Site Loader

Содержание

Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Стабилизаторы тока предназначены для стабилизации тока на нагрузке. Напряжение на нагрузке зависит от его сопротивления. Стабилизаторы необходимы для функционирования различных электронных приборов, например газоразрядные лампы.

Для качественного заряда аккумуляторов также необходимы стабилизаторы тока. Они используются в микросхемах для настройки тока каскадов преобразования и усиления. В микросхемах они играют роль генератора тока. В электрических цепях всегда есть разного рода помехи. Они отрицательно влияют на действие приборов и электрических устройств. С такой проблемой легко справляются стабилизаторы тока.

Отличительной чертой стабилизаторов тока является их значительное выходное сопротивление. Это дает возможность исключить влияние напряжения на входе, и сопротивления нагрузки, на значение тока на выходе устройства. Стабилизаторы тока поддерживают выходной ток в определенных пределах, меняя при этом напряжение таким образом, что ток, протекающий по нагрузке, остается постоянным.

Устройство и принцип действия

На нестабильность нагрузочного тока влияет значение сопротивления и напряжения на входе. Пример: в котором сопротивление нагрузки постоянно, а напряжение на входе повышается. Ток нагрузки при этом также возрастает.

В результате этого повысится ток и напряжение на сопротивлениях R1 и R2. Напряжение стабилитрона станет равным сумме напряжений сопротивлений R1, R2 и на переходе VT1 база-эмиттер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/э)

Напряжение на VD1 не меняется при меняющемся входном напряжении. Вследствие этого ток на переходе база-эмиттер снизится, и повысится сопротивление между клеммами эмиттер-коллектор. Сила тока на переходе коллектор-эмиттере и нагрузочное сопротивление станет снижаться, то есть переходить к первоначальной величине. Так выполняется выравнивание тока и поддержание его на одном уровне.

Виды стабилизаторов тока

Существует множество разных видов стабилизаторов в зависимости от их назначения и принципа работы. Рассмотрим подробнее основные из таких устройств.

Стабилизаторы на резисторе

В элементарном случае генератором тока может быть схема, состоящая из блока питания и сопротивления. Подобная схема часто используется для подключения светодиода, выполняющего функцию индикатора.

Из недостатков такой схемы можно отметить необходимость использования высоковольтного источника. Только при таком условии можно использовать резистор, имеющий высокое сопротивление, и получить хорошую стабильность тока. На сопротивлении рассеивается мощность P = I 2 х R.

Стабилизаторы на транзисторах

Значительно лучше функционируют стабилизаторы тока, собранные на транзисторах.

Можно выполнить настройку падения напряжения таким образом, что оно будет очень маленьким. Это дает возможность снижения потерь при хорошей стабильности тока на выходе. На выходе транзистора сопротивление очень большое. Такая схема применяется для подключения светодиодов или зарядки аккумуляторных батарей малой мощности.

Напряжение на транзисторе определяется стабилитроном VD1. R2 играет роль датчика тока и обуславливает ток на выходе стабилизатора. При увеличении тока падение напряжения на этом резисторе становится больше. Напряжение поступает на эмиттер транзистора. В итоге напряжение на переходе база-эмиттер, которое равно разности напряжения базы и эмиттерного напряжения, снижается, и ток возвращается к заданной величине.

Схема токового зеркала

Аналогично функционируют генераторы тока. Популярной схемой таких генераторов является «токовое зеркало», в которой вместо стабилитрона применяется биполярный транзистор, а точнее, эмиттерный переход. Вместо сопротивления R2 применяется сопротивление эмиттера.

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

Нагрузочный ток проходит через R1. Ток в цепи: «+» источника напряжения, сток-затвор VТ1, нагрузочное сопротивление, отрицательный полюс источника – очень незначительный, так как сток-затвор имеет смещение в обратную сторону.

Напряжение на R1 положительное: слева «-», справа напряжение равно напряжению правого плеча сопротивления. Поэтому напряжение затвора относительно истока минусовое. При снижении нагрузочного сопротивления, ток повышается. Поэтому напряжение затвора по сравнению с истоком имеет еще большую разницу. Вследствие этого транзистор закрывается сильнее.

При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.

Устройства на микросхеме

В прошлых схемах имеются элементы сравнения и регулировки. Аналогичная структура схемы применяется при проектировании устройств, выравнивающих напряжение. Отличие устройств, стабилизирующих ток и напряжение, заключается в том, что в цепь обратной связи сигнал приходит от датчика тока, который подключен к цепи нагрузочного тока. Поэтому для создания стабилизаторов тока используют популярные микросхемы 142 ЕН 5 или LМ 317.

Здесь роль датчика тока играет сопротивление R1, на котором стабилизатор поддерживает постоянное напряжение и нагрузочный ток. Величина сопротивления датчика значительно ниже, чем нагрузочное сопротивление. Снижение напряжения на датчике влияет на напряжение выхода стабилизатора. Подобная схема хорошо сочетается с зарядными устройствами, светодиодами.

Импульсный стабилизатор

Высокий КПД имеют импульсные стабилизаторы, выполненные на основе ключей. Они способны при незначительном напряжении входа создавать высокое напряжение на потребителе. Такая схема собрана на микросхеме

МАХ 771.

Сопротивления R1 и R2 играют роль делителей напряжения на выходе микросхемы. Если напряжение на выходе микросхемы становится выше опорного значения, то микросхема снижает выходное напряжение, и наоборот.

Если схему изменить таким образом, чтобы микросхема реагировала и регулировала ток на выходе, то получится стабилизированный источник тока.

При падении напряжения на R3 ниже 1,5 В, схема работает в качестве стабилизатора напряжения. Как только нагрузочный ток повышается до определенного уровня, то на резисторе R3 падение напряжения становится больше, и схема действует как стабилизатор тока.

Сопротивление R8 подключается по схеме тогда, когда напряжение становится выше 16,5 В. Сопротивление R3 задает ток. Отрицательным моментом этой схемы можно отметить значительное падение напряжения на токоизмерительном сопротивлении R3. Эту проблему можно решить путем подключения операционного усилителя для усиления сигнала с сопротивления R3.

Стабилизаторы тока для светодиодов

Изготовить такое устройство самостоятельно можно с применением микросхемы LМ 317. Для этого останется только подобрать резистор. Питание для стабилизатора целесообразно применять следующее:

  • Блок от принтера на 32 В.
  • Блок от ноутбука на 19 В.
  • Любой блок питания на 12 В.

Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.

Похожие темы:

Стабилизаторы напряжения и тока

Лекция 8

2.4 Стабилизаторы напряжения и тока.
2.4.1 Принцип стабилизации. Виды стабилизаторов.

      Величина напряжения на выходе выпрямителей, предназначенных для питания различных РТУ, может колебаться в значительных пределах, что ухудшает работу аппаратуры. Основными причинами этих колебаний являются изменения напряжения на входе выпрямителя и изменение нагрузки. В сетях переменного тока наблюдаются изменения напряжения двух видов: медленные, происходящие в течение от нескольких минут до нескольких часов, и быстрые, длительностью доли секунды. Как те, так и другие изменения отрицательно сказываются на работе аппаратуры. Например, ЛБВ вообще не могут работать без стабилизации напряжения. Для обеспечения заданной точности измерительных приборов (электронных вольтметров, осциллографов и др.) также необходима стабилизация напряжения.       Стабилизатором напряжения

называется устройство, поддерживающее напряжение на нагрузке с требуемой точностью при изменении сопротивления нагрузки и напряжения сети в известных пределах.       Стабилизатором тока называется устройство, поддерживающее ток в нагрузке с требуемой точностью при изменении сопротивления нагрузки и напряжения сети в известных пределах.       Стабилизатор одновременно со своими основными функциями осуществляет и подавление пульсаций.       Качество работы стабилизатора оценивается коэффициентом стабилизации, равным отношению относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора:       (1)       Качество стабилизации оценивается также относительной нестабильностью выходного напряжения
      (2)       Внутреннее сопротивление        (3)       Коэффициент сглаживания пульсаций      (4) где Uвх~, Uвых~ — амплитуды пульсации входного и выходного напряжений соответственно. Для стабилизаторов тока важны следующие параметры:       Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению      (5)       Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки       (6)       Коэффициент полезного действия определяется для всех типов стабилизаторов по отношению входной и выходной активных мощностей
       (7)       Существуют два основных метода стабилизации: параметрический и компенсационный.       Параметрический метод основан на использовании нелинейных элементов, за счёт которых происходит перераспределение токов и напряжений между отдельными элементами схемы, что ведёт к стабилизации.       Структурная схема параметрического стабилизатора состоит из двух элементов — линейного и нелинейного.

           

      При изменении напряжения на входе стабилизатора в широких пределах (

) напряжение на выходе изменяется в значительно меньших пределах ()      Параметрические стабилизаторы напряжения строятся на основе кремниевых стабилитронов. В кремниевом стабилитроне при определённом Uст развивается лавинный пробой p-n перехода (см. рисунок (а)). Обычно рабочую ветвь изображают при ином расположении осей (см. рисунок (б)). Рабочий участок ограничен предельно допустимым по тепловому режиму Imax.

а)                                          б)

      В параметрическом стабилизаторе переменного напряжения линейным элементом служит конденсатор, а нелинейным — дроссель насыщения.       Компенсационный

стабилизатор отличается наличием отрицательной обратной связи, посредством которой сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулируемый элемент, изменяя его сопротивление, что ведёт к стабилизации. Компенсационные стабилизаторы, в которых регулируемый транзистор постоянно (непрерывно) находится в открытом состоянии, называются линейными или с непрерывным регулированием. В импульсном стабилизаторе регулируемый транзистор работает в ключевом режиме.

2.4.2 Параметрический стабилизатор постоянного напряжения

      Стабилизатор состоит из стабилитрона и гасящего резистора Rг (см. рисунок).

     

По I и II законам Кирхгофа       (8)       Согласно 001:    Подставим в эту формулу уравнения (8):

      Поскольку rст<<R и Rг/Rст>>1, то       (9)

     Кст увеличивается при уменьшении rст и увеличении Rг. Но при увеличении Rг нужно увеличивать Uвх. Поэтому нельзя получить очень высокий Кст. Обычно Кст не превышает нескольких десятков. Существует предельно достижимый для данного стабилитрона коэффициент стабилизации , где       Но при увеличении Rг возрастает Rг и потери мощности, снижается КПД:       (10) = 20-30%, что объясняется значительными потерями мощности в гасящем резисторе и самом стабилитроне. Поэтому простую схему со стабилитроном применяют для стабилизации напряжения на нагрузках, потребляющих очень малую мощность.       Существенным недостатком кремниевых стабилитронов является изменение напряжения пробоя при изменении температуры. Это изменение можно выразить линейной зависимостью:       (11) где — абсолютный температурный коэффициент. Стабилитроны с Uст<5В имеют отрицательный , т.е. Uст уменьшатся с ростом температуры, а стабилитроны с Uст>5В — положительный .       Относительный температурный коэффициент:       Для уменьшения температурной нестабильности используют схемы с температурной компенсацией.       Наиболее простая схема предполагает использование одного или нескольких полупроводниковых диодов, смещённых в прямом направлении. У открытых p-n переходов отрицателен, поэтому такой способ пригоден для стабилитронов с Uст>5В.       Включение термокомпенсирующих диодов приводит к росту внутренннего сопротивления ветви со стабилитроном:   , где — внутреннее сопротивление термокомпенсирующего диода.       Кст немного уменьшается.       Другой способ заключается в использовании стабилитронов с внутренней термокомпенсацией, представляющих собой два p-n перехода, включенных навстречу друг другу и выполненных на одном кристалле. Это прецизионные стабилитроны 2С108В, 2С116В, 2С190Д с ТКН=±0,0005% / оC на градус, и другие.       Параметрический стабилизатор можно умощнить, включив стабилитрон в базовую цепь эмиттерного повторителя (см. рисунок).

     Таким образом, мощность нагрузки увеличена, а нестабильность снижена, так как базовый ток изменяется очень слабо в процессе стабилизации.       В качестве параметрических стабилизаторов постоянного тока используют нелинейные элементы, ток которых мало зависит от напряжения, приложенного к ним. В качестве такого элемента можно использовать полевой транзистор. Если Uзи=const, то Iс~const (см. рисунок). В нашем случае затвор и исток закорочены (см. рисунок).

      

      Стабилизатор тока применяют в параметрических стабилизаторах напряжения для стабилизации входного тока. Включение стбилизатора тока вместо гасящего сопротивления даёт возможность повысить Кст:

, где  — дифференциальное сопротивление канала полевого транзистора.

      КПД также повышается.       Традиционные стабилитроны не охватывают весь диапазон напряжений. Для получения требуемого Uвых>Uст используются операционные усилители (см. рисунок).

      Например: Uст=9В, Uвых=10В.  R1=1кОм, R2=9кОм.   Для Iст=10мА  Rо=1/(10*(1/1000))=100 Ом.       Всвязи с тем. что простой стабилитрон не отвечает требованиям, предъявляемым к источникам опорного напряжения (ИОН), были разработаны СИМС (стабилитронные ИМС), которые имеют два (или три) вывода и выполнены как обычный стабилитрон, хотя в действительности они являются ИМС, содержащей пассивные и активные элементы. Все СИМС можно разделить на три группы:       температурно-компенсированные СИМС;       температурно-стабилизированные;       опорные источники с напряжением запрещённой зоны ( bandgap ИОН).       Температурно-компенсированные — 1009ЕН1. В неё входят 9 транзисторов и резисторы. Uст=31-35 В, Iст=5 мА, ТКН 0,006 % / о C. Предназначены для питания варикапов.       Температурно-стабилизированные ИОН содержат интегральный стабилитрон, а также прецизионный термостат, управляемый датчиком температуры (ДТ — переход БЭ транзистора). Термостат обеспечивает постоянную температуру кристалла интегрального стабилитрона при помощи нагревательной схемы, дополненной датчиком температуры. ТКН до 0,00005 % / оC, что на порядок меньше, чем у любого стабилитрона. 2С483 (аналог LM199 фирмы National Semiconductor).       Опорные источники с напряжением запрещённой зоны состоят из биполярных транзисторов и резисторов. В них используется принцип термокомпенсации Uбэ падением напряжения на резисторе с положительным ТКН. Uвых=1,22 В, Еотс~0,7 В. Для изменения значения Uвых введена схема с ОУ. На этом принципе выполнен регулируемый интегральный стабилитрон типа 142ЕН19 (аналог TL431 фирмы Texas Instruments). ТКН=0,0003 % / о C, Uвых=2,5-36 В, rдиф=0,2 Ом,Iнmax=100 мА. Эти параметры намного лучше, чем у прецизионных стабилитронов.

