Стабилизаторы напряжения и тока схемы

Итак, на Х1 подаётся минус источникa напряжения, а с Х2 берётся стабилизированное и ограниченное в выходном токе напряжение. Если вкратце, то VТ3 — регулирующий, VТ4 — компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора напряжения, VТ1 — компаратор и усилитель сигнала ошибки стабилизатора выходного тока, VТ2 — датчик наличия ограничения выходного тока. За основу был взят распространённый вариант стабилизатора напряжения. Она слегка изменена, чтобы можно было менять в возможно бОльших пределах выходное напряжение, и убрать блокирование стабилизатора. Добавлен R8, чтобы сделать возможным работу схемы ограничения выходного тока на VТ1.

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Стабилизаторы напряжения на транзисторах
• Стабилизаторы и преобразователи
• Стабилизатор напряжения на транзисторе
• Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение
• Стабилизатор напряжения
• Каталог радиолюбительских схем
• Компенсационные стабилизаторы напряжения.
• Тема 4. Стабилизаторы напряжения и тока. Схемы стабилизаторы напряжения и тока
• Вы точно человек?

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Регулируемый стабилизатор напряжения на Tl431 и полевом транзисторе.

Стабилизаторы напряжения на транзисторах

Основы электроники. Пожалуй ни одна электронная плата не обходится сегодня хотя бы без одного источника стабильного постоянного напряжения. И очень часто именно линейные стабилизаторы напряжения в виде микросхем служат в качестве таких источников. В отличие от выпрямителя с трансформатором, у которого напряжение так или иначе зависит от тока нагрузки и может немного колебаться по разным причинам, интегральная микросхема — стабилизатор регулятор способна дать постоянное напряжение в точно определенном диапазоне токов нагрузки.

Данные микросхемы строятся на основе полевых или биполярных транзисторов, непрерывно работающих в активном режиме. Кроме регулирующего транзистора, на кристалле микросхемы линейного стабилизатора установлена еще и схема управления им. Исторически, прежде чем появилась возможность изготавливать такие стабилизаторы в виде микросхем, стоял вопрос о решении проблемы температурной стабильности параметров, ведь с нагревом в процессе работы, параметры узлов микросхемы изменялись бы.

Решение пришло в году, когда американский инженер-электронщик Роберт Видлар предложил такую схему стабилизатора, в которой регулировочный транзистор включался бы между источником нестабилизированного входного напряжения и нагрузкой, а в схеме управления присутствовал бы усилитель ошибки с термокомпенсированным источником опорного напряжения. В итоге популярность линейных интегральных стабилизаторов на рынке электронных компонентов взлетела до небес.

Взгляните на рисунок ниже. Здесь изображена упрощенная схема линейного стабилизатора напряжения такого как например LM или ЕНхх. В данной схеме неинвертирующий операционный усилитель с отрицательной обратной связью по напряжению, с помощью своего выходного тока управляет степенью отпирания регулирующего транзистора VT1, включенного по схеме с общим коллектором — эмиттерный повторитель.

Сам операционный усилитель получает питание от входного источника в форме однополярного положительного напряжения. И хотя отрицательное напряжение здесь для питания не подойдет, напряжение питания ОУ можно без проблем удвоить, не опасаясь перегрузки или пробоя.

Суть в том, что глубокая отрицательная обратная связь нивелирует нестабильность входного напряжения, величина которого в данной схеме может достигать 30 вольт. Так, фиксированные выходные напряжения варьируются от 1,2 до 27 вольт, в зависимости от модели микросхемы.

Микросхема стабилизатора традиционно имеет три вывода: вход, общий и выход. На рисунке приведена типичная схема дифференциального усилителя в составе микросхемы, где для получения опорного напряжения применен стабилитрон.

В низковольтных стабилизаторах опорное напряжение получают на ширине запрещенной зоны, как это и предложил впервые Видлар в своем первом линейном интегральном стабилизаторе LM Встроенные в стабилизатор резистор R3 и транзистор VT2 служат для ограничения выходного тока, так что если напряжение на токоограничительном резисторе превысит 0,6 вольт, то транзистор VT2 мгновенно откроется, чем вызовет ограничение тока базы главного регулировочного транзистора VT1.

Если по какой-то причине на выходе интегрального стабилизатора случится короткое замыкание, то нельзя допустить, чтобы рассеиваемая на кристалле мощность оставалась бы как прежде пропорциональной разности напряжений и обратно пропорциональной сопротивлению резистора R3.

Поэтому в схеме присутствуют защитные элементы — стабилитрон VD2 и резистор R5, работа которых ставит уровень защиты по току в зависимость от разности напряжений Uвх-Uвых. На приведенном графике можно видеть, что максимальный выходной ток зависит от напряжения выхода, таким образом микросхема линейного стабилизатора надежно защищена от перегрузки. Когда разность напряжений Uвх-Uвых превысит напряжение стабилизации стабилитрона VD2, делитель на резисторах R4 и R5 создаст в базе транзистора VT2 достаточный ток для его отпирания, что в свою очередь приведет к усилению ограничения тока базы регулировочного транзистора VT1.

Конденсатор на приведенной выше схеме необходим для частотной коррекции. Кстати, о конденсаторах. Ко входу и выходу интегральных стабилизаторов принято подключать конденсаторы минимальной емкости нф, чтобы избежать ложного срабатывания внутренних цепей микросхемы. Между тем, существуют так называемые бесконденсаторные стабилизаторы cap-free , наподобие REG, для которых нет необходимости в установке стабилизирующих конденсаторов на входе и выходе.

Помимо линейных стабилизаторов с фиксированным напряжением выхода, встречаются и стабилизаторы с регулируемым выходным напряжением стабилизации. В них делитель на резисторах R1 и R2 отсутствует, а база транзистора VT4 выведена на отдельную ножку микросхемы для присоединения внешнего делителя, как например у микросхемы ЕН4. Более совершенные стабилизаторы, у которых ток потребления схемы управления снижен до нескольких десятков микроампер, такие как LM, имеют всего три вывода.

Справедливости ради отметим, что встречаются сегодня и высокоточные регуляторы напряжения вроде TPS, которые благодаря наличию нескольких дополнительных выводов позволяют реализовать защиту от падения напряжения на соединительных проводах, управление отключением нагрузки и т.

Выше мы поговорили о стабилизаторах положительного, относительно общего провода, напряжения. Подобные схемы используются и для стабилизации отрицательных напряжений, достаточно лишь изолировать гальванически вывод входного напряжения от общей точки.

Вывод выхода соединяется тогда с общей точкой выхода, а точка отрицательного выхода будет точкой минуса входа, соединенной с общей точкой микросхемы стабилизатора. Весьма удобны стабилизаторы напряжения отрицательной полярности наподобие ЕНхх.

Если необходимо получить сразу два напряжения положительной и отрицательной полярности , то и для этой цели существуют специальные стабилизаторы, дающие симметричные стабилизированные положительное и отрицательное напряжения одновременно, достаточно лишь подать на входы положительное и отрицательное входные напряжения. Примером такого двухполярного стабилизатора может служить КРЕН6. На рисунке выше приведена его упрощенная схема. Если при этом резисторы R2 и R4 равны, то и выходные напряжения положительное и отрицательное останутся симметричными.

Для независимой регулировки баланса между двумя положительным и отрицательным выходными напряжениями, можно подключить к специальным выводам микросхемы дополнительные подстроечные резисторы.

Наименьшее падение напряжения, характерное для приведенных выше схем линейных стабилизаторов, составляет 3 вольта. Это достаточно много для устройств, питаемых от аккумуляторов или батареек, и желательно вообще падение напряжения минимизировать.

Для данной цели выходной транзистор делается pnp-типа, чтобы ток коллектора дифференциального каскада был бы одновременно базовым током регулирующего транзистора VT1. Минимальное падение напряжения теперь составит порядка 1 вольта. Аналогичным образом работают стабилизаторы отрицательного напряжения с минимальным падением. К примеру, стабилизаторы серии ЕНхх имеют на себе падение напряжения около 0,6 вольт, и не перегреваются будучи выполнены в корпусе ТО при токах нагрузки до мА.

Сам стабилизатор расходует при этом не более 1,2 мА. Подобные стабилизаторы относятся к категории low-drop. Еще меньшее падение напряжения достигнуто на стабилизаторах на базе МОП-транзисторов порядка 55 мВ при токе потребления микросхемы 1 мА вроде микросхемы MAX Некоторые модели стабилизаторов с целью снижения энергопотребления устройств в режиме ожидания оснащены выводами Shutdown — при подаче на этот вывод логического уровня — потребление стабилизатора снижается практически до нуля линейка LTx.

Говоря об интегральных линейных стабилизаторах, отмечают их эксплуатационные характеристики, а также динамические и точностные параметры. Параметры точности — это коэффициент стабилизации, точность установления выходного напряжения, выходное сопротивление и температурный коэффициент напряжения.

