Стабилизатор тока переменного напряжения – Стабилизаторы переменного напряжения — это… Что такое Стабилизаторы переменного напряжения?

Стабилизатор переменного тока

Стабилизаторы переменного тока, гораздо реже применяются радиолюбителями, чем стабилизаторы напряжения и регуляторы мощности. Во многом это связано с более сложной схемотехникой традиционных источников тока. Однако объективный анализ показывает, что в ряде случаев предпочтительнее применение именно источников тока. Главное достоинство источника тока — нечувствительность к короткому замыканию нагрузки.

Достаточно часто встречаются случаи, когда надо поддерживать постоянное значение переменного тока, например, при включении мощных ламп накаливания. Такая мера в несколько раз продлевает срок их службы. Регулируемый стабилизатор может оказать неоценимую помощь при проверке и налаживании устройств токовой защиты.

Вниманию читателей предлагается несложная схема стабилизатора переменного тока, с возможностью плавной регулировкой его величины. Ток можно регулировать от нескольких миллиампер до 8 Ампер. При соответствующем выборе элементов схемы максимальный стабилизируемый ток можно увеличить до 70-80 А.

В основу схемы положен токо-стабилизирующий двухполюсник, данное схемотехническое решение известно довольно давно, однако долгое время было чисто теоретическим (вспомните, что представляли собой МОП-транзисторы лет 10-15 назад). Ситуация изменилась с появлением в продаже мощных МОП-транзисторов (MOSFET). Их применение позволяет создавать источники тока с хорошими характеристиками и предельно простыми.

Собственно стабилизатор тока собран на операционном усилителе (ОУ) DA1, транзисторе VT1 и резисторах R1, R2, R4. Делитель R1-R2 представляет собой «задатчик» тока. В данном случае ток в амперах численно равен напряжению на движке R2, умноженному на 10. Это позволяет выбрать напряжение датчика тока R4 весьма малым. Для работы с переменным током в схему введен диодный мост, в одну из диагоналей которого включен токостабилизирующий двухполюсник. Такое включение эквивалентно последовательному соединению нагрузки и двухполюсника, и, следовательно, обеспечивает одинаковый ток через них.

Рассмотрим процесс стабилизации тока более подробно. Так как выпрямленное напряжение не фильтруется, напряжение на стоке транзистора VT1 — однополярное, пульсирующее. Когда напряжение на стоке (рисунок 2А) равно нулю, ток через VT1 не протекает, и падение напряжения на резисторе датчика R4 также равно нулю. Транзистор VT1 при этом полностью открыт. По мере роста напряжения в сети, напряжение, снимаемое с датчика, также увеличивается (пропорционально протекающему току), приближаясь к напряжению «задатчика». Транзистор VT1 начинает закрываться. При совпадении напряжений на датчике R4 и на «задатчике» R1-R2 происходит ограничение дальнейшего роста тока. ОУ DA1 поддерживает одинаковое напряжение на своих входах, изменяя сопротивление канала VT1. Тем самым обеспечивается стабилизация тока. Форма тока через VT1 совпадает с напряжением на «задатчике» и имеет трапецеидальную форму (рисунок 2Б). Такой же по форме, только переменный, ток протекает через нагрузку (рисунок 2В). Элементы VD1, R3, C1, C2 образуют параметрический стабилизатор для питания ОУ.

Если надо изменить диапазон стабилизируемых токов, следует соответствующим образом выбрать тип транзистора VT1 и диодов VD2-VD5, а также скорректировать напряжение «задатчика» тока или сопротивление датчика R4.

Ток стабилизации определяется по формуле:
I_ст.=U_зад./R4

Налаживание схемы сводится к контролю напряжения «задатчика» (чтобы ток не вышел за пределы 7…8 А) и градуировке органа управления (резистора R2). Для визуального контроля в цепь тока можно включить амперметр.

ОУ DA1 подойдет любой широкого применения (К140УД6, К140УД7, mA741 и т.п.). От применения быстродействующих ОУ с полевыми транзисторами лучше воздержаться, поскольку с ними стабилизатор может самовозбудиться, что неминуемо выведет из строя ОУ, транзистор VT1 и диоды моста (именно так отреагировала схема у автора на установку К544УД2). Транзистор VT1 следует выбирать ориентируясь на максимально допустимые ток стока и напряжение сток-исток. Стабилитрон VD1 — любой прецизионный, с напряжением стабилизации 9…15 В. От его стабильности зависит стабильность напряжения «задатчика» и, как следствие стабилизируемого тока.

Транзистор VT1 следует укрепить на массивном радиаторе. К остальным деталям особых требований не предъявляется. Резистор R4 удобно изготовить из промышленного шунта для измерительных приборов. Это обеспечит требуемую точность и термостабильность. При его монтаже следует уделить особое внимание надежности соединения инверсного выхода ОУ и R4. Обрыв этого соединения вызывает выход стабилизатора из строя.

скачать архив

Стабилизаторы напряжения и тока

Лекция 8

2.4 Стабилизаторы напряжения и тока.

2.4.1 Принцип стабилизации. Виды стабилизаторов.

      Величина напряжения на выходе выпрямителей, предназначенных для питания различных РТУ, может колебаться в значительных пределах, что ухудшает работу аппаратуры. Основными причинами этих колебаний являются изменения напряжения на входе выпрямителя и изменение нагрузки. В сетях переменного тока наблюдаются изменения напряжения двух видов: медленные, происходящие в течение от нескольких минут до нескольких часов, и быстрые, длительностью доли секунды. Как те, так и другие изменения отрицательно сказываются на работе аппаратуры. Например, ЛБВ вообще не могут работать без стабилизации напряжения. Для обеспечения заданной точности измерительных приборов (электронных вольтметров, осциллографов и др.) также необходима стабилизация напряжения.      

Стабилизатором напряжения называется устройство, поддерживающее напряжение на нагрузке с требуемой точностью при изменении сопротивления нагрузки и напряжения сети в известных пределах.       Стабилизатором тока называется устройство, поддерживающее ток в нагрузке с требуемой точностью при изменении сопротивления нагрузки и напряжения сети в известных пределах.       Стабилизатор одновременно со своими основными функциями осуществляет и подавление пульсаций.       Качество работы стабилизатора оценивается коэффициентом стабилизации, равным отношению относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора:       (1)       Качество стабилизации оценивается также относительной нестабильностью выходного напряжения       (2)       Внутреннее сопротивление        (3)       Коэффициент сглаживания пульсаций      (4) где Uвх~, Uвых~ — амплитуды пульсации входного и выходного напряжений соответственно. Для стабилизаторов тока важны следующие параметры:       Коэффициент стабилизации тока по входному напряжению      (5)       Коэффициент стабилизации при изменении сопротивления нагрузки       (6)       Коэффициент полезного действия определяется для всех типов стабилизаторов по отношению входной и выходной активных мощностей        (7)       Существуют два основных метода стабилизации: параметрический и компенсационный.       Параметрический метод основан на использовании нелинейных элементов, за счёт которых происходит перераспределение токов и напряжений между отдельными элементами схемы, что ведёт к стабилизации.       Структурная схема параметрического стабилизатора состоит из двух элементов — линейного и нелинейного.

           

      При изменении напряжения на входе стабилизатора в широких пределах () напряжение на выходе изменяется в значительно меньших пределах ()      Параметрические стабилизаторы напряжения строятся на основе кремниевых стабилитронов. В кремниевом стабилитроне при определённом Uст развивается лавинный пробой p-n перехода (см. рисунок (а)). Обычно рабочую ветвь изображают при ином расположении осей (см. рисунок (б)). Рабочий участок ограничен предельно допустимым по тепловому режиму Imax.

а)                                          б)

      В параметрическом стабилизаторе переменного напряжения линейным элементом служит конденсатор, а нелинейным — дроссель насыщения.       Компенсационный стабилизатор отличается наличием отрицательной обратной связи, посредством которой сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулируемый элемент, изменяя его сопротивление, что ведёт к стабилизации. Компенсационные стабилизаторы, в которых регулируемый транзистор постоянно (непрерывно) находится в открытом состоянии, называются линейными или с непрерывным регулированием. В импульсном стабилизаторе регулируемый транзистор работает в ключевом режиме.

2.4.2 Параметрический стабилизатор постоянного напряжения

      Стабилизатор состоит из стабилитрона и гасящего резистора Rг (см. рисунок).

     

По I и II законам Кирхгофа       (8)       Согласно 001:    Подставим в эту формулу уравнения (8):

      Поскольку rст<<R и Rг/Rст>>1, то       (9)

     Кст увеличивается при уменьшении rст и увеличении Rг. Но при увеличении Rг нужно увеличивать Uвх. Поэтому нельзя получить очень высокий Кст. Обычно Кст не превышает нескольких десятков. Существует предельно достижимый для данного стабилитрона коэффициент стабилизации , где       Но при увеличении Rг возрастает Rг и потери мощности, снижается КПД:       (10) = 20-30%, что объясняется значительными потерями мощности в гасящем резисторе и самом стабилитроне. Поэтому простую схему со стабилитроном применяют для стабилизации напряжения на нагрузках, потребляющих очень малую мощность.       Существенным недостатком кремниевых стабилитронов является изменение напряжения пробоя при изменении температуры. Это изменение можно выразить линейной зависимостью:       (11) где — абсолютный температурный коэффициент. Стабилитроны с Uст<5В имеют отрицательный , т.е. Uст уменьшатся с ростом температуры, а стабилитроны с Uст>5В — положительный .       Относительный температурный коэффициент:       Для уменьшения температурной нестабильности используют схемы с температурной компенсацией.       Наиболее простая схема предполагает использование одного или нескольких полупроводниковых диодов, смещённых в прямом направлении. У открытых p-n переходов отрицателен, поэтому такой способ пригоден для стабилитронов с Uст>5В.       Включение термокомпенсирующих диодов приводит к росту внутренннего сопротивления ветви со стабилитроном:   , где — внутреннее сопротивление термокомпенсирующего диода.       Кст немного уменьшается.       Другой способ заключается в использовании стабилитронов с внутренней термокомпенсацией, представляющих собой два p-n перехода, включенных навстречу друг другу и выполненных на одном кристалле. Это прецизионные стабилитроны 2С108В, 2С116В, 2С190Д с ТКН=±0,0005% / ^оC на градус, и другие.       Параметрический стабилизатор можно умощнить, включив стабилитрон в базовую цепь эмиттерного повторителя (см. рисунок).

     Таким образом, мощность нагрузки увеличена, а нестабильность снижена, так как базовый ток изменяется очень слабо в процессе стабилизации.       В качестве параметрических стабилизаторов постоянного тока используют нелинейные элементы, ток которых мало зависит от напряжения, приложенного к ним. В качестве такого элемента можно использовать полевой транзистор. Если Uзи=const, то Iс~const (см. рисунок). В нашем случае затвор и исток закорочены (см. рисунок).

      

      Стабилизатор тока применяют в параметрических стабилизаторах напряжения для стабилизации входного тока. Включение стбилизатора тока вместо гасящего сопротивления даёт возможность повысить Кст:

, где  — дифференциальное сопротивление канала полевого транзистора.

      КПД также повышается.       Традиционные стабилитроны не охватывают весь диапазон напряжений. Для получения требуемого Uвых>Uст используются операционные усилители (см. рисунок).

      Например: Uст=9В, Uвых=10В.  R1=1кОм, R2=9кОм.   Для Iст=10мА  Rо=1/(10*(1/1000))=100 Ом.       Всвязи с тем. что простой стабилитрон не отвечает требованиям, предъявляемым к источникам опорного напряжения (ИОН), были разработаны СИМС (стабилитронные ИМС), которые имеют два (или три) вывода и выполнены как обычный стабилитрон, хотя в действительности они являются ИМС, содержащей пассивные и активные элементы. Все СИМС можно разделить на три группы:       температурно-компенсированные СИМС;       температурно-стабилизированные;       опорные источники с напряжением запрещённой зоны ( bandgap ИОН).       Температурно-компенсированные — 1009ЕН1. В неё входят 9 транзисторов и резисторы. Uст=31-35 В, Iст=5 мА, ТКН 0,006 % / ^о C. Предназначены для питания варикапов.       Температурно-стабилизированные ИОН содержат интегральный стабилитрон, а также прецизионный термостат, управляемый датчиком температуры (ДТ — переход БЭ транзистора). Термостат обеспечивает постоянную температуру кристалла интегрального стабилитрона при помощи нагревательной схемы, дополненной датчиком температуры. ТКН до 0,00005 % / ^оC, что на порядок меньше, чем у любого стабилитрона. 2С483 (аналог LM199 фирмы National Semiconductor).       Опорные источники с напряжением запрещённой зоны состоят из биполярных транзисторов и резисторов. В них используется принцип термокомпенсации Uбэ падением напряжения на резисторе с положительным ТКН. Uвых=1,22 В, Еотс~0,7 В. Для изменения значения Uвых введена схема с ОУ. На этом принципе выполнен регулируемый интегральный стабилитрон типа 142ЕН19 (аналог TL431 фирмы Texas Instruments). ТКН=0,0003 % / ^о C, Uвых=2,5-36 В, rдиф=0,2 Ом,Iнmax=100 мА. Эти параметры намного лучше, чем у прецизионных стабилитронов.

Схемы стабилизаторов напряжения и тока

  Стабилизированные источники питания необходимы для обеспечения независимости параметров электронного устройства от изменений питающего напряжения. Практически в любой современной аппаратуре имеется стабилизатор напряжения, а то и несколько. В таких устройствах часто применяются операционные усилители ( ОУ ), с помощью которых решить эту задачу просто и эффективно с точностью регулировки и стабильности в диапазоне 0,01…0,5 %, причём ОУ легко встраивать в традиционные стабилизаторы напряжения и тока.
Простейший стабилизатор напряжения представляет собой усилитель постоянного тока, на вход которого подано постоянное напряжение стабилитрона или часть его. Нагрузочная способность такого стабилизатора определяется силой максимального выходного тока ОУ.
Следящие стабилизаторы, как правило, работают на принципе сравнения опорного и выходного напряжений, усиления их разности и управления электропроводностью регулирующего транзистора.

   Стабилизатор по схеме Рис.1 выдаёт напряжение Uвых большее, чем опорное напряжение стабилитрона VD1, а стабилизатор Рис.2 – меньшее. Стабилизаторы питаются от одного источника. С помощью эмиттерного повторителя VT2 увеличивают ток нагрузки, в нашем примере – до 100 мА, но можно и более с составным повторителем на мощном транзисторе. Транзистор VT1 защищает выходной транзистор VT2 от перегрузок по току, причём датчиком тока служит резистор R8 небольшого сопротивления, включённый в цепь эмиттера транзистора VT2. Когда падение напряжения на нём превысит Uб-э=0,6 В, откроется транзистор VT1 и зашунтирует эмиттерный переход транзистора VT2. При токах нагрузки до 10…15 мА резисторы R7, R8 и транзисторы VT1, VT2 можно не ставить. Отметим, что в стабилитронах по схемам на Рис.1, 2 входное напряжение не должно превышать максимально допустимой суммы напряжений питания.

    На Рис.3а приведена схема подобного стабилизатора в котором ОУ включён таким образом, что он сам питается стабилизированным напряжением. Здесь дополнительно включены несколько элементов, улучшающих работу стабилизатора напряжения. Потенциал выхода ОУ DA1 смещён в сторону положительного напряжения с помощью стабилитрона VD3 и транзистора VT1. Выходной эмиттерный повторитель – составной ( VT2, VT3 ), а к базе защитного транзистора VT4 подключён делитель R4R5, что позволяет создать “падающую” характеристику ограничения тока перегрузки. Ток короткого замыкания не превышает 0,3 А. Термокомпенсированный источник опорного напряжения выполнен на микросхеме К101КТ1А (DA2). Выходное напряжение стабилизатора, равное +15В, изменяется всего на 0,0002 % при изменении входного напряжения в пределах 19…30 В; при изменении тока нагрузки от нуля до номинального выходное напряжение падает лишь на 0,001%. В этом стабилизаторе подавление пульсаций входного напряжения частотой 100 Гц составляет 120 дБ. К достоинствам стабилизатора следует отнести также и то, что в отсутствии нагрузки потребляемый ток составляет около 10 мА. При скачкообразном изменении тока нагрузки выходное напряжение устанавливается с погрешностью 0,1% за время не более 5 мкс.

Практически нулевые пульсации напряжения на выходе может обеспечить стабилизатор по схеме Рис.4. Если движок переменного резистора R1 находится в верхнем (по схеме) положении, амплитуда пульсаций максимальна. По мере перемещения движка вниз амплитуда будет уменьшаться, так как напряжение пульсаций, поданное на инвертирующий вход ОУ через конденсатор С2, в противофазе складывается с выходным напряжением пульсаций. Примерно в среднем положении движка резистора R1 пульсации будут компенсированы.
В случае необходимости получения отрицательного выходного напряжения необходимо в качестве повторителя применить p-n-p транзистор, а также заземлить положительную шину питания ОУ. Но можно поступить по-другому, если в аппаратуре требуются стабилизированные напряжения разной полярности.

   На Рис.5 приведены две упрощённые схемы соединения стабилизаторов для получения выходных напряжения разного знака. В первом случае входная и выходная цепи имеют общую шину. Пусть, например, имеются только положительные стабилизаторы. Тогда в стабилизаторе по второй схеме можно применить, если оба канала по входным цепям гальванически развязаны, чтобы можно было заземлять положительный полюс нижнего (по схеме) стабилизатора. Источником опорного напряжения для одного из каналов служит стабилитрон, а для второго – выходное напряжение первого стабилизатора. Для этого необходимо включить делитель из двух резисторов между выводами +Uст и -Uст стабилизаторов и подвести напряжение средней точки делителя к неинвертирующему входу ОУ второго стабилизатора, заземлив инвертирующий вход ОУ. Тогда выходные напряжения двух стабилизаторов ( несимметричные в общем случае ) связаны и регулирование напряжений осуществляется одним переменным резистором.

В случае если необходимо иметь два питающих напряжения с заземлённой средней точкой, то можно применить активный делитель на ОУ с повторителями для увеличения нагрузочной способности (Рис. 6). Если R1=R2, то равны и выходные напряжения относительно заземлённой средней точки. Через выходные транзисторы VT1 и VT2 протекают полные токи нагрузки, а падение напряжения на участках коллектор – эмиттер равны половине входного напряжения. Это надо иметь в виду при выборе радиаторов охлаждения.
Ключевые стабилизаторы напряжения зарекомендовали себя наилучшим образом с точки зрения экономичности, так как КПД таких устройств всегда высокий. Несмотря на их сложность по сравнению с линейными стабилизаторами, только за счёт уменьшения размеров теплоотводящего радиатора проходного транзистора ключевой стабилизатор позволяет уменьшить габариты регулируемого мощного источника питания в два – три раза. Недостаток ключевых стабилизаторов заключается в повышении уровня помех. Однако рациональное конструирование, и когда весь блок выполнен в виде экранированного модуля с расположенной непосредственно на теплоотводе мощного транзистора платой управления, позволяет свести помехи к минимуму. Устранить “пролезание” высокочастотных помех в нестабилизированный источник первичного питания и нагрузку можно путём включения последовательно радиочастотных дросселей, рассчитанный на постоянный ток 1…3 А. В ключевых стабилизаторах напряжения с успехом применяются интегральные компараторы.

   На Рис. 7 приведена схема релейного стабилизатора на базе микросхемы К554СА2. Здесь компаратор DA1 работает от источников напряжения +12 и -6 В. Эта комбинация образована подключением вывода 11 положительного питания DA1 к эмиттеру транзистора VT1 (+18 В), вывода 2 – к стабилитрону VD6 (примерно +6 В), вывода 6 отрицательного питания – к нулевому потенциалу общей шины. Опорное напряжение стабилизатора формируется диодами VD3 – VD5, оно равно +4,5 В. Это напряжение подаётся на инвертирующий вход компаратора DA1, включённого по схеме детектора уровня с гистерезисной характеристикой из-за положительной обратной связи по цепи R5, R3. Цепь отрицательной обратной связи замыкается через усилительный транзистор VT2, ключевой элемент на транзисторах VT3, VT4 и фильтр L1C7. Глубину отрицательной обратной связи по выходному напряжению регулируют переменным резистором R4, в результате оно изменяется в пределах 4…20 В при минимальном входном нестабилизированном напряжении +23 В и максимальном – до +60 В с применением элементов, рассчитанных на такое напряжение. В то же время переменная составляющая выходного напряжения ( пульсации ) проходят без ослабления через конденсатор С4, поэтому регулирование выходного напряжения не приводит к пропорциональному изменению пульсаций.
Данный стабилизатор напряжения относится к числу автогенерирующих, когда в зависимости от входного напряжения и тока нагрузки, разряжающего накопительный конденсатор C7, автоматически меняется как период автоколебаний, так и время включённого состояния транзисторов VT3, VT4. Усилитель управления на компараторе DA1 и транзисторе VT2 открывает ключевой элемент в тот момент, когда потенциал инвертирующего входа станет меньше, чем потенциал неинвертирующего (опорного) входа. В этот момент напряжение на нагрузке падает несколько ниже заданного уровня стабилизации, т.е пульсирует. После включения транзисторов VT3, VT4 ток через дроссель L1 нарастает, его индуктивность и конденсатор С7 запасает энергию, так что потенциал инвертирующего входа повышается. Благодаря действию усилителя управления ключевой элемент закрывается. Затем фильтр L1C7 отдаёт некоторую часть запасённой энергии в нагрузку, причём полярность напряжения на дросселе L1 меняется и цепь питания замыкается через диод VD7. Как только напряжение на конденсаторе С7 станет ниже опорного на величину гистерезиса, вновь включаются транзисторы VT3, VT4. Далее циклы повторяются.
В качестве дросселя L1 можно применить дроссели фильтров промышленного изготовления, например из серий Д8, Д5 – плоские и др., среди которых выбирают типономинал с требуемой индуктивностью, рассчитанный на ток подмагничивания не менее ожидаемого тока нагрузки и пригодный к использованию на частотах до 50 кГц.
Диод VD7 должен быть обязательно быстродействующим с большим допустимым импульсным током, не менее удвоенного значения тока нагрузки. В стабилизаторе по схеме на Рис. 7, где ток нагрузки 2 А, возможна замена его на диоды КД212Б, КД217А и некоторые другие. Конденсатор С7 из ряда К53 или танталовый типов К52-7А, К52-9, К52-10, С9 – ёмкостью не менее 15,…2,2 мкФ.
Большая потребность в стабилизаторах для питания аппаратуры привела к необходимости разработки и производства специальных линейных микросхем – стабилизаторах напряжения. В интегральном исполнении преобладают последовательные регуляторы с непрерывным или импульсным режимом управления. Стабилизаторы строятся как для положительных так и для отрицательных напряжений питания. Выходное напряжение может быть регулируемым или фиксированным, например +5 В для питания блоков с цифровыми микросхемами или ±15 В для питания аналоговых микросхем. К данной группе из выпускаемых стабилизаторов относятся категория регулируемых стабилизаторов КР142ЕН1 и К142ЕН2.

   На базе микросхем КР142ЕН1,2 можно создавать стабилизаторы отрицательных напряжений Рис. 8. При этом стабилитрон VD1 смещает уровень напряжения на выводе 8 относительно входного напряжения. Базовый ток транзистора VT1 не должен превышать максимально допустимого тока стабилизатора, иначе следует применить составной транзистор.

   Широкие возможности микросхем КР142ЕН1,2 позволяют создавать на их основе релейные стабилизаторы напряжения (Рис. 9). В таком стабилизаторе опорное напряжение установлено делителем R4R5, а амплитуда пульсаций выходного напряжения на нагрузке задаётся делителем R2R3. Следует также иметь в виду, что ток нагрузки не может изменяться в широких пределах, обычно не более чем в два раза от номинального значения. Преимуществом релейных стабилизаторов является высокий КПД.

   Также следует рассмотреть ещё один класс стабилизаторов – стабилизаторов тока, преобразующих напряжение в ток независимо от изменения напряжения нагрузки. Мощные источники тока предусматривают подключение к ОУ усилительных транзисторов.

   На Рис.10 дана схема источника тока, а на Рис. 11 – схема приёмника тока. В обоих устройствах сила тока зависит от напряжения Uвх и номинала резистора R1, чем меньше входной ток ОУ и тем меньше ток управления первого (после ОУ) транзистора, который выбран поэтому полевым. Ток нагрузки может достигать 100 мА.

   Схема простого мощного источника тока для зарядки устройства показана на Рис. 12. Здесь R4 – токоизмерительный проволочный резистор. Номинальное значение тока нагрузки Iн =ΔU/R4=5 A устанавливается примерно при среднем положении движка резистора R1. При зарядке автомобильной аккумуляторной батареи напряжение Uвх ≥ 18 В без учёта пульсаций выпрямленного переменного напряжения. В таком устройстве следует применять ОУ с диапазоном входного напряжения вплоть до напряжения положительного питания. Такими возможностями обладают ОУ К553УД2, К153УД2, К153УД6, а также КР140УД18.
Более подробно по данной тематике можно найти в источнике:

“В ПОМОЩЬ РАДИОЛЮБИТЕЛЮ” выпуск 91, МОСКВА издательство ДОСААФ СССР, 1985 стр. 39-53

Похожее

Стабилизаторы тока. Виды и устройство. Работа и применение

Стабилизаторы тока предназначены для стабилизации тока на нагрузке. Напряжение на нагрузке зависит от его сопротивления. Стабилизаторы необходимы для функционирования различных электронных приборов, например газоразрядные лампы.

Для качественного заряда аккумуляторов также необходимы стабилизаторы тока. Они используются в микросхемах для настройки тока каскадов преобразования и усиления. В микросхемах они играют роль генератора тока. В электрических цепях всегда есть разного рода помехи. Они отрицательно влияют на действие приборов и электрических устройств. С такой проблемой легко справляются стабилизаторы тока.

Отличительной чертой стабилизаторов тока является их значительное выходное сопротивление. Это дает возможность исключить влияние напряжения на входе, и сопротивления нагрузки, на значение тока на выходе устройства. Стабилизаторы тока поддерживают выходной ток в определенных пределах, меняя при этом напряжение таким образом, что ток, протекающий по нагрузке, остается постоянным.

Устройство и принцип действия

На нестабильность нагрузочного тока влияет значение сопротивления и напряжения на входе. Пример: в котором сопротивление нагрузки постоянно, а напряжение на входе повышается. Ток нагрузки при этом также возрастает.

В результате этого повысится ток и напряжение на сопротивлениях R1 и R2. Напряжение стабилитрона станет равным сумме напряжений сопротивлений R1, R2 и на переходе VT1 база-эмиттер: Uvd1=UR1+UR2+UVT1(б/э)

Напряжение на VD1 не меняется при меняющемся входном напряжении. Вследствие этого ток на переходе база-эмиттер снизится, и повысится сопротивление между клеммами эмиттер-коллектор. Сила тока на переходе коллектор-эмиттере и нагрузочное сопротивление станет снижаться, то есть переходить к первоначальной величине. Так выполняется выравнивание тока и поддержание его на одном уровне.

Виды стабилизаторов тока

Существует множество разных видов стабилизаторов в зависимости от их назначения и принципа работы. Рассмотрим подробнее основные из таких устройств.

Стабилизаторы на резисторе

В элементарном случае генератором тока может быть схема, состоящая из блока питания и сопротивления. Подобная схема часто используется для подключения светодиода, выполняющего функцию индикатора.

Из недостатков такой схемы можно отметить необходимость использования высоковольтного источника. Только при таком условии можно использовать резистор, имеющий высокое сопротивление, и получить хорошую стабильность тока. На сопротивлении рассеивается мощность P = I ² х R.

Стабилизаторы на транзисторах

Значительно лучше функционируют стабилизаторы тока, собранные на транзисторах.

Можно выполнить настройку падения напряжения таким образом, что оно будет очень маленьким. Это дает возможность снижения потерь при хорошей стабильности тока на выходе. На выходе транзистора сопротивление очень большое. Такая схема применяется для подключения светодиодов или зарядки аккумуляторных батарей малой мощности.

Напряжение на транзисторе определяется стабилитроном VD1. R2 играет роль датчика тока и обуславливает ток на выходе стабилизатора. При увеличении тока падение напряжения на этом резисторе становится больше. Напряжение поступает на эмиттер транзистора. В итоге напряжение на переходе база-эмиттер, которое равно разности напряжения базы и эмиттерного напряжения, снижается, и ток возвращается к заданной величине.

Схема токового зеркала

Аналогично функционируют генераторы тока. Популярной схемой таких генераторов является «токовое зеркало», в которой вместо стабилитрона применяется биполярный транзистор, а точнее, эмиттерный переход. Вместо сопротивления R2 применяется сопротивление эмиттера.

Стабилизаторы тока на полевике

Схема с применением полевых транзисторов более простая.

Нагрузочный ток проходит через R1. Ток в цепи: «+» источника напряжения, сток-затвор VТ1, нагрузочное сопротивление, отрицательный полюс источника – очень незначительный, так как сток-затвор имеет смещение в обратную сторону.

Напряжение на R1 положительное: слева «-», справа напряжение равно напряжению правого плеча сопротивления. Поэтому напряжение затвора относительно истока минусовое. При снижении нагрузочного сопротивления, ток повышается. Поэтому напряжение затвора по сравнению с истоком имеет еще большую разницу. Вследствие этого транзистор закрывается сильнее.

При большем закрытии транзистора нагрузочный ток снизится, и возвратится к начальной величине.

Устройства на микросхеме

В прошлых схемах имеются элементы сравнения и регулировки. Аналогичная структура схемы применяется при проектировании устройств, выравнивающих напряжение. Отличие устройств, стабилизирующих ток и напряжение, заключается в том, что в цепь обратной связи сигнал приходит от датчика тока, который подключен к цепи нагрузочного тока. Поэтому для создания стабилизаторов тока используют популярные микросхемы 142 ЕН 5 или LМ 317.

Здесь роль датчика тока играет сопротивление R1, на котором стабилизатор поддерживает постоянное напряжение и нагрузочный ток. Величина сопротивления датчика значительно ниже, чем нагрузочное сопротивление. Снижение напряжения на датчике влияет на напряжение выхода стабилизатора. Подобная схема хорошо сочетается с зарядными устройствами, светодиодами.

Импульсный стабилизатор

Высокий КПД имеют импульсные стабилизаторы, выполненные на основе ключей. Они способны при незначительном напряжении входа создавать высокое напряжение на потребителе. Такая схема собрана на микросхеме МАХ 771.

Сопротивления R1 и R2 играют роль делителей напряжения на выходе микросхемы. Если напряжение на выходе микросхемы становится выше опорного значения, то микросхема снижает выходное напряжение, и наоборот.

Если схему изменить таким образом, чтобы микросхема реагировала и регулировала ток на выходе, то получится стабилизированный источник тока.

При падении напряжения на R3 ниже 1,5 В, схема работает в качестве стабилизатора напряжения. Как только нагрузочный ток повышается до определенного уровня, то на резисторе R3 падение напряжения становится больше, и схема действует как стабилизатор тока.

Сопротивление R8 подключается по схеме тогда, когда напряжение становится выше 16,5 В. Сопротивление R3 задает ток. Отрицательным моментом этой схемы можно отметить значительное падение напряжения на токоизмерительном сопротивлении R3. Эту проблему можно решить путем подключения операционного усилителя для усиления сигнала с сопротивления R3.

Стабилизаторы тока для светодиодов

Изготовить такое устройство самостоятельно можно с применением микросхемы LМ 317. Для этого останется только подобрать резистор. Питание для стабилизатора целесообразно применять следующее:

• Блок от принтера на 32 В.
• Блок от ноутбука на 19 В.
• Любой блок питания на 12 В.

Достоинством такого устройства является низкая стоимость, простота конструкции, повышенная надежность. Сложную схему нет смысла собирать самостоятельно, проще ее приобрести.

Похожие темы:

схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Содержание статьи:

Яркость светодиодных источников зависит от протекающего тока, а он в свою очередь – от напряжения питания. В условиях колебания нагрузки возникает пульсация светильников. Для ее предотвращения используется специальный драйвер – стабилизатор тока. При поломках элемент можно сделать самостоятельно.

Конструкция и принцип работы

Стабилизатор обеспечивает постоянство тока при его отклонении

Стабилизатор обеспечивает постоянство показателей рабочего тока LED-диодов при его отклонении от нормы. Он предотвращает перегрев и выгорание светодиодов, поддерживает постоянство потока при перепадах напряжения или разрядке АКБ.

Простейшее устройство состоит из трансформатора, выпрямительного моста, соединенного с резисторами и конденсаторами. Действие стабилизатора основывается на следующих принципах:

• подача тока на трансформатор и изменение его предельной частоты до частоты электросети – 50 Гц;
• регулировка напряжения на повышение и понижение с последующим выравниванием частоты до 30 Гц.

В процессе преобразования также задействуются выпрямители высоковольтного типа. Они определяют полярность. Стабилизация электрического тока осуществляется при помощи конденсаторов. Для снижения помех применяются резисторы.

Разновидности токовых стабилизаторов

Светодиод загорается при достижении порогового значения тока. Для маломощных устройств этот показатель равняется 20 мА, для сверхъярких – от 350 мА. Разброс порогового напряжения объясняет наличие различных видов стабилизаторов.

Резисторные стабилизаторы

Стабилизатор КРЕН

Для регулируемого стабилизатора параметров тока для маломощных светодиодов применяется схема КРЕН. Она предусматривает наличие элементов КР142ЕН12 либо LM317. Процесс выравнивания осуществляется при силе тока 1,5 А и напряжении на входе 40 В. В условиях нормального теплового режима резисторы рассеивают мощность до 10 т. Собственное энергопотребление составляет около 8 мА.

Узел LM317 удерживает на главном резисторе постоянную величину напряжения, регулируемую подстроечным элементом. Основной, или токораздающий элемент может стабилизировать ток, пропущенный через него. По этой причине стабилизаторы на КРЕН применяются для зарядки аккумуляторов.

Величина в 8 мА не изменяется даже при колебаниях тока и напряжения на входе.

Транзисторные устройства

Схема транзисторного стабилизатора напряжения

Регулятор на транзисторах предусматривает использование одного или двух элементов. Несмотря на простоту схемы при колебаниях напряжения не всегда бывает стабильный ток нагрузки. При его увеличении на одном транзисторе повышается напряжение резистора до 0,5-0,6 В. после этого начинает работать второй транзистор. В момент его открытия первый элемент закрывается, а сила и величина тока, проходящие через него, понижается.

Второй транзистор должен быть биполярным.

Две схемы для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2

Для реализации схемы с заменой стабилитронов на диоды применяются:

• диоды VD1 и VD2;
• резистор R1;
• резистор R2.

Подача тока через светодиодный элемент задается резистором R2. Для выхода на линейный участок ВАХ-диодов с привязкой к току базового транзистора используется резистор R1. Чтобы транзистор сохранял устойчивость, напряжение питания не должно быть меньше суммарного напряжения диодов + 2-2,5 В.

Для получения тока 30 мА через 3 последовательно подключенных диода с напряжением 3,1 В по прямой производится запитка 12 В. Резисторное сопротивление должно равняться 20 Ом при мощности рассеивания 18 мВт.

Схема нормализует режим работы элементов, снижает токовые пульсации.

Схема с советскими транзисторами. Допустимое напряжение советских КТ940 или КТ969 – до 300 В, что подходит, если источник света – мощный SMD-элемент. Параметры тока задаются резистором. Напряжение стабилитрона составляет при этом 5,1 В, а мощность – 0,5 В.

Минус схемы – падение напряжения при повышении силы тока. Его можно устранить, заменив биполярный транзистор на MOSFET с низкими параметрами сопротивления. Мощный диод заменяется элементом IRF7210 на 12 А или IRLML6402 на 3,7 А.

Стабилизаторы тока на полевике

Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

Полевой элемент отличается закороченным истоком и затвором, а также встроенным каналом. При использовании полевика (IRLZ 24) с 3-мя выводами на вход подается напряжение 50 В, на выходе получается 15,7 В.

Для подачи напряжения задействуется потенциал заземления. Параметры тока на выходе зависят от начального тока стока, и не привязываются к истоку.

Линейные устройства

Стабилизатор, или делитель постоянного показателя тока принимает нестабильное напряжение. На выходе линейный прибор его выравнивает. Он функционирует по принципу постоянного изменения параметров сопротивления для выравнивания питания на выходе.

К преимуществам эксплуатации относятся минимальное число деталей, отсутствие помех. Недостатком является малый КПД при разнице питания на входе и выходе.

Феррорезонансное устройство

Стабилизатор для переменного тока устаревшей модели, схема которого представлена конденсатором и двумя катушками – с ненасыщенным и насыщенным сердечником. К насыщенному (индуктивному) сердечнику подается напряжение постоянного типа, не зависимое от параметров тока. Это облегчает подбор данных для второй катушки и емкостный диапазон стабилизации питания.

Устройство работает по принципу качелей, которые сразу сложно остановить или раскачать сильнее. Подача напряжения происходит по инерции, поэтому возможны падения нагрузки или разрыв цепи питания.

Особенности схемы токового зеркала

Классическая схема токового зеркала

Токовое зеркало, или отражатель выстраивается на паре транзисторов согласованного типа, т.е. с одинаковыми параметрами. Для их производства используется один светодиодный кристалл полупроводника.

Схема токового зеркала по уравнению Эберса-Молла. Принцип работы заключается в том, что транзисторные базы объединяются, а эмиттеры подкидываются на одну шину питания. В итоге параметры переходного напряжения сцепки «база – транзистор-эмиттер» равны.

Преимущества схемы заключаются в равном диапазоне устойчивости и отсутствии падения напряжение на резисторе-эмиттере. Параметры легче задаются при помощи тока. Недостаток заключается в эффекте Эрли – привязке напряжения на выходе к коллекторному и его колебания.

Схема токового зеркала Уилсона. Токовое зеркало может стабилизировать постоянную величину выходного тока и реализуется так:

1. Транзисторы № 1 и № 1 включены по принципу стандартного токового зеркала.
2. Транзистор № 3 фиксирует потенциал коллектора элемента № 1 на удвоенный параметр падения диодного напряжения.
3. Оно будет меньше, чем напряжение питания, что подавляет эффект Эрли.
4. Коллектор транзистора № 1 задействуется для установления режима схемы.
5. Ток на выходе зависит от транзистора № 2.
6. Транзистор № 3 трансформирует выходной ток в нагрузку с переменным напряжением.

Транзистор № 3 можно не согласовывать с остальными.

Стабилизатор компенсационного напряжения

Компенсационный стабилизатор напряжения

Выпрямитель работает по принципу обратной связи цепи для напряжения. Полное или частичное напряжение приравнивает к опоре. В результате стабилизатор генерирует параметры напряжения ошибки, устраняя колебания яркости для светодиодов. Прибор состоит из следующих элементов:

• Регулирующий элемент или транзистор, который совместно с сопротивлением нагрузки образует делитель напряжения. Эмиттерный показатель транзистора должен превышать ток нагрузки в 1,2 раза.
• Усилитель – управляет РЭ, выполняется на базе транзистора №2. Маломощный элемент согласуется с мощным по составному принципу.
• Источник напряжения опоры – в схеме задействуется стабилизатор параметрического типа. Он выравнивает напряжение стабилитрона и резистора.
• Дополнительные источники.
• Конденсаторы – для сглаживания пульсаций, устранения паразитного возбуждения.

Стабилизаторы компенсационного напряжения работают по принципу увеличения входного напряжения с дальнейшим возрастанием токов. Закрытие первого транзистора увеличивает сопротивление и напряжение зоны коллектор-эмиттер. После подачи нагрузки оно выравнивается до номинала.

Устройства на микросхемах

Микросхема 142ЕН5

Для стабилизующих приборов применяется микросхема 142ЕН5 или LМ317. Она позволяет выровнять напряжение, принимая по цепи обратной связи сигнал от датчика, подключенного к сети тока нагрузки.

В качестве датчика задействует сопротивление, при котором регулятор может поддерживать постоянное напряжение и ток нагрузки. Сопротивление датчика будет меньше сопротивления по нагрузке. Схему задействуют для зарядных устройств, по ней же проектируется ЛЕД-лампа.

Импульсные стабилизаторы

Импульсный прибор отличается высоким КПД и при минимальных параметрах входного напряжения создают высокое напряжение потребителей. Для сборки используется микросхема МАХ 771.

Регулировать силу тока будут один или два преобразователя. Делитель выпрямительного типа выравнивает магнитное поле, понижая допустимую частоту напряжения. Для подачи тока на обмотку светодиодный элемент передает сигнал транзисторам. Стабилизация на выходе осуществляется посредством вторичной обмотки.

Как сделать стабилизатор тока для светодиодов самостоятельно

Изготовление стабилизатора для светодиодов своими руками осуществляется несколькими способами. Новичку целесообразно работать с простыми схемами.

На основе драйверов

Понадобится выбрать микросхему, которую трудно выжечь – LM317. Она будет выполнять роль стабилизатора. Второй элемент – переменный резистор с сопротивлением в 0,5 кОм с тремя выводами и ручкой регулировки.

Сборка осуществляется по следующему алгоритму:

1. Припаять проводники к среднему и крайнему выводу резистора.
2. Перевести мультиметр в режим сопротивления.
3. Замерить параметры резистора – они должны равняться 500 Ом.
4. Проверить соединения на целостность и собрать цепь.

На выходе получится модуль с мощностью 1,5 А. Для увеличения тока до 10 А можно добавить полевик.

Стабилизатор для автомобильной подсветки

Стабилизатор L7812

Для работы потребуется линейный прибор в виде микросхемы L7812, две клеммы, конденсатор 100n (1-2 шт.), текстолитовый материал и трубка с термоусадкой. Изготовление производится пошагово:

1. Выбор схемы под L7805 из даташита.
2. Вырезать из текстолита нужный по размеру кусок.
3. Наметить дорожки, делая насечки отверткой.
4. Припаять элементы так, чтобы вход был слева, а выход – справа.
5. Сделать корпус из термотрубки.

Стабилизирующее устройство выдерживает до 1,5 А нагрузки, монтируется на радиатор.

В качестве радиатора задействуется кузов машины за счет соединения центрального вывода корпуса с минусом.

Нюансы расчета стабилизатора тока

Расчет стабилизатора производится на основании напряжения стабилизации U и тока (среднего) I. К примеру, напряжение входного делителя составляет 25 В, на выходе нужно получить 9 В. Вычисления предусматривают:

1. Подбор по справочнику стабилитрона. Ориентируются на напряжение стабилизации: Д814В.
2. Поиск среднего тока I по таблице. Он равен 5 мА.
3. Вычисление подающего напряжения как разности стабильного напряжения входа и выхода: UR1 = Uвx — Uвых, или 25-9=16 В.
4. Деление полученного значение по закону Ома на ток стабилизации по формуле R1 = UR1 / Iст, или 16/0,005=3200 Ом, или 3,2 кОм. Номинал элемента будет 3,3 кОм.
5. Вычисление максимальной мощности по формуле РR1 = UR1 * Iст, или 16х0,005=0,08.

Через резистор проходит ток стабилитрона и выходной, поэтому его мощность должна быть в 2 раза больше (0,16 кВт). На основании таблицы данному номиналу соответствует 0,25 кВт.

Самостоятельная сборка стабилизатора для светодиодных устройств возможна только при знании схемы. Начинающим мастерам рекомендовано использовать простые алгоритмы. Рассчитать элемент по мощности можно на основании формул из школьного курса физики.

простые самодельные схемы для повторения

В электрических схемах для изменения уровня выходного сигнала используется регулятор напряжения. Основное его назначение — изменять подаваемую на нагрузку мощность. C помощью устройства управляют оборотами электродвигателей, уровнем освещённости, громкостью звука, нагревом приборов. В радиомагазинах можно приобрести готовое изделие, но несложно изготовить регулятор напряжения своими руками.

Описание устройства

Регулятором напряжения называется электронный прибор, служащий для повышения или понижения уровня выходного сигнала, в зависимости от величины разности потенциалов на его входе. То есть это устройство, с помощью которого можно управлять значением мощности, подводимой к нагрузке. При этом регулировать подаваемый уровень энергии можно как на реактивной, так и активной нагрузке.

Самым простым устройством, с помощью которого можно изменять уровень сигнала, считается реостат. Он представляет собой резистор, имеющий два вывода, один из которых подвижный. При перемещении ползункового вывода реостата изменяется сопротивление. Для этого он подключается параллельно нагрузке. Фактически это делитель напряжения, позволяющий регулировать величину разности потенциалов на нагрузке в пределах от нуля до значения, выдаваемого источником энергии.

Использование реостата ограничено мощностью, которую можно через него пропустить. Так как при больших значениях тока или напряжения он начинает сильно нагреваться и в итоге перегорает, поэтому на практике применение реостата ограничено. Его используют в параметрических стабилизаторах, элементах электрического фильтра, усилителях звука и регуляторах освещённости небольшой мощности.

Разновидности приборов

По виду выходного сигнала регуляторы разделяют на стабилизированные и нестабилизированные. Также они могут быть аналоговыми и цифровыми (интегральными). Первые строятся на основе тиристоров или операционных усилителей. Их управление осуществляется путём изменения параметров RC цепочки обратной связи. Совместно с ними для повышения мощности применяются биполярные или полевые транзисторы. Работа же интегральных устройств связана с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), поэтому в цифровой схемотехнике используются микроконтроллеры и силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме.

При изготовлении самодельного регулятора напряжения могут быть использованы следующие элементы:

• резисторы;
• тиристоры или транзисторы;
• цифровые или аналоговые интегральные микросхемы.

Первые два типа имеют несложные схемы и довольно просты к самостоятельной сборке. Их можно изготавливать без использования печатной платы с помощью навесного монтажа, в то время как импульсные регуляторы на основе микроконтроллеров требуют более обширных знаний в радиоэлектронике и программировании.

Характеристика регулятора

По своему виду приспособления могут изготавливаться в портативном или стационарном исполнении. Устанавливаются они в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном.

Устройства могут крепиться с использованием дин-рейки или встраиваться в различные блоки и приборы. Конструктивно регуляторы возможно изготовить как корпусными, так и без помещения в корпус.

К основным характеристикам устройств относят следующие параметры:

1. Плавность регулировки. Обозначает минимальный шаг, с которым происходит изменение величины разности потенциалов на выходе. Чем он плавнее, тем точнее можно выставить значение напряжения на выходе.
2. Рабочая мощность. Характеризуется значением силы тока, которое может пропускать через себя прибор продолжительное время без повреждения своих электронных связей.
3. Максимальная мощность. Пиковая величина, которую кратковременно выдерживает устройство с сохранением своей работоспособности.
4. Диапазон входного напряжения. Это значения входного сигнала, с которым устройство может работать.
5. Диапазон изменяемого сигнала на выходе устройства. Обозначает значения разности потенциалов, которое может обеспечить устройство на выходе.
6. Тип регулируемого сигнала. На вход устройства может подаваться как переменное, так и постоянное напряжение.
7. Условия эксплуатации. Обозначает условия, при которых характеристики регулятора не изменяются.
8. Способ управления. Выставление выходного уровня сигнала может осуществляться пользователем вручную или без его вмешательства.

Особенности изготовления

Изготовить регулирующее приспособление можно несколькими способами. Самый лёгкий -приобрести набор, содержащий уже готовую печатную плату и радиоэлементы, необходимые для сборки своими руками. Кроме них, набор содержит электрическую и принципиальную схему с описанием последовательности действий. Такие наборы называются KIT и предназначены для самых неопытных радиолюбителей.

Другой путь подразумевает самостоятельное приобретение радиокомпонентов и изготовление в случае необходимости печатной платы. Используя второй способ, можно будет сэкономить, но он занимает больше времени.

Существует множество схем разного уровня сложности для самостоятельного изготовления. Но чтобы сделать регулятор напряжения, кроме схемы, понадобится подготовить следующие инструменты, приборы и материалы:

• паяльник;
• мультиметр;
• припой;
• пинцет;
• кусачки;
• флюс;
• технический спирт;
• соединительные медные провода.

Если планируется собирать устройство, состоящее из 6 и более элементов, то целесообразно будет смастерить печатную плату. Для этого необходимо иметь фольгированный текстолит, хлорное железо и лазерный принтер.

Техника изготовления печатной платы в домашних условиях называется лазерно-утюжной (ЛУТ). Её суть заключается в распечатывании печатной платы на глянцевом листе бумаги, и переносом изображения на текстолит с помощью проглаживания утюгом. Затем плату погружают в раствор хлорного железа. В нём открытые участки меди растворяются, а закрытые с переведённым изображением формируют необходимые соединения.

При самостоятельном изготовлении прибора важно соблюдать осторожность и помнить про электробезопасность, особенно при работе с сетью переменного тока 220 В. Обычно правильно собранный регулятор из исправных радиодеталей не нуждается в настройке и сразу начинает работать.

Простые схемы

Для управления величиной выходного напряжения для слабо мощных устройств можно собрать простой регулятор напряжения на 2 деталях. Понадобится лишь транзистор и переменный резистор. Работа схемы проста: с помощью переменного резистора происходит индуцирование (отпирание транзистора).

Если управляющий вывод резистора находится в нижнем положении, то напряжение на выходе схемы равно нулю. А если вывод перемещается в верхнее положение, то транзистор максимально становится открытым, а уровень выходного сигнала будет равен напряжению источника питания за вычетом падения разности потенциалов на транзисторе.

При изменении сопротивления регулируется величина напряжения на выходе. В зависимости от типа транзистора изменяется и схема включения. Чем номинал переменного резистора будет меньше, тем регулировка будет плавней. Недостатком схемы является чрезмерный нагрев транзистора, поэтому чем больше будет разница между Uвх и Uвых, тем он будет сильнее нагреваться.

Такую схему удобно применять для регулировки вращения компьютерных вентиляторов или других слабых двигателей, а также светодиодов.

Симисторный вид

Для регулировки переменного напряжения используются симисторные регуляторы, с помощью которых можно управлять мощностью паяльника или лампочки. Собрав схему на недорогом и доступном симисторе BT136, можно изменять мощность нагрузки в пределах 100 ватт.

Для сборки схемы понадобится:

Наименование	Номинал	Аналог
Резистор R1	470 кОм
Резистор R2	10 кОм
Конденсатор С1	0,1 мкФ х. 400 В
Диод D1	1N4007	1SR35–1000A
Светодиод D2	BL-B2134G	BL-B4541Q
Динистор DN1	DB3	HT-32
Симистор DN2	BT136	КУ 208

Принцип работы регулятора заключается в следующем: через цепочку, состоящую из динистора DN1, конденсатора C1 и диода D1, ток поступает на симистор DN2, что приводит к его открытию. Момент открытия зависит от ёмкости C1, которая заряжается через резисторы R1 и R2. Соответственно, изменением сопротивления R1 управляется скорость заряда C1.

Несмотря на простоту, такая схема отлично справляется с регулировкой вольтажа нагревательных устройств, использующих вольфрамовую нить. Но так как такая схема не имеет обратной связи, использовать её для управления оборотами коллекторного электродвигателя нельзя.

Реле напряжения

Для автолюбителей важным элементом является устройство, поддерживающее напряжение бортовой сети в установленных пределах при изменении различных факторов, например, оборотов генератора, включении или выключении фар. Использующиеся для этого приборы работают по одинаковому принципу – стабилизация напряжения путём изменения тока возбуждения. Иными словами, если уровень сигнала на входе изменяется, то устройство уменьшает или увеличивает ток возбуждения.

Собранная схема своими руками реле-регулятора напряжения должна:

• работать в широком диапазоне температур;
• выдерживать скачки напряжения;
• иметь возможность отключения во время запуска мотора;
• обладать малым падением разности потенциалов.

Упрощённо принцип работы можно описать в следующем виде: при величине напряжения, превышающей установленное значение, ротор отключается, а при её нормализации запускается вновь. Основным элементом схемы является ШИМ стабилизатор LM 2576 ADJ.

Микросхема TC4420EPA предназначена для моментального переключения транзистора. С помощью резистора R3, конденсатора C1 и стабилитронов VD1, VD2 осуществляется защита микросхемы и полевого транзистора. Резисторы R1 и R2 задают опорное напряжение для стабилизатора. DD1 управляет работой полевого транзистора и ротора. Диод D2 используется для ограничения управляющего напряжения. Индуктивность L1 обеспечивает плавность разрядки ротора через диоды D4 и D5 при размыкании цепи.

Управляемый блок питания

Конструируя различные схемы, радиолюбители часто собирают источники напряжений. Спаяв регулятор постоянного напряжения своими руками, его можно будет использовать как управляемый блок питания в диапазоне от 0 до 12В.

Собираемый источник напряжения состоит из 2 частей: блока питания и параметрического регулятора напряжения. Первая часть изготавливается по классической схеме: понижающий трансформатор — выпрямительный блок. Типом используемого трансформатора, выпрямительных диодов и транзистора определяется мощность устройства. Переменное напряжение сети понижается в трансформаторе до 11 вольт, после чего попадает на диодный мост VD1, где становится постоянным. Конденсатор C1 используется как сглаживающий фильтр. Сигнал поступает на параметрический стабилизатор, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD2.

Параллельно стабилитрону подключён резистор R2, которым и изменяется уровень выходного напряжения. Транзисторы включены по упрощённой схеме эмиттерного повторителя, и при появлении на их переходах напряжения начинают работать в режиме усиления тока. То есть сигнал, снятый с R2, поступает на выход прибора через транзисторы, которые снижают его значение на величину своего насыщения. Таким образом, чем больше подаётся на них напряжение, тем сильнее они открываются и больше мощности поступает на выход.

Этот регулируемый блок питания может работать с нагрузкой до трёх ампер, то есть обеспечивать мощность до 30 ватт. Если есть опыт, то схема паяется навесным монтажом с использованием проводов любого сечения.

Симисторно-трансформаторный стабилизатор переменного напряжения — RadioRadar

Электропитание

Главная  Радиолюбителю  Электропитание

---

В сельской местности, а иногда и в городах нередко случаются значительные понижения сетевого напряжения относительно номинального 230 В. Зачастую это приводит к отказам холодильников. Существенно падает эффективность работы с электроинструментом, тускнеет освещение. Для стабилизации напряжения сети при сохранении его формы автор в своё время применил релейно-трансформаторный стабилизатор [1], но от многолетней эксплуатации износились контакты установленных в нём реле. Было решено переработать стабилизатор, заменив электромагнитные реле симисторными ключами. Нагрузочная способность предлагаемого стабилизатора — 1840 В·А.

Прежде всего, рассмотрим возможные схемы стабилизаторов переменного напряжения на базе автотрансформатора. В устройстве по схеме, изображённой на рис. 1,а, компенсируют снижение сетевого напряжения (недопустимое превышение номинала наблюдается крайне редко), постепенно переводя вниз по схеме подвижный контакт переключателя SA1. При этом напряжение на каждой из обмоток автотрансформатора и на выходе стабилизатора приблизительно сохраняется, колеблясь в ограниченных пределах. В стабилизаторе, собранном по схеме рис. 1 ,б, сетевое напряжение постоянно подают на один из отводов обмотки автотрансформатора, а по мере снижения напряжения в сети подвижный контакт переключателя SA1 переводят вверх.

Рис. 1. Возможные схемы стабилизаторов переменного напряжения на базе автотрансформатора

Рассмотрим основные особенности приведённых вариантов.

В устройстве по схеме, изображённой на рис. 1,а, стабилизировано напряжение на каждой из секций обмотки, что позволяет использовать её секции II-IV в качестве стабильных источников сравнительно небольшого переменного напряжения, например, для питания низковольтных электроинструментов. Переключение отводов автотрансформатора (в реальной конструкции с помощью реле или симисторов) всегда, даже при работе стабилизатора на холостом ходу, происходит под индуктивной или активно-индуктивной нагрузкой, что неблагоприятно для коммутирующих устройств.

В устройстве по схеме рис. 1 ,б напряжение на секциях обмотки не стабилизировано. При отсутствии нагрузки, а это основная ситуация при работе на холодильник, переключение происходит в режиме холостого хода, износ контактов реле чисто механический.

Критерием выбора для автора послужило последнее различие между вариантами.

Отметим, что оба рассмотренных варианта станут пригодными и для компенсации повышения напряжения в сети, если выходной (на рис. 1,а) или входной (на рис. 1 ,б) провод перенести на другой отвод обмотки автотрансформатора. В своей практике автор столкнулся с вариантом стабилизатора, схема которого показана на рис. 1,в. При напряжении в сети меньше или равном номинальному он работает так же, как и в варианте на рис. 1 ,а. При превышении напряжением в сети номинального значения подвижный контакт переключателя SA1 фиксируют в верхнем по схеме положении, а переключатель SA2 переводят в положение 2.

Примем за основу схему, изображённую на рис. 1,б, и определим порядок расчёта коэффициентов трансформации для различных положений движка переключателя SA1. Зададим пределы изменения входного напряжения и допустимые колебания выходного. По результатам наблюдений на даче, для которой строился описываемый стабилизатор, напряжение в сети иногда опускалось до 150 В. Такому входному напряжению должно соответствовать выходное напряжение 200 В, при котором ещё работают все бытовые электроприборы. Поэтому коэффициент повышения напряжения при переключателе SA1 в положении 1 должен быть равен 200/150 = 1,33. Здесь и далее я умышленно не применяю термин «коэффициент трансформации», поскольку под ним понимают отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной. В данном случае логичнее использовать обратную величину — коэффициент повышения напряжения.

Число отводов от обмотки автотрансформатора зависит от необходимой точности поддержания выходного напряжения. В результате нескольких пробных расчётов сделан вывод, что для сохранения его в пределах 210…240 В достаточно четырёх ступеней, в числе которых и прямое соединение нагрузки с сетью. Понижение напряжения в сети до 150 В при этом рассматривается, как аварийный случай, при котором напряжение на нагрузке падает до 200 В.

Можно показать, что для получения одинаковых пределов изменения выходного напряжения в каждом положении переключателя SA1 значения коэффициентов повышения в этих положениях должны представлять собой геометрическую прогрессию. Поэтому, если в положении 1 коэффициент повышения равен 1,33, он должен быть равным 1,1 в положении 3 и 1,21 — в положении 2. В положении 4 напряжение на выход поступает непосредственно из сети и коэффициент равен 1.

Построим график зависимости выходного напряжения от входного. Для этого на листе миллиметровки размерами не менее 250×250 мм начертим координатные оси в масштабе 1 мм/В и проведём из начала координат четыре прямые с тангенсами угла наклона 1; 1,1; 1,21 и 1,33. Выделим участки этих прямых, находящиеся между горизонталями, соответствующими выходному напряжению210 и 240 В. Из точек пересечения линий с наклоном 1,33, 1,21 и 1,1с горизонталью 240 В опустим вертикальные прямые до пересечения с ближайшими линиями с наклоном 1,21, 1,1 и 1. От точек пересечения этих наклонных линий с горизонталью 210 В проведём вверх аналогичные прямые.

На рис. 2 приведён фрагмент полученного рисунка. При входном напряжении более 220 В переключатель SA1 находится в положении 4, и выходное напряжение поступает на выход без изменения. При снижении напряжения сети до 210 В переключатель устанавливается в положение 3, коэффициент передачи возрастает до 1,1, а выходное напряжение скачком увеличивается до 231 В. При дальнейшем снижении напряжения сети примерно до 191 В выходное уменьшится до 210 В, переключатель будет установлен в положение 2, выходное напряжение вновь поднимется до 231 В. Аналогичный процесс произойдёт и при снижении входного напряжения до 173 В. При его снижении до 150 В выходное напряжение, как было сказано выше, опустится до 200 В.

Рис. 2. График зависимости выходного напряжения от входного

При повышении входного напряжения переключение происходит при достижении входным напряжением значений 180, 198 и 218 В, при этом выходное каждый раз снижается скачком от 240 до 218 В. Таким образом, при изменении сетевого напряжения от 158 до 240 В выходное поддерживается в пределах от 210 до 240 В.

Чтобы при колебаниях напряжения в сети около порогов переключения скачки не происходили слишком часто, необходим гистерезис. Описанный алгоритм переключения отводов обмотки обеспечивает его в достаточной мере. Нетрудно видеть, что при сохранении числа ступеней даже небольшое повышение точности поддержания выходного напряжения за счёт сужения петель гистерезиса приведёт к существенному уменьшению их ширины, что недопустимо. Поэтому для достижения большей точности необходимо увеличивать число ступеней изменения коэффициента. Отметим также, что рассуждения по выбору его значений справедливы и для устройств по схемам рис. 1,а и рис. 1 ,в.

Принципиальная схема стабилизатора изображена на рис. 3 , а схема его блока управления — на рис. 4. Автотрансформатор составлен из трёх одинаковых трансформаторов T1-T3 — ТПП319-127/220-50 [2], первичные обмотки которых соединены параллельно, а последовательное соединение вторичных обмоток обеспечивает требуемые коэффициенты повышения напряжения.

Рис. 3. Принципиальная схема стабилизатора

Рис. 4. Схема блока упраления стабилизатора

При установке переключателя SA1 (см. рис. 3) в положение «Обход» входное напряжение поступает прямо на выход, и никакие узлы устройства, кроме вольтметра PV1 и помехоподавляющей цепи R2C2, энергии от сети не потребляют. Этот режим соответствует отсутствию стабилизации выходного напряжения. В среднем положении переключателя SA1 все его контакты разомкнуты, поэтому напряжение на выход не поступает.

При установке переключателя SA1 в положение «Стаб.» начинает работать блок управления, получающий питание от трансформатора T4 — ТА1-127/220-50 [2]. Напряжение с двух его обмоток по 6 В, соединённых последовательно, выпрямляет мост VD2 и стабилизирует на уровне 5 В интегральный стабилизатор DA2. Из выходного напряжения стабилизатора резистивный делитель R7-R11 формирует образцовые напряжения для компараторов DA1.2-DA1.4, поступающие на их неинвертирующие входы. Для упрощения расчётов они приняты равными 1/100 напряжений, соответствующих серединам петель гистерезиса на рис. 2 — 2,14, 1,95 и 1,77 В.

Постоянное напряжение, пропорциональное входному, формирует из поступающего с обмотки 11-12 трансформатора T4 выпрямительный мост VD1. Его сглаживает конденсатор C3. На инвертирующие входы всех компараторов поступает часть этого напряжения, определяемая делителем R5R6R15.

Логику работы устройства в целом иллюстрирует таблица. При сетевом напряжении более 218 В значения напряжения на инвертирующих входах всех компараторов выше, чем на неинвертирующих, а на их выходах установлен низкий логический уровень напряжения. Сигнал с выхода компаратора DA1.2 инвертирует элемент DD1.1 и ещё раз инвертирует элемент DD2.1. Через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 он включает светодиод HL1 и одновременно поступает на излучающий диод оптрона U1. Открывается симистор VS1, напряжение сети поступает на выход стабилизатора.

Таблица

Uвx,B	Уровни (Н — высокий, L — низкий) на выходах элементов							Коэффициент повышения	Включён светодиод	Открыт симистор
	DA1.2	DA1.3	DA1.4	DD1.1	DD1.2	DD1.3	DD1.3
>218	L	L	L	Н	L	L	L	1	HL1	VS1
198…210	H	L	L	L	Н	L	L	1,1	HL2	VS2
180…191	H	Н	L	L	L	Н	L	1,21	HL3	VS3
	Н	Н	Н	L	L	L	Н	1,33	HL4	VS4

При снижении сетевого напряжения на выходах компараторов DA1.3 и DA1.4 один за другим устанавливаются высокие логические уровни. Выходные сигналы всех компараторов, превращённые простейшим логическим узлом на элементах «Исключающее ИЛИ» DD1.1-DD1.4 в позиционный код, через эмиттерные повторители на транзисторах VT2-VT4 включают излучающие диоды симисторных оптронов U2-U4. Оптроны, в свою очередь, включают соответственно симисторы VS2-VS4, и выходное напряжение остаётся в заданных пределах. С повышением напряжения в сети описанные процессы происходят в обратном порядке.

Между выходами элементов микросхемы DD1 и входами триггеров Шмитта микросхемы DD2 установлены RC-цепи, обеспечивающие задержку открывания очередного симистора относительно момента прекращения сигнала, разрешавшего открывание предыдущего. Это необходимо для предотвращения состояний, в которых одновременно открыты два симистора. Диоды VD4-VD7, включённые параллельно резисторам этих цепей, обеспечивают быстрое снятие разрешающего сигнала с симисторного оптрона в выключаемом канале. Длительность задержки открывания фотодинисторов оптронов U1-U4, которая должна гарантировано превышать половину периода напряжения сети, можно рассчитать по формуле

t₃ ≈ R·C·ln(U_пит/(U_пит — U_пор)) = 330·0,047·ln(5/(5 — 3,3)) = 16,7 мс,

где R — сопротивление резистора цепи задержки, кОм; С — ёмкость конденсатора этой цепи, мкФ; U_пит=5 В — напряжение питания; U_пор = 3,3 В — типовое пороговое напряжение триггера Шмитта микросхемы HCF4093B при повышении входного напряжения на объединённых входах. Согласно паспортным данным этой микросхемы, допускается его разброс на ±0,7 В, поэтому при указанных номиналах резисторов и конденсаторов задержка может находиться в пределах от 12 до 24 мс. Если предположить, что реальный разброс вдвое меньше, задержка будет находиться в пределах от 14 до 20 мс, что уже более приемлемо, но требует контроля при налаживании устройства.

Чтобы исключить одновременное включение нескольких симисторов при переходных процессах, следующих за моментом подачи напряжения сети, введён узел задержки на детекторе понижения напряжения DA3. В момент подачи сетевого напряжения конденсатор C10 разряжен, за счёт диода VD3 транзистор VT5 закрыт и напряжение на его эмиттере близко к нулю. Излучающие диоды оптронов U1-U4 выключены.

По достижении напряжением на конденсаторе C10 значения около 1 В начинает работать микросхема DA3, её выходной транзистор открывается, напряжение на выходе становится равным нулю. Оно сохраняется таким до достижения напряжением на конденсаторе C10 значения 4,2 В, на что уходит около 200 мс, которых достаточно для завершения переходных процессов. В этот момент выходной транзистор микросхемы DA3 будет закрыт, а напряжение на базе и эмиттере транзистора VT5 скачком увеличится до близкого к напряжению питания. Оптроны заработают, будет открыт нужный симистор.

Во время сварочных работ в сети возникают сильные колебания напряжения, которые приводят, если не принять специальных мер, к очень частым переключениям симисторов. Для борьбы с этим явлением постоянная времени разрядки конденсатора C3 выбрана довольно большой — около 8 с. В результате при резком снижении входного напряжения переход на следующую ступень происходит примерно через 1 с, а кратковременные провалы во входном напряжении переключений не вызывают. В то же время постоянная времени зарядки конденсатора C3 невелика, и с повышением напряжения сети переключение произойдёт практически мгновенно. Такой способ «борьбы со сваркой» значительно проще применённого в [3] и эффективнее его, поскольку стабилизатор не выключается полностью, а продолжает реагировать на повышение напряжения в сети.

На схеме стабилизатора (см. рис. 3) показано также подключение к обмоткам контактов разъёма XS1, что позволяет использовать его для питания различных низковольтных потребителей. Вторичные обмотки трансформаторов ТПП319-127/220-50 рассчитаны на ток 8 А, чем и определяется указанная во врезке к статье предельная мощность нагрузки стабилизатора. Однако следует отметить, что она зависит и от свойств переключателя SA1, который должен позволять коммутировать указанный ток.

Автотрансформатор для стабилизатора можно изготовить самостоятельно, взяв за основу один или несколько трансформаторов питания от ламповых телевизоров [4-6]. Такие трансформаторы имеют обозначения, состоящие из букв ТС, дефиса и числа, соответствующего его мощности в ваттах.

Такой трансформатор после перемотки вторичных обмоток сможет обеспечить выходной ток стабилизатора, равный частному от деления его мощности на суммарное напряжение всех необходимых вторичных обмоток (23 + 25,3 + 27,6 » 76 В). А по выходному току можно определить максимальную мощность нагрузки стабилизатора.

Например, при использовании двух трансформаторов ТС-200 суммарной мощностью 400 Вт допустим выходной ток до 400/76 = 5,26 А, а максимальная мощность нагрузки (при выходном напряжении, равном номинальному в сети) — 230×5,26 = 1210 Вт. Таким образом, предельная мощность нагрузки стабилизатора в три раза превысит суммарную мощность использованных трансформаторов.

Имеющиеся на трансформаторах вторичные обмотки следует аккуратно смотать (они обычно намотаны поверх половин первичной), подсчитав при этом число витков накальной обмотки Nm намотанной самым толстым проводом. Напряжение этой обмотки под нагрузкой — 6,3 В, поэтому для вторичной обмотки на напряжение U число витков N_u можнонайти по формуле

N_U = N_н·U/6,3.

Если магнитопровод трансформатора П-образный (как у трансформатора ТС-200-2), каждую секцию вторичной обмотки следует разделить на две равные части, намотать их на разных кернах магнитопровода трансформатора и соединить половины последовательно согласно. При противофазном соединении суммарное напряжение будет равно нулю, и нужно будет поменять местами выводы любой из половин.

При трёх трансформаторах можно для упрощения намотать на каждом по одной из вторичных обмоток. Если предполагается использовать трансформаторы разной мощности, на наименее мощном из них следует намотать обмотку с наименьшим напряжением, а на наиболее мощном — с наибольшим.

Половины первичных обмоток (на разных кернах) также следует соединить согласно. Обязательно первый раз включайте изготовленный трансформатор в сеть через плавкую вставку. При неправильном соединении половин первичной обмотки она спасёт от возможного пожара.

Диаметр провода вторичных обмоток d в миллиметрах (без изоляции) можно найти по формуле

d = 0,7·√I,

где I — ток вторичной обмотки, А.

Наиболее прочная изоляция у обмоточного провода ПЭВ-2, удобен также провод в шёлковой изоляции ПЭЛШО. Наматывают обмотку аккуратно, виток к витку, слои изолируют между собой прокладками из писчей бумаги. После намотки нужно собрать магнитопровод так, как он был собран ранее, и тщательно его стянуть винтами или обоймой — это уменьшит гудение.

Большинство элементов стабилизатора смонтированы на печатной плате размерами 120×85 мм, чертёж которой и схема расположения элементов на ней приведены на рис. 5. Все отверстия в плате расположены по сетке 2,5×2,5 мм. Для подключения внешних по отношению к плате цепей в неё впаяны контактные штыри от разъёмов серии 2РМ. Диаметр штырей — 1,5 мм для цепей симисторов и 1 мм — для остальных. К присоединяемым к ним проводам припаяны гнёзда от таких же разъёмов. Цвет проводов соответствует указанному на схемах рис. 3 и рис. 4, а контактные штыри для них промаркированы надетыми отрезками термоусаживаемой трубки соответствующего цвета.

Рис. 5. Чертёж печатной платы и схема расположения элементов на ней

На плате установлены импортные оксидные конденсаторы — аналоги К50-35. Конденсаторы C15-C18 (а также C1 и C2 на рис. 3) — металлоплёночные К73-17. Конденсаторы C11 — C14 нежелательно применять керамические, особенно если предполагается пользоваться стабилизатором при минусовой температуре. Здесь также подойдут конденсаторы К73-17, которые значительно термостабильнее керамических конденсаторов равной ёмкости.

Микросхему HCF4093BEY можно заменить другой 4093, 4093B в корпусе DIP14 или микросхемой К561ТЛ1, а счетверённый ОУ LM324N — на К1446УД3 или К1401УД2. В последнем случае нужно иметь в виду, что выводы питания микросхемы К1401УД2 расположены зеркально по отношению к микросхеме LM324N. Поэтому при установке на плату микросхемы К1401УД2 следует развернуть на 180о, не меняя рисунка печатных проводников. При использовании микросхемы К1446УД3 сопротивление резисторов R12-R14 следует уменьшить приблизительно на 20 % для сохранения ширины петель гистерезиса. Дело в том, что ОУ микросхемы К1446УД3 относятся к классу rail-to-rail, где максимальный и минимальный уровни выходного напряжения равны потенциалам соответственно плюсового и минусового выводов питания. В результате размах выходного напряжения несколько больше, чем у ОУ микросхем LM324N и К1401УД2.

Детектор понижения напряжения КР1171СП42 можно заменить на МСР100-450, МСР100-460 или МСР100-475 [7]. Вместо транзистора КТ3102ГМ допустимо установить КТ3102ЕМ. Выпрямительные мосты VD1, VD2, диоды VD3-VD7 — любые кремниевые малогабаритные. Резисторы R12-R18 следует использовать с допуском не хуже ±5 %.

Интересно, что в рассматриваемой конструкции набор элементов «Исключающее ИЛИ» К561ЛП2 можно заменить дешифратором К561ИД1. Входы 1, 2, 4 дешифратора следует подключить к выходам компараторов, а выходы 0, 1, 3, 7 — к цепям задержки.

Симисторы BTA16-600BW заменять другими нежелательно. Индекс W в их обозначении означает, что эти симисто-ры допускают увеличенную скорость нарастания напряжения между основными электродами, не выходя из закрытого состояния. Кроме того, симисторы этой серии имеют полностью изолированный от всех электродов металлический теплоотводящий фланец, что позволяет устанавливать их на не изолированный от корпуса стабилизатора теплоотвод. Если же использовать симисторы, фланец которых соединён с электродом 2, следует изолировать их общий теплоотвод от корпуса стабилизатора.

Тринисторные оптроны МОС3043M заменяются аналогичными, имеющими встроенный узел, гарантирующий открывание симистора в момент перехода мгновенного значения приложенного к нему напряжения через ноль [8]. Если используемые оптроны открываются большим, чем 5 мА, током управления, необходимо обратно пропорционально требуемому току изменить сопротивление резисторов R29-R32.

Как показал опыт, установка демпфирующих RC-цепей (например, R41C15) требуется больше для оптронов, чем для симисторов. Рекомендации по выбору параметров этих цепей приведены в [8] и [9].

Цифровой вольтметр переменного напряжения PV1 — готовый импортный, приобретён в интернет-магазине. Измеряемое напряжение частотой 50 Гц — от 70 до 500 В, погрешность — ± 1 %, габариты — 48x22x29 мм.

Трансформатор Т4 можно исключить, если использовать вместо него, выпрямителя на диодном мосте VD2 и стабилизатора напряжения DA2 готовый стабилизированный преобразователь напряжения сети в постоянное 5 В. Здесь может подойти зарядное устройство для сотового телефона. Следует, однако, иметь в виду, что стабильность выходного напряжения зарядных устройств обычно невысока, а само оно незначительно превышает 5 В. Необходимо убедиться, что это напряжение практически не изменяется при подключении к выходу зарядного устройства резистора сопротивлением 50…100 Ом и при изменении напряжения в сети от 120 до 250 В. Если это не так, на выход зарядного устройства следует установить микросхемустабилизатор напряжения 5 В с низким падением напряжения между входом и выходом (так называемый low drop стабилизатор), например, LM2931Z-5.0 или КР1158ЕН5 с любым буквенным индексом.

При исключении трансформатора T4 вместо напряжения 28 В на мост VD1 нужно подать напряжение сети, а сопротивление резисторов R3, R5, R6 увеличить приблизительно в восемь раз. Конденсатор C3 установить ёмкостью 3,3 мкФ на напряжение 400 В. Следует иметь в виду, что в результате этих переделок все элементы стабилизатора будут находиться под напряжением сети.

Трансформаторы T1 -T3 закреплены между двумя металлическими поддонами размерами 387x177x20 мм от разобранных устройств ЕС ЭВМ. На переднем, согласно рис. 6, поддоне смонтированы переключатель SA1, вольтметр PV1, держатель предохранителя FU1, светодиоды HL1-HL4, две пары выходных гнёзд XS2, XS3 и 12-контактный разъём XS1 ШР32П12НГ3 для подключения низковольтных потребителей. На заднем поддоне закреплён трансформатор T4.

Рис. 6. Монтаж устойства

В качестве теплоотвода для симисторов использован алюминиевый брусок сечением 10×25 мм, служащий распоркой, соединяющей поддоны. По нему тепло от симисторов отводится на корпус. К этой же стойке и другой аналогичной прикреплена печатная плата. Выводы симисторов следует припаивать к контактным площадкам на печатной плате лишь после установки симис-торов на теплоотвод, к которому прикреплена и печатная плата.

При налаживании стабилизатора сначала следует подключить к сети только трансформатор T4 и установить на движках подстроечных резисторов R8-R10 напряжения соответственно 2,14; 1,95 и 1,77 В относительно общего провода, а на резисторе R15 — 1/100 текущего значения напряжения в сети. Используя лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), проверить порядок включения светодиодов HL1-HL4 в соответствии с приведённой ранее таблицей. Пороги переключения коэффициентов повышения напряжения должны соответствовать указанным при описании рис. 2. При необходимости можно поточнее отрегулировать подстроечными резисторами R8-R10 пороги переключения, а для изменения ширины петли гистерезиса какого-либо компаратора подобрать его входной резистор (R12-R14). Ширина этой петли прямо пропорциональна сопротивлению соответствующего резистора.

Целесообразно проверить исправность цепей задержки открывания симисторов (элементы R20-R23, C11 — C14, VD4-VD7), отключив мост VD1 от трансформатора T4 и подключив к точке соединения резисторов R6 и R15 цепь, схема которой приведена на рис. 7. При замкнутом выключателе SA2 напряжение на конденсаторе C19 плавно нарастает от нуля до 2,5 В, при разомкнутом — спадает до нуля. Следует проверить осциллографом со ждущей развёрткой наличие задержки спадающего перепада импульса на выходе каждого триггера Шмитта (DD2.1 — DD2.4) относительно нарастающего перепада импульса на выходе соответствующего элемента «Исключающее ИЛИ» (DD1.1-DD1.4). На осциллограмме рис. 8, где скорость развёртки 2 мс/дел., эта задержка равна 15,5 мс при допустимых пределах 14…20 мс.

Рис. 7. Схема цепи

Рис. 8. Осциллограмма

После этого можно восстановить подключение симисторов к трансформаторам (перед первым включением установив в цепь электрода 2 каждого симистора плавкую вставку на 5 А), подключить нагрузку мощностью 100…200 Вт и проверить показанную на рис. 2 зависимость выходного напряжения от входного. При эксплуатации стабилизатора можно оперативно регулировать подстроечным резистором R6 интервал изменения выходного напряжения, например, установить его 200…230 В.

Полезные советы по конструктивному оформлению стабилизатора, обеспечивающему его пожарную безопасность, можно найти в [3].

Как при налаживании, так и во время эксплуатации стабилизатора следует помнить, что при резком уменьшении напряжения в сети переключение стабилизатора происходит с весьма заметной задержкой — около секунды на каждую ступень.

Литература

1. Бирюков С. Релейно-трансформаторный стабилизатор переменного напряжения. — Схемотехника, 2003, № 7, с. 26-28.

2. Сидоров И. Н., Мукосеев В. В., Христинин А. А. Малогабаритные трансформаторы и дроссели. Справочник. — М.: Радио и связь, 1985.

3. Майоров М. Стабилизатор сетевого напряжения для холодильника. — Схемотехника, 2002, № 2, с. 53-59.

4. Кузинец Л. М., Соколов В. С. Узлы телевизионных приёмников. — М.: Радио и связь, 1987.

5. Сидоров И. Н., Биннатов М. Ф., Васильев Е. А. Устройства электропитания бытовой РЭА. — М.: Радио и связь, 1991.

6. Сидоров И. Н., Скорняков С. В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. — М.: Радио и связь, 1994.

7. Потапчук М. Супервизоры серии MCP10X фирмы Microchip. — Схемотехника, 2006, № 1, с. 10, 11.

8. MOC3031M, MOC3032M, MOC3033M, MOC3041M, MOC3042M, MOC3043M 6-Pin DIP Zero-Cross Optoisolators Triac Driver Output (250/400 Volt Peak). — URL: http://www. farnell.com/datasheets/1639837.pdf (12.12.17).

9. Николайчук О. Управление нагрузкой на переменном токе. — Схемотехника, 2003, № 4, с. 25, 26.

Автор: С. Бирюков, г. Москва

Дата публикации: 04.03.2018

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу: