Стабилизатор тока импульсный: Стабилизатор тока светодиода, схемы

Содержание

Стабилизатор тока светодиода, схемы

См. также:  Электронный балласт для светодиодной лампы. Схемотехника.

Статья-ликбез по стабилизаторам тока светодиодов и не только. Рассматриваются схемы линейных и импульсных стабилизаторов тока.

Стабилизатор тока для светодиода устанавливается во многие конструкции светильников. Светодиоды, как и все диоды имеют нелинейную вольт-амперную характеристику. Это означает, что при изменении напряжения на светодиоде, ток изменяется непропорционально. По мере увеличения напряжения, сначала ток растёт очень медленно, светодиод при этом не светится. Затем, при достижении порогового напряжения, светодиод начинает светиться и ток возрастает очень быстро. При дальнейшем увеличении напряжения, ток возрастает катастрофически и светодиод сгорает.

Пороговое напряжение указывается в характеристиках светодиодов, как прямое напряжение при номинальном токе. Номинальный ток для большинства маломощных светодиодов — 20 мА. Для мощных светодиодов освещения, номинальный ток может быть больше — 350 мА или более. Кстати, мощные светодиоды выделяют тепло и должны быть установлены на теплоотвод.

Для правильной работы светодиода, его надо питать через стабилизатор тока. Зачем? Дело в том, что пороговое напряжение светодиода имеет разброс. Разные типы светодиодов имеют разное прямое напряжение, даже однотипные светодиоды имеют разное прямое напряжение — это указано в характеристиках светодиода как минимальное и максимальное значения. Следовательно, два светодиода, подключенные к одному источнику напряжения по параллельной схеме будут пропускать разный ток. Этот ток может быть настолько разным, что светодиод может раньше выйти из строя или сгореть сразу. Кроме того, стабилизатор напряжения также имеет дрейф параметров (от уровня первичного питания, от нагрузки, от температуры, просто по времени). Следовательно, включать светодиоды без устройств выравнивания тока — нежелательно. Различные способы выравнивания тока рассмотрены отдельно. В этой статье рассматриваются устройства, устанавливающие вполне определённый, заданный ток — стабилизаторы тока.

Типы стабилизаторов тока

Стабилизатор тока устанавливает заданный ток через светодиод вне зависимости от приложенного к схеме напряжения. При увеличении напряжения на схеме выше порогового уровня, ток достигает установленного значения и далее не изменяется. При дальнейшем увеличении общего напряжения, напряжение на светодиоде перестаёт меняться, а напряжение на стабилизаторе тока растёт.

Поскольку напряжение на светодиоде определяется его параметрами и в общем случае неизменно, то стабилизатор тока можно назвать также стабилизатором мощности светодиода. В простейшем случае, выделяемая устройством активная мощность (тепло) распределяется между светодиодом и стабилизатором пропорционально напряжению на них. Такой стабилизатор называется линейным. Также существуют более экономичные устройства — стабилизаторы тока на базе импульсного преобразователя (ключевого преобразователя или конвертера). Они называются импульсными, поскольку внутри себя прокачивают мощность порциями — импульсами по мере необходимости для потребителя. Правильный импульсный преобразователь потребляет мощность непрерывно, внутри себя передаёт её импульсами от входной цепи к выходной и выдаёт мощность в нагрузку уже опять непрерывно.

Линейный стабилизатор тока

Линейный стабилизатор тока греется тем больше, чем больше приложено к нему напряжение. Это его основной недостаток. Однако, он имеет ряд преимуществ, например:

  • Линейный стабилизатор не создаёт электромагнитных помех
  • Прост по конструкции
  • Имеет низкую стоимость в большинстве применений

Поскольку импульсный преобразователь не бывает абсолютно эффективным, существуют приложения, когда линейный стабилизатор имеет сравнимую или даже большую эффективность — когда входное напряжение лишь немного превышает напряжение на светодиоде. Кстати, при питании от сети, часто используется трансформатор, на выходе которого устанавливается линейный стабилизатор тока. То есть, сначала напряжение снижается до уровня, сравнимого с напряжением на светодиоде, а затем, с помощью линейного стабилизатора устанавливается необходимый ток.

В другом случае, можно приблизить напряжение светодиода к напряжению питания — соединить светодиоды в последовательную цепочку. Напряжение на цепочке будет равняться сумме напряжений на каждом светодиоде.

Схемы линейных стабилизаторов тока

Самая простая схема стабилизатора тока — на одном транзисторе (схема «а»). Поскольку транзистор — это усилитель тока, то его выходной ток (ток коллектора) больше тока управления (ток базы) в h21 раз (коэффициент усиления). Ток базы можно установить с помощью батарейки и резистора, или с помощью стабилитрона и резистора (схема «б»). Однако такую схему трудно настраивать, полученный стабилизатор будет зависеть от температуры, кроме того, транзисторы имеют большой разброс параметров и при замене транзистора, ток придётся подбирать снова. Гораздо лучше работает схема с обратной связью «в» и «г». Резистор R в схеме выполняет роль обратной связи — при увеличении тока, напряжение на резисторе возрастает, тем самым запирает транзистор и ток снижается. Схема «г», при использовании однотипных транзисторов, имеет бóльшую температурную стабильность и возможность максимально уменьшить номинал резистора, что снижает минимальное напряжение стабилизатора и выделение мощности на резисторе R.

Стабилизатор тока можно выполнить на базе полевого транзистора с p-n переходом (схема «д»). Напряжение затвор-исток устанавливает ток стока. При нулевом напряжении затвор-исток, ток через транзистор равен начальному току стока, указанному в документации. Минимальное напряжение работы такого стабилизатора тока зависит от транзистора и достигает 3 вольт. Некоторые производители электронных компонентов выпускают специальные устройства — готовые стабилизаторы с фиксированным током, собранные по такой схеме — CRD (Current Regulating Devices) или CCR (Constant Current Regulator) . Некоторые называют его диодным стабилизатором, поскольку в обратном включении он работает как диод.

Компания On Semiconductor выпускает линейный стабилизатор серии NSIxxx, например NSIC2020B, который имеет два вывода и для увеличения надежности, имеет отрицательный температурный коэффициент — при увеличении температуры, ток через светодиоды снижается.

Импульсный стабилизатор тока

Стабилизатор тока на базе импульсного преобразователя по конструкции очень похож на стабилизатор напряжения на базе импульсного преобразователя, но контролирует не напряжение на нагрузке, а ток через нагрузку. При снижении тока в нагрузке, он подкачивает мощность, при увеличении — снижает. Наиболее распространённые схемы импульсных преобразователей имеют в своём составе реактивный элемент — дроссель, который с помощью коммутатора (ключа) подкачивается порциями энергии от входной цепи (от входной ёмкости) и в свою очередь передаёт её нагрузке. Кроме очевидного преимущества экономии энергии, импульсные преобразователи обладают рядом недостатков, с которыми приходится бороться различными схемотехническими и конструктивными решениями:

  • Импульсный конвертер производит электрические и электромагнитные помехи
  • Имеет как правило сложную конструкцию
  • Не обладает абсолютной эффективностью, то есть тратит энергию для собственной работы и греется
  • Имеет чаще всего бóльшую стоимость, по сравнению, например, с трансформаторными плюс линейными устройствами

Поскольку экономия энергии во многих приложениях является решающей, разработчики компонентов, схемотехники стараются снизить влияние этих недостатков, и, зачастую, преуспевают в этом.

Схемы импульсных преобразователей

Поскольку стабилизатор тока основан на импульсном преобразователе, рассмотрим основные схемы импульсных преобразователей. Каждый импульсный преобразователь имеет ключ, элемент, который может находиться только в двух состояниях — включенном и выключенном. В выключенном состоянии, ключ не проводит ток и, соответственно, на нём не выделяется мощность. Во включенном состоянии, ключ проводит ток, но имеет очень малое сопротивление (в идеале — равное нулю), соответственно на нём выделяется мощность, близкая к нулю. Таким образом, ключ может передавать порции энергии от входной цепи к выходной практически без потерь мощности. Однако, вместо стабильного тока, какой можно получить от линейного источника питания, на выходе такого ключа будет импульсное напряжение и ток. Для того, чтобы получить снова стабильные напряжение и ток, можно поставить фильтр.

С помощью обычного RC фильтра можно получить результат, однако, эффективность такого преобразователя не будет лучше линейного, поскольку вся избыточная мощность выделится на активном сопротивлении резистора. Но если использовать вместо RC — LC фильтр (схема «б»), то, благодаря «специфическим» свойствам индуктивности, потерь мощности можно избежать. Индуктивность обладает полезным реактивным свойством — ток через неё возрастает постепенно, подаваемая на него электрическая энергия преобразуется в магнитную и накапливается в сердечнике. После выключения ключа, ток в индуктивности не пропадает, напряжение на индуктивности меняет полярность и продолжает заряжать выходной конденсатор, индуктивность становится источником тока через обводной диод D. Такая индуктивность, предназначенная для передачи мощности, называется дросселем. Ток в дросселе правильно работающего устройства присутствует постоянно — так называемый неразрывный режим или режим непрерывного тока (в западной литературе такой режим называется Constant Current Mode — CCM). При снижении тока нагрузки, напряжение на таком преобразователе возрастает, энергия, накапливаемая в дросселе снижается и устройство может перейти в разрывный режим работы, когда ток в дросселе становится прерывистым. При таком режиме работы резко повышается уровень помех, создаваемых устройством. Некоторые преобразователи работают в пограничном режиме, когда ток через дроссель приближается к нулю (в западной литературе такой режим называется Border Current Mode — BCM). В любом случае, через дроссель течет значительный постоянный ток, что приводит к намагничиванию сердечника, в связи с чем, дроссель выполняется особой конструкции — с разрывом или с использованием специальных магнитных материалов.

Стабилизатор на базе импульсного преобразователя имеет устройство, регулирующее работу ключа, в зависимости от нагрузки. Стабилизатор напряжения регистрирует напряжение на нагрузке и изменяет работу ключа (схема «а»). Стабилизатор тока измеряет ток через нагрузку, например с помощью маленького измерительного сопротивления Ri (схема «б»), включенного последовательно с нагрузкой.

Ключ преобразователя, в зависимости от сигнала регулятора, включается с различной скважностью. Есть два распространённых способа управления ключом — широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и токовый режим. В режиме ШИМ, сигнал ошибки управляет длительностью импульсов при сохранении частоты следования. В токовом режиме, измеряется пиковый ток в дросселе и изменяется интервал между импульсами.

В современных ключевых преобразователях в качестве ключа обычно используется MOSFET транзистор.

Понижающий преобразователь

Рассмотренный выше вариант преобразователя называется понижающим, поскольку напряжение на нагрузке всегда ниже напряжения источника питания.

Поскольку в дросселе постоянно течёт однонаправленный ток, требования к выходному конденсатору могут быть снижены, дроссель с выходным конденсатором играют роль эффективного LC фильтра. В некоторых схемах стабилизаторов тока, например для светодиодов, выходной конденсатор может отсутствовать вообще. В западной литературе понижающий преобразователь называется Buck converter.

Повышающий преобразователь

Схема импульсного стабилизатора, приведённая ниже, также работает на основе дросселя, однако дроссель всегда подключен к выходу источника питания. Когда ключ разомкнут, питание поступает через дроссель и диод на нагрузку. Когда ключ замыкается, дроссель накапливает энергию, когда ключ размыкается, возникающее на его выводах ЭДС добавляется к ЭДС источника питания и напряжение на нагрузке возрастает.

В отличие от предыдущей схемы, выходной конденсатор заряжается прерывистым током, следовательно выходной конденсатор должен быть большим, и, возможно, понадобится дополнительный фильтр. В западной литературе повышающе-понижающий преобразователь называется Boost converter.

Инвертирующий преобразователь

Еще одна схема импульсного преобразователя работает аналогично — когда ключ замыкается, дроссель накапливает энергию, когда ключ размыкается, возникающее на его выводах ЭДС будет иметь обратный знак и на нагрузке появится отрицательное напряжение.

Как и в предыдущей схеме, выходной конденсатор заряжается прерывистым током, следовательно выходной конденсатор должен быть большим, и, возможно, понадобится дополнительный фильтр. В западной литературе инвертирующий преобразователь называется Buck-Boost converter.

Прямоходовой и обратноходовой преобразователи

Наиболее часто блоки питания изготавливаются по схеме, использующей в своем составе трансформатор. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку вторичной цепи от источника питания, кроме того, эффективность блока питания на основе таких схем может достигать 98% и более. Прямоходовой преобразователь (схема «а») передаёт энергию от источника в нагрузку в момент включенного состояния ключа. Фактически — это модифицированный понижающий преобразователь. Обратноходовой преобразователь (схема «б») передаёт энергию от источника в нагрузку во время выключенного состояния.

В прямоходовом преобразователе трансформатор работает в обычном режиме и энергия накапливается в дросселе. Фактически — это генератор импульсов с LC фильтром на выходе. Обратноходовой преобразователь накапливает энергию в трансформаторе. То есть трансформатор совмещает свойства трансформатора и дросселя, что создаёт определённые сложности при выборе его конструкции.

В западной литературе прямоходовой преобразователь называется Forward converter. Обратноходовой — Flyback converter.

Применение импульсного конвертера в качестве стабилизатора тока

Большинство импульсных блоков питания выпускаются с стабилизацией выходного напряжения. Типичные схемы таких блоков питания, особенно мощных, кроме обратной связи по выходному напряжению, имеют схему контроля тока ключевого элемента, например резистор с малым сопротивлением. Такой контроль позволяет обеспечивать режим работы дросселя. Простейшие стабилизаторы тока используют этот элемент контроля для стабилизации выходного тока. Таким образом, стабилизатор тока оказывается даже проще стабилизатора напряжения.

Рассмотрим схему импульсного стабилизатора тока для светодиода на базе микросхемы NCL30100 от известного производителя электронных компонентов On Semiconductor:

Схема понижающего преобразователя работает в режиме неразрывного тока с внешним ключом. Схема выбрана из множества других, поскольку она показывает, насколько простой и эффективной может быть схема импульсного стабилизатора тока с внешним ключом. В приведённой схеме, управляющая микросхема IC1 управляет работой MOSFET ключа Q1. Поскольку преобразователь работает в режиме неразрывного тока, выходной конденсатор ставить необязательно. В многих схемах датчик тока устанавливается в цепи истока ключа, однако, это снижает скорость включения транзистора. В приведённой схеме датчик тока R4 установлен в цепи первичного питания, в результате схема получилась простой и эффективной. Ключ работает на частоте 700 кГц, что позволяет установить компактный дроссель. При выходной мощности 7 Ватт, входном напряжении 12 Вольт при работе на 700 мА (3 светодиода), эффективность устройства более 95%. Схема стабильно работает до 15 Ватт выходной мощности без применения дополнительных мер по отводу тепла.

Ещё более простая схема получается с использованием микросхем ключевых стабилизаторов с встроенным ключом. Например, схема ключевого стабилизатора тока светодиода на базе микросхемы CAV4201/CAT4201:

Для работы устройства мощностью до 7 Ватт необходимо всего 8 компонентов, включая саму микросхему. Импульсный стабилизатор работает в пограничном режиме тока и для его работы требуется небольшой выходной керамический конденсатор. Резистор R3 необходим при питании от 24 Вольт и выше для снижения скорости нарастания входного напряжения, хотя это несколько снижает эффективность устройства. Частота работы превышает 200 кГц и меняется в зависимости от нагрузки и входного напряжения. Это обусловлено методом регулирования — контролем пикового тока дросселя. Когда ток достигает максимального значения, ключ размыкается, когда ток снижается до нуля — включается. Эффективность устройства достигает 94%.

Назад к каталогу статей >>>

Устройство, принцип работы импульсного стабилизатора напряжения

Для нормального функционирования бытовой техники требуется стабильное напряжение. Как правило, в сети могут происходить различные сбои. Напряжение от 220 В может отклоняться, и в устройстве происходят сбои. В первую очередь под удар попадают лампы. Если рассматривать бытовую технику в доме, то могут пострадать телевизоры, аудиоаппаратура и прочие приборы, которые работают от электросети.

В данной ситуации на помощь людям приходит импульсный стабилизатор напряжения. Он в полной мере способен справиться со скачками, которые возникают ежедневно. Многих при этом волнует вопрос о том, как появляются перепады напряжения, и с чем они связаны. Зависят они главным образом от загруженности трансформатора. На сегодняшний день количество электроприборов в жилых домах все время увеличивается. Как результат, потребности в электричестве непременно растут.

Также следует учитывать, что к жилому дому могут быть проложены кабели, которые уже давно устарели. В свою очередь, квартирная проводка в большинстве случаев не рассчитана на большие нагрузки. Чтобы обезопасить свою технику в доме, следует более подробно ознакомиться с устройством стабилизаторов напряжения, а также принципом их работы.

Какие функции выполняет стабилизатор?

Главным образом импульсный стабилизатор напряжения служит контролером сети. Все скачки при этом отслеживаются им и устраняются. В результате техника получает стабильное напряжение. Электромагнитные помехи стабилизатором также учитываются, и на работу устройств не способны повлиять. Таким образом, сеть избавляется от перегрузок, и случаи коротких замыканий практически исключаются.

Устройство простого стабилизатора

Если рассматривать стандартный импульсный стабилизатор тока напряжения, то в нем устанавливается только один транзистор. Как правило, их используют исключительно коммутирующего типа, поскольку на сегодняшний день они считаются более эффективными. В результате коэффициент полезного действия устройства можно сильно поднять.

Вторым важным элементом импульсного стабилизатора напряжения следует назвать диоды. В обычной схеме их можно встретить не больше трех единиц. Соединяются они друг с другом с помощью дросселя. Для нормальной работы транзисторов важными являются фильтры. Устанавливаются они в начале, а также конце цепочки. При этом блок регулирования отвечает за работу конденсатора. Его неотъемлемой частью принято считать резисторный делитель.

Как это работает?

В зависимости от типа устройства, принцип действия импульсного стабилизатора напряжения может отличаться. Рассматривая стандартную модель, можно сказать, что сначала ток подается на транзистор. На данном этапе происходит его преобразование. Далее в работу включаются диоды, в обязанности которых входит передача сигнала на конденсатор. При помощи фильтров, электромагнитные помехи отсеиваются. Конденсатор в этот момент сглаживает колебания напряжения и по дросселю ток через резистивный делитель вновь возвращается к транзисторам для преобразования.

Самодельные устройства

Сделать импульсный стабилизатор напряжения своими руками можно, но они будут иметь малую мощность. При этом резисторы устанавливаются самые обычные. Если использовать в приборе более одного транзистора, можно добиться высокого коэффициента полезного действия. Важным заданием в этом плане является установка фильтров. Именно они влияют на чувствительность прибора. В свою очередь, габариты устройства совсем не важны.

Стабилизаторы с одним транзистором

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения данного типа способен похвастаться коэффициентом полезного действия на уровне 80 %. Как правило, он функционируют только в одном режиме и может справляться только с малыми помехами в сети.

Обратная связь в данном случае полностью отсутствует. Транзистор в стандартной схеме импульсного стабилизатора напряжения функционирует без коллектора. В результате на конденсатор сразу подается большое напряжение. Еще одной отличительной чертой приборов данного типа можно назвать слабый сигнал. Решить эту проблему смогут различные усилители.

В результате можно добиться лучшей работоспособности транзисторов. Резистор устройства в цепи в обязательном порядке должен находиться за делителем напряжения. В данном случае можно будет добиться более качественной работы устройства. В качестве регулировщика в цепи импульсный стабилизатор постоянного напряжения имеет блок контроля. Данный элемент способен ослаблять, а также повышать мощность транзистора. Происходит это явление при помощи дросселей, которые соединены с диодами в системе. Нагрузка на регулятор контролируется через фильтры.

Стабилизаторы напряжения ключевого типа

Такого рода импульсный стабилизатор напряжения 12В коэффициент полезного действия имеет на уровне 60 %. Основной проблемой является то, что он не способен справляться с электромагнитными помехами. В данном случае приборы с мощностью более 10 Вт находятся в зоне риска. Современные модели данных стабилизаторов способны похвастаться предельным напряжением в 12 В. Нагрузка на резисторы при этом значительно ослабевает. Таким образом, на пути к конденсатору напряжение удается полностью преобразовать. Непосредственно генерация частоты тока происходит на выходе. Износ конденсатора в данном случае минимален.

Еще одна проблема связна с использованием простых конденсаторов. На деле они показали себя довольно плохо. Вся проблема заключается именно в высокочастотных выбросах, которые происходят в сети. Чтобы решить эту задачу, производители начали устанавливать на импульсный стабилизатор напряжения (12 вольт) конденсаторы электролитического типа. В результате качество работы удалось улучшить за счет увеличения емкости устройства.

Как работают фильтры?

Принцип работы стандартного фильтра построен на генерации сигнала, который поступает на преобразователь. При этом дополнительно задействуется устройство сравнения. Для того чтобы справиться с большими колебаниями в сети, фильтру необходимы блоки контроля. При этом выходное напряжение можно будет сгладить.

Чтобы решить проблемы с мелкими колебаниями, в фильтре имеется специальный разностный элемент. С его помощью напряжение проходит с предельной частотой не более 5 Гц. В данном случае это положительно влияет на сигнал, который имеется на выходе в системе.

Модифицированные модели устройств

Максимальный ток нагрузки у данного типа воспринимается до 4 А. Входное напряжение конденсатором способно обрабатываться до отметки не более 15 В. Параметр входного тока у них обычно не превышает 5 А. Пульсация в данном случае допускается минимальная с амплитудой в сети не более 50 мВ. Частоту при этом можно поддерживать на уровне 4 Гц. Все это в конечном счете благоприятно отразится на общем коэффициенте полезного действия.

Современные модели стабилизаторов вышеуказанного типа справляются с нагрузкой в районе 3 А. Еще одной отличительной чертой данной модификации можно назвать быстрый процесс преобразования. Во многом это связано с использованием мощных транзисторов, которые работают со сквозным током. В результате открывается возможность стабилизировать выходной сигнал. На выходе дополнительно задействуется диод коммутирующего типа. Устанавливается он в системе вблизи узла напряжения. Потери при нагревании значительно уменьшаются, и это является явным преимуществом стабилизаторов данного типа.

Широтно-импульсные модели

Импульсный регулируемый стабилизатор напряжения данного типа коэффициент полезного действия имеет на уровне 80 %. Номинальный ток он способен выдержать на уровне 2 А. Параметр входного напряжения в среднем составляет 15 В. Таким образом, пульсация выходного тока довольно низкая. Отличительной особенностью данных приборов можно назвать способность работы в режиме замыкания. В результате есть возможность выдерживать нагрузки до 4 А. В данном случае короткие замыкания происходят крайне редко.

Из недостатков следует отметить дроссели, которым приходится справляться с напряжением от конденсаторов. В конечном счете это приводит к быстрому износу резисторов. Чтобы справиться с этой проблемой, ученые предлагают использовать их большое количество. Конденсаторы в сети при этом обязаны контролировать рабочую частоту прибора. В таком случае открывается возможность исключить колебательный процесс, в результате которого эффективность стабилизатора резко снижается.

Сопротивление в цепи также должно быть учтено. С этой целью ученые устанавливают специальные резисторы. В свою очередь, диоды способны помочь с резкими переходами в цепи. Режим стабилизации включается только при предельном токе устройства. Чтобы решить проблему с транзисторами, некоторые используют механизмы теплоотвода. В таком случае размеры прибора значительно увеличатся. Дроссели для системы следует использовать многоканальные. Провода с этой целью обычно берут серии «ПЭВ». Помещаются они первоначально в магнитопривод, который изготовлен чашечного типа. Дополнительно в нем имеется такой элемент, как феррит. Между ними должен в конечном счете образоваться зазор не более 0.5 мм.

Стабилизаторы для бытового использования больше всего подходят серии «ВД4». Ток нагрузки они способны выдерживать значительный за счет пропорционального изменения сопротивления. В это время резистор будет справляться с малым переменным током. Входное напряжение устройства целесообразно пропускать через фильтры серии ЛС.

Как стабилизатор справляется с малыми пульсациями

В первую очередь импульсный стабилизатор напряжения 5В задействуется узел запуска, который соединен с конденсатором. Источник опорного тока при этом должен посылать сигнал на устройство сравнения. Чтобы решить проблему с преобразованием, в работу включается усилитель постоянного тока. Таким образом, можно сразу вычислить максимальную амплитуду скачков.

Далее через индуктивный накопитель ток проходит до коммутирующего диода. Чтобы входное напряжение было стабильным, имеется фильтр на выходе. Предельная частота при этом может значительно изменяться. Нагрузка транзистором максимум способна выдерживаться до 14 кГц. Катушка индуктивности отвечает за напряжение в обмотке. Благодаря ферриту ток можно стабилизировать на первоначальном этапе.

Отличие стабилизаторов повышающего типа

Импульсный повышающий стабилизатор напряжения отличается мощными конденсаторами. Во время обратной связи они принимают всю нагрузку на себя. В сети при этом должна быть расположена гальваническая развязка. Отвечает она только за повышение предельной частоты в системе.

Дополнительно важным элементом можно назвать затвор, который находится за транзистором. Ток он получает от источника питания. На выходе процесс преобразования происходит от дросселя. На данном этапе в конденсаторе образуется электромагнитное поле. В транзисторе, таким образом, получается опирающее напряжение. Процесс самоиндукции начинается последовательно.

Диоды на этом этапе не задействуются. Первым делом дроссель отдает напряжение на конденсатор, и далее транзистор направляет его на фильтр и также снова на дроссель. В результате образуется обратная связь. Происходит она до тех пор, пока не стабилизируется напряжение на блоке контроля. В этом ему помогут установленные диоды, которые получают сигнал от транзисторов, а также конденсатора стабилизатора.

Принцип действия инвертирующих приборов

Весь процесс инвертирования связан с активацией преобразователя. Импульсный стабилизатор переменного напряжения транзисторы имеет закрытого типа серии «ВТ». Еще одним элементом системы можно назвать резистор, который следит за колебательным процессом. Непосредственно индукция заключается в снижении предельной частоты. На входе она имеется на уровне 3 Гц. После преобразовательных процессов транзистор посылает сигнал на конденсатор. В конечно счете предельная частота способна увеличиться вдвое. Для того чтобы скачки стали менее заметны, необходим мощный преобразователь.

Сопротивление в колебательном процессе также учитывается. Данный параметр максимум допускается на уровне 10 Ом. В противном случае диоды на транзистор сигнал будут не способны передавать. Еще одна проблема кроется в магнитных помехах, которые имеются на выходе. Для того чтобы установить множество фильтров, применяют дроссели серии «НМ». Нагрузка на транзисторы напрямую зависит от загруженности конденсатора. На выходе задействуется магнитопривод, который помогает стабилизатору понизить сопротивление до нужной отметки.

Как устроены понижающие стабилизаторы

Импульсный понижающий стабилизатор напряжения обычно оснащается конденсаторами серии «КЛ». В этом случае они способны значительно помочь с внутренним сопротивлением устройства. Источники питания при этом воспринимаются самые разнообразные. В среднем параметр сопротивления колеблется в районе 2 Ом. За показателем рабочей частоты следят резисторы, которые соединяются с блоком контроля, посылающим сигнал на преобразователь.

Частично нагрузка при этом уходит за счет процесса самоиндукции. Возникает она первоначально в конденсаторе. Благодаря процессу обратной связи предельная частота в некоторых моделях способна достигнуть 3 Гц. В данном случае электромагнитное поле на электрическую цепь никакого влияния не оказывает.

Источники питания

Как правило, в сети используются источники питания 220 В. В таком случае от импульсного стабилизатора напряжения можно ждать высокого коэффициента полезного действия. Для преобразования постоянного тока учитывается количество транзисторов в системе. Сетевые трансформаторы в источниках питания используются редко. Во многом это связано с большими скачками. Однако вместо них часто устанавливают выпрямители. В источнике питания он имеет свою систему фильтрации, которая стабилизирует предельное напряжение.

Зачем устанавливать компенсаторы

Компенсаторы в большинстве случаев играют в стабилизаторе второстепенную роль. Связана она с регулировкой импульсов. Главным образом с этим справляются транзисторы. Однако свои преимущества у компенсаторов все же имеются. В данном случае многое зависит от того, какие приборы подключены к источнику питания.

Если говорить о радиооборудовании, то тут необходим особый подход. Связан он с различными колебаниями, которые воспринимаются таким прибором иначе. В этом случае компенсаторы способны помочь транзисторам в стабилизации напряжения. Установка дополнительных фильтров в цепи, как правило, ситуацию не улучшает. При этом они сильно влияют на коэффициент полезного действия.

Недостатки гальванических развязок

Гальванические развязки устанавливаются для передачи сигнала между важными элементами системы. Основной их проблемой можно назвать неверную оценку входного напряжения. Происходит это чаще всего с устаревшими моделями стабилизаторов. Контроллеры в них не способны быстро обрабатывать информацию и подключать в работу конденсаторы. В результаты диоды страдают в первую очередь. Если система фильтрации устанавливается за резисторами в электрической цепи, то они просто сгорают.

Стабилизатор напряжения переменного тока с использованием широтно-импульсной модуляции

Стабилизатор напряжения переменного тока с использованием широтно-импульсной модуляции

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 12, декабрь 2014 г. Стабилизатор с использованием широтно-импульсной модуляции

О.М.Бутт, С.М.Х.Гиллани, М. Ахмед, А.Н. Аслам, Х.Т.Мустафа

Abstract— Для безопасной и эффективной работы прибора необходимо постоянное напряжение переменного тока. Для этого необходимы стабилизаторы напряжения. Для этой цели существует множество различных техник. Традиционно по этой причине используется электромеханический метод. Но в новой технике вместо механической части используется электронная схема, что повышает ее эффективность и надежность.

Эта электронная схема генерирует определенную широтно-импульсную модуляцию для привода трансформатора, чтобы получить соответствующий выходной сигнал.

Термины индекса — Стабилизатор напряжения переменного тока, транзистор, широтно-импульсная модуляция (ШИМ), силовой оксидно-металлический полупроводник

Транзистор (МОП-транзистор), понижающе-повышающий трансформатор, микроконтроллер PIC, стабилитрон, аналоговый сигнал

———— ——————  ——————————

C Стабилизатор и регулятор напряжения — это система, которая поддерживает постоянную подачу переменного напряжения на нагрузку.
Обычно он основан на трех различных конфигурациях: понижающий (понижающий), повышающий (повышающий) или повышающий понижающий. Тип конфигурации зависит от требований.
Обычно электромагнитный стабилизатор напряжения представляет собой комбинацию двух частей, электрической и механической. Электрическая часть приводит в действие механическую часть для получения соответствующего выходного сигнала. Обычно эта механическая часть состоит из серводвигателя и реле, которое изменяет обмотку трансформатора для стабилизации выходного напряжения переменного тока [1]. Движущиеся части серводвигателя и реле изнашиваются. Из-за этого время отклика механического движения не может быстро компенсировать колебания напряжения. Несмотря на такую ​​короткую скорость коррекции, будут скачки напряжения и падение напряжения. Эти недостатки приводят к плохому регулированию напряжения и снижают эффективность и надежность.
Чтобы уменьшить эти эффекты, вводится электронная схема на основе некоторых полупроводниковых или силовых переключающих устройств, которые заменяют эти движущиеся механические части. Силовым устройством, которое предлагается в этой статье, является силовой МОП-транзистор IRF-
840. Этот силовой МОП-транзистор генерирует соответствующую широтно-импульсную модуляцию в соответствии с входным сигналом, который управляет трансформатором для стабилизации выходного переменного напряжения.
Эта широтно-импульсная модуляция понижает (вычитает) или повышает (добавляет) основное напряжение. Это последовательно изменяет вторичное напряжение повышающе-понижающего трансформатора, что приводит к стабилизированному выходному напряжению [2].

———————————————

О. М. Батт в настоящее время получает степень бакалавра в области электротехники в Университете Пенджаба, Лахор, Пакистан.

Электронная почта: [email protected]

С. М. Гиллани и М. Ахмед в настоящее время получают степень бакалавра в области электротехники в Пенджабском университете, Лахор, Па-кистан,

.

А. Н. Аслам в настоящее время является доцентом кафедры электротехники.0032

Отделение Пенджабского университета, Лахор, Пакистан

Х. Т. Мустафа в настоящее время преподает на факультете электротехники в

Пенджабский университет, Лахор, Пакистан

Блок-схема Propsed Technique 30
90

Конструкция в основном основана на двух основных разделах, т. е. «Секция контроллера» и «Секция повышающего усилителя». Предлагаемая конструкция более эффективна, надежна и стабильна. Этот метод значительно улучшает свою работу и производительность по сравнению с обычным.
В новой конструкции отсутствуют механические движущиеся части, что увеличивает срок службы оборудования, а также требует незначительного обслуживания, поскольку нет износа. Эта конструкция компенсирует напряжение быстрее, чем старая электромеханическая конструкция, так как в этой традиционной конструкции некоторые механические переключатели, такие как реле или серводвигатель, используются для переключения ответвлений трансформатора для компенсации напряжения. Этот механический процесс требует времени и в конечном итоге не может компенсировать быстрые скачки и всплески. Но в этой новой конструкции используется устройство переключения питания (мощный полевой МОП-транзистор IRF840), время переключения которого составляет 0,106 мс [3]. Следовательно, это может увеличить эффективность до 90%. Заметным преимуществом этой новой конфигурации является ее размер и ее пригодность для больших нагрузок. Обычный электромеханический стабилизатор становится больше, неэффективным и неэкономичным по мере увеличения нагрузки переменного тока до киловольт-ампер. Но эта новая конструкция могла справляться с тяжелыми нагрузками более эффективно, экономично и результативно.

2.1 Секция контроллера

Эта секция основана на электронной схеме, состоящей из микроконтроллера [4]. В этой предлагаемой топологии PIC16F877A используется для вышеуказанной цели. Микроконтроллер PIC является наиболее подходящим для данной конструкции, поскольку он имеет множество встроенных функций, связанных с решением поставленной выше задачи. Это может быть

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 12, декабрь 2014 г. входного переменного тока (питание переменного тока), имеет встроенный аналого-цифровой преобразователь (аналого-цифровой преобразователь) и, что наиболее важно, имеет встроенный модуль ШИМ (широтно-импульсной модуляции) [5], [6].

Последовательность ШИМ в режимах понижения и повышения

Желтый, Синий = Последовательность широтно-импульсной модуляции

Красный = Входное переменное напряжение r

Зеленый = Выход

Рисунок 3 d

Аналоговый сигнал будет подаваться на порт ‘A’ контакт 2 контроллера от трансформатора. Здесь АЦП (аналого-цифровой преобразователь) преобразует этот аналоговый сигнал в цифровой и измеряет его уровень в соответствии с эталонным значением. Напряжение, пропорциональное основному, подается от трансформатора.

2.1.1 Расчеты и расчеты

Это пропорциональное напряжение изменяется при изменении основного напряжения. Это отклонение можно рассчитать следующим образом:
Для сети 220 В используется понижающий трансформатор на 9 В и стабилитрон на 10 В.
Выход при управлении = 9 = 12,7 Вольт
Напряжение, подаваемое на вывод АЦП = 12,7 – 10 = 2,7 Вольт
Точно так же будет 5 Вольт для повышения напряжения 259 в сети и падение
до нуля для 172 напряжений. Таким образом, АЦП получит
диапазон колебаний переменного напряжения в сети и измерить компенсацию. Согласно измерению уровня напряжения, PIC16F877A генерирует ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) на контактах
16 и 17. Этот ШИМ добавляет (увеличивает) или вычитает (понижает) синусоидальное напряжение в сети, чтобы поддерживать постоянный уровень переменного напряжения на нагрузке, которая собственно желаемая цель.
на порт D, который формирует прямоугольный импульс из полупериодного выпрямленного низкого напряжения (9В) от трансформатора (9В-0-
9В). Частота 50 Гц от основного источника будет использоваться в качестве эталона для положительных и отрицательных полупериодов. Это создаст импульсы в точках A и B по очереди. Эти импульсы, которые изменяют свою ширину, называются широтно-импульсной модуляцией.

2.1.2 Программирование микроконтроллера

Во время инициализации PIC16F877A порт A устанавливается как вход, а порт B и порт C устанавливаются как выход. Порт B будет отображать основное напряжение переменного тока, которое необходимо стабилизировать. Контакты 16 и 17 порта C будут использоваться для подачи широтно-импульсной модуляции на мощный Mosfet IRF 840 [4]. Первоначально устанавливается максимальное значение периода, затем значения до и после масштабирования устанавливаются равными «1» [6].
После инициализации таймер включается, и аналоговый сигнал поступает на порт A. Здесь аналого-цифровой преобразователь оцифровывает этот принимаемый сигнал, используя «Vss» и «Vdd» в качестве ссылки [5]. Затем эти оцифрованные данные сравниваются и изменяют рабочий цикл ШИМ, который принимается на выходе из порта C. Затем этот ШИМ алгебраически добавляется к искаженному входу. Когда выходное напряжение стабилизируется, контроллер будет ждать в этом состоянии, пока не произойдет прерывание или изменение входного напряжения.

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Международный журнал научных и инженерных исследований, том 5, выпуск 12, декабрь 2014 г. вход

Установить CCP1 и CCP2 порта C

в качестве выхода PWM

Установить Vss и Vdd в качестве эталона

Turn Timer2

Сохранение данных с выравниванием по левому краю

Данные с АЦП передаются

Включение преобразователя

N Проверить, правильно ли

Вход = 220 В

Рассчитать отклонение от 220 завершен

Да

Хранить конвертированный результат в ADRESH Register

Да

ШИМ будет генерироваться с нулевой пошлина

, если

Вход>

220 V

Да

>

220 V

Да

220.0002 является вводом. Нет цикла

Положительный

Ожидание, пока преобразование не станет

Нет Да

Лист потока для аналога цифрового конвертора

Рисунок 4

Увеличение

Да

. Входной цикл положительный

Увеличение

Да

. Положительный

.

Увеличить

Нет

Увеличить

Технологическая схема широтно-импульсной модуляции

Рис. 50002 Импульсы, генерируемые ULN2003, вводятся в секцию повышения-понижения. Этими импульсами питаются затворы мощных МОП-транзисторов (IRF840) [7]. Обмотки трансформатора с центральным отводом питаются от затвора МОП-транзистора. Этот полевой МОП-транзистор (IRF840) переключает выпрямленную синусоиду, проходящую через мостовой выпрямитель, в неотфильтрованную синусоидальную волну.
Наконец, компенсирующие напряжения на вторичной стороне трансформатора последовательно добавляются к основному входному напряжению для стабилизации выходного напряжения. Чтобы сгладить эту неотфильтрованную синусоиду, создаваемую мощным полевым МОП-транзистором, конденсатор вентилятора равен

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 5, Issue 12, December-2014 931

ISSN 2229-5518

б. Эта волна добавляет или вычитает сетевое напряжение для получения стабилизированного выходного напряжения переменного тока.
Регулирование с помощью регулятора напряжения повышающего и понижающего режимов переключения», Журнал «Электротехника» Инженерного института, том EE 31, № 1 и 2, декабрь 2004 г. , стр. 27–31

[3] Спецификация Power MOSFET IRF 840, VISHAY- Документ
№ 91070, S11-0506-REV.C, 21 марта 2011 г.
[4] PK Sadhu, G Srkar и A Rakshit, «Микроконтроллер-
на основе синусоидального источника питания с переменным напряжением и переменной частотой с новой стратегией генерации ШИМ», ELSEVIER, Measurement (45) 2012, стр. 59 – 67
[5] PIC Microcontroller and Embedded Systems (Muhammad Ali Mazidi, Rolin.D Mckinlay, Danny Causey)
[6] PIC Microcontrollers (автор Milan Verle) [7] Power Electronics (HM Rashid)

Принципиальная схема повышающей секции понижающего преобразователя

Рисунок 6

В этом исследовании обсуждается усовершенствованная новая конструкция стабилизатора напряжения с низкой стоимостью, микроконтроллером и более точным и точным типом. Эта конструкция очень эффективна и стабильна следующим образом:
• Прямое преобразование переменного тока в переменный без выпрямления в постоянный, что повышает эффективность, надежность и уменьшает количество компонентов.
• Генерация широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на силовом каскаде для увеличения эффективность
• Использование системы обратной связи с цифровой обработкой сигналов
• Минимизация выходных искажений до 7%
• Долговечность, так как отсутствует износ
Эта конструкция рассчитана всего на 5 ампер тока и 220 вольт переменного тока. Кроме того, для больших нагрузок и повышения эффективности можно использовать еще несколько силовых переключающих устройств, таких как IGBT или другие полупроводниковые устройства с высокой скоростью переключения и более высокими токами. Кроме того, эта конструкция может быть легко усовершенствована для тяжелых промышленных нагрузок, а также для трехфазных систем.

Руководство ассистента. Профессор А. Н. Аслам и лектор Х. Т. Мустафа высоко ценятся за эту исследовательскую работу. Этот проект был финансирован Министерством информационных технологий Пакистана.

[1] С. Венкатеш и К. Мутиа, «Колебания мощности — использование сервостабилизаторов напряжения в промышленности», Журнал прикладных инженерных исследований, Диндигул, том 2, № 1, 2011 г. , стр.
283–289
[2] П. К. Банерджи, Массачусетс Чоудхури и Г.Т. Расул, «Напряжение переменного тока

IJSER © 2014 http://www.ijser.org

Что такое преобразователь энергии?

Что такое стабилизатор напряжения?

Стабилизатор напряжения или регулятор напряжения относится к устройству, которое автоматически поддерживает постоянное напряжение в электронной технике. Регулятор может быть простой конструкцией с прямой связью или может содержать контур управления с отрицательной обратной связью. Регуляторы также могут использовать электромеханические механизмы или электронные модули. По различным конструкциям регуляторы напряжения можно разделить на регуляторы напряжения постоянного тока и регуляторы напряжения переменного тока.

Регулятор напряжения может обеспечивать постоянное напряжение при изменении источника питания или изменении тока нагрузки. Стабилизаторы напряжения часто используются в системах электропитания, работающих совместно с выпрямителями, электронными фильтрами и т. д., для обеспечения стабильных выходных напряжений, таких как рабочее напряжение, требуемое микропроцессорами и другими компонентами. В генераторах переменного тока и даже крупных генераторах на электростанциях регуляторы напряжения контролируют стабильность выходного напряжения. В распределенной системе распределения электроэнергии стабилизатор напряжения может быть установлен на подстанции или вдоль направления проводника, чтобы пользователи могли получать стабильное напряжение независимо от уровня мощности.

Что такое преобразователь энергии?

Преобразователь — это устройство, которое преобразует переменное напряжение, ток и импеданс. Когда переменный ток протекает через первичную катушку, в железном сердечнике или магнитном сердечнике создается переменный магнитный поток, который индуцирует ток во вторичной катушке. Трансформатор состоит из железного сердечника или магнитопровода и катушки. Катушка имеет две и более обмотки. Обмотка, подключенная к источнику питания, называется первичной катушкой, а остальные обмотки — вторичными катушками. В генераторе, независимо от того, движется ли катушка через магнитное поле или магнитное поле движется через неподвижную катушку, в катушке может индуцироваться электрический потенциал. В обоих случаях величина магнитного потока неизменна, но величина магнитного потока, пересекающего катушку, различна. Изменение есть принцип взаимной индукции. Трансформатор — это устройство, использующее электромагнитный эффект взаимной индуктивности для преобразования напряжения, тока и импеданса.

Трансформаторный метод сначала требует понижения напряжения переменного тока до надлежащего напряжения переменного тока с помощью трансформатора. Это преобразование переменного тока в переменный, и значение понижения устанавливается коэффициентом обмотки трансформатора. Затем пониженное трансформатором переменное напряжение выпрямляется двухполупериодным выпрямителем с диодным мостом и преобразуется в импульсное напряжение. Наконец, конденсатор сглаживает и выдает постоянное напряжение с небольшими пульсациями, что является традиционным методом преобразования переменного тока в постоянный. Основными компонентами трансформатора являются первичная обмотка, вторичная обмотка и железный сердечник (магнитопровод). Основными функциями являются преобразование напряжения, преобразование тока, преобразование импеданса, изоляция и регулирование напряжения.

Принцип работы преобразователя:

Трансформатор состоит из железного сердечника (или магнитного сердечника) и катушки. Катушка имеет две и более обмотки. Обмотка, подключенная к источнику питания, называется первичной катушкой, а остальные обмотки — вторичными катушками. Он может преобразовывать переменное напряжение, ток и импеданс. Простейший стержневой трансформатор состоит из сердечника из магнитомягкого материала и двух катушек с разными витками на сердечнике.

Железный сердечник предназначен для усиления магнитной связи между двумя катушками. Чтобы уменьшить потери на вихревые токи и гистерезис в железе, железный сердечник изготовлен из ламинированных листов кремнистой стали. Между двумя катушками нет электрического соединения, и катушки намотаны изолированными медными проводами. делать. Одна катушка, подключенная к источнику питания переменного тока, называется первичной катушкой, а другая катушка, подключенная к электроприбору, называется вторичной катушкой. Фактический трансформатор очень сложен, и в нем неизбежны потери в меди (резистивный нагрев катушки), потери в железе (нагрев железного сердечника) и магнитная утечка (линия магнитной индукции, закрытая воздухом).

Что такое переменный ток?

Переменный ток (AC) — это ток, величина и полярность (направление) которого периодически меняются со временем. Количество изменений полярности тока за 1 секунду называется частотой и выражается в Гц.

Что такое постоянный ток?

Постоянный ток (DC) — это ток, полярность (направление) течения которого не меняется со временем. Ток, который не течет ни по полярности (направлению), ни по величине во времени, обычно называют постоянным током. Хотя ток, полярность которого не меняется со временем и величина которого меняется, также является постоянным током, его обычно называют пульсирующим током.

Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный?

Преобразователь постоянного тока в постоянный — это машина, которая преобразует постоянный ток в постоянный, а также устройство, которое преобразует напряжение с использованием постоянного тока. Поскольку электронные устройства, такие как ИС, имеют разные диапазоны рабочего напряжения, необходимо создавать соответствующие напряжения одно за другим. Напряжение ниже исходного напряжения называется понижающим преобразователем, а напряжение выше исходного напряжения называется повышающим преобразователем.

Зачем нужен преобразователь постоянного тока в постоянный?

Для работы электрических изделий, которые подключаются к розетке, требуется преобразователь переменного тока в постоянный для преобразования переменного тока в постоянный, а большинство полупроводниковых компонентов работают с постоянным током. Каждая из микросхем, смонтированных на наборе подложек, имеет фиксированный диапазон рабочих напряжений, и требования к точности напряжения также различны. Если блок питания с нестабильным напряжением будет подаваться произвольно, это вызовет такие проблемы, как неисправность или ухудшение характеристик. Следовательно, для преобразования требуемого напряжения или его стабилизации требуется преобразователь постоянного тока в постоянный.

Преобразователь постоянного тока в постоянный — это преобразователь напряжения, эффективно выдающий фиксированное напряжение после преобразования входного напряжения. Преобразователи постоянного тока подразделяются на повышающие преобразователи постоянного тока, понижающие преобразователи постоянного тока и повышающие преобразователи постоянного тока. В зависимости от требований могут использоваться три типа элементов управления.

Какие существуют методы модуляции?
  • ЧИМ (частотно-импульсная модуляция):
    Ширина импульса переключения фиксирована, а выходное напряжение можно стабилизировать путем изменения частоты импульсного выхода. Тип управления PFM имеет преимущество низкого энергопотребления, даже если он используется в течение длительного времени, особенно при небольшой нагрузке.