Разработчики электрических и электронных устройств, в процессе их создания, исходят из того, что будущее устройство будет работать в условиях стабильного питающего напряжения. Это необходимо для того, чтобы электрическая схема электронного устройства, во-первых, обеспечивала стабильные выходные параметры в соответствии со своим целевым назначением, а во-вторых, стабильность питающего напряжения защищает устройство от скачков, чреватых слишком большими потребляемыми токами и перегоранием электрических элементов устройства. Для решения задачи обеспечения неизменности питающего напряжения применяют какой-либо вариант стабилизатора напряжения. По характеру потребляемого устройством тока различают стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
Стабилизаторы переменного напряжения
Стабилизаторы переменного напряжения применяют, если отклонения напряжения в электрической сети от номинального значения превышают 10% . Такая норма выбрана исходя из того, что потребители переменного тока при таких отклонениях сохраняют свою работоспособность весь срок эксплуатации. В современной электронной технике, как правило, для решения задачи стабильного электропитания используют импульсный блок питания, при котором стабилизатор переменного напряжения не нужен. А вот в холодильниках, микроволновых печах, кондиционерах, насосах и т.п. требуется внешняя стабилизация питающего переменного напряжении. В таких случаях чаще всего используют стабилизатор одного из трёх типов: электромеханический, главным звеном которого является регулируемый автотрансформатор с управляемым электрическим приводом, релейно- трансформаторный, на базе мощного трансформатора, имеющего несколько отводов в первичной обмотке, и коммутатора из электромагнитных реле, симисторов, тиристоров или мощных ключевых транзисторов, а также чисто электронный. Широко распространенные в прошлом веке феррорезонансные стабилизаторы в настоящее время практически не используются из-за наличия многочисленных недостатков.
Забытый прибор из ТВОЕГО детства. ВЕГА-7
Для подключения потребителей к сети переменного тока 50 Гц применяют стабилизатор напряжения на 220 В. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа изображена на следующем рисунке.
Трансформатор А1 повышает напряжение в сети до уровня, достаточного для стабилизации выходного напряжения при низком входном напряжении. Регулирующий элемент РЭ осуществляет изменение выходного напряжения. На выходе управляющий элемент УЭ измеряет значение напряжения на нагрузке и выдает управляющий сигнал для его корректировки, если это необходимо.
Электромеханические стабилизаторы
В основе такого стабилизатора — использование бытового регулируемого автотрансформатора или лабораторного ЛАТРа. Применение автотрансформатора обеспечивает более высокий КПД установки.
Рукоятка регулирования автотрансформатора удаляется, а на корпусе вместо нее соосно устанавливают небольшой двигатель с редуктором, обеспечивающим усилие вращения достаточное для поворота бегунка в автотрансформаторе. Необходимая и достаточная скорость вращения – около 1 оборота за 10 — 20 сек. Этим требованиям удовлетворяет двигатель типа РД-09, который раньше применялся в самопишущих приборах. Управляет двигателем электронная схема. При изменении сетевого напряжения в пределах +- 10 вольт выдаётся команда на двигатель, который поворачивает бегунок до достижения на выходе напряжения 220 В.
Примеры схем электромеханических стабилизаторов приведены ниже:
Электрическая схема стабилизатора напряжения с использованием логических микросхем и релейного управления электроприводом
Электромеханический стабилизатор на основе операционного усилителя.
Достоинством подобных стабилизаторов является простота реализации и высокая точность стабилизации напряжения на выходе. К недостаткам следует отнести невысокую надёжность из — за присутствия механических подвижных элементов, относительно малую допустимую мощность нагрузки ( в пределах 250 … 500 Вт), малую распространенность в наше время автотрансформаторов и необходимых электродвигателей.
Релейно — трансформаторные стабилизаторы
Релейно — трансформаторный стабилизатор является более популярным в силу простоты реализации конструкции, применения распространенных элементов и возможности получения значительной выходной мощности (до нескольких киловатт), значительно превышающей мощность примененного силового трансформатора. На выбор его мощности влияет минимальное напряжение в конкретной сети переменного тока.
Если, к примеру, оно не меньше 180 В, то от трансформатора потребуется обеспечение вольтодобавки 40 В, что в 5,5 раз меньше номинального напряжения в сети. Выходная мощность у стабилизатора во столько же раз будет больше, чем мощность силового трансформатора (если не учитывать КПД трансформатора и максимально допустимый ток через коммутирующие элементы).
Число ступеней изменения напряжения, как правило, устанавливают в пределах 3 … 6 ступеней, что в большинстве случаев обеспечивает приемлемую точность стабилизации напряжения на выходе. При вычислении количества витков обмоток в трансформаторе для каждой ступени напряжение в сети принимается равным уровню срабатывания коммутирующего элемента.
Как правило, в качестве коммутирующих элементов используют электромагнитные реле — схема выходит достаточно элементарной и не вызывающей затруднений при повторении. Недостатком такого стабилизатора является образование дуги на контактах реле в процессе коммутации, что разрушает контакты реле. В более сложных вариантах схем переключение реле производят в моменты перехода полуволны напряжения через нулевое значение, что предотвращает возникновение искры, правда при условии использования быстродействующих реле или коммутации на спаде предшествующей полуволны. Использование в качестве коммутирующих элементов тиристоров, симисторов или других бесконтактных элементов надёжность схемы резко возрастает, но усложняется из-за необходимости обеспечения гальванической развязки между цепями управляющих электродов и модулем управления. Для этого применяют оптронные элементы или разделительные импульсные трансформаторы. Ниже приведена принципиальная схема релейно — трансформаторного стабилизатора:
Схема цифрового релейно — трансформаторного стабилизатора на электромагнитных реле
Электронные стабилизаторы
Электронные стабилизаторы имеют, как правило, небольшую мощность (до 100 Вт) и необходимую для работы многих электронных устройств высокую стабильность выходного напряжения. Они обычно строятся в виде упрощённого усилителя низкой частоты, имеющего достаточно большой запас изменения уровня питающего напряжения и мощности.
На его вход от электронного регулятора напряжения подаётся сигнал синусоидальной формы с частотой 50 Гц от вспомогательного генератора. Можно использовать понижающую обмотку силового трансформатора. Выход усилителя подключен к повышающему до 220 В трансформатору.
Схема имеет инерционную отрицательную обратную связь по значению выходного напряжения, что гарантирует стабильность выходного напряжения с неискажённой формой. Для достижения мощности на уровне нескольких сотен ватт используют другие методы. Обычно применяют мощный преобразователь постоянного тока в переменный на основе использования нового вида полупроводников — так называемых IGBT транзисторо.
Эти коммутирующие элементы в ключевом режиме могут пропустить ток в несколько сотен ампер при максимально допустимом напряжении более 1000 В. Для управления такими транзисторами используются специальные виды микроконтроллеров с векторным управлением. На затвор транзистора с частотой в несколько килогерц подают импульсы с переменной шириной, которая меняется по программе, введенной в микроконтроллер.
По выходу такой преобразователь нагружен на соответствующий трансформатор. Ток в цепи трансформатора меняется по синусоиде. В то же время напряжение сохраняет форму исходных прямоугольных импульсов с разной шириной. Такая схема используется в мощных источниках гарантированного питания, используемых для бесперебойной работы компьютеров. Электрическая схема стабилизатора напряжения такого типа очень сложна и практически недоступна для самостоятельного воспроизведения.
Упрощенные электронные стабилизаторы напряжения
Такие устройства применяют, когда напряжение бытовой сети (особенно в условиях сельских населенных пунктов) нередко оказывается пониженным, практически никогда не обеспечивая номинальных 220 В.
В такой ситуации и холодильник работает с перебоями и риском выхода из строя, и освещение оказывается тусклым, и вода в электрочайнике долго не может закипеть. Мощности старенького, еще советских времен, стабилизатора напряжения, рассчитанного на питание телевизора, как правило, недостаточна для всех остальных бытовых электропотребителей, да и значение напряжения в сети часто падает ниже уровня, допустимого для подобного стабилизатора.
Существует простой метод для повышения напряжение в сети, путем использования трансформатора мощностью значительно меньшей мощности применяемой нагрузки. Первичная обмотка трансформатора включается непосредственно в сеть, а нагрузка подключается последовательно к вторичной (понижающей) обмотке трансформатора. При правильной фазировке напряжение на нагрузке окажется равным сумме снимаемого с трансформатора и сетевого напряжения.
Электрическая схема стабилизатора напряжения, действующего по этому несложному принципу, приведена рисунке ниже. Когда стоящий в диагонали диодного моста VD2 транзистор VT2 (полевой) закрыт, обмотка I (являющаяся первичной) трансформатора Т1 к сети не подключена. Напряжение на включенной нагрузке почти равно сетевому за минусом небольшого напряжения на обмотке II (вторичная) трансформатора Т1. При открытии полевого транзистора первичная обмотка трансформатора окажется замкнутой, а к нагрузке будет приложена сумма сетевого и напряжения вторичной обмотки.
Схема электронного стабилизатора напряжения
Напряжение с нагрузки, через трансформатор Т2 и диодный мост VD1 подается на транзистор VT1. Регулятор подстроечного потенциометра R1 должен быть выставлен в положение, обеспечивающее открытие транзистора VT1 и закрытие VT2, когда напряжение на нагрузке превышает номинальное (220 В). Если напряжение меньше 220 вольт транзистор VT1 закроется , a VT2 — откроется. Полученная таким способом отрицательная обратная связь сохраняет напряжение на нагрузке примерно равным номинальному значению.
Выпрямленное напряжение с моста VD1 используется и для запитки коллекторной цепи VT1 (через цепь интегрального стабилизатора DA1). Цепочка C5R6 гасит нежелательные скачки напряжения сток-исток на транзисторе VT2. Конденсатор С1 обеспечивает снижение помех, проникающих в сеть в процессе работы стабилизатора.
Номиналы резисторов R3 и R5 подбирают, получая наилучшую и устойчивую стабилизацию напряжения. Выключатель SA1 обеспечивает включение и выключение стабилизатора и нагрузки. Замыкание выключателя SA2 отключает автоматику, стабилизирующую напряжение на нагрузке. Оно в таком варианте оказывается максимально возможным при текущем напряжении в сети.
После включения собранного стабилизатора в сеть, подстроечным резистором R1 устанавливают на нагрузке напряжение, равное 220 В. Нужно учесть, что вышеописанный стабилизатор не может устранить изменения сетевого напряжения, превышающие 220 В, или оказавшиеся ниже минимального, использованного при расчете обмоток трансформатора.
Замечание: В некоторых режимах работы стабилизатора мощность, рассеиваемая транзистором VT2, оказывается весьма значительной. Именно она, а не мощность трансформатора, может ограничить допустимую мощность нагрузки. Поэтому следует позаботиться о хорошем отводе тепла от этого транзистора.
Стабилизатор, устанавливаемый в сыром помещении, нужно обязательно поместить в заземленный металлический корпус.
Источник: elektronika-muk.ru
Мощный линейный стабилизатор напряжения
Для питания различных электронных устройств и схем, сделанных своими руками нужен такой источник питания, напряжение на выходе которого можно регулировать в широких пределах. С его помощью можно наблюдать, как ведёт себя схема при том или ином напряжении питания. При этом он должен иметь возможность выдавать большой ток, чтобы питать мощную нагрузку, и минимальные пульсации на выходе. На роль такого источника питания отлично подойдёт линейный стабилизатор напряжения – микросхема LM338, она обеспечивает ток до 5 А, имеет защиту от перегрева и короткого замыкания на выходе. Схема её включения достаточно проста, она представлена ниже.
Схема
Микросхема LM338 имеет три вывода – вход (in), выход (out) и регулирующий (adj). На вход подаём постоянное напряжение определённой величины, а с выхода снимаем стабилизированное напряжение, величина которого задаётся переменным резистором Р2. Напряжение на выходе регулируется от 1,25 вольт до величины входного, с вычетом 1,5 вольт.
Проще говоря, если на входе, например, 24 вольта, то на выходе напряжение будет меняться в пределах от 1,25 до 22,5 вольт. Подавать на вход более 30 вольт не следует, микросхема может уйти в защиту.
Чем больше ёмкость конденсаторов на входе, тем лучше, ведь они сглаживают пульсации. Ёмкость конденсаторов на выходе микросхемы должна быть небольшой, иначе они будут долго сохранять заряд и напряжение на выходе будет регулироваться неверно. При этом каждый электролитический конденсатор должен быть зашунтирован плёночным или керамическим с малой ёмкостью (на схеме это С2 и С4). При использовании схемы с большими токами микросхему обязательно нужно установить на радиатор, ведь она будет рассеивать на себе всё падение напряжения. Если токи небольшие – до 100 мА, радиатор не потребуется.
moschnyj-linejnyj-stabilizator-naprjazhenija.zip [22.03 Kb] (cкачиваний: 1508)
Сборка стабилизатора
Вся схема собирается на небольшой печатной плате размерами 35 х 20 мм, изготовить которую можно методом ЛУТ. Печатная плата полностью готова к печати, отзеркаливать её не нужно. Ниже представлены несколько фотографий процесса.
Дорожки желательно залудить, это уменьшит их сопротивление и защитит от окисления. Когда печатная плата готова – начинаем запаивать детали. Микросхема запаиваться прямо на плату, спинкой в сторону края. Такое расположение позволяет закрепить на радиаторе всю плату с микросхемой. Переменный резистор выводится от платы на двух проводках.
Можно использовать любой переменный резистор с линейной характеристикой. При этом средний его вывод соединяется с любым из крайних, полученные два контакта идут на плату, как видно на фото. Для подключения проводов входа и выхода удобнее всего использовать клеммник. После сборки необходимо проверить правильность монтажа.
Запуск и испытания
Когда плата собрана, можно переходить к испытаниям. Подключаем на выход маломощную нагрузку, например, светодиод с резистором и вольтметр для контроля напряжения. Подаём напряжение на вход и следим за показаниями вольтметра, напряжение должно меняться при вращении ручки от минимума до максимума. Светодиод при этом будет менять яркость.
Если напряжение регулируется, значит схема собрана правильно, можно ставить микросхему на радиатор и тестировать с более мощной нагрузкой. Такой регулируемый стабилизатор идеально подойдёт для использовании в качестве лабораторного блока питания. Особое внимание стоит уделить выбору микросхемы, ведь её очень часто подделывают.
Поддельные микросхемы стоят дёшево, но легко сгорают при токе уже 1 – 1,5 Ампера. Оригинальные стоят дороже, но зато честно обеспечивают заявленный ток до 5 Ампер. Удачной сборки.
Смотрите видео
На видео наглядно показана работа стабилизатора. При вращении переменного резистора напряжение плавно меняется от минимума к максимуму и наоборот, светодиод при этом меняет яркость.
Источник: sdelaysam-svoimirukami.ru
Схемы блоков питания с линейными стабилизаторами напряжения
Работу блока питания со стабилизатором непрерывного действия рассмотрим на примере его реализации в видеомагнитофоне фирмы SONY SLV-262EE. Принципиальная схема блока питания приведена на рис. 1.
Рис. 1. Блок питания видеомагнитофона Sony slv262ee
Блок питания выполнен по классической схеме: трансформатор — выпрямитель — линейный стабилизатор напряжения. В цепи питающего напряжения отсутствует фильтр импульсных помех. Его функции выполняет сам силовой трансформатор (имеющий обязательный заземленный экран между первичной и вторичной обмотками в виде короткозамкнутого витка из медной фольги) и, частично, — конденсатор С5106 во вторичной обмотке.
Линейный стабилизатор выполнен на интегральной микросхеме (ИМС) IC521 STK5446. ИМС включает в себя три компенсационных последовательных стабилизатора напряжений +5, +12 и +13 В.
Стабилизатор напряжения (СН) +5 В выполнен на элементах TR3. TR5, R1 . R7, С1 и D1. Схема сравнения стабилизатора выполнена на транзисторах TR4 и TR5 по схеме дифференциального усилителя. Для получения опорного напряжения +27 В (на стабилитроне D1) на вывод 4 ИМС поступает дополнительное напряжение, получаемое от выпрямителя +55 В с помощью делителя на резисторах R5101 и R5102.
Стабилизатор напряжения +12 В выполнен на составном транзисторе TR2. Схема сравнения и усилитель постоянного тока реализованы на элементах TR8, С2, R10 и R11. Источником опорного напряжения является стабилитрон D4. Входное напряжение для питания СН поступает на вывод 9 ИМС с двухполупериодного выпрямителя на элементах D5101 . D5104 и С5101.
Стабилизатор напряжения +13 В выполнен на составном транзисторе TR1. В качестве опорного используется сумма падении напряжений на диодах D2, D3 и выходного напряжения стабилизатора +12 В. Входное напряжение для питания СН поступает на вывод 7 ИМС с выхода двухполупериодного выпрямителя на элементах D5105. D5108 и С5102.
На транзисторах TR7 и TR6 реализован узел аварийного отключения СН +12 В и +13 В в случае пропадания первичных напряжении+55 В и -45 В. Напряжение +5 В при этом также отключится.
При возникновении короткого замыкания на выходе СН +12 В катод диода D3, а, следовательно,и база составного транзистора TR 1 закорачивается на корпус. В результате чего TR 1 запирается, и напряжение на выходе СН +13 В пропадает.
Рис 2. Принципиальная схем блока питания телевизора Nokia FC-1502SK
На рис. 2 приведен пример принципиальной схемы БП НД телевизора NOKIA FC-1502SK. Стабилизатор напряжения +5 В выполнен mРС78М05Н. Напряжение на вход ИМС подается с двухполуперидного выпрямителя на элементах D850 (диод ный мост), R852, С851, С852 и R851.
Стабилизатор напряжения -29,5 В реализован на транзисторах TR852 и TR851. В качестве опорного напряжения здесь используется сумма выходного напряжения ИМС +5 В и напряжение стабилизации стабилитрона ZD851. Напряжение на регулирующий транзистор TR852 подается с выпрямительного моста D851 и сглаживающего фильтра R853 н С855. Выходное напряжение СН дополнительно сглаживается элементом С856. Стабилитрон ZD852 выполняет функцию защиты нагрузки СН от перенапряжений.
При возникновении неисправности в цепи питания +5 В стабилитрон ZD851 закрывается, что ведет к пропаданию опорного напряжения на базе транзистора TR852 и к его запиранию, в результате чего напряжение -29.5 В отключается.
Напряженнее выхода диодного моста D850 одновременно используется для питания ключа дежурного режима, реализованного на транзисторе TR654 и реле RL850. Диод D853 защищает переход коллектор-эмиттер транзистора от пробоя. Включение ключа происходит при поступлении в базовую цепь транзистора сигнала высокого уровня (+5 В) с соответствующего выхода процессора системного контроля (ПСК) телевизора.
В дежурном режиме транзистор TR644 заперт, ключ дежурного режима разомкнут и питающее напряжение строчной развертки не подается.
Существует ряд схемных решений БП с использованием стабилизаторов напряжения, по сути не являющихся импульсными в классическом смысле (с широто-импульсным регулированием — ШИМ — контроллеры, о которых речь пойдет ниже), но применяемых в тех же цепях и для тех же целей, что и ШИМ — контроллеры. Эти стабилизаторы могут использоваться в качестве как линейных стабилизаторов во вторичных цепях, так и в качестве импульсных — в первичных цепях БПНД. Такие схемные решения чаще всего имеют место в цепях питания выходных каскадов строчных разверток телевизоров. Примером подобного решения служит рассматриваемая принципиальная схема (рис. 2).
Питание строчной развертки осуществляется от импульсного стабилизатора напряжения) реализованного на ИМСIC601 STR40115 по схеме блокинг-генератора.
При включении телевизора в рабочий режим сигналом с процессора системного контроля (ПСК) ключ на транзисторе TR654 замыкается, напряжение питающей сети 2Z0 В через резистор R601, ограничивающий бросок тока, поступает на диодный мост D601 . D604. Сглаженное фильтром С803, С804 напряжение поступает на вход схемы преобразователя.
В первый момент импульс тока проходит через конденсатор С805 и частично открытый благодаря начальному смещению, заданному резистором R605, перexoд коллектор-эмиттер силового транзистора ИМС, далее — через первичную обмотку импульсного трансформатора Т1 и незаряженный конденсатор С809. При этом во вторичной обмотке трансформатора Т1 наводится э.д.с.
Последовательно соединенные элементы R604, С808 и вторичная обмотка Т1 образуют цепь положительной обратной связи (ПОС), необходимую дня работы блокинг-генератора в режиме автоколебаний. Импульс тока, наведенный во вторичной обмотке, через резистор R604 заряжает конденсатор С808 и одновременно, прикладываясь к базовой цепи силового транзистора, вызывает лавинообразный процесс его открытия.
При достижении транзистором состояния насыщения, нарастание тока через первичную обмотку Т1 прекращается, полярность напряжений на обмотках Т1 изменяется на обратную и происходит лавинообразный процесс запирания транзистора. Частота и скважность формируемых блокинг-генератором импульсов определяется параметрами силового транзистора, количеством витков вторичной обмотки трансформатора Т1 и номиналами элементов R604 и С808, а амплитуда—регулирующим воздействием цепи отрицательной обратной связи (ООС) по выходному напряжению нагрузки. Сигнал ООС через элементы D606, С810 поступает на вход усилителя ошибки ИМС (вывод 1) и осуществляет стабилизацию выходного напряжения преобразователя. Элементы R603, С810, D605 и С811 предназначены для защиты ИМС от импульсов напряжения и тока в переходных режимах и представляют собой демпфирующие цепи. Кроме того, конденсатор С805 также выполняет дополнительные демпфирующие функции.
С выходного каскада строчной развертки через развязывающий трансформатор Т2, ограничительный резистор R605 и диод D607 в базовую цепь силового транзистора ИМС поступают положительные импульсы обратного хода, которые являются для блокинг-генератора внешним синхронизирующим сигналом. Синхронизация частоты преобразователя рабочей частотой блока строчной развертки ТВ уменьшает заметность импульсных помех на изображении.
Импульсное напряжение первичной обмотки Т1 с помощью элементов D605, С809 и С811 выпрямляется, сглаживается и подается для питания выходного каскада строчной развертки телевизора ТВ. Высоковольтный стабилитрон D608 предохраняет цепи питания строчной развертки от перенапряжений.
Источник: www.xn--b1agveejs.su