принцип работы, импульсная модель, универсальный регулируемый прибор

Импульсный стабилизатор токаЧтобы эффективно побороть различные помехи в сети, необходимо использовать простые стабилизаторы тока. Современные производители занимаются промышленным изготовлением таких устройств, благодаря чему каждая модель отличается своими функциональными и техническими характеристиками. В бытовой отрасли нет больших требований к стабилизаторам тока, но высококачественное измерительное оборудование всегда нуждается в стабильном напряжении.

Краткое описание

Опытные мастера прекрасно знают, что простейшие ограничители тока представлены в виде обычных резисторов. Такие агрегаты часто называют стабилизаторами, что не является действительностью, так как они не способны убрать все помехи при колебании напряжения на своём входе. Использование резистора в схеме питания того или иного прибора возможно только в том случае, если всё входное напряжение стабилизируется.

В иной ситуации даже мельчайшие скачки напряжения воспринимаются как повышенная нагрузка, что негативно отражается на работе всего устройства. Эффективность работы резистивных ограничителей тока является довольно низкой, так как потребляемая ими энергия рассеивается в виде тепла.

Более высоким уровнем КПД обладают те конструкции, которые изготовлены на базе готовых интегральных микросхем линейных стабилизаторов. Схемы таких устройств отличаются минимальным набором элементов, простотой настройки и отсутствием помех. Чтобы избежать нежелательного перегрева регулирующего элемента, различия между входным и выходным напряжением должны быть минимальными. В противном случае корпус микросхемы будет вынужден рассеивать всю невостребованную энергию, что в несколько раз снижает итоговый показатель КПД.

Наибольшей эффективностью обладают схемы с широтно-импульсной модуляцией. Их производство основано на использовании универсальных микросхем, где присутствует цепь обратной связи и специальные защитные механизмы, благодаря чему существенно возрастает надёжность всего устройства. Использование импульсного трансформатора ведёт к удержанию схемы, что положительно влияет на уровень КПД и продолжительность эксплуатационного срока. Стоит отметить, что такие стабилизаторы мастера часто изготавливают своими руками, используя для этого специальные детали.

Функциональные возможности

Как собрать стабилизатор токаТолько тот мастер, который хорошо знает принцип работы стабилизатора тока, сможет эффективно применять это устройство в различных сферах. Основная сложность в том, что электросети насыщены различными помехами, которые негативно влияют на работоспособность оборудования и приборов. Чтобы эффективно преодолеть источники отрицательного воздействия, специалисты повсюду применяют стабилизаторы напряжения и тока.

В каждом таком изделии присутствует незаменимый элемент — трансформатор, который обеспечивает стабильную и безотказную работу всей системы. Даже самая элементарная схема обязательно укомплектована универсальным выпрямительным мостом, который соединён с разными резисторами, а также конденсаторами. К главным эксплуатационным характеристикам относятся предельный уровень сопротивления и индивидуальная ёмкость.

Квалифицированные специалисты отмечают, что простой стабилизатор тока функционирует по самой элементарной схеме. Всё дело в том, что электрический ток поступает на основной трансформатор, благодаря чему меняется его предельная частота. На входе она всегда совпадает с этим показателем в электросети, находясь в пределах 50 герц. Только после того, как произошло преобразование тока, предельная частота будет снижена до оптимальной отметки.

Стоит отметить, что в традиционной схеме присутствуют мощные высоковольтные выпрямители, которые помогают определить полярность напряжения. А вот конденсаторы участвуют в качественной стабилизации тока, резисторы устраняют имеющиеся помехи.

Изготовление простого преобразователя для светодиодов

Схема импульсного стабилизатора токаОпытные мастера согласятся, что собрать качественный и долговечный стабилизатор не так уж и сложно. Главная особенность состоит в том, что на блок может быть установлена целая система низковольтных конденсаторов на 20 вольт, а импульсная микросхема может иметь вход до 35 В. Наиболее простой светодиодный стабилизатор, выполненный своими руками — это вариант LM317. Потребуется только правильно рассчитать резистор для используемого светодиода с помощью специализированного онлайн-калькулятора.

Важным фактом остаётся то, что для слаженной работы такого агрегата отлично подходит подручное питание:

  • Стандартный блок на 19 вольт от ноутбука.
  • На 24 В.
  • Более мощный агрегат на 32 вольт от обычного принтера.
  • Либо на 9 или на 12 вольт от какой-либо бытовой электроники.

К основным преимуществам такого преобразователя всегда относят его доступность, минимальное количество элементов, высокую степень надёжности, а также наличие в магазинах. Собирать самостоятельно более сложную схему весьма нерационально. Если мастер не обладает необходимым опытом, тогда импульсный стабилизатор тока лучше купить в готовом виде. При необходимости его всегда можно усовершенствовать.

Импульсный стабилизатор тока

Продолжительность работы светодиода без потери яркости зависит от режима. Главное достоинство простейших стабилизаторов (драйверов), таких как микросхема-стабилизатор LM317, — их довольно трудно сжечь. Схема подключения LM317 требует всего двух деталей: самой микросхемы, включаемой в режим стабилизации, и резистора. Сам процесс сборки состоит из нескольких основных этапов:

  1. Потребуется купить переменный резистор сопротивлением в 0.5 кОм (имеет три вывода и ручку регулировки). Заказать его можно через интернет или купить в «Радиолюбителе».
  2. Провода припаиваются к среднему выводу, а также к одному из крайних.
  3. С помощью мультиметра, включённого в режиме измерения сопротивления, замеряется сопротивление резистора. Нужно добиться максимального показания в 500 Ом (чтобы светодиод не перегорел при низком сопротивлении резистора).
  4. После внимательной проверки правильности соединений перед подключением собирается цепь.

Для любого устройства можно добиться подачи 10 А (задаётся низкоомным сопротивлением). Для этих целей можно использовать транзистор КТ825 или установить аналог с лучшими техническими характеристиками и системой охлаждения. Максимальная мощность LM317 — 1.5 ампер. Если есть необходимость увеличить ток, то в схему можно добавить полевой или обычный транзистор.

Универсальная регулируемая модель

Устройство стабилизатора токаМногие мастера сталкиваются с необходимостью использования высококачественного стабилизатора, который позволил бы проводить настройки сети в широком диапазоне. Некоторые современные схемы отличаются тем, что в них предусмотрено наличие токозадающего резистора с пониженными характеристиками. Сами специалисты отмечают, что такое устройство позволяет проводить усиление напряжения в другом резисторе. Это состояние принято называть усиленным напряжением ошибки.

Параметры опорного и ошибочного напряжения можно сравнить при помощи опорного усилителя, благодаря этому мастер осуществляет настройку состояния полевого транзистора. Стоит отметить, что такая схема требует дополнительного питания, которое обязательно должно поступать к отдельному разъёму. Всё дело в том, что питающее напряжение должно обеспечивать слаженную работу абсолютно всех компонентов используемой схемы. Допустимый уровень не должен быть превышен, так как это чревато преждевременной поломкой оборудования.

Чтобы максимально правильно настроить работу регулируемого стабилизатора тока, необходимо использовать специальный ползунок. Именно подстроечный резистор позволяет мастеру выставить максимальное значение тока. Настройка сети получается более гибкой, так как все параметры можно самостоятельно корректировать в зависимости от интенсивности эксплуатации.

Многофункциональный прибор

Схема простого стабилизатораСреднюю сложность изготовления имеют драйверы для светодиодов на 220 В. Много времени может занять их настройка, требующая опыта по наладке. Такой драйвер извлечь можно из светодиодных ламп, прожекторов и светильников с неисправной светодиодной цепью. Большинство из них также возможно доработать, узнав модель контроллера преобразователя. Параметры обычно задаются одним или несколькими резисторами.

В datasheet указывается уровень сопротивления, необходимый для получения нужного тока. Если установить регулируемый резистор, то количество Ампер будет настраиваемым (но без превышения указанной номинальной мощности).

Как самим собрать стабилизатор

Ещё недавно высокой популярностью пользовался универсальный модуль XL4015. По своим характеристикам он подходит для подключения светодиодов с высокой мощностью (до 100 Ватт). Стандартный вариант его корпуса припаян к плате, выполняющей функции радиатора. Чтобы улучшить охлаждение XL4015, схема должна быть доработана с установкой радиатора на коробку устройства.

Многие пользователи просто ставят его сверху, однако, эффективность такой установки довольно низкая. Систему охлаждения желательно располагать внизу платы, напротив пайки микросхемы. Для оптимального качества её можно отпаять и установить на полноценный радиатор, используя термопасту. Провода потребуется удлинить. Дополнительное охлаждение можно монтировать и для диодов, что значительно повысит эффективность работы всей схемы.

Среди драйверов наиболее универсальным считается регулируемый. Обязательно устанавливается переменный резистор, который задаёт количество ампер. Эти характеристики обычно указываются в следующих документах:

  • В сопроводительной документации к микросхеме.
  • В datasheet.
  • В стандартной схеме включения.

Без добавочного охлаждения микросхемы такие устройства выдерживают 1—3 А (в соответствии с моделью контроллера широтно-импульсной модуляции). Главный недостаток этих драйверов — чрезмерный нагрев диода и дросселя. Выше 3 А потребуется охлаждение мощного диода и контроллера. Дроссель заменяют более подходящим либо перематывают толстым проводом.

Незаменимое устройство постоянного тока

Простое устройство стабилизатора токаДаже начинающий мастер знает, что такой агрегат работает по принципу двойного интегрирования. Абсолютно во всех моделях за этот процесс отвечают преобразователи. Универсальные двухканальные транзисторы предназначены для увеличения существующих динамических характеристик. Важно помнить, что для устранения тепловых потерь нужно использовать конденсаторы с большой ёмкостью.

Сделать показатель выпрямления можно только благодаря точному расчёту необходимого значения. Как показывает практика, если при выходном напряжении постоянного тока получается 12 ампер, то предельное значение должно составлять 5 В. Устройство сможет стабильно поддерживать рабочую частоту на отметке 30 Гц. Относительно порогового напряжения — всё зависит от блокировки сигнала, который поступает от трансформатора. Но фронт импульсов не должен превышать 2 МКС.

Только качественное преобразование тока позволяет обеспечить слаженную работу главных транзисторов. В этой схеме допускается использование исключительно полупроводниковых диодов. Если резисторы балластные, то это чревато большими тепловыми потерями. Именно поэтому коэффициент рассевания существенно увеличивается. Мастер может увидеть, что амплитуда колебаний возросла, а процесс индуктивности не произошёл.

Современная схема на базе КРЕН

Схема работы стабилизатора токаТакое устройство будет стабильно работать только с элементами LM317 и КР142ЕН12. Это связано с тем, что они выступают в качестве универсальных стабилизаторов напряжения, хорошо справляясь с током до 1.5 А и выходным напряжением до 40 вольт. В классическом тепловом режиме эти элементы способны качественно рассеивать мощность до 10 Ватт. Сами микросхемы отличаются низким собственным потреблением, так как этот показатель составляет всего 8 мА. Главное, что этот показатель остаётся неизменным даже в том случае, если напряжение колеблется.

Отдельного внимания заслуживает микросхема LM317, которая способна удерживать постоянное напряжение на основном резисторе. Этот агрегат с неизменным сопротивлением обеспечивает максимальную стабильность проходящего через него тока, благодаря чему его часто называют токозадающим резистором. Современные стабилизаторы на КРЕН отличаются от своих аналогов относительной простотой, за счёт чего активно эксплуатируются в качестве зарядки для аккумуляторов и для электронной нагрузки.

Как из простого преобразователя сделать стабилизатор тока. Как сделать стабилизатор тока своими руками. Описание и схема

Я уже как-то рассказывал про схему, позволяющую сделать индикацию тока нагрузки выше определенного порога. Сегодня расскажу про то, как при помощи этой схемы доработать простой преобразователь напряжения и получить в итоге стабилизатор тока.

Наверняка в хозяйстве многих радиолюбителей валяются подобные мелкие платки преобразователей напряжения. Стоят они копейки и часто их продают на вес десятками.

Платка мелкая, но очень полезная, но она позволяет работать только в режиме стабилизации напряжения, которое выставляется подстроечным резистором.

Также иногда бывают ситуации, когда надо сделать стабилизатор тока буквально &amp;amp;quot;из палок и веревок&amp;amp;quot;, например для питания светодиодов, заряда аккумуляторов и прочего.
В этом может помочь простой индикатор тока потребления, о котором я подробно рассказывал в отдельном видео.

Собран он по простейшей схеме.
При прохождении тока через данную схему на резисторе R1 падает некоторое напряжение, которое зависит от силы тока.
Напряжение которое падает на резисторе R1 открывает транзистор когда для этого будет достаточно тока. Обычно транзистор открывается когда на резисторе R1 падает около 0.6-0.7 Вольта.
Открывшись, транзистор подает ток в цепь светодиода, засвечивая его. Изменяя номинал резистора R1 можно менять ток, при котором будет светиться светодиод. Например при номинале в 1 Ом этот ток составляет около 0.6-0.7 Ампера. Если поставить резистор в два раза меньше сопротивлением, то соответственно ток будет уже 1.2-1.4 Ампера, т.е. изменение пропорционально изменению сопротивления.
Транзистор, используемый в данной схеме — BC557B, хотя на самом деле выбор очень большой, например банальный КТ361, а если сделать схему &amp;amp;quot;наизнанку&amp;amp;quot;, то и КТ315.

В качестве примера я попробую сделать стабилизатор тока для питания вот такой светодиодной сборки. На ней светодиоды включены параллельно-последовательно, т.е. общее падение около 7 Вольт при токе в 700мА.

Можно конечно было сделать стабилизатор тока на привычной LM317, но это линейный стабилизатор, потому греться он будет ощутимо.
Но мы пойдет другим путем.

Слева синим цветом выделена упрощенная схема понижающего стабилизатора напряжения, который я показал в самом начале. Микросхема контролирует выходное напряжение через вывод FB (FeedBack)
Красным цветом выделена показанная выше платка.

Чтобы правильно все подключить, надо найти где у микросхемы вход обратной связи, на схемах он также обозначается как FB либо Feedback.
На мой плате установлена LM2596, находим описание и выясняем что это вывод номер 4.

Припаиваем проводок прямо к выводу микросхемы, обычно выводы луженые и паяются очень легко.

Подключаем этот провод к коллектору транзистора платы контроля тока, попутно соединяем выход платы преобразователя со входом платы контроля.
На вход преобразователя подаем наше входное напряжение, в моем случае я подал около 17 Вольт. На выходе выставляем напряжение выше, чем надо диодной сборке, например 10-12 Вольт и подключаем сборку к выходу платы контроля тока.

Отлично, ток в цепи получился 650 мА, все работает отлично.

В некоторых ситуациях может потребоваться установка диода между выходом нашей платы и преобразователем, это необходимо чтобы наша схема не оказывала влияния на установку выходного напряжения преобразователя (зависит от примененного ШИМ контроллера).
А если мы хотим чтобы еще и светодиод светился в режиме ограничения тока, то желательно установить еще и резистор, как показано на схеме (R6), номиналом около 56-470 Ом.

Выше я писал насчет аккумуляторов.
Если верхний резистор делителя переключить с выхода преобразователя на выход платы контроля тока, как это показано на схеме, то плата вполне будет способна заряжать и аккумуляторы. Без этого резистора также можно заряжать, но падение напряжения на резисторе R1 будет оказывать некоторое влияние на напряжение окончания заряда.

В качестве дополнения я снял видео, возможно будет полезно.

На этом у меня все, как всегда буду рад вопросам. Кстати, есть вариант такой же доработки, но уже не преобразователя, а блока питания.

Эту страницу нашли, когда искали:
стабилизатор тока в импульсном блоке питания, расчет стабилизатора тока на транзисторе, lm2596 как увеличить выходной ток добавлением мощного транзистора, эл. схема стабилизатор напряжения 70 в на транзисторах, схема со стабилизацией по току, стабилизатор тока для зарядного устройства, стабилизатор тока к блоку питания схема, стабилизатор тока на 6 ампер, стабилизатор тока 400ма, мощный интегральный стабилизатор тока, стабилизатор тока микросхема, настройка и регулировка стабилизатора тока, стабилизаторы тока для светодиодов схема, регулируемый импульсный стабилизатор тока своими руками, kirich lm2596, стабилизатор тока 3w, импульсных стабилизаторов тока., импульсный стабилизатор тока добавление транзистора для величения выходного тока, схема стабилизатор тока на 28в, замена стабилизатора тока на 3 а, импульсный преобразователь со табилизацией тока, расчёт стабилизатора тока на транзисторе pnp, самодельный бп на лм317, схемы мощных стабилизаторов тока на полевых транзисторах, как стабилизировать напряжение в преобразователе чаплыгина, стабилизатор тока своими руками, стабилизатор тока схема, для начинающих радиолюбителей, простой стабилизатор

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Стабилизаторы тока

Содержание:
  1. Общее устройство и принцип работы
  2. Диодный стабилизатор тока
  3. Схемы стабилизаторов тока на КРЕН
  4. Стабилизатор тока на двух транзисторах
  5. Регулируемый стабилизатор постоянного тока
  6. Мощный импульсный стабилизатор тока
  7. Видео: Сделай сам стабилизатор на LM2576

В каждой электрической сети периодически возникают помехи, отрицательно влияющие на стандартные параметры тока и напряжения. Данная проблема успешно решается с помощью различных устройств, среди которых очень популярны и эффективны стабилизаторы тока. Они имеют различные технические характеристики, что делает возможным их использование совместно с любыми бытовыми электроприборами и оборудованием. Особые требования предъявляются к измерительному оборудованию, требующему стабильного напряжения.


Общее устройство и принцип работы стабилизаторов тока

Знание основных принципов работы стабилизаторов тока способствует наиболее эффективному использованию этих устройств. Электрические сети буквально насыщены различными помехами, негативно влияющими на работу бытовых приборов и электрооборудования. Для преодоления отрицательных воздействий используется схема простого стабилизатора напряжения и тока.

В каждом стабилизаторе имеется основной элемент – трансформатор, обеспечивающий работу всей системы. Самая простая схема включает в свой состав выпрямительный мост, соединенный с различными типами конденсаторов и резисторов. Их основными параметрами считаются индивидуальная емкость и предельное сопротивление.

Сам стабилизатор тока работает по очень простой схеме. Когда ток поступает на трансформатор, его предельная частота изменяется. На входе она будет совпадать с частотой электрической сети и составит 50 Гц. После того как будут выполнены все преобразования тока, предельная частота на выходе снизится до 30 Гц. В схеме преобразования участвуют высоковольтные выпрямители, с помощью которых определяется полярность напряжения. Конденсаторы непосредственно участвуют в стабилизации тока, а резисторы снижают помехи.


Диодный стабилизатор тока

Во многих конструкциях светильников имеются диодные стабилизаторы, более известные как стабилизаторы тока для светодиодов. Как и все типы диодов, светодиоды обладают нелинейной вольтамперной характеристикой. То есть, при изменяющемся напряжении на светодиоде, происходит непропорциональное изменение тока.

С ростом напряжения вначале наблюдается очень медленное возрастание тока, в результате, свечение светодиода отсутствует. Затем, когда напряжение достигает порогового значения, начинается излучение света и очень быстрое возрастание тока. Дальнейший рост напряжения приводит к катастрофическому увеличению тока и перегоранию светодиода. Значение порогового напряжения отражается в технических характеристиках светодиодных источников света.

Светодиоды с высокой мощностью требуют установки теплоотвода, поскольку их работа сопровождается выделением большого количества тепла. Кроме того, для них требуется и достаточно мощный стабилизатор тока. Правильная работа светодиодов также обеспечивается стабилизирующими устройствами. Это связано с сильным разбросом порогового напряжения даже у однотипных источников света. Если два таких светодиода подключить параллельно к одному источнику напряжения, по ним будет проходить ток разной величины. Разница может быть настолько существенной, что один из светодиодов сразу же сгорит.

Таким образом, не рекомендуется включение светодиодных источников света без стабилизаторов. Данные устройства устанавливают ток заданного значения без учета напряжения, приложенного к схеме. К наиболее современным приборам относится двухвыводной стабилизатор для светодиодов, применяющийся для создания недорогих решений по управлению светодиодами. В его состав входит полевой транзистор, обвязочные детали и другие радиоэлементы.


Схемы стабилизаторов тока на КРЕН

Данная схема стабильно работает с использованием таких элементов, как КР142ЕН12 или LM317. Они являются регулируемыми стабилизаторами напряжения, работающими с током до 1,5А и входным напряжением до 40В. В нормальном тепловом режиме эти устройства способны рассеивать мощность до 10Вт. Эти микросхемы обладают низким собственным потреблением, составляющим примерно 8мА. Данный показатель остается неизменным даже при изменяющемся токе, проходящем через КРЕН и измененном входном напряжении.

Элемент LM317 способен удерживать на основном резисторе постоянное напряжение, регулируемое в определенных пределах с помощью подстроечного резистора. Основной резистор с неизменным сопротивлением обеспечивает стабильность проходящего через него тока, поэтому он известен еще, как токозадающий резистор.

Стабилизатор на КРЕН отличается простотой и может использоваться в качестве электронной нагрузки, зарядки аккумуляторов и в других областях.


Стабилизатор тока на двух транзисторах

Благодаря своему простому исполнению, в электронных схемах очень часто используются стабилизаторы на двух транзисторах. Их основным недостатком считается не вполне стабильный ток в нагрузках при изменяющемся напряжении. Если же не требуется высоких токовых характеристик, то данное стабилизирующее устройство вполне сгодится для решения многих несложных задач.

Кроме двух транзисторов в схеме стабилизатора присутствует токозадающий резистор. Когда на одном из транзисторов (VT2) увеличивается ток, возрастает напряжение на токозадающем резисторе. Под действием этого напряжения (0,5-0,6В) начинает открываться другой транзистор (VT1). При открытии этого транзистора, другой транзистор – VT2 начинает закрываться. Соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через него.

В качестве VT2 используется биполярный транзистор, однако в случае необходимости возможно создать регулируемый стабилизатор тока на полевом транзисторе MOSFET, используемом в качестве стабилитрона. Его выбор осуществляется исходя из напряжения 8-15 вольт. Данный элемент используется при слишком высоком напряжении источника питания, под действием которого затвор в полевом транзисторе может быть пробит. Более мощные стабилитроны MOSFET рассчитаны на более высокое напряжение – 20 вольт и более. Открытие таких стабилитронов происходит при минимальном значении напряжения на затворе 2 вольта. Соответственно, происходит и увеличение напряжения, обеспечивающего нормальную работу схемы стабилизатора тока.


Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Иногда возникает необходимость в стабилизаторах тока с возможностью регулировок в широком диапазоне. В некоторых схемах может использоваться токозадающий резистор с пониженными характеристиками. В этом случае необходимо применять усилитель ошибки, основой которого служит операционный усилитель.

С помощью одного токозадающего резистора происходит усиление напряжения в другом резисторе. Это состояние называется усиленным напряжением ошибки. С помощью опорного усилителя сравниваются параметры опорного напряжения и напряжения ошибки, после чего выполняется регулировка состояния полевого транзистора.

Для такой схемы требуется отдельное питание, которое подается к отдельному разъему. Питающее напряжение должно обеспечивать нормальную работу всех компонентов схемы и не превышать уровня, достаточного для пробоя полевого транзистора. Правильная настройка схемы требует установки ползунка переменного резистора в самое верхнее положение. С помощью подстроечного резистора выставляется максимальное значение тока. Таким образом, переменный резистор позволяет выполнять регулировку тока от нуля до максимального значения, установленного в процессе настройки.


Мощный импульсный стабилизатор тока

Широкий диапазон питающих токов и нагрузок не всегда является основным требованием к стабилизаторам. В некоторых случаях решающее значение отводится высокому коэффициенту полезного действия прибора. Эту задачу успешно решает микросхема импульсного стабилизатора тока, заменяющая компенсационные стабилизаторы. Приборы этого типа позволяют создавать высокое напряжение на нагрузке даже при наличии невысокого входного напряжения.

Кроме того, существует повышающий стабилизатор тока импульсного типа. Они используются вместе с нагрузками, питающее напряжение которых превышает входное напряжение стабилизирующего устройства. В качестве делителей выходного напряжения используются два резистора, задействованные в микросхеме, с помощью которой входное и выходное напряжение поочередно уменьшается или увеличивается.


Стабилизатор на LM2576

Стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.

465

Стабилизатор тока и стабилизатор напряжения.

     Эта статья является продолжением статьи «Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения».

     Как одно превратить в другое.

     ***

     Временами я просматриваю статистику посещаемости моего сайта в Яндекс Метрике. Там же можно увидеть по каким запросам читатели приходят на ту или иную статью. Так вот на статью о генераторах тока зачастую читатели попадают, набирая запросы такого характера:

     — Как из стабилизатора напряжения сделать генератор тока?

     — Как источник тока переделать в стабилизатор напряжения?

     Ну и тому подобное.

     Раньше у меня такие вопросы вызывали только улыбку. Но сейчас я решил, что нужно вполне серьёзно на них ответить. Рассказать, чем же отличается схемотехника стабилизаторов тока и стабилизаторов напряжения. Вместо слова стабилизатор можете подставить генератор или источник.

     Итак, для начала нам нужно твёрдо себе уяснить основное различие источников тока и напряжения:

     Идеальный источник тока создаёт в нагрузке ток стабильной, неизменной величины.

     Идеальный источник напряжения создаёт на нагрузке напряжение стабильной неизменной величины.

     Далее я буду употреблять в тексте слова стабилизатор, генератор, источник. Все они будут являться синонимами словосочетания «Идеальный источник». Не пугайтесь слова «идеальный». Практически любой бытовой источник напряжения является условно идеальным, до того момента пока вы не нарушите условий его эксплуатации. Ну не включите, например слишком большую нагрузку, или не закоротите накоротко.

     Исключение составляют зарядные устройства. Но там разговор особый.

     Таким образом если мы изменяем сопротивление нагрузки у источника напряжения, то напряжение на нагрузке остаётся стабильным, а ток, протекающий через нагрузку, изменяется.

     Uн → const,

     Iн → var.

     Если мы изменяем сопротивление нагрузки у источника тока, то ток, протекающий через нагрузку, остаётся неизменным, а напряжение на нагрузке изменяется.

     Uн → var.

     Iн → const,

     Сразу оговорюсь что никакие химические, фотоэлектрические, электромеханические и т.д. и т.п. источники электроэнергии, не оснащённые специальными схемами стабилизации выходных характеристик, не могут рассматриваться ни как источник напряжения ни как источник тока. Они нечто среднее между тем и другим так как и ток и напряжение на выходе у них изменяются и при изменении сопротивления нагрузки, и с течением времени и по разным другим причинам. Такие источники являются источниками ЭДС.

     Итак, чем же различаются схемы стабилизаторов тока и стабилизаторов напряжения?

     Рассмотрим для начала что такое стабилизатор вообще. Функциональная схема любого стабилизатора выглядит так как показано на Рис. 1.


Рис. 1 Функциональная схема стабилизатора.

     Здесь:

     — УМ — усилитель мощности. Надо понимать, что несмотря на грозное название усилителем мощности может послужить обычный транзистор. Внутри интегральных микросхем таких усилителей мощности пруд пруди.

     — УО — расшифровывается не как умственно отсталый, а как усилитель ошибки.

     Как это работает.

     Вход подключен к какому-либо источнику питания. На выходе начинает протекать ток, который создаёт некоторое падение напряжения на сопротивлении подключенной нагрузки. УО включен в цепь глубокой отрицательной обратной связи (ОС).

     Выходной параметр, ток или напряжение подаётся на один из входов УО. Ко второму входу подключен некий эталон. Если величина параметра на выходе УМ не совпадает с величиной эталона, то образуется некоторая разница между первым и вторым входом. Эта разница называется ошибкой.

     УО усиливает эту ошибку во много раз и выдаёт на УМ в виде управляющего сигнала, этот сигнал заставляет УМ изменить свои характеристики так чтобы выходной параметр (ток или напряжение) пришёл в соответствие с эталоном.

     Думаю, должно быть понятно, что для того, чтобы поддерживать минимальную разность между выходным параметром и эталоном УО должен обладать очень большим коэффициентом усиления (Ку).

     Теперь давайте посмотрим, как это всё можно реализовать на практике.

     Начнём с простейшего стабилизатора напряжения, Рис. 2. Кстати, схемы, построенные по такому принципу в основном и были распространены примерно до 1980 года.

     Для начала немного о терминологии.

     — Эталон теперь будет называться опорным напряжением (Uоп). Независимо от того стабилизатор чего мы строим тока или напряжения, на вход 1 УО будет подаваться напряжение.

     — ИОН — источник опорного напряжения.


Рис. 2 Схема простого стабилизатора напряжения.

     В этой схеме роль УМ выполняет биполярный транзистор структуры n-p-n. В качестве ИОН задействован стабилитрон VD1. Остаётся вопрос — а где же УО? Роль УО выполняет p-n переход база-эмиттер транзистора. Вход 1 это эмиттер, на нём присутствует выходное напряжение. Роль входа 2 выполняет база транзистора, на неё подано опорное напряжение с катода VD1.

     Действительно, переход Б-Э это фактически включенный в прямом направлении полупроводниковый диод. А как известно на p-n переходе диода при прямом включении возникает некоторое довольно стабильное падение напряжение. И это напряжение очень слабо зависит от протекающего через диод тока. Стабильность напряжения Б-Э зависит от крутизны вольтамперной характеристики этого диода. Чем круче характеристика, тем меньше влияние тока протекающего через диод на падение напряжения на нём, что эквивалентно большому Ку усилителя ошибки.

     Напряжение на нагрузке вычисляется по следующей формуле:

     Uн = Uоп — Uбэ

     Так как Uоп и Uбэ стабильны то и Uн также стабильно. Причём, при идеальных Uоп и Uбэ, Uн не будет зависеть ни от изменения питающего напряжения, ни от изменения сопротивления нагрузки. В разумных пределах, конечно.

     Тот, кто читал мою статью «Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения», тот думаю сам сможет оценить эти самые пределы.

     Теперь давайте подумаем, как нам этот стабилизатор напряжения переделать в стабилизатор (генератор) тока.

     На самом деле всё очень просто.

     Так как ток, протекающий через нагрузку, течёт от источника питания к коллектору транзистора, а затем в эмиттер, то следовательно ток в нагрузке практически точно соответствует току, протекающему через коллектор.

     Если вместо Rн запаять постоянный резистор тогда величина тока, протекающего через коллектор, будет постоянна и не будет зависеть от изменения напряжения питания, Рис. 3.


Рис. 3

     Вычисляться этот ток будет по следующей формуле:

     Iк = Uэ / R2 = (Uоп — Uбэ) / R2

     Вот мы, собственно говоря, уже и получили генератор (источник) тока. Правда работать он будет сам на себя, а потому в таком виде никому не нужен.

     Преобразовать его в полноценный генератор тока совсем просто. Нужно оторвать коллектор транзистора от цепи питания и включить в разрыв нагрузку, Рис. 4.


Рис. 4 Схема простого генератора (стабилизатора) тока.

     В этой схеме ток в нагрузке будет стабильным и не будет зависеть от напряжения питания и сопротивления нагрузки, опять же — в разумных пределах. Как эти пределы рассчитать я рассказывал в предыдущей статье.

     Таким образом стабилизатор напряжения (Рис. 2) я преобразовал в генератор тока (Рис. 4). Но в этих схемах есть один недостаток — очень низкий коэффициент стабилизации. Связано это как малой стабильностью ИОН на стабилитроне VD1, так и с низкой стабильностью Uбэ.

     В предыдущей статье я приводил такой пример схемы генератора тока, Рис. 5.

Рис. 5 Схема генератора тока с операционным усилителем в цепи обратной связи.

     В этой схеме ИОН может быть построен на стабилитронах или на более современных компонентах, например трёхвыводная микросхема TL431 или её аналог.

     Операционный усилитель ОУ выполняет роль усилителя ошибки. Такое построение схемы позволяет получить очень высокую стабильность выходных характеристик. Здесь резистор Rэ выполняет роль датчика тока (ДТ). Падение напряжения на этом датчике тока изменяется пропорционально изменению протекающего через него тока.

     Ну и как вы уже, наверное, поняли её также легко превратить в стабилизатор напряжения, Рис. 6.

Рис. 6 Схема стабилизатора напряжения с операционным усилителем в цепи обратной связи.

     ИОН обычно выдаёт Uоп в районе (2 — 5) Вольт. Делителем R1R2 устанавливают требуемое выходное напряжение. Чем больше коэффициент деления делителя, тем больше выходное напряжение.

     Что можно сказать по поводу этих двух схем.

     Генераторы тока по схеме изображённой на Рис. 5 вполне себе строятся так как от генераторов тока обычно не требуется большая мощность. Обычно они питают различные резистивные датчики температуры, давления, освещённости. В этих случаях требуется высокая стабильность генератора тока, а не мощность.

     Стабилизаторы напряжения в наше время в основном представляют из себя импульсные источники питания. Это позволяет получить высокий КПД и хорошие массогабаритные характеристики. Но в некоторых случаях не обойтись и без аналоговых стабилизированных источников питания. Например, там, где предъявляются высокие требования к уровню высокочастотных помех. Все импульсные источники довольно сильно фонят.

     Применение.

     Стабилизаторы напряжения окружают нас со всех сторон. Ни один компьютер или телевизор не может обойтись без них. Даже мобильник нужно время от времени заряжать через зарядное устройство, которое представляет собой ничто иное как стабилизированный источник напряжения.

     Генераторы тока для нас не так заметны. Но могу вас уверить что вы их постоянно неосознанно используете.

     Практически каждая интегральная микросхема содержит внутри себя генератор тока (источник стабильного тока). В больших интегральных микросхемах их сотни если не тысячи.

     Но также находят применение и мощные генераторы тока, вот два примера.

     Специализированные зарядные устройства для мощных аккумуляторов.

     Как известно заряд аккумулятора нужно проводить стабильным током. Для этого используют мощный источник питания, в который встроены две цепи обратной связи, одна по напряжению, она не даёт выходному напряжению превысить некоторый установленный уровень. Другая по току ограничивающая выходной ток устройства, а следовательно, и ток заряда.

     Таким образом когда вы подключаете разряженный аккумулятор к зарядному устройству возникает режим перегрузки. Обратная связь по току реагирует на это и ограничивает ток на выходе. Напряжение на выходных клеммах при этом падет. В дальнейшем по мере заряда аккумулятора напряжение растёт, ток при этом остаётся неизменным.

     Это означает что зарядное устройство работает в режиме генератора тока.

     Вторым примером может служить полупроводниковый сварочный аппарат. Здесь та же ситуация, а вернее даже ещё хуже, так как в начале процесса сварки на выходе аппарата вообще создаётся короткое замыкание. Но обратная связь по току не даёт току вырасти до опасной величины и сбрасывает уровень выходного напряжения. Дальше уже в процессе сварки эта же обратная связь следит за постоянством тока в электрической дуге, выходное напряжение при этом будет колебаться. Таким образом сварочный аппарат работает в режиме генератора тока.

     То есть и сварочный аппарат, и зарядное устройство если правильно организовать обратные связи и ввести соответствующие переключатели, можно использовать по прямому назначению, то есть в режиме генератора (стабилизатора) тока, а также как стабилизированные источники напряжения.

     Всё зависит от того откуда снимается сигнал для ОС. Если непосредственно с выхода, то получаем стабилизатор напряжения. Если с датчика тока, то получим генератор тока.

     Правда если говорить о современных источниках питания, то они представляют собой стабилизированные источники напряжения со схемой ограничения по току.

     То есть в них присутствуют обе обратные связи: и по напряжению, и по току. Но обратная связь по току включается в работу только в случае перегрузки. Именно поэтому большинство современных источников питания способны выдерживать даже длительные короткие замыкания на выходе.


Стабилизаторы напряжения и тока: классификация и основные параметры

Зачастую сглаживающих фильтров недостаточно для надёжного энергоснабжения телекоммуникационных и мобильных систем. Чтобы минимизировать влияние отрицательных факторов таких как колебания напряжений или частоты сети, применяются устройства под названием стабилизатор.

Для начала рассмотрим что же такое стабилизатор – это прибор, который предназначен для автоматического поддержания напряжения или тока на нагрузке с определённой точностью и уменьшения влияния дестабилизирующих факторов.

Выделим следующие дестабилизирующие факторы, которые отрицательно влияют на изменение напряжения или тока на нагрузке:

  1. колебания напряжения питания;
  2. частота тока питающей сети;
  3. температура окружающей среды;
  4. изменение потребляемой мощности на нагрузке.

На рисунке 1 представлена структурная схема работы устройства. На вход поступает дестабилизированное напряжение, с выхода получаем стабилизированное.

Рисунок 1 — структурная схема работы стабилизатора

Главным предназначением стабилизатора является ослабление выше перечисленных факторов.

Классификация

Стабилизирующие устройства можно разделить в зависимости от вида напряжения или тока протекающего через него на стабилизаторы переменного и постоянного тока или напряжения. И также их можно подразделить по типу: параметрические и компенсационные.

Параметрические стабилизаторы строятся на основе таких нелинейных элементов, как транзисторы, стабилитроны и стабисторы и т. п. Это обусловлено тем, что благодаря их характеристикам (вольт-амперных, ампер-вольтовых, ом-градусных, вебер-амперных, вольт-секундных и др.) ток или напряжения могут быть стабилизированы на определённом уровне. Более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Компенсационные стабилизаторы – это устройство, которое выполнено в виде системы автоматического регулирования, или другим словом содержит цепь отрицательной обратной связи. За счёт изменения параметров регулирующего элемента посредством воздействия на него сигнала обратной связи и происходит стабилизация напряжения. Схема и принцип действия более подробно будут рассмотрены в следующих статьях.

Стабилизация тока или напряжения происходит при помощи регулирующего элемента (РЭ), который, в свою очередь, может быть расположен относительно нагрузки последовательно или параллельно. Следовательно стабилизаторы можно подразделить на схемы с последовательным включением регулирующего элемента и на схемы с параллельным включением регулирующего элемента. Пример схем с вариантом включения РЭ представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Последовательное и параллельное включение регулирующего элемента

При последовательном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулирование напряжения на выходе происходит за счёт изменения сопротивления в регулирующем элементе. Выходное напряжение при таком соединении будет равно Uвых=Uвх+ΔUрэ.

При параллельном соединении регулирующего элемента с нагрузкой, регулировка напряжения на выходе достигается за счёт изменения тока, протекающего через регулирующий элемент. В свою очередь, стабилизация напряжения на выходе осуществляется за счёт изменения напряжения на балластном резисторе Rб. Ток на балластном резисторе можно найти исходя из первого закона Кирхгофа: сумма сходящихся токов в одном узле равна нулю. Следовательно ток на Rб  будет равен Iб=Iрэ+Iн. Главное преимущество параллельного соединения заключается в устойчивости к перегрузкам по току и выдерживание короткого замыкания в цепи нагрузки.

Для определения какой следует применить стабилизатор стоит исходить из требований, предъявляемых к качеству питающих напряжений.

Основные параметры

Основные параметры, по которым оцениваются рассматриваемые устройства следующие: качественные, массогабаритные и энергетические. По данным параметрам можно судить о массе и удельном объёме устройства.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного напряжения:

Коэффициент стабилизации по входному напряжению – это отношение номинального и относительного изменения напряжения на входе и выходе устройства при неизменном токе нагрузки.

где Uвх, Uвых – номинальное значение напряжения на входе и на выходе;

ΔUвх, ΔUвых – относительно изменение напряжения на входе и на выходе.

Внутреннее сопротивление стабилизатора – это отношение изменения выходного напряжения к изменению тока нагрузки при неизменном входном напряжении.

Качество стабилизации – это отношение изменения напряжения на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Коэффициент сглаживания пульсаций – это отношение амплитуд пульсаций и номинальных напряжения на входе и выходе устройства.

Температурный коэффициент – это отношения изменения напряжения на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды при неизменном входном напряжении и тока нагрузки.

Качественные параметры стабилизаторов постоянного тока:

Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению – это отношение номинальных и относительных изменений напряжения на входе и тока на выходе устройства при неизменном сопротивлении нагрузки.

Где Uвх, Iн – номинальное значение входного напряжения и тока нагрузки;

ΔUвх, Δ Iн – относительно изменение входного напряжения и тока нагрузки.

Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки – это отношение номинального значения сопротивления и тока нагрузки к их изменению, при постоянном входном напряжении.

Где Rн, ΔRн – номинальное сопротивление нагрузки и его изменение;

ri – внутреннее сопротивление

Коэффициент пульсаций по току – это отношение амплитуды пульсаций тока к номинальному значению тока на выходе устройства.

Где Iн~ — амплитуда пульсаций тока в нагрузке

Качество стабилизации – это отношение изменения тока на выходе к номинальному значению на выходе. Измеряется в процентах.

Температурный коэффициент – это отношения изменения тока на выходе устройства от изменения температуры окружающей среды.

Массогабаритные параметры характеризуются следующими параметрами: удельный объём Pвых/Vст, Вт/дм3, и удельная массам устройства Pвых/Gст, Вт/кг, где Vст это объём, а Gст это масса устройства.

К энергетическим параметрам можно отнести нижеперечисленное.

Коэффициент полезного действия – это отношение активной мощности, на выходе к потребляемой мощности от сети.

Не стоит забывать про мощность, которая рассеивается на регулирующем элементе, это тоже немаловажный параметр.

Резюмируя всё выше написанное, нами была рассмотрена основная информация о видах и характеристиках стабилизаторов. Для более глубокого изучения воспользуйтесь соответствующей литературой. Для более надёжного закрепления материала в будущем ниже будут размещены вопросы и задачи для самопроверки.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *