Стабилизатор напряжения на транзисторе

Содержание

Простой СН, сделанный своими руками

Параметрический стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения 12 вольт для светодиодов, подсветок автомобильных бортовых систем быстро и удобно выполнять, используя для этого микросхемы: LM317, LD1084, L7812, КРЕН 8Б и им подобные устройства. Несколько диодов, сопротивление и сама микросхема – вот составляющие такого СН.

Стабилизатор на LM317

В зависимости от варианта изготовления корпуса LM317 подбирают расположение деталей на плате.

Стабилизатор напряжения на транзисторе
LM317 с креплением на теплоотвод

Изготовление стабилизатора сводится к следующему:

  • к выходу (Vout) припаивают сопротивление с номинальным значением 130 Ом;
  • к контакту входа (Vin) присоединяют провод, подающий напряжение для стабилизации;
  • регулировочный вход (Adj) подключают ко второму выводу резистора.

При подключении в качестве нагрузки светодиодных фонарей, лент и т.д. радиатор не требуется. Сборка занимает 15-20 минут при минимуме деталей. Используя несложную формулу, можно рассчитывать величину сопротивления R для получения определённой величины допустимого тока нагрузки.

Стабилизатор напряжения на транзисторе
Схема СН на LM317

Схема на микросхеме LD1084

Поддержанию напряжения 12 В неизменным для устройств светодиодной иллюминации, подключённой к бортовой сети автомобиля, поможет применение данной микросборки.

Стабилизатор напряжения на транзисторе
Даташит LD1084

Здесь для сборки самодельного СН в цепь обвязки микросхемы включаются:

  • два электролитических конденсатора по 10 мкФ * 25 В;
  • резисторы: 1 кОм (2 шт.), 120 Ом, 4,7 кОм (можно постоянный);
  • диодный мост RS407.

Устройство собирается следующим образом:

  • напряжение, снимаемое с диодного моста выпрямителя, подаётся на вход LD1084;
  • на контакт, управляющий режимом стабилизации (Adj), присоединяют эмиттер транзистора КТ818, база которого соединена через два одноколонных сопротивления с цепями питания света фар (ближнего и дальнего);
  • выходная цепь микросхемы соединена с резисторами R1 и R2, а также с конденсатором.

Кстати. Резистор R2 можно брать не переменный, а подстроечный, выставив с его помощью величину выходного напряжения 12 В.

Стабилизатор напряжения на транзисторе
СН для бортовой сети

Стабилизатор на диодах и сборке L7812

Подобная микросхема в связке с диодом и конденсаторами может снабжать светодиоды стабильным напряжением 12 В.

Схема построена по ниже изложенному принципу:

  • диод Шоттки 1N401 пропускает через себя ток от плюсовой клеммы аккумулятора и подаёт его на вход микросхемы. При этом «+» электролита (конденсатора на 330 мкФ) также соединён с катодом диода;
  • на выход L7812 присоединяют цепь нагрузки и «+» конденсатора ёмкостью 100 мкФ;
  • все минусовые клеммы (от аккумулятора и обоих электролитических конденсаторов) соединяются с управляющим входом микросхемы.

Электролитические конденсаторы подбирают на напряжение не ниже 25 В.

Стабилизатор напряжения на транзисторе
Схема стабилизатора 12 В на ИМС L7812

Самый простой стабилизатор – плата КРЕН

Схемы с использованием крен довольно популярны. Так называют ИМС, в маркировку которых входят сочетания букв КР и ЕН. Это мощные СН, позволяющие выдавать на нагрузку ток до 1,5 А. Они имеют на выходе стабильные 12 В при подаче на вход напряжения до 35 В.

Схема с использованием этой микросхемы собирается так:

  • напряжение с плюсовой клеммы АКБ (аккумуляторной батареи) на вход крен подаётся через диод 1N4007, он защищает цепь аккумулятора от обратных напряжений;
  • минусовая клемма АКБ соединяется с управляющим электродом КРЕН;
  • напряжение с выхода подаётся на нагрузку.

При необходимости микросхему прикручивают к радиатору.

Стабилизатор напряжения на транзисторе
КР142ЕН8Б, схема подключения

Сборка своими руками стабилизаторов напряжения на 12 В с использованием схем линейных и интегральных СН не составляет особого труда. При этом необходимо следить за температурой нагрева корпуса элементов и при Т0С выше допустимой устанавливать их на теплоотводы (радиаторы).

Вы здесь

Главная › Инженеру-конструктору › 3. Электрооборудование, электроустановки › 3. Раздел 3.

Для получения более постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока к выходу выпрямителя подключают стабилизатор, который может быть выполнен по схеме, приведенной на рис. 1. В таком устройстве работают стабилитрон V5

и регулирующий транзисторV6 . Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения и максимального тока нагрузки . Однако оба эти параметра не должны превышать параметры уже рассчитанного выпрямителя. А если это условие нарушается, тогда сначала рассчитывают стабилизатор, а затем — выпрямитель и трансформатор питания. Расчет стабилизатора ведут в следующем порядке.

1. Определяют необходимое для работы стабилизатора входное напряжение (Uвып)

при заданном выходном(Uн) :

Советуем изучить Как подключить два телевизора к одной антенне: можно ли к активной

Uвып = Uн + 3

,

Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и германиевых транзисторов. Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения Uвып

2. Рассчитывают максимально рассеиваемую транзистором мощность:

Рmах = 1,3 (Uвып — Uн) Iн

,

3. Выбирают регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Рmax

, предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором — большеUвып , а максимально допустимый ток коллектора — больше .

4. Определяют максимальный ток базы регулирующего транзистора:

Iб.макс = Iн / h21Э min

,

где: h21Эmin — минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора.

.

Iб max

6. Подсчитывают сопротивление резистора R1

R1 = (Uвып — Uст) / (Iб max + Iст min)

,

Здесь R1 — сопротивление резистора R1, Ом; Uст — напряжение стабилизации стабилитрона, В; Iб.max — вычисленное значение максимального тока базы транзистора, мА; Iст.min — минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3…5 мА).

7. Определяют мощность рассеяния резистора R1

PR1 = (Uвып — Uст)2 / R1

,

Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно большей мощности — такое случается при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h21Э

. В таком случае целесообразно ввести в стабилизатор дополнительный транзисторV7 малой мощности (рис. 2), который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона (а значит, и ток стабилизации) примерно вh21Э раз и применить, соответственно, маломощный стабилитрон.

В приведенных здесь расчетах отсутствует поправка на изменение сетевого напряжения, а также опущены некоторые другие уточнения, усложняющие расчеты. Проще испытать собранный стабилизатор в действии, изменяя его входное напряжение (или сетевое) на ± 10 % и точнее подобрать резистор R1 по наибольшей стабильности выходного напряжения при максимальном токе нагрузки.

Как избежать 3 частых ошибок при работе с симистором.

  1. Буква, после кодового обозначения симистора говорит о его предельном рабочем напряжении: А – 100В, Б – 200В, В – 300В, Г – 400В. Поэтому не стоит брать прибор с буквой А и Б для регулировки 0-220 вольт — такой симистор выйдет из строя.
  2. Симистор как и любой другой полупроводниковый прибор сильно нагревается при работе, следует рассмотреть вариант установки радиатора или активной системы охлаждения.
  3. При использовании симистора в цепях нагрузок с большим потреблением тока, необходимо четко подбирать прибор под заявленную цель. Например, люстра, в которой установлено 5 лампочек по 100 ватт каждая будет потреблять суммарно ток величиной 2 ампера. Выбирая по каталогу необходимо смотреть на максимальный рабочий ток прибора. Так симистор МАС97А6 рассчитан всего на 0,4 ампера и не выдержит такой нагрузки, а МАС228А8 способен пропустить до 8 А и подойдет для этой нагрузки.
Популярные статьи  Какой паяльник лучше купить для дома

Принцип работы стабилитрона

Когда диод включён в прямом направлении (анод – «+», катод – «–»), то он свободно начинает пропускать ток при напряжении Uпор

, а при включении в обратном направлении (анод – «–», катод – «+») через диод может проходить лишьток Iобр , который имеет значение нескольких мкА. Если увеличиватьобратное напряжение Uобр на диоде до определённогозначения Uобр.max произойдёт электрический пробой диода и если ток достаточно вели, то происходит тепловой пробой и диод выходит из строя. Диод можно заставить работать в области электрического пробоя, если ограничить ток, который проходит через диод (напряжение пробоя для разных диодов составляет 50 – 200 В).

Стабилитрон же разработан таким образом, что его вольт-амперная характеристика в области пробоя обладает высокой линейностью, а напряжение пробоя достаточно постоянно. Таким образом можно сказать, что стабилизация напряжения стабилитроном осуществляется при его работе на обратной ветви

вольт-амперной характеристики, в области жепрямой ветви стабилитрон ведёт себя аналогично обыкновенному диоду. Стабилитрон обозначается следующим образом Обозначение стабилитрона

ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Лабораторный блок питания ни что иное как высококачественный универсальный источник питания с нормированными и термостабильными характеристиками. Эти устройства имеются на любом предприятии, которое занимается разработкой, изготовлением или ремонтом и/или ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.

Используют их во время проверки и/или калибровки различных приборов. Кроме того они необходимы в тех случаях, когда нужно с высокой точностью подать питающее напряжение и ток на радиотехническое устройство.

Как правило, лабораторные блоки питания оснащаются всевозможными устройствами защиты (перегрузка, защита от короткого замыкания и пр.) и органами регулировки выходных параметров (напряжение и ток).

Лабораторные блоки оснащают также специальными входами для подачи модулирующих сигналов, что позволяет пользователю формировать выходное напряжение и ток произвольной формы.

Серийно выпускаемые лабораторные источники питания могут быть как линейными, так и импульсными.

Линейные.

Линейные лабораторные БП строятся на базе больших низкочастотных трансформаторов, которые понижают сетевое напряжение ~220 В частотой 50 Гц до определенного значения. Частота переменного тока при этом остается без изменений. Затем синусоидальное напряжение выпрямляется, сглаживается емкостными фильтрами и доводится до заданного значения линейным полупроводниковым стабилизатором.

Приборы, работающие по такому принципу обеспечивают требуемое значение выходного напряжения с высокой точностью. Оно отличается стабильностью и отсутствием пульсаций. Однако они имеют ряд недостатков:

  • большие габаритные размеры и вес, который может быть больше 20 кг. Из-за этого мощность на нагрузке у таких БП редко превышает 200 Вт.;
  • низкий КПД (не более 60%), что обусловлено принципом работы линейного стабилизатора, где все избыточное напряжение преобразуется в тепло;
  • наличие высокочастотных помех, проникающих из сети ~220 в, 50 Гц., для устранения которых необходим сетевой фильтр;
  • относительно небольшое время наработки на отказ, вызванное старением электролитических конденсаторов.

Импульсные.

В основу работы импульсных лабораторных блоков питания положен принцип заряда сглаживающих конденсаторов импульсным током. Он образуется в момент подключения/отключения индуктивного элемента. Переключение происходит под действием специально оптимизированных транзисторов, а выходное напряжение регулируется путем изменения глубины широтно импульсной модуляции (ШИМ).

Основные преимущества импульсных лабораторных источников обеспечиваются за счет:

  • плавного изменения глубины ШИМ, что в свою очередь, позволяет закачивать в сглаживающие конденсаторы такое количество энергии, которое соизмеримо с энергопотреблением нагрузки БП. При этом КПД блока питания может достигать 90 и более процентов;
  • высокочастотной составляющей, которая дает возможность использования сглаживающих конденсаторов значительно небольшой емкости.

За счет этого габаритные размеры корпуса невелики. Кроме того, за счет более высокого КПД значительно уменьшается выделение тепла и улучшается температурный режим работы источника питания.

Существенным недостатком импульсных лабораторных блоков, несколько ограничивающих их применение являются:

  • высокочастотные пульсации на выходе, которые достаточно тяжело отфильтровать;
  • радиочастотные наводки и их гармоники, вызванные периодическими токовыми импульсами.

При работе с радиочастотными схемами импульсные блоки питания необходимо располагать на максимальном расстоянии от них или использовать трансформаторные схемотехнические решения.

Основным техническим параметром лабораторных источников электро энергии является мощность. Здесь существует такое подразделение:

  • стандартные, мощностью до 700 Вт. Их максимальный вес не превышает 15 кг.;
  • большой мощности.

Стандартные исполнения могут быть как трансформаторными, так и импульсными. Предназначены они для работы с напряжениями в диапазоне от 15 до 150 В. При этом максимальный ток ограничивается величиной порядка 25 А. Как правило, они имеют от одного до трех каналов, из которых два являются регулируемыми.

2012-2022 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Интегральный стабилизатор

Стабилизатор напряжения цифровой

Стабилизатор напряжения 12 вольт легко может быть реализован, если применить специализированный интегральный линейный стабилизатор из серии 78ХХ с фиксированным выходным напряжением. Для выходного напряжения 12 вольт выпускаются микросхемы 7812, у разных производителей они носят наименование LM7812, L7812, K7812 и т.д.

Отечественный аналог – КР142ЕН8Б. Производятся в корпусах TO – 220, TO – 3, D2PAK с тремя выводами. Эти микросхемы можно найти в блоках питания любой аппаратуры, они практически вытеснили стабилизаторы на дискретных элементах.

Основные характеристики стабилизатора в широко распространённом корпусе TO – 220:

  • Выходное стабилизированное напряжение – от 11,5 до 12,5 В;
  • Входное напряжение – до 30 В;
  • Выходной ток – до 1А;
  • Встроенная защита от перегрузки и короткого замыкания.

Входное напряжение должно превышать выходное (12 вольт) минимум на 3 вольта во всём диапазоне выходного тока. На выходной ток до 100 мА выпускается вариант микросхемы –78L12. Типовая схема включения позволяет своими руками собрать надёжный стабилизатор напряжения 12 вольт с характеристиками, подходящими для многих задач.

Стабилизатор напряжения на транзисторе
Включение микросхемы 7812

Конденсатор фильтров рекомендуется устанавливать не далее 30 мм от выводов микросхемы. Если выходного тока 1 ампер недостаточно, можно установить дополнительный транзистор.

Стабилизатор напряжения на транзисторе
Увеличение выходного тока

Схема имеет параметры стабилизации, аналогичные применённой микросхеме.

В некоторых случаях целесообразно использование микросхем серии 1083/84/85. Это интегральные стабилизаторы с выходным током 3, 5, и 7, 5 ампер. Устройства относятся к типу Low Dropout (с низким падением напряжения) – для них разница между входным и выходным напряжением может быть 1 вольт. Схема включения полностью соответствует микросхемам типа 7812.

Принцип работы

Суть работы стабилизатора напряжения удобнее всего пояснить на примере диода, включённого в цепь постоянного тока. Когда напряжение на нём имеет прямую полярность (плюс подключён к аноду, а минус – к катоду), полупроводниковый переход смещён в проводящем направлении и пропускает ток.

При обратном порядке подачи полярности n-p переход закрыт и поэтому тока практически не проводит. Но если продолжать увеличивать обратное напряжение между электродами, то в соответствии с его ВАХ можно достичь точки, в которой диод вновь начинает пропускать поток электронов (но уже в другую сторону за счёт пробоя перехода).

Важно! Полупроводниковый элемент в этом случае работает в режиме обратных напряжений, значительно превышающих по величине прямое падение на нём (0,5-0,7 Вольта). Обратный ток в данной ситуации может считаться рабочим параметром, изменяющимся в пределах регулировки напряжения, а сам диод, работающий в режиме обратного включения, носит название стабилитрона

Обратный ток в данной ситуации может считаться рабочим параметром, изменяющимся в пределах регулировки напряжения, а сам диод, работающий в режиме обратного включения, носит название стабилитрона.

Стабилизатор на PT4115

PT4115 – унифицированная микросхема, разработанная компанией PowTech специально для построения драйверов для мощных светодиодов, которую можно использовать также и в автомобиле. Типовая схема включения PT4115 и формула расчета выходного тока приведены на рисунке ниже. Стабилизатор напряжения на транзисторе

Популярные статьи  Трансформаторная подстанция: назначение, классификация, технические параметры, структура условного обозначения

Понять, почему так происходит, а также ознакомиться с более детальным расчетом и выбором остальных элементов схемы можно здесь. Известность микросхема получила, благодаря своей многофункциональности и минимальному набору деталей в обвязке. Чтобы зажечь светодиод мощностью от 1 до 10 Вт, автолюбителю нужно всего лишь рассчитать резистор и выбрать индуктивность из стандартного перечня.

PT4115 имеет вход DIM, который значительно расширяет её возможности. В простейшем варианте, когда нужно просто зажечь светодиод на заданную яркость, он не используется. Но если необходимо регулировать яркость светодиода, то на вход DIM подают либо сигнал с выхода частотного преобразователя, либо напряжение с выхода потенциометра. Существуют варианты задания определенного потенциала на выводе DIM с помощью МОП-транзистора. В этом случае в момент подачи питания светодиод светится на полную яркость, а при запуске МОП-транзистора светодиод уменьшает яркость наполовину.

К недостаткам драйвера светодиодов для авто на базе PT4115 можно отнести сложность подбора токозадающего резистора Rs из-за его очень малого сопротивления. От точности его номинала напрямую зависит срок службы светодиода.

Обе рассмотренные микросхемы прекрасно зарекомендовали себя в конструировании драйверов для светодиодов в автомобиле своими руками. LM317 – давно известный проверенный линейный стабилизатор, в надежности которого нет сомнений. Драйвер на его основе подойдёт для организации подсветки салона и приборной панели, поворотов и прочих элементов светодиодного тюнинга в авто.

PT4115 – более новый интегральный стабилизатор с мощным MOSFET-транзистором на выходе, высоким КПД и возможностью диммирования.

↑ Второй вариант расчета параметрического стабилизатора [3 — 5]

в качестве исходных данных использует предельные значения тока в нагрузке Iн min и Iн max, что при Iн min=0 позволяет предусмотреть режим холостого хода стабилизатора. Для постоянной нагрузки выбирают Iн max= Iн min.

Итак, исходными данными являются: стабилизированное напряжение на нагрузке Uвых, токи нагрузки Iн min, Iн max, номинальное входное напряжение Uвх и его отклонения ΔUвх н и ΔUвх в.

Параметры стабилитрона те же, что и в предыдущем расчете: Uст= Uвых, Iст max, Iст min, rд.

Вычисляем максимальное и минимальное значения рабочего тока стабилитрона:

Iст р max=0,8 Iст max, Iст р min=1,2 Iст min.

Если стабилизатор должен работать режиме холостого хода (Iн min=0), выбираем Iст р min=Iст min.

Проверяем пригодность выбранного по напряжению стабилизации стабилитрона заданных пределах тока нагрузки и питающего напряжения:

(Iст р max+ Iн min)(1- ΔUвх н)-(Iст min+ Iн max)(1+ ΔUвх в)>0, где ΔUвх н=(Uвх- Uвх min)/ Uвх, ΔUвх в=(Uвх max-Uвх)/ Uвх.

Если неравенство не выполняется, нужно: • применить более мощный стабилитрон; • задаться меньшими значениями ΔUвх н и ΔUвх в; • уменьшить Iн max или увеличить Iн min.

Номинальное напряжение Uвх, которое должен обеспечить выпрямитель, вычисляем по формуле:

Uвх= Uст/.

Сопротивление балластного резистора:

R0= Uвх(ΔUвх в+ΔUвх н)/.

Также вычисляем мощность резистора с двукратным запасом:

Po=2(Uвх(1+ ΔUвх н)- Uст)2/R0.

По приведенным в первом варианте расчета формулам находим Kст, КПД и Kф.

↑ Пример расчета №3

Рассчитаем параметрический стабилизатор напряжения со следующими характеристиками: стабилизированное напряжение на нагрузке Uн=9 В; ток Iн min =0, Iн max =10 мА; изменение входного ΔUвх н=10%, ΔUвх в=15%. Выберем стабилитрон типа Д814Б, для которого Uст= Uн; rд=10 Ом; Iст max=36 мА, Iст min=3 мА.

После занесения исходных данных листе таблицы «Второй вариант расчета» получаем следующие результаты (рис. 4):

Uвх=14 В, R0=221 Ом, Po=0,45 Вт, Kст=14,2.

Стабилизатор напряжения на транзисторе

Рис. 4. Скриншот параметрического стабилизатора режимом холостого хода

Выбираем резистор сопротивлением 220 Ом мощностью 0,5 Вт.

Характеристики

Технические параметры LM317 при температуре окружающей среды +25 °C:

физические:

  • корпус TO-220, TO-220FP, TO-3, D2PAK, SOT-23;
  • материал корпуса — пластмасса;

электрические:

  • диапазон от 1.25 до 37 В;
  • сила тока на выходе не более 1.5 А;
  • нестабильность на выходе до 0,1 %;
  • опорное (Vref) от 0,1 до 1,3 В;
  • ток вытекающий из вывода подстройки (Iadj) от 50 до 100 мкА (µA);

внутренняя защита:

  • от короткого замыкания (Internal Short-Circuit Current Limiting);
  • от тепловой перегрузки (Thermal Overload Protection);
  • ограничение по максимальной рассеиваемой мощности (Output Safe-Area Compensation);

Все системы защиты от перегрузок остаются полностью работоспособными даже если вход регулирования отключен.

Схема включения

Зная номера контактов и их назначение можно понизить напряжение, подаваемое на вход микросхемы до необходимого значения. Для этого надо изменить сопротивление R1, подключенного к регулируемому выводу Adj. Давайте посмотрим как это выглядит.

Стабилизатор напряжения на транзисторе

Как видно на схеме включения lm317 к контакту Adj надо подключить два резистора R1 и R2. Они определяют напряжение, которое понижает стабилизатор и выдает на выход. Посмотрим следующую формулу выходного напряжения.

Исходя из формулы видно, что величина Vout зависит от значения резистора R2.Чем больше увеличивается значение сопротивления R2, тем больше будет выходное напряжение.

Регулятор напряжения со стабилитроном

Стабилизатор напряжения на транзисторе

А это показан простейший пример стабилизатора со стабилитроном. Транзистор подключен как повторитель напряжения, а выходное напряжение примерно на 0,7 В ниже напряжения стабилитрона. Резистор R должен быть выбран таким образом, чтобы стабилитрон всегда был правильно смещен, а базовый ток Q1 был достаточным для перевода его в проводящее состояние. Чтобы ток на стабилитроне не упал до значения, не позволяющего проявиться свойствам стабилитрона, маломощный транзистор 2N2222 можно заменить транзистором Дарлингтона.

Стабилитрон это опорное напряжение, а эмиттерный повторитель является усилителем постоянного тока с коэффициентом усиления меньше 1. Обычно тут применяют транзисторы, но можем добиться большего используя операционный усилитель в качестве усилителя постоянного тока. Так получим намного лучшие параметры стабилизатора.

Это схема — повторитель — с очень точным коэффициентом усиления 1. Вход неинвертирующий не потребляет ток, поэтому он не влияет на значение тока стабилитрона.

Можно конечно при необходимости сделать усилитель с коэффициентом усиления больше 1. Далее показана схема с коэффициентом усиления 3. Коэффициент
усиления определяется по формуле:

ku = R1 + R2 / R2

Тут Ku = 3. Таким образом, выходное напряжение равно + Uz x 3. Изменяя номиналы резисторов, можем изменить коэффициент усиления и можем установить желаемое выходное напряжение. Номиналы резисторов не являются критичными, они могут быть в диапазоне от 1k до 100k, потому что инвертирующий вход тоже не потребляет ток.

Основные узлы регулируемого блока питания

Трансформаторный источник питания в большинстве случаев выполняется по следующей структурной схеме.

Узлы трансформаторного БП.

Понижающий трансформатор снижает напряжение сети до необходимого уровня. Полученное переменное напряжение преобразуется в импульсное с помощью выпрямителя. Выбор его схемы зависит от схемы вторичных обмоток трансформатора. Чаще всего применяется мостовая двухполупериодная схема. Реже – однополупериодная, так как она не позволяет полностью использовать мощность трансформатора, да и уровень пульсаций выше. Если вторичная обмотка имеет выведенную среднюю точку, то двухполупериодная схема может быть построена на двух диодах вместо четырех.

Двухполупериодный выпрямитель для трансформатора со средней точкой.

Если трансформатор трехфазный (и имеется трехфазная цепь для питания первичной обмотки), то выпрямитель можно собрать по трехфазной схеме. В этом случае уровень пульсаций наиболее низок, а мощность трансформатора используется наиболее полно.

После выпрямителя устанавливается фильтр, который сглаживает импульсное напряжение до постоянного. Обычно фильтр состоит из оксидного конденсатора, параллельно которому ставится керамический конденсатор малой емкости. Его назначение – компенсировать конструктивную индуктивность оксидного конденсатора, который изготовлен в виде свернутой в рулон полоски фольги. В результате получившаяся паразитная индуктивность такой катушки ухудшает фильтрующие свойства на высоких частотах.

Далее стоит стабилизатор. Он может быть как линейным, так и импульсным. Импульсный сложнее и сводит на нет все преимущества трансформаторного БП в нише выходного тока до 2..3 ампер. Если нужен выходной ток выше этого значения, проще весь источник питания выполнить по импульсной схеме, поэтому обычно здесь используется линейный регулятор.

Популярные статьи  Диаграммы включения элементов схемы

Выходной фильтр выполняется на базе оксидного конденсатора относительно небольшой емкости.

Обобщенная блок-схема импульсного БП.

Импульсные источники питания строятся по другому принципу. Так как потребляемый ток имеет резко несинусоидальный характер, на входе устанавливается фильтр. На работоспособность блока он не влияет никак, поэтому многие промышленные производители БП класса Эконом его не ставят. Можно не устанавливать его и в простом самодельном источнике, но это приведет к тому, что устройства на микроконтроллерах, питающиеся от той же сети 220 вольт, начнут сбоить или работать непредсказуемо.

Дальше сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается. Инвертор на транзисторных ключах в цепи первичной обмотки трансформатора создает импульсы амплитудой 220 вольт и высокой частотой – до нескольких десятков килогерц, в отличие от 50 герц в сети. За счет этого силовой трансформатор получается компактным и легким. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется и фильтруется. За счет высокой частоты преобразования здесь могут быть использованы конденсаторы меньшей емкости, что положительно сказывается на габаритах устройства. Также в фильтрах высокочастотного напряжения становится целесообразным применение дросселей – малогабаритные индуктивности эффективно сглаживают ВЧ пульсации.

Регулирование напряжения и ограничение тока выполняется за счет цепей обратной связи, на которые подается напряжение с выхода источника. Если из-за повышения нагрузки напряжение начало снижаться, то схема управления увеличивает интервал открытого состояния ключей, не снижая частоты (метод широтно-импульсного регулирования). Если напряжение надо уменьшить (в том числе, для ограничения выходного тока), время открытого состояния ключей уменьшается.

Расчёт параметрического стабилизатора

Для вычислений рабочих параметров применяют следующие формулы:

  • с учетом деления напряжения разницу потенциалов на отдельных компонентах определяют следующим образом: Uвх = Uн + I*Rогр = Uн + (Iст + Iн)*Rогр;
  • для поддержания стабильного напряжения необходимо поддерживать допустимую силу тока в соответствии с ограничениями по ВАХ (Imin, Imax);
  • с учетом отмеченных принципов определяют номинал ограничительного сопротивления: Rогр = (Uвх min – Uст min)/ (In max + Iст min);
  • функциональный диапазон схемы параметрического стабилизатора уточняют по допустимому диапазону изменения входного напряжения: ΔUвх = Uвх max – Uвх min = Uст max + ((Iст max + In min) * Rогр – (Ucт min + (In max + I cт min) * Rогр);
  • для упрощения можно применить математическое преобразование формулы: ΔUвх = (Uст max – Uст min) + (Iст max – I ст min) * Rогр – (In max – In min) * Rогр;
  • с учетом сделанного разделения: ΔUвх = ΔUст +ΔIст * R огр + ΔIn * Rогр;
  • если ток в нагрузке не изменяется: ΔUвх = ΔIст * R огр;
  • энергетическую эффективность созданного устройства рассчитать можно с учетом потерь: КПД = (Uст*In)/(Uвх * Iвх) = (Uст/Uвх)/(1+Iст/In).

К сведению. Последняя формула объясняет увеличение энергетических затрат при повышении разницы между напряжением на входе и выходе. Аналогичное условие соблюдается при прохождении большего тока через полупроводниковый прибор.

Исходные данные определяют по параметрам источника питания (нагрузки). В соответствии с результатами вычислений подбирают подходящий ограничительный резистор и стабилитрон. Располагать компоненты нужно в соответствии с показанной на рисунке схемой.

Принцип работы стабилитрона

Полупроводниковые приборы отличаются нелинейной реакцией при работе с разными токами (напряжениями). Для изучения функциональности пользуются вольтамперной характеристикой (ВАХ), которая наглядно демонстрирует взаимное влияние базовых параметров и особенности определенной конструкции.

Стабилизатор напряжения на транзисторе
ВАХ диода

Так как стабилитрон является одной из разновидностей диода, изучение принципов работы можно начать с рассмотрения типичного электронно-дырочного (n-p) полупроводникового перехода. В правой части показано включение диода в прямом направлении. Хорошо видно, как от порогового уровня Uп дальнейшее повышение напряжения сопровождается практически линейным увеличением тока в цепи. Определенные потери можно учесть при составлении электрической схемы.

При обратном включении источника питания (левая часть рисунка) увеличение напряжения до показанного значения незначительно изменяет ток. Далее (при значении Uпр) возникает пробой, который определяется особенностями перехода:

  1. тепловой,
  2. лавинный;
  3. туннельный.

Первый из отмеченных в перечне вариантов означает чрезмерное повышение температуры и разрушение полупроводникового прибора. Третий – сопровождается увеличением тока, образованного парными зарядами. Для стабилизации подходит лавинная реакция в переходе. Как показано на графике, напряжение в этом режиме изменяется незначительно.

Модели с плавным пуском

Для того чтобы сконструировать тиристорный регулятор тока с плавным пуском, нужно позаботиться о модуляторе. Наиболее популярными на сегодняшний день принято считать поворотные аналоги. Однако они между собой довольно сильно отличаются. В данном случае многое зависит от платы, которая применяется в устройстве.

Если говорить про модификации серии КУ, то они работают на самых простых регуляторах. Особой надежностью они не выделяются и определенные сбои все же дают. Иначе обстоят дела с регуляторами для трансформаторов. Там, как правило, применяются цифровые модификации. В результате уровень искажений сигнала значительно сокращается.

Основные технические характеристики LM338

Простой регулируемый источник питания

Первая схема — типовое подключение обвязки LM338. Схема обеспечивает регулируемое выходное напряжение от 1,25 до максимума подаваемого входного напряжения, которое не должно быть более 35 вольт.

Переменный резистор R1 используется для плавного регулирования выходного напряжения.

Простой 5 амперный регулируемый источник питания

Эта схема создает выходное напряжение, которое может быть равно напряжению на входе, но ток хорошо изменяется и не может превышать 5 ампер. Резистор R1 точно подобран таким образом, чтобы поддерживать безопасные 5 ампер предельного тока ограничения, которые могут быть получены из цепи.

Регулируемый источник питания на 15 ампер

Как уже было сказано ранее микросхема LM 338 в одиночку может осилить только 5А максимум, однако, если необходимо получить больший выходной ток, в районе 15 ампер, то схема подключения может быть модифицирована следующим образом:

В данном случае используются три LM338 для обеспечения высокой токовой нагрузки с возможностью регулирования выходного напряжения.

Переменный резистор R8 предназначен для плавной регулировки выходного напряжения

Источник питания с цифровым управлением

В предыдущей схеме источника питания, для осуществления регулировки напряжения использовался переменный резистор. Ниже приведенная схема позволяет посредством цифрового сигнала подаваемого на базы транзисторов получать необходимые уровни выходного напряжения.

Величина каждого сопротивления в цепи коллектора транзисторов подобрана в соответствии с необходимым выходным напряжением.

Схема контроллера освещения

Кроме питания, микросхема LM338 также может быть использована в качестве светового контроллера. Схема показывает очень простую конструкцию, где фототранзистор заменяет резистор, который используется в качестве компонента для регулировки выходного напряжения.

Лампа, освещенность которой необходимо держать на стабильном уровне, питается от выхода LM338. Ее свет падает на фототранзистор. Когда освещенность возрастает сопротивление фоторезистора падает и выходное напряжение уменьшается, а это в свою очередь уменьшает яркость лампы, поддерживая ее на стабильном уровне.

Зарядное устройство 12В на LM338

Следующую схему можно использовать для зарядки 12 вольтовых свинцово-кислотных аккумуляторов. Резистором RS можно задать необходимый ток зарядки для конкретного аккумулятора.

Схема плавного включения (мягкий старт) блока питания

Некоторые чувствительные электронные схемы требуют плавного включения электропитания. Добавление в схему конденсатора С1 дает возможность плавного повышения выходного напряжения до установленного максимального уровня.

Схема термостата на LM338

LM338 также может быть настроен для поддержания температуры обогревателя на определенном уровне.

Здесь в схему добавлен еще один важный элемент — датчик температуры LM334. Он используется как датчик, который подключен между adj LM338 и землей. Если тепло от источника возрастает выше заданного порога, сопротивление датчика понижается, соответственно, и выходное напряжение LM338 уменьшается, впоследствии уменьшая напряжение на нагревательном элементе.

Информация взята с joyta.ru

Купить Регулируемые стабилизаторы напряжения LM338 за $2.65

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: