Линейные стабилизаторы напряжения — назначение, основные параметры и схемы включения


СОДЕРЖАНИЕ:

Линейные стабилизаторы напряжения — назначение, основные параметры и схемы включения

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на http://www.diagram.com.ua

сделано в Украине

Линейные стабилизаторы напряжения с высоким КПД

Основным недостатком линейных стабилизаторов средней и большой мощности является их низкий КПД. Причем, чем меньше выходное напряжение источника питания, тем меньше становится его КПД. Это объясняется тем, что в режиме стабилизации силовой транзистор источника питания обычно включен последовательно с нагрузкой, а для нормальной работы такого стабилизатора на регулирующем транзисторе должно действовать напряжение коллектор-эмиттер (Uкэ) не менее 3,5 В. При токах более 1 А это дает значительные потери мощности за счет выделения тепловой энергии, рассеиваемой налиловом транзисторе.

Что приводит к необходимости увеличивать площадь теплоотводящего радиатора или применять вентилятор для принудительного охлаждения. Широко распространенные благодаря низкой стоимости интегральные линейные стабилизаторы напряжения на микросхемах из серии 142ЕН(5.14) обладают таким же недостатком.

В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии «LOW DROP» (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1. 1,3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25. 30 В при токе в нагрузке 7,5/5/3 А соответственно.

Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 5 А.

При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса. Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1% В.

Типовая схема включения таких стабилизаторов напряжения приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема включения стабилизаторов из серии «LOW DROP «

Конденсаторы С2. С4 должны располагаться вблизи от микросхемы и лучше, если они будут танталовые. Емкость конденсатора С1 выбирается из условия 2000 мкФ на 1 А тока.

Микросхемы выпускаются в трех видах конструктивного исполнения корпуса, показанных на рис. 4.2. Вид корпуса задается последними буквами в обозначении.

Рис. 4.2 Вид корпуса и расположение выводов у стабилизаторов

Такие стабилизаторы напряжения экономически целесообразно применять при токе в нагрузке более 1 А, а также в случае недостатка места в конструкции.

На дискретных элементах также можно выполнить экономичный источник питания. Приведенная на рис. 4.3 схема рассчитана для выходного напряжения 5 В и тока нагрузки до 1 А. Она обеспечивает нормальную работу при минимальном напряжении на силовом транзисторе (0,7. 1,3 В). Это достигается за счет использования в качестве силового регулятора транзистора (VT2) с малым напряжением Uкэ в открытом состоянии, что позволяет обеспечить работу схемы стабилизатора при меньших напряжениях вход-выход.

Рис. 4.3. Схема стабилизатора напряжения, работающего при пониженном напряжении вход-выход

Схема имеет защиту (триггерного типа) в случае превышения тока в нагрузке допустимой величины, а также превышения напряжения на входе стабилизатора величины 10,8 В.

Узел защиты выполнен на транзисторе VT1 и тиристоре VS1. При срабатывании тиристора он отключает питание микросхемы DA1 (вывод 7 закорачивается на общий провод). В этом случае транзистор VT3, а значит и VT2 закроются и на выходе будет нулевое напряжение. Вернуть схему в исходное состояние после устранения причины, вызвавшей перегрузку, можно только выключением и повторным включением блока питания.

Конденсатор С3 обычно не требуется — его задача облегчить запуск схемы в момент включения.

Топология печатной платы для монтажа элементов показана на рис. 4.4 (она содержит одну объемную перемычку).

Рис. 4.4. Топология печатной платы для монтажа элементов

Транзистор VT2 устанавливается на радиатор.

При изготовлении использованы детали: подстроенный резистор R8 типа СПЗ-19а, остальные резисторы любого типа; конденсаторы С1 — К50-29В на 16 В, С2. С5 — К10-17, С5 — К52-1 на 6,3 В.

Схему можно дополнить светодиодным индикатором срабатывания защиты (HL1). Для этого потребуется установить дополнительные элементы: диод VD3 и резистор R10, как это показано на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Подключение индикатора срабатывания защиты

Радиолюбитель

Последние комментарии

  • Сергей на КВ и УКВ: любительская радиосвязь
  • Сергей на Преобразователь напряжения 12 – 220 вольт
  • АЛЕКСАНДР на Закон Ома
  • Евгений на Программа “Компьютер – осциллограф”
  • Всеволод на Начинающий радиолюбитель: школа, схемы, конструкции

Радиодетали – почтой

Параллельный параметрический и последовательный стабилизаторы напряжения

Параллельный параметрический и последовательный стабилизаторы напряжения

Параллельный параметрический стабилизатор, последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе. Практические расчеты.

Доброго дня уважаемые Радиолюбители!
Сегодня на сайте “Радиолюбитель“, в разделе “Практикум начинающего радиолюбителя“, мы продолжим рассмотрение статьи “Источники питания радиолюбительских устройств“. Напомню, что в прошлый раз, изучая схему источника питания радиолюбительских устройств, мы остановились на назначении и расчете сглаживающего фильтра:

Сегодня мы рассмотрим последний элемент – стабилизатор напряжения.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки

Сегодня мы рассмотрим два простейших стабилизатора напряжения:
— параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне;
– последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Один из внешних видов и обозначение стабилитрона:

Как работает стабилитрон

Напряжение на стабилитрон (в отличие от диода) подают в обратной полярности (анод соединяют с минусом а катод с плюсом источника питания – Uобр). При таком включении через стабилитрон течет обратный ток – Iобр.
При увеличении напряжения обратный ток растет очень медленно (на схеме, почти параллельно оси Uобр), но при некотором напряжении Uобр переход стабилитрона пробивается (но разрушение стабилитрона в этот момент не происходит) и через него начинает идти обратный ток значительно большего значения. В этот момент вольтамперная характеристика стабилитрона (ВАХ) резко идет вниз (почти параллельно оси Iобр) – наступает режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации минимальное (Uст min) и ток стабилизации минимальный (Iст min).
При дальнейшем увеличении Uобр ВАХ стабилитрона опять меняет свое направление – заканчивается режим стабилизации, основные параметры которого – напряжение стабилизации максимальное (Uст max) и ток стабилизации максимальный (Iст max). С этого момента стабилитрон теряет свои свойства, начинает разогреваться, что может привести к тепловому пробою перехода стабилитрона и соответственно к его выходу из строя.

Режим стабилизации стабилитрона может быть в широких пределах, поэтому в документации на стабилитроны указывают допустимые минимальные и максимальные значения токов (Iст min и Iст max) и напряжений стабилизации (Uст min и Uст max). Внутри этих диапазонов лежат выбранные производителем номинальные значенияIст и Uст. Номинальный ток стабилизации обычно устанавливается производителями на уровне 25%-35% от максимального, а номинальное значение напряжения стабилизации как среднее от максимального и минимального.

Для примера можно воспользоваться программой “TBFEdit” – справочник по радиодеталям“ и воочию посмотреть какие характеристики приводятся в справочниках по стабилитронам:

К примеру стабилитрон Д814Г:
— номинальный ток стабилизации (Iст)= 5 мА;
– номинальное напряжение стабилизации (Uст)= (от 10 до 12 вольт)= 11 вольт;
– максимальный ток стабилизации (Iст max)= 29 мА.
Эти данные нам будут необходимы при расчетах простейшего стабилизатора напряжения.

Если вы не смогли найти нужный наш родной, советский, стабилитрон, то можно используя, к примеру программу, Color And Code, подобрать по нужным параметрам буржуйский аналог:

Как видите, стабилитрон Д814Г легко можно заменить аналогом – BZX55C11 (у которого характеристики даже немного получше)

Ну а теперь рассмотрим параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне.

Параллельный параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне применяется в слаботочных устройствах (несколько миллиампер) и представляет собой делитель напряжения (на резисторе R – балластный резистор и стабилитроне VD – который выполняет роль второго резистора) на вход которого подается нестабильное напряжение а выходное напряжение снимается с нижнего плеча делителя. При повышении (понижении) входного напряжения внутреннее сопротивление стабилитрона уменьшается (увеличивается), что позволяет удерживать выходное напряжение на заданном уровне. На балластном резисторе падает разница между входным напряжением питания и напряжением стабилизации стабилитрона.

Рассмотрим схему данного (самого простейшего) стабилизатора напряжения:

Как рассчитать параметры такого стабилизатора. Первое и самое главное, что нужно запомнить:

Расчет параллельного параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Дано:
Uвх – входное напряжение = 15 вольт
Uвых – выходное напряжение (напряжение стабилизации) = 11 вольт

Расчет:
1. По справочнику, приведенному выше, определяем, что для наших целей подходит стабилитрон Д814Г:
Uст (10-12в)= 11 вольт
Iст max= 29 мА
Iст номинальный = 5 мА
Исходя из сказанного выше, определяемся, что ток нагрузки не должен превышать Iст номинального – 5 мА
2. Определяем напряжение падения на балластном резисторе (R) как разность входного и выходного стабилизированного напряжения:
Uпад=Uвх – Uвых=15-11= 4 вольта
3. Используя закон Ома, определяем номинал балластного сопротивления R, деля напряжение падения Uпад на Iст стабилитрона:
R= Uпад/Iст= 4/0,005= 800 Ом
Так как резисторов номиналом 800 Ом нет, берем ближайший больший номинал – R=1000 Ом= 1 кОм
4. Определяем мощность балластного резистора R:
Pрез= Uпад*Iст= 4*0,005= 0,02 ватта
Так как через резистор протекает не только ток стабилизации стабилитрона но и ток потребляемый нагрузкой, то полученное значение увеличиваем минимум в 2 раза:
Pрез= 0,004*2= 0,008 ват, что соответствует ближайшему номиналу = 0,125 ватт.

Что делать если вы не нашли стабилитрон с нужным напряжением стабилизации.
В этом случае можно применить последовательное соединение стабилитронов. К примеру, если мы соединим последовательно два стабилитрона Д814Г, то напряжение стабилизации составит 22 вольта (11+11). Если соединим Д814Г и Д810 то получим напряжение стабилизации 20 вольт (11+10).
Допускается любое число последовательного соединения стабилитронов одной серии (как в примере – Д8**).
Последовательное соединение стабилитронов разной серии допускается только в том случае, если рабочие токи последовательной цепочки укладываются в паспортные диапазоны токов стабилизации каждой использованной серии.

Что делать, если в приведеном выше примере, ток нагрузки составляет к примеру не 5 а 25 мА?
Можно конечно все так и оставить, так как максимальный ток стабилизации (Iст max) Д814Г равен 29 мА, единственное придется пересчитать мощность балластного резистора. Но в этом случае стабилитрон будет работать на пределе своих возможностей и у вас не будет никаких гарантий, что он не выйдет из строя.
А что делать если ток нагрузки составляет, к примеру, 50 мА?

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе

Последовательный стабилизатор напряжения на биполярном транзисторе – это по сути параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключенный ко входу эммитерного повторителя.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона за счет падения напряжения на переходе база-эммитер транзистора (для кремниевых транзисторов – около 0,6 вольт, для германиевы – окло 0,25 вольт), что нужно учитывать при выборе стабилитрона.
Эммитерный повторитель (он же – усилитель тока) позволяет увеличить максимальный ток стабилизатора напряжения по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне в β (h21э) раз (где β (h21э) – коэффициент усиления по току данного транзистора, берется наименьшее значение).

Схема последовательного стабилизатора на биполярном транзисторе :

Так-как данный стабилизатор состоит из двух частей – источник опорного напряжения (он же параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне) и усилителя тока на транзисторе (он же эммитерный повторитель), то расчет такого стабилизатора производится аналогично выше приведенному примеру.
Единственное отличие:
— к примеру нам надо получить ток нагрузки 50 мА, тогда выбираем транзистор с коэффициентом усиления β (h21э) не менее 10 (β (h21э)=Iнагрузки/Iст=50/5=10
– мощность балластного резистора рассчитываем по формуле: Ррез=Uпад*(Iст+Iнагрузки)

Ток нагрузки можно увеличить еще в несколько раз, если применить схему с составным тразистором (два транзистора, включенные по схеме Дарлингтона или Шиклаи):

Как сделать стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

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 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

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

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.

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

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

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

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

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.

Каждый электрик должен знать:  Как отремонтировать китайскую люстру - история одного ремонта

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

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.

Что такое стабилизатор напряжения и для чего он нужен

Определение

Стабилизатор напряжения (СН) — это устройство, предназначенное для преобразования входного нестабильного напряжения из электросети: заниженного, завышенного или с периодическими скачками, в стабильное по величине на выходе устройства и подключенных к нему электроприборах.

Перефразируем для чайников: стабилизатор делает так, чтобы для подключенных к нему приборов напряжение всегда было одинаковым и близким к 220В независимо от того, каким оно поступает на его вход: 180, 190, 240, 250 Вольт или вообще плавает.

Отметим, что 220В или 240В это стандартная величина для РФ, Беларуси, Украины и так далее. Но в некоторых странах ближнего и дальнего зарубежья оно может быть другим, например 110В. Соответственно «наши» стабилизаторы там работать не будут.

Стабилизаторы бывают разных видов: как для работы в цепях постоянного тока (линейные и импульсные, параллельного и последовательного типов), так и для работы в цепях переменного тока. Последние часто называют «стабилизаторы сетевого напряжения» или просто «стабилизаторы 220В». Если говорить простым языком, то такие стабилизаторы подключают к электросети, а уже к нему подключают потребители.

В быту СН используют для защиты как отдельных приборов, например, для холодильника или компьютера, так и для защиты всего дома, в этом случае мощный стабилизатор устанавливается на ввод.

Классификация

Конструкция стабилизаторов зависит от физических принципов, на которых они работают. В связи с этим они подразделяются на:

  • электромеханические;
  • феррорезонансные;
  • инверторные;
  • полупроводниковые;
  • релейные.

По количеству фаз могут быть однофазными и трехфазными. Большой диапазон мощностей позволяет выпускать стабилизаторы как для дома, так и для небольших бытовых приборов:

  • для телевизора;
  • для газового котла;
  • для холодильника.

Так и для для крупных объектов:

Стабилизаторы достаточно энергоэффективны. Потребление электроэнергии составляет от 2 до 5%. Некоторые стабилизирующие устройства могут иметь дополнительные защиты:

Принцип действия

Стабилизаторы напряжения бывают разных типов, каждый из которых отличается принципом регулирования. Эти отличия мы рассмотрим далее. Если обобщить принцип работы и структуру всех типов, то стабилизатор сетевого напряжения состоит из 2 основных частей:

  1. Система управления — отслеживает уровень входного напряжения и даёт команду силовой части увеличить или уменьшить его, чтобы на выходе получились стабильные 220В в пределах установленной погрешности (точности регулирования). Эта погрешность лежит в пределах 5-10% и у каждого прибора отличается.
  2. Силовая часть — в сервоприводных (или сервомоторных), релейных и электронных (симисторных) — это автотрансформатор, с помощью которого входное напряжение повышается или понижается до нормального уровня, а в инверторных стабилизаторах, или как их еще называют «с двойным преобразованием» — используется инвертор. Это устройство, которое состоит из генератора (ШИМ-контроллер), трансформатора и силовых ключей (транзисторов), которые пропускают или отключают ток через первичную обмотку трансформатора, формируя выходное напряжение нужной формы, частоты и, что самое главное — величины.

Если напряжение на входе в норме, то у некоторых моделей стабилизаторов есть функция «байпас» или «транзит», когда входное напряжение просто подаётся на выход до тех пор, пока не выйдет из заданного диапазона. Например, от 215 до 225 вольт будет включен «байпас», а при больших колебаниях, допустим, при просадке до 205-210В — система управления переключит цепь на силовую часть и начнет регулировку, повысит напряжение и на выходе будут уже стабильные 220В с заданной погрешностью.

Плавная и самая точная регулировка выходного напряжения у инверторных СН, на втором месте — сервоприводные, а у релейных и электронных регулировка происходит ступенчато, и точность зависит от количества ступеней. Как упоминалось выше, лежит в пределах 10%, чаще около 5%.

Кроме упомянутых выше двух частей в стабилизаторе напряжения 220В есть и блок защиты, а также источник вторичного электропитания для цепей системы управления, тех же защит и других функциональных элементов. Общее устройство наглядно демонстрирует картинка ниже:

В то же время схема работы в простейшей форме выглядит так:

Вкратце рассмотрим, как работают стабилизаторы напряжения основных типов.


Релейные

В релейном стабилизаторе регулирование происходит за счет переключения реле. Эти реле замыкают определенные контакты трансформатора, повышая или понижая выходное напряжение.

Контролирующим органом выступает электронная микросхема. Элементы на ней сравнивают опорное и сетевое напряжение. При несоответствии отдается сигнал переключающим реле на подключение повышающих или понижающих обмоток автотрансформатора.

Релейные СН обычно регулируют электроэнергию в пределах ± 15% с точностью на выходе от ± 5% до ± 10%.

Преимущества релейных стабилизаторов:

  • медленная реакция на колебания напряжения;
  • небольшой срок службы;
  • низкая надежность;
  • при переключениях возможны кратковременное отключение питания приборов;
  • неспособны выдерживать перенапряжения;
  • шум, щелчки при переключениях.

Сервоприводные

Основные элементы сервостабилизаторов это автотрансформатор и сервомотор. При отклонении напряжения от нормы контроллер отдает сигнал сервомотору, который переключает нужные обмотки автотрансформатора. В итоге применения такой системы обеспечивается плавное регулирование и точность до 1% от общего диапазона.

В сервоприводном СН один конец первичной обмотки трансформатора подключен к жесткому ответвлению автотрансформатора, а второй конец первичной обмотки подключен к подвижному контакту (графитовой щетке), который передвигается серводвигателем. Один вывод вторичной обмотки трансформатора подключен к входному источнику питания, а второй вывод подключен к выходу стабилизатора напряжения.

Плата управления сравнивает входное и опорное напряжение. При любых отклонениях от заданных вступает в работу сервопривод. Он перемещает щетку по ответвлениям автотрансформатора. Серводвигатель будет продолжать работать, пока разность между опорным и выходным напряжением станет равным нулю. Весь этот процесс, от поступления электроэнергии плохого качества до выхода стабилизированного тока, проходит за десятки миллисекунд и ограничен скоростью перемещения щетки сервоприводом.

Сервоприводные стабилизаторы сетевого напряжения производят в различном исполнении.

  1. Однофазные. Состоят из одного автотрансформатора и одного сервопривода.
  2. Трехфазные. Подразделяются на два типа. Сбалансированные – имеют три трансформатора и один сервопривод и одну цепь управления. Регулирование осуществляется на всех трех фазах одновременно. Используются для защиты трехфазных электрических аппаратов, станков, приборов. Несимметричные – имеют три автотрансформатора, три серводвигателя и три цепи управления. То есть стабилизация происходит в каждой фазе, независимо друг от друга. Область применения: защита электрооборудования зданий, цехов, промышленных объектов.

Достоинства сервоприводных стабилизирующих устройств:

  • быстродействие;
  • высокая точность стабилизации;
  • высокая надежность;
  • стойкость к перенапряжениям;
  • нуждаются в периодическом обслуживании;
  • требуют минимальных навыков настройки устройства.

Инверторные

Основным отличием этого типа СН является отсутствие подвижных частей и трансформатора. Регулирование напряжения осуществляется методом двойного преобразования. На первом этапе входной переменный ток выпрямляется и проходит через фильтр пульсаций, состоящий из конденсатора. После этого выпрямленный ток поступает на инвертор, где опять преобразуется в переменный и подаётся в нагрузку. При этом выходное напряжение стабильно как по величине, так и по частоте.

В следующем ролике вы узнаете о принципе работы одного из вариантов реализации преобразователя напряжения из 12В постоянного тока, в 220В переменного тока. Который от инверторного стабилизатора напряжения отличается в первую очередь входным напряжением, в остальном принцип работы во многом похож и видео позволит понять как работает этот тип устройств:

  • быстродействие (самое высокое из перечисленных);
  • большой диапазон регулируемого напряжения (от 115 до 300В);
  • высокий коэффициент полезного действия (более 90%);
  • бесшумная работа;
  • малые габариты;
  • плавное регулирование.
  • уменьшение диапазона регулирования при увеличении нагрузки;
  • высокая стоимость.

Вот мы и рассмотрели, как работает стабилизатор напряжения, для чего он нужен и где применяется. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Сообщества › Электронные Поделки › Блог › FAQ Че ставить-то? Стабилизатор напряжения или тока? Мотаем на ус!

Каждый раз, читая новые записи в блогах сообщества я сталкиваюсь с одной и той же ошибкой — ставят стабилизатор тока там, где нужен стабилизатор напряжения и наоборот. Постараюсь объяснить на пальцах, не углубляясь в дебри терминов и формул. Особенно будет полезно тем, кто ставит драйвер для мощных светодиодов и питает им множество маломощных. Для вас — отдельный абзац в конце статьи. =)

Сразу хочу извиниться перед всеми, чьи рисунки вдруг попадут в эту статью. Спасибо за труд, отмечайтесь в комментариях. Я добавлю авторство, если нужно.

Для начала разберемся с понятиями:

СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Исходя из названия — стабилизирует напряжение.
Если написано, что стабилизатор 12В и 3А, то значит стабилизирует именно на напряжение 12В! А вот 3А — это максимальный ток, который может отдать стабилизатор. Максимальный! А не «всегда отдает 3 ампера». То есть от может отдавать и 3 миллиампера, и 1 ампер, и два… Сколько ваша схема кушает, столько и отдает. Но не больше трех.
Собственно это главное.

И теперь я перейду к описанию видов стабилизаторов напряжения:

Линейные стабилизаторы (те же КРЕН или LM7805/LM7809/LM7812 и тп)

Импульсные стабилизаторы — гораздо круче, но и дороже. Обычно для рядового покупателя это уже выглядит как некая платка с детальками.

СТАБИЛИЗАТОР ТОКА
В применении к светодиодам именно их еще называют «светодиодный драйвер». Что тоже будет верно.

Теперь — к светодиодам. Ведь весь сыр-бор из-за них.

Светодиод питается ТОКОМ. Нет у него параметра НАПРЯЖЕНИЕ. Есть параметр — падение напряжения! То есть сколько на нем теряется.
Если написано на светодиоде 20мА 3.4В, то это значить что ему надо не больше 20 миллиампер. И при этом на нем потеряется 3.4 вольта.
Не для питания нужно 3.4 вольта, а просто на нем «потеряется»!
То есть вы можете питать его хоть от 1000 вольт, только если подадите ему не больше 20мА. Он не сгорит, не перегреется и будет светить как надо, но после него останется уже на 3.4 вольта меньше. Вот и вся наука.
Ограничьте ему ток — и он будет сыт и будет светить долго и счастливо.

Вот берем самый распространненый вариант соединения светодиодов (такой почти во всех лентах используется) — последовательно соединены 3 светодиода и резистор. Питаем от 12 вольт.
Резистором мы ограничиваем ток на светодиоды, чтобы они не сгорели (про расчет не пишу, в интернете навалом калькуляторов).
После первого светодиода остается 12-3.4= 8.6 вольт.
Нам пока хватает.
На втором потеряется еще 3.4 вольта, то есть останется 8.6-3.4=5.2 вольта.
И для третьего светодиода тоже хватит.
А после третьего останется 5.2-3.4=1.8 вольта.
И если захотите поставить четвертый, то уже не хватит.
Вот если запитать не от 12В а от 15, то тогда хватит. Но надо учесть, что и резистор тоже надо будет пересчитать. Ну вот собственно и пришли плавно к…

Простейший ограничитель тока — резистор. Их часто ставят на те же ленты и модули. Но есть минусы — чем ниже напряжение, тем меньше будет и ток на светодиоде. И наоборот. Поэтому если у вас в сети напряжение скачет, что кони через барьеры на соревнованиях по конкуру (а в автомобилях обычно так и есть), то сначала стабилизируем напряжение, а потом ограничиваем резистором ток до тех же 20мА. И все. Нам уже плевать на скачки напряжения (стабилизатор напряжения работает), а светодиод сыт и светит на радость всем.
То есть — если ставим резистор в автомобиле, то нужно стабилизировать напряжение.

Можно и не стабилизировать, если вы расчитаете резистор на максимально-возможное напряжение в сети автомобиля, у вас нормальная бортовая сеть (а не китайско-русский тазопром) и сделаете запас по току хотя бы в 10%.
Ну и к тому же резисторы можно ставить только до определенной величины тока. После некоторого порога резисторы начинают адски греться и приходится их сильно увеличивать в размерах (резисторы 5Вт, 10Вт, 20Вт и тд). Плавно превращаемся в большой утюг.

Есть еще вариант — поставить в качестве ограничителя что-нибудь типа LM317 в режиме токового стабилизатора.

Импульсный стабилизатор тока (или драйвер).

Ну а в заключении — к тому, что постоянно пытаюсь доказать в дискуссиях. И доказываю. Вот только каждому отдельно объяснять одно и то же — язык отвалится. Поэтому попробую еще раз в этой статье.

Постоянно наблюдаю такую картину — задают ток драйвером для мощных светодиодов (скажем — 350мА) и ставят несколько веток светодиодов без ограничительных резисторов и прочего. И ведь люди, то вроде бы и не самые ламеры, а совершают одну и ту же ошибку раз за разом. Рассказываю, почему это плохо и к чему может привести:

Из закона Ома для полной цепи:
Сила тока в неразветвленной цепи равна сумме сил тока на ее параллельных участках.
Многие так и считают — «каждая ветка по 20мА, у меня 20 веток. Драйвер отдает 350мА, значит на каждую ветку придется даже меньше — по 17.5мА. Бинго!»
А вот и не Бинго!, а Жопа! Почему?

Сила тока в каждой ветке будет равна, если у вас идеальнейшие светодиоды с абсолютно одинаковыми параметрами. Тогда и ток будет во всех ветках одинаков, и никаких ограничителей тока не надо — взяли и поделили общий ток на количество одинаковых веток. Но такое — только в сказках.
Если параметры чуть-чуть отличаются — получили в одной ветке 19мА, в другой 17, в третьей 20…
Общее количество тока так и остается неизменным — 350мА, а вот в ветках творится безумная кака. На взгляд и не определишь, вроде светят одинаково… И вот у вас одна ветка, самая прожорливая, начинает греться сильнее остальных. И жрать больше. И греться еще сильнее. А потом раз — и потухла. И все эти ее миллиамперы разбежались по остальным веткам. И вот еще одна ветка, недавно вроде нормально горевшая берет и тухнет следом. И уже вдвое больший ток уходит на другие ветки, ведь общий ток жестко задан 350мА. Процесс лавинообразный и вот уже пришел кирдык всей этой схеме, потому что все 350мА усосались в оставшиеся светодиоды и никто-никто их не спас… А стояли бы, как полагается, по отдельному стабилизатору (хотя бы банальному резистору) на каждой ветка — работала бы и дальше.

Именно это мы и видим в китайских модулях и кукурузинах, которые горят как спички через неделю/месяц работы. Потому что светодиоды имеют адский разброс, а китайцы на драйверах экономят покруче, чем кто либо еще. Почему не горят фирменные модули и лампы Osram, Philips и тд? Потому что они делают довольно мощную отбраковку светодиодов и от всего дичайшего количества выпущенных светодиодов остается 10-15%, которые по параметрам практически идентичны и из них можно сделать такой простой вид, какой и пытаются сделать многие — один мощный драйвер и много одинаковых цепочек светодиодов без драйверов. Но только вот в условиях «купил светодиоды на рынке и запаял сам» как правило будет им нехорошо. Потому что даже у «некитая» будет разброс. Может повезти и работать долго, а может и нет.

Да и токовый драйвер по-сравнению со стабилизатором напряжения и копеечными резисторами как правило дороже. Ну нафига стрелять в мишень для мелкокалиберной винтовки из танка? Цель-то поразим, вопросов нет. Но вместе с ней еще и воронку оставим. =))

Да и просто — сделать правильно и сделать «смотрите как я сэкономил, а остальные — дураки» — это несколько разные вещи. Даже очень сильно разные. Учитесь делать не как пресловутые китайцы, учитесь делать красиво и правильно. Это сказано давно и не мной. Я лишь попробовал в стотыщпятьсотый раз объяснить прописные истины. Уж звиняйте, если криво объяснял =)

Ну и напоследок тем, кому даже такое изложение было слишком заумным.
Запомните следующее и старайтесь следовать этому (здесь «цепочка» — это один светодиод или несколько ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-соединенных светодиодов):
1. КАЖДОЙ цепочке — свой ограничитель тока (резистор или драйвер…)
2. Маломощная цепочка до 300мА? Ставим резистор и достаточно.
3. Напряжение нестабильно? Cтавим СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ
4. Ток больше 300мА? Ставим на КАЖДУЮ цепочку ДРАЙВЕР (стабилизатор тока) без стабилизатора напряжения.

Вот так будет правильно и самое главное — будет работать долго и светить ярко!
Ну и надеюсь, что все вышенаписанное убережет многих от ошибок и поможет сэкономить средства и нервы.

Ну ладно, рябятке.
Нюансов еще очень много, а я и так уже немаленькую статью-то накатал. Пожалуй все остальное — в комментариях.
Засим откланиваюсь,
Всегда ваш — ЛедЗлыдень Борисыч.

PS: И да, для злопыхателей. Этот пост конечно же не о правильном подключении светодиодов, а тупо реклама моего личного блога. Вы как всегда правы, а я как всегда корыстен. Ага (шутка) =)))

Интегральный стабилизатор напряжения в техвыводном корпусе
с фиксированным выходным напряжением и его применение

Широкое применение в электронике нашли интегральные стабилизаторы напряжения и особенно один их вид — стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением в трехвыводных корпусах. Они хороши тем что не требуют внешних элементов (кроме конденсаторов фильтров), регулировок и имеют широкий диапазон токов в нагрузках. Не буду приводить здесь их технические характеристики, а приведу только основные данные и схемы возможного применения.

Стандартные линейные стабилизаторы выпускаются многими производителями и имеют не одно обозначение, мы рассмотрим их на примере наиболее характерного типа:

  • серия L78 ( для положительных напряжений ),
  • и серия L79 ( для отрицательных напряжений ).

В свою очередь стандартные регуляторы делятся на:

  • слаботочные с выходным током в районе 0,1 А (L78Lхх) — вид на рис. 1а ,
  • со средним значением тока порядка 0,5 А (L78Мхх) — вид на рис. 1б,
  • сильноточные 1. 1,5 А (L78хх) — вид на —рис.1в.

Невысокая стоимость, простота применения и большое разнообразие выходных напряжений и корпусов делают эти компоненты весьма популярными при создании простых схем электропитания. Надо отметить, что эти регуляторы обладают рядом дополнительных функций, обеспечивающих безопасность функционирования. К ним относятся защита от перегрузки по току и температурная защита от перегрева микросхемы.

Каждый электрик должен знать:  Как подключить электроплиту к 220 Вольт

Микросхемы серии 78xx

Это серия ИМС линейных стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением — 78xx (также известная как LM78xx).

Их популярность связана, как уже говорилось выше, с их простотой использования и относительной дешевизной. При указании определённых микросхем серии, «xx» заменяется на двухзначный номер, обозначающий выходное напряжение стабилизатора (к примеру, микросхема 7805 имеет выходное напряжение в 5 вольт, а 7812 — 12В). Стабилизаторы 78-ой серии имеют положительное относительно земли рабочее напряжение, а серия 79xx отрицательное, имеет аналогичную систему обозначений. Их можно использовать для обеспечения и положительного, и отрицательного напряжений питания нагрузок в одной схеме.

Кроме того, их популярность серии продиктована несколькими преимуществами перед другими стабилизаторами напряжения:

  • Микросхемы серии не нуждаются в дополнительных элементах для обеспечения стабильного питания, что делает их удобными в использовании, экономичными и эффективно использующими место на печатной плате. В отличие от них большинство других стабилизаторов требуют дополнительные компоненты или для установки нужного значения напряжения, или для помощи в стабилизации. Некоторые другие варианты (например, импульсные стабилизаторы) требуют не только большого количества дополнительных компонентов, но могут требовать большой опыт разработки.
  • Устройства серии обладают защитой от превышения максимального тока, а также от перегрева и коротких замыканий, что обеспечивает высокую надёжность в большинстве случаев. Иногда ограничение тока также используется и для защиты других компонентов схемы,
  • Линейные стабилизаторы не создают ВЧ помех, в виде магнитных полей рассеяния и ВЧ пульсаций выходного напряжения.

К недостаткам линейных стабилизаторов можно отнести более низкий КПД по сравнению с импульсными, но при оптимальном расчете он может превышать 60%.

Структура интегрального стабилизатора показана на рис. 2

Требование к применению стабилизаторов:

падение напряжения на нем не должно быть ниже 2 вольт,

максимальный ток через него, не должен превышать указанного в соотношении:

P — допустимая мощность рассеяния микросхемы, U in-out — падение напряжения на микросхеме ( U in-out = Ui n — U out ).

Типовая схема включения стабилизатора напряжения в техвыводном корпусе
с фиксированным выходным напряжением

Типовая схема включения интегрального стабилизатора напряжения в трехвыводном корпусе с фиксированным выходным напряжением показана на рис. 3.

Мы видим, микросхемы подобного типа не требуют дополнительных элементов, кроме конденсаторов фильтрующих напряжение — которые фильтруют питающее напряжение и защищают стабилизатор от помех проникающих с нагрузки и от источника питающего напряжения.

Для обеспечения устойчивой работы микросхем серии 78хх во всем диапазоне допустимых значений входных и выходных напряжений и токов нагрузки рекомендуется применять шунтирующие вход и выход стабилизатора конденсаторы. Это должны быть твердотельные (керамические или танталловые) конденсаторы емкостью до 2 мкф на входе и 1 мкф на выходе. При использовании алюминиевых конденсаторов их емкость должна быть более 10 мкф. Подключать конденсаторы необходимо как можно более короткими проводниками как можно ближе к выводам стабилизатора.

Диапазон применения данного типа линейных стабилизаторов напряжения можно расширить используя простой прием, приподняв на заданный уровень напряжения V1 вывод GND стабилизатора. Это приводит к росту выходного напряжения на величину равную V1 .

Это можно сделать несколькими способами:


Подъем напряжения на выходе интегрального стабилизатора с фиксированным напряжением с помощью: а) резистора на котором возникает падение напряжения на резисторе R 1 за счет протекания тока потребления стабилизатора I , б)падение напряжение на резисторе R1 создается током потребления стабилизатора I1 и током делителя I2 (возможно регулирование), в) стабилизатора напряжения.

Варианты применения интегрального стабилизатора с фиксированным напряжением

Микросхемы позволяют создавать множество схем на основе стабилизаторов.

Регулировка выходного напряжения

Как я уже писал выше (см. рис. 5б) линейные стабилизаторы позволяют изменять выходное напряжение. Подробная схема показана на рис. 7.

По той же схеме возможно и функциональное регулирование выходного напряжения.

Например возможно регулирование выходного напряжения в зависимости от температуры для применения в системах стабилизации температуры — термостатах. В зависимости от типа температурного датчика он может включаться вместо резисторов R1 или R2 .

Параллельное включение стабилизаторов

Линейные стабилизаторы допускают параллельное включение для увеличения тока нагрузки, но при этом надо выровнять токи потребления. Обычно это делается с помощью небольшого резистора включенного между выходом стабилизатора и общей нагрузкой (рис. 8а). Другой вариант — применение для этой цели диодной сборки (рис. 8б). Данная схема приводит к несколько большей потери напряжения, но позволяет защитить систему от выхода из строя при выходе из строя (при КЗ) одного из стабилизаторов.

Стабилизатор тока

Для питания некоторых нагрузок требуется источник стабильного тока. Это например цепочки светодиодов.

Регулятор скорости вращения вентилятора системы вентиляции компьютера

Данный регулятор имеет ту особенность, что (для устойчивой раскрутки вентилятора) в начальный момент времени на вентилятор подается полное напряжение (12В). После того как конденсатор С1 зарядится напряжение на выходе будет определяться резистором R 2.

Стабилизатор с плавным выходом на номинальное напряжение

Данная схема отличается тем, что в начальный момент времени напряжение на выходе стабилизатора равно 5В (для данного типа), после чего напряжение плавно поднимается до величины определяемой регулирующими элементами.

Лекция 9 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

    Степан Бирюков 2 лет назад Просмотров:

1 84 Лекция 9 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План 1. Введение 2. Параметрические стабилизаторы 3. Компенсационные стабилизаторы 4. Интегральные стабилизаторы напряжения 5. Выводы 1. Введение Для работы электронных схем необходимы источники постоянного напряжения. Однако напряжение на выходе простейшего источника, выполненного по схеме «трансформатор выпрямитель сглаживающий фильтр» может изменяться из-за колебаний сопротивления нагрузки, напряжения первичного источника и других факторов. Если отклонения напряжения превышают допустимую величину, в схемы источников вводят стабилизаторы устройства, обеспечивающее малые изменения выходного напряжения. Существуют два типа стабилизаторов: параметрические и компенсационные. В параметрических стабилизаторах напряжения в качестве регулирующих используют нелинейные элементы, имеющие участок ВАХ, на котором напряжение остается неизменным при изменении тока. Такой участок имеет обратная ветвь ВАХ стабилитрона. Компенсационный стабилизатор представляет систему автоматического регулирования, в которой сопротивление регулирующего элемента изменяется под действием управляющего напряжения упр, полученного в результате сравнения выходного и эталонного (опорного) напряжений. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось достичь эталонного уровня. Регулирующими элементами линейных стабилизаторов являются биполярные или МОП-транзисторы. Для получения эталонного напряжения используют источники опорного напряжения (ИОН) Простейшим ИОН является параметрический стабилизатор на кремниевом стабилитроне.

2 2. Параметрические стабилизаторы Схема параметрического стабилизатора напряжения на кремниевом стабилитроне показана на рис R 0 85 V D R н н Рис. 9.1 Схема представляет делитель напряжения, состоящий из резистора R 0 и стабилитрона VD. Нагрузочный резистор R н включен параллельно стабилитрону. Поэтому в режиме стабилизации, когда напряжение стабилитрона почти постоянно, постоянным будет и напряжение на нагрузке. Найдем напряжение и ток стабилитрона графическим способом. ВАХ стабилитрона и линейной части цепи показаны на рис Поскольку н = ст, обратная ветвь ВАХ стабилитрона расположена в первом квадранте. Нагрузочная характеристика линейной подсхемы представляет прямую, проходящую через точки, соответствующие режимам холостого хода xx = β вx и короткого замыкания кз = вх / R0. Здесь β = R н /( R0 + Rн ). Точка пересечения нагрузочной прямой и ВАХ стабилитрона (точка А на рис. 9.2) является рабочей точкой и определяет ток и напряжение стабилитрона. Если входное напряжение изменится, нагрузочная прямая переместится параллельно самой себе. Изменятся и координаты рабочей точки (точка В на рис. 9.22). При этом изменения выходного напряжения будут невелики до тех пор, пока рабочая точка находится на крутом участке ВАХ стабилитрона. Для поддержания режима стабилизации сопротивление R 0 рассчитывают так, чтобы рабочая точка располагалась посередине рабочего участка ВАХ. Если входное напряжение изменяется от R 0 можно найти по приближенной формуле max до min, то R 0 ср ст =. ср + н

3 Здесь ср стабилитрона; 86 max + min = среднее значение напряжения на входе 2 ср max + min = средний ток стабилитрона; 2 ст н = ток нагрузки. Rн A B ‘ вх вх Рис. 9.2 Если входное напряжение будет изменяться, то будет изменяться и ток стабилитрона, однако напряжение стабилитрона и напряжение нагрузки будут почти постоянными. Коэффициент стабилизации определяется по формуле K вых вх =. вх вых Достоинства рассмотренной схемы простота конструкции и надежность. Параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Они не боятся коротких замыканий нагрузки. Недостатки невысокий КПД (не более 50 %), узкий диапазон регулируемого напряжения. Если необходима повышенная стабильность выходного напряжения, параметрические стабилизаторы включают каскадно или используют мостовые схемы. Двухкаскадный параметрический стабилизатор показан на

4 87 рис Один из вариантов мостового стабилизатора изображен на рис Подробно работа таких схем рассмотрена в [11]. Отметим, что увеличение стабильности выходного напряжения достигается за счет уменьшения КПД по сравнению с простейшей схемой на рис Рис. 9.3 Рис. 9.4 Мощность рассмотренных стабилизаторов ограничена предельными значениями тока стабилизации и мощности, рассеиваемой стабилитроном. Для увеличения тока нагрузки в схему последовательного стабилизатора включают эмиттерный повторитель, на вход которого подается опорное напряжение оп (рис. 9.5). Сопротивление нагрузки включается в цепь эмиттера. Рис. 9.5

5 88 Выходное напряжение стабилизатора отличается от опорного на величину бэ : вых = оп бэ. Стабилизатор с эмиттерным повторителем на выходе способен отдавать в нагрузку значительно больший ток, чем схема на рис Компенсационные стабилизаторы Структурная схема компенсационного стабилизатора показана на рис Регулирующий элемент включен последовательно с сопротивлением нагрузки. Дифференциальный усилитель является усилителем сигнала ошибки. Этот сигнал равен разности между опорным напряжением оп, формируемым на выходе источника опорного напряжения (ИОН), и напряжением делителя R 1 R 2. Принцип действия компенсационного стабилизатора состоит в том, что на входе формируется постоянное напряжение, минимальное значение которого должно превышать требуемый уровень стабилизированного напряжения на выходе. При изменении входного напряжения или тока нагрузки выходное напряжение стабилизатора поддерживается постоянным за счет изменения падения напряжения на регулирующем элементе. Рис. 9.6 Схема компенсационного стабилизатора на ОУ показана на рис Резистор R 0 и стабилитрон образуют источник опорного напряжения. Сигнал ошибки формируется на входе ОУ. Схема работает следующим образом. Предположим, что по какимлибо причинам выходного напряжение стабилизатора 2 уменьшилось.

6 89 При этом сигнал ошибки, равный разности напряжения на стабилитроне VD 1 и на выходе делителя напряжения R 1 R 2 увеличится. Это приведет к увеличению тока базы. Увеличится и ток эмиттера регулирующего транзистора до величины, при которой выходное напряжение примет первоначальное значение. Рис. 9.7 Если от стабилизатора требуются большие значения выходного тока, в регулирующем элементе используются несколько транзисторов, соединенных параллельно. Схема такого регулирующего элемента показана на рис Для компенсации разброса напряжений база-эмиттер отдельных транзисторов последовательно с эмиттерами включены резисторы небольшого номинала. Рис. 9.8 Рассмотрим примерный порядок расчета компенсационного стабилизатора. Исходными данными для расчета являются номинальное выходное напряжение вых, пределы регулирования выходного напряжения выхma выхmin, максимальный ток нагрузки нma, пределы изменения входного напряжения вхma вхmin.

7 90 Расчет стабилизатора выполняется в следующем порядке. 1. Определяем минимальное входное напряжение с помощью соотношения ( 4 5) вхmin = выхma + В. 2. По заданным значениям выхma, выхmin, нma выбираем тип транзистора, реализующего регулирующий элемент (РЭ). 3. Выбираем стабилитрон из условия ( 2 3) ст = выхmin В. 4. Рассчитываем сопротивление резистора R 0 по формуле R =. стmin Здесь стmin минимальный ток стабилитрона, ма. 5. Рассчитываем суммарное сопротивление делителя напряжения из условия, что ток делителя должен составлять в номинальном режиме 5 10 ма. Сопротивления резисторов делителя определяются выражениями R = R 1 + R 2 Σ ; вых R = 1 2 R1. ст Потери и КПД линейных стабилизаторов. Напряжение коллектор эмиттер регулирующего транзистора в схеме на рис. 9.7 равно разности между входным и выходным напряжениями стабилизатора и может достигать нескольких вольт. Вследствие этого на регулирующем транзисторе рассеивается значительная мощность. Это определяет невысокий коэффициент полезного действия линейных стабилизаторов. В случае низких значений напряжения стабилизации КПД может оказаться меньше 50%. Такой стабилизатор теряет много энергии в виде тепла. 4. Интегральные стабилизаторы напряжения Линейные стабилизаторы напряжения, подобные схеме на рис. 9.7, выпускаются в виде интегральных микросхем. Такая микросхема содержит регулирующий элемент (РЭ), включенный между источником и нагрузкой,

8 91 источник опорного напряжения (ИОН) и усилитель ошибки. В качестве РЭ используется биполярный или полевой транзистор. Простейшим источником опорного напряжения является параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне. Все перечисленные элементы легко объединить в одной интегральной схеме. Микросхемы стабилизаторов напряжения являются функционально законченными устройствами и могут иметь только три внешних вывода: вход, выход и земля. ИМС стабилизаторов выпускаются на фиксированные напряжения 5 24 В и токи нагрузки до 1 А. Интегральные стабилизаторы имеют встроенные схемы ограничения выходного тока, а также специальную защиту от тепловых перегрузок. Упрощенная схема интегрального стабилизатора напряжения показана на рис Рис. 9.9 В качестве ИОН используется стабилитрон VD1. Усилителем ошибки является дифференциальный усилитель на транзисторах VT1, VT2. Регулирующий элемент стабилизатора выполнен на составном транзисторе VT4, VT5, включенном по схеме эмиттерного повторителя. Резисторы R 1 и R 2 образуют цепь отрицательной обратной связи. Выходное напряжение стабилизатора R + R вых R 1 2 =. Стабилизатор напряжения на рис. 9.9 имеет встроенную схему ограничения тока, реализованную на транзисторе VT3 и резисторе R 5. Другая схема интегрального стабилизатора напряжения показана на рис Источник опорного напряжения выполнен на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом VT3 и стабилитроне VD1. Как и в предыдущей схеме, усилитель ошибки реализован по дифференциальной 1

9 92 схеме на транзисторах VT1, VT2. Регулирующий элемент выполнен на p-np транзисторах VT4, VT5, включенных по схеме с общим эмиттером. Это позволяет снизить падение напряжения на регулирующем элементе с 3 4 до В. Подробно работа схемы, изображенной на рис. 9.10, рассмотрена в [11]. Рис В настоящее время линейные стабилизаторы находят применение в тех случаях, когда их невысокий КПД не играет особой роли. Как правило, это источники питания, выходная мощность которых не превышает 10 Вт. Источники опорного напряжения. Главное назначение источника опорного напряжения поддерживать выходное напряжение неизменным, равным номинальному значению при изменяющемся входном напряжении. В качестве простейшего источника опорного напряжения используют параметрический стабилизатор на стабилитроне. Стабилитроны используют для получения опорных напряжений не ниже 2.5 В. Для получения меньших опорных напряжений можно использовать последовательно включенные кремниевые диоды. В интегральных стабилизаторах напряжения в качестве ИОН используют напряжение база эмиттер биполярных транзисторов. Главная проблема заключается в том, что напряжение эмиттерного перехода сильно зависит от температуры. Его температурный коэффициент напряжения (ТКН) составляет около 2 мв К. Температурную зависимость напряжения база-эмиттер можно уменьшить, если суммировать это напряжение с другим, имеющим положительный температурный коэффициент. Такое опорное напряжение получают как разность напряжений эмиттерных переходов двух

10 93 транзисторов. Схема такого ИОН показана на рис Транзисторы VT1, VT2, резисторы R n1 и R n2 образуют отражатель тока. Его называют токовым зеркалом Видлара. Рис Напряжение база-эмиттер первого транзистора бэ1 э1 = Vt. 0 ln Напряжение база-эмиттер второго транзистора бэ2 э2 = Vt. 0 ln Здесь 0 обратный ток насыщения эмиттерного перехода; э1 и э2 эмиттерные токи VT1 и VT2. Полагая, что транзисторы согласованы, получим, что напряжение 1 равно разности напряжений эмиттерных переходов первого и второго транзисторов: 1 ln э1 = бэ1 бэ 2 = Vt. э2 Напряжение 1 имеет положительный температурный коэффициент, ln э > 1 э2, т.е. э 1 > э2. Опорное напряжение на выходе схемы если ( ) 0 оп = бэ3 R к 2.

11 94 Напряжение 1 имеет положительный температурный коэффициент, поэтому оп мало зависит от температуры. Можно показать, что для того, чтобы ТКН опорного напряжения был равен нулю, оно должно быть равно приблизительно 1.2 В. 5. Выводы 1. Стабилизатор нелинейное устройство, обеспечивающее малые изменения выходного напряжения. 2. Существуют два типа стабилизаторов: параметрические и компенсационные. 3. В параметрических стабилизаторах напряжения в качестве регулирующих используют нелинейные элементы, имеющие участок ВАХ, на котором напряжение остается неизменным при изменении тока. 4. Компенсационный стабилизатор представляет систему автоматического регулирования, в которой сопротивление регулирующего элемента изменяется под действием управляющего напряжения, полученного в результате сравнения выходного и эталонного (опорного) напряжений. Регулирующими элементами линейных стабилизаторов являются биполярные или МОП-транзисторы. 5. Линейные стабилизаторы напряжения выпускаются в виде интегральных схем. Такая микросхема содержит регулирующий элемент (РЭ), включенный между источником и нагрузкой, источник опорного напряжения (ИОН) и усилитель ошибки. В качестве РЭ используется биполярный или полевой транзистор.

Стабилизаторы напряжения. Описание устройства и принципа действия

Стабилизаторы переменного напряжения представляют собой устройства, предназначенные для электропитания нагрузки (различное электрооборудование, офисная и бытовая аппаратура и приборы) стабилизированным переменным напряжением 220В 50Гц при отклонении сетевого напряжения в определенных пределах.

В данном обзоре рассмотрены следующие серии стабилизаторов переменного напряжения:

Стабилизаторы напряжения серии ССК малой мощности

Данные стабилизаторы относятся к классу устройств со ступенчатым регулированием напряжения и состоят из следующих основных узлов:

  • входного фильтра;
  • силового трансформатора, содержащего 6 отводов регулирования на-пряжения;
  • силовых ключей;
  • схемы управления силовыми ключами;
  • схемы измерения тока и напряжения;
  • схемы индикации;
  • источника вторичного электропитания (ВИП);
  • выходного фильтра подавления помех.

Рис.1. Структурно-функциональная схема стабилизатора ССК малой мощности

QF1– автоматический выключатель «Сеть», SR1 – реле выходное

При включении стабилизатора входное напряжение поступает на автотрансформатор T1 (2), схема управления (5) включает силовой ключ (3), соединяющий выходное реле (8) стабилизатора с отводом автотрансформатора на номинальное напряжение. Схема управления (5), по результатам измерения выходного напряжения схемой (6), поочередно включает силовые реле (3) (т. е. изменяет ступени регулирования автотрансформатора) на изменение выходного напряжения до тех пор, пока оно не установится в пределах паспортного диапазона. Если значение выходного напряжения находится в диапазоне от 176В до 245В, то через 1…2с включится реле нагрузки (8) и через выходной фильтр (9) на выходную розетку стабилизатора будет подано стабилизировано напряжение.

При изменении напряжения питающей сети в пределах рабочего диапазона, схема управления (5), переключая реле (3), отрегулирует напряжение на выходе стабилизатора с заданной точностью.

В случае выхода напряжения питающей сети за пределы рабочего диапазона схема управления не сможет обеспечивать дальнейшее регулирование напряжения, и стабилизатор будет лишь компенсировать входное напряжение, поддерживая выходное напряжение в пределах 176…245В.

Если напряжение на входе стабилизатора выйдет за пределы допустимого диапазона, произойдет отключение нагрузки. Восстановление питания нагрузки произойдет автоматически при возвращении входного напряжения в допустимый диапазон.

В случае, если нагрузка стабилизатора (потребляемая мощность) превысит предельно допустимую величину, электропитание нагрузки будет отключено. В этом случае выходное напряжение стабилизатора может быть подано на нагрузку только после выключения стабилизатора, устранения причины перегрузки и повторного его включения. Задержка времени до отключения зависит от величины перегрузки. При нагрузке, превышающей допустимую мощность нагрузки стабилизатора не более чем на 35% , задержка отключения составляет примерно 5 мин. При перегрузке до 180% – задержка составляет не более 30 секунд. При трех и более кратной перегрузке нагрузка отключается практически мгновенно.

В целях снижения уровня помех в выходном напряжении в стабилизаторе предусмотрен фильтр (9). Фильтр образуется индуктивностью обмотки силового автотрансформатора и конденсатором. Подавление помех зависит от ступени регулирования автотрансформатора и составляет не менее 10 дБ на частоте 100 кГц.

Стабилизаторы напряжения серии ССК средней и большой мощности

Принцип работы стабилизатора основан на автоматической коммутации секций вольтодобавочной обмотки силового трансформатора с помощью тиристорных ключей в зависимости от значения входного напряжения.

Рис.2.Структурно-функциональная схема стабилизатора ССК средней и большой мощности

XS1 – блок клемм (см.рис.3), QF1 – автоматический выключатель «Сеть»,
QF2 – автоматический выключатель «Защита блока силового»,
TA1 – датчик тока блока силового, T1 – силовой трансформатор,
SR1 – реле «Защита нагрузки», TA2 – датчик тока нагрузки,
SR2 – реле защиты блока силового, XS2 – разъем для подключения ПК

При включении автоматического выключателя «Сеть» напряжение питающей сети через обмотку силового трансформатора поступает на блок питания, который обеспечивает стабилизированным питанием и измерительными напряжениями блок силовых ключей, блок управления и индикации.

После окончания временной задержки с момента включения стабилизатора (0,5…1с), происходит включение реле SR2 и подача входного напряжения на блок силовых ключей. Если значение выходного напряжения будет находиться в заданных пользователем пределах, через 3…5c будет произведено включение силового реле SR1 «Защита нагрузки» и подача стабилизированного напряжения на выходную клемму стабилизатора.

Блок управления и индикации контролирует выходное напряжение стабилизатора, мощность подключенной нагрузки, ток блока силовых ключей, температуру силового трансформатора и управляет блоком силовых ключей, силовым реле SR1 «Защита нагрузки», вентилятором принудительного охлаждения, ЖКИ и светодиодными индикаторами панели управления.

При изменении напряжения питающей сети в пределах рабочего диапазона, блок управления, переключая силовые ключи, отрегулирует напряжение на выходе стабилизатора с заданной точностью (см. технические характеристики).

Если напряжение питающей сети выйдет за пределы рабочей зоны, то система управления, находясь в крайнем состоянии, не сможет обеспечить дальнейшее регулирование напряжения и стабилизатор будет лишь компенсировать входное напряжение.

Каждый электрик должен знать:  Подскажите ГОСТ на обозначения на электрических схемах

Если по вышеуказанным причинам напряжение на выходе стабилизатора выйдет за критический порог (верхний или нижний), определённый пользователем, то произойдёт отключение выходного напряжения (реле SR1 «Защита нагрузки»). При возвращении выходного напряжения в допустимые пределы, после окончания временной задержки (5…7с) происходит подача напряжения на выходную клемму стабилизатора (включение реле «Защита нагрузки»).

При возникновении аварийной ситуации в системе управления стабилизатор переводится в режим прямого включения, и напряжение питающей сети поступает на выход стабилизатора без изменений (контроль выходного напряжения будет производиться так же, как и в режиме стабилизации). При этом реле SR2 отключит блок силовых ключей от сети электропитания. Для выхода из режима прямого включения необходимо нажать кнопку «Сброс» на клавиатуре панели управления.

Вентилятор принудительного охлаждения включается при нагрузке более 50% от номинальной мощности стабилизатора, при перегреве обмоток силового трансформатора, а также кратковременно (около 15с) при включении стабилизатора.

Если в процессе работы суммарная величина подключенной к стабилизатору нагрузки превысит номинальную мощность стабилизатора, то автоматическое отключение реле «Защита нагрузки» произойдёт тем быстрее, чем больше величина перегрузки. Для повторного включения необходимо нажать кнопку «Сброс». При коротком замыкании на выходе стабилизатора происходит срабатывание автоматического выключателя «Сеть».

Стабилизаторы напряжения Solby серии SVC

Данные стабилизаторы по принципу действия относятся к электромеханическим корректорам напряжения с сервоприводом и состоят из следующих узлов (см. рис.3):

LM317 регулируемый стабилизатор напряжения и тока. Характеристики, онлайн калькулятор, datasheet

Интегральный, регулируемый линейный стабилизатор напряжения LM317 как никогда подходит для проектирования несложных регулируемых источников и блоков питания, для электронной аппаратуры, с различными выходными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданным напряжением и током нагрузки.

Для облегчения расчета необходимых выходных параметров существует специализированный LM317 калькулятор, скачать который можно по ссылке в конце статьи вместе с datasheet LM317.

Технические характеристики стабилизатора LM317:

  • Обеспечения выходного напряжения от 1,2 до 37 В.
  • Ток нагрузки до 1,5 A.
  • Наличие защиты от возможного короткого замыкания.
  • Надежная защита микросхемы от перегрева.
  • Погрешность выходного напряжения 0,1%.

Эта не дорогая интегральная микросхема выпускается в корпусе TO-220, ISOWATT220, TO-3, а так же D2PAK.

Назначение выводов микросхемы:

Онлайн калькулятор LM317

Ниже представлен онлайн калькулятор для расчета стабилизатора напряжения на основе LM317. В первом случае, на основе необходимого выходного напряжения и сопротивления резистора R1, производится расчет резистора R2. Во втором случае, зная сопротивления обоих резисторов (R1 и R2), можно вычислить напряжение на выходе стабилизатора.

Калькулятор для расчета стабилизатора тока на LM317 смотрите здесь.

Примеры применения стабилизатора LM317 (схемы включения)

Стабилизатор тока

Данный стабилизатор тока можно применить в схемах различных зарядных устройств для аккумуляторных батарей или регулируемых источников питания. Стандартная схема зарядного устройства приведена ниже.

В данной схеме включения применяется способ заряда постоянным током. Как видно из схемы, ток заряда зависит от сопротивления резистора R1. Величина данного сопротивления находится в пределах от 0,8 Ом до 120 Ом, что соответствует зарядному току от 10 мА до 1,56 A:

Источник питания на 5 Вольт с электронным включением

Ниже приведена схема блока питания на 15 вольт с плавным запуском. Необходимая плавность включения стабилизатора задается емкостью конденсатора С2:

Регулируемый стабилизатор напряжения на LM317

Схема включения с регулируемым выходным напряжением

lm317 калькулятор

Для упрощения расчета номинала резистора можно использовать несложный калькулятор, который поможет рассчитать необходимые номиналы не только для LM317, но и для L200, стабилитрона TL431, M5237, 78xx.

Аналог LM317

К аналогам стабилизатора LM317 можно отнести следующие стабилизаторы:

  • GL317
  • SG31
  • SG317
  • UC317T
  • ECG1900
  • LM31MDT
  • SP900
  • КР142ЕН12 (отечественный аналог)
  • КР1157ЕН1 (отечественный аналог)


Похожие записи:

34 комментария

Интересная статья! Спасибо!

Спасибо. Только ноги перепутали. У 317 1н-ADJ, 3н-INP, 2н — OUTP.
Смотреть мордой к себе, счет слева направо.

Ничего не попутано.На схеме всё правильно.Учите технический английский язык. 1-управляющий, 2-выход, 3-вход
На схеме всё правильно.

Регулируемый стабилизатор напряжения на LM317- схемка работает , только выводы 2 и 3 попутаны местами в схеме.

С какого перепугу они перепутаны? На схеме всё правильно.Внимательнее смотрите даташит на стабилизатор.

А в схеме Регулируемый стабилизатор напряжения на LM317 какой нужен трансформатор? На вторичной обмотке сколько вольт надо?

Разница между входным и выходным напряжением должна составлять 3,2 вольта, то есть, если тебе необходимо 12 вольт на выходе, то на вход нужно подать 15,2 вольта

Подскажите за что отвечает резистор (200 Ом — 240 Ом) между первой и второй ногой микросхемы ?
Сейчас собрал простейший стабилизатор на 5,15 V , резистор между 1 и 2 ногой — 680 Ом , между второй и третьей 220 Ом = на выходе сила тока всего 0,45 А . Для зарядки смартфона мне нужна сила тока 1 А .

Резисторы R1 и R2 — делитель напряжения. Подключите 220 Ом (R1) к 1 и 2 выводу, 680 Ом (R2) к 1 выводу и минусу питания.

Резисторы R1 и R2 можно подобрать и другого номинала?

да, рассчитать можно здесь

можно ли совместить на одной lm317, регулировку тока и напряжения,

Можно,я так делал.Сначала собираем регулятор напряжения,потом между adj и out ставим переменный резистор только большой мощности вата на 2. мультиметром настраиваеш всю поделку.а лучше использовать две 317 . 1-я как регулятор напр. 2-я как рег.тока. и вперед. Если собирать на 317-х лабораторник то можно парралельно их ставить (с ограничительными резисторами на выходе по 0.2 ом )например три или пять штук 317-х,только собирать с защитами (диоды )по полноценной схеме .у меня таких два штуки есть один на одной ,для маломощных нагрузок ,второй на двух .главное что б транс был нормальный мощью ват 30-50.и хватит за глаза .не варить же им !

Евгений, может скинешь схемку (или ссылку)на параллельное включение ЛМ 317 для ПБ? Я собрал, 5 штук поставил, греются не равномерно. Попробую поставлю выравнивающие резисторы по 0,2 Ома. Транс 150 Ватт, до 30В. Можно, конечно, купить БП на Али. Да решил молодость вспомнить (мне 68).

Большое Спасибо за статью.

Здравствуйте! Под рукой стабилизаторы 7812 и 7912.
Можно их применить для понижения напряжения с учетом вышеуказанного расчета и схемы?

Можно лишь изловчиться на напряжение более высокое, чем номинальное (для 7812 — больше 12 В). Для этого в цепь 2-го вывода включают N число диодов, тогда приблизительно получится Uвых=12+0,65N; вместо диодов можно подобрать резистор. При этом корпус микросхемы должен быть изолирован от общего провода вопреки стандартному включению.

Я так понимаю-если стабилизатор не 317 ,а на рассчитанное своё напряжение например 7812,то меньше чем 12 никак не получить,а вот больше по этой методике пожалуйста.

Сделал, работает хорошо.Регулирует от 1,2 В до 35В. После 0,5 А греется. Поставил на радиатор. Решил добавить два транзистора кт 819, поставил уравнивающие резисторы по 0,5 Ом. Регулировка от 0 до 10В — нормально. Если до 20В, то регулировка начинается от 10 и до 20, при 30В — от 20 до 30В, т.е. не от 1,3В. Может поможете? Может ещё кто посоветует. Хотелось бы сделать БП на ЛМ317 + транзисторы. Вам спасибо большое. А может сделать как советует jenya900?

Спасибо за схему,а как увеличить ток до10А?

Как ограничить напряжение на выходе максим. 9вольт, при переменном резисторе 8кОм. Спасибо

Каков температурный диапазон эксплуатации LM317T?

Купил гравёр. Сразу не запустился. Разобрал. Стоит линейный стабилизатор напряжения на LM317T. R1=100 Om, R2= последовательно 150 Om и переменное 1кОм. Между выходом и входом LM317T стоит конденсатор. Все компоненты нано. При включении заряжается ёмкость и когда напряжение достигает около 3В включается. Это где-то пол минуты. Зачем стоит ёмкость? Питание usb 5B. На выходе около 2В. Как всё это исправить? Мне нужно на выходе 3В. Менять переменное R нельзя. Можно менять R1, R2, C1.

Кто-нибудь пробовал параллелить микросхемы?

Ну пока сам не сделаешь, никто не пошевелится рассказать.
Соединил в параллель вчистую (т.е. ножка к ножке без всяких уравнивающих сопротивлений) 5 штук. Нагрузил на 3,8А (больше не требовалось), напряжение на выходе просело с 14В до 13,8В. Приемлемо.
Так что годится такой вариант.

Я всегда паралелю, чтоб запас был, если нагрузка большая. Всё хорошо работает.

Помогите чайнику. Если в стабилизаторе напряжения на вход подать напряжение меньше, чем установленное на выход, что будет на выходе? Нужно, чтобы схема начала пропускать ток при росте напряжения, начиная с 12 вольт.

Микросхема ни работает как «клапан»! Она ни откроется резко после превышения напряжения на входе микросхемы. Если на выходе у тебя настроено 12в, а на вход подать 9. То на выходе стабилизированного тока ни будет, выйдут те же твои 9 вольт примерно, даже меньше ( минус опорное напряжение микросхемы)

Привет. Помогите сделать бп на lm317 и поливике irf640. Нужна схема

Собирайте лучше на других стабилизаторах. LM317 прошлый век, это как лампа и транзистор. Берите и собирайте на lm2596 или lm2576. КПД до 85%, ток до 3 ампер и стабильны. Держат КЗ и перегрузки. Есть ещё более лучше варианты, но они дороже.

LM2596 — это импульсный преобразователь, LM317 — линейный. И пока существует очевидная нужда в качественном питании без пульсаций и импульсных помех, LM317 и ей подобные останутся самым дешёвым и эффективным способом его получения.

Согласен. Это два разных преобразователя. Но человеку нужен простой БП и судя по всему, мощный. Вот и рекомендовал. У импульсного и линейного БП, есть свои недостатки и свои плюсы.

Простые линейные стабилизаторы тока для светодиодов своими руками

Известно, что яркость светодиода очень сильно зависит от протекающего через него тока. В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Отсюда возникают заметные пульсации яркости даже при незначительной нестабильности питания.

Но пульсации — это не страшно, гораздо хуже то, что малейшее повышение питающего напряжения может привести к настолько сильному увеличению тока через светодиоды, что они просто выгорят.

Чтобы этого не допустить, светодиоды (особенно мощные) обычно запитывают через специальные схемы — драйверы, которые по сути своей являются стабилизаторами тока. В этой статье будут рассмотрены схемы простых стабилизаторов тока для светодиодов (на транзисторах или распространенных микросхемах).

Стабилизаторы тока на транзисторах

Для стабилизации тока через светодиоды можно применить хорошо известные решения:

На рисунке 1 представлена схема, работа которой основана на т.н. эмиттерном повторителе. Транзистор, включенный таким образом, стремится поддерживать напряжение на эмиттере в точности таким же, как и на базе (разница будет только в падении напряжения на переходе база-эмиттер). Таким образом, зафиксировав напряжение базы с помощью стабилитрона, мы получаем фиксированное напряжение на R1.

Далее, используя закон Ома, получаем ток эмиттера: Iэ = Uэ/R1. Ток эмиттера практически совпадает с током коллектора, а значит и с током через светодиоды.

Обычные диоды имеют очень слабую зависимость прямого напряжения от тока, поэтому возможно их применение вместо труднодоступных низковольтных стабилитронов. Вот два варианта схем для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2:

Ток через светодиоды задается подбором резистора R2. Резистор R1 выбирают таким образом, чтобы выйти на линейный участок ВАХ диодов (с учетом тока базы транзистора). Напряжение питания всей схемы должно быть не меньше, чем суммарное напряжение всех светодиодов плюс около 2-2.5 вольт сверху для устойчивой работы транзистора.

Например, если нужно получить ток 30 мА через 3 последовательно включенных светодиодов с прямым напряжением 3.1 В, то схему следует запитать напряжением не ниже 12 Вольт. При этом сопротивление резистора должно быть около 20 Ом, мощность рассеивания — 18 мВт. Транзистор следует подобрать с максимальным напряжением Uкэ не ниже напряжения питания, например, распространенный S9014 (n-p-n).

Сопротивление R1 будет зависеть от коэфф. усиления транзистора hfe и ВАХ диодов. Для S9014 и диодов 1N4148 достаточно будет 10 кОм.

Применим описанный стабилизатор для совершенствования одного из светодиодных светильников, описанного в этой статье. Улучшенная схема будет выглядеть так:

Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения. Это приводит к существенному продлению срока службы светодиодной лампы.

Из осциллограмм видно, что добавив в схему стабилизатор тока для светодиода на транзисторе и стабилитроне, мы тут же уменьшили амплитуду пульсаций в несколько раз:

При указанных на схеме номиналах, на транзисторе рассеивается мощность чуть больше 0.5 Вт, что позволяет обойтись без радиатора. Если емкость балластного конденсатора увеличить до 1.2 мкФ, то на транзисторе будет падать

23 Вольт, а мощность составит около 1 Вт. В этом случае без радиатора не обойтись, но зато пульсации понизятся чуть ли не до нуля.

Вместо указанного на схеме транзистора 2CS4544, можно взять 2SC2482 или аналогичный с током коллектора больше 100 мА и допустимым напряжением Uкэ не менее 300 В (подойдут, например, старые советские КТ940, КТ969).

Желаемый ток, как обычно, задается резистором R*. Стабилитрон рассчитан на напряжение 5.1 В и мощность 0.5 Вт. В качестве светодиодов применены распространенные smd-светодиоды из китайской лампочки (а еще лучше взять готовую лампу и добавить в нее недостающие компоненты).

Теперь рассмотрим схему, представленную на рисунке 2. Вот она отдельно:

Токовым датчиком здесь является резистор, сопротивление которого рассчитывается по формуле 0.6/Iнагр. При увеличении тока через светодиоды, транзистор VT2 начинает открываться сильнее, что приводит к более сильному запиранию транзистора VT1. Ток уменьшается. Таким образом происходит стабилизация выходного тока.

Достоинства схемы — ее простота. К недостатку можно записать довольно большое падение напряжения (а следовательно и мощности) на транзисторе VT1. Это не критично при небольших токах (десятки и сотни миллиампер), однако дальнейшее увеличение тока через светодиоды потребует установки этого транзистора на радиатор.

Также, вместо биполярного транзистора, можно применить p-канальный MOSFET. Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух 10-ваттных светодиодах и 40-ваттном IRF9510 в корпусе ТО-220 (см. характеристики):

Ток через светодиоды задается подбором резистора R1. VT1 — любой маломощный. Светодиоды — Cree XM-L T6 10W (см. спецификацию) или аналогичные.

Транзистор VT2 и светодиоды необходимо разместить на общем радиаторе, площадью не менее 900 см 2 (это если без принудительного охлаждения). Использование термопасты обязательно. Ребра радиатора должен быть толстым и массивным, чтобы максимально быстро отводить тепло. Оцинкованные профили для гипсокартона, консервные банки из-под селедки и крышки от кастрюль категорически не подходят.

Если такая мощность не нужна, можно сократить количество светодиодов до одного. Но при этом придется понизить напряжение питания на 3-3.5 вольта. Иначе потребляемая мощность останется прежней, транзистор будет греться в два раза сильнее, а светить будет в два раза хуже.

Для снижения мощности правильнее было бы оставить оба светодиода, но уменьшить ток, например, до 2А — тогда мощность упадет с 20 до 12 Вт, а срок жизни светодиодов многократно возрастет. И площадь радиатора можно будет уменьшить до 600 см 2 .

Вместо IRF9510 можно взять, например, IRF9Z34N (19А, 55В) или NDP6020P (24А, 20В). Смотрите сами, какие есть в вашем распоряжении. Если совсем ничего нет, самое время закупиться по дешевке:

наименование характеристики цена
IRF9510 P-channel, 100V, 4A 209 руб. / 10 шт.
IRF9Z34N P-channel, 55V, 19A 124 руб. / 10 шт.
NDP6020P P-channel, 20V, 24A 120 руб. / 10 шт.
Cree XM-L T6 10W, 3A 135 руб. / шт.

Ну а самая простейшая схема стабилизатора тока для светодиодов на полевом транзисторе состоит всего лишь из одного транзистора с закороченным накоротко затвором и истоком:

Вместо КП303Е подойдет, например, BF245C или аналогичный со встроенным каналом. Принцип действия схож со схемой на рисунке 1, только в качестве эталонного напряжения используется потенциал «земли». Величина выходного тока определяется исключительно начальным током стока (берется из даташита) и практически не зависит от напряжения сток-исток Uси. Это хорошо видно из графика выходной характеристики:

На схеме на рисунке 3 в цепь истока добавлен резистор R1, задающий некоторое обратное смещение затвора и позволяющий таким образом изменить ток стока (а значит и ток нагрузки).

Пример самого простого драйвера тока для светодиода представлен ниже:

Здесь применен полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом n-типа BSS229. Точное значение выходного тока будет зависеть от характеристик конкретного экземпляра и сопротивления R1.

Это, в общем-то, все способы превратить транзистор в стабилизатор тока. Есть еще так называемое токовое зеркало, но применительно к светодиодным светильникам оно не подходит. Поэтому перейдем к микросхемам.

Стабилизаторы тока на микросхемах

Микросхемы позволяют добиться гораздо более высоких характеристик, чем транзисторы. Чаще всего для сборки стабилизатор тока для светодиодов своими руками используют прецизионные термостабильные источники опорного напряжения (TL431, LM317 и другие).

TL431

Типовая схема стабилизатора тока для светодиодов на TL431 выглядит так:

Так как микросхема ведет себя так, чтобы поддерживать на резисторе R2 фиксированное напряжение 2.5 В, то ток через этот резистор всегда будет равен 2.5/R2. А если пренебречь током базы, то можно считать, что I = IR2. И чем выше будет коэффициент усиления транзистора hfe, тем больше эти токи будут совпадать.

R1 рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить минимальный рабочий ток микросхемы — 1 мА.

А вот пример практического применения TL431 в светодиодной лампе:

На транзисторе падает около 20-30 В, рассеиваемая мощность составляет менее 1.5 Вт. Кроме указанного на схеме 2SC4544 можно применить более мощный BD711 или старый советский КТ940А. Транзисторы в корпусе TO-220 не требуют установки на радиатор до мощностей 1.5-2 Вт включительно.

Резистор R3 служит для ограничения импульса зарядки конденсатора при включении питания. Ток через нагрузку задается резистором R2.

В качестве нагрузки Rн здесь выступают 90 белых чип-светодиодов 2835. Максимальная мощность при токе 60 мА составляет 0.2 Вт (24Lm), падение напряжения — 3.2 В. Также можно применить любые другие подходящие светодиоды, например, SMD5050.

Для увеличение срока службы мощность диодов специально занижена на 20% (0.16 Вт, ток 45 мА), соответственно, суммарная мощность всех светодиодов составляет — 14 Вт.

Хотя я бы рекомендовал найти светодиоды в точно таком же форм-факторе (2.8х3.5мм), но мощностью 0.5 Вт. Они и греться будут меньше и прослужат дольше.

Найти такие светодиоды, а также все необходимое для сборки схемы можно по этим ссылкам:

наименование характеристики цена
SMD 2835 LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W 67 руб. / 100 шт.
2SC4544 NPN, 300V, 0.1A 10 руб. / шт.
BD711 NPN, 100V, 12A 120 руб. / 10 шт.
1N4007 1000V, 1A 51 руб. / 100 шт.
TL431A 36V, 100mA 87 руб. / 100 шт.

Разумеется, приведенную схему стабилизатора тока для светодиодов на 220 В можно пересчитать под любой необходимый ток и/или другое количество имеющихся в распоряжении светодиодов.

С учетом допустимого разброса напряжения 220 Вольт (см. ГОСТ 29322-2014), выпрямленное напряжение на конденсаторе C1 будет находиться в диапазоне от 293 до 358 В, поэтому он должен быть рассчитан на напряжение не менее 400 В.

Исходя из диапазона питающих напряжений, рассчитываются параметры остальных элементов схемы.

Например, резистор, задающий рабочий режим микросхемы DA1 должен обеспечивать ток не менее 0.5 мА при напряжении на С1 = 293 В. Максимальное количество светодиодов не должно превышать NLED = 100 мА). Отлично подойдут упомянутые выше 1N4007.

Как видите, схемка простейшая и не содержит каких-либо доростоящих компонентов. Вот текущие цены (и они, скорее всего, будут и дальше снижаться):

название характеристики стоимость
SMD 5630 LED, 3.3V, 0.15A, 0.5W 240руб. / 1000шт.
LM317 1.25-37V, >1.5A 112руб. / 10шт.
MB6S 600V, 0.5A 67руб. / 20шт.
120μF, 400V 18х30mm 560руб. / 10шт.

Таким образом, потратив в общей сложности 1000 руб., можно собрать десяток 30-ваттных (. ) не мерцающих (. ) лампочек. А так как светодиоды работают не на полную мощность, а единственный электролит не перегревается, то эти лампы будут практически вечными.

Вместо заключения

К недостаткам приведенных в статье схем следует отнести низкий КПД за счет бесполезной траты мощности на регулирующих элементах. Впрочем, это свойственно всем линейным стабилизаторам тока.

Низкий коэффициент полезного действия неприемлем для устройств, питающихся от автономных источников тока (светильники, фонарики и т.п.). Существенного повышения КПД (90% и более) можно добиться применением импульсных стабилизаторов тока.

Добавить комментарий