ограничения тока через стабилитрон), и стабилитрона, подключенного параллельно нагрузке, выполняющий основную функцию стабилизации.


Рис. 4 Схема параметрического стабилизатора напряжения
Основные соотношения токов и напряжений в стабилизаторе определяются первым и вторым законами Кирхгофа:

Принцип действия параметрического стабилизатора

Принцип действия параметрического стабилизатора постоянного напряжения удобно объяснять с помощью рис.

5, на котором изображены вольтамперная характеристика (ВАХ) стабилитрона и «опрокинутая» ВАХ балластного резистора. Работа стабилизатора напряжения происходит следующим образом. При изменении на напряжения на входе стабилизатора U, происходит соответствующее изменение тока I, а, следовательно изменятся токи стабилитрона и нагрузки . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Однако при изменении тока стабилитрона напряжение на нем изменится на очень маленькую величину в соответствии с ВАХ стабилитрона (рис.5), т.е. почти не изменится. Согласно второму закону Кирхгофа, при изменении входного напряжения, падение напряжения на балластном сопротивлении изменится пропорционально току, оказывается равным приращению входного напряжения. Другими словами, все приращение входного напряжения падает на балластном сопротивлении, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке почти не изменится. Запишем математически выше сказанное:

U ± ∆U = (Iст + Iн ±∆Iст)•Rбал + Uн

Принимая, U = const и Rн = const, получаем Iн = const, при этом условие сохранения рабочей точки стабилитрона на участке АВ вольтамперной характеристики (рис. 5) определяется по формуле:

±∆U = ±∆IстRбал


Рис. 5. Пояснение принципа действия стабилизатора напряжения

Из этого следует, что нормальная работа быть обеспечена соответствующим выбором величины балластного сопротивления. Тогда, при изменении напряжении на входе стабилизатора, не нарушается нормальные пределы стабилизации выходного напряжения Uн.
При стабилизации напряжения принимая, Iн = var и Rн = var и U = const, на входе стабилизатора происходит перераспределение токов между нагрузкой и стабилитроном с сохранением неизменным напряжения на стабилитроне и падения напряжения на балластном сопротивлении в соответствии с уравнением:

U = I•Rбал + Uн = ((Iн ± ∆Iн) + (Iст ± ∆Iст))•Rбал + Uн

Для нормальной работы стабилизатора, при изменяющейся нагрузки, изменение тока не должно приводить к выходу тока стабилитрона за пределы максимального и минимального допустимых его значений.
При условии U = const и Rн = const, расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать стабилитрон и выбрать величину Rбал, тогда из системы уравнений (1) получаем формулу для расчета Rбал:

Сопротивление резистора должно быть таким, чтобы ток стабилитрона был бы не менее Iст min, т. е. не выходил за пределы рабочего участка АВ (рис.5) ВАХ стабилитрона. 
Балластное сопротивление определяет основные потери стабилизатора, поэтому параметрические стабилизаторы используют только в маломощных схемах.

Стабилитрон выбирается по параметрам из справочника:
1. Iст max – максимально допустимый ток стабилитрона; 
2. Uст – напряжение стабилизации;
3. Iст min — минимальный ток стабилитрона.

 

Основные параметры стабилизатора:

1. Коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений. Коэффициент стабилизации характеризует качество работы стабилизатора.

2. Выходное сопротивление стабилизатора
Rвых = Rдиф
Для нахождения Кст и Rвых рассматривается схема замещения стабилизатора для приращений рис.6. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току Rдиф является параметром стабилизатора.


Рис. 6 Схема замещения параметрического стабилизатора напряжения
Дифференциальное сопротивление Rдиф определяется из уравнения:

Для схемы замещения получаем коэффициент стабилизации с учетом, что Rн >> Rдиф и Rбал >> Rдиф,:

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения Кст = 5 ÷ 30
Для получения повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов.
Параллельное включение стабилитронов не допускается. С целью увеличения коэффициента стабилизации возможно каскадное включение нескольких параметрических стабилизаторов напряжения

А как ты думаешь, при улучшении параметрический стабилизатор напряжения, будет лучше нам? Надеюсь, что теперь ты понял что такое параметрический стабилизатор напряжения и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база

Из статьи мы узнали кратко, но емко про параметрический стабилизатор напряжения

Расчёт компенсационного стабилизатора напряжения

При проектировании источников питания электронной аппаратуры предъявляются высокие требования к стабильности питающего напряжения. Как медленные, так и быстрые колебания (нестабильности и пульсации) напряжения питания существенно изменяют режимы и параметры работы радиоэлектронных схем. Причинами нестабильности могут быть колебания напряжения и частоты питающей сети, изменения нагрузки, пульсации выпрямленного напряжения, колебания влажности окружающей среды. Например, для питания измерительных устройств, работающих с точностью 0,1%, требуется стабильность напряжения питания не хуже 0,01%.

Компенсационный стабилизатор

Различают компенсационные стабилизаторы напряжения непрерывного и импульсного действия. Стабилизаторы напряжения непрерывного действия представляют собой систему автоматического регулирования, в которой фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением эталонного (опорного) напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и должен воздействовать на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось вернуться к заданному уровню.

В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, представляющий собой цепочку, состоящую из резистора и стабилитрона. В зависимости от способа включения регулирующего элемента различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типов.
Структурная схема компенсационного стабилизатора последовательного типа представлена на рис. В этой схеме регулирующий элемент РЭ включен последовательно с нагрузкой и играет роль управляемого балластного сопротивления. Схему, состоящую из регулирующего элемента и сопротивления нагрузки можно представить как делитель напряжения, в котором определённая часть входного напряжения «падает» на сопротивлении нагрузки, а всё остальное напряжение – на регулирующем элементе. При этом, и все изменения входного напряжения отражаются не на нагрузке, а на регулирующем элементе.
      Опорное стабилизированное напряжение формируется источником опорного напряжения ИОН. Схема сравнения СС сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением Uоп. Разностный сигнал рассогласования
Uн — Uоп
, формируемый схемой сравнения СС, поступает на вход усилителя постоянного тока У, усиливается и воздействует на регулирующий элемент РЭ.
      Если в нагрузке оказывается напряжение большее, чем опорное Uоп – имеет место положительный сигнал рассогласования (Uн — Uоп) > 0, тогда внутреннее сопротивление РЭ возрастает и падение напряжения Uрэ на нем увеличивается. Так как регулирующий элемент и нагрузка включены последовательно, то при увеличении Uрэ выходное напряжение уменьшается.
      При уменьшении выходного напряжения , отрицательном сигнале рассогласования (Uн — Uоп) , наоборот, внутреннее сопротивление РЭ и падение напряжения на нем уменьшаются, что приводит к возрастанию выходного напряжения .
      Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа на транзисторах приведена на следующем рисунке. Для более простого понимания того, как работает схема, мы рассмотрим её работу поэлементно.
      Источник опорного напряжения выполнен на резисторе Rб и стабилитроне VD.
      Схема сравнения выполнена по принципу измерительного моста. Это – типовая измерительная схема сравнения, которая довольно часто применяется в различных схемах, поэтому актуальна не только в стабилизаторах напряжения.
      Рассмотрим измерительный мост более подробно. Для этого мы изобразим его отдельно от остальных элементов стабилизатора.
      Источник опорного напряжения Rб-VD и делитель напряжения R1-R2-R3 подключены к выходу стабилизатора параллельно. Переменный резистор R2 для наглядности поделен на схеме на две половины – два постоянных резистора R2/1 и R2/2. Если к средним точкам этих цепочек подключить вольтметр, то он будет реагировать на разность напряжений, между этими точками. А если использовать вольтметр со шкалой, у которой нуль находится посередине, тогда наглядно будет видно в какой средней точке напряжение выше, а в какой ниже. Основное состояние измерительного моста, которое используется в стабилизаторе напряжения, это — явление баланса моста, состояние, при котором значение напряжения в средних точках равно.
Предположим, что сопротивление резисторов R1 и R3 равны, а «ползунок» резистора R2 находится в среднем положении. Тогда сопротивления плеч R1+R2/1 и R2/2+R3 равны. Это означает, что на выводе «ползунка» резистора R2 будет ровно половина находящегося на клеммах напряжения. Предположим, что мы подали на клеммы ровно 9 вольт, тогда в средней точке резисторов будет 4,5 вольта (ровно половина). Источник опорного напряжения мы поставим на напряжение стабилизации 4,5 вольта – равное значению средней точки делителя на резисторах R1, R2, R3. Поэтому, по причине отсутствия разности потенциалов в средних точках стрелка вольтметра будет стоять на нуле.
Если мы увеличим напряжение до 10 вольт, то в средней точке делителя R1+R2/1 и R2/2+R3 напряжение поднимется до 5 вольт, а на источнике опорного напряжения оно так и останется 4,5 вольта (стабилитрон не позволит увеличиться напряжению на своём кристале) и стрелка вольтметра отклонится влево на 0,5 вольта.
      Если наоборот, мы уменьшим напряжение до 8 вольт, то в средней точке делителя R1+R2/1 и R2/2+R3 напряжение уменьшится до 4 вольт, а на источнике опорного напряжения оно по-прежнему останется 4,5 вольта и теперь, стрелка вольтметра отклонится вправо на 0,5 вольта.
      А теперь вернёмся к схеме стабилизатора напряжения. В ней функцию вольтметра выполняет транзистор VT2, который в процессе работы схемы стабилизации используется в «рабочем» усилительном режиме (полуоткрытом состоянии). Роль регулирующего элемента в этой схеме стабилизатора играет транзистор VT1. Его задача – в случае нарушения баланса измерительного моста, определяемого базо-эмиттерным переходом, восстановить этот баланс путём изменения сопротивления перехода эмиттер-коллектор управляющего элемента, и как следствие — уменьшение, или увеличение выходного напряжения.
     При увеличении Uвх, выходное напряжение возрастает по абсолютному значению, создавая отрицательный сигнал рассогласования напряжения Uэ62 на входе усилителя постоянного тока, выполненного на транзисторе VT2. Транзистор, подключенный к средним точкам измерительного моста «приоткрывается». Ток коллектора транзистора VT2 возрастает, а потенциал коллектора VT2 становится более положительным относительно потенциала земли. Напряжение эмиттер-база транзистора VT1 уменьшается, что приводит к возрастанию внутреннего сопротивления транзистора VT1 и падению напряжения на нем. Выходное напряжение при этом уменьшается, стремясь к прежнему значению.
      При уменьшении входного напряжения Uвх наоборот, транзистор VT2 «призакрывается», что приводит к увеличению напряжения база-эмиттер транзистора VT1, в результате чего сопротивление транзистора уменьшается и выходное напряжение повышается, стремясь к номинальному напряжению стабилизации.
      Обратите внимание, что на схемах изображалась «точка» подключения к какому то источнику напряжения Е0. Для повышения коэффициента стабилизации схемы резистор , определяющий базовый ток регулирующего транзистора VT1, подключается к стабильному источнику напряжения – Е0. Если Е0 не стабилен, то его колебания передаются через резистор на базу регулирующего транзистора VT1 и ухудшают коэффициент стабилизации схемы. Довольно часто встречаются радиолюбительские схемы стабилизаторов, в которых резистор подключен напрямую ко входному контакту -Uвх. В результате этого, стабилизатор работает в качестве автоматического регулятора «среднего» выходного напряжения, и абсолютно не подавляет никакие пульсации сетевого напряжения.
Лучшим источником стабильного напряжения является гальванический элемент, но его использование в большинстве случаев – не оправдывает себя. В сложных устройствах с несколькими источниками стабилизированного питания часто для целей стабилизированного смещения одного более мощного стабилизатора используют выходное напряжение другого стабилизатора, но с меньшей нагрузкой.
      Наиболее простой способ – использовать дополнительный источник стабильного опорного напряжения, как показано на рисунке. Для исключения кратковременных скачков напряжения стабилизации, которые могут быть вызваны бросками входного напряжения, или сопротивления нагрузки, параллельно стабилитрону добавлен конденсатор С. Практически постоянно в радиолюбительской практике упускается важность этого источника опорного напряжения. В простейшем случае, как я писал, резистор подключается напрямую к -Uвх, без всяких стабилитронов. Выбирать Вам – допускать пульсацию, или нет. Я думаю три дополнительных радиоэлемента – резистор, стабилитрон и конденсатор в этой схеме стабилизатора не помешают.

Расчёт стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа и практические советы конструкторам

      Как и ранее, я не пишу сложные формулы радиолюбительских расчётов, которые отбивают желание вообще становиться радиолюбителями. Они мной применяются только тогда, когда их использование действительно необходимо. Кроме того, если Вы научитесь понимать их физический смысл, то Вы самостоятельно сможете применять их на практике для расчётов цепей.

      Расчёт стабилизированного блока питания мы будем проводить с использованием конкретной схемы, которую мы сначала изобразим, соблюдая правила построения схем, а потом рассчитаем на основе предъявляемых к ней требований.
      1. Прежде всего, обратите внимание, на то, что большинство блоков питания имеет минус на массе, поэтому мы так же выполняя условие – «минус на массе» изменим полярности диодов и конденсаторов, а кроме того — тип проводимости транзисторов с p-n-p на n-p-n.
      >2. Для повышения коэффициента стабилизации компенсационного стабилизатора в качестве регулирующего элемента мы будем использовать составной транзистор. Использование составного транзистора увеличивает коэффициент стабилизации на величину коэффициента усиления по току дополнительного транзистора, и на порядок увеличивает нагрузочную способность стабилизатора напряжения. Поэтому (см. схему) к ранее изученному стабилизатору, мы добавим этот транзистор VT3. Считаем, что каждый добавленный таким образом транзистор увеличивает нагрузочную способность в 10…20 раз, но не забываем, что основная часть мощности на него и «приложится». Поэтому чем мощнее транзистор, тем лучше.
      3. Ток через делитель Iдел состоящий из R1,R2,R3 выбирают обычно на порядок меньше (в 10 раз), чем ток, протекающий по цепи Rб, VD1. Увеличение или уменьшение тока делителя за счет снижения, или повышения сопротивлений R1,R2,R3 нецелесообразно, так как приводит к существенному уменьшению КПД, или чувствительности схемы к изменению выходного напряжения и его пульсациям.
      4. Резистор R2 предназначен для регулировки стабилизированного напряжения в небольших пределах. Пределы регулировок выходного напряжения такого стабилизатора ограничены параметрами стабилитрона – минимальным и максимальным током стабилизации. Как это выглядит практически, я затрону в процессе расчётов.
      5. Напряжение стабилизации дополнительного источника опорного напряжения, используемого для смещения транзистора регулирующего элемента должно не менее, чем в 1,5 раза превышать значение выходного напряжения стабилизатора. Иначе силовыми транзисторами VT2 и VT3 «нечем будет управлять» — напряжение на эмиттерах будет превышать базовое, и ни о какой стабилизации речи не будет.
      6. Предыдущее условие накладывает ограничения на нагрузочные способности стабилизатора потому, что разница входного и выходного напряжения стабилизатора помноженная на выходной ток, будет «падать» в виде рассеиваемой мощности на силовых транзисторах. Поэтому необходимо выбирать транзисторы способные выдерживать такую мощность – повторяется правило — чем мощнее транзистор, тем лучше. Но чем мощнее транзистор, тем меньше у него коэффициент передачи.

Расчёт

      Исходные данные (допустим, к разрабатываемому ИП предъявлены такие требования):
   — среднее выходное напряжение стабилизатора – 12 вольт;
   — максимальный ток нагрузки стабилизатора – 2 ампера;
   — используется трансформатор достаточной мощности, с выходным напряжением 25 вольт.

      При расчётах сложных схем, обычно идут «с конца к началу», поэтому, предлагаю начать с расчёта схем опорного напряжения и сравнения.

      1. Выберем стабилитрон измерительного моста Стабилитрон VD1 выбирается со значением напряжения стабилизации, равном половине выходного напряжения стабилизатора:

12в / 2 = 6 вольт

.
      При этом условии обеспечивается наилучшая стабилизация. Но стабилитрон на такое напряжение в рознице отсутствует, поэтому выбираем стабилитрон, максимально близкий по напряжению стабилизации – КС156А, у которого Uст = 5,6 вольт, Iст = 10 мА.

      2. Найдём резистор :
      На резисторе падает напряжение:

URб = Uвых – Uст = 12в – 5,6в = 6,4в

      Зная падение напряжения и ток стабилизации, по закону Ома определяем сопротивление резистора:

Rб = URб / = 6,4в/0,01А = 640 Ом

      Ближайшее значение сопротивления резистора по номинальному ряду — 620 Ом.
      Мощность резистора находим из условия РRб = URб * Iст * 2 = 6,4в * 0,01А * 2 = 0,128 Вт
      Если кто не знает, что в формуле обозначает цифра 2, поясню, это коэффициент запаса по мощности (чтобы резистор не грелся). Ближайшее наибольшее значение мощности резистора по номинальному ряду – 0,125 Вт.
      Таким образом, параметры Rб – 620 Ом на 0,125 Вт.

      3. Определим возможные значения выходного напряжения стабилизатора, при которых стабилизация происходит.
      Они ограничены предельными токами стабилитрона, стоящего в мостовой измерительной цепи.
   а) Определим минимальное (регулируемое) напряжение стабилизации: По справочнику минимальный ток стабилизации КС156А = 3 мА, при этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит:

Uвых.min = Uст + (Iст.min * Rб) = 5,6 в + (0,003 * 620) = 7,46 вольт

   б) Определим максимальное (регулируемое) напряжение стабилизации:
      По справочнику максимальный предельный ток стабилизации КС156А = 55 мА. Это большой ток, при котором стабилитрон будет греться и нужны дополнительные меры защиты, поэтому ограничимся значением, в 2 раза превышающем номинальное — 20 мА. При этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит:

Uвых.max = Uст + (Iст.max * Rб) = 5,6 в + (0,02 * 620) = 18 вольт

      Поскольку мощность прикладываемая к резистору возросла, для того, чтобы резистор не сгорел от большой прикладываемой мощности, его мощность следует увеличить до значения:

РRб = URб * Iст * 2 = 12,4 в * 0,02 А * 2 = 0,5 Вт

      Если Вы хотите, чтобы Ваш стабилизатор выдавал 18 вольт, то мощность резистора необходимо увеличить, но если Вы делаете стабилизатор на фиксированное напряжение (в данном случае 12 вольт), то этого можно не делать, удовлетворившись расчётом, приведённым в пункте 2.

      4. Рассчитаем делитель R1,R2,R3:
      Нам известно, что на стабилитроне КС156А падает – 5,6 вольта. А ещё мы знаем, что в режиме стабилизации, транзистор VT1 находится в «рабочей точке», это означает, что на его переходе база-эмиттер «падает» напряжение 0,65 вольта. А это в свою очередь означает, что на базе должно быть всегда 5,6 + 0,65 = 6,25 вольта относительно корпуса стабилизатора. База соединена с «ползунком» среднего регулировочного резистора, значит, это напряжение 6,25 вольта всегда присутствует на его «ползунке».
      Исходя из этого, можно составить, систему уравнений с тремя неизвестными, но это Вас только запутает, поэтому мы пойдем по более простому, но практичному пути.
      При максимальном напряжении стабилизации Uвых.max = 18 вольт, ползунок находится в нижнем по схеме положении, ток стабилизации Iст.max = 0,02 A, а ток делителя R1,R2,R3 в 10 раз меньше: Iцепи = 0,002 А , следовательно:

R3 = 6,25 / Iцепи = 6,25 / 0,002 = 3,125 кОм;
R1 + R2 = (Uвых.max — UR3) / Iцепи = 11,75 / 0,002 = 5,875 кОм.

      Суммарное сопротивление R1 + R2 + R3 = 5 875 + 3 125 = 9 кОм
      При минимальном напряжении стабилизации Uвых.min = 7,46 вольта, ток делителя будет:

Iцепи = Uвых.min / (R1 + R2 + R3) = 7,46 / 9000 = 0,00083 А

      найдем значение R1 = (Uвых.min – 6,25) / Iцепи = (7,46 – 6,25) / 0,00083 = 1,46 кОм,
      отсюда значение R2 = 5,88 – 1,46 = 4,42 Ом,
      округлим значения резисторов до значений номинального ряда: R1 = 1,5 кОм, R2 = 4,3 кОм (переменный), R3 = 3 кОм

      5. Рассчитаем второй источник опорного напряжения и смещения VT2.
      В качестве стабилитрона выбираем Д816А, у которого Uст = 22 вольта, Iст = 10 мА.
      Найдём Rсм.
      Выходное напряжение трансформатора после выпрямления и сглаживания фильтром = 25 вольт, тогда Rсм = (Uтр. — Uст) / Iст = 25 – 22 / 0,01А = 300 Ом.
      Мощность резистора РRсм = URсм / Iст = 3 *0,01 = 0,03 Вт, ближайшая из номинального ряда — 0,125 Вт
      Для стабильной работы цепи опорного напряжения Rсм VD2, необходимо, чтобы не оказывал на эту цепь шунтирующего действия. Поэтому ток должен быть не менее, чем в 2 раза меньше тока стабилитрона. Кроме того, на нём падает разность между входным и выходным напряжением: URк = Uтр. — Uвых. = 25 – 12 = 13 вольт,

   отсюда: Rк = URк / (Iст/2) = 13 / 0,005 = 2,7 кОм.

      Мощность РRк = URк * Iст / 2 = 13 *0,005 = 0,0325 Вт, ближайший 0,125 Вт.

      6. Наконец дело дошло до транзисторов.
      В качестве VT1 подойдёт транзистор КТ315Г. Он удовлетворяет требованиям:
   — достаточно высокий коэффициент усиления (передачи) h31Э = 50…350;
   — допустимое напряжение коллектор-эмиттер – 35 вольт.
      В качестве VT2 подойдёт транзистор КТ815 с любым буквенным индексом. Коэффициент передачи h31Э = 40 – 70 , обеспечивает усиление тока резистора с 5 мА до 250 мА;
      В качестве VT3 попробуем взять не то, что надо искать, а то, что есть — например КТ809А. Коэффициент передачи h31Э = 15…100 , что обеспечивает усиление тока с 250 мА до 3,7 А, но максимальный ток коллектора – 3 А это по справочнику – предел, нет «запаса прочности», поэтому ставим два транзистора в параллель. При выходном напряжении = 12 вольт и токе 2 ампера, на них должно падать 13 вольт, таким образом, общая мощность рассеивания транзисторов: РVT3 = UVT3 * I VT3 = 2 * 13 = 26 Вт.
      Это вполне приемлемое значение. Для выравнивания мощностей на транзисторах придётся использовать два резистора в эмитерных цепях выходных транзисторов. 0,05…1 Ом с мощностью по 2 Вт.

      7. Остался один резистор . Rэ = 0,65 / 2 * 50 = 16 Ом,
      где 0,65 – падение на переходе база-эмиттер, 2 – номинальный ток нагрузки = 2 ампер), 50 — усреднённое значение коэффициента передачи транзистора.

Итак, рисуем схему нашего стабилизатора
Дополнения к статье

      1. При выборе стабилитронов возможно последовательное их соединение, например два КС156А (по 5,6 вольта) можно соединить последовательно для получения стабилитрона на напряжение стабилизации 11,2 вольта;
      2. Для возможности регулировки выходного напряжения в более широких пределах цепочку источника опорного напряжения R3, VD6 (см. схему) подключают не к выходу, а на вход стабилизатора с применением цепей сглаживания (по аналогии с R1, VD5 и С2). Естественно, необходимо пересчитать резистор R3. В результате этого, входное напряжение ИОН не зависит от выходного напряжения, поэтому ток стабилизации номинальный и постоянен. Другой вариант расширения диапазона стабилизируемых напряжений — использование в качестве одного резистора Rб – галентного переключателя с несколькими резисторами;
      3. Для повышения нагрузочных свойств стабилизатора, и как следствие повышения надёжности рекомендую вместо двух КТ809А поставить один составной КТ827А без резисторов R4 – R6.
      4. Никогда не брезгуйте рассчитать мощность резисторов, иначе это может Вам выйти кучей сгоревших дорогих элементов;
      5. В приведённой схеме стабилизатора имеется защита по первичной обмотке трансформатора, а во вторичных цепях защита отсутствует. В простейшем случае поставьте на выходе стабилизатора двух-трехватный предохранитель, но лучше сделать более интеллектуальную схему защиты

Параметрический стабилизатор — основные параметры

В маломощных схемах на нагрузку до 20 миллиампер применяется устройство с малым коэффициентом действия, и называется параметрическим стабилизатором. В устройстве таких приборов имеются транзисторы, стабилитроны и стабисторы. Они применяются в основном в компенсационных устройствах стабилизации в качестве опорных источников питания. Параметрические стабилизаторы в зависимости от технических данных могут быть 1-каскадными, мостовыми и многокаскадными. Стабилитрон в устройстве прибора подобен подключенному диоду. Но обратный пробой напряжения больше подходит для стабилитрона и является базой его нормальной работы. Эта характеристика нашла популярность для разных схем, где необходимо создавать ограничение сигнала входа по напряжению. Такие стабилизаторы являются быстродействующими приборами, и защищают участки с повышенной чувствительностью от импульсных помех. Применение таких элементов в новых схемах является показателем их повышенного качества, которое обеспечивает постоянное функционирование в разных режимах.

Схема стабилизатора

Базой этого прибора является схема подключения стабилитрона, применяющаяся и в других видах приборов вместо источника питания. Схема включает в себя делитель напряжения из балластного сопротивления и стабилитрона, к которому параллельно подключена нагрузка. Устройство выравнивает напряжение на выходе при переменном питании и нагрузочном токе. Действие схемы происходит следующим образом. Напряжение, повышающееся на входе прибора, вызывает повышение тока, который проходит через сопротивление R1 и стабилитрон VD. На стабилитроне напряжение остается постоянным из-за его вольтамперной характеристики. Поэтому не меняется и напряжение на нагрузке. В итоге все преобразованное напряжение будет приходить на сопротивление R1. Такой принцип действия схемы позволяет сделать расчет всех параметров.

Принцип действия стабилитрона

Если стабилитрон сравнивать с диодом, то при подключении диода в прямом направлении по нему может проходить обратный ток, который имеет незначительную величину в несколько микроампер. При повышении обратного напряжения до некоторой величины возникнет пробой электрический, а если ток очень велик, то произойдет и тепловой пробой, поэтому диод выйдет из строя. Конечно, диод может работать при электрическом пробое при снижении тока, проходящего через диод. Стабилитрон спроектирован так, что его характеристика на участке пробоя имеет повышенную линейность, а разность потенциалов пробоя достаточно стабильна. Стабилизация напряжения с помощью стабилитрона выполняется при его функционировании на обратной ветви свойства тока и напряжения, а на прямой ветке графика стабилитрон работает как обычный диод. На схеме стабилитрон обозначается:

Параметры стабилитрона

Его главные параметры можно увидеть по характеристике напряжения и тока.

  • Напряжение стабилизации является напряжением на стабилитроне при прохождении тока стабилизации. Сегодня производятся стабилитроны с таким параметром, равным 0,7-200 вольт.
  • Наибольший допустимый ток стабилизации. Он ограничен величиной наибольшей допустимой мощности рассеивания, которая зависит от температуры внешней среды.
  • Наименьший ток стабилизации, рассчитывается наименьшей величиной тока, протекающего через стабилитрон, при этом сохраняется действие стабилизатора.
  • Дифференциальное сопротивление – это величина, равная отношению приращения напряжения к малому приращению тока.

Стабилитрон, подключенный в схеме как простой диод в прямом направлении, характеризуется величинами постоянного напряжения и наибольшим допустимым прямым током.

Расчет параметрического стабилизатора

Добротность функционирования прибора вычисляется по коэффициенту стабилизации, который вычисляется по формуле: Кст U = (ΔUвх / Uвх) / (ΔU вых / Uвых). Далее расчет стабилизатора с применением стабилитрона производится в сочетании с балластным резистором в соответствии с типом применяемого стабилитрона. Для расчета используются рассмотренные ранее параметры стабилитрона. Определим порядок расчета на примере. Возьмем исходные данные:

  • U вых=9 В;
  • I н =10мА;
  • ΔI н = ±2мА;
  • ΔU вх = ± 10% Uвх

По справочнику подбираем стабилитрон Д 814Б, свойства которого:

  • U ст = 9 В;
  • I ст. макс = 36 мА;
  • I ст. мин = 3 мА;
  • R д = 10 Ом.

Далее вычисляется входное напряжение: Uвх = nст *Uвых, где nст – коэффициент передачи. Функционирование стабилизатора станет эффективнее, если этот коэффициент будет в пределах 1,4-2. Если nст =1,6, то U вх= 1,6 * 9 = 14,4 В. На следующем шаге производится расчет балластного резистора. Используется формула: R о = (U вх – U вых) / (I ст + I н). Величина тока I ст выбирается: I ст ≥ I н. При изменении U вх на величину Δ Uвх и Iн на ΔIн, не может быть больше тока стабилитрона величин I ст. макс и I ст. мин. Поэтому, I ст берется в качестве среднего допустимой величины в этом интервале и равно 0,015 ампер. Значит, балластный резистор равен: R о = (14,4 – 9)/(0,015+0,01 )= 16 Ом. Ближнее стандартное значение составляет 220 Ом. Для выбора типа сопротивления, выполняется расчет рассеиваемой мощности на корпусе. Применяя формулу Р = I*2 R о, определяем величину Р = (25*10-3) * 2 * 220 = 0,138 ватт. Другими словами, стандартная мощность сопротивления равна 0,25 ватт. Поэтому лучше подойдет сопротивление МЛТ — 0,25 — 220 Ом. После осуществления расчетов необходимо проверить правильность выбора режима действия стабилитрона в схеме параметрического прибора. В первую очередь определяется его наименьший ток: Iст. Мин = (U вх – ΔU вх – U вых) / Rо – (I н + ΔI н), с практическими параметрами определяется величина I ст.мин = (14,4–1,44–9) * 103 / 220–(10+2) = 6 миллиампер. Такая же процедура производится для вычисления наибольшего тока: I ст. макс=(Uвх+ΔUвх–Uвых)/Rо–(Iн–ΔIн). По исходным параметрам, наибольший ток составит: Iст.макс=(14,4 + 1,44 – 9) * 103 / 220–(10 – 2)=23 миллиампер. Если в результате вычисленные значения наименьшего и наибольшего тока превосходят допустимые границы, то необходимо заменить I ст или резистор R о. Иногда требуется замена стабилитрона. https://www.youtube.com/watch?v=d1SzfLJTrYY

Параметрический стабилизатор напряжения

Главная | Обратная связь

Стабилизатор напряжения

 

Стабилиза́тор напряже́ния — 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.

 

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного напряжения и переменного напряжения. Как правило, вид напряжения на входе стабилизатора и на его выходе совпадают (постоянное либо переменное), но в некоторых типах стабилизаторов их виды разные.

 

Параметрический стабилизатор напряжения

 

Во многих радиоэлектронных устройствах, где используются источники вторичного электропитания, обязательно предъявляются требования поддержания напряжения или тока на определенном неизменном уровне, независимо от возможных изменений входного напряжения и выходного тока. Для обеспечения этой задачи используют стабилизаторы напряжения или тока. В данном учебно-методическом пособии рассматриваем параметрический стабилизатор напряжения на полупроводниковом стабилитроне. Параметрические стабилизаторы имеют простую конструкцию и высокую надежность, но имеют низкий КПД.

Схема параметрического стабилизатора напряжений рис. 4 состоит из балластного резистора Rбал (для ограничения тока через стабилитрон), и стабилитрона, подключенного параллельно нагрузке, выполняющий основную функцию стабилизации.

Рис. 4 Схема параметрического стабилизатора напряжения

Основные соотношения токов и напряжений в стабилизаторе определяются первым и вторым законами Кирхгофа:

Принцип действия параметрического стабилизатора

 

Принцип действия параметрического стабилизатора постоянного напряжения удобно объяснять с помощью рис. 5, на котором изображены вольтамперная характеристика (ВАХ) стабилитрона и «опрокинутая» ВАХ балластного резистора. Работа стабилизатора напряжения происходит следующим образом. При изменении на напряжения на входе стабилизатора U, происходит соответствующее изменение тока I, а, следовательно изменятся токи стабилитрона и нагрузки. Однако при изменении тока стабилитрона напряжение на нем изменится на очень маленькую величину в соответствии с ВАХ стабилитрона (рис. 5), т.е. почти не изменится. Согласно второму закону Кирхгофа, при изменении входного напряжения, падение напряжения на балластном сопротивлении изменится пропорционально току, оказывается равным приращению входного напряжения. Другими словами, все приращение входного напряжения падает на балластном сопротивлении, а напряжение на стабилитроне и на нагрузке почти не изменится. Запишем математически выше сказанное:

 

U ± ∆U = (Iст + Iн ±∆Iст)•Rбал + Uн

 

Принимая, U = const и Rн = const, получаем Iн = const, при этом условие сохранения рабочей точки стабилитрона на участке АВ вольтамперной характеристики (рис.5) определяется по формуле:

±∆U = ±∆IстRбал

Рис. 5. Пояснение принципа действия стабилизатора напряжения

 

Из этого следует, что нормальная работа быть обеспечена соответствующим выбором величины балластного сопротивления. Тогда, при изменении напряжении на входе стабилизатора, не нарушается нормальные пределы стабилизации выходного напряжения Uн.

При стабилизации напряжения принимая, Iн = var и Rн = var и U = const, на входе стабилизатора происходит перераспределение токов между нагрузкой и стабилитроном с сохранением неизменным напряжения на стабилитроне и падения напряжения на балластном сопротивлении в соответствии с уравнением:

 

U = I•Rбал + Uн = ((Iн ± ∆Iн) + (Iст ± ∆Iст))•Rбал + Uн

 

Для нормальной работы стабилизатора, при изменяющейся нагрузки, изменение тока не должно приводить к выходу тока стабилитрона за пределы максимального и минимального допустимых его значений.

При условии U = const и Rн = const, расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы выбрать стабилитрон и выбрать величину Rбал, тогда из системы уравнений (1) получаем формулу для расчета Rбал:

Сопротивление резистора должно быть таким, чтобы ток стабилитрона был бы не менее Iст min, т.е. не выходил за пределы рабочего участка АВ (рис.5) ВАХ стабилитрона.

Балластное сопротивление определяет основные потери стабилизатора, поэтому параметрические стабилизаторы используют только в маломощных схемах.

Стабилитрон выбирается по параметрам из справочника:

1. Iст max – максимально допустимый ток стабилитрона;

2. Uст – напряжение стабилизации;

3. Iст min — минимальный ток стабилитрона.

 

Основные параметры стабилизатора:

 

1. Коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений. Коэффициент стабилизации характеризует качество работы стабилизатора.

2. Выходное сопротивление стабилизатора

Rвых = Rдиф

Для нахождения Кст и Rвых рассматривается схема замещения стабилизатора для приращений рис.6. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному току Rдиф является параметром стабилизатора.

Рис. 6 Схема замещения параметрического стабилизатора напряжения

Дифференциальное сопротивление Rдиф определяется из уравнения:

Для схемы замещения получаем коэффициент стабилизации с учетом, что Rн >> Rдиф и Rбал >> Rдиф,:

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения Кст = 5 ÷ 30

Для получения повышения стабилизированного напряжения применяют последовательное включение стабилитронов.

Параллельное включение стабилитронов не допускается. С целью увеличения коэффициента стабилизации возможно каскадное включение нескольких параметрических стабилизаторов напряжения.

 


©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.

Компенсационный стабилизатор напряжения с использованием операционного усилителя. Расчет стабилизатора на операционном усилителе. Стабилизаторы напряжения и тока на ИМС

Основным недостатком линейных стабилизаторов средней и большой мощности является их низкий КПД. Причем, чем меньше выходное напряжение источника питания, тем меньше становится его КПД. Это объясняется тем, что в режиме стабилизации силовой транзистор источника питания обычно включен последовательно с нагрузкой, а для нормальной работы такого стабилизатора на регулирующем транзисторе должно действовать напряжение коллектор-эмиттер (11кэ) не менее 3…5 В. При токах более 1 А это дает значительные потери мощности за счет выделения тепловой энергии, рассеиваемой на силовом транзисторе. Что приводит к необходимости увеличивать площадь теплоотводящего радиатора или применять вентилятор для принудительного охлаждения.

Широко распространенные благодаря низкой стоимости интегральные линейные стабилизаторы напряжения на микросхемах из серии 142ЕН(5…14) обладают таким же недостатком. В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии «LOW DROP» (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1…1.3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25…30 В при токе в нагрузке 7,5/5/3 А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 5 А.

При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса.

Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения «0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1 %/В. Типовая схема включения таких стабилизаторов напряжения приведена на рис. 4.1.

Конденсаторы С2…С4 должны располагаться вблизи от микросхемы и лучше, если они будут танталовые. Емкость конденсатора С1 выбирается из условия 2000 мкФ на 1 А тока. Микросхемы выпускаются в трех видах конструктивного исполнения корпуса, показанных на рис. 4.2. Вид корпуса задается последними буквами в обозначении. Более подробная информация по данным микросхемам имеется в справочной литературе, например J119.

Такие стабилизаторы напряжения экономически целесообразно применять при токе в нагрузке более 1 А, а также в случае недостатка места в конструкции. На дискретных элементах также можно выполнить экономичный источник питания. Приведенная на рис. 4.3 схема рассчитана для выходного напряжения 5 В и тока нагрузки до 1 А. Она обеспечивает нормальную работу при минимальном напряжении на силовом транзисторе (0,7… 1,3 В). Это достигается за счет использования в качестве силового регулятора транзистора (VT2) с малым напряжением икэ в открытом состоянии. Что позволяет обеспечить работу схемы стабилизатора при меньших напряжениях вход-выход.

Схема имеет защиту (триггерного типа) в случае превышения тока в нагрузке допустимой величины, а также превышения напряжения на входе стабилизатора величины 10,8 В.

Узел защиты выполнен на транзисторе VT1 и тиристоре VS1. При срабатывании тиристора он отключает питание микросхемы DA1 (вывод 7 закорачивается на общий провод). В этом случае транзистор VT3, а значит и VT2 закроются и на выходе будет нулевое напряжение. Вернуть схему в исходное состояние после устранения причины, вызвавшей перегрузку, можно только выключением и повторным включением блока питания.

Конденсатор СЗ обычно не требуется — его задача облегчить запуск схемы в момент включения.

Вернуть схему в исходное состояние после устранения причины, вызвавшей перегрузку, можно только выключением и повторным включением блока питания. Конденсатор СЗ обычно не требуется — его задача облегчить запуск схемы в момент включения. Топология печатной платы для монтажа элементов показана на рис. 4.4 (она содержит одну объемную перемычку). Транзистор VT2 устанавливается на радиатор.

При изготовлении использованы детали: подстроенный резистор R8 типа СПЗ-19а, остальные резисторы любого типа; конденсаторы С1 — К50-29В на 16 В, С2…С5 — К10-17, С5 — К52-1 на 6,3 В. Схему можно дополнить светодиодным индикатором срабатывания защиты (HL1). Для этого потребуется установить дополнительные элементы: диод VD3 и резистор R10, как это показано на рис. 4.5.

Литература: И.П. Шелестов — Радиолюбителям полезные схемы, книга 3.

Стабильность напряжения питания является необходимым условием правильной работы многих электронных устройств. Для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке при колебаниях сетевого напряжения и изменении потребляемого нагрузкой тока между выпрямителем с фильтром и нагрузкой (потребителем) ставят стабилизаторы постоянного напряжения.

Выходное напряжение стабилизатора зависит как от входного напряжения стабилизатора, так и от тока нагрузки (выходного тока):

Найдем полный дифференциал изменение напряжения при изменении и :

Разделим правую и левую части на , а также умножим и разделим первое слагаемое в правой части на , а второе слагаемое на .

Вводя обозначения и переходя к конечным приращениям, имеем

Здесь — коэффициент стабилизации, равный отношению приращений входного и выходного напряжений в относительных единицах;

Внутреннее (выходное) сопротивление стабилизатора.

Стабилизаторы подразделяются на параметрические и компенсационные.

Параметрический стабилизатор основан на использовании элемента с нелинейной характеристикой, например полупроводникового стабилитрона (см. § 1.3). Напряжение на стабилитроне на участке обратимого электрического пробоя почти постоянно при значительном изменении обратного тока через прибор.

Схема параметрического стабилизатора приведена на рис. 5.10, а.

Рис. 5.10. Параметрический стабилизатор (а), его схема замещения для приращений (б) и внешняя характеристика выпрямителя со стабилизатором (кривая 2) и без стабилизатора (кривая ) (в)

Входное напряжение стабилизатора должно быть больше напряжения стабилизации стабилитрона . Для ограничения тока через стабилитрон устанавливается балластный резистор Выходное напряжение снимается со стабилитрона. Часть входного напряжения теряется на резисторе , оставшаяся часть приложена к нагрузке:

Учитываем, что , получаем

Наибольший ток через стабилитрон протекает при

Наименьший ток через стабилитрон протекает при

При обеспечении условий — токи стабилитрона, ограничивающие участок стабилизации, напряжение на нагрузке стабильно и равно . Из .

При увеличении растет ток , увеличивается падение напряжения на . При увеличении сопротивления нагрузки уменьшается ток нагрузки, растет на то же значение ток через стабилитрон, падения напряжения на и на нагрузке остаются неизменными.

Для нахождения построим схему замещения стабилизатора рис. 5.10, а для приращений. Нелинейный элемент работает на участке стабилизации, где его сопротивление переменному гоку является параметром прибора. Схема замещения стабилизатора приведена на рис. . Из схемы замещения получаем

Учитывая, что в стабилизаторе , имеем

Для нахождения , так же как и при расчете параметров усилителей (см. § 2.3), воспользуемся теоремой об эквивалентном генераторе и положим , тогда сопротивление на выходе стабилизатора

Выражения (5.16), (5.17) показывают, что параметры стабилизатора определяются параметрами используемого полупроводникового стабилитрона (или другого прибора). Обычно для параметрических стабилизаторов не более 20-40, а лежит в пределах от нескольких ом до нескольких сот ом.

В ряде случаев такие показатели оказываются недостаточными, тогда применяют компенсационные стабилизаторы. На рис. 5.11 приведена одна из простейших схем компенсационных стабилизаторов, в котором нагрузка подключена к источнику входного напряжения через регулирующий нелинейный элемент, транзистор V. На базу транзистора через ОУ подается сигнал ОС. На вход ОУ поступают напряжения с высокоомного резистивного делителя и эталонное (опорное) напряжение .

Рис. 5.11. Простейшая схема компенсационного стабилизатора с ОУ

Рассмотрим работу стабилизатора. Предположим, что увеличилось напряжение , вслед за ним возрастает и При этом на инвертирующий вход ОУ подается положительное приращение напряжения , а на выходе ОУ возникает отрицательное приращение напряжения . К управляющему эмиттерному переходу транзистора V приложена разность базового и эмиттерного напряжений . В рассматриваемом нами режиме , ток транзистора V уменьшается и напряжение ивых снижается почти до первоначального значения. Аналогично будет отработано изменение ивых при увеличении или уменьшении : изменится , возникнет соответствующего знака, изменится ток транзистора . очень высока, так как в процессе работы режим работы стабилитрона практически не изменяется и ток через него стабилен.

Компенсационные стабилизаторы напряжения выпускаются в виде ИМС, которые включают в себя регулирующий нелинейный элемент, транзистор V, ОУ и цепи, связывающие нагрузку с его входом.

На рис. 5.10, в показана внешняя характеристика источника питания со стабилизатором, ее рабочий участок ограничен значениями тока

В связи с этим часть напряжения, поступающая на выход стабилизатора, «остается» на транзисторе, а остальная поступает на выход стабилизатора. Если увеличить напряжение па базе составного транзистора, то он откроется и падение напряжения на нем уменьшится, а напряжение на выходе стабилизатора соответственно увеличится. И наоборот. В обоих случаях величина напряжения на выходе стабилизатора будет близка к уровню напряжения на базе составного транзистора.


Поддержание величины напряжения на выходе стабилизатора на заданном уровне осуществляется за счет того, что часть выходного напряжения (напряжение отрицательной обратной связи) с делителя напряжения R10, R11, R12 поступает на операционный усилитель DA1 (усилитель напряжения отрицательной обратной связи). Выходное напряжение операционного усилителя в этой схеме будет стремиться к такому значению, при котором разница напряжений на его входах была бы равна нулю.

Происходит это следующим образом. Напряжение обратной связи с резистора R11 поступает на вход 4 операционного усилителя. На входе 5 стабилитроном VD6 поддерживается постоянная величина напряжения (опорное напряжение). Разница напряжении на входах усиливается операционным усилителем и поступает через резистор R3 на базу составного транзистора, падение напряжения на котором определяет величину выходного напряжения стабилизатора. Часть входного напряжения с резистора R11 снова поступает на операционный усилитель. Таким образом, сравнение напряжения обратной связи с образцовым и воздействие выходного напряжения операционного усилителя на выходное напряжение стабилизатора происходит непрерывно.

Если напряжение на выходе стабилизатора увеличивается, то увеличивается и напряжение обратной связи, поступающее на вход 4 операционного усилителя, которое становится больше опорного.

Разность этих напряжений усиливается операционным усилителем, выходное напряжение которого при этом уменьшается и закрывает составной транзистор. В результате падение напряжения на нем увеличивается, что вызывает уменьшение выходного напряжения стабилизатора. Этот процесс продолжается до тех пор, пока напряжение обратной связи не станет почти равным опорному (их разница зависит от типа используемого операционного усилителя и может составлять 5. ..200мВ).

При уменьшении выходного напряжения стабилизатора происходит обратный процесс. Так как напряжение обратной связи уменьшается, становясь меньше опорного, то разница этих напряжений на выходе усилителя напряжения обратной связи увеличивается и открывает составной транзистор, обеспечивая тем самым увеличение выходного напряжения стабилизатора.

Величина выходного напряжения зависит от достаточно большого числа факторов (тока, потребляемого нагрузкой, колебания напряжения первичной сети, колебаний температуры внешней среды и т. п.). Поэтому описанные процессы в стабилизаторе происходят непрерывно, г. е. выходное напряжение постоянно колеблется с очень малыми отклонениями относительно заранее заданного значения.

Источником опорного напряжения, поступающего на вход 5 операционного усилителя DA1, служит стабилитрон VD6. Для увеличения стабильности опорного напряжения напряжение питания на него подается с параметрического стабилизатора на стабилитроне VD5.

Для защиты стабилизатора от перегрузок используется оптопара VU1, датчик тока (резистор R8) и транзистор VT3. Использование в узле защиты оптопары (светодиод и фототиристор, имеющие оптическую связь и смонтированные в одном корпусе) повышает надежность его работы.

При увеличении тока, потребляемого нагрузкой от стабилизатора, увеличивается падение напряжения на резисторе R8, а следовательно, и напряжение, поступающее на базу транзистора VT3. При определенной величине этого напряжения коллекторный ток транзистора VT3 достигает значения, необходимого для зажигания светодиода оптопары VU1.

Излучение светодиода включает тиристор оптопары, и напряжение на базе составного транзистора уменьшается до 1… 1,5В, так как она оказывается подключенной к общей шине через малое сопротивление включенного тиристора. Вследствие этого составной транзистор закрывается, а напряжение и ток на выходе стабилизатора уменьшаются почти до нуля. Падение напряжения на резисторе R8 уменьшается, транзистор VT3 закрывается и свечение оптрона прекращается, но тиристор остается включенным до того момента, пока напряжение на его аноде (относительно катода) не станет меньше 1 В. Это произойдет только в том случае, если будет отключено входное напряжение стабилизатора или замкнуты контакты кнопки SB1.

Коротко о назначении остальных элементов схемы. Резистор R1, конденсатор С2 и стабилитрон VD5 образуют параметрический стабилизатор, служащий для стабилизации напряжения питания операционного усилителя и предварительной стабилизации напряжения питания источника опорного напряжения R5, VD2. Резистор R2 обеспечивает начальное напряжение на базе составного транзистора, повышая надежность запуска стабилизатора Конденсатор СЗ предотвращает возбуждение стабилизатора на низкой частоте. Резистор R3 ограничивает выходной ток операционного усилителя в случае короткого замыкания на его выходе (например, при включении тиристора оптопары).

Цепь R4, С2 предотвращает возбуждение операционного усилителя и выбирается в соответствии с рекомендациями, приводимыми в справочной литературе для конкретного типа операционного усилителя.

Стабилитрон VD7 и резистор R7 образуют параметрический стабилизатор, служащий для поддержания напряжения питания узла защиты на неизменном уровне при изменении выходного напряжения стабилизатора.

Резистор R6 ограничивает коллекторный ток транзистора VT3 на уровне, необходимом для нормальной работы светодиода оптопары. В качестве резистора R6 используется резистор типа С5-5 или самодельный из провода высокого сопротивления (например, спирали от утюга или электроплитки).

Конденсатор С1 снижает уровень пульсаций входного, а С5 — выходного напряжений стабилизатора. Конденсатор С6 блокирует выходную цепь стабилизатора по высокочастотным гармоникам. Нормальный тепловой режим транзистора VT2 при больших токах нагрузки обеспечивается его установкой на радиаторе площадью не менее 100 см.

Стабилизатор обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения в пределах 4,5…12 В при выходном токе до 1 А с уровнем пульсаций выходного напряжения не более 15 мВ. Защита от перегрузки срабатывает при выходном токе свыше 1,1 А.

Теперь о замене элементов. Операционный усилитель К553УД1 можно заменить на К140УД2, К140УД9, К553УД2. Транзистор VT1 может быть типа КТ603, КТ608, a VT2 — КТ805, КТ806, КТ908 и т. п. с любыми буквенными индексами. Оптопара — указанного типа с любым буквенным индексом.

Напряжение переменного тока подается на выпрямитель стабилизатора с любого понижающего трансформатора, обеспечивающего выходное напряжение не менее 12 В при токе 1 А. В качестве такого трансформатора можно использовать выходные трансформаторы ТВК-110 ЛМ и ТВК-110 Л1.

Стабилизатор на специализированной микросхеме

Указанные выше трансформаторы можно использовать совместно со стабилизатором напряжения, схема которого приведена на рисунке. Он собран на специализированной интегральной схеме К142ЕН1. Она представляет собой стабилизатор напряжения непрерывного действия с последовательным включением регулирующего элемента.


Достаточно высокие эксплуатационные характеристики, встроенная схема защиты от перегрузки, работающая от внешнего датчика тока, и схема включения/выключения стабилизатора от внешнего источника сигнала позволяют изготовить на его основе стабилизированный источник питания, обеспечивающий выходные напряжения в диапазоне 3. ..12 В.

Схема самого интегрального стабилизатора напряжения не может обеспечить ток на нагрузке свыше 150 мА, что явно недостаточно для работы некоторых устройств. Поэтому для увеличения нагрузочной способности стабилизатора к ее выходу подключен усилитель мощности на составном транзисторе VT1, VT2. Благодаря этому выходной ток стабилизатора может достигать 1,5 А в указанном диапазоне выходных напряжений.

Напряжение обратной связи, подаваемое на выход интегральной схемы DA1, выполняющей в данной схеме роль усилителя отрицательной обратной связи с внутренним источником опорного напряжения, снимается с резистора R5. Резистор R3 служит датчиком тока узла защиты от перегрузок по току. Резисторы R1, R2 обеспечивают режим работы транзистора VT2 и внутреннего транзистора защиты интегральной схемы DA1. Конденсатор С2 устраняет самовозбуждение интегральной схемы на высокой частоте.

Резистор R3 проволочный, аналогичный описанному ранее. В качестве транзистора VT1 можно использовать транзисторы типа КТ603, КТ608, a VT2 — КТ805, КТ809 и т. п. с любыми буквенными индексами.

Итак, схема простейшего компенсационного стабилизатора напряжения изображена на рисунке справа.

Обозначения:

  1. I R — ток через балластный резистор (R 0)
  2. I ст — ток через стабилитрон
  3. I н — ток нагрузки
  4. I вх — входной ток операционного усилителя
  5. I д — ток через резистор R 2
  6. U вх — входное напряжение
  7. U вых — выходное напряжение (падение напряжения на нагрузке)
  8. U ст — падение напряжения на стабилитроне
  9. U д — напряжение, снимаемое с резистивного делителя (R 1 , R 2)
  10. U ОУ — выходное напряжение операционного усилителя
  11. U бэ — падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора

Почему такой стабилизатор называется компенсационным и в чём его преимущества? На самом деле такой стабилизатор — это система управления с отрицательной обратной связью по напряжению, но для тех, кто не в курсе, что это такое, мы начнём издалека.

Как вы помните, операционный усилитель усиливает разность напряжений между своими входами. Напряжение на неинвертирующем входе у нас равно напряжению стабилизации стабилитрона (U ст). На инвертирующий вход мы подаём часть выходного напряжения, снятую с делителя (U д), то есть там у нас выходное напряжение, делённое на некоторый коэффициент, определяемый резисторами R 1 , R 2 . Разность этих напряжений (U ст -U д) — это сигнал ошибки, он показывает, на сколько напряжение с делителя отличается от напряжения на стабилитроне (обозначим эту разность буквой E).

Далее, выходное напряжение ОУ получается равным E*K оу, где К оу — коэффициент усиления операционного усилителя с разомкнутой петлёй обратной связи (в англоязычной литературе G openloop). Напряжение на нагрузке равно разности напряжения на выходе ОУ и падения напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора.

Математически всё то, о чём мы говорили выше, выглядит так:

U вых =U оу -U бэ =E*K оу -U бэ (1)

E=U ст -U д (2)

Рассмотрим более внимательно первое уравнение и преобразуем его к такому виду:

E=U вых / K оу + U бэ / K оу

Теперь давайте вспомним — в чём же главная особенность операционных усилителей и почему их все так любят? Правильно, — их главная особенность — в огромном коэффициенте усиления, порядка 10 6 и более (у идеального ОУ он вообще равен бесконечности). Что нам это даёт? Как видите, в правой части последнего уравнения оба слагаемых имеют в делителе К оу, а поскольку К оу очень очень большой, следовательно оба этих слагаемых очень очень маленькие (при идеальном ОУ они стремятся к нулю). То есть наша схема при работе стремится к такому состоянию, когда сигнал ошибки равен нулю. Можно сказать, что операционный усилитель сравнивает напряжения на своих входах и если они отличаются (если есть ошибка), то напряжение на выходе ОУ меняется таким образом, чтобы разность напряжений на его входах стала равна нулю. Другими словами он стремится скомпенсировать ошибку. Отсюда и название стабилизатора — компенсационный.

0=U ст -U д (2*)

U д, как мы помним, — это часть выходного напряжения, снимаемая с делителя на резисторах R 1 , R 2 . Если рассчитать наш делитель, не забывая про входной ток ОУ, то получим:

и после подстановки этого выражения в уравнение (2*) сможем записать для выходного напряжения следующую формулу (3):

Входной ток операционного усилителя обычно очень мал (микро, нано и даже пикоамперы), поэтому при достаточно большом токе I д можно считать, что ток в обоих плечах делителя одинаков и равен I д, самое правое слагаемое формулы (3) при этом можно считать равным нулю, а саму формулу (3) переписать в следующем виде:

U вых =U ст (R 1 +R 2)/R 2 (3*)

При расчёте резисторов R 1 , R 2 необходимо помнить о том, что формула (3*) справедлива только в том случае, когда ток через резисторы делителя много больше входного тока операционного усилителя. Оценить величину I д можно по формулам:

I д =U ст /R 2 или I д =U вых /(R 1 +R 2).

Теперь давайте оценим область нормальной работы нашего стабилизатора, рассчитаем R 0 и подумаем, что будет влиять на стабильность выходного напряжения.

Как видно из последней формулы, существенное влияние на стабильность Uвых может оказывать только стабильность опорного напряжения. Опорное напряжение — это то, с которым мы сравниваем часть выходного напряжения, то есть это напряжение на стабилитроне. Сопротивления резисторов будем считать не зависящими от протекающего через них тока (температурную нестабильность мы не рассматриваем). Зависимость выходного напряжения от падения напряжения на p-n переходе транзистора (которое слабо, но зависит от тока), как в случае с , тоже пропадает (помните мы когда ошибку из первой формулы считали — поделили падение на переходе БЭ транзистора на К оу и посчитали это выражение равным нулю из-за очень большого коэффициента усиления операционника).

Из сказанного выше следует, что главный путь повышения стабильности тут один — увеличивать стабильность источника опорного напряжения. Для этого можно либо сузить диапазон нормальной работы (уменьшить диапазон входного напряжения схемы, что приведёт к меньшему изменению тока через стабилитрон), либо взять вместо стабилитрона интегральный стабилизатор. Кроме этого, можно вспомнить про наши упрощения, тогда вырисовываются ещё несколько путей: взять операционник с бОльшим коэффициентом усиления и меньшим входным током (это даст возможность ещё и резисторы делителя побольше номиналом взять, — КПД повысится).

Ну ладно, вернёмся к области нормальной работы и расчёту R 0 . Для нормальной работы схемы ток стабилитрона должен быть в пределах от I ст min до I ст max . Минимальный ток стабилитрона будет при минимальном входном напряжении, то есть:

U вх min =I R *R 0 +U ст, где I R =I ст min +I вх

Здесь аналогично, — если ток стабилитрона много больше входного тока операционного усилителя, то можно считать I R =I ст min . Тогда наша формула запишется в виде U вх min =I ст min *R 0 +U ст (4) и из неё можно выразить R 0:

R 0 =(U вх min -U ст)/I ст min

Исходя из того, что максимальный ток через стабилитрон будет течь при максимальном входном напряжении запишем ещё одну формулу: U вх max =I ст max *R 0 +U ст (5) и объединив её с формулой (4) найдём область нормальной работы:

Ну и, как я уже говорил, если получившийся диапазон входного напряжения шире, чем вам нужно, — можно его сузить, при этом возрастёт стабильность выходного напряжения (за счёт повышения стабильности опорного напряжения).

Достоинства ШИМ-регуляторов с применением операционных усилителей так это то что можно применять практически любой ОУ (в типовой схеме включения, конечно).

Уровень выходного эффективного напряжения регулируется путём изменения уровня напряжения на неинвертирующем входе ОУ, что позволяет использовать схему как составную часть различных регуляторов напряжения и тока, а также схем с плавным зажиганием и гашением ламп накаливания.
Схема легка в повторении, не содержит редких элементов и при исправных элементах начинает работать сразу, без настройки. Силовой полевой транзистор подбирается по току нагрузки, но для уменьшения тепловой рассеиваемой мощности желательно использовать транзисторы, рассчитанные на большой ток, т.к. у них наименьшее сопротивление в открытом состоянии.
Площадь радиатора для полевого транзистора полностью определяется выбором его типа и током нагрузки. Если схема будет использоваться для регулирования напряжения в бортовых сетях + 24В, для предотвращения пробоя затвора полевого транзистора, между коллектором транзистора VT1 и затвором VT2 следует включить резистор сопротивлением 1 К, а резистор R6 зашунтировать любым подходящим стабилитроном на 15 В, остальные элементы схемы не изменяются.

Во всех ранее рассмотренных схемах в качестве силового полевого транзистора используются n — канальные транзисторы, как наиболее распространённые и имеющие наилучшие характеристики.

Если требуется регулировать напряжение на нагрузке, один из выводов которой подключен к «массе» , то используются схемы, в которых n — канальный полевой транзистор подключается стоком к + источника питания, а в цепи истока включается нагрузка.

Для обеспечения возможности полного открытия полевого транзистора схема управления должна содержать узел повышения напряжения в цепях управления затвором до 27 — 30 В, как это сделано в специализированных микросхемах U 6 080B … U6084B , L9610, L9611 , тогда между затвором и истоком будет напряжение не менее 15 В. Если ток нагрузки не превышает 10А, можно использовать силовые полевые p — канальные транзисторы, ассортимент которых гораздо уже из — за технологических причин. В схеме изменяется и тип транзистора VT1 , а регулировочная характеристика R7 меняется на обратную. Если у первой схемы увеличение напряжения управления (движок переменного резистора перемещается к » +» источника питания) вызывает уменьшение выходного напряжения на нагрузке, то у второй схемы эта зависимость обратная. Если от конкретной схемы требуется инверсная от исходной зависимость выходного напряжения от входного, то в схемах необходимо поменять структуру транзисторов VT1 , т.е транзистор VT1 в первой схеме необходимо подключить как VT1 у второй схемы и наоборот.

Калькулятор регулирования напряжения

Используя наш калькулятор регулирования напряжения, вы можете найти коэффициент напряжения, т. регулятор.

В следующей статье мы расскажем:

  • Что такое регулирование напряжения;
  • Схемы регуляторов напряжения;
  • Как рассчитать рассеиваемую мощность в регуляторах напряжения; и
  • Как рассчитать регулирование напряжения в линейных и импульсных регуляторах.

Что такое регулирование напряжения?

Регулятор напряжения поддерживает постоянное выходное напряжение, соответствующее потребностям компонентов электрического устройства, даже при изменении входного напряжения или условий нагрузки.

Измеряем стабилизацию напряжения по двум параметрам:

  1. Линейное регулирование
    Отношение изменения выходного микронапряжения к единице изменения входного напряжения, т. е.

    ΔVвыход/ΔVвход\Delta V_{\text{выход}} / \Delta V_{\text{вход}}ΔVвыход​/ΔVвход​

    где:

    • ΔVвыход\Delta V_{\text{выход}}ΔVвыход​ – Изменение выходного напряжения; и
    • ΔVinput\Delta V_{\text{input}}ΔVinput​ — Изменение входного напряжения.
  1. Регулирование нагрузки
    Коэффициент изменения выходного напряжения при переходе от холостого хода к полной нагрузке:

    ΔVвыход/ΔIнагр\Delta V_{\text{выход}} / \Delta I_{\text{нагрузка}}ΔVвыход​/ΔIнагр​

    или

    Vбез нагрузки-Vполная нагрузка/ΔIнагрузкаV_{\text{без нагрузки}} — V_{\text{полная нагрузка}} / \Delta I_{\text{нагрузка}}Vбез нагрузки-Vполная нагрузка​ /ΔIнагрузка

    ∵\потому что∵ ΔVвыход=Vбез нагрузки-Vполная нагрузка\Дельта V_{выход} = V_{\text{без нагрузки}} — V_{\text{полная нагрузка}} Vполная загрузка

    где:

    • ΔIload\Delta I_{\text{нагрузка}}ΔIload​ – изменение тока нагрузки;
    • Vno-loadV_{\text{no-load}}Vno-load​ – напряжение без нагрузки; и
    • Vfull-loadV _{\text{full-load}}Vfull-load​ — напряжение при полной нагрузке.

💡 В идеальном случае выходное напряжение остается постоянным с нагрузкой и без нее. Таким образом, регулирование линии и нагрузки всегда равно нулю.

Типы регуляторов напряжения

Существует два типа регуляторов напряжения:

  1. Регуляторы линейного типа

    Это понижающие (понижающие) регуляторы . Эти регуляторы линейного типа менее эффективны, с базовыми интегральными схемами и делителями напряжения, которые снижают напряжение до желаемого уровня, а остальное отводят в виде тепла.

    • Преимущества линейных регуляторов:
      • Низкий уровень шума резистора;
      • Экономичный;
      • Простота конструкции;
      • Просто добавить в схему;
      • Быстрое время отклика; и
      • Низкие пульсации выходного напряжения.

    Выход линейного регулятора всегда ниже входа и пропадает, если входное напряжение слишком низкое.

    Vinput>Voutput+Vdrop-outV_{\text{input}} > V_{\text{output}} + V_{\text{drop-out}}Vinput​>Voutput​+Vdrop-out​

  2. Регуляторы импульсного типа

    Регуляторы импульсного типа могут быть понижающими (понижающими), повышающими (повышающими) или понижающе-повышающими (смесь обоих). Они более продвинуты и сложны в проектировании с расположением конденсаторов, диодов и катушек индуктивности, чтобы определить, должно ли выходное напряжение увеличиваться или уменьшаться.

    Они быстро включают и выключают входное напряжение для получения желаемых изменений напряжения и тока. И это переключение частоты создает возможность получения широкого диапазона напряжений от одного и того же источника входного сигнала.

    • Преимущества регуляторов импульсного типа:
      • Очень эффективный;
      • Обработка больших скачков напряжения;
      • Защита от обратной полярности; и
      • Удалить нежелательный шум сигнала.

🙋 Каждое устройство в электрической системе может иметь свой регулятор напряжения в зависимости от его потребностей. Мы обычно используем импульсные стабилизаторы для преобразования постоянного тока в постоянный ток различного напряжения.

Как использовать калькулятор регулирования напряжения

Наш калькулятор регулирования напряжения поможет вам рассчитать регулирование напряжения линейных и импульсных регуляторов следующим образом:

  1. В поле В ɴᴏ-ʟᴏᴀᴅ ввести измеренное напряжение при отсутствии нагрузки на регулятор, например, 230 В .

  2. Затем в поле В ғᴜʟʟ-ʟᴏᴀᴅ ввести напряжение при полной нагрузке на регулятор, например, 220 В .

  3. После того, как вы введете свое напряжение в оба поля, калькулятор отобразит:

    • Ваш понижающий регулятор напряжения равен 0,0435 .
    • С его процентным изменением значение составляет 4,3% .

    А,

    • Ваш повышающий регулятор напряжения равен 0,0454 .
    • Вместе с его процентным изменением значение равно 4,5% .

Расчет регулирования напряжения линейных и импульсных стабилизаторов

Линейные регуляторы являются только понижающими, т. е. понижающими регуляторами. Импульсные регуляторы могут быть понижающими, повышающими или и теми, и другими, т. е. понижающими, повышающими или понижающе-повышающими.

Мы используем следующую формулу для расчета ступенчатого регулирования напряжения VR = \ frac {V _ {\ text {без нагрузки}} — V _ {\ text {полная нагрузка}}} {V _ {\ text {без нагрузки}}} VR = V без нагрузки V без нагрузки − Vполная загрузка

И следующая формула для расчета регулирования повышающего напряжения VR = \ frac {V _ {\ text {без нагрузки}} — V _ {\ text {полная нагрузка}}} {V _ {\ text {полная нагрузка}}} VR = V с полной нагрузкой V без нагрузки — Vfull-load

И когда мы умножаем регулирование напряжения на 100 , мы получаем его процентное изменение :

PC=VR×100\small PC = VR \times 100PC=VR×100

где:

  • VRVRVR – регулирование напряжения; и
  • PCPCPC — Процентное изменение состояния без нагрузки до полной нагрузки.

Например, давайте найдем регулировку и процентное изменение напряжения понижающего регулятора, при этом напряжение на холостом ходу составляет 140 В , а при полной нагрузке 120 В .

Подставляя значения в формулу, получаем:

VR=140−120140=0,143PC=0,143×100=14,3\мал. \начать{выравнивать*} VR &= \frac{140 — 120}{140} = 0,143\\\\ ПК &= 0,143 х 100 = 14,3% \end{align*}VRPC​=140140−120​=0,143=0,143×100=14,3​

Таким образом, наше понижающее регулирование напряжения составляет 0,143 , а процентное изменение составляет 14,3% .

Схемы линейных и импульсных регуляторов напряжения

Следующие схемы помогают лучше понять повышающие и понижающие преобразователи.

Понижающие преобразователи: Уменьшить напряжение.

Vinput>VoutputV_{\text{input}} > V_{\text{output}}Vinput​>Voutput​

Понижающий преобразователь

Повышающие преобразователи: Увеличьте напряжение.

Vinput Повышающий преобразователь

Понижающе-повышающие преобразователи: Увеличение или уменьшение напряжения, но с изменением полярности.

Voutput<0V_{\text{output}}< 0Voutput​<0

Понижающе-повышающий преобразователь

Что такое рассеиваемая мощность в регуляторе напряжения?

Эффективность регулятора зависит от разницы между его входным и выходным напряжениями и от того, сколько тока потребляет схема. Чем больше разница или чем больше ток, тем больше тепло или мощность рассеивается регулятором.

Мы можем получить это значение, используя следующую формулу:

PD=(Vinput−Voutput)×Ioutput\small PD = ( V _ {\ text {вход}} — V _ {\ text {выход}} ) \ times I _ {\ text {выход}} PD = (Vinput − Voutput) × Ioutput

, где:

  • PDPDPD – мощность, рассеиваемая регулятором;
  • VinputV_{\text{input}}Vinput​ – Вход напряжения регулятора;
  • VoutputV_{\text{output}}Voutput​ – выходное напряжение регулятора; и
  • IoutputI_{\text{output}}Ioutput​ – Токовый выход регулятора.

Часто задаваемые вопросы

Что такое регулируемый регулятор напряжения?

Регулируемый регулятор напряжения — это регулируемый или повышающе-понижающий импульсный регулятор , который можно регулировать для увеличения или уменьшения выходного напряжения в соответствии с требованиями электрической системы.

Как правило, это преобразователи постоянного тока в постоянный.

Для чего нужен регулятор напряжения постоянного тока?

Регулятор напряжения постоянного тока предназначен для работы в качестве источника питания и обеспечить стабильное входное напряжение для работы устройств. Регулятор напряжения постоянного тока также может стабилизировать выходное напряжение, избегая колебаний входного напряжения и тока.

Сколько существует типов регуляторов напряжения?

Существует два основных типа регуляторов напряжения:

  • Линейные регуляторы; и
  • Импульсные регуляторы

Оба регулируют напряжение, но линейные регуляторы имеют низкий КПД , поэтому рассеивают больше энергии в виде тепла. Для сравнения, импульсные регуляторы очень эффективны, так как большая часть их входной мощности передается как выходная с минимальным рассеиванием.

Как рассчитать рассеиваемую мощность регулятора напряжения?

Чтобы рассчитать рассеиваемую мощность в регуляторе напряжения:

  1. Вычтите выходное напряжение из входного напряжения.
  2. Умножьте результата на выходной ток.
  3. Это рассеиваемая мощность вашего регулятора напряжения.

Мы можем представить это как:

  • PD = (Vi - Vo) × Io

где:

  • PD – рассеиваемая мощность от регулятора;
  • Vi – Вход напряжения регулятора;
  • Vo – Выход напряжения регулятора; и
  • Io – Токовый выход регулятора.

Регулирование напряжения линий электропередачи: зависимости и параметры

Ключевые выводы

  • Падение напряжения в линии, регулирование напряжения и эффективность передачи являются важными факторами, влияющими на работу линий передачи.

  • Регулирование напряжения линии передачи зависит от влияния параметров линии R, L и C на длину линии.

  • В короткой линии передачи регулирование напряжения зависит от тока линии, коэффициента мощности нагрузки и параметров линии R и L.

Параметры линии, такие как R, L и C, влияют на величину напряжения на приемном конце линии передачи

В истории электричества передача электроэнергии вызывала много споров. Эти споры привели к череде событий под названием «Война токов». Основные дебаты в этой «войне» были сосредоточены на эффективности систем передачи постоянного тока ❲DC❳ и систем передачи переменного тока (AC). Конечно, это не было настоящим полем боя, поэтому о перемирии между противниками объявлять было нельзя. Учитывая это, дебаты не утихали в конце 19 века.

В настоящее время высоковольтные системы передачи переменного тока являются широко используемым подходом для передачи электроэнергии от удаленных электростанций к подстанциям вблизи густонаселенных городов. Несмотря на то, что передача переменного тока высокого напряжения экономична, падение напряжения в линии, регулирование напряжения и эффективность передачи являются серьезными проблемами при проектировании системы линии передачи.

Падение напряжения в линии передачи вызывает снижение напряжения на приемном конце ❲ VR❳ по сравнению с напряжением на передающем конце ❲ VS❳. Разность напряжений VS-VR должна быть минимальной в экономичной системе электропередачи. Регулировка напряжения — это мера того, насколько сильно падает напряжение по длине линии передачи от передающего конца до принимающего конца.

Падение напряжения в линии, регулирование напряжения и эффективность передачи энергии

Падение напряжения в линии в линии передачи в основном связано с параметрами линии передачи — сопротивлением ❲R❳, индуктивностью ❲L❳, емкостью ❲C❳ и шунтирующей проводимостью ❲ГРАММ❳. Эти параметры обеспечивают сопротивление потоку тока и падению напряжения по всей длине линии передачи.

Когда падение напряжения в линии увеличивается, напряжение на принимающей стороне VR относительно уменьшается. Регулировка напряжения представляет собой отношение разности напряжений на передающей и принимающей сторонах к напряжению на принимающей стороне. Регулировка напряжения обычно выражается в процентах:

На холостом ходу напряжение на передающей стороне и напряжение на принимающей стороне равны ❲VS=VR ❳. Когда линия передачи пропускает ток под нагрузкой, напряжение на приемном конце VR уменьшается по сравнению с состоянием холостого хода, и регулирование напряжения принимает определенное положительное значение. В некоторых случаях регулирование напряжения выражается следующим уравнением:

где VNL — напряжение на приемном конце без нагрузки, а VFL — напряжение на приемном конце при полной нагрузке. Независимо от того, как мы описываем регулирование напряжения, в любой линии передачи желательно низкое значение, независимо от уровней напряжения и длины линии.

Среди параметров распределенной линии сопротивление силовых кабелей играет важную роль в возникновении падения напряжения и потери мощности в линии. Поскольку потери мощности составляют значительную долю передаваемой мощности, мощность на приемном конце становится сравнительно меньше. Отношение мощности на приемном конце к мощности на передающем конце в линии электропередачи называется эффективностью передачи. Эффективность передачи можно выразить следующим уравнением:  

, где IR и IS представляют токи принимающей и передающей сторон соответственно. cos Rand cos S – соответственно коэффициенты мощности на приемном и передающем концах. Как правило, коэффициент мощности цепи представляет собой отношение реальной мощности, используемой для операций, и полной мощности, подаваемой в цепь.

Из этого раздела можно сделать вывод, что при увеличении падения напряжения в линии снижается напряжение на приемном конце, что приводит к более высокому значению регулирования напряжения. Точно так же рассеивание мощности в сопротивлении линии вызывает снижение эффективности кабелей электропередачи.

Влияние R, L и C на линии передачи

Существует равномерное распределение R, L и C по всей длине линии передачи. Последовательный импеданс формируется сопротивлением и индуктивностью, тогда как емкость и шунтирующая проводимость между проводниками образуют шунтирующий импеданс. Влияние этих параметров линии на регулирование напряжения зависит от длины кабелей передачи.

 

Сопротивление линии R является свойством материала проводника силового кабеля. Значения R зависят от физических параметров, таких как температура окружающей среды, расположение проводников в жгутах кабелей, скручивание многожильных проводов по спирали или тип металла в проводнике. Частота переменного напряжения вызывает явление, известное как «скин-эффект», который, в свою очередь, увеличивает сопротивление линии в 1,02 ❲поправочного коэффициента кожи, k❳ в системе передачи переменного тока с частотой 60 Гц. Наличие вблизи линий электропередач также увеличивает сопротивление кабеля передачи; это больше всего относится к трехфазным линиям электропередачи.

 

Магнитное и электрическое поля, связанные с токоведущими линиями электропередачи, определяют параметры линии: последовательную индуктивность L и шунтирующую емкость C. Геометрическое расположение кабеля передачи также играет важную роль в распределении параметров реактивного сопротивления вдоль линии передачи. длина линии.

 

Проводимость шунта G учитывается только при наличии тока утечки в линии передачи. Параметр G отвечает за протекание тока утечки между проводниками и землей. Поскольку ток утечки очень мал по сравнению с линейным током в линиях электропередачи, шунтирующей проводимостью G обычно пренебрегают при моделировании линии передачи.

Тип линии передачи

Длина

(км)

Диапазон напряжения

(кВ)

Учтены параметры линии

Короткая линия передачи

< 50

<20

Р и Л

Средняя линия передачи

50-150

20-100

R, L и C

Длинная линия передачи

> 150

> 100

R, L и C

Таблица 1 Классификация линии электропередачи и параметры линии, учитываемые при ее моделировании

Моделирование линии электропередачи

Моделирование линии электропередачи является важным шагом на пути к лучшему регулированию напряжения и эффективности передачи. Эти модели передачи обычно представляют собой эквивалентную схему реальной линии передачи. Эти модели дают нам лучшее представление о поведении линий передачи. Воздушные линии электропередачи моделируются с использованием параметров линии R, L и C для анализа производительности и определения падения напряжения, регулирования напряжения и эффективности передачи. Влияние параметров линии на систему передачи различается в зависимости от уровня напряжения и длины линии передачи. В таблице 1 приведена классификация воздушных линий электропередачи и параметры линий, учитываемые при моделировании.

Регулирование напряжения однофазной короткой линии электропередачи

Как показано в таблице 1, в короткой линии электропередачи влияние емкости не учитывается. Сопротивление и индуктивность линии принимаются как сосредоточенные параметры, а не распределяются равномерно. Рассмотрим однофазную короткую линию передачи. Напряжение на передающем конце VS обеспечивает ток в 1 ампер при коэффициенте мощности cos S. R и XL представляют собой соответственно сопротивление и реактивное сопротивление линии передачи (фазного и нейтрального проводников). Напряжение на приемном конце VR и ток I находятся при отстающем коэффициенте мощности cos R. 

На векторной диаграмме эквивалентной модели линии передачи напряжение на передающем конце может быть записано с использованием метода составляющих как

(4). Мнимая часть VS очень мала и ею можно пренебречь. Если вы не хотите аппроксимировать стабилизацию напряжения, вы можете включить мнимую часть при расчете величины VS напряжения на передающем конце. Регулирование напряжения однофазной короткой линии электропередачи определяется уравнением:

Если мы сможем смоделировать линии передачи с параметрами линии, распределенными по длине, падение напряжения в линии и регулирование напряжения будут более точными. Эти модели помогают инженерам энергосистем заново изобретать конструкцию линий электропередачи таким образом, чтобы требуемое напряжение поступало на подстанции с минимальными потерями по длине линии. Современные инструменты моделирования энергосистемы экономят время и деньги и обеспечивают предварительную осуществимость проектирования системы линий электропередачи.

Если вы хотите быть в курсе наших материалов по системному анализу, подпишитесь на нашу рассылку , в которой собраны ресурсы о текущих тенденциях и инновациях. Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, поговорите с нами и нашей командой экспертов.

Решение задач электромагнитного, электронного, теплового и электромеханического моделирования, чтобы ваша система работала в широком диапазоне условий эксплуатации.

Посетить сайт Больше контента от Cadence System Analysis

Доступ к электронной книге

Линейные LDO-регуляторы напряжения | Microchip Technology

Выбор правильного линейного стабилизатора напряжения LDO имеет решающее значение. Управление питанием имеет жизненно важное значение в мире, управляемом небольшими устройствами, зависящими от батарей, которые требуют эффективного энергопотребления и точности. Наши линейные стабилизаторы LDO с малым падением напряжения отличаются сверхмалым током покоя, сверхнизким падением напряжения, сверхвысоким подавлением пульсаций, очень точным выходным сигналом, быстрой переходной характеристикой, широким выбором корпусов и широким диапазоном входного напряжения.

Ничего не найдено

Что такое линейные регуляторы с малым падением напряжения (LDO)?

Линейные стабилизаторы LDO представляют собой простое решение для преобразования более высокого напряжения в более низкое с помощью интегральной схемы без использования катушки индуктивности. LDO охватывают широкий спектр специализированных применений и могут широко применяться в современной электронике из-за их простоты и низкой стоимости.

Найти продукты

Зачем использовать линейные LDO-регуляторы?

Сегодня, когда устройства с батарейным питанием используются практически во всех аспектах повседневной жизни, LDO доказывают свою эффективность в достижении низкого энергопотребления и высокой энергоэффективности. На рынке существует множество других типов регуляторов, но во многих случаях линейные регуляторы LDO оказываются наиболее экономичным решением для современного регулирования мощности. Отсутствие большой и дорогой катушки индуктивности позволяет LDO достичь гораздо меньшей занимаемой площади и более высокой общей ценности, если рассматривать ее с точки зрения затрат/выгод. LDO — это простое и экономичное решение для линейного регулирования мощности.

Выбор регулятора LDO

LDO Линейный регулятор регулятора напряжения


Нет результатов

Одно выходные регуляторы LDO

Multe Outlure Fluster Plustage с вашим выбором Fixed Ortlable

Multy Outlure Lducted LDELE с вашим выбором или регулируемым выходным выходом

. регулируемого напряжения фиксированного выхода

LDO с блокировкой пульсаций

LDO с ФНЧ в одном корпусе для высокого PSRR для различных частотных диапазонов

Результатов не найдено

Контроллеры LDO и SIM-карты

  • Контроллеры LDO включают все функции управления, необходимые для конструкции линейного регулятора с малым падением напряжения (LDO)
  • Переключатели уровня SIM-карты
  • объединяют три высокоскоростных переключателя уровня для преобразования сигнала SIM-карты и LDO для питания SIM-карты

LDO-регуляторы с малым током покоя

LDO-регуляторы с наивысшими характеристиками по току покоя, включая LDO-стабилизаторы с самым низким током покоя на рынке, которые потребляют всего 20 нА (типично) при работе в состоянии холостого хода

Линейные регуляторы высокого напряжения

  • Семейство регуляторов тока CL, работающих при напряжении до 220 В и токах до 100 мА
  • LR семейство линейных регуляторов напряжения, работающих от входного напряжения до 540 В, с фиксированной и регулируемой версиями источника питания от 10 мА до 50 мА

Линейные регуляторы с малым падением напряжения (LDO)


  1. Низкий ток покоя
  2. LDO с одним выходом
  3. LDO с несколькими выходами
  4. Блокаторы пульсаций
  5. Контроллеры LDO и SIM-карты

Загрузка

Просмотреть все параметры

Пожалуйста, посетите полную параметрическую диаграмму. Если вы все еще не можете найти диаграмму, которую вы ищете, пожалуйста, заполните нашу Форма обратной связи на сайте чтобы уведомить нас об этой проблеме.

Загрузка

Просмотреть все параметры

Пожалуйста, посетите полную параметрическую диаграмму. Если вы все еще не можете найти диаграмму, которую вы ищете, пожалуйста, заполните нашу Форма обратной связи на сайте чтобы уведомить нас об этой проблеме.

Загрузка

Просмотреть все параметры

Пожалуйста, посетите полную параметрическую диаграмму. Если вы все еще не можете найти диаграмму, которую вы ищете, пожалуйста, заполните нашу Форма обратной связи на сайте чтобы уведомить нас об этой проблеме.

Загрузка

Просмотреть все параметры

Пожалуйста, посетите полную параметрическую диаграмму. Если вы все еще не можете найти диаграмму, которую вы ищете, пожалуйста, заполните нашу Форма обратной связи на сайте чтобы уведомить нас об этой проблеме.

Загрузка

Просмотреть все параметры

Пожалуйста, посетите полную параметрическую диаграмму. Если вы все еще не можете найти диаграмму, которую вы ищете, пожалуйста, заполните нашу Форма обратной связи на сайте чтобы уведомить нас об этой проблеме.

Выбор LDO-регулятора


С таким большим разнообразием LDO, доступных на современном рынке, может быть трудно определить оптимальный LDO для вашего приложения. Вот четыре важные характеристики, которые следует учитывать перед выбором LDO:

Результатов не найдено

Низкое падение напряжения

Это основная цель линейного регулятора LDO. Хотя существует множество способов использования LDO, основной задачей LDO является поддержание низкого падения напряжения между входным и выходным напряжением. Это важный аспект, который следует учитывать перед выбором LDO в качестве решения для регулирования мощности.

Точность

Поскольку производительность и возможности технологий продолжают расти быстрыми темпами, крайне важно, чтобы основные компоненты этих устройств соответствовали строгим требованиям и работали на стабильной и передовой основе. Ответственность LDO заключается не только в том, чтобы иметь низкое падение напряжения на входе и выходе, но и в том, чтобы гарантировать, что выходное напряжение будет иметь наименьшую погрешность.

Коэффициент ослабления источника питания (PSRR)

В процессе преобразования входного напряжения в выходное различные нежелательные частоты могут попасть в интегральную схему. PSRR линейного регулятора — это показатель того, насколько хорошо интегральная схема фильтрует/отклоняет посторонние шумы во входном сигнале напряжения перед выходом напряжения. Высокий PSRR обычно коррелирует с более стабильной точностью выходных данных.

Низкий ток покоя

Ток покоя, также известный как IQ, представляет собой ток, потребляемый интегральной схемой, когда она находится в состоянии покоя (без нагрузки, без переключения). IQ можно понимать как минимальное количество тока, необходимое для питания основных функций устройства. Чем ниже номинальный ток покоя линейного регулятора, тем более энергоэффективным является линейный регулятор в состоянии холостого хода.

Рекомендованный продукт LDO


MCP1792/3

MCP1792/3 представляют собой высоковольтные регуляторы с малым падением напряжения (LDO), которые могут генерировать выходной ток 100 мА.

Краткий обзор:
  • Идеальное решение по питанию для широкого диапазона входных напряжений до 55 В с переходным напряжением 70 В
  • Соответствует стандарту AEC-Q100 и поддерживает PPAP — Автомобильная промышленность класса 0
  • Низкий ток покоя
  • Стабильность с экономичными керамическими конденсаторами
  • Обратная защита от тока короткого замыкания
  • МСР1792: 3 контакта — VIN, VOUT, Земля (GND)
  • MCP1793: 5 контактов — VIN, VOUT, заземление (GND), включение (EN), отсутствие подключения (NC)

Ресурсы для проектирования


Результатов не найдено

MPLAB

® Analog Designer

Предоставляет рекомендации по проектированию общих схем, оценивает производительность для распространенных модификаций и может экспортировать в Analog ®5 MPLAB5 MPLAB для подтверждения.

МПЛАБ

® Аналоговый симулятор Mindi™

Использует среду SIMetrix/SIMPLIS для моделирования поведения схемы, сокращая время проектирования за счет отладки программного обеспечения для первоначальной проверки проекта.

Power Check Design Service

Предоставляет рекомендации по точной физической схеме схемы, делясь передовым опытом опытного разработчика источников питания, чтобы физическое оборудование соответствовало моделированию.

11 фактов о регуляторе напряжения: типы, схемы, области применения! — Лямбда-выродки

  • Что такое регулятор напряжения
  • Типы регулятора напряжения
  • Схема регулятора напряжения
  • Стабилитрон в качестве регулятора напряжения
  • Разница между последовательным регулятором и параллельным регулятором
  • Серийный регулятор
  • Шунтовой регулятор
  • Функция регулятора напряжения
  • Процентное регулирование
  • Применение регулятора напряжения

Определение регулятора напряжения:

« Регулятор напряжения — это регулятор постоянного тока, обеспечивающий постоянное выходное напряжение постоянного тока, принципиально не зависящее от приложенного входного напряжения, выходного тока нагрузки и температуры ».

Кроме того, выход регулятора может быть изменен в соответствии с требованиями. Следовательно, функция регулятора напряжения двойная: 1. Выходное напряжение можно регулировать на желаемом уровне. 2. Регулируемое напряжение на выходе может поддерживаться постоянным, несмотря на скачки напряжения питания или изменение нагрузки.

Типы регулятора напряжения:
  • Регуляторы шунтирования на основе ZenerEDEOD Шунтирующие регуляторы
  • Серийные регуляторы на основе операционных усилителей
  • Регуляторы напряжения на интегральных схемах
  • Монолитные регуляторы

Цепь регулятора напряжения:

На следующем рисунке показан стабилитрон стабилизатора.

Схема регулятора напряжения, Изображение предоставлено анонимно, Простой электромеханический регулятор напряжения, CC BY-SA 2.5

Входной ток, I S = В S -V Z /R S

5

3 Где V S = входное напряжение постоянного тока для схемы регулятора V Z = напряжение Зенера

напряжение на терминалах ZenerEdode,

V L = V Z + I Z R Z

V L = V

V L = V

V L = V

V L = V

V L незначительна)

I L = V L /R L

INPUT, I S = I Z + I S = I Z + I S = I Z /I S = I Z /I = I = I = I = I = I = I = I = I = I . S – I L

Стабилитрон в качестве регулятора напряжения:

Стабилитрон в качестве регулятора напряжения Изображение предоставлено — I, Appaloosa, транзистор стабилизатора напряжения, символы IEC, CC BY-SA 3.0

В этой схеме стабилитрон соединен с обратным смещением параллельно источнику переменного напряжения. Стабилитрон в этой схеме будет работать при изменении напряжения на обратное напряжение пробоя. Затем относительно низкий импеданс диода удерживает напряжение.

Это типичная схема регулирования напряжения с входным напряжением, В IN . Это напряжение регулируется до стабильного выходного напряжения, а именно V ИЗ . Напряжение пробоя диода стабильно в широком диапазоне токов и поддерживает V OUT на относительно постоянном уровне, даже несмотря на то, что относительное напряжение может колебаться во время этой операции.

Согласно закону Ома ток диода, протекающий через диод, к диоду подключена нагрузка, и пока стабилитрон работает в режиме обратного пробоя, диод будет подавать на нагрузку стабильное напряжение. Стабилитроны на этом этапе часто используются в качестве стабильного регулятора для более сложных схем.

Цепь последовательного регулятора:

Основная блок-схема последовательного регулятора показана ниже. Элемент управления подключается последовательно с нагрузкой между клеммами i/p и o/p. Схема выборки определяет изменение выходного напряжения. Схема компаратора сравнивает напряжение выборки с эталонным. Элемент управления будет компенсировать в течение этого периода и будет поддерживать постоянную мощность. Элемент управления проводит больше, когда V 0 уменьшает и проводит меньше, когда V 0 увеличивается. Регулятор напряжения серии

Здесь представлен простой последовательный регулятор напряжения. Транзистор Q является управляющим элементом, включенным последовательно. Диод Зенера обеспечивает опорное напряжение.

Регулятор с операционным усилителем, Image Credit – I, Appaloosa, Стабилизатор напряжения OA, символы IEC, CC BY-SA 3. 0

Схема шунтирующего регулятора:

В категории линейных регуляторов напряжения, в цепи шунтового регулятора, выход контролируется, а сигнал обратной связи инициирует изменения входных сигналов для поддержания желаемого выходного сигнала. Однако в последовательных регуляторах блок управления или регулирующий блок находится последовательно, а в параллельных регуляторах блок управления находится в шунте. Основная блок-схема показана ниже,

Шунтирующий регулятор напряжения

В случае шунтирующих регуляторов, поскольку управляющий элемент находится в шунтирующем состоянии, он обеспечивает большую проводимость, чтобы обеспечить регулирование путем шунтирования тока от нагрузки.

Что такое регулируемый источник питания?

Регулируемый блок питания представляет собой автономный блок. Он способен подавать стабильное напряжение в цепь. Это должно работать в определенных пределах мощности. Выход регулируемого источника питания может быть переменным или однонаправленным, но в стандартном режиме это почти постоянный ток.

Тип стабилизации должен быть ограничен, чтобы подтвердить, что выход остается в абсолютных пределах при ряде условий нагрузки.

The specification parameters are:

  • The Input Voltage parameter
  • The Output Voltage parameter
  • The Output Current parameter
  • Stability factor
  • Ripple factor
  • The Stored Energy
  • The Pulsed operations
  • The Load Regulation
  • Регулятор линии
  • Динамическое регулирование
  • Эффективность.

Comparison between Shunt and Series Regulator

Parameter Shunt Voltage  Regulator Series Voltage Regulator
Connection It is connected in parallel with load Подключается последовательно с нагрузкой
Ток нагрузки При большом токе нагрузки имеет хорошую стабилизацию напряжения. При большом токе нагрузки не имеет эффективного регулирования напряжения.
Выход Постоянное выходное напряжение постоянного тока. Различное выходное напряжение.
Элемент управления Высоковольтная слаботочная схема Сильноточная низковольтная схема.
Пригодность Подходит для легких грузов Подходит для тяжелых грузов.
Эффективность Хорошая эффективность при малом токе нагрузки. Хороший КПД при больших токах нагрузки.

Какова функция регулятора напряжения?

Регулятор напряжения должен обеспечивать постоянный постоянный ток на выходе, который не зависит от входного напряжения, выходного тока нагрузки и температуры. Это важный компонент схемы источника питания. Его входное напряжение подается от схемы выпрямителя. Регуляторы малой мощности (500 ВА) обычно используются для бытовых нужд, для телевизоров, холодильников, кондиционеров и т. д., а также для необходимого оборудования, такого как компьютеры. В этих медицинских инструментах внезапные изменения напряжения могут повлиять на оборудование, что приведет к ошибочным результатам и может в конечном итоге выйти из строя.

Что такое процентное регулирование?

Основными показателями производительности регулятора являются параметры регулирования сети и регулирования нагрузки. Линейное регулирование определяется как процентное изменение выходного напряжения при заданном изменении входного напряжения, что объясняется следующим образом:

Использование регуляторов напряжения:
  • Регуляторы напряжения используются в импульсных цепях питания с низким выходным напряжением. .
  • Используется в конструкции усилителей ошибок.
  • При проектировании цепей источника тока и стока
  • Они используются для контроля напряжения и технического обслуживания.
  • Используется для разработки схемы прецизионного ограничителя тока. Он применяется в аналоговых и цифровых схемах для точного эталона.
  • Используется в линейных схемах с регулируемым напряжением или током и т. д.

Параметризованный линейный регулятор регулируемая максимальная мощность и ток короткого замыкания. Модель реализована в виде двухсегментного кусочно-линейного устройство, в котором первый сегмент линейно увеличивает выходное напряжение, чтобы следовать входному напряжению а второй сегмент имеет наклон около 0 для моделирования выходного напряжения в регулирование.

В этой теме:

Модель Имя: Линейный регулятор с линией и Регулировка нагрузки и включение/выключение
Симулятор: Это устройство совместимо с симулятором SIMPLIS
Выбор деталей Расположение меню: Аналоговые функции > Линейные регуляторы > Линейный регулятор с регулировкой линии и нагрузки и включением/выключением
Символ Библиотека: simplis_analog_functions. sxslb
Модель Файл: simplis_analog_functions.lb
Символ Имя: SIMPLIS_LINEAR_REG
Подсхема Имя: SIMPLIS_LINEAR_REG_BB
Обозначение:
Несколько Выборки: Можно выбрать несколько устройств и редактируются одновременно.

Совместимость с предыдущими версиями

Эта модель и символ были представлены в версии 8.2; однако модель и поддержка файлы идентичны параметризованным Эталонное напряжение.

Для версии параметризованного опорного напряжения, редактируемой с версиями до версия 7.20, см. запись выбора запчастей:

Устаревший > Источники опорного напряжения > Опорное напряжение с регулированием сети и нагрузки и включением/выключением (устарело)

Редактирование параметризованного линейного регулятора

Для настройки Линейный регулятор, выполните следующие действия:

  1. Дважды щелкните символ на схеме, чтобы открыть диалоговое окно редактирования.
  2. Измените характеристики и параметры ввода/вывода.
Метка параметра Единицы Описание
Ви1 В Первый ввод точка напряжения, определяющая характеристику отклика.
Ви2 В Вторая точка входного напряжения, определяющая характеристика отклика.
Vi3 В Третья точка входного напряжения, определяющая характеристика отклика.
Вр1 В Первая точка выходного напряжения, определяющая реакцию характеристика.
Вр2 В Вторая точка выходного напряжения, определяющая характеристика отклика.
Вер3 В Третья точка выходного напряжения, определяющая характеристика отклика.
Регулировка смещения выходного напряжения В Смещение постоянного тока для регулируемого выхода Напряжение.
Макс. Выходной ток А Максимальный выходной ток. Если выход ток превышает это значение, выходное напряжение начнет снижаться.
Полное выходное сопротивление Ом Полное выходное сопротивление опорного сигнала.
Ток смещения А Входной ток смещения.
Выходной ток короткого замыкания А Ток, подаваемый ссылкой во время событие короткого замыкания на выходе.
Постоянная времени с Внутренняя постоянная времени.

Примеры

Ниже приведены два примера, которые демонстрируют некоторые аспекты линейный регулятор.

Пример 1 — поведение при запуске

Тестовая схема, используемая для генерации примеров сигналов в следующем разделе можно скачать здесь: simplis_083_linear_reg_ramp_input.sxsch.

Пример 1. Осциллограммы

Осциллограммы, показанные ниже, относятся к тестовой цепи с линейное входное напряжение. Краткое описание поведения выглядит следующим образом, с диалоговым окном ниже используется для справки:

  • При t=0 мкс входное напряжение (Vi) начинается с 0 В и начинает довести до конечного напряжения 8В.
  • При t=25 мкс входное напряжение достигнет 200 мВ (Vi1 выше). Это будет соответствовать выходному напряжению 1 мВ (Vr1 выше).
  • При t=700 мкс входное напряжение достигнет 5,6 В (Vi2 выше). Это будет соответствовать выходному напряжению 5 В (Vr2 выше). В этот точка, регулятор находится в точке регулировки.
  • При t>700 мкс выходное напряжение останется ~5 В и будет расти линейно на основе Vi3 и Vr3. В типичном приложении ввод диапазон напряжения от Vi2 до Vi3, когда выход находится в режиме регулирования.

График X-Y ниже помогает визуализировать взаимосвязь между входным напряжением (Vi) и выходным напряжением (Vr). Ось X показывает ввод напряжения, а ось Y показывает регулируемое выходное напряжение. Без приложения нагрузки, точки перегиба должны близко совпадать с точками Vi и Vo, определенными в диалоговом окне.

Пример 2 — линейная нагрузка

тестовая схема, используемая для генерации примеров сигналов в следующем разделе, может быть скачал здесь: simplis_083_linear_reg_ramp_load.sxsch.

Пример 2. Осциллограммы

Осциллограммы, показанные ниже, относятся к тестовой цепи с линейно изменяющимся ток нагрузки. Краткое описание поведения выглядит следующим образом, с диалоговым окном ниже используется для справки:

  • При t=0 мкс ток нагрузки начинается с 10 мА.
  • При t=250 мкс ток нагрузки начинает линейно возрастать и продолжает конечное значение 25 мА.
  • При t=~580 мкс ток нагрузки достигает макс. Выход Текущее значение 20 мА.
  • При t>580 мкс регулируемое выходное напряжение начинают уменьшаться по мере увеличения тока нагрузки.
  • При t=750 мкс ток нагрузки достигнет выхода Значение тока короткого замыкания 25 мА. В этот момент выходное напряжение будет ~ 0 В.

График X-Y ниже помогает визуализировать взаимосвязь между регулируемым выходным напряжением и выходным током. Ось X показывает выходное напряжение, а ось Y показывает ток нагрузки. Вы можете видеть, что как нагрузка ток увеличивается выше макс. Значение выходного тока (20 мА), выходное напряжение будет снижаться.

Линейные регуляторы (LDO)

По технологии

Дискретные и силовые модули МОП-транзисторы Силовые модули Карбид кремния (SiC) Все остальные

Управление энергопотреблением Устройства с питанием от PoE Драйверы ворот Преобразование переменного тока в постоянный Все остальные

Формирование сигнала и управление

Датчики

Блок управления двигателем

Пользовательские и ASSP

Интерфейсы

Беспроводное подключение

Синхронизация, логика и память

Решением

Автомобильный

промышленный

Облако

5G и предприятия

Интернет вещей (IoT)

Мобильный