Стабилизатор тока и напряжения: Стабилизаторы напряжения и тока.

Схемы стабилизаторов напряжения и тока

  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

Военно-техническая подготовка

1.8. Стабилизаторы

Стабилизатор напряжения

— электромеханическое или электрическое (электронное) устройство, имеющее вход и выход по напряжению, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.

1.8.1. Стабилизатор постоянного тока.

Линейный стабилизатор

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением:

Последовательный

: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.

Параллельный

: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

Параметрический

: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.

Компенсационный

: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Рис 1.

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора RV применяется источник тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

Рис 2.

Uout = Uz — Ube.

По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину Ube, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость Ube от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что Ube в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Рис 3.

Часть выходного напряжения Uout, снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора RV применяется источник тока.

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (то есть опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения Uz (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана

меньше

, чем Uout.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (

G

openloop = 105 ÷ 106).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

Понижающий стабилизатор

: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.

Повышающий стабилизатор

: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.

Повышающе-понижающий стабилизатор

: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.

Инвертирующий стабилизатор

: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

1.8.2. Стабилизатор переменного тока.

Ферромагнитные стабилизаторы

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Электромеханические стабилизаторы напряжения

Регулировка напряжения в электромеханических (электродинамических) стабилизаторах осуществляется автоматически, путём перемещения токосъёмного узла по обмотке трансформатора, что обеспечивает плавное изменение коэффициента его трансформации до достижения заданной величины выходного напряжения.

Это единственный тип стабилизаторов, обеспечивающий плавную регулировку напряжения не внося при этом искажений в форму синусоиды. Стабилизаторы этого типа обладают достаточно высокой точностью удержания выходного напряжения (2..3 %) и обеспечивают наиболее комфортный режим питания бытовой техники. Они успешно используются как в быту так и на производствах.

Однако, существует несколько ограничений области их применения: первое — невозможность работы при отрицательных температурах (в силу наличия открытых токоведущих поверхностей и опасности короткого замыкания из-за выпадения конденсата). Кроме этого, электромеханические стабилизаторы обладают сравнительно узким диапазоном входных напряжений (как правило, 150—260 Вольт) и невысокой скоростью регулировки, ограниченной скоростью перемещения сервоприводом токосъёмного узла.

В качестве токосъёмного элемента используются графитовые щётки или ролики с графитовым напылением. Роликовый токосъёмный узел менее капризен по отношению к запылению, однако требует проведения профилактических работ направленных на предотвращение заклинивания, поэтому такая конструкция используется, как правило, в промышленных стабилизаторах, а щёточный узел устанавливается в бытовых моделях. Скорость износа токосъёмных элементов обоих типов примерно одинакова и, в зависимости от интенсивности использования, через 7-11 лет требуется его замена.

Электронные стабилизаторы напряжения

Делятся на ступенчатые и непрерывного действия. Электронные ступенчатые стабилизаторы регулируют напряжение, переключая обмотки специального трансформатора посредством электронных ключей. Ключи управляются процессором по специальной программе.

В настоящее время существует два типа электронных стабилизаторов напряжения: с полупроводниковыми и релейными ключами. Последние было бы правильнее отнести к электронно-механическим, так как реле является электромеханическим элементом.

Стабилизаторы имеют большое быстродействие, поэтому применяются в комплексе с дорогостоящим оборудованием, требующем защиты от всех аномалий сети. Их также используют в жилых домах и на производствах. К преимуществам электронных стабилизаторов напряжения можно отнести их возможность работы при отрицательных температурах окружающей среды.