Каждый из этих параметров указан в документации, с ними связана точность выходного напряжения в зависимости от входного напряжения и от текущей температуры кристалла. Динамические параметры, такие как коэффициент подавления пульсаций и полное выходное сопротивление задаются для различных частот изменения тока нагрузки и входного напряжения.

Эксплуатационные характеристики, такие как диапазон входных напряжений, номинальное выходное напряжение, максимальный ток нагрузки, максимальная мощность рассеяния, максимальная разность напряжений входа и выхода при максимальном токе нагрузки, ток холостого хода, диапазон рабочих температур, — все эти параметры влияют на выбор того или иного стабилизатора для той или иной схемы. Характеристики линейных стабилизаторов напряжения. Вот типовые и наиболее популярные схемы включения линейных стабилизаторов:.

Если необходимо повысить выходное напряжение линейного стабилизатора с фиксированным выходным напряжением, к общему выводу добавляют последовательно стабилитрон:. Для повышения максимально допустимого выходного тока, параллельно стабилизатору включают более мощный транзистор, превращая регулировочный транзистор внутри микросхемы в часть составного транзистора:. При необходимости стабилизировать ток, стабилизатор напряжения включают по следующей схеме.

В этом случае падение напряжения на резисторе окажется равным напряжению стабилизации, что приведет к значительным потерям если напряжение стабилизации велико. В связи с этим более целесообразным станет выбор в пользу стабилизатора на возможно меньшее выходное напряжение, как КРЕН12 на 1,2 вольта.

Искать в Школе для электрика:.

Стабилизаторы и преобразователи

Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве. Справочник бесплатно. Параметры радиодеталей бесплатно. Даташиты бесплатно.

Стабилиза́тор напряже́ния (англ. Voltage regulator) — электромеханическое или Такие стабилизаторы применяется для стабилизации напряжения схем с малым потребляемым током, так как для стабилизации напряжения ток.

Стабилизатор напряжения на транзисторе

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.

Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Компьютерные сети Системное программное обеспечение Информационные технологии Программирование. Все о программировании Обучение Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации Главная Тексты статей Добавить статьи Контакты Стабилизаторы напряжения и тока. Назначение, классификация, структурные схемы. Качественные и энергетические параметры стабилизаторов.

Основы электроники.

Стабилизатор напряжения

Для облегчения расчета необходимых выходных параметров существует специализированный LM калькулятор, скачать который можно по ссылке в конце статьи вместе с datasheet LM Ниже представлен онлайн калькулятор для расчета стабилизатора напряжения на основе LM В первом случае, на основе необходимого выходного напряжения и сопротивления резистора R1, производится расчет резистора R2. Стандартная схема зарядного устройства приведена ниже. В данной схеме включения применяется способ заряда постоянным током. Как видно из схемы, ток заряда зависит от сопротивления резистора R1.

Каталог радиолюбительских схем

В наиболее простом виде параметрический стабилизатор это регулирующий компонент стабилитрон , подсоединяемый параллельно нагрузке. Надеюсь вы помните принцип работы стабилитрона , ведь, в отличие от диода, он включается в электрическую цепь в обратном направлении, т. В основе принципа действия такого стабилизатора лежит свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянное напряжение при существенных изменениях силы протекающего в схеме тока. Балластное сопротивление R, включенное последовательно с стабилитроном и нагрузкой, ограничивает протикающий ток через стабилитрон, если отключить нагрузку. Для питания устройств, с напряжением 5 В, в этой схеме стабилизаторе можно применить стабилитрон типа КС Номинал сопротивления резистора R берется таким, чтобы при максимальном уровне входного напряжения и отсоединенной нагрузке ток через стабилитрон не был более 55 мА.

схема стабилизатора может быть выполнена в виде интегральной ток стандартного интегрального стабилизатора напряжения составляет Для .

Компенсационные стабилизаторы напряжения.

При проектировании линейных стабилизаторов, вырабатывающих высокое напряжение возникает ряд специальных проблем. Поскольку напряжение пробоя обычного транзистора не превышает, как правило, В при разработке источников с более высоким напряжением необходимо применять некоторые нестандартные решения. В этом разделе мы представим набор таких способов.

Тема 4. Стабилизаторы напряжения и тока. Схемы стабилизаторы напряжения и тока

Voltage regulator — электромеханическое [1] или электрическое электронное устройство, имеющее вход и выход по напряжению , предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки. Источник стабилизированного питания англ. Power conditioner — оборудование, применяемое для преобразования электрической энергии в форму, пригодную для последующего использования. По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного напряжения и переменного напряжения.

Чаще всего радиотехнические устройства для своего функционирования нуждаются в стабильном напряжении, не зависящем от изменений сетевого питания и от тока нагрузки.

Вы точно человек?

В устройствах на цифровых микросхемах и микропроцессорах с автономным питанием батареи гальванических элементов должны обеспечить стабилизированное напряжение 5 В. Достигнуть этого простейшим способом — использованием шести элементов по 1,5 В и интегрального стабилизатора Предлагаемое устройство предназначено для аварийного питания энергозависимых электронных устройств с небольшим током потребления от резервного источника при пропадании напряжения в сети например, генератора и счетчика импульсов электронных часов, установленных в автомобиле Этот простой стабилизатор напряжения выполнен на микросхеме LM, для увеличения максимального тока нагрузки применен транзистор VT1. Выходное напряжение регулируется резистором R4 в диапазоне 1, Следует отметить, что схема очень проста

Представленная на рис. Такие схемы выпускаются промышленностью например, в серии на несколько значений стандартных выходных напряжений: от 5 до 24 В. В таком исполнении схема имеет только три внешних вывода: вход, выход и массу.

7 схем импульсных стабилизаторов напряжения на транзисторах

Схемы самодельных импульсных DC-DC преобразователей напряжения на транзисторах, семь примеров.

Благодаря высокому КПД импульсные стабилизаторы напряжения получают в последнее время все более широкое распространение, хотя они, как правило, сложнее и содержат большее число элементов.

Поскольку в тепловую энергию преобразуется лишь малая доля подводимой к импульсному стабилизатору энергии, его выходные транзисторы меньше нагреваются, следовательно, за счет снижения площади теплоотводов снижаются масса и размеры устройства.

Ощутимым недостатком импульсных стабилизаторов является наличие на выходе высокочастотных пульсаций, что заметно сужает область их практического использования — чаще всего импульсные стабилизаторы используют для питания устройств на цифровых микросхемах.

Понижающий импульсный стабилизатор напряжения

Стабилизатор с выходным напряжением, меньшим входного, можно собрать на трех транзисторах (рис. 1), два из которых (VT1, VT2) образуют ключевой регулирующий элемент, а третий (ѴТЗ) является усилителем сигнала рассогласования.

Рис. 1. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД 84%.

Устройство работает в автоколебательном режиме. Напряжение положительной обратной связи с коллектора составного транзистора ѴТ1 через конденсатор С2 поступает в цепь базы транзистора ѴТ2.

Элементом сравнения и усилителем сигнала рассогласования является каскад на транзисторе ѴТЗ. Его эмиттер подключен к источнику опорного напряжения — стабилитрону VD2, а база — к делителю выходного напряжения R5 — R7.

В импульсных стабилизаторах регулирующий элемент работает в ключевом режиме, поэтому выходное напряжение регулируется изменением скважности работы ключа.

Включением/выключением транзистора VT1 по сигналу транзистора ѴТЗ управляет транзистор ѴТ2. В моменты, когда транзистор ѴТ1 открыт, в дросселе L1, благодаря протеканию тока нагрузки, запасается электромагнитная энергия.

После закрывания транзистора запасенная энергия через диод VD1 отдается в нагрузку. Пульсации выходного напряжения стабилизатора сглаживаются фильтром L1, C3.

Характеристики стабилизатора целиком определяются свойствами транзистора ѴТ1 и диода VD1, быстродействие которых должно быть максимальным. При входном напряжении 24 В, выходном — 15 В и токе нагрузки 1 А измеренное значение КПД было равно 84%.

Дроссель L1 имеет 100 витков провода диаметром 0,63 мм на кольце К26х16х12 из феррита с магнитной проницаемостью 100. Его индуктивность при токе подмагничивания 1 А — около 1 мГн.

Step-down DC-DC преобразователь напряжения на +5В

Схема простого импульсного стабилизатора показана на рис. 2. Дроссели L1 и L2 намотаны на пластмассовых каркасах, помещенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ.

Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена прокладка толщиной 0,8 мм.

Активное сопротивление обмотки дросселя L1 27 мОм. Дроссель L2 имеет 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками — 0,2 мм, активное сопротивление обмотки — 13 мОм.

Прокладки можно изготовить из жесткого теплостойкого материала — текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, должен быть из немагнитного материала.

Рис. 2. Схема простого ключевого стабилизатора напряжения с КПД 60%.

Для налаживания стабилизатора к его выходу подключают нагрузку сопротивлением 5…7 Ом и мощностью 10 Вт. Подбором резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение, затем увеличивают ток нагрузки до 3 А и, подбирая величину конденсатора С4, устанавливают такую частоту генерации (примерно 18…20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторе C3 минимальны.

Выходное напряжение стабилизатора можно довести до 8…10В, увеличив величину резистора R7 и установив новое значение рабочей частоты. При этом мощность, рассеиваемая на транзисторе ѴТЗ, также увеличится.

В схемах импульсных стабилизаторов желательно использовать электролитические конденсаторы К52-1. Необходимую величину емкости получают параллельным включением конденсаторов.

Основные технические характеристики:

• Входное напряжение, В — 15…25.
• Выходное напряжение, В — 5.
• Максимальный ток нагрузки, А — 4.
• Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем диапазоне входных напряжений, мВ, не более — 50.
• КПД, %, не ниже — 60.
• Рабочая частота при входном напряжении 20 б и токе нагрузки 3А, кГц—20.

Улучшенный вариант импульсного стабилизатора на +5В

В сравнении с предыдущим вариантом импульсного стабилизатора в новой конструкции А. А. Миронова (рис. 3) усовершенствованы и улучшены такие его характеристики, как КПД, стабильность выходного напряжения, длительность и характер переходного процесса при воздействии импульсной нагрузки.

Рис. 3. Схема импульсного стабилизатора напряжения.

Оказалось, что при работе прототипа (рис. 2) возникает так называемый сквозной ток через составной ключевой транзистор. Этот ток появляется в те моменты, когда по сигналу узла сравнения ключевой транзистор открывается, а коммутирующий диод еще не успел закрыться. Наличие такого тока вызывает дополнительные потери на нагревание транзистора и диода и уменьшает КПД устройства.

Еще один недостаток — значительная пульсация выходного напряжения при токе нагрузки, близком к предельному. Для борьбы с пульсациями в стабилизатор (рис. 2) был введен дополнительный выходной LC-фильтр (L2, С5).

Уменьшить нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки можно только уменьшением активного сопротивления дросселя L2.

Улучшение динамики переходного процесса (в частности, уменьшение его длительности) связано с необходимостью уменьшения индуктивности дросселя, но при этом неизбежно увеличится пульсация выходного напряжения.

Поэтому оказалось целесообразным исключить этот выходной фильтр, а емкость конденсатора С2 увеличить в 5… 10 раз (параллельным соединением нескольких конденсаторов в батарею).

Цепь R2, С2 в исходном стабилизаторе (рис. 6.2) практически не изменяет длительности спада выходного тока, поэтому ее можно удалить (замкнуть резистор R2), а сопротивление резистора R3 увеличить до 820 Ом.

Но тогда при увеличении входного напряжения с 15 6 до 25 6 ток, протекающий через резистор R3 (в исходном устройстве), будет увеличиваться в 1,7 раза, а мощность рассеивания — в 3 раза (до 0,7 Вт).

Подключением нижнего по схеме вывода резистора R3 (на схеме доработанного стабилизатора это резистор R2) к плюсовому выводу конденсатора С2 этот эффект можно ослабить, но при этом сопротивление R2 (рис. 3) должно быть уменьшено до 620 Ом.

Один из эффективных путей борьбы со сквозным током — увеличение времени нарастания тока через открывшийся ключевой транзистор.

Тогда при полном открывании транзистора ток через диод VD1 уменьшится почти до нуля. Этого можно достигнуть, если форма тока через ключевой транзистор будет близка к треугольной.

Как показывает расчет, для получения такой формы тока индуктивность накопительного дросселя L1 не должна превышать 30 мкГч.

Еще один путь — применение более быстродействующего коммутирующего диода VD1, например, КД219Б (с барьером Шотки). У таких диодов выше быстродействие и меньше падение напряжения при одном и том же значении прямого тока по сравнению с обычными кремниевыми высокочастотными диодами. Конденсатор С2 типа К52-1.

Улучшение параметров устройства может быть получено и при изменении режима работы ключевого транзистора. Особенность работы мощного транзистора ѴТЗ в исходном и улучшенном стабилизаторах состоит в том, что он работает в активном режиме, а не в насыщенном, и поэтому имеет высокое значение коэффициента передачи тока и быстро закрывается.

Однако из-за повышенного напряжения на нем в открытом состоянии рассеиваемая мощность в 1,5…2 раза превышает минимально достижимое значение.

Уменьшить напряжение на ключевом транзисторе можно подачей положительного (относительно плюсового провода питания) напряжения смещения на эмиттер транзистора ѴТ2 (см. рис. 3).

Необходимую величину напряжения смещения подбирают при налаживании стабилизатора. Если он питается от выпрямителя, подключенного к сетевому трансформатору, то для получения напряжения смещения можно предусмотреть отдельную обмотку на трансформаторе. Однако при этом напряжение смещения будет изменяться вместе с сетевым.

Схема преобразователя со стабильным напряжением смещения

Для получения стабильного напряжения смещения стабилизатор надо доработать (рис. 4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке I определяется из выражения: U1=UBыx + U VD1.

Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незначительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабильно. После выпрямления его подают на эмиттер транзистора VT2 (и VT1).

Рис. 4. Схема модифицированного импульсного стабилизатора напряжения.

Потери на нагрев снизились в первом варианте доработанного стабилизатора на 14,7%, а во втором — на 24,2%, что позволяет им работать при токе нагрузки до 4 А без установки ключевого транзистора на теплоотвод.

В стабилизаторе варианта 1 (рис. 3) дроссель L1 содержит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводов ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из феррита 2000НМ.

Между чашками нужно заложить прокладку из текстолита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 (рис. 4) трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дросселя L1 двух витков провода ПЭВ-1 0,35.

Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.

DC стабилизатор напряжения с ШИМ

Стабилизатор с широтно-импульсным управлением (рис. 5) по принципу действия близок к стабилизатору, описанному в, но, в отличие от него, имеет две цепи обратной связи, соединенные таким образом, что ключевой элемент закрывается при превышении напряжения на нагрузке или увеличении тока, потребляемого нагрузкой.

При подаче питания на вход устройства ток, текущий через резистор R3, открывает ключевой элемент, образованный транзисторами VT. 1, VT2, в результате чего в цепи транзистор VT1 — дроссель L1 — нагрузка — резистор R9 возникает ток. Происходит заряд конденсатора С4 и накопление энергии дросселем L1.

Если сопротивление нагрузки достаточно большое, то напряжение на ней достигает 12 Б, и стабилитрон VD4 открывается. Это приводит к открыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и закрыванию ключевого элемента, а благодаря наличию диода VD3 дроссель L1 отдает накопленную энергию нагрузке.

Рис. 5. Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%.

Технические характеристики стабилизатора:

• Входное напряжение — 15…25 В.
• Выходное напряжение — 12 В.
• Номинальный ток загрузки — 1 А.
• Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 1 А — 0,2 В. КПД (при UBX =18 6, Ін=1 А) — 89%.
• Потребляемый ток при UBX=18 В в режиме замыкания цепи нагрузки — 0,4 А.
• Выходной ток короткого замыкания (при UBX =18 6) — 2,5 А.

По мере уменьшения тока через дроссель и разряда конденсатора С4 напряжение на нагрузке также уменьшится, что приведет к закрыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и открыванию ключевого элемента. Далее процесс работы стабилизатора повторяется.

Конденсатор С3, снижающий частоту колебательного процесса, повышает эффективность стабилизатора.

При малом сопротивлении нагрузки колебательный процесс в стабилизаторе происходит иначе. Нарастание тока нагрузки приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R9, открыванию транзистора ѴТ4 и закрыванию ключевого элемента.

Далее процесс протекает аналогично описанному выше. Диоды VD1 и VD2 способствуют более резкому переходу устройства из режима стабилизации напряжения в режим ограничения тока.

Во всех режимах работы стабилизатора потребляемый им ток меньше тока нагрузки. Транзистор ѴТ1 следует установить на теплоотводе размерами 40×25 мм.

Дроссель L1 представляет собой 20 витков жгута из трех проводов ПЭВ-2 0,47, помещенных в чашечный магнитопровод Б22 из феррита 1500НМЗ. Магнитопровод имеет зазор толщиной 0,5 мм из немагнитного материала.

Стабилизатор несложно перестроить на другое выходное напряжение и ток нагрузки. Выходное напряжение устанавливают выбором типа стабилитрона VD4, а максимальный ток нагрузки — пропорциональным изменением сопротивления резистора R9 или подачей на базу транзистора ѴТ4 небольшого тока от отдельного параметрического стабилизатора через переменный резистор.

Для снижения уровня пульсаций выходного напряжения целесообразно применить LC-фильтр, аналогичный используемому в схеме на рис. 2.

Импульсный стабилизатор напряжения с КПД преобразования 69…72%

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6) состоит из узла запуска (R3, VD1, ѴТ1, VD2), источника опорного напряжения и устройства сравнения (DD1.1, R1), усилителя постоянного тока (ѴТ2, DD1.2, ѴТ5), транзисторного ключа (ѴТЗ, ѴТ4), индуктивного накопителя энергии с коммутирующим диодом (VD3, L2) и фильтров — входного (L1, С1, С2) и выходного (С4, С5, L3, С6). Частота переключения индуктивного накопителя энергии в зависимости от тока нагрузки находится в пределах 1,3…48 кГц.

Рис. 6. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД преобразования 69. ..72%.

Все катушки индуктивности L1 — L3 одинаковы и намотаны в броневых магнитопроводах Б20 из феррита 2000НМ с зазором между чашками около 0,2 мм.

Обмотки содержат по 20 витков жгута из четырех проводов ПЭВ-2 0,41. Можно применить также кольцевые ферритовые магнитопроводы с зазором.

Номинальное выходное напряжение 5 В при изменении входного от 8 до 60 б и КПД преобразования 69…72%. Коэффициент стабилизации — 500.

Амплитуда пульсаций выходного напряжения при токе нагрузки 0,7 А — не более 5 мВ. Выходное сопротивление — 20 мОм. Максимальный ток нагрузки (без теплоотводов для транзистора VT4 и диода VD3) — 2 А.

Импульсный стабилизатор напряжения на 12В

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.7) при входном напряжении 20…25 В обеспечивает на выходе стабильное напряжение 12 В при токе нагрузки 1,2 А.

Пульсации на выходе до 2 мВ. Благодаря высокому КПД в устройстве не используются теплоотводы. Индуктивность дросселя L1 — 470 мкГч.

Рис. 7. Схема импульсного стабилизатора напряжения с малыми пульсациями.

Аналоги транзисторов: ВС547 — КТ3102А] ВС548В — КТ3102В. Приблизительные аналоги транзисторов ВС807 — КТ3107; BD244 — КТ816.

Источник: Шустов М. А. — Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

Схемы стабилизаторов напряжения на оу

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1. I_R — ток через балластный резистор (R₎
2. I_ст — ток через стабилитрон
3. I_н — ток нагрузки
4. I_вх — входной ток операционного усилителя
5. I_д — ток через резистор R₂
6. U_вх — входное напряжение
7. U_вых — выходное напряжение (падение напряжения на нагрузке)
8. U_ст — падение напряжения на стабилитроне
9. U_д — напряжение, снимаемое с резистивного делителя (R₁, R₂)
10. U_ОУ — выходное напряжение операционного усилителя
11. U_бэ — падение напряжения на p-n переходе база-эмиттер транзистора

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

Как вы помните, операционный усилитель усиливает разность напряжений между своими входами. Напряжение на неинвертирующем входе у нас равно напряжению стабилизации стабилитрона (U_ст). На инвертирующий вход мы подаём часть выходного напряжения, снятую с делителя (U_д), то есть там у нас выходное напряжение, делённое на некоторый коэффициент, определяемый резисторами R₁, R₂. Разность этих напряжений (U_ст-U_д) — это сигнал ошибки, он показывает, на сколько напряжение с делителя отличается от напряжения на стабилитроне (обозначим эту разность буквой E).

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

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

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

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

Далее, у нас осталось ещё одно уравнение. С учётом того, что мы сделали с первым уравнением, второе уравнение будет выглядеть так:

U_д, как мы помним, — это часть выходного напряжения, снимаемая с делителя на резисторах R₁, R₂. Если рассчитать наш делитель, не забывая про входной ток ОУ, то получим:

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

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

При расчёте резисторов R₁, R₂ необходимо помнить о том, что формула (3*) справедлива только в том случае, когда ток через резисторы делителя много больше входного тока операционного усилителя. Оценить величину I_д можно по формулам:

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

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

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

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

Здесь аналогично, — если ток стабилитрона много больше входного тока операционного усилителя, то можно считать I_R=I_{ст min}. Тогда наша формула запишется в виде U_{вх min}=I_{ст min}*R_{+Uст (4) и из неё можно выразить R:}

Исходя из того, что максимальный ток через стабилитрон будет течь при максимальном входном напряжении запишем ещё одну формулу: U_{вх max}=I_{ст max}*R_{+Uст (5) и объединив её с формулой (4) найдём область нормальной работы:}

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

Сайт для радиолюбителей

Однополярные стабилизаторы напряжения на основе ОУ могут быть построены по схеме инвертирующего и неинвертирующего усилителя, на вход которого подано стабильное напряжение от опорного источника. Достоинством таких стабилизаторов является возможность получения различных по абсолютному значению и знаку стабилизированных напряжений при неизменном опорном.

На первом рисунке показана схема стабилизатора в котором на вход неинвертирующего усилителя подано опорное напряжение U0 со стабилитрона VD1. Для увеличения выходного тока стабилизатора используется повторитель напряжения на транзисторе VT1. Выходное напряжение данного стабилизатора рассчитывается по следующей формуле:

Uвых = U0(R1/R2+1)

Для увеличения стабильности опорного напряжения можно подключить параметрический стабилизатор R3 VD1 не ко входу, а к выходу стабилизатора как показано на втором рисунке. Ток через стабилизатор VD1 в этом случае равен U0R1/(R2R3) и не зависит от изменения входного напряжения, при этом ОУ охватывается двумя видами обратной связи: положительной и отрицательной. Наличие отрицательной связи приводит к тому, что на выходе ОУ при включении питания в принципе может установится как положительное так и отрицательное напряжение. Для установления напряжения нужного знака, необходима некая начальная несимметрия. В стабилизаторе эта несимметрия создается за счет выходного транзисторного повторителя напряжения.

Двухполярные стабилизаторы напряжения как правило состоят на основе двух однополярных, использующих один источник опорного напряжения. Пример такого двух полярного стабилизатора показан на рисунке.

ОУ DA2 здесь включен по схеме инвертора с коэффициентом передачи -1. Выходные каскады в двух полярном стабилизаторе могут быть построены на основе транзисторных повторителей как в предыдущих схемах. В данном стабилизаторе применен другой вариант выходного каскада, достоинством которого является возможность уменьшить минимальную разность выходного и входного напряжения стабилизатора до 3-5 В. Она определяется падением напряжения на базо-эмиттерном переходе транзистора от 0,4 до 0,7 В и разностью между напряжением питания и максимальным выходным напряжением ОУ от 2 до 4 В. Например если выходное напряжение равно 15 В, то на базу транзистора необходимо подать 15,6 В, соответственно напряжение питания ОУ должно быть не менее 17,6-19,6 В. В случае применения выходного каскада показанного на рисунке, минимальная разность выходного и входного напряжения стабилизатора определяется напряжением насыщения транзисторов VT1 VT4 и не превышает 1 В.

Транзисторы VT2 VT3 в стабилизаторе дополнительно усиливают ток, поступающий на базы выходных транзисторов VT1 VT4, что дает возможность увеличить выходную мощность стабилизатора за счет использования более мощных выходных транзисторов.

В ранее рассмотренных стабилизаторах выходное напряжение не может быть меньше опорного, поэтому для получения малых выходных напряжений использовать низковольтные стабилитроны или использовать в качестве опорных источников светодиоды.

Выходное напряжение на выходе стабилизатора которое меньше опорного напряжения можно получить используя схему показанную на рисунке.

В схеме мост образованный резисторами R1 R2 R3 и стабилитроном VD1, включен между напряжениями +Uвых и -Uвых. Если R4=R5, то получаем +Uвых = U0(1+R1/R2)/2, где U0 — падение напряжения на стабилитроне. Ток через стабилитрон равен U0R1/(R2R3).

Источник — Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных уст-вах (1988)

Цепь автоматического стабилизатора напряжения с тиристором/симисторным управлением

мы обсудим относительно простую схему автоматического стабилизатора сетевого напряжения, управляемую симистором, в которой используются логические ИС и несколько симисторов для управления уровнями сетевого напряжения.

Содержимое

Благодаря твердотельной конструкции переходы переключения напряжения очень плавные с минимальным износом, что обеспечивает эффективную стабилизацию напряжения.

Откройте для себя весь процесс создания этого уникального полупроводникового стабилизатора сетевого напряжения.

Предложенная схема стабилизатора переменного напряжения, управляемого симистором, обеспечит превосходную 4-х ступенчатую стабилизацию напряжения любого электроприбора на его выходе.

Благодаря отсутствию движущихся частей его эффективность еще больше повышается. Узнайте больше об этом бесшумном операторе: Power Guard.

Схема автоматического стабилизатора напряжения, описанная в одной из моих предыдущих статей, хоть и полезная, но в силу своей более простой конструкции не имеет возможности дискретно управлять разными уровнями переменного сетевого напряжения.

Предложенная идея, хотя и не проверенная, выглядит довольно убедительно, и если критические компоненты подобраны правильно, она должна работать должным образом.

Представленная схема стабилизатора напряжения переменного тока, управляемого симистором, выдающаяся по своим характеристикам и является почти идеальным стабилизатором напряжения во всех отношениях.

Как обычно, схема была разработана исключительно мной. Он способен точно контролировать и измерять входное напряжение сети переменного тока с помощью 4 независимых шагов.

Использование симисторов обеспечивает быстрое переключение (в пределах 2 мс) и отсутствие искр или переходных процессов, обычно связанных со стабилизаторами релейного типа.

Кроме того, поскольку не используются движущиеся части, весь блок становится полностью твердотельным и почти постоянным.

Давайте посмотрим, как работает схема.

ВНИМАНИЕ:
КАЖДАЯ ТОЧКА ЦЕПИ, ПРЕДСТАВЛЕННОЙ ЗДЕСЬ, МОЖЕТ БЫТЬ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНА ДЛЯ ПРИКАСАНИЯ В ВКЛЮЧЕННОМ ПОЛОЖЕНИИ. РЕКОМЕНДУЕТСЯ С МАКСИМАЛЬНОЙ ОСТОРОЖНОСТЬЮ И ОСТОРОЖНОСТЬЮ, НАСТОЯТЕЛЬНО РЕКОМЕНДУЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕРЕВЯННОЙ ДОСКИ ПОД НОГАМИ ПРИ РАБОТЕ С ЭТОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ. … НОВИЧКИ, ПОЖАЛУЙСТА, ДЕРЖИТЕСЬ ДАЛЕКО.

Работа схемы

Функционирование схемы можно понять по следующим пунктам:

Транзисторы с T1 по T4 устроены таким образом, чтобы воспринимать постепенное повышение входного напряжения и проводить один за другим по мере увеличения напряжения и наоборот.

Шлюзы N1-N4 из IC 4093 сконфигурированы как буферы. Выходы транзисторов подаются на входы этих затворов.

Все вентили взаимосвязаны друг с другом таким образом, что выход только определенного вентиля остается активным в заданный период времени в соответствии с уровнем входного напряжения.

Таким образом, при повышении входного напряжения затворы реагируют на транзисторы, и их выходы последовательно становятся логическими HI один за другим, гарантируя, что выход предыдущего затвора закрыт, и наоборот.

Логический привет от конкретного буфера подается на затвор соответствующего тиристора, который проводит и соединяет соответствующую «горячую» линию от трансформатора к внешнему подключенному устройству.

По мере роста напряжения соответствующие симисторы последовательно выбирают соответствующие «горячие» концы трансформатора для увеличения или уменьшения напряжения и поддержания относительно стабилизированного выходного сигнала.

Как собрать схему

Конструкция этой схемы управления симисторным блоком питания переменного тока проста и требует приобретения необходимых деталей и их правильной сборки на обычной печатной плате.

Совершенно очевидно, что человек, пытающийся собрать эту схему, знает немного больше, чем просто основы электроники.

Все может пойти совсем не так, если в финальной сборке будет какая-то ошибка.

Вам потребуется внешний переменный (от 0 до 12 В) универсальный источник питания постоянного тока для настройки устройства следующим образом: найти, что он будет производить 9вольт на входе 170 вольт, 13 вольт будет соответствовать 245 вольт, а 14 вольт будет эквивалентен входу примерно 260 вольт.

Как настроить и протестировать цепь

Сначала оставьте точки «AB» отключенными и убедитесь, что цепь полностью отключена от сети переменного тока.

Настройте внешний универсальный источник питания на 12 вольт и подключите его плюс к точке «В», а минус к общей массе цепи.

Теперь отрегулируйте P2 так, чтобы LD2 только что включился. Уменьшите напряжение до 9и отрегулируйте P1, чтобы включить LD1.

Аналогичным образом отрегулируйте P3 и P4, чтобы соответствующие светодиоды загорались при напряжении 13 и 14 соответственно.

Процедура настройки завершена. Удалите внешнее питание и соедините точки «AB» вместе.

Теперь все устройство можно подключить к сети переменного тока, чтобы сразу начать работу.

Вы можете проверить работу системы, подав переменный входной переменный ток через автотрансформатор и проверив выходной сигнал с помощью цифрового мультиметра.

Стабилизатор напряжения переменного тока, управляемый симистором, отключается при напряжении ниже 170 и выше 300 вольт.

IC 4093 Расположение выводов внутреннего затвора

Список деталей

Для сборки этого стабилизатора напряжения переменного тока с управлением тиристором вам потребуются следующие детали:
Все резисторы ¼ Вт, CFR 5%, если не указано иное.

• R5, R6, R7, R8 = 1M ¼ Вт,
• Все симисторы на 400 В, 1 кВ,
• T1, T2, T3, T4 = BC 547,
• Все стабилитроны = 3 В 400 мВт,
• Все диоды = 1N4007,
• Все предустановки = 10K линейный,
• R1, 2, 3, 4 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 = 1K ¼ Вт,
• N1–N4 = IC 4093,
• C1 и C3 = 100 мкф/25 вольт,
• C2 = 104, керамический,
• Трансформатор стабилизатора Power Guard = «Изготавливается на заказ» с отводами на выходе 170, 225, 240, 260 В при входном напряжении 225 В или ответвлениями на 85, 115, 120, 130 В при входном напряжении 110 В переменного тока .
• TR1 = Понижающий трансформатор, 0–12 В, 100 мА.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать через комментарии, я буду очень рад помочь!

Руководство по стабилизаторам напряжения в Индии

Стабилизаторы напряжения стали неотъемлемой частью нашего дома из-за различных скачков и колебаний напряжения. Индия сильно зависит от проблем с напряжением, и, таким образом, существует большая вероятность повреждения оборудования и приборов. Стабилизаторы напряжения — это электроприборы, предназначенные для подачи постоянного напряжения на нагрузку на ее выходных клеммах независимо от изменений входного или поступающего питающего напряжения. Это полезно для защиты оборудования или машины от перенапряжения, пониженного напряжения и других скачков напряжения.

Как работает стабилизатор напряжения

В основном каждое электрооборудование или устройство рассчитано на широкий диапазон входного напряжения. В зависимости от чувствительности рабочий диапазон оборудования ограничен определенными значениями. Например, одно оборудование может выдерживать ± 10 процентов от номинального напряжения, а другое — ± 5 процентов или меньше.

Таким образом, стабилизаторы напряжения гарантируют, что колебания напряжения на входе в сеть не повлияют на нагрузку или электроприбор. В стабилизаторе напряжения коррекция напряжения в условиях повышенного и пониженного напряжения выполняется посредством двух основных операций, а именно операций повышения или понижения. В условиях пониженного напряжения режим повышения напряжения увеличивает напряжение до номинального уровня, а режим понижающего напряжения снижает уровень напряжения в условиях повышенного напряжения. Основная концепция стабилизации включает в себя добавление и вычитание напряжения из сети.

Типы стабилизаторов напряжения

Сегодня, с развитием электронной схемы и автоматизации, процесс стабилизации стал проще и эффективнее. Различные типы стабилизаторов напряжения включают:

• Стабилизаторы серводвигателя: Их просто называют сервостабилизаторами, и они используют серводвигатель для обеспечения коррекции напряжения. Они в основном используются для высокой точности напряжения. В этом стабилизаторе один конец первичной обмотки повышающе-понижающего трансформатора подключен к фиксированному отводу автотрансформатора, а другой конец подключен к подвижному рычагу, управляемому серводвигателем. Вторичная обмотка повышающе-понижающего трансформатора соединена последовательно с входным питанием, которое представляет собой не что иное, как выход стабилизатора. Большинство сервостабилизаторов используют встроенный микроконтроллер или процессор для схемы управления, чтобы обеспечить интеллектуальное управление.

Существуют различные преимущества использования сервостабилизаторов по сравнению со стабилизаторами релейного типа. Некоторые из них — более высокая скорость коррекции, высокая точность стабилизированного выхода, способность выдерживать пусковые токи и высокая надежность. Однако они требуют периодического обслуживания из-за наличия двигателей.

• Статические стабилизаторы: Статический стабилизатор напряжения не имеет движущихся частей, как механизм серводвигателя в случае сервостабилизаторов. В нем используется схема силового электронного преобразователя для регулирования напряжения, а не вариатор, как в обычных стабилизаторах. С помощью этих стабилизаторов можно добиться большей точности и превосходного регулирования напряжения по сравнению с сервостабилизаторами. По сути, он состоит из повышающе-понижающего трансформатора, преобразователя мощности IGBT (или преобразователя переменного тока в переменный) и микроконтроллера, микропроцессора или контроллера на основе DSP. Преобразователь IGBT, управляемый микропроцессором, генерирует необходимое количество напряжения с помощью метода широтно-импульсной модуляции, и это напряжение подается на первичную обмотку повышающе-понижающего трансформатора. Преобразователь IGBT вырабатывает напряжение таким образом, что оно может быть в фазе или на 180 градусов не в фазе входного линейного напряжения, чтобы выполнять сложение и вычитание напряжения во время колебаний.

• Релейные стабилизаторы: В стабилизаторах напряжения этого типа регулировка напряжения осуществляется путем переключения реле таким образом, чтобы подключить одну из нескольких обмоток трансформатора к нагрузке. Он имеет электронную схему и набор реле помимо трансформатора (который может быть тороидальным или трансформатором с железным сердечником с обмотками на его вторичной обмотке). Электронная схема состоит из схемы выпрямителя, операционного усилителя, блока микроконтроллера и других крошечных компонентов.

Электронная схема сравнивает выходное напряжение с опорным значением, полученным от встроенного источника опорного напряжения. Всякий раз, когда напряжение поднимается или падает ниже заданного значения, схема управления переключает соответствующее реле, чтобы подключить желаемое ответвление к выходу. Стабилизаторы напряжения этого типа в основном используются для приборов с низкими характеристиками в жилых, коммерческих и промышленных устройствах, поскольку они имеют небольшой вес и низкую стоимость.

Подробнее : Как стабилизатор сетевого напряжения для низкого напряжения работает в вашем доме

Преимущества стабилизатора напряжения

Будь то дом, офис или любое другое место, электричество является большой необходимостью. А колебания напряжения — очень распространенный аспект электричества, независимо от того, где вы живете. Колебания напряжения могут быть вызваны различными причинами, такими как электрические неисправности, неисправная проводка, молния, короткие замыкания и т. д. Эти колебания могут быть в форме повышенного или пониженного напряжения.

Влияние перенапряжения на бытовую технику

• Приводит к необратимому повреждению приборов
• Приводит к повреждению изоляции обмоток
• Приводит к ненужным нарушениям нагрузки
• Приводит к перегреву кабеля или устройства
• Может снизить срок службы устройства

Воздействие пониженного напряжения на бытовую технику

• Приводит к низкой эффективности устройства
• Приводит к неисправности оборудования
• Это приводит к тому, что устройство потребляет большие токи, что еще больше вызывает перегрев

Различные преимущества стабилизаторов напряжения:

• Обеспечивает безопасность: Электричество является серьезной потребностью для бесперебойного потока и работы нашего дома . Стабилизатор напряжения обеспечивает безопасное и надежное электропитание для правильной работы устройств в любом месте.
• Эффективность в неблагоприятных условиях: Если напряжение определенного электроприбора выше или ниже желаемого уровня, может возникнуть несколько проблем. Стабилизатор напряжения является правильным решением для бесперебойной и постоянной работы устройств и поддерживает неизменное напряжение. Основная цель стабилизатора напряжения — обеспечить постоянное напряжение на нагрузке даже при колебаниях напряжения.
• Безопасность приборов: Стабилизатор напряжения действует как защитный экран и защищает приборы и устройства от необратимых повреждений. Каждое электрическое устройство сконструировано таким образом, чтобы правильно работать при различных уровнях напряжения. Но частые или повторяющиеся колебания напряжения могут привести к необратимому повреждению оборудования и могут повлиять на электропроводку в вашем доме.
• Помогает экономить электроэнергию: Плохое качество электроэнергии проявляется в частых перепадах напряжения. Когда ваше оборудование не получает оптимального напряжения, оно потребляет чрезмерную энергию. Эта потеря энергии, однако, невидима и остается незамеченной, но эта некачественная энергия будет иметь большое влияние на счета за электроэнергию, а дорогостоящее оборудование может быть повреждено из-за этого колебания напряжения. Таким образом, стабилизатор напряжения — это реальный способ сэкономить на счетах за коммунальные услуги.

Подробнее: Важность стабилизатора напряжения для бытовой техники

Необходимость стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения нужен для стабильности работы бытовой техники, гаджетов и устройств. Стабилизаторы потребляют очень мало энергии, обычно от 2 до 5% от максимальной нагрузки (т. е. номинал стабилизатора). Это высокоэффективные устройства, обычно от 95 до 98%. Различные области, в которых используются стабилизаторы напряжения:

• Стабилизатор напряжения Для переменного тока: Сложное функционирование компрессора переменного тока очень чувствительно к колебаниям напряжения. Защита от колебаний и скачков напряжения имеет первостепенное значение для бесперебойной и долговременной работы этого высококлассного устройства.

• Стабилизатор сетевого напряжения для дома: Стабилизатор устанавливается между основным источником питания вашего дома и бытовой техникой. Этот продукт предназначен для сглаживания любых колебаний напряжения, исходящих от основного источника питания, и обеспечения постоянного питания устройств. Он обеспечивает постоянную подачу электроэнергии в пределах рабочего диапазона вашего устройства. Это помогает предотвратить любые нежелательные повреждения из-за перегрузок и увеличивает срок службы всей бытовой техники.

• Стабилизатор напряжения Для телевизора: Стабилизаторы для телевизора оснащены только отсечкой высокого напряжения и предназначены для защиты от скачков и скачков напряжения. Это помогает предотвратить любые нежелательные повреждения из-за перегрузки и увеличивает срок службы телевизора.

• Стабилизатор напряжения Для холодильника/холодильника: Стабилизаторы для холодильников созданы с использованием инновационных технологий и расширенных функций. Они обеспечивают защиту от перегрузок и оптимальное функционирование для достижения наилучших результатов в защите холодильников от скачков напряжения.

Подробнее: Преимущества установки стабилизаторов напряжения дома

В чем разница между регулятором напряжения и стабилизатором

Часто люди путают стабилизатор напряжения и регулятор напряжения. Оба выполняют одно и то же действие для стабилизации напряжения, но основное различие между стабилизатором напряжения и регулятором напряжения заключается в следующем:

• Стабилизатор напряжения: Это устройство, предназначенное для подачи постоянного напряжения на выход без изменений входного напряжения. .

• Регулятор напряжения: Это устройство или схема, предназначенная для подачи постоянного напряжения на выход без изменения тока нагрузки.

Как выбрать подходящий стабилизатор для бытовых нужд

Выбор правильного стабилизатора напряжения имеет большое значение, так как он влияет на общую производительность прибора, а также на работу домашнего хозяйства. Есть несколько факторов, которые необходимо учитывать, прежде чем выбрать стабилизатор напряжения для электроприбора. Эти факторы включают потребляемую электроприбором мощность, уровень колебаний напряжения в месте установки, тип электроприбора, тип стабилизатора, рабочий диапазон стабилизатора, тип схемы управления и другие факторы. Основные этапы выбора стабилизатора включают в себя:

• Проверьте номинальную мощность прибора.
• Рассчитайте мощность, просто умножив напряжение прибора на максимальный номинальный ток.
• Проверить наличие запаса прочности до стабилизатора.
• Учитывайте коэффициент мощности при расчете номинальной мощности стабилизатора в кВА. Если номинал стабилизаторов указан в кВт, а не в кВА, умножьте коэффициент мощности на произведение напряжения и тока.

Где купить стабилизатор напряжения

Ливгард предлагает эффективные стабилизаторы для защиты вашего дома и техники от нежелательных скачков напряжения. Наш ассортимент стабилизаторов напряжения разработан и изготовлен с использованием передовых инновационных технологий и строгих мер по обеспечению качества для защиты всех электрических приборов от критических колебаний.

Широкий ассортимент стабилизаторов напряжения Livguard оснащен надежными и передовыми технологиями для защиты всего оборудования от колебаний напряжения. Мы обеспечиваем защиту от перегрузок и оптимальное функционирование для достижения наилучших результатов в защите прибора от скачков напряжения. Итак, наполните свой дом и свою жизнь стабилизаторами Ливгарда.

Читайте также : Что нужно знать перед покупкой стабилизатора

Проектирование и оценка управления напряжением с использованием статического стабилизатора – IJERT

Проектирование и оценка управления напряжением с использованием статического стабилизатора

Лудин Лоуренс, Дерик Джой, Джесвин Пол, Фатматул Зухра, Себин Дэвис наличие электроэнергии без каких-либо перерывов для каждой подключенной к ней нагрузки. Как правило, мощность передается по высоковольтным линиям электропередачи и линиям, которые подвергаются воздействию, что создает вероятность их пробоя из-за грозы, повреждения любых внешних объектов, а также повреждения изоляторов. Сервостабилизатор напряжения — это электронное устройство, которое стабилизирует напряжение от непостоянного до требуемого диапазона значений, что обеспечивает постоянное выходное напряжение и стабильное надежное электропитание оборудования. В предыдущей статье обсуждается система статического стабилизатора напряжения, управляемая контроллером на основе DSPIC, а также регулировка напряжения с помощью трансформатора типа Buck-Boost.

Ключевые слова- стабилизация, качество электроэнергии, контроль напряжения, инвертор, понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, матлаб, выпрямитель.

1. ВВЕДЕНИЕ

   Стабилизаторы — это электронные устройства, преобразующие нестабильное напряжение в желаемое значение. Стабилизаторы обеспечивают постоянное и надежное питание оборудования, требующего постоянного напряжения, а также защищают электронику от большинства неисправностей сети. Стабилизаторы напряжения, такие как ИБП, доказали свою эффективность в обеспечении безопасности электрических устройств. Электрооборудование используется повсеместно; его можно найти в домах, офисах, на предприятиях и почти в любом другом месте. Зависимость от разнообразного электрического оборудования стала неизбежной, а надежность электрического оборудования широко востребована. Выход из строя этого электрооборудования приводит к значительным потерям оборудования, а также к неудобствам. Статические стабилизаторы напряжения не имеют движущихся частей, в отличие от стабилизаторов напряжения на основе сервоприводов, и их проще производить, что приводит к более высокой точности и системам регулирования напряжения [1].

   Основная цель стабилизатора — сделать выходное напряжение, которое питает подключенное оборудование, как можно ближе к идеальному источнику электропитания, гарантируя, что колебания электрической мощности компенсируются, а выходное значение остается стабильным, предотвращая выход оборудования из строя. испытывать их и, таким образом, избегать повреждений[2]. Разница между регулятором напряжения и стабилизатором напряжения заключается в том, что регулятор напряжения обычно используется в приложениях постоянного тока, тогда как стабилизатор напряжения — это оборудование, которое стабилизирует переменное напряжение. Стабилизаторы напряжения переменного тока, стабилизаторы напряжения постоянного тока и автоматические стабилизаторы напряжения представляют собой три типа стабилизаторов напряжения[3]. Статическое напряжение, стабилизатор переменного напряжения, является предметом этой статьи. Наиболее часто используемым стабилизатором является сервостабилизатор, который имеет ряд недостатков по сравнению со статическими стабилизаторами напряжения [4]. Статические стабилизаторы напряжения – это устройства, не имеющие в отличие от 9-ти моторных частей, управляемых двигателем.0003 Сервоуправляемые стабилизаторы напряжения

   . Напряжение, генерируемое для достижения коррекции напряжения и времени, показано здесь [5]. В результате стабилизатор имеет гораздо более высокое напряжение, чем система стабилизатора напряжения на основе сервопривода, из-за его высокого отношения первичной обмотки к вторичной для скорости коррекции напряжения. Статические стабилизаторы имеют функцию поддержания постоянного выходного напряжения и защиты оборудования, связанного с идеальной системой электроснабжения, от повреждений, обеспечивая компенсацию колебаний в электросети и неизменность выходного напряжения [6]. Работа системы статического стабилизатора заключается в улучшении динамических характеристик различных энергосистем, и здесь моделирование с использованием исследований Matlab для общей производительности системы демонстрирует, что она адаптивна при хороших настройках производительности в широком диапазоне условий. Стабилизаторы напряжения делятся на два типа: постоянного и переменного тока. Разница между его приложениями постоянного тока и стабилизатором напряжения с другой стороны, который стабилизирует переменное напряжение, которое колеблется. Для коррекции напряжения в базовом исследовании SVS используется повышающе-понижающий трансформатор с высоким отношением первичной обмотки к вторичной [7]. Источник бесперебойного питания, иногда называемый ИБП, представляет собой форму стабилизатора напряжения, который защищает электронное оборудование от перебоев в подаче электроэнергии. Все электрическое и электронное оборудование разрабатывается и производится здесь для работы с максимальной эффективностью с типичной системой питания, предназначенной для предела рабочего диапазона, с кодоэффективной сборкой, АЦП и S/H.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

   Когда на контроллер подается нестабилизированное входное напряжение, результатом является стабильное выходное напряжение, которое совершенно стабильно и не имеет колебаний напряжения. Статическая система служит конфигурацией стабильности для изменений напряжения и переходных возмущений, которые происходят во взаимосвязанных системах питания[8]. Добавление к контроллеру системы контура адаптивного управляемого стабилизатора увеличивает эффективность стабилизатора всей энергосистемы при работе в неблагоприятных или необычных условиях, таких как трехфазные системы короткого замыкания[9]. ]. Колебания напряжения, создаваемые нагрузками, будут уменьшены в статических системах с высокой мощностью. Перенапряжение сокращает срок службы стабилизатора, а пониженное напряжение снижает эффективность непрерывной подачи переменного тока с участием электронной системы[10]. На рис. 1 представлена ​​блок-схема стабилизатора.

   Рис. 1: Блок-схема стабилизатора

   Статические стабилизаторы

   имеют возможность постоянного отслеживания выходного напряжения с произвольным диапазоном сходимости скоростей, защиту от различных синфазных помех и высокую мгновенную емкость для требовательных приложений и оборудования. В условиях постоянного крутящего момента применяется ШИМ-управление. Схемы на основе микроконтроллеров используются в сервостабилизаторах. Основная цель Статического Стабилизатора Напряжения состоит в том, чтобы поддерживать стабильное напряжение, не вызывая каких-либо изменений в системе. Создать систему статического стабилизатора напряжения со следующими характеристиками: технология одной карты на основе DSP, компактный размер по сравнению с традиционными стабилизаторами и низкая стоимость. Индивидуальное управление фазой, широтно-импульсная модуляция IGBT, управление переключением переменного тока в переменный. Искажение формы выходного сигнала незначительно. Он надежен и не требует обслуживания.

   Электроэнергия, поставляемая электрощитами, будет низкого качества. Напряжение подаваемой электроэнергии может отличаться от желаемого безопасного диапазона. Многие элементы электрооборудования чувствительны к напряжению. Потеря напряжения может быть вызвана перегрузкой. Дождь, падение деревьев на электрические провода или обрыв линии электропередач — все это может вызвать скачок в подаче электроэнергии. Статические стабилизаторы напряжения используются для защиты электрооборудования от изменений сетевого напряжения. Эти стабилизаторы используются на входе оборудования, стабилизируя сетевое напряжение и восстанавливая аномальные напряжения до безопасного диапазона. Величина статической стабилизации напряжения определяется используемыми стабилизаторами. Различные стабилизаторы выбираются в основном в зависимости от потребности в электроэнергии и стоимости стабилизаторов.

   1. Сервостабилизаторы напряжения

      Стабилизаторы, управляемые сервоприводом, также известны как стабилизаторы, управляемые двигателем, потому что они управляются системами стабилизации, которые включают трансформатор типа Buck-Boost, который собирает изменения напряжения на входном напряжении и регулирует ток для корректировки выходного напряжения[11]. Плата управления, компаратор и диммер управляют выходным напряжением этого типа стабилизатора, который регулирует себя в направлении против часовой стрелки или по часовой стрелке. На рис. 2 показана принципиальная схема сервостабилизатора. Дополнительные функции сервостабилизатора напряжения включают в себя главные автоматические выключатели для схем защиты от перегрузки и короткого замыкания[12]. Потеря нейтрали — это отключение выхода, если нейтраль отсутствует на входе; он предотвращает обрыв фазы в стабилизаторе, обеспечивает электронную защиту от перегрузок и помогает заземлению

      Мониторинг неисправностей

      с отключением и током утечки[13]. Он служит как ограничителем перенапряжения, так и предохранителем от перенапряжения.

      Рис. 2: Принципиальная схема сервостабилизатора

      Подвижные части в системе стабилизатора напряжения с сервоуправлением обеспечивают постоянную подачу электроэнергии при регулировании напряжения питания нагрузки. Сервостабилизаторы обычно используются в холодильниках, телевизорах и отопительном оборудовании[14]. Электрический прибор предназначен для работы при определенных условиях напряжения, чтобы получить требуемые результаты. Внутренняя схема стабилизатора напряжения Servo состоит из автотрансформатора или трансформатора, блоков выпрямителя, компараторов, реле и коммутационных цепей, которые управляют нагрузкой или системой в пределах допустимого диапазона напряжения [15].

      Рис. 3: Внутренняя схема стабилизатора напряжения сервопривода

      Распределение электроэнергии 230 вольт для одной фазы, предназначенное для работы в диапазоне рабочих напряжений от 220 вольт до 240 вольт, а колебания напряжения отражают изменение величины напряжения питания, обычно превышающее или ниже установившегося напряжения. Это колебание напряжения допустимо для многих электроприборов.

   2. Статический стабилизатор напряжения

   Стабилизатор напряжения, который мы используем, является статическим, что имеет преимущества перед медленными стабилизаторами напряжения с сервоуправлением. Базовое исследование статического стабилизатора напряжения здесь включает повышающе-понижающий трансформатор с коэффициентами первичной и вторичной обмотки для коррекции напряжения. Этот тип напряжения регулируется схемой понижающего и повышающего напряжения, что достигается электронным способом без каких-либо ступенчатых изменений напряжения во время регулирования системы. В системе этого типа могут использоваться различные схемы преобразователя переменного тока в переменный и устройства переключения мощности. Усовершенствованная широтно-импульсная модуляция представляет собой операцию управления для достижения желаемого времени коррекции, при котором общее

   реакция системы улучшена и влечет за собой более высокую скорость коррекции напряжения.

   Рис. 3: Блок-схема статического стабилизатора напряжения

3. МЕТОДОЛОГИЯ

   Статические стабилизаторы напряжения работают в двух режимах:

   Режим Buck: здесь 40 В генерируется с помощью ШИМ и добавляется к сети. Разностный ток 51 А будет протекать через IGBT. Выходное напряжение больше желаемого напряжения Vs, которое работает в режиме buck, здесь переключатели фазы и нейтрали меняются местами.

   Рис. 4: Принципиальная схема режима Buck

   Boost mode: Здесь PWM генерируется в противофазе, это 180 градусов не по фазе. 30V вычитается из сети. Здесь 27А потечет обратно в сеть от IGBT. Здесь выходное напряжение всегда меньше, чем его желаемое напряжение Vs работает в режиме Boost.

   Рис. 5: Принципиальная схема форсированного режима

   A. Основные компоненты SVS

   1. Понижающий повышающий трансформатор: Входные и выходные клеммы стабилизатора напряжения подключены к вторичному понижающему и повышающему трансформатору. Поскольку вход и выход статического стабилизатора напряжения соединены через общую нейтраль, напряжение, формируемое на вторичной обмотке понижающих повышающих трансформаторов, может увеличивать или уменьшать входное напряжение. Силовой каскад IGBT подключен к первичной обмотке повышающего трансформатора.

   2. Силовой каскад

      IGBT: с помощью ШИМ-подхода силовой каскад IGBT отвечает за генерацию подходящего количества напряжения. В качестве схемы управления устройством выход силового каскада IGBT направляется на первичную обмотку. Выход IGBT может быть синфазным или противофазным на 180 градусов по входному линейному напряжению при подаче на первичную обмотку трансформатора. Таким образом, в зависимости от требуемого напряжения на нагрузке, напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке повышающе-понижающего трансформатора, может быть добавлено или вычтено.

   3. Плата управления на основе DSP

      . Основная задача платы управления на основе DSP — обеспечение ШИМ для работы IGBT. С помощью трансформатора тока и подключенного к нему трансформатора напряжения он непрерывно измеряет значения входного напряжения, выходного напряжения, тока нагрузки и тока IGBT. И в качестве обратной связи эти обработанные данные отправляют сигнал на силовой каскад IGBT, который использует подход PWM для создания соответствующего напряжения и рабочего цикла.

      Рис. 6: Принципиальная схема однофазного SVS

      Vвых =Vin+[Vin(1d)Vin]n =Vin[1 + (2d 1)n]

      Vout – это сумма входного напряжения Vin и напряжения трансформатора, которые представляют собой срезанные напряжения переменного тока [= n (2d1)Vin]. n — коэффициент трансформации, d — рабочий цикл. Мы можем написать для переключения большой частоты относительно частоты сети как

      IAv-Q21 = (1/2) {0 (-) d Ipsin t dt + (-) (1-d) Ipsin t dt}

      = (Ip / 2) {1 cos + 2d cos}

      IRMS-Q212 = (1/2) {0 (-)d2 Ip 2 sin2 t dt + (-) (1- d)2 Ip 2 sin2 t dt}

      = (Ip 2 / 4) {d2+(1 2d)[ + sin (2)/2]} Исходя из вышеизложенного, мы можем написать

      2 2

      2 2

      IAv-D21 = (Ip/) – IAv-Q21 IRMS-D21 = Ip2/4 – IRMS-Q21

4. РЕЗУЛЬТАТ И ОБСУЖДЕНИЕ

   Имитационная модель статического стабилизатора напряжения без обратной связи показана ниже. Четыре диода используются для выпрямления входного переменного тока, а выпрямленный выход направляется на IGBT. В этом устройстве генератор импульсов используется для управления четырьмя IGBT. Положительный или отрицательный импульс посылается на два IGBT одновременно. Основная часть трансформатора получает выход IGBT. Затем трансформатор подключается к нагрузке. На рис. 7 изображена схема стабилизатора напряжения, разработанная в MATLAB.

   Рис. 7: Схема Simulink

   Рис. 8: Результаты моделирования Simulink для работы в режиме повышения

   Рис. 9: Результаты моделирования Simulink для работы в режиме понижения

   Simulink смоделировал следующие графики для работы в режиме повышения и в режиме понижения, как показано на рис. 8 и рис. 9 соответственно.

   Рис. 10: Результаты моделирования Simulink для системы SVS.

   Стабилизатор предназначен для регулирования напряжения. На рис. 10 показано моделирование Simulink. Результат, показанный на графике, соответствует работе операций повышения и понижения и, следовательно, поддерживает постоянное напряжение.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В приведенном выше документе демонстрируется разработка и внедрение статического стабилизатора напряжения для обеспечения постоянного выходного напряжения. Система статического напряжения реализована с использованием MATLAB, который представляет собой форму программного обеспечения с разомкнутым циклом, или программную модель Simulink. В соответствии с этим строится и аппаратная модель вышеупомянутой системы Статического Стабилизатора. Сигналы создаются как сигналы с широтно-импульсной модуляцией, которые затем отправляются в модули IGBT и схемы драйвера HCPL. Конденсаторы электролитического типа используются для устранения шумов.

ССЫЛКИ

1. Патчетт, Г. Н. 1968. Транзисторы в регулирующем блоке электронных стабилизаторов напряжения. Инженер-радиоэлектронщик. https://doi.org/10.1049/ree.1968.0089.

2. Ахмади, Хамед и Мазана Армстронг. 2020. Подключенное к сети низковольтное электроснабжение оборудования на сооружениях ЛЭП. Канадская конференция IEEE по электротехнике и вычислительной технике (CCECE) 2020 г.

   https://doi.org/10.1109/ccece47787.2020.9255707.

3. Йедевар, Пранджали, Сандип Вадхай и Арун Банпуркар. 2020. Электросмачивание сегнетоэлектрического полимера напряжением переменного и постоянного тока для низковольтных приложений. СИМПОЗИУМ DAE ПО ФИЗИКЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА 2019. https://doi.org/10.1063/5.0017318.

4. Ду, приглашенный редактор Цзяньпин. 2016. Новый усовершенствованный стабилизатор напряжения с использованием стабилизатора энергосистемы (PSS) и статического компенсатора реактивной мощности (SVC). Международный журнал моделирования: системы, наука и технологии. https://doi.org/10.5013/ijssst.a.17.47.09.

5. Neher, L.K. 1958. ЗАМЕЧАНИЯ ПО КОНСТРУКЦИИ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ ПРОТОЧНОГО РАЗРЯДА ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ С ФЭУ. https://doi.org/10.2172/4301139.

6. Пергушев Алексей, Владимир Сороцкий и Анатолий Уланов. 2019. Неточности ШИМ-преобразования выходного напряжения в источнике питания с отслеживанием огибающей для приложений с высоким отношением пиковой мощности к средней мощности. Международная конференция IEEE по электротехнике и фотонике (EExPolytech), 2019 г.

   https://doi.org/10.1109/eexpolytech.2019.8906854.

7. Тули, Майк. 2019. Электронные схемы: основы и приложения. Рутледж.

8. Фанг, Тяньчжи, Синьбо Руан и К.К.Це. 2009. Стратегия управления достижением разделения входного и выходного напряжения для системы инверторов «вход-серия-выход-серия». 2009 Конгресс и выставка IEEE по преобразованию энергии. https://doi.org/10.1109/ecce.2009.5316289.

9. Контроллер нечеткой логики

   как стабилизатор энергосистемы. 2009 г.. Электроэнергетические приложения нечетких систем. https://doi.org/10.1109/9780470544457.cp.

10. Ашур, Хамди Ахмед. 2008. Новая топология электронного повышающего/понижающего стабилизатора напряжения на основе прерывателя переменного тока H-Bridge. 2008 12-я Международная конференция по энергосистемам Ближнего Востока. https://doi.org/10.1109/mepcon.2008.4562400.

11. Хасигучи, Такуто, Сейя Абэ и Сатоши Мацумото. 2015. Полностью цифровое управление несколькими входными и выходными напряжениями Buck-Boost POL для источника питания на микросхеме. 2015 Международная конференция IEEE по телекоммуникациям и энергетике (INTELEC). https://doi.org/10.1109/intlec.2015.7572318.

12. Токи короткого замыкания. 2002. Высоковольтные автоматические выключатели. https://doi.org/10.1201/9780203910634.cp.

13. Цзя, Цин-Цюань, Чун-Ся Доу, Чжи-Цянь Бо, Нин Ван и Цзе Тянь. 2007. Интегрированная защита от замыканий на землю для сетей с компенсацией нейтрали. 2007 Общее собрание энергетического инженерного общества IEEE. https://doi.org/10.1109/pes.2007.386244.

14. Кирсти, Марсиан, Андрей Дину, Джин Гхи Хор и Малкольм Маккормик. 2002. Нейронное и нечеткое логическое управление приводами и энергосистемами.