Схема редуктор: Редуктор от «А» до «Я»

Содержание

Устройство мотор-редуктора с расчетами: Статьи

Мотор-редуктор подбирается по специальным инженерным расчетам. Сложных конструкторских изысканий проводить не требуется, так как используют типовые схемы расчетов с учетом нескольких основных показателей. Самые главные из них — допустимый крутящий момент на выходном валу и скорость оборотов.

Рисунок №1. Устройство червячного редуктора

Расчеты при подборе мотор-редуктора проще, чем при раздельной установке редуктора и электродвигателя. Отпадает необходимость в точном согласовании этих механических узлов. Все характеристики можно разделить на механические и электрические (требования к питанию электродвигателя).

Механическое совмещение осей мотор-редуктора и приводного механизма обеспечивается муфтой и болтовым соединением картеров. Очень удобно торцевое крепление, но этот метод подходит только для компактных моделей, например, для планетарной кинематической схемы.

Рисунок №2. Устройство планетарного редуктора

Основные кинематические схемы мотор-редукторов
  1. Червячная. Обладает самой низкой стоимостью в пересчете на передаточное число. Только одна ступень червячного редуктора может дать передаточное число до 50-80. Двухступенчатая дает уже 50-10 000, но на практике такие редукторы нужны крайне редко.
  2. Цилиндрическая. Самый лучший вариант для большой мощности. Именно редуктор с цилиндрическими шестернями обеспечивает наибольший КПД и срок службы. Все промышленные системы, требующие большой мощности привода, комплектуются именно цилиндрическими редукторами, например: дробилки, прокатные станы.
  3. Планетарная. Оптимальный вариант для компактных мотор-редукторов. Планетарная кинематическая схема совмещает в себе преимущества все преимущества цилиндрической схемы, кроме низкой стоимости и простоты изготовления. Планетарные редукторы общепромышленного исполнения устанавливаются на металлообрабатывающих станках.

Есть и другие, менее распространенные схемы шестеренчатых редукторов: коническая, комбинация конической и цилиндрической (коническо-цилиндрический редуктор) и комбинация червячной и цилиндрической. Комбинированные схемы применяются в мотор-редукторах специального исполнения: привод транспортеров, сортировочных барабанов, сборочных линий.

Рисунок №3. Устройство цилиндрического редуктора

Особый вариант мотор-редуктора — волновой. Он существенно отличается от всех остальных видов тем, что зацепление осуществляется через гибкое зубчатое колесо. Такая схема пригодна для малых и средних нагрузок. Ресурс гибкого колеса небольшой, но для большинства способов применения его достаточно. Волновые редукторы могут иметь передаточное отношение такое же, как и у червячных двухступенчатых, при этом их КПД значительно выше. Их можно применять уже в достаточно нагруженных приводных системах, например, для компактных буровых станков.

Мотор-редукторы для постоянной нагрузки

Для привода машин и механизмов с продолжительным режимом работы необходимо выбирать мотор-редукторы с запасом по мощности. Самая выгодная эксплуатация будет при небольшом запасе по мощности.

Если его сделать слишком значительным, то энергия будет перерасходоваться, плюс сама приводная система станет слишком дорогой.

В цилиндрических редукторах КПД одинаков при вращении в обе стороны. У червячных и конических — различается. Именно поэтому производители предлагают право- и левостороннее исполнение. Также возможен выпуск входного и выходного вала в нужные стороны. Варианты сборки указываются при заказе. Поскольку они собираются из одинаковых деталей, то стоимость тоже будет одинаковой вне зависимости от конкретного варианта сборки.

Мотор-редукторы для циклической нагрузки

Значительное число производственных механизмов работают циклически. Их нагрузка не постоянна, что дает возможность шестерням редуктора остывать. Специально для таких задач производители указывают графики продолжительности работы в зависимости от нагрузки. При подборе эти показатели обязательно учитываются.

Специализированные редукторы для прокатного оборудования

Прокатка металла требует чрезвычайно значительных усилий. Крутящий момент таких приводных систем в тысячи и десятки тысяч раз превышает аналогичный показатель, например, у автомобилей. Фактически, крутящий момент ограничен только показателем прочности металлов (около 5000 кг/см).

Если в других областях промышленности можно использовать универсальные редукторы, то для прокатного оборудования годятся только специализированные решения. Рассмотрим именно такие приводные системы прокатных станов любой мощности, производимые Электростальским Заводом Тяжелого Машиностроения (редукторы ЭЗТМ). Поскольку это очень специализированный вид продукции, он производится небольшими сериями, но для снижения себестоимости производства, требуется увеличение количества серий. Поэтому продукция популярна в более чем в 40 странах мира, включая такие металлургические гиганты, как Китай.

Приводные агрегаты линий производства бесшовных труб

Наибольшей прочностью обладают стальные горячекатаные бесшовные трубы. Такой способ производства удобен при большой толщине стенки трубы.

Именно по этой технологии делаются трубы нефтегазового сортамента (трубы НКТ). Их прокатка требует значительных механических усилий. Основная клеть стана приводится от цилиндрических редукторов высокой мощности. Цилиндрическая схема является основной. Для привода вспомогательных механизмов (транспортеры, подача труб) можно использовать все остальные типы редукторов, например планетарные и червячные.

Обязательный элемент трубопрокатного стана — прошивной станок. Чтобы обеспечить прошивку нагретых стальных заготовок для труб, необходим вращательный момент 1000 кН (1 млн. Н). Прошивной стан приводится так называемым шевронным редуктором. Зубчатые венцы шестерен большого размера изготавливаются отдельно от колеса.

Редукторы для станков сортового проката

Сортовой прокат имеет большее поперечное сечение (в кв см металла), чем в трубах. В связи с этим усилие прокатки тоже требуется увеличивать. Ставится специализированный цилиндрический редуктор на каждую клеть. Чем меньше диаметр заготовки — тем меньше требуемое усилие проката, но за счет возрастания числа технологических операций на каждую тонну, стоимость не снижается (в пересчете на вес).

Именно поэтому для массивных конструкций (высотные здания, мосты) стараются использовать арматуру и прокат большого сечения. Их производство возможно только на крупных прокатных станах с редукторами с моментом 1000 кН и более.

Перейти в каталог мотор-редукторов

особенности ремонта и смены масла. Как его разобрать и произвести замену сальника и других запчастей?

Редуктор является незаменимым компонентом любой техники, где используется двигатель, поскольку без него невозможна передача вращательного движения. Конструктивно этот элемент в мотоблоках «Нева-МБ-2» схож с деталями, используемыми в составе иной техники, однако чтобы узнать о нем больше, необходимо более подробно изучить вопрос.

Особенности

В конструкции мотоблока установлен шестеренчато-цепной агрегат, главной задачей которого является передача вращательного движения, а значит, и изменение частоты вращения фрез. Именно благодаря редуктору от ведомого шкива механическое действие передается колесам техники, посредством чего меняются скорость и направление.

Внутри корпуса находится масло, которое необходимо для обеспечения работоспособности редуктора. Элемент заключен в прочный герметичный корпус. Его кинематическая схема состоит из цепи и двух звезд, расположенных в противоположных направлениях. Нижнюю называют ведомой, поскольку она стоит на валу и приводит в движение всю систему мотоблока.

Состав

В состав редуктора мотоблока входят следующие важные части:

  • винты;
  • подшипники;
  • оси;
  • звездочки;
  • корпус;
  • втулки;
  • рычаги переключения;
  • зубчатые колеса;
  • вал;
  • муфта;
  • полуоси;
  • плата;
  • пружина.

Это далеко не все элементы, которые задействованы в конструкции редуктора, но они являются основными.

Поломка одного из них приводит к потере производительности и последующему ремонту.

По сравнению с червячным редуктором, шестеренчато-цепной обладает большей надежностью. Он удобен и прост в эксплуатации, может поддерживать функцию реверса. Как правило, это разборная конструкция, где все элементы соединены между собой болтами, благодаря которым можно осматривать состояние цепей и шестеренок при необходимости. Подобные редукторы устанавливают на большие мотоблоки, которым необходим прочный и надежный агрегат для передачи усилия на колеса и фрезы.

Наиболее простой и частой причиной поломки является разрыв или растяжение цепи, но устранить проблему может любой пользователь без обращения в сервисный центр.

Нюансы применения

Чтобы пользователю приходилось как можно реже сталкиваться с поломкой мотоблока, требуется следить за работой не только двигателя, но и редуктора. Специалисты дают свои советы относительно того, какие основные требования необходимо соблюдать во время эксплуатации.

  • Важно использовать только качественное масло, а вместе с тем регулярно проверять его наличие внутри элемента. По ГОСТу для этого редуктора идеально подходит ТАД-17И или аналог, который также легко можно найти в магазинах – ТАП-15В.
  • Проводить полную замену масла следует через установленные производителем мото-часы. В инструкции для пользователей указано, что замена должна производиться через 30 часов после первого запуска мотоблока, а впоследствии – через 150 часов.
  • Если мотоблок ставится на консервацию, то все рабочие жидкости из него удаляются, а необходимые подвижные элементы смазываются.
  • Периодически от пользователя требуется проверять степень натяжения цепи редуктора. Если она провисает, то ее заменяют новой, поскольку ремонту данный элемент не подлежит.
  • Замена сальника может производиться самостоятельно, благодаря полностью разборной конструкции описываемого агрегата.

Возможные поломки

Стоит сказать, что редуктор от мотоблока «Нева-МБ-2» ремонтируется быстро и просто. Это возможно благодаря тому, что на рынке всегда можно найти запчасти для него. Возникает такая необходимость при появлении следующих признаков:

  • на выходном вале начинает появляться масло;
  • заклинивает цепь;
  • нет кинематической связи;
  • не переключаются передачи.

Во всех указанных случаях требуется разобрать и осмотреть редуктор. При подтекании масла проблема может быть устранена простой заменой манжеты, которая со временем может терять свои первоначальные качества. Заклинивание всегда связано с поломкой цепи, поэтому данную проблему можно устранить только полной заменой. Если этот элемент цел, но отсутствует кинематическая связь, стоит обратить внимание на присутствующие в конструкции звездочки. Одна из них могла обломаться.

При отсутствии переключения передачи осматривается сухарь, который может быть разрушен. Иногда бывает срезана резьбовая часть ручки. Если пользователь стал замечать, что протечка масла наблюдается на вале переключения, то это не всегда является показателем поломки. Иногда просто в редукторе превышен допустимый уровень масла. Избыток необходимо просто слить.

Стоит помнить, что неправильный запуск и регулировка также могут приводить к появлению неисправностей во время работы редуктора, поэтому производитель советует тщательно изучить инструкцию перед тем, как начинать использовать технику.

Более сложные поломки должны устраняться только специалистами, поскольку неправильная разборка агрегата неопытным пользователем нередко приводит к появлению еще большей проблемы и необходимости дорогостоящего ремонта.

Следующее видео посвящено разборке и ремонту редуктора.

Цилиндрические редукторы

Редуктором (цилиндрическим) называют механизм, который преобразует высокую угловую скорость вращения входного вала в низкую на выходном валу. При этом крутящий момент на выходном валу возрастает пропорционально уменьшению скорости вращения.

Редуктор (цилиндрический) состоит из корпуса, в котором расположены зубчатые колеса, валы, подшипники валов, системы их смазки и др. Наличие корпуса обеспечивает безопасность, хорошую смазку и, следовательно, высокий КПД, в сравнении, например, с открытыми передачами.

Цилиндрический редуктор – самый распространенный тип редукторов за счет простоты передачи и максимального КПД. Основу редуктора составляют зубчатые передачи – прямозубые цилиндрические или конические или косозубые. Редуктор может состоять из одной или нескольких ступеней. Число ступеней выбирается исходя из требуемого передаточного отношения – чем оно выше, тем большее число ступеней необходимо.

Описание и принцип работы:

Цилиндрический редуктор представляет собой одну или несколько последовательно соединенных цилиндрических передач, заключенных в общий корпус. Редуктор имеет входной и выходной валы, которые посредством муфт или иных соединительных элементов соединяются с двигателем и рабочей машиной соответственно. В свою очередь цилиндрическая зубчатая передача представляет собой пару зубчатых колес, находящихся в зацеплении друг с другом.

Когда к входному валу прикладывается вращающий момент, он, как и закрепленное на нем зубчатое колесо, приводится в движение. Посредством цилиндрической передачи усилие передается от колеса входного вала к колесу, находящемуся с ним в зацеплении. Колеса изготавливаются разных диаметров и с разным количеством зубьев, причем колесо с меньшим числом зубьев называется шестерней, а с большим – колесом. Вращающий момент последовательно передается с входного вала на промежуточный, а с промежуточного на выходной (в случае двухступенчатого редуктора).

Основные характеристики редукторов

Основные характеристики редукторов: КДП, частота вращения входного и выходного валов, передаточное отношение, передаваемая мощность, количество ступеней и тип передач.

Передаточное отношение – это отношение скоростей вращений входного к скорости вращения выходного вала.

i = wвх/wвых

КПД редуктора определяется отношением мощности на входном валу к мощности на выходном валу

n = Pвх/Pвых

Классификация цилиндрических редукторов:

Цилиндрические редукторы могут классифицироваться по различным признакам, таким как количество ступеней, виды колес, виды резьбы и т. д. Рассмотрим основные варианты классификации.

В зависимости от типов зубьев колес:

  • прямозубые
  • косозубые
  • криволинейные
  • шевронные

Прямозубые колеса наиболее просты в изготовлении, однако именно они являются наиболее шумными по сравнению с косозубыми и шевронными. Кроме того, из-за постоянных ударов при контакте пар зубьев создается вибрация, являющаяся причиной повышенного износа.

Косозубые колеса более сложны по сравнению с прямозубыми, однако эксплуатационные характеристики у них выше, что выражается в меньшей шумности, меньшем износе и повышенной плавности работы. За это приходится расплачиваться возникновением осевой силы, негативные воздействия необходимо компенсировать. Последующим улучшением косозубого колеса можно считать колесо с криволинейными зубьями. У таких колес эксплуатационные характеристики еще выше, но вместе с тем возрастает сложность изготовления такого типа колес, для чего требуется специальное оборудование.

Недостаток косозубых колес в виде возникающей осевой силы может быть решен путем установки на валу второго такого же колеса, но имеющего противоположный наклон зубьев. Тем самым достигается взаимная компенсация осевых сил двумя половинками колеса, которое получило название шевронное. С их помощью можно достигнуть крайне высокой плавности хода. У шевронных колес угол зубьев, как правило, больше, чем у косозубых.

По взаимному расположению валов:

  • С параллельными осями валов
  • С перекрещивающимися осями валов

Большинство цилиндрических редукторов имеют параллельное расположение валов. В случае если оси входного и выходного вала редуктора совпадают, то такой редуктор называют соостным. Соостный редуктор должен состоять минимум из двух передач, чтобы было возможным размещение входного и выходного вала на одной оси. Если необходима компоновка цилиндрического редуктора с перекрещивающимися осями валов, то используются специальные винтовые колеса.

По количеству ступеней:

  • Одноступенчатые
  • Двухступенчатые
  • Трехступенчатые
  • Многоступенчатые

Выбор необходимого количества ступеней обуславливается передаточным числом, которое должен обеспечивать цилиндрический редуктор. Различной компоновкой ступеней в редукторе можно добиться различного положения относительно друг друга входного и выходного валов.

Варианты исполнения цилиндрических передач:

  • развернутая;
  • раздвоенная;
  • соосная.

Развернутая схема самая распространенная за счет рациональной унификации деталей редуктора. Например, одни и те же шестерни и зубчатые колеса можно использовать в разных редукторах, что приводит к удешевлению продукции в серийном производстве.

Также с целью унификации принимают левое направление зубьев для шестерни и правое для колеса. Однако в единичном производстве удобней принимать левое расположение для шестерни и правое для колеса второй ступени из-за того, чтобы уравновесить осевые силы на промежуточном валу и снизить осевые нагрузки на опоры.

Развернутую схему используют при межосевом расстоянии до 800 мм. Редукторы, изготовленные по развернутой схеме, имеют удлиненную форму, что приводит к перерасходу металла до 20% по сравнению с редуктором с раздвоенной схемой.

Раздвоенная схема может применяться для тихоходной и для быстроходной ступеней. Более рациональной является вариант с быстроходной ступенью, так как при нем возможно изготовить промежуточный вал как «вал-шестерню» и плавающий быстроходный вал.

Раздвоеная схема «разносится» за счет использования косозубых передач, фактически получая шевронную передачу.

Соосная схема предусматривает расположение входного и выходного вала на одной оси. Такие редукторы имеют массу и габариты близкие к редукторам с развернутой схемой. В данной схеме быстроходная ступень является недонагруженной, а тихоходная наоборот – перегруженой.

Двухступенчатые цилиндрические редукторы в среднем имеют диапазон передаточных отношений от 6,3, до 70.

Ресурс цилиндрических редукторов – 25 тысяч часов.

Достоинства и недостатки:

Они обладают рядом достоинств, обуславливающих столь широкое их применение:

Цилиндрические редукторы позволяют передавать усилие с высокой эффективностью, что обеспечивает их КПД в районе 98-99%. Во многом это обуславливается незначительными силами трения, возникающими в процессе работы. Это преимущество делает цилиндрические редукторы весьма экономичными, что способствовало их широкому распространению.

  • Низкое тепловыделение

Высокий КПД приводит к тому, что лишь малая часть передаваемой энергии теряется безвозвратно. Следствием этого является то, что лишь малая часть энергии идет на нагрев деталей передачи, что и обуславливает низкое тепловыделение. Это преимущество позволяет обходиться без установки на редукторы каких-либо дополнительных систем охлаждения, а также увеличивает эксплуатационную надежность редуктора.

  • Способность передавать высокие мощности

Из-за особенностей конструкции цилиндрические редуктора не склонны к заеданиям, высокому КПД и незначительному тепловыделению цилиндрические редукторы хорошо подходят для передачи больших мощностей. Если в отдельных случаях потерями можно пренебречь, когда использование другого типа редукторов более выгодно или единственно применимо, то в крупных агрегатах вопрос энергоэффективности выходит на первое место.

  • Надежность работы даже в условиях продолжительных период с частыми пусками-остановами

Данное преимущество во многом обусловлено небольшим трением скольжения в цилиндрической передаче, за счет чего обеспечивается малый износ рабочих деталей. В отличие от червячных редукторов цилиндрические также достаточно надежны в условиях режима работы с частыми пусками и остановами или пульсирующей нагрузкой, так как подобный режим не приводит к чрезмерному увеличению скорости износа.

  • Малый люфт выходного вала

В сравнении с червячными редукторами цилиндрические обладают значительно меньшим люфтом выходного вала, за счет чего достигается их высокая относительно других типов редукторов кинематическая точность, что позволяет использовать цилиндрические редуктора в системах, предъявляющих повышенные требования к точности, таких как приводы устройств позиционирования.

  • Возможность вращения валов в любую сторону

Данную особенность можно отнести как достоинствам, так и к недостаткам в зависимости от условий применения редуктора. Полная обратимость может быть как полезна, когда необходимо проворачивать выходной вал, так и нежелательна, если, к примеру, рассматривать подъемный механизм, в устройстве которого может возникнуть необходимость дополнительно устанавливать тормозной механизм.

Из недостатков цилиндрических редукторов обычно выделяют следующие пункты:

  • Ограничение по передаточному числу

Передаточное отношение одной ступени зубчатой цилиндрической передачи не рекомендуется делать больше 6,3. Соответственно, если от редуктора требуется большее передаточное число, то приходится вводить дополнительные ступени. Это влечет за собой непомерное увеличение габаритов цилиндрического редуктора и возрастание его металлоемкости. В большинстве случаев применение громоздких цилиндрических редукторов с большим передаточным числом является нерациональным.

  • Повышенная шумность

При работе цилиндрического редуктора линия контакта не постоянна, а возникает вновь при вхождении в контакт очередной пары зубьев. Это приводит к тому, что показатели шумности у цилиндрических редукторов оказываются выше, чем у аналогичных червячных редукторов.

Сфера применения:

Цилиндрические редукторы являются одним из наиболее распространенных типов редукторов. Сложно назвать область, где бы они ни применялись в большей и меньшей степени. Начиная от строительства и машиностроения, заканчивая робототехникой и военно-промышленным комплексом. Во многом такая распространенность объясняется тем, что цилиндрические редукторы чаще всего используются в электроприводах машин или входят в состав моторов-редукторов. Как упоминалось выше, одной из основных причин такого распространения является высокий КПД цилиндрических редукторов, что делает его использование наиболее экономически выгодным.

Расчет цилиндрического редуктора:

Как правило, перед началом проектирования часть характеристик редуктора уже задана. Положим, что передаточное число и вращающий момент на шестерне известны.

Предварительно определяется ориентировочное значение межосевого расстояния:

aw1 = K·(u∓1)·∛(Tш/u)

aw1 – предварительное межосевое расстояние, мм
K – поправочный коэффициент, зависящий от твердости зубьев колеса и шестерни
u – передаточное число редуктора
Tш – вращающий момент на шестерне, H·м
∓1 – знак плюс соответствует внешнему зацеплению, знак минус – внутреннему

Далее рассчитывается окружная скорость:

v = [2·π·aw1·n1]/[6·104·(u∓1)]

v – окружная скорость, м/с
aw1 – предварительное межосевое расстояние, мм
n1 – частота вращения шестерни, с-1
u – передаточное число редуктора
∓1 – знак плюс соответствует внешнему зацеплению, знак минус – внутреннему

Полученное значение проверяется по таблицам допустимой окружной скорости в зависимости от степени точности передачи.

После этого производят уточнение значения межосевого расстояния:

aw = K1·(u∓1)·∛((KН·Tш)/(ψab·u·σH²))

aw —  уточненное межосевое расстояние, мм
K1 – поправочный коэффициент (прямозубые колеса – 540; косозубые и шевронные — 410), МПа1/3
u – передаточное число редуктора
±1 – знак плюс соответствует внешнему зацеплению, знак минус – внутреннему
KН – поправочный коэффициент нагрузки
Tш – вращающий момент на шестерне, H·м
[δ] – допустимое напряжение, МПа
ψab – коэффициент ширины, зависящий от ширины колес

Полученное значение межосевого расстояния используют для нахождения предварительных геометрических размеров колес.

Делительный диаметр:

d2 = (2·aw·u)/(u∓1)

Ширина:

b2 = ψab·aw

Рассчитывается минимальное (из условий прочности) и максимальное (из условия неподрезания зубьев) значение модуля передачи:

mmin = [Km·KF·Tш·(u∓1)]/[aw·b2·σF]

Km – поправочный коэффициент (прямозубые колеса – 3400; косозубые — 2800)
KF – коэффициент нагрузки
σF – допустимые напряжения изгиба зубьев колеса или шестерни, МПа

mmax = [2·aw]/[17·(u∓1)]

Искомое значение модуля передачи выбирается из полученного диапазона, берется минимальное из стандартного ряда.

Полученное значение модуля зацепления используется для расчета минимального необходимого угла наклона зубьев (в случае косозубых или шевронных колес).

Для косозубых колес:

βmin = arcsin⁡((4·m)/b2)

Для шевронных колес:

βmin = 25°

Также с помощью модуля зацепления определяется общее число зубьев:

zоб = 2·aw·(cosβmin)/m

Полученное значение округляется в меньшую сторону, и с его помощью находится истинное значение угла наклона зубьев:

β = arccos[(zоб·m)/(2·aw)]

А также число зубьев шестерни и колеса

Для шестерни:

zш = zоб/(u∓1)

Полученное значение не должно быть меньше минимального. Для прямозубых колес оно составляет 17, а для косозубых и шевронных находится по формуле zмин=17·(cosβ)3. В случае, если получившееся значение оказывается меньше минимального, то передачу изготавливают со смещением, чтобы предотвратить подрез зубьев в ходе эксплуатации. Коэффициент смещения рассчитывается по следующей формуле:

x = (17-u)/17

Число зубьев колеса:

zк = zоб-zш

Фактическое передаточное число определяется на основе полученных чисел зубьев:

uитс = zк/zш

Получившееся значение не должно отличаться от первоначального более чем на 3% (в случае одноступенчатых), на 4% (в случае двухступенчатых) и 5% (в случае многоступенчатых).

Конечные геометрические параметры зубчатых колес:

Делительный диаметр шестерни:

d1 = (zоб·m)/cosβ

Делительный диаметр колесf:

d2 = 2·aw∓d1

«+» – для внутреннего зацепления
«-» – для внешнего зацепления

В завершение проводится проверочный расчет на прочность.

Преобразователь с 12 В на 6 В — Коллекция Best 5 схем

Схемы простых схем преобразователя с 12 В на 6 В обсуждаются ниже. Эти схемы линейного преобразователя постоянного тока в постоянный можно использовать для преобразования всех типов источников питания 12 В в источники питания 6 В.

Редуктор ниже 12 В на 6 В может быть полезен в случае, если вы хотите заменить батарею 6 В на батарею 12 В или адаптер источника питания 12 постоянного тока.

Как снизить напряжение с 12в до 6в?

Схема линейного регулятора

с использованием LM7806 и LM317 помогает понизить или уменьшить потенциал батареи с 12 В до 6 В, чтобы использовать ее с любыми ИС, которые необходимо запитать с таким большим потенциалом.Рекомендуется использовать надежные линейные регуляторы / преобразователи мощности для эффективного функционирования и во избежание случайного отказа цепи.

Преобразователь 12В в 6В с LM7806:

LM7806 — это ИС стабилизатора постоянного напряжения, которая регулирует входное напряжение, используемое в электрической и электронной схеме.

Понижающий с 12 В до 6 В с IC LM7806 построен, как показано на схеме ниже. Обычно он используется для среднетоковых приложений от нескольких миллиампер и до 2 ампер.

Советы:
Рекомендуется подключить входной конденсатор «Cin» и выходной конденсатор «Co» к IC 7806 в соответствии с таблицей данных. Радиатор должен быть подключен к этой микросхеме регулятора, чтобы предотвратить его тепловое повреждение.

Существует вероятность выхода ИМС из строя, если не подключен радиатор. Разница напряжений между входами и выходами должна поддерживаться на уровне 2 Вольт. Технически это называется «выпадением напряжения».

Необходимые компоненты:
Источник питания 12 В, конденсатор 10 мкФ, конденсатор 0,1 мкФ, IC LM7806, радиатор, провода или разъемы.

Рабочий:

ИС спроектирована таким образом, чтобы ее можно было модифицировать для работы в качестве защиты от короткого замыкания для ваших критических цепей. Его также можно использовать в качестве регулятора тока в цепи.

LM7806 — это ИС серии LM78xx, все ИС этой серии предназначены для различных фиксированных выходных напряжений, но ее можно модифицировать для работы в качестве регулятора переменного напряжения.Эти типы ИС известны как ИС линейного регулятора. Даже эти микросхемы могут работать без каких-либо внешних компонентов, что снижает стоимость схемы.

LM7806 ИС линейного трансформатора. Цифры «xx » представляют значение выходного напряжения постоянного тока, в этой микросхеме 7806 IC выдает 6 В постоянного тока в виде цифры « xx » в последнем, читается как (06). Точность вывода составляет от 2% до 4%.

Контакт номер 1 — это входной контакт , контакт Контакт 2 — контакт заземления , контакт Контакт 3 — выходной контакт , если смотреть как область печати, обращенную к человеку.

(номиналы конденсаторов могут отличаться в зависимости от области применения)

LM317 Преобразователь 12В в 6В:

Преобразователь постоянного тока 12В в 6В может быть изготовлен с помощью популярного регулятора напряжения IC LM317, поскольку эта ИС дает регулируемое выходное постоянное напряжение с некоторыми изменениями во внешней цепи. Это полезно для цепей среднего и высокого тока (от 1 до 1,5 ампер +)

Как правило, LM317 используется в цепях переменного тока, которые обеспечивают регулируемое напряжение (1.От 25 В до 37 В) при изменении напряжения на контакте № 1. Здесь схема делителя напряжения, используемая с LM317, дает фиксированное напряжение / напряжение 9 В.

Важно:
Предлагается добавить входной конденсатор Cin и выходной конденсатор Co (без этого конденсатора он работает, но регулирование может быть нарушено). Радиатор необходим для охлаждения микросхемы от выделяемого тепла, а также предотвращает ее повреждение.

Падение напряжения этой ИС очень низкое по сравнению с другими ИС, поэтому напряжение i / p должно быть не менее 1.5 В или больше, чем выходное напряжение, необходимое для работы этой ИС.

Необходимые компоненты:
Источник питания 12 В, резистор 1,8 кОм, резистор 6,8 кОм, конденсатор 10 мкФ, конденсатор 1,0 мкФ, микросхема LM317, прикрепленная к радиатору.

Рабочий:
LM317 — это универсальная ИС с функцией регулируемого регулирования напряжения и способная подавать стабилизированное напряжение….

(для получения более подробной информации о регуляторе LM317 и его работе перейдите по этой ссылке)

Формула для выходного напряжения имеет следующий вид:

Это формула для выходного напряжения редуктора от 12 В до 6 В с использованием LM317.Это дает приблизительно требуемый результат, когда R2 и R1 выбраны для приравнивания формулы. Учитывайте значение резисторов в килоомах, чтобы снизить энергопотребление.

Также проверьте стабилизатор с 12 В на 6 В, используя транзистор, указанный ниже, эта схема почти устарела, так как есть различные одиночные ИС, доступные для покупки и использования. Очень удобную и компактную схему можно реализовать с помощью современных решений.

Преобразователь 12В в 6В с использованием резисторов в качестве делителя напряжения:

Схема, показанная ниже, представляет собой редуктор с 12В на 6В для цепи небольшого потребления тока или для измерения опорного напряжения в цепи компаратора или цепи для светодиодного индикатора .

Вы можете подключить несколько светодиодов последовательно через резистор R2 (1,2 кОм), если вы используете батарею на 12 В на входе. Вы можете снять вывод с резистора R1.

Этот тип схемы не так популярен среди производителей из-за низкого тока, поэтому не рекомендуется для использования в проектах.

Необходимые компоненты:

Одна батарея / источник питания 12 В, резистор 1,2 кОм, несколько проводов.

Это простая схема делителя напряжения.Вы можете получить необходимое напряжение по следующей формуле:

Где «Vo» — выходное напряжение постоянного тока. «Vin» — это нерегулируемое напряжение. Вам нужно выбрать номинал резистора R1 или R2 ( также зависит от импеданса нагрузки ) и решить для другого. Затем выберите ближайший к нему стандартный номинал полученного резистора.

Преобразователь 12В в 6В с использованием стабилитрона:

Схема понижающего преобразователя 12В в 6В, показанная ниже, основана на использовании стабилизатора напряжения, его можно использовать для (1-800мА) цепи среднего тока, например. Светодиодные индикаторы в защите от перенапряжения по цепи напряжения.

Вы можете использовать эту схему преобразователя постоянного тока в постоянный с 12 В до 6 В с любой другой схемой, сняв напряжение на стабилитроне 6,2 В. На выходе получится ~ 6,2В.
(Обратите внимание, что это примерно 6 вольт, а не точные 6 вольт, используйте вышеуказанные схемы для точных 6 вольт, большинство устройств могут работать с допуском 2-4%, поэтому это также может работать)

Важно:
Нагрузка должна быть подключена к выходному концу регулятора, чтобы предотвратить возгорание стабилитрона.
Последовательный резистор Rs = 10 Ом является токоограничивающим резистором, и при подаче большого тока он будет проходить через него, поэтому необходим резистор мощностью 3 Вт.

Необходимые компоненты:
Источник 12 В, резистор 10 Ом (мощность важна, когда цепь потребляет ток больше, чем несколько миллиампер), рекомендуется стабилитрон 6,2 В (1 Вт / 3 Вт / 5 Вт) с большей мощностью, какие-то провода или разъемы.

Рабочий:
Это общая схема стабилитрона как стабилизатора напряжения.

Разработайте стабилитрон на 6,2 В от источника постоянного тока на 12 В. Максимальная номинальная мощность…

Для подробного расчета и формул выполните поиск по артикулу понижающего преобразователя с 12 В на 6 В в поле поиска в меню.

Преобразователь 12В в 9В с использованием транзистора:

нагрузка… ..

Цепь регулируемого регулятора напряжения высокого тока, 0–30 В 20А

Если вы ищете схему регулятора напряжения высокого тока Регулируемое напряжение.Это может быть лучшим выбором для вас.

Он может выдавать выходной ток 20 А или 400 Вт и может регулировать напряжение от 4 до 20 В или легко подавать напряжение от 0 до 30 В. Это хорошее качество, отличная производительность и долговечность с печатной платой.

Для использования в электронной телекоммуникации, радиопередатчиках большой мощности и т. Д.

В этом проекте используются несколько компонентов. Из-за использования четырех стабилизаторов напряжения LM338-5A и популярного операционного усилителя IC-741 в режиме линейного питания.

Попробуйте построить и вам понравится!

Как это работает

LM338K, который мы предлагаем для использования, представляет собой схему регулятора напряжения постоянного тока на плавающем типе. Простой прикладной стиль этой ИС, как показано на рисунке 1

Как использовать LM338 IC в базовой конфигурации

Рисунок 1 Схема , в нормальных условиях напряжение между выводом Adj и выводом равно 1.25 В стабильно, что поток R1, R2 также будет постоянным.

Выходное напряжение равно напряжению на выводе Adj + 1,25 В или Рассчитывается следующим образом

Vo = 1,25 (R1 + R2) / R1

Высокий ток при параллельном подключении LM338

Нормально IC-LM338 Может подавать до 5 ампер, но чтобы ток нагрузки не превышал 20 ампер, приведем в параллель.

На что обращать внимание при параллельном подключении множества ИС, так это на средний ток, протекающий по цепи.Каждому одинаково.

Самый простой способ — подключить резистор к выходному выводу IC, как показано на рис. 2 .

Номинал резисторов, используемых к нему, будет намного меньше, чем R1.

Исходя из схемы, мы можем установить.

IoRs = 1,25 — Vo (R1 / (R1 + R2))

И от работы цепей, установленных ниже, будет.

IiRs = 1,25 — Vo (R1 / (R1 + R2))

Из этих двух одинаковых уравнений следует, что Io = Ii.

Или просто, ток через микросхему LM338 одинаков.


Соединение LM338 в параллельной форме

На практике мы не используем схемы для его использования. Поскольку падение напряжения Rs будет изменяться в зависимости от тока, протекающего через нагрузку, и эталонного напряжения IC. Кроме того, они отличаются друг от друга.

Внешнее управление LM338 с использованием uA741

Следовательно, нам необходимо управлять внешними цепями. Для управления напряжением на контакте adj, как показано на Рисунок 3.

Из схемы мы увидим, что на отрицательном выводе микросхемы должно быть половину выходного напряжения. И на положительном выводе должно быть равное номинальному напряжению.

Это вызвано постоянным током, протекающим через транзистор к Rs и P1.

От свойств схемы операционного усилителя до регулируемого уровня выходного напряжения, что. Пока не будет такое же напряжение на штыревом входе.

Итак, напряжение на базе вывода транзистора Q1 равно напряжению на отрицательном выводе IC.

Напряжение, которое изменяет сопротивление транзистора, вызывая изменение напряжения в опорной точке.

Сопротивление транзистора обратно пропорционально выходному напряжению, чтобы компенсировать потерю напряжения в размере Rs. Из-за неравномерного протекания этих нагрузочных токов.

Регулятор постоянного тока большой мощности 4-20 вольт 20 ампер от LM338

  • Исходя из всех приведенных выше принципов, у нас есть приложения для схем, как показано на Рисунок 4 , если вы хотите добавить IC-LM338, позволяя им быть более высоким током.
  • Для трансформатора, который может подавать не менее 30 ампер, а напряжение вторичной обмотки должно быть не менее 18 вольт.

Для оптимизации схемы конденсатора-С2 лучше использовать 20000uF.

Чтение: Как использовать LM317 Техническое описание и распиновка

Список деталей
IC1: LM741
IC2-IC5: LM338K или LM338P
Q1: BD140
D1: Мостовой диод 35A
D2: 1N4148, диод. R1: резистор 150 Ом 0,5 Вт
R2: резистор 100 Ом 0.5 Вт
R3, R4: резисторы 4,7 кОм 1/2 Вт
R5-R8: резисторы 0,3 Ом 5 ​​Вт
C1: 0,01 мкФ 200 В, полиэфирный конденсатор
C2, C5: 4700 мкФ 50 В, электролитические конденсаторы
C3: 0,1 мкФ 63 В, полиэфирный конденсатор
C4: 10 мкФ 25 В Тантал
C6: 47 мкФ 35 В, электролитические конденсаторы


Печатная плата регулятора постоянного тока большой мощности-4-20-вольт-20-ампер

Build 20A Регулируемый источник питания высокого тока

  • Все устройства в схемах. Устройства можно припаять к печатной плате, как показано на Рисунок 5 .Если вы не измените входной конденсатор-C2, он увеличится. Мне придется установить его за пределами печатной платы.
  • Мостовой диод должен быть аккуратно прикреплен к радиатору. Чтобы продлить срок службы и долговечность.
  • Для IC-LM338, который также необходимо установить на радиатор большого размера. Будьте осторожны, корпус микросхемы к радиатору замыкается решительно.
  • Когда все будет готово к пайке оборудования, протестируйте входное питание переменного тока для этого проекта.
  • Затем отрегулируйте VR1 до необходимого выходного напряжения, проверьте нагрузку и отрегулируйте VR1 до тех пор, пока выходное напряжение не останется неизменным.

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Цепь регулируемого регулятора напряжения

с использованием LM338

Источник напряжения постоянного тока

необходим для любой электронной схемы. Многие электронные устройства требуют регулируемого источника постоянного тока без пульсаций. Здесь мы разработали регулируемый стабилизатор напряжения с использованием LM338. Для обеспечения регулируемого выхода постоянного тока от 1,2 В до 32 В от 1.Вход 5–35 В. Нерегулируемый источник постоянного тока.

IC LM338 от Texas Instruments представляет собой регулируемый трехконтактный стабилизатор положительного напряжения, способный выдавать ток более 5 А в диапазоне выходного напряжения от 1,2 В до 32 В. Для его работы требуется всего два резистора. Здесь мы используем переменный резистор для получения желаемого выходного напряжения.

Vout = 1,25 В (1 + R2 / R1) + Iadj R2

Схема подключения

Требуемые компоненты (спецификация)

9038 -3_Вертикальный 96mm_Вертикальный
1 C1 10 мкФ / 25 В CP_Radial_D4.0мм_P2.00мм 1
2 C2 4,7 мкФ / 25В CP_Radial_D4. 0mm_P2.00mm 1 .6mm_P5.08mm_Горизонтально 1
4 D1, D2 1N4007 D_DO-41_SOD81_P10.16mm_Горизонтально 1
6 RV1 1 кОм Потенциометр_Bourns_3266Y_Vertical 1 J63 2

Строительство и работа

Основным элементом этого регулируемого регулятора напряжения является IC LM338, входной контакт 3 напрямую подключен к положительной клемме Vin, а контакт 2 Vout напрямую подключен к выходной винтовой клемме. Регулировочный контакт 1 подключен к Gnd через переменный резистор RV1.

Изменяя значение R1 и RV1, мы можем изменить регулируемое выходное напряжение с LM338. Конденсаторы C1 и C2 выполняют работу фильтра, а D1, D2 используются как элементы обратной защиты.Обратитесь к таблице данных для получения дополнительной информации.

Печатная плата

Регулируемый регулятор напряжения с использованием файлов Gerber для печатной платы LM338.

Интерактивная программа для просмотра досок

Базовые знания цепей питания (2) -Работа импульсного регулятора- — Промышленные устройства и решения

2021-05-17

Базовая лекция

Техническая информация

Базовые знания цепей питания (2)


-Работа импульсного регулятора-

В предыдущем разделе «Базовые знания цепей питания» (1) мы классифицировали силовые цепи, обращая внимание на входные / выходные напряжения.В этом разделе основное внимание уделяется импульсному стабилизатору, который является наиболее часто используемой силовой цепью среди этих силовых цепей. На примере понижающего импульсного регулятора мы подробно обсудим конфигурацию схемы и механизм работы импульсного регулятора.

Особенности импульсного регулятора

Регулятор переключения встроен во многие части оборудования и устройств, таких как смартфоны, компьютеры и их периферийное оборудование, цифровые бытовые приборы и автомобили (электронные блоки управления или ЭБУ).Импульсный стабилизатор — это своего рода преобразователь постоянного тока в постоянный, который преобразует постоянное напряжение в другое постоянное напряжение. Регулятор переключения имеет следующие особенности.

  • Импульсный стабилизатор может составлять схему понижающей мощности (входное напряжение> выходное напряжение), схему повышающей мощности (входное напряжение
  • Импульсный регулятор обычно имеет высокий КПД преобразования энергии в диапазоне от 80% до 90%, что приводит к меньшим потерям (тепловой) мощности в силовой цепи.
  • Он также позволяет производить низкое выходное напряжение 1,0 В или ниже (субвольта), в котором микропроцессоры и процессоры AI требовались в последние годы, и большой выходной ток 100 А или больше.
  • Импульсный стабилизатор представляет собой богатую линейку коммерчески продаваемых решений, таких как микросхемы контроллеров и модули импульсных регуляторов.

Базовая конфигурация понижающего импульсного регулятора

Базовая схема понижающего импульсного регулятора состоит в основном из следующих элементов.

  • Входной конденсатор Cin
    Входной конденсатор Cin поглощает колебания входного тока. Его емкость обычно составляет от нескольких десятков мкФ до нескольких сотен мкФ. Для достижения более высокого отклика входной конденсатор Cin может состоять из конденсаторов малой емкости, соединенных параллельно.
Рис. 1. Принципиальная схема схемы понижающего импульсного регулятора.
  • Переключающий элемент SW1
    Как указано в названии импульсного регулятора, переключающий элемент SW1 выполняет операции переключения, и его иногда называют переключателем высокого напряжения.Обычно для переключающего элемента используется полевой МОП-транзистор.

  • Переключающий элемент SW2
    Переключающий элемент SW2 — это элемент, который посредством своих операций переключения образует петлю между выходной катушкой индуктивности L и нагрузкой. Его также называют переключателем низкого уровня. Хотя раньше для SW2 использовался диод, метод управления с использованием полевого МОП-транзистора для SW2 (метод синхронного выпрямления) стал популярным в наши дни, чтобы удовлетворить потребность в более высокой эффективности преобразования энергии.

  • Выходной дроссель L
    Выходной индуктор L экономит энергию, когда переключающий элемент SW1 включен, и высвобождает энергию, когда переключающий элемент SW1 выключен. Индуктивность выходной катушки индуктивности L обычно составляет от нескольких нГн до нескольких мкГн.

  • Выходной конденсатор Cout
    Выходной конденсатор Cout поглощает колебания выходного напряжения, вызванные операциями переключения, таким образом сглаживая выходное напряжение. Выходной конденсатор Cout обычно имеет емкость от нескольких мкФ до нескольких десятков мкФ. Для достижения более высокого отклика выходной конденсатор Cout может быть составлен из конденсаторов малой емкости, соединенных параллельно.

Схема работы понижающего импульсного регулятора

Кратко опишем работу понижающего импульсного регулятора.

Переключение между двумя режимами

Грубо говоря, импульсный регулятор работает в двух режимах.

В одном режиме переключающий элемент SW1 включен, а переключающий элемент SW2 выключен. В этом режиме эквивалентная схема схемы на рис.1 изображена как схема на рис.2 (а), в которой энергия накапливается на выходной катушке индуктивности L.

Рис. 2 (а). Когда SW1 включен, а SW2 выключен

Другой режим — это режим, в котором переключающий элемент SW1 выключен, а переключающий элемент SW2 включен.Эквивалентной схемой в этом режиме является схема, показанная на рис. 2 (b), в которой входное напряжение Vin отключается от схемы, когда выходная катушка индуктивности L высвобождает вышеупомянутую накопленную энергию для подачи ее на нагрузку.

Рис. 2 (б). Когда SW1 выключен, а SW2 включен

Импульсный стабилизатор повторяет эти два режима, циклически поворачиваясь, таким образом превращая входное напряжение Vin в заданное напряжение.Между тем, под влиянием включения / выключения переключающего элемента SW1 ток, протекающий через катушку индуктивности L, принимает зазубренную форму, показанную на рис. 3. Выходное напряжение Vout, с другой стороны, в основном остается постоянным, поскольку оно сглаживается. выходным конденсатором Cout (однако, строго говоря, выходное напряжение Vout немного колеблется).

Рис. 3 Взаимосвязь между переключениями
включение / выключение переключающего элемента SW1 и
ток, протекающий через индуктивность L

Выходное напряжение Vout определяется соотношением между периодом включения переключающего элемента SW1 и периодом выключения того же элемента.Если мы предположим, что другие элементы схемы не несут потерь, вызванных их резистивными компонентами, мы можем рассчитать выходное напряжение Vout, используя следующее уравнение.

Vout = Vin ×

В период

Период включения + Период выключения

Термин «период включения / период включения + период отключения», включенный в уравнение, называется рабочим циклом или коэффициентом заполнения. Например, в случае, когда выходное напряжение Vout, равное 6 В, получается для входного напряжения Vin, равного 12 В, рабочий цикл рассчитывается как 6 ÷ 12 = 0,5. Это означает, что переключающий элемент SW1 должен быть включен на период, составляющий 50% от всего периода его работы.

Управление выходным напряжением в зависимости от его отношения к опорному напряжению

Настройка фактического импульсного регулятора требует добавления дополнительных элементов схемы к указанной выше базовой схеме.Эти схемы и элементы включают в себя усилитель ошибки, который обнаруживает сдвиг и изменение выходного напряжения, генератор, который определяет частоту переключения, схему широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которая подает сигналы включения / выключения на элементы переключения, и затвор. драйверы, приводящие в действие элементы переключателя (рис. 4).

Рис. 4. Дополнительные элементы схемы
составляя коммутационный регулятор

Эти элементы схемы работают следующим образом.
Усилитель сравнивает выходное напряжение Vout с опорным напряжением Vref и отправляет результат в схему управления ШИМ. Когда выходное напряжение Vout ниже, чем опорное напряжение Vref, период включения переключающего элемента SW1 увеличивается, чтобы повысить выходное напряжение Vout. Когда выходное напряжение Vout выше, чем опорное напряжение Vref, напротив, период включения переключающего элемента SW2 уменьшается до более низкого выходного напряжения Vout. Таким образом, выходное напряжение Vout поддерживается постоянным.

Теперь давайте более подробно рассмотрим усилитель, генератор и драйверы затвора, показанные на рис.4.

  • Усилитель (усилитель ошибки)
    Усилитель из-за своей функции обнаружения разницы между опорным напряжением Vref и выходным напряжением Vout называется «усилителем ошибки». Поскольку опорное напряжение Vref остается постоянным, соотношение между сопротивлением R1 и сопротивлением R2, которые составляют схему делителя напряжения, определяет выходное напряжение Vout. Следовательно, когда опорное напряжение Vref поддерживается постоянным, выполняется следующее уравнение.
    Например, если вы хотите получить выходное напряжение Vout = 6 В, задав опорное напряжение импульсного регулятора Vref = 0,6 В, вам необходимо определить значения сопротивлений R1 и R2 так, чтобы выполнялось (R1 + R2) / R2 = 10.
    Опорное напряжение Vref может быть создано методом, использующим прямое падение напряжения (около 0,6 В), генерируемое на pn переходе диода. Однако этот метод включает тепловой коэффициент (kT / q), что делает метод немного неточным. Для более точной установки опорного напряжения Vref лучше использовать схему генерации опорного напряжения с функцией температурной компенсации.

  • Схема осциллятора
    Генератор выдает сигнал с заданной частотой, необходимой для операций переключения.Частота переключения обычно составляет от нескольких десятков кГц до нескольких МГц. Когда импульсный стабилизатор встроен в автомобильное оборудование, например, частота переключения устанавливается на 2 МГц или около того, чтобы предотвратить его интерференцию с радиочастотой. Во многих случаях генератор управления напряжением используется для гибкой установки оптимальной частоты переключения для данной системы.

  • Водитель ворот
    Драйверы затвора управляют SW1 и SW2.Когда полевые МОП-транзисторы используются в качестве переключающих элементов, для их включения и выключения требуются драйверы, способные в достаточной степени заряжать входную емкость затворов полевых МОП-транзисторов. В частности, большой МОП-транзистор, способный управлять большим током, имеет большую емкость затвора, поэтому для активации МОП-транзистора требуется драйвер, который подает ток, достаточно большой, чтобы соответствовать большой емкости затвора. По этой причине схему драйвера затвора необходимо адаптировать к выбранным полевым МОП-транзисторам.

Проблемы переключения регуляторов

Как упоминалось выше в начале этого раздела, импульсный стабилизатор имеет различные преимущества.Однако у него также есть некоторые проблемы, которые необходимо решить.

Нестабильная работа

Усилитель ошибки, показанный на рис. 4, образует контур обратной связи для регулировки выходного напряжения Vout. Однако следует отметить, что неправильная конструкция контура обратной связи приводит к нестабильной работе всей схемы или ее колебаниям. Для обеспечения стабильной работы схемы правильное определение полосы контура обратной связи и запаса по фазе важно, но довольно хлопотно.
Однако обычно у вас не возникнет проблем, если вы соберете схему с использованием имеющейся в продаже управляющей ИС и обратитесь к данным, указанным в таблице данных.

Генерация электромагнитного шума

Как показано на фиг. 2 (a) и 2 (b), ток, протекающий по силовой цепи, сильно изменяется в зависимости от того, включен или выключен переключающий элемент SW1. Токовая петля создает магнитное поле, а изменение тока приводит к изменению напряженности магнитного поля.Благодаря этому принципу электромагнитный шум генерируется синхронно с циклом переключения. Этот электромагнитный шум может повлиять на другие цепи, если он не подавлен соответствующими средствами защиты от шума.

В следующем разделе мы обсудим конструкцию импульсного источника питания, сосредоточив внимание на проблеме электромагнитного шума и мерах против нее.

↑ В начало страницы

Схема регулятора напряжения SCR

— Самодельные проекты схем

В этом посте мы обсудим, как построить высокоэффективную схему регулятора напряжения с использованием SCR и некоторых других внешних компонентов.

Эта схема регулятора напряжения SCR, представляющая собой импульсный регулятор, более эффективна, чем обычные трехконтактные регуляторы напряжения или схемы последовательных стабилизаторов на основе транзисторных стабилитронов.

Как работает схема

На следующем рисунке показана схема стабилизированного источника питания на базе тринистора. Единственными частями, необходимыми для процесса регулирования, являются SCR, R1 и стабилитрон. При первом включении питания конденсатор фильтра C1 находится в разряженном состоянии, так что его катод находится под потенциалом 0 В.

Положительная форма волны полупериода, выходящая из мостового выпрямителя, заставляет ток затвора для SCR проходить через резистор R1, который запускает SCR. Как только SCR включается, он начинает заряжать конденсатор фильтра C1. Когда положительный полупериод заканчивается, SCR быстро выключается.

Как только следующий положительный полупериод приходит от моста, тот же процесс повторяется, заряжая конденсатор фильтра C1 до тех пор, пока напряжение почти не достигнет напряжения отключения стабилитрона.Как мы можем ясно понять, максимальное положительное напряжение, которое может возникнуть на затворе затвора SCR, устанавливается значением стабилитрона.

Следовательно, это означает, что во время описанного выше процесса наступает время, когда C1 может заряжаться только до уровня стабилитрона, выше которого затвор SCR не может больше получать положительный потенциал относительно своего катода. На этом конкретном этапе SCR больше не может поддерживать свою стрельбу, а C1 не может заряжаться дальше.

Конденсатор фильтра C1 разряжается через нагрузку, используя количество энергии, подаваемой от трансформатора.В момент наступления следующего положительного цикла затвор SCR снова становится положительным и срабатывает, заряжая конденсатор фильтра C1.

Пары полупериодов от моста достаточно, чтобы поднять напряжение C1 должным образом, чтобы остановить дополнительное срабатывание SCR. В результате срабатывает тиристор, необходимый для поддержания конденсатора C1 в «заправленном» состоянии.

Сколько раз должен срабатывать тиристор, зависит, в частности, от номинального тока нагрузки, потребляемой от входного источника питания.

Высокоэффективный выход

Вы найдете несколько особенно интересных характеристик схем регулятора напряжения на основе SCR.

Во-первых, схема обеспечивает высокий КПД за счет минимальных потерь мощности, которые обычно встречаются в регуляторах последовательного или шунтового типа.

Вторая замечательная особенность заключается в том, что вы можете быстро получить информацию о токе, потребляемом нагрузкой.

Вторая функция может быть реализована путем последовательного подключения светодиода с ограничительным резистором R3 через резистор R2, который действует как ограничитель тока нагрузки.

Светодиод будет мигать всякий раз, когда срабатывает тиристор, и поэтому частота мигания светодиода будет напрямую соответствовать току нагрузки и указывать, превысила ли нагрузка ограничение по току.

Список деталей для источника питания с тиристором на 1 ампер

  • Трансформатор = 0-12 В / 1 ампер
  • Мостовой выпрямитель = 1N5402 x 4 диода
  • SCR = C106 (на радиаторе)
  • Стабилитрон = в соответствии с требуемым выходным напряжением
  • R1, R2 = 1 K 1/4 Вт
  • R2 = 3 Ом 3 Вт

Схемы регулятора напряжения с использованием транзистора и стабилитрона

В этой статье мы подробно обсудим, как создать индивидуальные схемы транзисторного регулятора напряжения в фиксированной режимы, а также переменные режимы.

Все цепи линейного источника питания, которые предназначены для получения стабилизированного постоянного напряжения и тока на выходе, в основном включают в себя транзисторные каскады и стабилитроны для получения требуемых регулируемых выходов.

Эти схемы, использующие дискретные части, могут быть в форме постоянно фиксированного или постоянного напряжения или стабилизированного регулируемого выходного напряжения.

Простейший регулятор напряжения

Вероятно, самым простым типом стабилизатора напряжения является стабилитрон шунтирующего стабилизатора, который работает с использованием базового стабилитрона для регулирования, как показано на рисунке ниже.

Стабилитроны имеют номинальное напряжение, эквивалентное предполагаемому выходному напряжению, которое может точно соответствовать желаемому выходному значению.

Пока напряжение питания ниже номинального значения напряжения стабилитрона, он показывает максимальное сопротивление в диапазоне многих МОм, позволяя питанию проходить без ограничений.

Однако в момент, когда напряжение питания увеличивается сверх номинального значения «напряжения стабилитрона», происходит значительное падение его сопротивления, в результате чего перенапряжение шунтируется на землю через него, пока напряжение питания не упадет или не достигнет уровня напряжения стабилитрона. .

Из-за этого внезапного шунтирования напряжение питания падает и достигает значения стабилитрона, что вызывает повторное увеличение сопротивления стабилитрона. Затем цикл быстро продолжается, обеспечивая стабилизацию подачи на номинальном значении стабилитрона и никогда не позволяя ему превышать это значение.

Чтобы получить указанную выше стабилизацию, входное напряжение должно быть немного выше, чем требуемое стабилизированное выходное напряжение.

Избыточное напряжение выше значения стабилитрона вызывает срабатывание внутренних «лавинных» характеристик стабилитрона, вызывая мгновенный эффект шунтирования и падение напряжения питания до тех пор, пока оно не достигнет номинального значения стабилитрона.

Это действие продолжается бесконечно, обеспечивая фиксированное стабилизированное выходное напряжение, эквивалентное номинальному значению стабилитрона.

Преимущества стабилизатора напряжения на стабилитроне

Стабилитроны очень удобны там, где требуется стабилизация постоянного напряжения при малом токе.

Стабилитроны просты в настройке и могут использоваться для получения достаточно точного стабилизированного выходного сигнала при любых обстоятельствах.

Для настройки каскада стабилизатора напряжения на основе стабилитрона требуется только один резистор, и его можно быстро добавить в любую схему для достижения желаемых результатов.

Недостатки стабилизаторов со стабилизацией напряжения

Хотя источник питания со стабилизацией стабилизации сигнала является быстрым, простым и эффективным методом достижения стабилизированного выхода, он имеет несколько серьезных недостатков.

  • Выходной ток низкий, что может поддерживать высокие токовые нагрузки на выходе.
  • Стабилизация возможна только при малых перепадах входа / выхода. Это означает, что входное напряжение не может быть слишком высоким, чем требуемое выходное напряжение. В противном случае сопротивление нагрузки может рассеять огромное количество энергии, что сделает систему очень неэффективной.
  • Работа диода Зенера обычно связана с генерацией шума, который может критически повлиять на работу чувствительных схем, таких как конструкции усилителей Hi-Fi, и других подобных уязвимых приложений.

Использование «усиленного стабилитрона»

Это версия с усиленным стабилитроном, в которой используется BJT для создания переменного стабилитрона с улучшенными возможностями управления мощностью.

Давайте представим, что R1 и R2 имеют одинаковое значение., Что создаст достаточный уровень смещения для базы BJT и позволит BJT работать оптимально.Поскольку минимальное требование к прямому напряжению базового эмиттера составляет 0,7 В, BJT будет проводить и шунтировать любое значение, превышающее 0,7 В или самое большее 1 В, в зависимости от конкретных характеристик используемого BJT.

Таким образом, выход будет стабилизирован приблизительно на уровне 1 В. Выходная мощность этого «усиленного переменного стабилитрона» будет зависеть от номинальной мощности BJT и номинала нагрузочного резистора.

Однако это значение можно легко изменить или отрегулировать до другого желаемого уровня, просто изменив значение R2.Или проще заменив R2 на горшок. Диапазон потенциалов потенциометра R1 и R2 может составлять от 1 кОм до 47 кОм, чтобы получить плавно регулируемый выходной сигнал от 1 В до уровня питания (макс. 24 В). Для большей точности вы можете применить следующую формулу делителя напряжения:

Выходное напряжение = 0,65 (R1 + R2) / R2

Недостаток стабилитрона

Еще раз, недостатком этой конструкции является высокая рассеиваемая мощность, которая увеличивает пропорционально увеличивается разница между входом и выходом.

Чтобы правильно установить значение резистора нагрузки в зависимости от выходного тока и входного питания, можно соответствующим образом применить следующие данные.

Предположим, что требуемое выходное напряжение составляет 5 В, требуемый ток — 20 мА, а вход питания — 12 В. Тогда, используя закон Ома, мы имеем:

Нагрузочный резистор = (12-5) / 0,02 = 350 Ом

мощность = (12-5) x 0,02 = 0,14 Вт или просто 1/4 Вт.

Схема регулятора последовательного транзистора

По сути, последовательный стабилизатор, также называемый последовательным транзистором, представляет собой переменное сопротивление, создаваемое с помощью транзистора, подключенного последовательно с одной из линий питания и нагрузкой.

Сопротивление транзистора току автоматически регулируется в зависимости от выходной нагрузки, так что выходное напряжение остается постоянным на желаемом уровне.

В цепи последовательного регулятора входной ток должен быть немного больше, чем выходной ток. Эта небольшая разница — единственная величина тока, которая используется схемой регулятора самостоятельно.

Преимущества последовательного регулятора

Основным преимуществом схемы последовательного регулятора по сравнению с регулятором шунтового типа является его лучшая эффективность.

Это приводит к минимальному рассеянию мощности и потерям из-за тепла. Из-за этого большого преимущества последовательные транзисторные стабилизаторы очень популярны в приложениях для регуляторов напряжения большой мощности.

Однако этого можно избежать там, где требования к мощности очень низкие или где эффективность и тепловыделение не входят в число критических проблем.

Обычно последовательный регулятор может просто включать стабилитрон, нагружая буферную схему эмиттерного повторителя, как указано выше.

Вы можете найти единичное усиление напряжения всякий раз, когда используется каскад эмиттерного повторителя. Это означает, что когда на его базу подается стабилизированный вход, мы обычно также получаем стабилизированный выход и от эмиттера.

Поскольку мы можем получить более высокий коэффициент усиления по току от эмиттерного повторителя, можно ожидать, что выходной ток будет намного выше по сравнению с применяемым базовым током.

Следовательно, даже если базовый ток составляет около 1 или 2 мА в каскаде стабилитрона, который также становится потребляемым током покоя конструкции, выходной ток 100 мА может быть доступен на выходе.

Входной ток складывается с выходным током вместе с 1 или 2 мА, используемыми стабилитроном, и по этой причине достигаемый КПД достигает выдающегося уровня.

Учитывая, что входной источник питания схемы достаточно рассчитан для достижения ожидаемого выходного напряжения, выход может практически не зависеть от уровня входного питания, поскольку он напрямую регулируется базовым потенциалом Tr1.

Стабилитрон и развязывающий конденсатор создают идеально чистое напряжение на базе транзистора, которое воспроизводится на выходе, создавая напряжение практически без шума.

Это позволяет схемам этого типа выдавать выходные сигналы с удивительно низкой пульсацией и шумом без использования огромных сглаживающих конденсаторов, а также с диапазоном тока, который может достигать 1 А или даже больше.

Что касается уровня выходного напряжения, он может не быть в точности равным подключенному напряжению стабилитрона. Это связано с тем, что между выводами базы и эмиттера транзистора существует падение напряжения примерно 0,65 В.

Это падение, следовательно, необходимо вычесть из значения напряжения стабилитрона, чтобы можно было достичь минимального выходного напряжения схемы.

Это означает, что если значение стабилитрона составляет 12,7 В, то выход на эмиттере транзистора может быть около 12 В или, наоборот, если желаемое выходное напряжение составляет 12 В, то напряжение стабилитрона должно быть выбрано равным 12,7 В.

Регулирование этой схемы последовательного регулятора никогда не будет идентично регулированию схемы стабилитрона, потому что эмиттерный повторитель просто не может иметь нулевое выходное сопротивление.

И падение напряжения на каскаде должно незначительно возрастать в ответ на увеличение выходного тока.

С другой стороны, хорошего регулирования можно ожидать, когда ток стабилитрона, умноженный на коэффициент усиления по току транзистора, достигает как минимум 100-кратного ожидаемого максимального выходного тока.

Сильноточный регулятор серии с транзисторами Дарлингтона

Для точного достижения этого часто подразумевается, что необходимо использовать несколько транзисторов, может быть 2 или 3, чтобы мы могли достичь удовлетворительного усиления на выходе.

Основная схема с двумя транзисторами, использующая пару Дарлингтона с эмиттерным повторителем, указанная на следующих рисунках, демонстрирует технику применения 3 BJT в конфигурации с эмиттерным повторителем Дарлингтона.

Обратите внимание, что включение пары транзисторов приводит к более высокому падению напряжения на выходе, примерно 1,3 В, через базу 1-го транзистора к выходу.

Это связано с тем, что на каждом из транзисторов снижено примерно 0,65 Вольт. Если рассматривать схему из трех транзисторов, это может означать падение напряжения чуть ниже 2 В на базе 1-го транзистора и выходе и так далее.

Стабилизатор напряжения с общим эмиттером и отрицательной обратной связью

Хорошая конфигурация иногда наблюдается в конкретных конструкциях, имеющих пару усилителей с общим эмиттером, со 100-процентной чистой отрицательной обратной связью.

Эта установка показана на следующем рисунке.

Несмотря на то, что каскады с общим эмиттером обычно имеют значительную степень усиления по напряжению, в данном случае это может быть не так.

Это происходит из-за 100% отрицательной обратной связи, которая возникает между коллектором выходного транзистора и эмиттером транзистора драйвера. Это позволяет усилителю достичь коэффициента усиления с точностью до единицы.

Преимущества регулятора с общим эмиттером и обратной связью

Эта конфигурация работает лучше по сравнению с регуляторами на основе эмиттерного повторителя с парой Дарлингтона из-за меньшего падения напряжения на входных / выходных клеммах.

Падение напряжения, достигаемое в этих конструкциях, составляет всего около 0,65 вольт, что способствует большей эффективности и позволяет схеме работать эффективно независимо от того, превышает ли нестабилизированное входное напряжение всего на несколько сотен милливольт ожидаемое выходное напряжение.

Разъединитель батарей с использованием цепи последовательного регулятора

Указанная схема элиминатора батарей является функциональной иллюстрацией конструкции, построенной с использованием стандартного последовательного регулятора.

Модель разработана для всех приложений, работающих от 9 В постоянного тока с максимальным током не более 100 мА.Это не подходит для устройств, требующих относительно большей силы тока.

T1 — это трансформатор на 12–0–12 вольт 100 мА, который обеспечивает изолированную защитную изоляцию и понижение напряжения, а его вторичная обмотка с центральным ответвлением управляет базовым двухтактным выпрямителем с фильтрующим конденсатором.

Без нагрузки на выходе будет около 18 вольт постоянного тока, которое может упасть примерно до 12 вольт при полной нагрузке.

Схема, которая работает как стабилизатор напряжения, на самом деле представляет собой базовую конструкцию последовательного типа, включающую R1, D3 и C2 для получения стабилизированного номинального выходного напряжения 10 В.Ток стабилитрона колеблется от 8 мА без нагрузки до 3 мА при полной нагрузке. Рассеяние, создаваемое в результате R1 и D3, минимально.

Эмиттерный повторитель на паре Дарлингтона, образованный TR1 и TR2, можно увидеть сконфигурированным как выходной буферный усилитель, обеспечивающий усиление по току около 30 000 при полном выходе, в то время как минимальное усиление составляет 10 000.

На этом уровне усиления, когда устройство работает с использованием 3 мА при токе полной нагрузки, и минимальное усиление i практически не демонстрирует отклонения в падении напряжения на усилителе даже при колебаниях тока нагрузки.

Реальное падение напряжения на выходном усилителе составляет примерно 1,3 В, а при умеренном входном напряжении 10 В это дает на выходе примерно 8,7 Вольт.

Это выглядит почти равным указанным 9 В, учитывая тот факт, что даже настоящая 9-вольтовая батарея может показывать колебания от 9,5 В до 7,5 В в течение периода эксплуатации.

Добавление ограничения тока к последовательному регулятору

Для регуляторов, описанных выше, обычно становится важным добавить защиту от короткого замыкания на выходе.

Это может быть необходимо для обеспечения хорошего регулирования при низком выходном сопротивлении. Поскольку источник питания имеет очень низкий импеданс, в случае случайного короткого замыкания на выходе может пройти очень высокий выходной ток.

Это может привести к немедленному сгоранию выходного транзистора и некоторых других деталей. Типичный предохранитель может просто не обеспечить достаточной защиты, потому что повреждение, вероятно, произойдет быстро, даже до того, как предохранитель сможет среагировать и сработать.

Самый простой способ реализовать это, возможно, добавив в схему ограничитель тока. Это включает в себя дополнительные схемы без какого-либо прямого влияния на производительность конструкции в нормальных рабочих условиях.

Однако ограничитель тока может вызвать быстрое падение выходного напряжения, если подключенная нагрузка пытается потреблять значительную величину тока.

На самом деле выходное напряжение падает так быстро, что, несмотря на короткое замыкание на выходе, ток, доступный от цепи, немного превышает указанный максимальный номинал.

Результат схемы ограничения тока подтвержден приведенными ниже данными, которые отображают выходное напряжение и ток с учетом постепенно снижающегося импеданса нагрузки, полученного с помощью предлагаемого блока Battery Eliminator.

Схема ограничения тока работает с использованием только пары элементов; R2 и Tr3. Его реакция на самом деле настолько быстрая, что она просто устраняет все возможные риски короткого замыкания на выходе, тем самым обеспечивая отказоустойчивую защиту выходных устройств.Работу ограничения тока можно понять, как описано ниже.

R2 подключен последовательно с выходом, что приводит к тому, что напряжение, развиваемое на R2, пропорционально выходному току. При выходном потреблении, достигающем 100 мА, напряжения, создаваемого на R2, будет недостаточно для срабатывания на Tr3, поскольку это кремниевый транзистор, для включения которого требуется минимальный потенциал 0,65 В.

Однако, когда выходная нагрузка превышает предел 100 мА, он генерирует достаточный потенциал на T2, чтобы адекватно включить Tr3 в режим проводимости.TR3, в свою очередь, вызывает протекание некоторого тока f к Trl через отрицательную шину питания через нагрузку.

Это приводит к некоторому снижению выходного напряжения. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к пропорциональному увеличению потенциала на R2, что заставляет Tr3 включаться еще сильнее.

Это, следовательно, позволяет смещать более высокие величины тока в сторону Tr1 и отрицательной линии через Tr3 и нагрузку. Это действие дополнительно приводит к пропорциональному увеличению падения выходного напряжения.

Даже в случае короткого замыкания на выходе Tr3, вероятно, будет сильно смещен в проводимость, заставляя выходное напряжение упасть до нуля, гарантируя, что выходной ток никогда не превысит отметку 100 мА.

Настольный источник питания с регулируемым напряжением

Источники питания со стабилизированным переменным напряжением работают по тому же принципу, что и стабилизаторы постоянного напряжения, но они оснащены потенциометром, который обеспечивает стабилизированный выходной сигнал с переменным диапазоном напряжения.

Эти схемы лучше всего подходят в качестве настольных и мастерских источников питания, хотя их также можно использовать в приложениях, требующих различных регулируемых входов для анализа. Для таких работ потенциометр источника питания действует как предустановленный элемент управления, который можно использовать для настройки выходного напряжения источника питания в соответствии с желаемыми регулируемыми уровнями напряжения.

На рисунке выше показан классический пример схемы регулируемого стабилизатора напряжения, которая обеспечивает плавно регулируемый стабилизированный выход от 0 до 12 В.

Основные характеристики

  • Максимальный диапазон тока ограничен 500 мА, хотя его можно увеличить до более высоких уровней путем соответствующей модернизации транзисторов и трансформатора.
  • Конструкция обеспечивает очень хорошее регулирование шума и пульсаций, которые могут быть менее 1 мВ.
  • Максимальная разница между входным питанием и регулируемым выходом не превышает 0,3 В даже при полной выходной нагрузке.
  • Регулируемый источник переменного тока идеально подходит для тестирования почти всех типов электронных проектов, требующих высококачественных регулируемых источников питания.

Как это работает

В этой конструкции мы видим схему делителя потенциала, включенную между выходным каскадом стабилитрона и входным буферным усилителем. Этот потенциальный делитель создается VR1 и R5. Это позволяет отрегулировать рычаг ползунка VR1 от минимального 1,4 В, когда он находится рядом с основанием своей дорожки, до уровня стабилитрона 15 В, когда он находится в наивысшей точке своего диапазона регулировки.

На каскаде выходного буфера падает примерно 2 вольта, что позволяет диапазон выходного напряжения от 0 до примерно 13 В.При этом верхний диапазон напряжения подвержен частичным допускам, таким как допуск 5% для напряжения стабилитрона. Поэтому оптимальное выходное напряжение может быть чуть выше 12 вольт.

Несколько типов эффективных схем защиты от перегрузки могут быть очень важны для любого настольного источника питания. Это может быть важно, поскольку выход может быть уязвим для случайных перегрузок и коротких замыканий.

В данной конструкции мы используем довольно простое ограничение тока, определяемое Trl и связанными с ним элементами.Когда блок работает в нормальных условиях, напряжение, создаваемое на резисторе R1, который подключен последовательно с выходом питания, слишком мало для того, чтобы привести Tr1 в состояние проводимости.

В этом сценарии схема работает нормально, за исключением небольшого падения напряжения, создаваемого резистором R1. Это практически не влияет на эффективность регулирования агрегата.

Это потому, что каскад R1 предшествует схеме регулятора. В случае перегрузки потенциал, наведенный на R1, возрастает примерно до 0.65 вольт, что заставляет Tr1 включаться за счет базового тока, полученного из разности потенциалов, генерируемой на резисторе R2.

Это заставляет R3 и Tr 1 втягивать значительное количество тока, в результате чего падение напряжения на R4 существенно увеличивается, а выходное напряжение снижается.

Это действие мгновенно ограничивает выходной ток до максимального значения от 550 до 600 мА, несмотря на короткое замыкание на выходе.

Так как функция ограничения тока ограничивает выходное напряжение практически до 0 В.

R6 устроен как нагрузочный резистор, который в основном предотвращает слишком низкий выходной ток и невозможность нормальной работы буферного усилителя. C3 позволяет устройству достичь отличного переходного отклика.

Недостатки

Как и в любом типичном линейном регуляторе, рассеиваемая мощность в Tr4 определяется выходным напряжением и током и максимальна при регулировке потенциометра для более низких выходных напряжений и более высоких выходных нагрузок.

В наиболее серьезных обстоятельствах на Tr4 может быть наведено 20 В, что приведет к протеканию через него тока около 600 мА.В результате на транзисторе рассеивается мощность около 12 Вт.

Чтобы выдерживать это длительное время, устройство должно быть установлено на довольно большом радиаторе. VR1 можно было установить с большой ручкой управления с калиброванной шкалой, отображающей маркировку выходного напряжения.

Список деталей

  • Резисторы. (Все 1/3 ватта 5%).
  • R1 1,2 Ом
  • R2 100 Ом
  • R3 15 Ом
  • R4 1k
  • R5 470 Ом
  • R6 10k
  • VR1 4.7k линейный углерод
  • Конденсаторы
  • C1 2200 мкФ 40 В
  • C2 100 мкФ 25 В
  • C3 330 нФ
  • Полупроводники
  • Tr1 BC108
  • Tr2 BC107
  • Tr2 BC107
  • Tr2 D4 1N4002 (4 шт.)
  • D5 BZY88C15V (15 В, стабилитрон 400 мВт)
  • Трансформатор
  • T1 Стандартная первичная сеть, 17 или 18 В, 1 ампер
  • вторичная
  • Переключатель
  • S1 D.ТИХООКЕАНСКОЕ СТАНДАРТНОЕ ВРЕМЯ. вращающийся сетевой или тумблерный
  • Разное
  • Корпус, выходные разъемы, печатная плата, сетевой шнур, провод,
  • припой и т. д.

Как остановить перегрев транзистора при более высоких дифференциалах входа / выхода

Тип транзистора проходного типа Как объяснено выше, регуляторы обычно сталкиваются с ситуацией чрезвычайно высокого рассеяния, возникающего из последовательного транзистора стабилизатора, когда выходное напряжение намного ниже, чем входное напряжение..

Каждый раз, когда высокий выходной ток создается при низком напряжении (TTL), возможно, критически важно использовать охлаждающий вентилятор на радиаторе. Возможно, серьезной иллюстрацией может быть сценарий блока источника, рассчитанного на обеспечение 5 ампер через 5 и 50 вольт.

Блоки этого типа обычно имеют нерегулируемое питание 60 вольт. Представьте, что это конкретное устройство должно обеспечивать питание цепей TTL во всем номинальном токе. Последовательный элемент в цепи должен в этой ситуации рассеивать 275 Вт!

Затраты на обеспечение достаточного охлаждения, по-видимому, объясняются только ценой последовательного транзистора.В случае, если падение напряжения на транзисторе регулятора может быть ограничено до 5,5 В, независимо от предпочтительного выходного напряжения, рассеивание может быть существенно уменьшено на приведенном выше рисунке, это может быть 10% от его начального значения.

Этого можно достичь, используя три полупроводниковые детали и пару резисторов (рис. 1). Вот как это работает: тиристор Thy может нормально проводить через R1.

Тем не менее, как только падение напряжения на Т2 — серийный регулятор выходит за пределы 5.5 вольт, T1 начинает проводить, в результате чего тиристор «открывается» при последующем переходе через ноль на выходе мостового выпрямителя.

Эта конкретная рабочая последовательность постоянно контролирует заряд, подаваемый через конденсатор фильтра C1, чтобы нерегулируемое питание было зафиксировано на 5,5 В выше регулируемого выходного напряжения. Значение сопротивления, необходимое для R1, определяется следующим образом:

R1 = 1,4 x V сек — (V мин + 5) / 50 (результат будет в кОм)

, где Vsec указывает вторичное среднеквадратичное значение напряжение трансформатора, а Vmin означает минимальное значение регулируемого выхода.

Тиристор должен выдерживать пиковые пульсации тока, а его рабочее напряжение должно составлять минимум 1,5 В сек . Последовательный транзистор регулятора должен быть рассчитан на поддержку максимального выходного тока, I max , и должен быть установлен на радиаторе, где он может рассеивать 5,5 x I сек Вт.

Получение фиксированного напряжения от транзисторного регулятора

Используя всего один транзистор и несколько стабилитронов, вы можете получить различные напряжения в диапазоне от 5 В до 10 В от источника питания 12 В.На приведенной ниже диаграмме и диаграмме показано, как можно сконфигурировать транзистор, стабилитрон и резистор смещения для реализации простой схемы транзисторного стабилизатора.

Заключение

В этом посте мы узнали, как построить простые схемы линейного стабилизатора напряжения, используя последовательно проходной транзистор и стабилитрон. Источники питания с линейной стабилизацией предоставляют нам довольно простые варианты создания фиксированных стабилизированных выходов с использованием минимального количества компонентов.

В таких конструкциях в основном транзистор NPN конфигурируется последовательно с положительной входной линией питания в режиме общего эмиттера.Стабилизированный выход получается через эмиттер транзистора и отрицательную линию питания.

База транзистора сконфигурирована со схемой стабилитронного зажима или регулируемым делителем напряжения, который гарантирует, что напряжение на стороне эмиттера транзистора точно повторяет потенциал базы на выходе эмиттера транзистора.

Если нагрузка представляет собой сильноточную нагрузку, транзистор регулирует напряжение нагрузки, вызывая увеличение ее сопротивления, и, таким образом, гарантирует, что напряжение на нагрузке не превышает заданное фиксированное значение, установленное его базовой конфигурацией.

Схема транзисторного регулятора 5 В

Как сделать схемы регулятора напряжения

Стабилизатор напряжения — это устройство, используемое для изменения колеблющегося напряжения на его входе до определенного и стабильного на его выходе. Регуляторы напряжения могут быть механическими, электрическими, переменными или постоянными. В этой статье мы рассмотрим электронные линейные регуляторы постоянного тока.

Применение регуляторов

Для большинства схем требуется постоянное напряжение питания, не зависящее от потребляемого тока.Даже небольшое перенапряжение может оказаться разрушительным, поэтому следует использовать регуляторы. Но регуляторы также очень помогают в устранении сетевого шума в усилителях звука. В генераторах сигналов или генераторах выходная частота будет изменяться в зависимости от напряжения питания и также должна хорошо регулироваться, чтобы поддерживать это значение постоянной.

Типы регуляторов

Существует три основных класса или типа регуляторов: положительные регуляторы, , где входящее напряжение положительное, отрицательные регуляторы, , где входящее напряжение отрицательное, двойные регуляторы напряжения, , которые представляют собой наборы обоих, e.g., схему операционного усилителя и, наконец, регулируемые регуляторы , в которых может присутствовать любое из вышеперечисленных, но с ручкой управления для изменения выходного напряжения по запросу.

Простой стабилитрон r

Стабилитрон — это тип диода, который при подключении в его конфигурации обратного смещения (см. Ниже) начинает «пробиваться» или проводить при определенном напряжении, называемом его напряжением Зенера. Как только он начинает проводить, ток не прекращается, поэтому резистор (R1, показанный ниже) должен ограничивать ток до безопасного значения.

В приведенном выше простом регуляторе Vin — 12 В, Vout — 5 В, а I — 10 мА. Без стабилитрона R1 было бы R = V / I = 12-5 / 0,01 = 700 Ом. Однако не было бы никакого регулирования, так как стабилитрон не проводил бы. Используя практическое правило, стабилитрон должен проводить ток нагрузки в два-пять раз больше, например, 50 мА. Учитывая это, должно быть I = 50 + 10 = 60 мА, поэтому R1 = 7 / 0,06 = 116 Ом.

Проблема, однако, в том, что рассеиваемая мощность в R1 и D1 для больших токов нагрузки будет чрезмерной.Но это вполне подходящая схема для преобразования уровней сигналов, скажем, с 5В в модули 3,3В.

Стабилитрон
в качестве эталона и транзистор Q1

Здесь мы использовали стабилитрон в качестве эталона и транзистор Q1 в качестве последовательного стабилизатора, выполняющего тяжелую работу. R2 обеспечивает смещение для включения Q1 и подачи гораздо меньшего тока через стабилитрон D2. Если Vout составляет 5 В, к этому должно быть добавлено падение напряжения база-эмиттер на 0,6 В, поэтому D2 должен быть 5,6 В (обычно доступен), а R2 теперь должен будет обеспечивать ток коллектора / hfe транзистора (скажем, 1000).Для источника питания 1 А, 1/1000 10 мА, R2 = 12-5,6 / 0,01 = 640 Ом плюс небольшой ток для стабилитрона, скажем, 560 Ом.

Но это все равно большой ток, потраченный на нагрев стабилитрона. Итак, теперь мы добавили Q5 и сеть обратной связи от Vout, чтобы обеспечить полезную схему:

D4 больше не является критичным и может быть любым в диапазоне от 1 В до 4 В и настраиваться. Поскольку Vout пытается превысить напряжение базы / эмиттера Q5 +0,6 + D4, он начинает отбирать ток из базы Q4, стабилизируя напряжение.R6 теперь может иметь более важное значение и не критично, так как 1k вполне подойдет. R7 и R8 также дадут более легкую регулировку.

Давайте сделаем еще один шаг и добавим защиту от перегрузки по току:

Падение напряжения на D6 и D7 всегда будет 0,6 + 0,6 = 1,2 В, а Vbe Q6 также будет 0,6 В. Например, если мы тщательно выбираем R14, чтобы соответствовать точке, в которой мы хотим предотвратить любой перегруз по току, скажем, 2A, как только V на R14 = 1,2 В, D6 и D7 будут отбирать ток от базы Q6, позволяя больше не ток питания превышать 2A. .

Следовательно, R14 = 1,2 / 2 = 0,6 Ом. Но есть еще одно усовершенствование, которое мы можем сделать, чтобы предотвратить большие токи в диодах.

Заменили диоды на Q9. Все, что ему нужно, это 0,6, чтобы включить его и вызвать ограничение тока. Для 2А это будет R19 = 0,6 / 2 = 0,3 Ом.

Регулятор постоянного напряжения

Здесь перед нами простота трехполюсного стабилизатора с фиксированным напряжением. ИС регуляторов напряжения серии LM78xx имеют несколько различных напряжений.Например, LM7812 выдает 12 В, LM7809 выдает 9 В, а LM7805 выдает 5 В.

C4 и C10 не следует путать со сглаживающими конденсаторами. Они предназначены для снижения шума и стабильности и должны иметь низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). C4 обычно составляет 10 мкФ, а C10 — 1 мкФ. Обратите внимание, что диод D9 должен разряжать любую большую емкость нагрузки в обратном направлении, чтобы предотвратить обратное смещение регулятора, когда на входе низкий уровень.

Регулируемый регулятор напряжения

И, наконец, мы подошли к концу эволюции с регулируемым трехконтактным стабилизатором — знаменитым стабилизатором напряжения LM317 и его отрицательным аналогом — стабилизатором отрицательного напряжения LM337.

C2 предназначен для шума и может составлять 1 мкФ. Соотношение R20 и R23 задает выходное напряжение. Это могут быть два постоянных резистора или регулируемый потенциометр. R20 показан в таблице данных как нестандартный 240 Ом, но если вы сделаете его стандартным 220 Ом, то для любого напряжения между В макс. и В мин. R7 = (176 * В из ) — 220.

Итак, если вы хотите 9 В, R23 может быть фиксированным значением, то есть 176 * 9 — 220 = 1k4. Обратите внимание, что, поскольку внутреннее опорное напряжение составляет 1,25 В как самое низкое значение, которое может быть у регулятора, ему также требуется не менее 2 В между входом и выходом и максимальное напряжение 32 В, поэтому он может обеспечивать регулировку от 1.От 2 до 30 В. Сделайте R23 10к.

Мощность, рассеиваемая в регуляторе, составляет (Vin-Vout) * Iout. Таким образом, для 12 В на входе и 5 В на выходе при 1 А мощность составляет (12-5) * 1 = 7 Вт. Это нелогично, но это означает, что регулятор рассеивает большую часть мощности, когда он установлен на самое низкое выходное напряжение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.