Стабилизатор напряжения — типы и принцип работы, характеристики и устройство.

Феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Были разработаны в середине 60 годов прошлого века, их принцип работы основано на использовании явления магнитного насыщения ферромагнитных сердечников трансформаторов или дросселей. Применялись такие устройства для регулировки напряжения питания бытовой техники (телевизор, радиоприёмник, холодильник и т.п.).

Феррорезонансный стабилизатор напряжения

Их преимущество заключается в высокой точности 1-3% и быстрой (для того времени) скорости регулирования. Недостаток — повышенный уровень шума и зависимость качества стабилизации от величины нагрузки. Современные устройства лишены этих недостатков, но стоимость их равна или выше стоимости ИБП (Источника Бесперебойного Питания) на такую же мощность, вследствие чего они широкого распространения в качестве бытовых не получили.

Электромеханические стабилизаторы напряжения. В 60-80-е годы прошлого века для регулирования напряжения применялись автотрансформаторы с ручной корректировкой (ЛАТР), вследствие чего приходилось постоянно следить за вольтметром (стрелочный или светящаяся линейка) и, при необходимости, вручную крутить ползунок с токосъёмными щётками. В настоящее время принцип работы автоматизирован с помощью электродвигателя с редуктором (сервопривода).

Электромеханический стабилизатор напряжения

Единственные достоинства электромеханических стабилизаторов напряжения — низкая цена и хорошая точность регулировки 2-3%. Недостатков много — низкая скорость регулирования из-за инерционности двигателя и повышенный уровень шума: шумит электродвигатель и редуктор, и практически постоянно, т.к. отслеживаются изменения с шагом 2-4 вольта. Плюс к этому, добавляется повышенный износ механический частей и недолгий общий ресурс работы устройства в целом, что подтверждается сроком гарантии всего в 1 год. Также при резком увеличении значений сети часто кратковременно отключается нагрузка, т.к. стабилизатор не успевает погасить этот скачок, и напряжение на ней превышает максимально допустимое значение.

Вследствие всего вышесказанного получили распространение как дешёвые стабилизаторы для питания недорогой домашней электротехники.

Электронные стабилизаторы напряжения. Наиболее широкий класс устройств ступенчатого регулирования, обеспечивающих исключительное постоянство электропитания нагрузки с заданной точностью в широких пределах изменения входной сети. Принцип работы основан на автоматическом переключении секций автотрансформатора с помощью силовых ключей (реле, тиристоры, симисторы).

Структурная схема электронного трансформаторного стабилизатора напряжения

К их достоинствам можно отнести: высокое быстродействие, очень широкий входной диапазон, отсутствие искажения формы напряжения, высокий КПД, низкий уровень шума (только от вентиляторов охлаждения). Точность стабилизации определяется количеством ступеней регулирования и, в зависимости от модели, может составлять от 5 до 0.5%, а некоторые модели даже имеют возможность коррекции в пределах 210-230 вольт для лучшей адаптации к импортному оборудованию. Необходимо особо отметить высокую надёжность 3-х фазных конфигураций, где каждую фазу в отдельности регулирует независимый однофазный блок.

Электронный трансформаторный стабилизатор напряжения

Несмотря на высокую стоимость, электронные стабилизаторы напряжения — это оптимальное соотношение цена/качество, и они заслуженно нашли наибольшее распространение на рынке высококачественных электроприборов.

Инверторные стабилизаторы напряжения. Самый молодой тип регуляторов, начал выпускаться во второй половине 10-х годов нашего столетия. Как и ИБП (источник бесперебойного питания), принцип работы основан на двойном преобразовании сетевого напряжения: сначала оно выпрямляется а затем заново преобразуется в переменное.

Структурная схема электронного инверторного стабилизатора напряжения

Их достоинства, в общем, такие же, как и у электронных стабилизаторов, но есть два существенных положительных отличия. Во-первых, они не содержат трансформаторов и поэтому имеют небольшой вес и габариты, а во-вторых, они ещё стабилизируют и частоту тока! К недостаткам можно отнести то, что в трёхфазных моделях при неполадках в любом контуре регулирования фазы два остальных тоже отключаются.

Электронные инверторные стабилизаторы напряжения

В общем, у инверторных стабилизаторов напряжения есть определённое будущее и существенный сектор применения

Принцип работы стабилизаторов напряжения

Уважаемый посетитель!

 

Мы рады приветствовать Вас на нашем сайте!

 

Сейчас Вы находитесь на корпоративном сайте компании «Solpi-M» — solpi-m.ru, здесь Вы можете найти информацию:

— о нашем ассортименте в виде инженерно-коммерческого каталога. Информация сгруппирована по продуктовым линейкам для удобства наших корпоративных партнёров, оптовых клиентов, инженеров.

— о качестве напряжения и возможных ситуациях в электросетях,

— о методе подбора стабилизаторов напряжения,

— РЕКОМЕНДАЦИИ наших партнёров,

— о сервисной поддержке и другую полезную информацию.

 

Для выбора стабилизатора напряжения под конкретную задачу Вы также можете воспользоваться этим каталогом или перейти в наш фирменный интернет-магазин shop.solpi-m.ru

 

Краткая справка

Более 20 лет компания «Solpi-M» осуществляет разработку и поставку современных надежных бытовых и промышленных стабилизаторов напряжения.

В нашем интернет-магазине вы можете подобрать стабилизатор напряжения под любые задачи: для дома, дачи, офиса, оборудования, малого или крупного производства.

Наша компания имеет в своём ассортименте САМУЮ широкую линейку стабилизаторов напряжения для газовых котлов и систем отопления.

Для дома, дачи, коттеджа и небольших производств — у нас хороший выбор однофазных и трёхфазных стабилизаторов напряжения любой мощности.

Для промышленных объектов мы готовы поставить стабилизаторы напряжения мощностью до 2100 кВА.

Наше ОБОРУДОВАНИЕ прошло испытание временем и успешно работает на электростанциях, в медицинских и информационных центрах, на промышленных предприятиях и фабриках, в сельском хозяйстве, в частных домах и квартирах.

 

Наши специалисты всегда готовы помочь Вам в подборе стабилизатора напряжения под ваши потребности.

 

С наилучшими пожеланиями,

Команда компании «Solpi-M»

Как работают ступенчатые стабилизаторы напряжения?

Что такое стабилизатор напряжения?

Стабилизатор – это электронное устройство, основное назначение которого состоит в защите бытовой техники от скачков или просадок напряжения. Кроме этого, при своей работе он поддерживает вольтаж 220В для стабильного электропитания всего оборудования в квартире или офисе. В зависимости от принципа построения и используемой схемотехники стабилизаторы могут быть нескольких типов: ступенчатые, плавного регулирования, бесступенчатые.

Ключевые составляющие стабилизаторов напряжения

Устройства ступенчатого типа состоят из автотрансформатора, силовых ключей и контроллера. Когда напряжение в сети находится в пределах стандартных 220В стабилизатор пропускает его через себя транзитом и никаких действий не производит. Но если происходит значительное отклонение от этого значения, то информацию об этом получает контроллер, обрабатывает ее и принимает решение о подключении соответствующих отводов автотрансформатора. Как правило, у него имеются как понижающие обмотки, которые задействуются при высоком напряжении в сети, так и повышающие – при низком сетевом вольтаже. При этом таких отводов у трансформатора тем больше, тем точнее нужно получить напряжение на выходе стабилизатора. 

Принцип работы аппарата

Если ситуация в сети постоянно меняется и в розетке то 140, то 270В контроллер переключает с одной обмотки на другую, повышая или понижая при этом напряжение, которое приходит из сети. При этом он как бы «прыгает» с одной ступеньки на другую, то выше, то ниже. Поэтому он и был назван ступенчатым.

Наши рекомендации

 

Как было написано ранее стабилизаторы могут иметь разное количество ступеней и чем их больше, тем напряжение на выходе будет максимально близко к эталонным 220В. Так, например, стабилизатор ВОЛЬТ ГИБРИД на 7 ступеней имеет погрешность 7.5%, что составляет 220±15В на выходе, а ВОЛЬТ ГЕРЦ на 36 ступеней с 1% выдает 220±2В.

При этом стандартная бытовая техника, которая не имеет повышенных требований к электропитанию будет функционировать без проблем даже при отклонении в 10% от номинального напряжения. Оборудование более чувствительное к питанию, например, электроника газовых котлов, медицинское, измерительное или IT-оборудование, при точности стабилизации хуже 3% может работать некорректно или вообще не запускаться.

Принцип работы стабилизатора напряжения | Русэлт

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

Разновидности устройств

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

• Постоянного напряжения;
• Переменного напряжения.

Стабилизаторы постоянного напряжения

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

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

Стабилизаторы переменного напряжения

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

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

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

Сервоприводный стабилизатор напряжения схема

Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.

Содержание:

Виды стабилизаторов напряжения

В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:

• Феррорезонансные;
• Сервоприводные;
• Релейные;
• Электронные;
• Двойного преобразования.

Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.

Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.

Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.

Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.

Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.

Электромеханический стабилизатор

Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:

• Входной фильтр;
• Плата измерения напряжения;
• Автотрансформатор;
• Серводвигатель;
• Графитовый скользящий контакт;
• Плата индикации.

В основе работы электромеханического стабилизатора лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.

Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.

При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.

Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.

Релейный стабилизатор

В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:

• Сетевой фильтр;
• Плата контроля и управления;
• Трансформатор;
• Блок электромеханических реле;
• Устройство индикации.

В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.

Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих приборов.

Пример схемы релейного стабилизатора

Еще одна схема стабилизатора релейного типа

Электронный стабилизатор

Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:

• Фильтр сети;
• Плата измерения напряжения и управления;
• Трансформатор;
• Блок силовых электронных ключей;
• Плата индикации.

Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.

Стабилизатор двойного преобразования

Это устройство, называемое так же инверторный стабилизатор, по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220в состоит из следующих узлов:

• Фильтр сетевых помех;
• Корректор мощности – выпрямитель;
• Блок конденсаторов;
• Инвертор;
• Узел микропроцессора.

Напряжение сети, пройдя через фильтр, поступает на корректор – выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. В блоке конденсаторов запасается энергия, которая будет необходима при пониженном напряжении.

Обычно инвертор выполняется по схеме с использованием ШИМ контроллера. Дополнительное питание необходимо для питания микропроцессора, который управляет всей работой стабилизатора.

Это устройство отличается уникальными параметрами, поскольку инверторный стабилизатор не изменяет величину напряжения сети, а заново его генерирует. Это позволяет получить напряжение высокого качества со стабильной частотой.

На базе инверторного принципа может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае можно на схемном уровне рассчитать величину напряжения на входе, которая может быть практически любой, а стабилизатор будет выдавать 220В.

Изготовление самодельных стабилизаторов напряжения – практика довольно частая. Однако по большей части создаются стабилизирующие электронные схемы, рассчитанные на относительно малые выходные напряжения (5-36 вольт) и относительно невысокие мощности. Устройства используются в составе бытовой аппаратуры, не более того.

Мы расскажем, как сделать мощный стабилизатор напряжения своими руками. В предложенной нами статье описан процесс изготовления устройства для работы с напряжением сети 220 вольт. С учетом наших советов вы без проблем самостоятельно справитесь со сборкой.

Стабилизация напряжения бытовой сети

Стремления обеспечить стабилизированное напряжение бытовой сети – явление очевидное. Такой подход обеспечивает сохранность эксплуатируемой техники, зачастую дорогостоящей, постоянно необходимой в хозяйстве. Да и в целом, фактор стабилизации – это залог повышенной безопасности эксплуатации электрических сетей.

Для бытовых целей чаще всего приобретают стабилизатор для газового котла, автоматика которого требует подключения к электропитанию, для холодильника, насосного оборудования, сплит систем и подобных потребителей.

Решить подобную задачу можно разными способами, самый простой из которых – купить мощный стабилизатор напряжения, изготовленный промышленным способом.

Предложений стабилизаторов напряжения на коммерческом рынке масса. Однако нередко возможности приобретения ограничиваются стоимостью устройств или другими моментами. Соответственно, альтернативой покупке становится сборка стабилизатора напряжения своими руками из доступных электронных компонентов.

При условии обладания соответствующими навыками и знаниями электромонтажа, теории электротехники (электроники), разводки схем и пайки элементов самодельный стабилизатор напряжения можно реализовать и успешно применять на практике. Такие примеры есть.

Схемные решения стабилизации электросети 220В

Рассматривая возможные схемные решения под стабилизацию напряжения с учётом относительно высокой мощности (не менее 1-2 кВт), следует иметь в виду разнообразие технологий.

Существует несколько схемных решений, которыми определяются технологические способности приборов:

• феррорезонансные;
• сервоприводные;
• электронные;
• инверторные.

Какой вариант выбрать, зависит от ваших предпочтения, имеющихся материалов для сборки и навыков работы с электротехническим оборудованием.

Вариант #1 – феррорезонансная схема

Для самостоятельного изготовления самым простым вариантом схемы видится первый пункт списка – феррорезонансная схема. Она работает на использовании эффекта магнитного резонанса.

Конструкцию достаточно мощного феррорезонансного стабилизатора допустимо собрать всего на трёх элементах:

Однако простота в данном варианте сопровождается массой неудобств. Конструкция мощного стабилизатора, собранная по феррорезонансной схеме, получается массивной, громоздкой, тяжелой.

Вариант #2 – автотрансформатор или сервопривод

Фактически речь идет о схеме, где используется принцип автотрансформатора. Трансформация напряжения автоматически осуществляется за счет управления реостатом, ползунок которого перемещает сервопривод.

В свою очередь сервопривод управляется сигналом, получаемым, к примеру, от датчика уровня напряжения.

Примерно по такой же схеме действует устройство релейного типа с той лишь разницей, что коэффициент трансформации меняется, в случае надобности, подключением или отключением соответствующих обмоток с помощью реле.

Схемы подобного рода выглядят уже более сложными технически, но при этом не обеспечивают достаточной линейности изменения напряжения. Собрать вручную прибор релейный или на сервоприводе допустимо. Однако разумнее выбрать электронный вариант. Затраты сил и средств практически одинаковые.

Вариант #3 – электронная схема

Сборка мощного стабилизатора по схеме электронного управления при обширном ассортименте радиодеталей в продаже становится вполне возможной. Как правило, такие схемы собираются на электронных компонентах – симисторах (тиристорах, транзисторах).

Также разработан целый ряд схем стабилизаторов напряжения, где в качестве ключей используются силовые полевые транзисторы.

Изготовить мощный аппарат полностью под электронным управлением руками неспециалиста достаточно сложно, лучше купить готовое устройство. В этом деле без опыта и знаний в сфере электротехники не обойтись.

Под самостоятельное производство рассматривать этот вариант целесообразно, если имеется сильное желание построить стабилизатор, плюс наработанный опыт электронщика. Далее в статье рассмотрим конструкцию электронного исполнения, пригодную для изготовления своими руками.

Подробные инструкции по сборке

Рассматриваемая под самостоятельное изготовление схема, скорее является гибридным вариантом, так как предполагает использование силового трансформатора совместно с электроникой. Трансформатор в данном случае применяется из числа тех, что устанавливались в телевизорах старых моделей.

Правда в ТВ приёмниках, как правило, ставились трансформаторы ТС-180, тогда как для стабилизатора требуется как минимум ТС-320 чтобы обеспечить выходную нагрузку до 2 кВт.

Шаг #1 – изготовление корпуса стабилизатора

Для изготовления корпуса аппарата подойдёт любой подходящий короб на основе изолирующего материала – пластмассы, текстолита и т.п. Главный критерий – достаточность места под размещение силового трансформатора, электронной платы и других компонентов.

Также корпус допустимо изготовить из листового стеклотекстолита, скрепив отдельные листы с помощью уголков или иным способом.

Короб стабилизатора необходимо оснастить пазами под установку выключателя, входного и выходного интерфейсов, а также других аксессуаров, предусмотренных схемой в качестве контрольных или коммутационных элементов.

Под изготовленный корпус нужна плита-основание, на которую «ляжет» электронная плата и будет закреплён трансформатор. Плиту можно сделать из алюминия, но следует предусмотреть изоляторы под крепёж электронной платы.

Шаг #2 – изготовление печатной платы

Здесь потребуется изначально спроектировать макет на размещение и связку всех электронных деталей согласно принципиальной схеме, кроме трансформатора. Затем по макету размечают лист фольгированного текстолита и рисуют (отпечатывают) на стороне фольги созданную трассировку.

Далее вытравливают плату при помощи соответствующего раствора (электронщикам метод травления плат должен быть знаком).

Полученный таким способом печатный экземпляр разводки зачищают, облуживают оловом и производят монтаж всех радиодеталей схемы с последующей пайкой. Так выполняется изготовление электронной платы мощного стабилизатора напряжения.

В принципе, можно воспользоваться сторонними услугами по травлению печатных плат. Этот сервис вполне приемлем по цене, а качество изготовления «печатки» существенно выше, чем в домашнем варианте.

Шаг #3 – сборка стабилизатора напряжения

Укомплектованная радиодеталями плата подготавливается для внешней обвязки. В частности, от платы выводятся линии внешней связи (проводники) с другими элементами – трансформатором, выключателем, интерфейсами и т.д.

На опорную плиту корпуса устанавливают трансформатор, соединяют с трансформатором цепи электронной платы, закрепляют плату на изоляторах.

Останется только подключить к схеме внешние элементы, смонтированные на корпусе, установить ключевой транзистор на радиатор, после чего корпусом закрывают собранную электронную конструкцию. Стабилизатор напряжения готов. Можно приступать к настройке с дальнейшими испытаниями.

Принцип работы и тест самоделки

Регулирующим элементом электронной схемы стабилизации выступает мощный полевой транзистор типа IRF840. Напряжение для обработки (220-250В) проходит первичную обмотку силового трансформатора, выпрямляется диодным мостом VD1 и поступает на сток транзистора IRF840. Исток этого же компонента соединен с минусовым потенциалом диодного моста.

Часть схемы, в которую включена одна из двух вторичных обмоток трансформатора, образуется диодным выпрямителем (VD2), потенциометром (R5) и другими элементами электронного регулятора. Этой частью схемы формируется управляющий сигнал, который поступает на затвор полевого транзистора IRF840.

На случай повышения напряжения питающей сети управляющим сигналом понижается напряжение затвора полевого транзистора, что приводит к закрытию ключа. Соответственно, на контактах подключения нагрузки (XT3, XT4) возможное повышение напряжения ограничивается. Обратным вариантом работает схема на случай понижения сетевого напряжения.

Настройка прибора особой сложностью не отличается. Здесь потребуется обычная лампа накаливания (200-250 Вт), которую следует включить на клеммы выхода прибора (X3, X4). Далее вращением потенциометра (R5) напряжение на отмеченных клеммах доводят до уровня 220-225 вольт.

Выключают стабилизатор, отключают лампу накаливания и включают прибор уже с полноценной нагрузкой (не выше 2 кВт).

После 15-20 минут работы вновь отключают аппарат и производят контроль температуры радиатора ключевого транзистора (IRF840). Если нагрев радиатора существенный (более 75º), следует подобрать более мощный теплоотводящий радиатор.

Если процесс изготовления стабилизатора показался вам слишком сложным и нерациональным с практической точки зрения, без особых проблем можно найти и приобрести устройство заводского исполнения. Правила и критерии выбора стабилизатора на 220 В приведены в рекомендуемой нами статье.

Выводы и полезное видео по теме

В видеоролике ниже рассматривается одна из возможных конструкций стабилизатора домашнего изготовления.

В принципе, можно взять на заметку этот вариант самодельного аппарата стабилизации:

Сборка блока, стабилизирующего сетевое напряжение, своими руками возможна. Это подтверждается многочисленными примерами, когда радиолюбители с небольшим опытом вполне успешно разрабатывают (или применяют существующую), готовят и собирают схему электроники.

Трудностей с приобретением деталей для изготовления стабилизатора-самоделки обычно не отмечается. Расходы на производство невысоки и естественным образом окупаются, когда стабилизатор вводят в эксплуатацию.

Оставляйте, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы, публикуйте фото по теме статьи в находящемся ниже блоке. Расскажите о том, как собрали стабилизатор напряжения собственными руками. Поделитесь полезной информацией, которая может пригодиться посещающим сайт начинающим электротехникам.

Стабилизаторы со ступенчатым регулированием

Принцип работы

Основные детали стабилизаторов этого типа — автотрансформатор состоящий из нескольких обмоток и устройство коммутации, которое переключает эти обмотки.

На входе устройства находится электронная плата, которая анализирует сетевое напряжение и управляет переключателями, которые подают напряжение на выход от соответствующего вывода обмотки автотрансформатора.

Количество обмоток и , соответственно, ступеней может варьироваться от 4 до 9. Чем больше ступеней, тем точнее регулируется напряжение.

Быстродействие ступенчатых СН достигает 5-7 мсек.

Переключателями могут служить:

• электромеханические реле
• тиристоры, симисторы

Преимущество реле — отсутствие искажения формы напряжения, недостаток — ограниченная долговечность

Преимущества электронных переключателей — долговечность, недостатки — искажение формы напряжения, чувствительность к помехам в сети.

Недостатки

Так как СН этого типа регулируют напряжение ступенями, то на его выходе напряжение колеблется в определённых пределах, например, для стабилизатора с напряжение 220 В+/- 8% на выходе получим 203-237 В.

Это хорошо видно на графике:

Это основной недостаток ступенчатых ступенчатых преобразователей.

Основные преимущества:

• небольшой размер
• невысокая стоимость
• возможность работы с перегрузкой
• широкий диапазон входного напряжения
• практически бесшумная работа

Все эти достоинства оценили потребители, и сейчас большинство пользуется именно этими ПН.

Схема ступенчатого стабилизатора

Схема релейного стабилизатора:

Схема тиристорного (симисторного) стабилизатора

Для увеличения точности регулирования напряжения применяют двухкаскадные схемы — первая грубая регулировка и второй каскад — для увеличения точности.

Вот как выглядит такой стабилизатор внутри:

Электромеханические стабилизаторы напряжения (сервоприводные)

Принцип работы

Главные детали в данных стабилизаторах — автотрансформатор и электромеханический переключатель, сервопривод.

Сервопривод представляет из себя бегунок, который движется по по виткам трансформатора и снимает с них нужное напряжение.

Недостатки

• низкая надёжность
• небольшой срок службы
• низкая скорость реакции на изменение напряжения
• шум при переключении

В качестве съёмного бегунка используют угольные щётки, поэтому срок службы и надёжность оставляют желать лучшего.

Во время работы слышен характерны звук искрения в щёточном механизме.

Скорость реакции примерно, 1 с на 10% изменения напряжения от номинала, поэтому при больших и резких скачках, например, работе сварочного аппарата, данный тип СН не сможет корректно стабилизировать напряжение.

Основные неисправности механических СН — залипание сервоприводного механизма и истирание бегунка-щётки.

Преимущества

• низкая стоимость
• точность регулирования
• не вносит искажений на выходе

Сервоприводный двигатель отрабатывает колебания напряжения, с точностью 2-3%.

А стоимость из-за простоты конструкции невысокая, и такие стабилизаторы доступны по цене.

Стоит отметить, что сейчас появились роликовые механические СН, в которых вместо угольной щётки используется подвижный ролик — долговечность и надёжность таких стабилизаторов на порядок выше.

Схема электромеханического стабилизатора

Схема бегункового механизма:

Фото сервопривода в электромеханическом СН:

Инверторные стабилизаторы.

Ещё их называют стабилизаторы с двойным преобразованием или «онлайн стабилизаторы»

Принцип работы

СН этого типа преобразуют переменное напряжение сети в постоянное, после чего из постоянного формируют переменное со стабильными параметрами частоты, уровня и формы.

Таким образом параметры выходного напряжения не зависят от параметров входного.

Схема инверторного стабилизатора

ВФ — входные фильтры

ККМ — корректор коэффициента мощности

ИНВ — преобразователь постоянного напряжения в переменное

ВИП — вторичный источник питания

МК — микроконтроллер, управляющий работой всей схемы

Преимущества инверторных стабилизаторов

• широкий диапазон входного напряжения
• стабильные параметры выходного напряжения
• бесшумность
• небольшие габариты и вес
• фильтрация помех и высокочастотных выбросов из сети
• высокий КПД
• защита по превышению тока в нагрузке

Инверторы способны работать от 100 В! При этом имеется снижение отдаваемой мощности (до 50%). Но это всё равно отличный показатель по сравнению с другими типами СН. Верхний предел доходит до 300 В.

При этом форма выходного сигнала — чистая синусоида, со стабильной частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Эти параметры не зависят от параметров входного сигнала, а задаются внутренним генератором. Стабильность держится в пределах +/- 05-1%.

Преобразователи способны работать с небольшой перегрузкой — до 120%. При увеличении мощности нагрузки стабилизатор плавно ограничивает ток, не давая выходить мощности за опасные пределы. Также есть защиты от скачков напряжения и перегрева самого прибора.

Современный уровень развития электроники позволяет разместить довольно мощные стабилизаторы в небольшом корпусе, сравнительно маленького веса.

КПД, благодаря современной элементной базе и наличию встроенного корректора коэффициента мощности переваливает за 90 %.

Очень часто такие преобразователи совмещают с аккумуляторными батареями, получая ИБП — источник бесперебойного питания или UPS. Это позволяет питать потребителей электроэнергии даже при полном отключении электричества.

Недостатки инверторного стабилизатора

Недостатком таких СН является цена. Но всё равно их используют всё чаще. А стоимость данных приборов будет снижаться по мере развития электроники и элементной базы для неё.

Стабилизаторы со ступенчатым регулированием — StabHouse

Устройство и принцип работы тиристорного (симисторного) стабилизатора
— Принцип работы стабилизатора заключается в отслеживании изменений входного напряжения и корректировке в соответствии с ситуацией напряжения на выходе.
— При изменении входного напряжения, первую фазу (20 миллисекунд) стабилизатор использует для замера напряжения.
— После замера происходит реагирование на ситуацию.
При изменении напряжения в пределах диапазона, происходит выравнивание выходного напряжения до 220В.
— При падении напряжения ниже диапазона, стабилизатор переходит в режим «вытягивания» — поднимает напряжение, насколько хватает ресурса трансформатора. При этом соответственно напряжение на выходе стабилизатора тоже снижается. При резком скачке напряжения выше диапазона, происходит аварийное отключение.
— Импульсные скачки и скачки при отключениях и включениях электроэнергии не пропускаются.
— Регулировка напряжения в стабилизаторе организована методом переключения добавочных обмоток специального трансформатора.

Переключение осуществляется электронными ключами (симисторами) в момент прохождения синусоиды напряжения через нулевую отметку.
Электронные ключи управляются процессором по специальной программе.
Процессор собирает данные с датчиков и коммутирует ключи по заданному алгоритму. Также, процессор не допускает включения более одного ключа и следит за исправностью ключей.
Процессор также собирает данные с сопутствующих датчиков, не обозначенных на схеме (силы тока, нагрева трансформатора, питания процессора, и др.).

— В алгоритм программы процессора заложены следующие режимы:
— Транзит — режим, когда напряжение на входе нормальное и стабилизатор обеспечивает защиту только от внезапных скачков.
— Повышение — режим, когда напряжение на входе ниже нормы, но в пределах диапазона регулирования, стабилизатор поднимает выходное напряжение до номинального.
— Вытягивание — аварийный режим, когда напряжение на входе ниже нормы и ниже диапазона. Обратите внимание! Стабилизатор напряжения не отключается, а поднимает напряжение, насколько хватает ресурса трансформатора.
— Авария — режим, когда напряжение на входе выше диапазона регулирования, стабилизатор отключается, переходя в дежурный режим и «ждет» падения напряжения. Этот режим аналогичен по своему действию такому прибору как «Барьер».
— Задержка включения — режим обеспечивает сглаживание скачка при включении электроэнергии

ДОСТОИНСТВА

• Высокое быстродействие. Время реакции стабилизатора порядка 10-20 мс (одна волна/полуволна синусоиды)
• Бесшумность коммутационных элементов: нет щелканья релюшек, тиканья шагового двигателя по сравнению с дешевыми релейными и электромеханическими стабилизаторами.
• Долговечность вследствие отсутствия механических элементов.
• Полностью электронная схема стабилизации напряжения.
• Высокий КПД с малым падением напряжения.
• Наилучшее соотношение качества, цены и надежности.

НЕДОСТАТКИ

• Ступенчатость регулировки напряжения. Для преодоления этого недостатка приходиться увеличивать число ступеней регулирования напряжения. Вследствие чего, возрастает цена стабилизатора.

Производители:

«НПП ИНТЕПС» — стабилизаторы Лидер
«Энергия» — стабилизаторы Прогресс
«ГК Штиль» — стабилизаторы Штиль

«ТМ Volter» — стабилизаторы Volter
«Ortea» — стабилизаторы Ortea
Phantom — стабилизаторы Phantom

Что такое Тиристоры?

– это полупроводниковые приборы, изготавливаемые на основе монокристалла полупроводника, имеющего три или более p-n-перехода. Такие приборы характеризуются двумя устойчивыми состояниями – закрытым (состояние малой проводимости) и открытым (состояние высокой проводимости). В открытом состоянии тиристоры пропускают ток в одном направлении, поэтому их нередко сравнивают с управляемыми диодами.
Применяются приборы в качестве электронных бесконтактных переключателей, служащих для управления мощной нагрузкой посредством слабых сигналов. Производятся несколько типов тиристоров, которые отличаются проводимостью и способом управления.
Существуют также тиристоры, пропускающие ток в обоих направлениях, и получившие название «симисторы».
В конструкции тиристора предусмотрены три вывода, один из которых предназначен для его перевода во «включенное» состояние. Прибор одновременно совмещает в себе несколько функций: выключателя, выпрямителя и усилителя. Также он применяется как регулятор, в основном, при питании схемы переменным напряжением.
Благодаря чрезвычайно низким токопотерям, тиристоры силовые являются оптимальным вариантом при управлении большими токами и энергией. Поэтому регуляторы на тиристорах нашли широкое применение для регулировки мощности постоянного или переменного тока в самых различных схемах, например, схемах управления скоростью вращения электродвигателя или регулировки уровня освещенности.
На сегодняшний день, тиристоры используются в широком спектре электронных устройств: преобразователях, генераторах, выпрямителях, источниках питания, зарядных устройствах и т.д.

ПРЕИМУЩЕСТВА БЕСКОНТАКТНОЙ КОММУТАЦИИ ТОКА
Бесконтактная коммутация тока, которую позволяет осуществлять тиристорный ключ, обладает массой достоинств. Контактные реле и электромагнитные пускатели обладают ограниченным ресурсом переключений, обусловленным механической и коммутационной износостойкостью устройств. В сравнении с ними, тиристорный пускатель, срок службы которого определяется, в основном, перепадами рабочих температур, на несколько порядков долговечнее и надежнее.
Он может выдержать фактически неограниченное количество переключений. Использование контактных коммутаторов имеет смысл только в случае редкой коммутации нагрузки, например, с периодом не менее 10 минут.

Принцип работы стабилизатора напряжения — Стабилизатор напряжения 220В для дома

Принцип работы стабилизатора напряжения.

В нашем интернет-магазине представлены различные по типу автоматической регулировки стабилизирующие устройства, выпускаемые под брендовыми марками Энергия и Voltron у каждого из которых свои особенности и принцип функционирования. На сегодня мы успешно занимаемся продажей релейных (ступенчатых), электромеханических, электронных (тиристорных) и гибридных моделей российского производства для сети 220В и 380В. Главной задачей сетевых отечественных электроприборов рекомендуемых к заказу в наших каталогах является: постоянное обеспечение защиты техники от низкого и повышенного электроснабжения в бытовой электросети переменного тока и напряжения, высокоскоростная защита от короткого замыкания и кратковременных перегрузок, а также негативно сказывающихся на домашних и офисных высокочувствительных потребителях электромеханических помех. Вы можете купить у нас как простые, так и универсальные российские устройства для сети 220, 380 Вольт высокого качества и надёжности в Москве, СПБ и регионах России. Так как у нас часто спрашивают, как работает наше электрооборудование, мы решили подробно описать всё в данной статье.

 

Принцип работы релейного стабилизатора напряжения.

Функционирование данного оборудования для сети 220В осуществляется благодаря автоматической регулировке нестабильного электроснабжения при помощи силовых ключей — реле. Сглаживание повышенного или пониженного входного напряжения происходит по ступеням путём включения и выключения специальных обмоток трансформатора. Чем больше количество ступеней переключения у релейного стабилизатора, тем выше будет его точность стабилизации. Погрешность таких аппаратов обычно зафиксирована на уровне ±5, ±6, а чаще всего ±8, ±10 процентов. В отличие от электромеханических линеек располагают более расширенным диапазоном (от 100В до 280В) и более высокой скоростью реагирования (до 20 мс). Не рекомендуются для высокоточной электротехники. Безотказно справляются со сбоями в бытовой сети, даже при эксплуатации в различных помещениях с минусовой температурой до -30 градусов Цельсия. Недостатки: во время резкого падения электроэнергии возможно мерцание света. Являются самыми распространенными устройствами, которые пользуются большим спросом для дачи, дома.

 

Принцип работы электромеханического стабилизатора напряжения.

Данные устройства представляют собой усиленный достаточно эффективный и очень надёжный вольтодобавочный трансформатор. В подобных схожих по типу стабилизации аппаратах качественное напряжение на выходе преобразуется благодаря высокоточному перемещению щёточного узла по трансформаторной медной обмотке. За счёт этого регулировка ненормированного электропитания до оптимального значения (220В или 380В) происходит максимально точно и плавно. Поскольку это подвижные элементы конструкции электромеханических стабилизаторов в моменты выравнивания электроэнергии возникает небольшое жужжание. Когда необходимости в стабилизации нет, данное оборудование функционирует практически бесшумно. Помимо высокой точности такие модели формируют на выходе идеальную синусоидальную форму сигнала. Погрешность всего ±3%. Применяется для непрерывной защиты дома, квартиры, медицинских и помыленных помещений с дорогостоящими высокоточными приборами. Располагают хорошей помехоустойчивостью и широким диапазоном. В процессе работы лампочки не мерцают. Недостаток: не приспособлены для эксплуатации в условиях отрицательной температуры.

Принцип работы электронного стабилизатора напряжения.

Самые новые и лучшие по типу регулировки электроприборы, поэтому их стоимость намного выше электромеханических и релейных моделей. Принцип сглаживания скачков и просадок однофазных (220В) электронных стабилизаторов очень похож на релейный. Основное их отличие заключается в том, что в качестве электронных ключей используются современные стойкие к сильным кратковременным перегрузкам до (180%) — тиристоры или симисторы. Сглаживание ненормированного напряжения выполняется также при помощи специальных ключей переключения, только если в релейных сетевых приборах их не более 5-7, то в электронных марках (тиристорных или симисторных) их от 12 до 16 штук. Соответственно благодаря большому количеству ступеней автоматического переключения стабилизация некачественного электропитания осуществляется в максимально плавном режиме, формируется стабильное поддержание чистой формы синусоидального сигнала, и скорость реагирования повышается в несколько раз. Полное отсутствие механических деталей позволяет им надёжно работать не менее 10 лет. Электронные марки располагают самыми высокими техническими характеристиками. Расширенная сфера применения: частные дома, коттеджи, квартиры, дачи, офисы, промышленные или медицинские объекты и другие жилые, а также рабочие помещения. Имеют бесшумный режим выполнения всех функций.

 

Принцип работы гибридного стабилизатора напряжения.

Универсальное по своей конструкции электрооборудование российского производителя «ЭТК Энергия» для переменной сети, не имеющее пока никаких аналогов. Данные серии качественно работают с простой и высокочувствительной электротехникой. Представляет собой усовершенствованный сетевой аппарат, в который обеспечивает выравнивание электроэнергии в двух различных режимах — электромеханическом + релейном. Если напряжение на входе не опускается ниже 144 Вольт или повышается до 256 Вольт, используется электромеханическая система сглаживания скачков и просадок. Если же оно опускается ниже 144В или поднимается более 256В, тогда незамедлительно срабатывает система управления и включается релейный высокоскоростной режим стабилизации. Максимальный диапазон от 105В до 280В. Сфера круглосуточного применения: дачи, офисы, коттеджи, дачи, магазины, медицинские и промышленные помещения. Недостаток: как и электромеханические серии, совершенно не приспособлены для низких климатических условий непрерывной эксплуатации.

Принцип работы стабилизатора напряжения — Москва, СПБ.

СТУПЕНЧАТЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Стабилизатор ступенчатого напряжения — это, по сути, трансформатор, в котором обмотка высокого напряжения (шунт) и обмотка низкого напряжения (последовательно) подключены для помощи или противодействия их соответствующим напряжениям. Впоследствии выходное напряжение может быть суммой или разностью напряжений обмоток. Например, если трансформатор имеет коэффициент трансформации 10: 1 при 1000 В в первичной обмотке, тогда вторичное напряжение будет 100 В.Сложение или вычитание с помощью упомянутого выше соединения — выходное напряжение будет 1100 В или 900 В соответственно. Таким образом, трансформатор становится автотрансформатором с возможностью повышать (повышать / повышать) или понижать (понижать / понижать) напряжение системы на 10%.

Повышающий автотрансформатор (Boost)

Понижающий автотрансформатор (Бак)

Другими словами, переключая место физического соединения с шунта на последовательную обмотку (реверсивный переключатель) и изменяя коэффициент трансформации посредством автоматического переключения ответвлений, напряжение в системе регулируется до необходимого уровня.Это стало возможным, поскольку автоматический регулятор напряжения включает в себя микропроцессорное и / или механическое управление, которое сообщает устройству, когда и как переключать ответвления. Более того, современные контроллеры оснащены функциями сбора данных и обмена данными для удаленных приложений.

Принципиальная схема ступенчатого регулятора напряжения

Стабилизаторы напряжения сети обычно допускают максимальный диапазон регулирования напряжения ± 10% от входящего сетевого напряжения с 32 ступенями по 5/8% или 0.625%. Это составляет 16 шагов для понижения и повышения — 5/8% x 16 шагов = 10%. Коммунальные АРН могут быть установлены на фидерах или на шине подстанции. Блоки регулятора напряжения могут быть однофазными или трехфазными. Однако на трехфазном фидере в приложениях общего пользования чаще используются однофазные блоки, соединенные группами по три (например, с заземлением звездой, замкнутым треугольником). Это связано с тем, что электрические распределительные линии обычно несбалансированы по своей конструкции, к которым добавляются однофазные нагрузки, которые создают значительный дисбаланс линейных токов.Таким образом, три независимо управляемых регулятора вполне могут обеспечить лучший баланс между фазными напряжениями, чем один трехфазный блок или групповая работа. Кроме того, существует множество установок блоков регуляторов открытого треугольника на слабо нагруженных трехфазных фидерах, для которых требуется только два регулятора, и они менее дороги, чем полный трехфазный блок.

Дуган, Р., Макгранаган, М., Сантосо, С. и Бити, Х.В. (2004). Качество электроэнергетических систем (2 ^nd ed.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.

77006 Как работают ступенчатые регуляторы напряжения

% PDF-1.6 % 58 0 объект > эндобдж 75 0 объект > поток application / pdf

ступенчатый регулятор напряжения

регулятор напряжения

Регулятор напряжения 32 ступени

автобустерный регулятор напряжения

автоусилитель

32 ступени

регуляторы

2010-12-07T09: 04: 43.908-05: 00

EPSON Perfection 4990

77006 Как работают ступенчатые регуляторы напряжения

2009-05-08T16: 19: 30-04: 002009-05-08T16: 19: 30-04: 002009-05-08T15: 50: 49-04: 00EPSON Perfection 49

0-12-07T09: 04: 39.908-05: 00PDFScanLib v1.2.2 в Adobe Acrobat 7.0.8 ступенчатый регулятор напряжения регулятор напряжения 32-ступенчатый регулятор напряжения автоматический регулятор напряжения автоусилитель 32 шага регуляторы PDFScanLib v1.2.2 в Adobe Acrobat 7.0.8uuid: b8ca1a96-043b-435b-9637-f3c9daabad05uuid: d3f88c43-1f6e-44a2-bb3f-70f9aa5cd6b7 конечный поток эндобдж 54 0 объект > эндобдж 59 0 объект >>> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 1 0 объект >>> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 11 0 объект >>> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 21 0 объект >>> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 27 0 объект >>> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 33 0 объект >>> / Повернуть 0 / Тип / Страница >> эндобдж 34 0 объект [35 0 R 36 0 R 37 0 R 38 0 R 39 0 R 40 0 ​​R] эндобдж 41 0 объект > поток HDL 3EǡwfM 4 & m6m2PYcž6 & ި_ * 53! H [Wj ⼐] v

Типы регуляторов напряжения и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ

Получайте ценные ресурсы прямо на ваш почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Как работает регулятор напряжения?

Стабилизатор напряжения — это схема, которая создает и поддерживает фиксированное выходное напряжение независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки.

Регуляторы напряжения (VR) поддерживают напряжение источника питания в диапазоне, совместимом с другими электрическими компонентами. Хотя регуляторы напряжения чаще всего используются для преобразования мощности постоянного / постоянного тока, некоторые из них также могут выполнять преобразование мощности переменного / переменного или переменного / постоянного тока. В этой статье речь пойдет о регуляторах постоянного / постоянного напряжения.

Типы регуляторов напряжения: линейные и импульсные

Существует два основных типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные. Оба типа регулируют напряжение в системе, но линейные регуляторы работают с низким КПД, а импульсные регуляторы работают с высоким КПД.В высокоэффективных импульсных регуляторах большая часть входной мощности передается на выход без рассеивания.

Линейные регуляторы

В линейном стабилизаторе напряжения используется устройство активного прохода (например, BJT или MOSFET), которое управляется операционным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение, линейный регулятор регулирует сопротивление проходного устройства, сравнивая внутреннее опорное напряжение с дискретизированным выходным напряжением, а затем сбрасывая ошибку до нуля.

Линейные регуляторы — это понижающие преобразователи, поэтому по определению выходное напряжение всегда ниже входного. Однако у этих регуляторов есть несколько преимуществ: они, как правило, просты в конструкции, надежны, экономичны и обладают низким уровнем шума, а также малыми колебаниями выходного напряжения.

Линейные регуляторы, такие как MP2018, требуют только входной и выходной конденсаторы для работы (см. Рисунок 1) . Их простота и надежность делают их интуитивно понятными и простыми устройствами для инженеров, а зачастую и очень рентабельными.

Рисунок 1: Линейный регулятор MP2018

Импульсные регуляторы

Схема импульсного регулятора обычно более сложна в разработке, чем линейный регулятор, и требует выбора значений внешних компонентов, настройки контуров управления для обеспечения стабильности и тщательного проектирования компоновки.

Импульсные регуляторы

могут быть понижающими преобразователями, повышающими преобразователями или их комбинацией, что делает их более универсальными, чем линейный регулятор.

Преимущества импульсных регуляторов включают то, что они высокоэффективны, имеют лучшие тепловые характеристики и могут поддерживать более высокие токи и более широкие приложения VIN / VOUT.Они могут достичь эффективности более 95% в зависимости от требований приложения. В отличие от линейных регуляторов, для импульсной системы питания могут потребоваться дополнительные внешние компоненты, такие как катушки индуктивности, конденсаторы, полевые транзисторы или резисторы обратной связи. HF920 является примером импульсного стабилизатора, который обеспечивает высокую надежность и эффективное регулирование мощности (см. Рисунок 2) .

Рисунок 2: Импульсный регулятор HF920

Ограничения регуляторов напряжения

Одним из основных недостатков линейных регуляторов является то, что они могут быть неэффективными, поскольку в определенных случаях использования они рассеивают большое количество энергии.Падение напряжения линейного регулятора сравнимо с падением напряжения на резисторе. Например, при входном напряжении 5 В и выходном напряжении 3 В между клеммами возникает падение на 2 В, а эффективность ограничивается 3 В / 5 В (60%). Это означает, что линейные регуляторы лучше всего подходят для приложений с более низкими дифференциалами VIN / VOUT.

Важно учитывать расчетную рассеиваемую мощность линейного регулятора в приложении, поскольку использование более высоких входных напряжений приводит к высокому рассеянию мощности, которое может привести к перегреву и повреждению компонентов.

Еще одним ограничением линейных регуляторов напряжения является то, что они способны только к понижающему (понижающему) преобразованию, в отличие от импульсных регуляторов, которые также предлагают повышающее (повышающее) и понижающее-повышающее преобразование.

Импульсные регуляторы

очень эффективны, но к их недостаткам относится то, что они, как правило, менее рентабельны, чем линейные регуляторы, больше по размеру, более сложны и могут создавать больше шума, если их внешние компоненты не выбраны тщательно. Шум может быть очень важным для конкретного приложения, поскольку шум может повлиять на работу и производительность схемы, а также на характеристики электромагнитных помех.

Топологии импульсного регулятора

: понижающий, повышающий, линейный, LDO и регулируемый

Существуют различные топологии линейных и импульсных регуляторов. Линейные регуляторы часто используют топологию с малым падением напряжения (LDO). Для импульсных регуляторов существует три распространенных топологии: понижающие преобразователи, повышающие преобразователи и понижающие-повышающие преобразователи. Каждая топология описана ниже:

Регуляторы LDO

Одной из популярных топологий линейных регуляторов является стабилизатор с малым падением напряжения (LDO).Линейные регуляторы обычно требуют, чтобы входное напряжение было как минимум на 2 В выше выходного напряжения. Однако стабилизатор LDO рассчитан на работу с очень небольшой разницей напряжения между входными и выходными клеммами, иногда до 100 мВ.

Понижающие и повышающие преобразователи

Понижающие преобразователи

(также называемые понижающими преобразователями) принимают большее входное напряжение и производят более низкое выходное напряжение. И наоборот, повышающие преобразователи (также называемые повышающими преобразователями) принимают более низкое входное напряжение и производят более высокое выходное напряжение.

Пониженно-повышающие преобразователи

Понижающий-повышающий преобразователь — это одноступенчатый преобразователь, который сочетает в себе функции понижающего и повышающего преобразователя для регулирования выхода в широком диапазоне входных напряжений, которые могут быть больше или меньше выходного напряжения.

Управление регулятором напряжения

Четыре основных компонента линейного регулятора — это проходной транзистор, усилитель ошибки, опорное напряжение и цепь обратной связи через резистор. Один из входов усилителя ошибки установлен двумя резисторами (R1 и R2) для контроля процентного значения выходного напряжения.Другой вход — это стабильное опорное напряжение (VREF). Если дискретизированное выходное напряжение изменяется относительно VREF, усилитель ошибки изменяет сопротивление проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения (VOUT).

Для работы линейных регуляторов

обычно требуется только внешний входной и выходной конденсатор, что упрощает их внедрение.

С другой стороны, импульсный стабилизатор требует большего количества компонентов для создания цепи. Силовой каскад переключается между VIN и землей для создания пакетов заряда для доставки на выход.Подобно линейному регулятору, есть операционный усилитель, который производит выборку выходного постоянного напряжения из сети обратной связи и сравнивает его с внутренним опорным напряжением. Затем сигнал ошибки усиливается, компенсируется и фильтруется. Этот сигнал используется для модуляции рабочего цикла ШИМ, чтобы вернуть выход в режим регулирования. Например, если ток нагрузки быстро увеличивается и вызывает падение выходного напряжения, контур управления увеличивает рабочий цикл ШИМ, чтобы обеспечить больший заряд нагрузки и вернуть шину в режим регулирования.

Применение линейного регулятора и импульсного регулятора

Линейные регуляторы часто используются в приложениях, которые чувствительны к затратам, чувствительны к шуму, слаботочны или ограничены в пространстве. Некоторые примеры включают бытовую электронику, такую ​​как наушники, носимые устройства и устройства Интернета вещей (IoT). Например, в таких приложениях, как слуховой аппарат, можно использовать линейный регулятор, поскольку в них нет переключающего элемента, который мог бы создавать нежелательный шум и влиять на работу устройства.

Более того, если проектировщики в основном заинтересованы в создании недорогого приложения, им не нужно так беспокоиться о рассеивании мощности, и они могут полагаться на линейный регулятор.

Импульсные регуляторы полезны для более общих приложений и особенно полезны в приложениях, требующих эффективности и производительности, таких как потребительские, промышленные, корпоративные и автомобильные приложения (см. Рисунок 3) . Например, если приложение требует большого понижающего решения, лучше подходит импульсный стабилизатор, так как линейный регулятор может создать большое рассеивание мощности, которое может повредить другие электрические компоненты.

Рисунок 3: Понижающий регулятор MPQ4430-AEC1

Каковы основные параметры микросхемы регулятора напряжения?

Некоторые из основных параметров, которые следует учитывать при использовании регулятора напряжения, — это входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток. Эти параметры используются для определения того, какая топология VR совместима с ИС пользователя.

Другие параметры, включая ток покоя, частоту переключения, тепловое сопротивление и напряжение обратной связи, могут иметь значение в зависимости от приложения.

Ток покоя важен, когда приоритетом является эффективность в режимах малой нагрузки или ожидания. Если рассматривать частоту коммутации как параметр, максимальное увеличение частоты коммутации приводит к меньшим системным решениям.

Кроме того, термическое сопротивление имеет решающее значение для отвода тепла от устройства и его рассеивания по системе. Если контроллер включает в себя внутренний полевой МОП-транзистор, то все потери (проводящие и динамические) рассеиваются в корпусе и должны учитываться при расчете максимальной температуры ИС.

Напряжение обратной связи — еще один важный параметр, который необходимо изучить, поскольку он определяет минимальное выходное напряжение, которое может поддерживать регулятор напряжения. Стандартно смотреть на параметры опорного напряжения. Это ограничивает нижнее выходное напряжение, точность которого влияет на точность регулирования выходного напряжения.

Как правильно выбрать регулятор напряжения

Чтобы выбрать правильный регулятор напряжения, разработчик должен сначала понять его ключевые параметры, такие как V _IN , V _OUT , I _OUT , системные приоритеты (например,грамм. эффективность, производительность, стоимость), а также любые дополнительные ключевые функции, такие как индикация хорошего энергопотребления (PG) или включение управления.

После того, как разработчик определил эти требования, используйте таблицу параметрического поиска, чтобы найти лучшее устройство, отвечающее желаемым требованиям. Таблица параметрического поиска — ценный инструмент для дизайнеров, поскольку она предлагает различные функции и пакеты, доступные для удовлетворения требуемых параметров для вашего приложения.

Каждое устройство MPS поставляется с таблицей данных, в которой подробно описано, какие внешние компоненты необходимы и как рассчитать их значения для достижения эффективной, стабильной и высокопроизводительной конструкции.Таблицу данных можно использовать для расчета таких значений компонентов, как выходная емкость, выходная индуктивность, сопротивление обратной связи и другие ключевые компоненты системы. Кроме того, вы можете использовать инструменты моделирования, такие как программное обеспечение DC / DC Designer или MPSmart, ознакомиться с примечаниями к применению или задать вопросы в местном FAE.

MPS предлагает множество эффективных, компактных линейных и импульсных стабилизаторов напряжения, включая семейство HF500-x, семейство MP171x, MP20056, MP28310, MPQ4572-AEC1 и MPQ2013-AEC1.

Список литературы

Глоссарий по электронной инженерии

_________________________

Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Получить техническую поддержку

Регуляторы напряжения

, схемы, типы, принцип работы, конструкция, применение

Регулятор напряжения предназначен для автоматического «регулирования» уровня напряжения.Он в основном снижает входное напряжение до желаемого уровня и поддерживает его на том же уровне во время подачи питания. Это гарантирует, что даже при приложении нагрузки напряжение не падает.

Таким образом, регулятор напряжения используется по двум причинам: —

1. Для регулирования или изменения выходного напряжения цепи.
2. Для поддержания постоянного выходного напряжения на желаемом уровне, несмотря на колебания напряжения питания или тока нагрузки.

Чтобы узнать больше об основах этого предмета, вы также можете обратиться к Регулируемый источник питания .

Регуляторы напряжения

находят свое применение в компьютерах, генераторах переменного тока, электростанциях, где схема используется для управления мощностью установки. Регуляторы напряжения можно разделить на электромеханические и электронные. Его также можно классифицировать как регуляторы переменного тока или регуляторы постоянного тока.

Мы уже рассказали о регуляторах напряжения IC .

Электронный регулятор напряжения

Все электронные регуляторы напряжения имеют стабильный источник опорного напряжения, который обеспечивается рабочим диодом обратного напряжения пробоя, называемым стабилитроном.Основная причина использования регулятора напряжения — поддержание постоянного выходного напряжения постоянного тока. Он также блокирует пульсации переменного напряжения, которые не могут быть заблокированы фильтром. Хороший регулятор напряжения может также включать дополнительные схемы защиты, такие как короткое замыкание, схему ограничения тока, тепловое отключение и защиту от перенапряжения.

Электронные регуляторы напряжения разработаны на основе любого из трех или комбинации любого из трех регуляторов, указанных ниже.

1. Транзисторный стабилизатор напряжения с стабилитроном

Стабилизатор напряжения, управляемый стабилитроном, используется, когда эффективность регулируемого источника питания становится очень низкой из-за высокого тока.Существует два типа транзисторных стабилизаторов напряжения, управляемых стабилитроном.

Стабилизатор напряжения серии управляемых транзисторов на стабилитронах

Такую схему еще называют регулятором напряжения с эмиттерным повторителем. Он назван так потому, что используемый транзистор подключен по схеме эмиттерного повторителя. Схема состоит из транзистора N-P-N и стабилитрона. Как показано на рисунке ниже, выводы коллектора и эмиттера транзистора включены последовательно с нагрузкой. Таким образом, этот регулятор имеет в себе именную серию.Используемый транзистор представляет собой транзистор с последовательным проходом.

Стабилизатор напряжения с последовательным транзисторным управлением на стабилитронах

Выходной сигнал выпрямителя, который отфильтрован, затем подается на входные клеммы, и на нагрузочном резисторе Rload получается регулируемое выходное напряжение Vload. Опорное напряжение обеспечивается стабилитроном, а транзистор действует как переменный резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от рабочих условий тока базы Ibase.

Основной принцип работы такого регулятора заключается в том, что большая часть изменения напряжения питания или входного напряжения возникает на транзисторе, и, таким образом, выходное напряжение имеет тенденцию оставаться постоянным.

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Ваут = Взенер — Вбе

Напряжение базы транзистора Vbase и напряжение стабилитрона Vzener равны, поэтому значение Vbase остается почти постоянным.

Эксплуатация

Когда входное напряжение питания Vin увеличивается, выходное напряжение Vload также увеличивается. Это увеличение Vload вызовет снижение напряжения Vbe эмиттера базы транзистора, поскольку напряжение стабилитрона Vzener является постоянным.Это уменьшение Vbe вызывает снижение уровня проводимости, что дополнительно увеличивает сопротивление коллектор-эмиттер транзистора и, таким образом, вызывает увеличение напряжения коллектор-эмиттер транзистора, и все это вызывает снижение выходного напряжения Vout. Таким образом, выходное напряжение остается постоянным. Работа аналогична при уменьшении входного напряжения питания.

Следующим условием будет влияние изменения выходной нагрузки на выходное напряжение. Рассмотрим случай, когда ток увеличивается за счет уменьшения сопротивления нагрузки Rload.Это вызывает уменьшение значения выходного напряжения и, таким образом, вызывает увеличение напряжения эмиттера базы транзистора. Это вызывает уменьшение сопротивления коллектора-эмиттера из-за увеличения уровня проводимости транзистора. Это приводит к небольшому увеличению входного тока и, таким образом, компенсирует уменьшение сопротивления нагрузки Rload.

Самым большим преимуществом этой схемы является то, что изменения тока стабилитрона уменьшаются в β раз, и, таким образом, эффект стабилитрона значительно снижается, и получается гораздо более стабильный выходной сигнал.

Выходное напряжение последовательного регулятора Vout = Vzener — Vbe. Ток нагрузки Iload схемы будет максимальным током эмиттера, который может пройти транзистор. Для обычного транзистора, такого как 2N3055, ток нагрузки может доходить до 15 А. Если ток нагрузки равен нулю или не имеет значения, то ток, потребляемый от источника питания, можно записать как Izener + Ic (min). Такой регулятор напряжения с эмиттерным повторителем более эффективен, чем обычный стабилизатор напряжения. Обычный стабилитрон, в котором есть только резистор и стабилитрон, должен обеспечивать ток базы транзистора.

Ограничения

Ограничения, перечисленные ниже, доказали, что использование этого последовательного регулятора напряжения подходит только для низких выходных напряжений.

1. С повышением температуры в помещении значения Vbe и Vzener имеют тенденцию к уменьшению. Таким образом, выходное напряжение нельзя поддерживать постоянным. Это еще больше увеличит напряжение эмиттера базы транзистора и, следовательно, нагрузку.
2. Нет возможности изменить выходное напряжение в цепи.
3. Из-за небольшого процесса усиления, обеспечиваемого только одним транзистором, схема не может обеспечить хорошее регулирование при высоких токах.
4. По сравнению с другими регуляторами, этот регулятор имеет плохое регулирование и подавление пульсаций в отношении изменений на входе.
5. Рассеиваемая мощность проходного транзистора велика, потому что она равна Vcc Ic, и почти все изменения возникают при Vce, а ток нагрузки приблизительно равен току коллектора. Таким образом, при прохождении больших нагрузочных токов транзистор должен рассеивать много энергии и, следовательно, нагреваться.

Шунтирующий стабилизатор напряжения транзистора с стабилитроном

На изображении ниже показана принципиальная схема шунтирующего регулятора напряжения.Схема состоит из NPN-транзистора и стабилитрона, а также последовательного резистора Rseries, подключенного последовательно с входным источником питания. Стабилитрон подключен к базе и коллектору транзистора, который подключен к выходу.

Транзисторный шунтирующий стабилизатор напряжения с стабилитроном

Operation

Поскольку в последовательном сопротивлении Rseries наблюдается падение напряжения, вместе с ним уменьшается и нерегулируемое напряжение. Величина падения напряжения зависит от тока, подаваемого на нагрузку Rload.Величина напряжения на нагрузке зависит от стабилитрона и напряжения эмиттера базы транзистора Vbe.

Таким образом, выходное напряжение можно записать как

Vout = Vzener + Vbe = Vin — I.Rseries

Выход остается почти постоянным, поскольку значения Vzener и Vbe почти постоянны. Это условие объясняется ниже.

Когда напряжение питания увеличивается, выходное напряжение и напряжение эмиттера базы транзистора увеличивается и, таким образом, увеличивается базовый ток Ibase и, следовательно, увеличивается ток коллектора Icoll (Icoll = β.Ibase).

Таким образом, напряжение питания увеличивается, вызывая увеличение тока питания, который, в свою очередь, вызывает падение напряжения на последовательном сопротивлении Rseries и тем самым снижает выходное напряжение. Этого уменьшения будет более чем достаточно, чтобы компенсировать первоначальное увеличение выходного напряжения. Таким образом, производительность остается почти постоянной. Работа, описанная выше, происходит в обратном порядке, если напряжение питания снижается.

Когда сопротивление нагрузки Rload уменьшается, ток нагрузки Iload увеличивается из-за уменьшения токов через базу и коллектор Ibase и Icoll.Таким образом, на Rseries не будет падения напряжения, а входной ток останется постоянным. Таким образом, выходное напряжение останется постоянным и будет разницей между напряжением питания и падением напряжения на последовательном сопротивлении. Это происходит наоборот, если увеличивается сопротивление нагрузки.

Ограничения

Последовательный резистор вызывает огромные потери мощности.

1. Ток питания через транзистор будет больше, чем через нагрузку.

2. В цепи могут быть проблемы, связанные с перенапряжением.

2. Дискретный транзисторный регулятор напряжения

Дискретные транзисторные регуляторы напряжения можно разделить на два. Они объясняются ниже. Эти две схемы способны создавать регулируемое выходное постоянное напряжение, которое регулируется или поддерживается на заданном уровне, даже если входное напряжение изменяется или нагрузка, подключенная к выходному зажиму, изменяется.

Стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

Блок-схема дискретного стабилизатора напряжения транзисторного типа приведена ниже.Элемент управления размещен для сбора нерегулируемого входа, который контролирует величину входного напряжения и передает его на выход. Затем выходное напряжение возвращается в схему выборки, затем сравнивается с опорным напряжением и отправляется обратно на выход.

Стабилизатор напряжения

на дискретных транзисторах Таким образом, если выходное напряжение имеет тенденцию к увеличению, схема компаратора выдает управляющий сигнал, чтобы заставить элемент управления уменьшать величину выходного напряжения, пропуская его через схему выборки и сравнивая его, тем самым поддерживая постоянное значение. и стабильное выходное напряжение.

Предположим, что выходное напряжение имеет тенденцию к снижению, схема компаратора выдает управляющий сигнал, который заставляет последовательный элемент управления увеличивать величину выходного напряжения, таким образом поддерживая стабильность.

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

Блок-схема дискретного транзисторного шунтирующего стабилизатора напряжения приведена ниже. Как следует из названия, регулирование напряжения обеспечивается за счет отвода тока от нагрузки. Элемент управления шунтирует часть тока, возникающего в результате входного нерегулируемого напряжения, подаваемого на нагрузку.Таким образом, напряжение регулируется на нагрузке. Из-за изменения нагрузки, если есть изменение выходного напряжения, оно будет скорректировано путем подачи сигнала обратной связи в схему компаратора, которая сравнивается с опорным напряжением и передает выходной управляющий сигнал на элемент управления для корректировки величины. сигнала, необходимого для отвода тока от нагрузки.

Шунтирующий стабилизатор напряжения на дискретных транзисторах

Если выходное напряжение увеличивается, ток шунта увеличивается и, таким образом, создается меньший ток нагрузки и поддерживается стабилизированное выходное напряжение.Если выходное напряжение уменьшается, ток шунта уменьшается и, таким образом, создается больший ток нагрузки и поддерживается постоянное регулируемое выходное напряжение. В обоих случаях важную роль играют схема выборки, схема компаратора и элемент управления.

Ограничения транзисторных регуляторов напряжения

Устойчивое и стабилизированное выходное напряжение, получаемое от регулятора, ограничено диапазоном напряжений (30-40) вольт. Это связано с малым значением максимального напряжения коллектор-эмиттер транзистора (50 Вольт).Это ограничивает использование транзисторных источников питания.

3. Электромеханический регулятор

Как следует из названия, это регулятор, сочетающий в себе электрические и механические характеристики. Процесс регулирования напряжения осуществляется спиральным измерительным проводом, который действует как электромагнит. Магнитное поле создается соленоидом в соответствии с протекающим через него током. Это магнитное поле притягивает движущийся материал сердечника из железа, который связан с натяжением пружины или силой тяжести.Когда напряжение увеличивается, ток усиливает магнитное поле, поэтому сердечник притягивается к соленоиду. Магнит физически связан с механическим переключателем. Когда напряжение уменьшается, магнитное поле, создаваемое сердечником, уменьшается, поэтому натяжение пружины заставляет сердечник втягиваться. Это замыкает механический переключатель и позволяет току течь.

Если конструкция механического регулятора чувствительна к небольшим колебаниям напряжения, к соленоиду может быть добавлен селекторный переключатель в диапазоне сопротивлений или обмотки трансформатора для постепенного повышения и понижения выходного напряжения или для изменения положения подвижного элемента. катушка регулятора переменного тока.

Ранее автомобильные генераторы и генераторы переменного тока содержали механические регуляторы. В регуляторах такого типа процесс осуществляется одним, двумя или тремя реле и различными резисторами, чтобы установить выходную мощность генератора чуть более 6 или 12 вольт, и этот процесс не зависит от частоты вращения двигателя или нагрузки, изменяющейся на транспортном средстве. электрическая система. Реле используются для выполнения широтно-импульсной модуляции для регулирования выходной мощности генератора и управления током возбуждения, проходящим через генератор.

Регулятор, используемый для генераторов постоянного тока, отключается от генератора, когда он не работает, чтобы предотвратить обратный поток электричества от батареи к генератору. В противном случае он будет работать как мотор.

4. Автоматический регулятор напряжения (АРН)

Этот активный системный регулятор в основном используется для регулирования выходного напряжения очень больших генераторов, которые обычно используются на кораблях, нефтяных вышках, больших зданиях и т. Д. Схема AVR сложна и состоит из всех активных и пассивных элементов, а также микроконтроллеров.Основной принцип работы AVR такой же, как и у обычного регулятора напряжения. Входное напряжение возбудителя генератора регулируется АРН, и когда напряжение генератора увеличивается или уменьшается, выходное напряжение генератора автоматически увеличивается или уменьшается. Будет предопределенная уставка, по которой АРН определяет величину напряжения, которое должно передаваться на возбудитель каждую миллисекунду. Таким образом регулируется выходное напряжение. Та же операция становится более сложной, когда только один АРН используется для регулирования нескольких генераторов, подключенных параллельно.

5. Трансформатор постоянного напряжения (CVT)

В некоторых случаях вариатор также используется в качестве регулятора напряжения. CVT состоит из резонансной обмотки высокого напряжения и конденсатора, который производит регулируемое выходное напряжение для любого типа входного переменного тока. Как и у обычного трансформатора, вариатор имеет первичную и вторичную обмотки. Первичная обмотка находится на стороне магнитного шунта, а вторичная обмотка — на противоположной стороне с настроенной цепью катушки. Регулирование поддерживается за счет магнитного насыщения вторичных обмоток.Чтобы узнать больше о вариаторах, ознакомьтесь с нашей статьей — Трансформатор постоянного напряжения .

Некоторые применения регуляторов напряжения

• Используется во всех блоках питания электронных гаджетов для регулирования напряжения и спасения устройства от повреждений
• Используется с генератором двигателей внутреннего сгорания для регулирования выходной мощности генератора.
• Используется для электронных схем для подачи точного количества напряжения

Примечание: Стабилизаторы напряжения отличаются от стабилизаторов напряжения.Регуляторы используются для понижения напряжения до желаемого уровня, тогда как стабилизатор «стабилизирует» напряжение. Регуляторы в основном используются для постоянного тока, а стабилизаторы — для переменного тока. Стабилизаторы удерживают напряжение от слишком высокого или слишком низкого, чтобы не повредить подключенное к нему устройство, например телевизор или холодильник.

Общие сведения о работе регулятора напряжения

Регулятор напряжения генерирует фиксированное выходное напряжение заданной величины, которое остается постоянным независимо от изменений его входного напряжения или условий нагрузки.Существует два типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные.

В линейном стабилизаторе используется активное (BJT или MOSFET) устройство прохода (последовательное или шунтирующее), управляемое дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Он сравнивает выходное напряжение с точным опорным напряжением и регулирует проходное устройство для поддержания постоянного выходного напряжения.

Импульсный стабилизатор преобразует входное постоянное напряжение в коммутируемое напряжение, подаваемое на силовой MOSFET или BJT-переключатель. Отфильтрованное выходное напряжение переключателя мощности подается обратно в схему, которая управляет временем включения и выключения переключателя питания, так что выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или тока нагрузки.

Каковы некоторые топологии импульсных регуляторов?

Существует три распространенных топологии: понижающая (понижающая), повышающая (повышающая) и понижающая-повышающая (повышающая / понижающая). Другие топологии включают обратноходовые, SEPIC, Cuk, двухтактные, прямые, полномостовые и полумостовые топологии.

Как влияет на конструкцию регулятора частоты коммутации?

Более высокие частоты переключения означают, что в регуляторе напряжения можно использовать катушки индуктивности и конденсаторы меньшего размера. Это также означает более высокие коммутационные потери и больший шум в цепи.

Какие потери происходят с импульсным регулятором?

Потери возникают из-за мощности, необходимой для включения и выключения полевого МОП-транзистора, которые связаны с драйвером затвора полевого МОП-транзистора. Кроме того, потери мощности полевого МОП-транзистора возникают из-за того, что переключение из состояния проводимости в состояние непроводимости занимает конечное время. Потери также связаны с энергией, необходимой для заряда и разряда емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора.

Каковы обычные применения линейных и импульсных регуляторов?

Рассеиваемая мощность линейного регулятора прямо пропорциональна его выходному току для данного входного и выходного напряжения, поэтому типичный КПД может быть 50% или даже ниже.Используя оптимальные компоненты, импульсный регулятор может достичь КПД в диапазоне 90%. Однако выходной шум линейного регулятора намного ниже, чем импульсный стабилизатор с такими же требованиями к выходному напряжению и току. Обычно импульсный регулятор может управлять более высокими токовыми нагрузками, чем линейный регулятор.

Как импульсный регулятор управляет своим выходом?

Для импульсных регуляторов

требуются средства для изменения выходного напряжения в ответ на изменения входного и выходного напряжения.Один из подходов — использовать ШИМ, который управляет входом в соответствующий выключатель питания, который контролирует его время включения и выключения (рабочий цикл). Во время работы отфильтрованное выходное напряжение регулятора подается обратно на ШИМ-контроллер для управления рабочим циклом. Если отфильтрованный выходной сигнал имеет тенденцию к изменению, обратная связь, подаваемая на ШИМ-контроллер, изменяет рабочий цикл для поддержания постоянного выходного напряжения.

Какие проектные характеристики важны для ИС регулятора напряжения?

Среди основных параметров — входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток.В зависимости от приложения могут быть важны другие параметры, такие как пульсирующее напряжение на выходе, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и КПД. Важными параметрами для линейного регулятора являются падение напряжения, PSRR (коэффициент отклонения источника питания) и выходной шум.

использованная литература

Загрузить средства проектирования управления питанием

Стабилизатор напряжения

: типы, работа и применение

Стабилизатор напряжения — это часть устройства электропитания, которая при любых условиях эксплуатации обеспечивает стабильную и непрерывную подачу напряжения.Во время изменения мощности и разницы нагрузок он контролирует напряжение. Помимо постоянного напряжения, он контролирует переменный ток. В этом блоге мы более подробно рассмотрим идею регулятора напряжения и его различные формы, а также подробно остановимся на общих микросхемах стабилизаторов напряжения и их распространенных реализациях!

Каталог

Ⅰ Что такое регулятор напряжения?

Блок питания электронного устройства преобразует входную мощность в желаемую форму (AC-DC или DC-AC) и желаемые характеристики напряжения / тока.Стабилизатор напряжения является частью блока питания, который при любых условиях эксплуатации обеспечивает стабильную и непрерывную подачу напряжения. Во время изменения мощности и разницы нагрузок он контролирует напряжение. Помимо постоянного напряжения, он контролирует переменный ток.

Обычно регулятор напряжения принимает более высокое входное напряжение и выдает более низкое выходное напряжение, которое является более стабильным. Их вторичное использование также заключается в защите схемы от потенциально опасных скачков напряжения.

Оба электрических прибора, т.е.е. напряжение и ток предназначены для работы при фиксированных номинальных мощностях. Хотя потребление тока является динамическим и зависит от нагрузки устройства, для правильной работы устройства напряжение питания устанавливается и предпочтительно постоянное. Задача регулятора напряжения — поддерживать оптимальное напряжение, необходимое для системы. У них обоих есть регуляторы напряжения для вашего ноутбука, сетевой адаптер и кофеварка.

Ⅱ Принцип работы регуляторов напряжения

Регулятор напряжения — это схема, которая, независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки, создает и поддерживает заданное выходное напряжение.

Аккумулятор в вашем автомобиле, который питается от генератора, розетка в вашем доме, которая обеспечивает всю необходимую вам энергию, мобильный телефон, который, вероятно, есть у вас под рукой каждую минуту дня, — все это требует определенного напряжения для работать. Колеблющиеся выходы, скачкообразные от +2 В, приведут к тому, что ваши зарядные устройства будут работать неэффективно и, вероятно, даже повредить их. Колебания напряжения могут происходить по ряду причин: состояние электросети, выключение и включение других приборов, время суток, влияние окружающей среды и т. Д.Присоединяйтесь к регулятору напряжения из-за необходимости стабильного, непрерывного напряжения.

Регуляторы напряжения (VR) регулируют напряжения в диапазоне, который согласуется с другими электрическими элементами источника питания. В то время как регуляторы напряжения обычно используются для преобразования постоянного / постоянного тока, некоторые из них могут также преобразовывать переменный / переменный или переменный / постоянный ток. Стабилизаторы постоянного / постоянного напряжения будут предметом данного отчета.

Ⅲ Типы регуляторов напряжения

Регуляторы напряжения, используемые в электронных низковольтных системах, обычно представляют собой интегральные схемы.Центры распределения электроэнергии используют более современные и более широкие с точки зрения механики регуляторы напряжения, которые поставляют электроэнергию переменного тока бытовым и промышленным потребителям, чтобы поддерживать номинальное напряжение 110 В (стандарты США для домашних хозяйств) независимо от потребностей потребления в регионе.

Регуляторы напряжения могут использоваться в интегральных схемах, электромеханических системах или твердотельных автоматических регуляторах, в зависимости от физической конфигурации. Линейные и импульсные регуляторы являются наиболее общей классификацией активных регуляторов напряжения (использующих компоненты усилителя, такие как транзисторы или операционные усилители).

Простые системы на основе транзисторов, которые обычно выпускаются как ИС, представляют собой линейные регуляторы. Для регулирования выходного напряжения относительно опорного напряжения в их внутренней схеме используются дифференциальные усилители. Заданный выход или регулируемое управление могут применяться линейными регуляторами напряжения. В настоящее время им требуется входной ток, равный выходному току.

Импульсные регуляторы переключают серию высокочастотного оборудования ВКЛ / ВЫКЛ, изменяя рабочий цикл напряжения, выдаваемого на выходе.Понижающий, повышающий и понижающий-повышающий — их традиционные топологии. Во время понижения напряжения понижающие преобразователи более эффективны, а также могут увеличивать выходной ток. Повышающие преобразователи повышают выходное напряжение до уровня, превышающего входное, например, TPS6125 от Texas Instruments (TI).

Интегральные схемы линейного регулятора напряжения

Для выхода положительного и отрицательного напряжения наиболее распространенными ИС линейного стабилизированного постоянного напряжения, используемыми в электронных схемах, являются серии 78XX и 79XX.XX обозначает выходное напряжение от 2,5 В до 35 В, которое может выдерживать ток до 2 А. Они доступны в упаковке для поверхностного монтажа, ТО-3 и ТО-220. У них есть три контакта для подключения, вход, типичный GND и контакт для выхода. Часто в продаже имеются регуляторы напряжения.

LM7805

STMicroelectronics LM7805 обеспечивает выходное напряжение +5 В и клемму GND, а TI LM7912 обеспечивает выходное напряжение -12 В. Что касается клеммы GND, отрицательные напряжения являются лишь относительным сравнением.

Линейные регуляторы напряжения с очень низким уровнем электромагнитных помех и быстрой реакцией на колебания напряжения представляют собой недорогие и простые в использовании ИС. Хотя они полезны для базовых приложений, их использование имеет ряд недостатков.

Схема семейства микросхем LM317

Постоянное и номинальное выходное напряжение может быть выдано микросхемами 78XX и 79XX, только если входное напряжение не менее 2,5 В или выше выходного напряжения. Во-первых, если он питается от литий-ионной батареи 9 В, вы не можете получить выход 9 В от микросхемы LM7809.

Падение напряжения происходит из-за того, что эти ИС эффективно работают как псевдорезисторы и, как тепло, высвобождают дополнительную входную мощность батареи. Это неэффективно, и при использовании радиаторов или вентиляторов необходимо отводить тепло. Чтобы поддерживать надежные уровни температуры, высоковольтные сильноточные ИС требуют больших радиаторов или постоянного использования вентилятора. Высокие входные напряжения имеют очень низкую производительность — 20% для низких выходов, таких как вход 24 В на LM7805.

LM317 — это линейный регулируемый регулятор напряжения постоянного тока, который позволяет изменять выходное напряжение с помощью резисторов на основе концепции внешнего делителя напряжения R1 / R2.Он прост в использовании и, как показано, требует двух резисторов. В диапазоне положительного напряжения от 1,25 В до 37 В он может обеспечивать ток до 1,5 А. Другие версии семейства LM317 IC, LM317L и LM317M, обеспечивают ток 100 мА и 500 мА соответственно.

Ⅳ Основные параметры регулятора напряжения IC

Входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток — это некоторые из важных параметров, которые следует помнить при использовании регулятора напряжения. Чтобы решить, какая топология VR соответствует ИС потребителя, используются эти параметры.

В зависимости от приложения могут быть важны другие параметры, включая ток покоя, частоту переключения, тепловое сопротивление и напряжение обратной связи.

Ток покоя имеет решающее значение, когда выход является приоритетным в режимах малой нагрузки или в режиме ожидания. Максимальное увеличение частоты коммутации помогает решениям с меньшими размерами устройств, поскольку частота коммутации рассматривается как параметр.

Кроме того, тепловое сопротивление важно для отвода тепла от устройства и его рассеивания по системе.Если в контроллере используется внутренний полевой МОП-транзистор, все потери (проводящие и динамические) рассеиваются в корпусе и должны приниматься во внимание при определении оптимальной температуры ИС.

Еще одним важным параметром для анализа является напряжение обратной связи, поскольку оно определяет минимальное выходное напряжение, которое может выдержать регулятор напряжения. Нормально смотреть на параметры сравнения напряжений. Это ограничивает более низкое выходное напряжение, специфика которого влияет на точность управления выходным напряжением.

Ⅴ Применение регуляторов напряжения

Для питания датчиков, операционных усилителей и других электронных модулей, требующих обоих напряжений, регуляторы положительного и отрицательного напряжения могут использоваться вместе.

Используя выход LM7805 на выводе 5 В, можно управлять всеми популярными производственными платами микроконтроллеров, такими как платы Arduino и Raspberry Pi. Платы Arduino также имеют встроенный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения для регулирования мощности, поступающей от цилиндрического разъема или Vin, например, NCP1117S от On Semiconductor.

Одним из важнейших элементов электрической схемы являются регуляторы напряжения. Они несут ответственность за его безопасную и надежную работу. Стабилизаторы сверхвысокого напряжения используют сильноточные электрические цепи в промышленных условиях на тяжелом оборудовании с высокой номинальной мощностью.

Ⅵ Ограничения регуляторов напряжения

Одним из основных недостатков линейных регуляторов является то, что они могут быть ненадежными, поскольку в некоторых случаях использования они рассеивают большое количество электроэнергии.Падение напряжения линейного регулятора равно падению напряжения на резисторе. Например, между клеммами есть падение 2 В при входном напряжении 5 В и выходном напряжении 3 В, а производительность ограничена 3 В / 5 В (60 процентов). Это означает, что для приложений с более низкими дифференциалами VIN / VOUT лучше подходят линейные регуляторы.

Поскольку использование более высоких входных напряжений приводит к значительному рассеиванию мощности, которое может привести к перегреву и разрушению устройств, важно помнить приблизительное рассеивание мощности линейного регулятора в рабочем состоянии.

По сравнению с импульсными регуляторами, которые часто обеспечивают повышающее (повышающее) и понижающее / повышающее преобразование, другим недостатком линейных регуляторов напряжения является то, что они способны только на понижающее (понижающее) преобразование.

Импульсные регуляторы очень эффективны, но некоторые ограничения включают в себя то, что они обычно менее рентабельны, чем линейные регуляторы, больше по размеру, более сложные и, если их внешние компоненты не выбраны должным образом, они могут производить больше шума. Для конкретного приложения шум может быть очень критичным, поскольку шум может влиять на работу и эффективность схемы, а также на характеристики электромагнитных помех.

Типы регуляторов напряжения: работа и ограничения

В электроснабжении регуляторы напряжения играют ключевую роль. Итак, прежде чем переходить к обсуждению регулятора напряжения, мы должны знать, какова роль источника питания при проектировании системы? Например, в любой рабочей системе, такой как смартфон, наручные часы, компьютер или ноутбук, источник питания является важной частью для работы системы Owl, поскольку он обеспечивает последовательное, надежное и непрерывное питание внутренних компонентов системы.В электронных устройствах источник питания обеспечивает стабильную, а также регулируемую мощность для правильной работы цепей. Источники питания бывают двух типов, например, источник питания переменного тока, который поступает от сетевых розеток, и источник питания постоянного тока, который поступает от батарей. Итак, в этой статье рассматривается обзор различных типов регуляторов напряжения и их работы.

Что такое регулятор напряжения?

Регулятор напряжения используется для регулирования уровней напряжения. Когда требуется стабильное и надежное напряжение, предпочтительным устройством является регулятор напряжения.Он генерирует фиксированное выходное напряжение, которое остается постоянным при любых изменениях входного напряжения или условий нагрузки. Он действует как буфер для защиты компонентов от повреждений. Стабилизатор напряжения — это устройство с простой конструкцией с прямой связью, в котором используются контуры управления с отрицательной обратной связью.

Регулятор напряжения

Существует два основных типа регуляторов напряжения: линейные регуляторы напряжения и импульсные регуляторы напряжения; они используются в более широких приложениях. Линейный регулятор напряжения — самый простой тип регулятора напряжения.Он доступен в двух типах, которые являются компактными и используются в системах с низким энергопотреблением и низким напряжением. Обсудим различные типы регуляторов напряжения.

Основные компоненты , используемые в регуляторе напряжения :

• Цепь обратной связи
• Стабильное опорное напряжение
• Цепь управления проходным элементом

Процесс регулирования напряжения очень прост благодаря использованию трех вышеперечисленных компонентов. Первый компонент регулятора напряжения, такой как цепь обратной связи, используется для обнаружения изменений в выходном напряжении постоянного тока.На основе опорного напряжения, а также обратной связи может быть сгенерирован управляющий сигнал, который приводит в действие элемент Pass для компенсации изменений.

Здесь проходной элемент — это один из видов твердотельного полупроводникового устройства, похожий на BJT-транзистор, диод с PN-переходом, иначе MOSFET. Теперь выходное напряжение постоянного тока можно поддерживать приблизительно стабильным.

Работа регулятора напряжения

Схема регулятора напряжения используется для создания и поддержания постоянного выходного напряжения, даже когда входное напряжение в противном случае изменяется.Регулятор напряжения получает напряжение от источника питания, и его можно поддерживать в диапазоне, который хорошо подходит для остальных электрических компонентов. Чаще всего эти регуляторы используются для преобразования мощности постоянного / постоянного тока, переменного / переменного тока или переменного / постоянного тока.

Типы регуляторов напряжения и их работа

Эти регуляторы могут быть реализованы в виде интегральных схем или дискретных компонентных схем. Стабилизаторы напряжения подразделяются на два типа: линейный регулятор напряжения и импульсный регулятор напряжения.Эти регуляторы в основном используются для регулирования напряжения в системе, однако линейные регуляторы работают с низким КПД, а импульсные регуляторы работают с высоким КПД. В импульсных регуляторах с высоким КПД большая часть i / p-мощности может передаваться на o / p без рассеивания.

Типы регуляторов напряжения

В основном существует два типа регуляторов напряжения: линейный регулятор напряжения и импульсный регулятор напряжения.

• Существует два типа линейных регуляторов напряжения: последовательные и шунтовые.
• Существует три типа импульсных регуляторов напряжения: повышающие, понижающие и инверторные регуляторы напряжения.

Линейные регуляторы напряжения

Линейный регулятор действует как делитель напряжения. В омической области используется полевой транзистор. Сопротивление регулятора напряжения изменяется в зависимости от нагрузки, что обеспечивает постоянное выходное напряжение. Линейные регуляторы напряжения — это оригинальный тип регуляторов, используемых для регулирования источников питания. В этом типе регулятора переменная проводимость активного проходного элемента, такого как MOSFET или BJT, отвечает за изменение выходного напряжения.

Как только нагрузка объединена, изменения на любом входе, в противном случае нагрузка приведет к разнице в токе по транзистору, чтобы поддерживать постоянный выход. Чтобы изменить ток транзистора, он должен работать в активной, иначе омической области.

Во время этой процедуры этот тип регулятора рассеивает много энергии, потому что сетевое напряжение падает внутри транзистора и рассеивается подобно теплу. Как правило, эти регулирующие органы делятся на разные категории.

• Регулируемый положительный
• Регулируемый отрицательный
• Фиксированный выход
• Отслеживание
• Плавающий

Преимущества

К преимуществам линейного регулятора напряжения можно отнести следующее.

• Дает низкую пульсацию выходного напряжения
• Быстрое время отклика на нагрузку или смену строки
• Низкие электромагнитные помехи и меньше шума

Недостатки

К недостаткам линейного стабилизатора напряжения можно отнести следующее.

• КПД очень низкий
• Требуется большое пространство — необходим радиатор
• Напряжение выше входа не может быть увеличено

Регуляторы напряжения серии

В последовательном регуляторе напряжения используется переменный элемент, включенный последовательно с нагрузкой. Изменяя сопротивление этого последовательного элемента, можно изменить падение напряжения на нем. И напряжение на нагрузке остается постоянным.

Количество потребляемого тока эффективно используется нагрузкой; это главное преимущество последовательного регулятора напряжения.Даже когда нагрузка не требует тока, последовательный регулятор не потребляет полный ток. Следовательно, последовательный стабилизатор значительно эффективнее шунтирующего регулятора напряжения.

Шунтирующие регуляторы напряжения

Шунтирующий регулятор напряжения работает, обеспечивая путь от напряжения питания к земле через переменное сопротивление. Ток через шунтирующий регулятор отклоняется от нагрузки и бесполезно течет на землю, что делает эту форму, как правило, менее эффективной, чем последовательный регулятор.Однако он проще, иногда состоит только из диода опорного напряжения и используется в схемах с очень низким энергопотреблением, в которых потери тока слишком малы, чтобы вызывать беспокойство. Эта форма очень распространена для схем опорного напряжения. Шунтирующий регулятор обычно может только поглощать (поглощать) ток.

Применение шунтирующих регуляторов

Шунтовые регуляторы используются в:

• Импульсные источники питания с низким выходным напряжением
• Цепи источника и стока тока
• Усилители ошибок
• Линейные и импульсные источники питания с регулируемым напряжением или током
• Контроль напряжения
• Аналоговые и цифровые схемы, требующие точных эталонов
• Прецизионные ограничители тока

Импульсные регуляторы напряжения

Импульсный регулятор быстро включает и выключает последовательное устройство.Рабочий цикл переключателя устанавливает количество заряда, передаваемого нагрузке. Это контролируется механизмом обратной связи, аналогичным линейному регулятору. Импульсные регуляторы эффективны, потому что последовательный элемент либо полностью проводит ток, либо выключен, потому что он почти не рассеивает мощность. Импульсные регуляторы способны генерировать выходное напряжение, превышающее входное напряжение, или противоположную полярность, в отличие от линейных регуляторов.

Импульсный регулятор напряжения быстро включается и выключается для изменения выходной мощности.Он требует управляющего генератора, а также заряжает компоненты накопителя.

В импульсном регуляторе с частотно-импульсной модуляцией, изменяющейся по частоте, постоянный рабочий цикл и спектр шума, налагаемые PRM, изменяются; отфильтровать этот шум труднее.

Импульсный стабилизатор с широтно-импульсной модуляцией, постоянной частотой, изменяющимся рабочим циклом, эффективен и легко отфильтровывает шум.
В импульсном регуляторе ток в непрерывном режиме через катушку индуктивности никогда не падает до нуля.Это обеспечивает максимальную выходную мощность. Это дает лучшую производительность.

В импульсном стабилизаторе ток в прерывистом режиме через катушку индуктивности падает до нуля. Это дает лучшую производительность при низком выходном токе.

Топологии коммутации

Имеет два типа топологии: диэлектрическая изоляция и неизолированная.

Изолированный

Он основан на радиации и интенсивных средах. Опять же, изолированные преобразователи делятся на два типа, включая следующие.

• Обратные преобразователи
• Прямые преобразователи

В перечисленных выше изолированных преобразователях рассматривается тема импульсных источников питания.

Без изоляции

Он основан на небольших изменениях Vout / Vin. Примеры: повышающий регулятор напряжения (Boost) — увеличивает входное напряжение; Step Down (Buck) — снижает входное напряжение; Повышение / Понижение (повышение / понижение) Регулятор напряжения — понижает, повышает или инвертирует входное напряжение в зависимости от контроллера; Зарядный насос — обеспечивает многократный ввод без использования индуктора.

Опять же, неизолированные преобразователи подразделяются на разные типы, но наиболее значимыми являются

.

• Понижающий преобразователь или понижающий регулятор напряжения
• Повышающий преобразователь или повышающий регулятор напряжения
• Понижающий или повышающий преобразователь

Преимущества топологий коммутации

Основными преимуществами импульсного источника питания являются эффективность, размер и вес. Это также более сложная конструкция, способная обеспечить более высокую энергоэффективность.Импульсный регулятор напряжения может обеспечивать выходной сигнал, который больше или меньше, или инвертирует входное напряжение.

Недостатки топологий коммутации

• Повышенное пульсирующее напряжение на выходе
• Более медленное переходное время восстановления
• EMI производит очень шумный выход
• Очень дорого

Повышающие импульсные преобразователи, также называемые повышающими импульсными регуляторами, обеспечивают более высокое выходное напряжение за счет повышения входного напряжения.Выходное напряжение регулируется до тех пор, пока потребляемая мощность находится в пределах выходной мощности схемы. Для управления цепочками светодиодов используется повышающий импульсный регулятор напряжения.

Повышающие регуляторы напряжения

Предположим, что цепь без потерь Pin = Pout (входная и выходная мощности одинаковы)

Тогда V _{на выходе} I _{на выходе} = V _{на выходе} I _{на выходе} ,

I _из / I _из = (1-D)

Из этого следует, что в этой схеме

• Полномочия остались прежними
• Напряжение увеличивается
• Снижение тока
• Эквивалент трансформатора постоянного тока

Понижающий регулятор напряжения

Понижает входное напряжение.

Понижающие регуляторы напряжения

Если входная мощность равна выходной мощности, то

P _из = P _из ; V _вход I _вход = V _выход I _выход ,

I _выход / I _дюйм = V _дюйм / V _выход = 1 / D

Понижающий преобразователь эквивалентен трансформатору постоянного тока, в котором коэффициент передачи находится в диапазоне 0-1.

Шаг вверх / шаг вниз (Boost / Buck)

Его еще называют инвертором напряжения.Используя эту конфигурацию, можно повышать, понижать или инвертировать напряжение в соответствии с требованиями.

• Выходное напряжение имеет полярность, противоположную входной.
• Это достигается за счет прямого смещения диода с обратным смещением VL во время выключения, выработки тока и зарядки конденсатора для выработки напряжения во время выключения.
• Используя этот тип импульсного регулятора, можно достичь КПД 90%.

Повышающие / понижающие регуляторы напряжения

Регуляторы напряжения генератора

Генераторы переменного тока вырабатывают ток, необходимый для удовлетворения электрических потребностей автомобиля во время работы двигателя.Он также восполняет энергию, которая используется для запуска автомобиля. Генератор переменного тока может производить больше тока на более низких скоростях, чем генераторы постоянного тока, которые когда-то использовались в большинстве транспортных средств. Генератор состоит из двух частей

Регулятор напряжения генератора

Статор — это неподвижный элемент, который не движется. Он содержит набор электрических проводников, намотанных катушками на железный сердечник.
Ротор / Якорь — Это движущийся компонент, который создает вращающееся магнитное поле любым из следующих трех способов: (i) индукцией (ii) постоянными магнитами (iii) с помощью возбудителя.

Электронный регулятор напряжения

Простой регулятор напряжения может быть изготовлен из резистора, включенного последовательно с диодом (или последовательно соединенными диодами). Из-за логарифмической формы кривых V-I на диоде напряжение на диоде изменяется незначительно из-за изменений потребляемого тока или изменений на входе. Когда точный контроль напряжения и эффективность не важны, эта конструкция может работать нормально.

Электронный регулятор напряжения

Транзисторный регулятор напряжения

Электронные регуляторы напряжения имеют источник нестабильного опорного напряжения, который обеспечивается стабилитроном, который также известен как рабочий диод обратного пробоя.Он поддерживает постоянное выходное напряжение постоянного тока. Пульсации переменного напряжения заблокированы, но фильтр не может быть заблокирован. Регулятор напряжения также имеет дополнительную схему защиты от короткого замыкания, схему ограничения тока, защиту от перенапряжения и тепловое отключение.

Основные параметры регуляторов напряжения

• Основные параметры, которые необходимо учитывать при работе регулятора напряжения, в основном включают в себя I / P-напряжение, O / P-напряжение, а также O / P-ток. Как правило, все эти параметры в основном используются для определения топологии типа VR, хорошо согласованной или нет с ИС пользователя.
• Другие параметры этого регулятора: частота коммутации, ток покоя; термическое сопротивление напряжения обратной связи может применяться в соответствии с требованием
• Ток покоя имеет большое значение, если основной проблемой является эффективность в режимах ожидания или при небольшой нагрузке.
• Если частота коммутации рассматривается как параметр, использование частоты коммутации может привести к решениям небольшой системы. Кроме того, тепловое сопротивление может быть опасным для отвода тепла от устройства, а также для отвода тепла от системы.
• Если контроллер имеет полевой МОП-транзистор, после этого все кондуктивные, а также динамические потери будут рассеиваться внутри корпуса и должны учитываться при измерении предельной температуры регулятора.
• Самый важный параметр — это напряжение обратной связи, поскольку он определяет меньшее напряжение включения / выключения, которое может выдержать ИС. Это ограничивает меньшее напряжение o / p, а точность влияет на регулирование выходного напряжения.

Как правильно выбрать регулятор напряжения?

• Ключевые параметры играют ключевую роль при выборе регулятора напряжения разработчиком, например Vin, Vout, Iout, системные приоритеты и т. Д.Некоторые дополнительные ключевые функции, такие как включение управления или индикация состояния питания.
• Когда разработчик описал эти потребности, используйте таблицу параметрического поиска, чтобы найти лучшее устройство для удовлетворения предпочтительных потребностей.
• Для дизайнеров эта таблица очень ценна, потому что она предоставляет несколько функций, а также пакеты, доступные для удовлетворения необходимых параметров для требований дизайнера.
• Устройства MPS доступны со своими техническими описаниями, в которых подробно описаны необходимые внешние части, как измерить их значения, чтобы получить стабильную, эффективную конструкцию с высокой производительностью.
• Это техническое описание в основном помогает при измерении значений таких компонентов, как выходная емкость, сопротивление обратной связи, индуктивность выходного сигнала и т. Д.
• Кроме того, вы можете использовать некоторые инструменты моделирования, такие как программное обеспечение MPSmart / DC / DC Designer и т. Д. MPS предоставляет различные регуляторы напряжения с компактными линейными, различными эффективными и переключаемыми типами, такие как семейство MP171x, семейство HF500-x, MPQ4572- AEC1, MP28310, MP20056 и MPQ2013-AEC1.

Ограничения / недостатки

Ограничения регуляторов напряжения включают следующее.

• Одним из основных ограничений регулятора напряжения является его неэффективность из-за рассеивания большого тока в некоторых приложениях.
• Падение напряжения на этой ИС аналогично падению напряжения на резисторе. Например, когда на входе регулятора напряжения 5 В, а на выходе получается 3 В, тогда падение напряжения между двумя клеммами составляет 2 В.
• Эффективность регулятора может быть ограничена до 3 В или 5 В, что означает, что эти регуляторы применимы с меньшим количеством дифференциалов Vin / Vout.
• В любом приложении очень важно учитывать ожидаемое рассеивание мощности для регулятора, потому что при высоких входных напряжениях рассеиваемая мощность будет высокой, что может привести к повреждению различных компонентов из-за перегрева.
• Другое ограничение заключается в том, что они просто способны к понижающему преобразованию по сравнению с переключательными типами, поскольку эти регуляторы обеспечивают понижающее преобразование и преобразование.