Обзор стабилизатора напряжения на основе транзисторов в системах электроснабжения

Цитировать:

Икромов М.М., Ибайдуллаев М.Я., Каримов Р.Ч. Обзор стабилизатора напряжения на основе транзисторов в системах электроснабжения // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 4(85). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11595 (дата обращения: 27.03.2023).

Прочитать статью:

 

DOI: 10.32743/UniTech.2021.85.4-4.89-92

 

АННОТАЦИЯ

В статье анализируется схема стабилизатора напряжения на основе транзисторов в системах электроснабжения с синусоидальной формой кривой напряжения на нагрузке и область применения в качестве регулирующих устройств. Одной из наиболее распространенных причин, приводящих к отказу или выводу из строя дорогостоящего электрооборудования, являются скачки напряжения. Защититься от этих и ряда других проблем не сложно — для этого необходимо приобрести подходящий стабилизатор.

ABSTRACT

The article analyzes a voltage regulator circuit based on transistors in power supply systems with a sinusoidal voltage waveform across the load and the scope of application as regulating devices. One of the most common reasons leading to the failure or failure of expensive electrical equipment is power surges. It is not difficult to protect yourself from these and a number of other problems — for this you need to purchase a suitable stabilizer.

 

Ключевые слова: стабилизатор напряжения, ток нагрузки, транзистор.

Keywords: voltage stabilizer, load current, transistor.

 

В качестве регулирующих элементов в стабилизаторах напряжения с непрерывным регулированием используются транзисторы. Регулирующие транзисторы должны [1-2]:

— обеспечивать регулирование заданного тока нагрузки при большом усилении по мощности;

— обладать достаточной (с учетом заданной выходной мощности стабилизатора и диапазонов изменения входного и выходного напряжений) рассеваемой мощностью;

— иметь максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер, позволяющее без опасности пробоя обеспечивать необходимое падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер при возможных значениях входного и выходного напряжений стабилизатора.

Существуют три основных типа транзисторных регулирующих элементов в стабилизаторах напряжения последовательный, последовательный с шунтом и параллельный (рис.1) [2-3].

Для уменьшения тока управления регулирующий транзистор выполняется составным из двух или более транзисторов. Применение составного регулирую-щего транзистора позволяет существенно улучшить параметры стабилизатора и согласовать мощный регулирующий транзистор с маломощным усилителем постоянного тока [4].

Рисунок 1. Основные типы регулирующих элементов транзисторных стабилизаторов напряжения

 

В таком регулирующем элементе при уменьшении нагрузки до нуля (или некоторого минимального значения, близкого к нулю) или повышении температуры базовый ток транзистора

Т₁ может стать равным нулю или даже переменить направление за счет неуправляемого обратного тока коллектора [5]. Во избежание запирания транзистора Т₂ его режим следует стабилизировать с помощью резистора R₁, по цепи которого протекает дополнительный ток I_R1. Ток эмиттера Т₂ при этом равен:

Ток I_R1 выбирается таким, чтобы он несколько превышал максимально допустимый обратный ток

I_КБО транзистора Т₁, соответствующий максимальной температуре окружающей среды. Для стабилизации режима Т₂ можно также увеличивать отношение I_Н / h_21ЭТ1 за счет включения балластной нагрузки на выходе стабилизатора. Однако такой метод снижает к.п.д. стабилизатора [6].

На практике наибольшее распространение получили стабилизаторы с последовательным включением регулирующего транзистора и нагрузки, обеспечивающие сравнительно большой к.п.д. стабилизатора и небольшую рассеиваемую мощность регулирующего транзистора [7]. Последовательные регулирующие элементы с шунтом используются на практике при постоянном токе нагрузки стабилизатора. В таких стабилизаторах мощность, рассеиваемая регулирующим транзистором, меньше, чем в схеме без шунта при одном и том же значении к.

п.д. Стабилизаторы с параллельным включением регулирующего элемента и нагрузки во величине к.п.д. и мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе, уступают указанным и применяются в тех случаях, когда короткое замыкание на выходе не должно (без специальных схем защиты) выводить стабилизатор из строя, а также в низковольтных стабилизаторах (с выходным напряжением менее 5 В) [5-7].

В качестве регулирующих транзисторов могут использоваться низко-частотные и среднечастотные германиевые и кремниевые транзисторы средней и большой мощности. Применение кремниевых транзисторов предпочтитель-нее, поскольку они (при прочих равных условиях с германиевыми транзис-торами) обеспечивают работу стабилизаторов в более тяжелых температурных условиях [6-8].

Диапазоны возможных изменений входного и выходного напряжений и тока нагрузки стабилизатора определяются максимально допустимой мощностью, которая может быть рассеяна на транзисторном регулирующем элементе [8]. Транзисторы выпускаемые в настоящее время промышленностью, позволяют реализовать в стабилизаторах регулирующие элементы, рассчитанные на широкие диапазоны изменения токов и напряжений [9].

В отдельных случаях для увеличения допустимой мощности, рассеиваемой регулирующих транзисторов, применяется параллельное, а иногда и последовательное соединение нескольких транзисторов [8-9].

При этом следует учитывать, что вследствие разброса параметров параллельно включенных транзисторов токи между ними распределяются неравномерно. Большая часть тока будет протекать через транзистор, имеющий больший коэффициент усиления [10]. Рассеиваемые транзисторами мощности можно выровнять включением в их эмиттерные цепи дополнительных симметрирующих резисторов с небольшими сопротивлениями. Так как на практике затруднительно подбирать такое сопротивление для каждого транзистора, в практических схемах в эмиттеры всех транзисторов ставят резисторы одного сопротивления [11]. Равномерность распределения нагрузки между транзисторами при этом несколько ухудшается по сравнению с индивидуальным подбором сопротивлений симметрирующих резисторов. Такой способ связан с ухудшением усилительных свойств транзисторов, однако его достоинством является возможность получения мощного регулирующего элемента при использовании относительно маломощных транзисторов [12-13].

В стабилизаторах с последовательным включением регулирующих транзисторов и нагрузки на регулирующем транзисторе падает напряжение, представляющее собой разность входного и выходного напряжений стабилизатора.

В отдельных случаях (высоковольтные стабилизаторы, широкий диапазон регулировки выходного напряжения, необходимость работы при больших колебаниях входного напряжения) эта разность может превышать максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер регулирующего транзистора, имеющегося в распоряжении радиолюбителя. В этом случае необходимо использовать последовательное соединение нескольких транзис-торов. Одна из наиболее распространенных схем последовательного соедине-ния двух одинаковых транзисторов. Эквивалентный регулирующий транзистор, полученный из двух транзисторов, имеет следующие предельные параметры:

где U_{кэ макс}, I_{К макс}, P_{К макс} –соответственно максимально допустимые напряжение коллектор –эмиттер, коллекторный ток и мощность, рассеиваемая на коллекторе каждого составляющего транзистора;  те же параметры эквивалентного транзистора.

Добавим третий транзистор, можно получить новый, более сложный эквивалентный регулирующий транзистор с еще большими значениями предельных параметров. Если требуется, можно использовать и большее количество транзисторов. При этом следует учитывать, что по делителю напряжения, составленному резисторами,

R₁,R₂ и т.д., протекает ток базы второго и последующих транзисторов. Поэтому при одинаковых сопротивле-ниях резисторов падения напряжения на них получаются разными, и, следова-тельно, напряжение между транзисторами распределяется неравномерно. Устранить такую неравномерность можно соответствующим выбором сопротивлений резисторов делителя напряжения R₁>R₂>…>R_n [14-15].

 

Список литературы

:

1. M.K.Bobojanov, E.G.Usmanov, E. Abduraimov, R.Ch.Karimov. Resistive time delay switches / Scientific journal «European Science Review» Austria, Vienna, 2018. — №1-2. January-February. pp.210-212.
2. А.Н.Расулов, Р.Ч.Каримов. Сопоставление основных показателей стабилизированных источников тока / Молодой ученый. 2015. №12(92). С.277-282.
3. A.N.Rasulov, R.Ch.Karimov. The contactless relay of tension in system of power supply / Eastern European Scientific Journal. 2015. № 4. pp.174-178.
4. A.N.Rasulov, R.Ch.Karimov The contactless thyristor device for inclusion and shutdown of condenser installations in system of power supply / Eastern European Scientific Journal. 2015. № 4. pp.179-183.
5. Р.Ч.Каримов. Исследование нелинейной динамической цепи с диодными элементами в системе электроснабжения / В сборнике: Современные тенденции технических наук. Материалы IV Международной научной конференции. 2015. С.33-36.
6. Р.Ч.Каримов Исследование нелинейной динамической цепи с тиристор-ными элементами в системе электроснабжения / В сборнике: Современ-ные тенденции технических наук. Материалы IV Международной научной конференции. 2015. С.30-33.
7. A.N.Rasulov, R.Ch.Karimov. Operating mode of the stabilizer of current on active and inductive loading / European Science Review. 2015. №9-10. pp.140-143.
8. R.Ch.Karimov. Research of the stabilizer of current taking into account the highest harmonicas in systems of power supply / European Science Review. 2015. № 9-10. pp.144-145.
9. R.Ch.Karimov, I.Karimov. Research of diode resistive chains in power supply systems // В сборнике: Young Scientist USA. Lulu, USA, 2016. pp.102-105.
10. R.Ch.Karimov, I.Karimov. Research of the modes of electric chains by reducing the equations of state to a standard type in power supply systems / В сборнике: Young Scientist USA. Lulu, USA, 2016. pp.106-109.
11. A.M.Burkhankhodzhayev, R.Ch.Karimov. Research of nonlinear electric chains with two and more nonlinear elements in systems power supply / International Scientific and Practical Conf. World science. 2017. Т.1. №1(17). pp.49-52.
12. M.U.Idriskhodzhaeva, R.Ch.Karimov. Research stabilized secondary power sources and used in electroplating-based power supply systems / International Scientific and Practical Conf. World science. 2017. Т.1. №3(19). pp.49-50.
13. С.Маматов, А.Н.Расулов, Р.Ч.Каримов. Исследование феррорезонансного стабилизатора тока / Наука и современное общество: взаимодействие и развитие. 2017. Т.2. № 1(4). С.66-70.
14. Б.Б.Холихматов, А.Н.Расулов, Р.Ч.Каримов. Исследование феррорезонанс-ных стабилизаторов тока в системах электроснабжения / Наука и совре-менное общество: взаимодействие и развитие. 2017. Т.2. № 1(4). С.83-86.
15. M.K.Bobojanov, E.G.Usmanov, E.Abduraimov, R.Ch.Karimov. Resistive time delay switches / European Science Review. 2018. № 1-2. pp.210-212.

Простой мощный параллельный стабилизатор на транзисторах

В предлагаемой статье описываются принципы работы параллельного стабилизатора, и рассматривается возможность его применения для стабилизации питания мощных высококачественных усилителей НЧ. Приведена также схема полного источника питания с параллельным стабилизатором.

Среди радиолюбителей, а также в промышленных аудиоустройствах высокого качества широко используются параллельные стабилизаторы. В этих устройствах стабилизирующий элемент подключается параллельно нагрузке, что хорошо отражается на таком параметре стабилизатора, как его быстродействие. Фактически быстродействие стабилизатора определяется быстродействием стабилизирующего элемента. Также к достоинствам параллельных стабилизаторов стоит отнести тот факт, что независимо от тока, потребляемого от стабилизатора, ток, потребляемый им самим от источника питания, остается неизменным. Этот факт положительно отражается на уровне излучаемых БП в целом помех (за счет того, что девиации тока потребления не протекают через трансформатор и выпрямительный мост), хотя и служит причиной их низкого КПД.

Рассмотрим вышеизложенное на примере простейшего параллельного стабилизатора – параметрическом стабилизаторе на стабилитроне (рис. 1.)

Рис.1. Параметрический стабилизатор

Резистор R0 задает суммарный ток, который будет течь через стабилитрон и подключенную, параллельно ему нагрузку. Легко видеть, что при изменении тока нагрузки, ток через резистор R0 останется постоянным, изменится лишь ток, текущий через стабилитрон D1. Так будет происходить, пока будет выполняться условие (1):
I_НR0-I_ст.мин.  (1)
где I_Н — ток нагрузки,
I_R0 — ток через R0,
I_ст.мин. – минимальный ток стабилизации стабилитрона D1

Быстродействие данного стабилизатора будет определяться в основном скоростью изменением величины барьерной емкости стабилитрона [1], а также временем заряда-разряда конденсатора  С1.
Однако у подобных стабилизаторов есть и недостатки – в частности для получения более-менее приличного коэффициента стабилизации (>100), через стабилитрон должен течь ток, соизмеримый с током нагрузки. Это обстоятельство, с учетом того, что подавляющее количество стабилитронов рассчитано на ток до 100 мА, затрудняет использование параметрических стабилизаторов в мощных устройствах.
Чтобы обойти это препятствие, параллельно стабилизатору ставят мощный активный элемент, например MOSFET транзистор, как показано на рисунке 2.

Рис.2. Мощный параллельный стабилизатор.

В этой схеме стабилитрон лишь задает стабильное напряжение на затворе транзистора Q1, через цепь сток-исток которого и течет основной ток. Стабилитрон VD3 предохраняет Q1 от пробоя ввиду высоковольтности данной реализации. Подробнее о работе этой схемы можно прочитать в [2].
Схема, приведенная на рисунке один способна работать с большими токами (ограничивается предельными характеристиками примененного мосфета), но выделяет большую мощность и имеет низкий КПД(менее 30% – если падение на резисторе R1 сравнительно велико, ток через мосфет сравним с током через нагрузку, величины входного и выходного напряжений не превышают 100 В), что в мощных приложениях является серьезным недостатком.

Но ток текущий через мосфет, можно заметно снизить без ущерба для коэффициента стабилизации, если устранить источник нестабильности в данной схеме. Остановимся на нем подробнее.
При изменении напряжения на входе стабилизатора изменяется ток, текущий через резистор R1, это изменение можно снизить увеличением номинала этого резистора, но это, в свою очередь потребует увеличение падения напряжения на этом резисторе, а следовательно снизит КПД. Оптимальным решением, на мой взгляд является замена этого резистора на источник тока, на котором падение напряжение можно будет установить равное сумме девиации входного напряжения+2-3 вольта для нормально работы активного элемента источника тока.
С учетом этих дополнений была разработана схема источника питания с параллельным стабилизатором, представленная на рисунке 3.

Рис.3. Принципиальная схема БП с параллельным стабилизатором

Функцию токозадающего резистора здесь выполняет источник тока на транзисторе Q1. Для снижения нестабильности выдаваемого им тока, он запитан от другого источника тока меньшей мощности, который в свою очередь запитан через RCR фильтр для снижения пульсаций. Резистором R7 можно грубо регулировать рабочий ток стабилизатора, резистором R4 плавно. Резистором R8 можно подстроить выходное напряжение стабилизатора в небольших пределах. R6 представляет собой нагрузку БП, потребляющую около 600 мА.(без нагрузки БП не подключать!). Транзисторы Q1 и M1 можно установить на общем радиаторе площадью не менее 500 кв.см.

Основные технические характеристики стабилизатора (с входным и выходным RC-фильтрами):

1. Выходное напряжение = 12В.
2. Входное напряжение > 18В.
3. Ток нагрузки – 600 мА
4. Потребляемый ток – 750 мА (при номиналах, указанных на схеме, изменяется подбором резистора R2,R7,R4 – в порядке величины влияния)
5. Уровень пульсаций на выходе — -112дБ
6. КПД=57%

Легко видеть, что представленная схема обладает достаточно высокими параметрами в части КПД и Кст, сравнимыми с характеристиками компенсационных последовательных стабилизаторов, при этом практически полностью сохраняя достоинства параллельных стабилизаторов.
При этом схема достаточно проста, не требует дефицитных деталей, и может быть сконструирована даже начинающими радиолюбителями.
При входном напряжении до 50В в схеме можно применить – Q1-BD244C, Q2-BC546А, M1-IRF630. В качестве стабилитрона D7 можно применить любой на напряжение 8,2 В, диоды D1-D4 например SF54, диоды D5,D6,D8,D9 – например 1N4148.

Литература:

1. Жеребцов И.П. Основы электроники, стр. 40, Л, 1989.
2. Рыжков В.А. Простой параллельный стабилизатор на транзисторе.

Обсуждение схемы на форуме

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Рисунок 1.
D1	Стабилитрон		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C1	Конденсатор		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R0	Резистор		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Рисунок 2.
Q1	MOSFET-транзистор	2SK794	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
ZD1	Стабилитрон	430 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD3	Стабилитрон	12 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
C2	Конденсатор	1 мкФ 630 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1	Резистор	470 Ом	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R2	Резистор	1 кОм	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3	Резистор	10 кОм	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Рисунок 3.
Q1	Биполярный транзистор	BD244C	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
Q2	Биполярный транзистор	BC546A	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
M1	MOSFET-транзистор	IRF630	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
D1-D4	Выпрямительный диод	SF54	4		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
D5, D6, D8, D9	Выпрямительный диод	1N4148	4		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
D7	Стабилитрон	8. 2 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	1000 мкФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С2, С4	Электролитический конденсатор	4700 мкФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С3	Электролитический конденсатор	22 мкФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1, R5	Резистор	1 Ом	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R2	Резистор	0.68 Ом	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3, R4	Резистор	5 кОм	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R6	Резистор	18 Ом	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R7	Резистор	39 Ом	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
К1	Трансформатор		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
						Добавить все

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Стабилизатор

Транзисторный регулятор напряжения

---

---

(источник: Electronics World , август 1963 г. )

ДЖОН Р. ДЬЁРКИ / Служба связи Хеллера

НЕСКОЛЬКО компаний, предоставляющих услуги мобильной связи, используют автомобильный аккумулятор и комбинация двигатель-генератор для обеспечения испытательного радиостенда низковольтным, сильноточная мощность. Однако многие другие магазины используют аккумуляторную батарею и зарядное устройство. Немногие компании, если таковые имеются, будут использовать только обычные низковольтные блок питания, который преобразует напряжение 117 вольт переменного тока в линия к сильноточному постоянному току Причина этого в том, что обычный источник питания сам по себе обычно имеет очень плохая регулировка напряжения для текущих требований, которые сильно колеблются, когда кнопка передачи радио нажата и отпущена. Кроме того, вывод импеданс источника питания обычно выше, чем у накопителя батарея. Можно приобрести регулируемый низковольтный сильноточный блок питания, но это было бы сравнительно дорого, и приложение может не гарантировать такой расход.

——— Применяется простой последовательный стабилизатор на транзисторах с обычным автоматическим регулятором.

Комбинация автомобильного аккумулятора и зарядного устройства, вероятно, наиболее популярен среди сервисных инженеров. Зарядное устройство подключено к аккумулятору а затем включается, когда радио кладут на скамейку для обслуживания. После рация отремонтирована и отключена от источника, разрешено зарядное устройство поработать какое-то время, чтобы снова довести батарею до номинала.

Затем необходимо выключить зарядное устройство и отсоединить аккумулятор, чтобы он не будет разряжаться обратно через блок питания. неприятность от просмотра над аккумулятором, чтобы он не перезарядился, и отсоедините его, чтобы не разряжается, можно устранить с помощью обычного автомобиля регулятор напряжения в порядке, который будет описан.

Рис. 1. Принципиальная схема обычного тройного реле напряжения и тока регулятор, применяемый в автомобилях.

Стандартный регулятор напряжения

Стандартный регулятор напряжения ( рис. 1) состоит из трех основных компонентов. Первым из них является реле отключения, RL3.

Это реле нормально разомкнуто, когда двигатель работает медленно на холостом ходу или не работает на всех и предотвращает обратный разряд батареи через генератор. Когда двигатель работает и выходная мощность генератора начинает расти, ток идет от генератора через последовательную и шунтирующую катушки к заземление и питание реле; подключение генератора к аккумулятору. Второе реле, RL2, является регулятором вибрационного тока, который управляет выходной ток генератора с параллельным возбуждением. Этот регулятор удерживает выходной ток генератора в безопасных пределах, так как генератор с параллельным возбуждением не имеет встроенных функций ограничения тока.

Третий компонент — реле контроля напряжения вибрации, RL1. Весна напряжение на якоре реле регулятора напряжения удерживает контакты замкнут до тех пор, пока выходное напряжение генератора не достигнет заданного напряжения. Как напряжение приближается к этому значению, ток через обмотку катушки намагничивает сердечник достаточно, чтобы опустить якорь, тем самым размыкая контакт точки. Это вводит сопротивление последовательно с обмоткой возбуждения и уменьшает выходное напряжение.

На якоре регулятора обычно используется биметаллический шарнир, так что для размыкания контактов в холодную погоду потребуется большее напряжение поскольку для зарядки аккумулятора в холодных условиях требуется более высокое напряжение.

Транзисторный регулятор напряжения

Транзисторный электромеханический регулятор напряжения — это просто обычный автомобильный регулятор подключен к транзисторной схеме, которая занимает место функции генераторного поля. См. рис. 2. Используется с обычным нерегулируемый блок питания или зарядное устройство и аккумуляторная батарея на 12 вольт. Реле регулятора напряжения и тока стандартного управления регулятором ток возбуждения генератора путем добавления сопротивления к нормально заземленный конец цепи возбуждения. Резисторы на оригинальном регуляторе должны быть удалены в транзисторном приложении, так как реле теперь можно использовать для управления базовым током силового транзистора.

Реле отключения работает в транзисторной системе так же, как и в автомобиле. При включении питания ток течет через последовательные и шунтирующие обмотки. Два результирующих магнитных поля действуют в том же направлении и добавить, чтобы опустить якорь реле, подключив аккумулятор к блоку питания через транзистор.

При отключении питания напряжение батареи выше напряжение питания (остаточный заряд в конденсаторах фильтра), обратный ток течет от батареи на землю в шунтирующей обмотке и от батареи к источнику питания на землю в последовательной обмотке. Эти два течения теперь создаст противоположные полюса в сердечнике выреза и магнитном потяните за якорь реле, разомкнув цепь, чтобы аккумулятор не разряжать обратно через блок питания.

— Нижняя сторона радиатора транзистора, показывающая расположение базы резистор смещения. Обратите внимание на проводку к изолированной клеммной колодке.

Регулятор тока, RL2, ограничивает максимальную величину протекающего тока из источника питания. Полный зарядный ток, идущий на аккумулятор должен проходить через обмотку катушки регулятора тока. Этот ток устанавливает магнитное поле и напряжение на якоре реле. Если текущий (и результирующее магнитное притяжение) превышает то, для которого натяжение якоря устанавливается, реле размыкается, отключая базу транзистора от земли и отключив ток, идущий к аккумулятору. Как только цепь открыт, однако поле регулятора разрушается, и реле возвращается в исходное положение. Этот, в свою очередь снова устанавливает поле и процесс повторяется от 150 до 250 раз в секунду. Это действие служит для предотвращения превышения его максимальный номинальный ток.

Рис. 2. Схема, показывающая использование последовательного транзистора.

Для удвоения выходного тока можно использовать второй транзистор.

Регулятор напряжения RL1 контролирует максимальное напряжение на клеммах аккумулятора. Когда напряжение батареи достигает некоторого заданного напряжения во время зарядки (около 15 вольт), ток в шунтирующей обмотке создает достаточный магнитный силы, чтобы потянуть якорь реле вниз, преодолевая натяжение пружины. Этот открывает базовую цепь транзистора и отключает зарядный ток. Когда напряжение батареи немного уменьшается, магнитное поле ослабевает и позволяет контактам снова замкнуться. Это включает транзистор и позволяет блоку питания снова зарядить аккумулятор. Этот цикл повторяется от 50 до 200 раз в секунду, чтобы вызвать вибрацию якоря и так далее. поддерживать напряжение на достаточно постоянном уровне.

——-

Детали конструкции простой схемы последовательного регулятора, разработанной для использования с нерегулируемым настольным питанием или зарядным устройством и аккумуляторной батареей. Работает для обслуживания мобильной радиосвязи.

———

При включении питания и замыкании контактов RL1 и RL2, около 600 мА. базовых текущих потоков; транзистор теперь «повернут «включено» или насыщено. Полное сопротивление коллектор-эмиттер очень низкое (около 0,080 Ом) и протекает максимальный ток коллектора (зарядный ток). Когда однако контакты RL1 или RL2 размыкаются из-за чрезмерного напряжения или ток, ток базы отсутствует, и транзистор «повернут». выкл» или отрезать. Полное сопротивление коллектор-эмиттер очень велико; приближается состояние разомкнутой цепи.

RL1 можно регулировать в диапазоне напряжений путем изменения натяжения пружины. на якоре реле. RL2 должен быть отрегулирован для ограничения тока коллектора. до 10 ампер при использовании одного транзистора. Если больше зарядный ток требуется, можно подключить еще один транзистор (Q2), как показано на рис. 2 пунктиром. Два транзистора могут работать с током 20 ампер, обеспечивая используемый блок питания способен выдержать 20 ампер при 16 вольтах Округ Колумбия.

Регулятор, показанный на фотографиях, рассчитан на зарядный ток 5 ампер на 16 вольт. Транзистор должен иметь ток коллектора Номинальная мощность достаточна для работы с желаемым зарядным током. Показанный это 2Н174.

Однако можно использовать силовой транзистор 2N277, 2N278 или 2N441. Даже некоторые «дешевые» транзисторы можно использовать в большинстве случаев, поскольку максимальное напряжение коллектор-эмиттер составляет 16 вольт или менее.

При монтаже транзистора на радиатор немного силиконовой смазки должен быть помещен между ним и радиатором для лучшей теплопроводности. Радиатор электрически соединен с коллектором транзистора. поэтому следует позаботиться о том, чтобы ничто с другим потенциалом не могло короче против него.

Радиатор имеет площадь около 80 квадратных дюймов и имеет три клеммы. барьерная полоса, установленная на одном конце для соединения с эмиттером транзистора, базовый резистор и коллектор. Базовый резистор смещения расположен под теплоотвод с помощью изолирующей клеммы, как показано на одном фотографий. Радиатор устанавливается вертикально под испытательным стендом. наряду с обычным автомобильным регулятором напряжения.

---

Транзисторный стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки и короткого замыкания

Хотите узнать о работе цепи питания? Я люблю это. Ты такой же, как я? Я расскажу вам о транзисторном последовательном стабилизаторе напряжения с защитой от короткого замыкания.

Думаю, вы понимаете основы. И читайте соответствующий контент ранее.

• Первое: Работа нерегулируемого источника питания
• Второе: Принцип работы регулятора постоянного напряжения

Готовы начать?

Как работают пульсации фильтров

Как это работает

Регулятор серии с защитой от короткого замыкания

Детали, которые вам понадобятся

Защита от перегрузки

Защита от перегрузки с использованием диодов защита с помощью диодов

Защита от перегрузки с помощью транзистора

Детали, которые вам понадобятся

Потери мощности в последовательном регуляторе

Загрузить этот пост

Похожие сообщения

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Как работают фильтры с пульсациями

Представьте, что у нас есть 20-вольтовые нерегулируемые источники питания постоянного тока. Но для нашей нагрузки требуется регулируемое напряжение 12 В постоянного тока.
Итак, нам нужно использовать серийный регулятор напряжения. См. блок-схему.

Мы знаем, что вам не нравятся никакие пульсации напряжения на блоке питания.

Из других предыдущих статей мы выяснили, что на входе 20В появляются любые пульсации. Оно будет расти вместе с входным напряжением, 20,1 В или 20,4 В.

• Что такое пульсация и как ее уменьшить?

Это повышенное напряжение не влияет на диод Зенера. Потому что у него фиксированное напряжение пробоя 12В. Итак, стабилитрон — это наше базовое опорное напряжение.

• Как работает стабилитрон

Затем транзистор ошибки Q2 реагирует на это повышенное напряжение.

Как это работает

Я расстроен, потому что не могу объяснить вам это простым языком. Но я постараюсь сделать все возможное. Вот пошаговый процесс. Посмотрите на схему выше.

Предположим, что пульсации 0,1 В или 0,4 В проходят через Q1. Затем его выходное напряжение составляет от 12,1 до 12,4 В. Из-за 12,0 В + 0,1 В или 12,0 В + 0,4 В.

Затем потенциометр R2 измеряет выходное напряжение. И он будет настроен на частичное включение Q2. Это делает схему дает исходный баланс 12,0 В.

На выходе возникают пульсации 0,1 В более сложными. Напряжение на коллекторе снизится. И это очень немного повернет Q2. Эмиттер будет следовать базовому напряжению. Но это примерно на 0,6 В меньше.

Работает очень быстро и может следовать пульсациям довольно высокой частоты. Таким образом, это снижает выход сглаживания на меньшую пульсацию.

Если есть пульсации, например, 2V p-p. Это может улучшить его до 20 мВ при полной нагрузке. Это хороший звук? Что больше?

Если мы обратимся к новой цепи. Он похож на форму эмиттерного повторителя. Посмотрите:

Эмиттер Q1 всегда будет примерно на 0,6 В меньше, чем база.

На этой схеме хорошо видно, как Q2 работает как переменный резистор между коллектором и эмиттером. Чтобы обеспечить базовое напряжение для Q1.

Когда Q2 работает как низкоомный резистор. База Q1 подключается к катоду стабилитрона 12 В.

Затем он обеспечивает выходное напряжение 12В-0,6В = 11,4В. Когда Q2 имеет высокое сопротивление, база Q1 подключается к входу 20 В. А на выходе 19,4В.

В реальной работе Q2 не работает в таком широком диапазоне.

Но у этой схемы есть один небольшой недостаток. Он не имеет защиты от перегрузок и защиты от короткого замыкания.

В следующей схеме мы попытаемся выполнить эти условия.

УЗНАТЬ: Связь между током и напряжением

Серийный регулятор с защитой от короткого замыкания

Эта схема обеспечивает защиту от короткого замыкания. Если выход замкнут на землю. Регулятор отключится, оставив R4 единственным источником питания.

В этом состоянии ток не будет протекать через резисторы R1, R2 и R3. Значит напряжения на них нет. И нет тока на базу транзистора Q3. Он не проводит токи. И, наконец, Q2 и Q1 тоже не выполняются.

По этой причине мы должны использовать резистор R4 в качестве проволочного резистора мощностью 5 Вт. Хотя он не подает ток, блок питания работает правильно.

В другой раз R4 нужен только для того, чтобы смотреть вверх. Он должен обеспечить около 1 В на выходе, чтобы запустить схему.

Установленный выходной потенциометр (R2) определяет, что около 50% выходного напряжения начинает включать Q3.

Рекомендуется: Изучение электроники для начинающих

Затем включится транзистор Q2 драйвера питания. И он включит транзистор Q1 регулятора мощности.

Это состояние будет усиливаться и стабилизироваться с выходным напряжением 12 В. И ток нагрузки около 100мА.

Далее при увеличении нагрузки до 1А выходное напряжение снижается до 11,9В. Это эффективно увеличивает напряжение база-эмиттер Q1 до 0,7 В, чтобы включить его сильнее.

Входное напряжение может уменьшиться примерно на 2 В. Но базовое напряжение Q1 останется стабильным на уровне 12,6В.

Детали, которые вам понадобятся

• Q1: 2N3055, 100 В, 15 А, NPN-транзистор
• Q2, Q3: BC548 или аналогичный, 45 В, 100 мА, NPN-транзистор
• R1,R5: 1K, 0.5W Resistors
• R2: 3.3K to 5K POT(potentiometer)
• R3: 6.8K, 0.5W Resistors
• R4: 1K 5watts Resistors
• R6: 18K 0.5W Resistors

Защита от перегрузки

Преимущество двух предыдущих схем составляет около двух третей хорошего источника питания.

Обеспечивают сглаживание и регулирование. А 2-й контур тоже имеет защиту от короткого замыкания.

Также смотрим 3-й контур. Важной особенностью встроенного блока питания является защита от перегрузок.

Теперь мы изучим функцию, ограничивающую максимальный номинальный ток силового трансформатора и силового транзистора.

Через короткое время выходной ток будет в 10 раз превышать нормальный ток. Это приводит к перегреву и повреждению многих компонентов.

Защита от перегрузки всегда должна быть в блоках питания, выдающих более 1 Ампер.

Мало того, что это также предотвращает возможный риск возгорания и уменьшает дальнейшее повреждение поставляемого оборудования.

Мы можем представить их в двух разных формах.

• Предохранитель и автоматический выключатель
  Самый простой способ — использовать автоматический выключатель или предохранитель (дешевый) на выходе. Это сработает, когда ток поднимется примерно на 30% по сравнению с рекомендованным макс.

  Когда он работает, схема не сбрасывается. Нужен ручной сброс или замена предохранителя.

  Очевидным недостатком этого является неудобство физической замены предохранителя.

  Другой способ использования электронной перегрузки – лучший.
  

• Электронная защита от перегрузки
  Подробнее см. ниже:

Защита от перегрузки с использованием диодов

Для защиты последовательного регулятора от чрезмерной перегрузки по току. Мы можем добавить 3 показанных компонента:

Резистор 1 Ом включен последовательно с выходом. Чтобы весь ток проходил через него. По мере увеличения тока напряжение на резисторе будет изменяться по закону Ома.

Перевернув цепь, можно легко понять защиту от перегрузки следующим образом:

• Выходной ток составляет 100 мА при напряжении 11,99 В.
• Напряжение на базе транзистора 12,6В.
• А напряжение эмиттера 12В.

• Посмотрите на точку A-B. Самый важный момент, который мы должны знать, диод в ситуации прямого смещения будет падать максимум на 0,6 В.
  

Диоды помогают поддерживать стабильное напряжение

При двух диодах максимальное напряжение, которое они позволяют развивать на них, составляет 1,2 вольта.

Это означает, что максимальное напряжение между точками A и B будет 1,2 вольта.

Понимаешь? Если бы вы сказали НЕТ. Прочтите больше примеров, это поможет вам получить представление.

Увеличим ток до 500 мА:

Похоже на предыдущий. Выходное напряжение ниже нагрузки 200 мА. Это 11,5В.

Почему?

Изменяется падение напряжения на резисторе 1 Ом.

VR1 = I x R
= 0,5 А x 1 Ом
= 0,5 В

Посмотрите на принципиальную схему. Его выходной ток увеличился при несколько сниженном напряжении.

При 500 мА напряжение между точками A и B увеличилось до 12,6-11,5=1,1 вольт.

Это все еще ниже 1,2 В, поэтому диоды не действуют при таком токе.

550 мА Ток для снижения выходного напряжения

Когда мы используем ток нагрузки 550 мА. Уровни напряжения показаны на диаграмме ниже.

Транзистор включается немного сильнее, чтобы отдать ток. и это дало разность напряжений 12,7-11,45 = 1,25 вольта.

Теперь эти диоды ограничивают увеличение тока, что автоматически снижает выходную мощность. Вы видите, что диоды помогают, так как напряжение на них не превышает 1,2 вольта.

Разница напряжений между двумя точками (A-B) не может превышать 1,2 вольта. Из-за зажимного эффекта двух диодов (D1, D2).

Любое увеличение тока приведет к снижению выходного напряжения (из-за падения напряжения на резисторе 1 Ом).

Но это напряжение будет возвращаться обратно на базу через диоды. И это отключит транзистор. Это даст более низкое выходное напряжение.

В результате выходное напряжение снизится. чтобы максимальный ток не превышал 550 мА.

Как вы знаете закон Ома. Меньшее напряжение, подаваемое на нагрузку, приведет к меньшему току.

Защита от короткого замыкания с использованием диодов

Давайте рассмотрим случай короткого замыкания:

Знаете ли вы, в чем заключается главный недостаток предыдущей защиты от перегрузки? Да, мы можем видеть. Некоторое падение напряжения необходимо для работы схемы датчика. От холостого хода до полной нагрузки уменьшите напряжение до 0,5 В.

Посмотрите на схему. В этой точке А будет 1,2 В. И эмиттер появится на 0,6В. В точке B 0В. Ток в коротком замыкании будет 550мА.

Мы увидим, что это легко. Но его стабильность недостаточно хороша для некоторого оборудования.

Например, телевизор. Для некоторых комплектов требуется напряжение питания всего 11 вольт. Даже изменение на 0,2 вольта приведет к недостатку ширины или высоты. Итак, представьте себе действие 0,5 вольта. Как это?

Прочее Прочее: последовательный регулятор напряжения с защитой от короткого замыкания

При изменении уровня яркости потребуется изменение тока и изменение напряжения.

Как улучшить?

Защита от перегрузки с помощью транзистора

Вы когда-нибудь узнавали о схеме ограничения тока?
Да, я говорил вам:

• Найдите токоограничительный резистор для светодиода и нагрузки

Мы можем разместить его на входе проходного транзистора. Где это окажет наименьшее влияние на выходное напряжение.

Посмотрите на следующую схему, показывающую эту схему:

Это схема регулятора напряжения 13,8 В, 2 А, использующая транзисторы

• Q1 — транзистор последовательного прохода.
• Q2 — усилитель датчика
• Q3 — датчик перегрузки.

Даже если схема выглядит просто. Но понять это — проблема.

Сначала на вход R1 поступает стабилитрон, опорное напряжение. И ток отбора (об этом см. предыдущую презентацию).

Затем Q2 служит для усиления напряжения. Он определяет на своей базе подачу требуемого тока на Q1. Потому что Q1 потребуется не менее 20 мА базового тока и, возможно, более 50 мА.

Читайте также:

• Простые схемы защиты от перегрузок
• Как работает транзисторная схема
• Изучение схемы делителя напряжения по правилу и расчету

Это позволяет стабилитрону иметь меньший ток утечки.

В нормальных условиях Q3 отключается и не участвует в работе схемы.

Посмотрите на основную схему, увеличьте масштаб схемы Q3.

4 резистора 1 Ом, соединенные параллельно, образуют резистор 0,25 Ом.

И когда ток приближается к 2 амперам. Напряжение 0,25 х 2 = 0,5 вольт будет развиваться через комбинацию.

Это начинает включаться в Q3, и если ток увеличивается дальше, Q3 включится полностью. Это приведет к короткому замыканию большей части напряжения стабилитрона.

Затем на базе транзистора Q2 появится напряжение от 3 до 4 вольт. Эмиттер Q2 последует за этим падением с напряжением на его эмиттере от 2,4 до 3,4 вольта. Выход Q1 уменьшится до 1,8-2,6 вольт.

Если это может поддерживать низкое напряжение в условиях короткого замыкания. Цепь останется в этом выключенном режиме. Это может защитить оборудование.

Конечно, эта схема не самая лучшая. Мы можем улучшить его, узнав больше.

Детали, которые вам понадобятся

0,25 Вт Резисторы, допуск: 5 %

• R1: 470 Ом
• R2: 150 Ом
• R3–R6: 1 Ом 1 Вт. Резисторы

Q1: 2N3055, 100 В, 15 А, NPN-транзистор
Q1-Q2: BC5487 или аналогичный, 45 В, 100 мА, NPN-транзистор
ZD1: стабилитрон 15 В 1 Вт

Кредит: Я узнал, как они работают, из The Talking Electronic No.