Электронные стабилизаторы непрерывного действия регулируют напряжение, изменяя либо сопротивление регулирующего элемента, как правило — транзистора, либо включая и выключая регулирующий элемент с высокой частотой (десятки килогерц), и управляя временем включенного и выключенного состояния регулирующего элемента (чаще всего IGBT транзистор). Такой метод регулирования называется ШИМ (широтно-импульсная модуляция). Стабилизаторы, использующие высокочастотную ШИМ, на данный момент являются наиболее совершенной реализацией стабилизатора переменного напряжения, и при правильном исполнении ближе всего к понятию «идеальный стабилизатор». В отличие от стабилизаторов инверторного типа, в них не происходит предварительного преобразования переменного напряжения в постоянное, а преобразованию подвергается непосредственно входное переменное напряжение, что обеспечивает им высокий КПД и приемлемую стоимость.

Стабилизатор напряжения и принцип его работы

Что такое стабилизатор напряжения? Стабилизатор напряжения — это оборудование, стабилизирующее напряжение.

Процесс стабилизации происходит путем доведения напряжения до желаемого уровня при любых колебаниях в энергосистеме.

Таким образом, мы можем сказать, что стабилизатор напряжения — это регулятор тока, используемый для поддержания и контроля напряжения для получения постоянного и непрерывного тока.

Стабилизатор напряжения в таких регионах просто находка, так как он не только обеспечивает постоянную подачу напряжения, но и предохраняет электронное оборудование от повреждений.

Для правильной и эффективной работы все электронное оборудование нуждается в постоянном потоке напряжения, подаваемого к ним от электрической цепи.

Стабилизатор напряжения поддерживает необходимое количество тока, поступающего на все электронные устройства, поэтому они также известны как стабилизаторы тока. Они поставляются в различных моделях со стабилизаторами, которые доступны с различной мощностью для удовлетворения всех различных потребностей.

Как работает стабилизатор напряжения?

Он работает аналогично трансформатору, в котором первичные обмотки получают вход, а вторичные обмотки получают выход.

При падении входного напряжения срабатывают электромагнитные реле, увеличивающие число витков вторичной обмотки и обеспечивающие большее напряжение, компенсирующее падение выходного напряжения.

При повышении входного напряжения происходит обратное, и, таким образом, напряжение на выходе практически не меняется.

Как правильно выбрать стабилизатор напряжения?s

Важно рассчитать нагрузку, подключенную к стабилизатору.

Сумма потребляемой мощности всех приборов, которые будут подключены к стабилизатору, даст вам нагрузку на стабилизатор.

Они легко доступны в любом магазине или на любой онлайн-платформе. Вам не нужно беспокоиться о гарантии, обслуживании клиентов, руководстве пользователя, качестве или доставке.

Стабилизаторы напряжения являются экономичным источником для обеспечения равномерного питания всего электронного оборудования.

Это надежное и экономичное решение для правильного источника питания. Если вы заботитесь о своих электронных приборах и хотите, чтобы они работали и работали долго, вам необходимо сделать выбор в пользу установки стабилизаторов.

Потребление электроэнергии стабилизаторами напряжения зависит от КПД стабилизатора. Обычно они имеют КПД 95-98%. То есть они потребляют около 2-5% от максимальной нагрузки.

В большинстве случаев необходимо использовать стабилизатор напряжения из-за недостаточного питания или сильных колебаний.

Чтобы защитить наши приборы, такие как телевизор, холодильник, кондиционер и т. д., мы должны выбрать подходящие и качественные стабилизаторы напряжения.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Электрический ток, электрические устройства, система распределения электроэнергии Регулятор напряжения MS Chaudhry, стабилизатор напряжения

Предыдущий

Следующий

Работа стабилизатора напряжения и его важность

Стабилизатор напряжения очень часто используется в холодильниках, кондиционерах, телевизорах, печном оборудовании, микропечах, музыкальных системах, стиральных машинах и т. д. Основная цель использования стабилизаторов напряжения заключается в следующем. для защиты устройств от скачков напряжения.

[adsense1]

Это связано с тем, что каждый электроприбор предназначен для работы при определенном напряжении, чтобы обеспечить желаемую производительность.

Если это напряжение ниже или выше определенного значения, прибор может работать со сбоями или работать в худшем состоянии, или даже может быть поврежден.

В бытовых и промышленных применениях, как правило, используются автоматические регуляторы напряжения, чтобы поддерживать постоянное напряжение на конкретном оборудовании. Дайте нам знать больше об этих стабилизаторах напряжения в деталях.

Краткое описание

Что такое стабилизаторы напряжения?

Как следует из названия, стабилизатор напряжения стабилизирует или регулирует напряжение, если напряжение питания изменяется или колеблется в заданном диапазоне.

Это электроприбор, который подает постоянное напряжение на нагрузку в условиях повышенного и пониженного напряжения. Это устройство обнаруживает эти состояния напряжения и, соответственно, приводит напряжение в желаемый диапазон.

Стабилизатор напряжения для холодильника

Стабилизатор напряжения позволяет регулировать напряжение питания нагрузки. Они не предназначены для обеспечения постоянного выходного напряжения; вместо этого он управляет нагрузкой или системой в допустимом диапазоне напряжений.

Внутренняя схема стабилизатора показана на рисунке ниже. Он состоит из автотрансформатора/трансформатора, выпрямительного блока, компараторов, коммутационной цепи и реле.

[adsense2]

В современных стабилизаторах цифрового типа в качестве центрального блока управления используется микроконтроллер или микропроцессор.

Внутренняя схема стабилизатора

На современном рынке доступны различные типы стабилизаторов напряжения от разных производителей. Стабилизаторы выпускаются с разным номиналом кВА для нормального диапазона (для получения выходного напряжения 200–240 В с повышающим напряжением 20–35 В для входного диапазона 180–270 В), а также для широкого диапазона (для получения 19Выход 0–240 В с повышающим преобразователем 50–55 В для входного диапазона 140–300 В).

Стабилизаторы доступны в виде специализированных стабилизаторов для различных бытовых и промышленных приборов, таких как кондиционеры, LCD/LED-телевизоры, холодильники, музыкальные системы, стиральные машины, а также доступны в виде одного большого блока для всех приборов.

Стабилизаторы потребляют очень мало энергии, обычно от 2 до 5% от максимальной нагрузки (т. е. номинальной мощности стабилизатора). Это высокоэффективные устройства, обычно 9от 5 до 98%.

Трехфазный стабилизатор

Это могут быть однофазные или трехфазные стабилизаторы напряжения. Как нецифровые, так и цифровые автоматические стабилизаторы напряжения доступны от известных производителей.

Некоторые дополнительные функции доступны в современных стабилизаторах, включая защиту от высокого напряжения, защиту от перегрузки, переключение при нулевом напряжении, защиту от изменения частоты, отображение отключения напряжения и т. д.

Необходимость в стабилизаторах напряжения величина напряжения, которое обычно превышает или ниже диапазона установившегося напряжения, предписанного некоторыми стандартами.

В некоторых странах электроэнергия распределяется при напряжении 230 вольт для однофазной сети и 415 вольт для трехфазной сети. При этом все электроприборы (особенно однофазные) рассчитаны на работу в диапазоне напряжений от 220 до 240В.

Допустимый диапазон напряжения в некоторых странах (в том числе в Индии) составляет 220 ± 10 В в соответствии со стандартами электроэнергии. А также многие бытовые приборы выдерживают этот диапазон колебаний напряжения.

Но в большинстве мест колебания напряжения довольно распространены и обычно находятся в диапазоне от 170 до 270 В. Эти колебания напряжения могут оказывать существенное неблагоприятное воздействие на электроприборы.

• В случае осветительного оборудования низкое падение напряжения снижает световой поток (освещенность), что еще больше сокращает срок службы лампы.

Двигатель переменного тока

• создает меньший крутящий момент и, следовательно, скорость при низком напряжении, и они развивают большую скорость, чем требуется, при перенапряжении. Это снижает срок службы двигателя, а также вызывает повреждение изоляции под высоким напряжением.
• В случае индукционного нагрева низкое напряжение снижает тепловую мощность, что приводит к тому, что нагрузка работает при температуре, не соответствующей желаемой.
• Падение напряжения при теле- и радиопередаче снижает качество передачи, а также приводит к неисправности других электронных компонентов.
• Холодильники — это устройства с приводом от двигателя переменного тока, потребляющие большие токи в условиях падения напряжения, что может привести к перегреву обмоток.

Для преодоления вышеупомянутых последствий колебаний напряжения необходимы стабилизаторы напряжения.

Основной принцип работы стабилизатора напряжения

Регулировка напряжения необходима для двух разных целей; в условиях перенапряжения и пониженного напряжения. Процесс увеличения напряжения из состояния пониженного напряжения называется форсированием, тогда как снижение напряжения из состояния повышенного напряжения называется операцией понижения.

Эти две основные операции необходимы для каждого стабилизатора напряжения.

Как обсуждалось выше, компоненты стабилизатора напряжения включают в себя трансформатор, реле и электронные схемы. Если стабилизатор определяет падение входного напряжения, он включает электромагнитное реле, чтобы добавить больше напряжения от трансформатора, чтобы компенсировать потерю напряжения.

Когда входное напряжение превышает нормальное значение, стабилизатор активирует другое электромагнитное реле, которое вычитает напряжение для поддержания нормального значения напряжения.

Boost Operation

Принцип работы Boost стабилизатора напряжения показан на рисунке ниже.

Здесь напряжение питания подается на трансформатор, который обычно является понижающим трансформатором. Этот трансформатор подключен таким образом, что вторичный выход добавляется к первичному напряжению питания.

В случае низкого напряжения электронная схема в стабилизаторе переключает соответствующее реле таким образом, что это дополнительное питание (входящее питание + вторичный выход трансформатора) подается на нагрузку.

Понижающий режим

Принцип работы понижающего стабилизатора напряжения показан на рисунке ниже.

В понижающем режиме вторичная обмотка понижающего трансформатора подключается таким образом, что выходное напряжение вторичной обмотки вычитается из входного напряжения.

Таким образом, в случае повышения входного напряжения электронная схема переключает реле, которое переключает вычитаемое напряжение питания (т.е. входное напряжение – вторичное напряжение трансформатора) на цепь нагрузки.

В случае нормального рабочего напряжения электронная схема полностью переключает нагрузку на входное питание без трансформаторного напряжения.

Эти понижающие, повышающие и нормальные операции одинаковы для всех стабилизаторов, независимо от того, являются ли они стабилизаторами нормального типа или стабилизаторами с сервоприводом. В дополнение к этим двум основным операциям стабилизатор напряжения также выполняет операции отключения при более низком и более высоком напряжении.

Работа стабилизатора напряжения

На рисунке ниже показана работающая модель стабилизатора напряжения, который содержит понижающий трансформатор (обычно с отводами на вторичной обмотке), выпрямитель, блок операционного усилителя/микроконтроллера и набор реле.

При этом операционные усилители настраиваются таким образом, чтобы они могли воспринимать различные заданные напряжения, такие как более низкое напряжение отсечки, напряжение в режиме повышения, нормальное рабочее напряжение, более высокое напряжение отсечки и рабочее напряжение понижения.

Набор реле подключен таким образом, что они отключают цепь нагрузки при повышении и понижении напряжения отсечки, а также переключают понижающее и повышающее напряжения на цепь нагрузки.

Понижающий трансформатор с переключением ответвлений имеет различные ответвления вторичного напряжения, которые полезны для работы операционного усилителя с различными напряжениями, а также для сложения и вычитания напряжений для операций повышения и понижения соответственно.

Цепь выпрямителя преобразует переменный ток в постоянный для питания всей электронной схемы управления, а также катушек реле.
Предположим, что это однофазный стабилизатор мощностью 1 кВА, обеспечивающий стабилизацию в диапазоне напряжений от 200 до 245 В с повышающим напряжением 20-35 В для входного напряжения от 180 до 270 В.

Если входное питание, скажем, 195 В, тогда операционный усилитель подает питание на катушку повышающего реле, так что на нагрузку подается 195 + 25 = 220 В. Если входное напряжение составляет 260 В, соответствующий операционный усилитель подает питание на катушку понижающего реле, так что на нагрузку подается напряжение 260-30 = 225 В.

Если входное напряжение ниже 180 В, соответствующие операционные усилители переключают катушку реле отключения вниз таким образом, что нагрузка отключается от источника питания.

И если напряжение питания превышает 270 В, соответствующий операционный усилитель подает питание на катушку реле с более высокой отсечкой, и, следовательно, нагрузка отключается от питания.

Все эти значения являются приблизительными; оно может варьироваться в зависимости от приложения. Таким образом, стабилизатор работает при различных условиях напряжения.

Сервоуправляемые стабилизаторы напряжения

В случае автоматических стабилизаторов напряжения скорость коррекции напряжения очень низкая. Высокоскоростная коррекция напряжения с большей точностью достигается стабилизаторами с сервоуправлением.

В стабилизаторах с сервоуправлением коррекция напряжения производится очень точно, т.е. ближе к базовому значению напряжения.

Основные компоненты сервостабилизатора включают бесступенчатый автотрансформатор с серводвигателем, повышающе-понижающий трансформатор и полупроводниковую схему управления, как показано на рисунке ниже.

Стабилизатор с сервоуправлением

В этом стабилизаторе полупроводниковая схема управления измеряет падение и повышение напряжения от заданного значения и соответственно управляет серводвигателем.

Первичная обмотка повышающе-понижающего преобразователя подключается к моторизованному автотрансформатору, а его вторичная обмотка последовательно подключается к входному источнику питания.

Всякий раз, когда двигатель приводит в действие автотрансформатор, соответствующее напряжение подается на первичную обмотку повышающе-понижающего трансформатора, и, следовательно, соответствующее вторичное напряжение корректирует напряжение питания нагрузки.

Здесь компараторы (не что иное, как операционные усилители) в полупроводниковой схеме управления воспринимают изменения напряжения и активируют серводвигатель в нужном месте, так что регулируемый трансформатор увеличивает или уменьшает выходное напряжение на нагрузке.

Когда схема управления обнаруживает, что выходное напряжение выше опорного напряжения, она подает положительный сигнал на контроллер серводвигателя, и, следовательно, рычаг вращается до тех пор, пока два напряжения не сравняются.

Если выходное напряжение падает ниже опорного значения, на серводвигатель поступает отрицательный сигнал, и рычаг поворачивает контакт в другую сторону, чтобы уменьшить напряжение. Сервостабилизаторы могут производить регулировку выходного сигнала ±0,5% с высокой эффективностью около 98%.

Как выбрать подходящий стабилизатор для домашних нужд?

Размер стабилизатора напряжения зависит от мощности оборудования, в котором должна использоваться стабилизация. Таким образом, в первую очередь при покупке стабилизатора напряжения следует учитывать мощность всех электроприборов (или конкретного электроприбора), которые будут питаться от стабилизатора. Такие номинальные мощности обычно указываются в ВА или кВА. А также необходимо учитывать, является ли это однофазным или трехфазным питанием.

Номинальная мощность приборов обычно указывается на заводской табличке этого прибора; если номинальная мощность недоступна, просто рассчитайте произведение напряжения и тока этого оборудования, чтобы получить номинальную мощность.

Всегда рекомендуется учитывать истинное среднеквадратичное значение напряжения нагрузки.

Другим важным фактором является рассмотрение будущего расширения нагрузки. Таким образом, определение общей номинальной мощности требует возможного расширения в будущем, обычно на 20% больше, чем фактическая потребность в мощности, чтобы подключать нагрузки в долгосрочной перспективе.

Для бытовых нужд подходят стабилизаторы номинального напряжения 200 ВА, 300 ВА, 500 ВА, 1 кВА, 2 кВА, 3 кВА, 4 кВА, 5 кВА, 8 кВА и 10 кВА.