Шим стабилизатор тока: Шим стабилизатор тока на 555

Содержание

ШИМ-стабилизатор с регулировкой напряжения и защитой

Данная схема представляет собой понижающий регулятор с возможностью регулировки и защиты или ограничения тока. Особенностью устройства является применение в силовой части биполярного транзистора со статической индукцией (БСИТ) и микросхемы TL494 с двумя операционными усилителями. ОУ используются в цепи обратной отрицательной связи регулятора, обеспечивая оптимальный режим работы.

Рабочие параметры регулятора:

  • номинальное питающее напряжение – 40…45В;
  • диапазон регулируемого напряжения на выходе – 1…30В;
  • частота ШИМ – регулятора – 40 кГц;
  • сопротивление выходной цепи регулятора – 0,01Ом;
  • длительный максимальный ток на выходе – 8А.

Схема стабилизатора представлена на рисунке 1. Сглаживающий фильтр из конденсаторов С16-18, накопительная индуктивность L1, диод – разрядник VD6, ключ VT1 составляют силовую цепь устройства. Построение силовой цепи классическое, отличием являются дополнительные элементы C5, VDD1, R7, VT2, предназначенные для обеспечения безопасной работы силового ключа (VT1).

Трансформатор Т2 позволяет снизить скорость возрастания тока при открытии ключа VT1. Накопленная при закрытии ключа энергия уходит на вход схемы через правую часть диодной сборки VD1. Емкость С5 предназначена для снижения скорости нарастания напряжения на ключе. Установка элементов цепи ОБР оптимизирует режим работы ключевого транзистора, снижая тепловые потери и ударные нагрузки. Защиту ключа VT1 от воздействия обратного тока через цепь С5Т2 обеспечивает расположенный слева диод VD1.

Рисунок 1

Управляющий сигнал на затвор ключа поступает через разделительный трансформатор Т1, первичная обмотка которого включена в цепь коллектора транзистора Т2. Элементы R1, VD2, VD3 предназначены для ограничения всплесков обратного напряжения затвора ключа. Эмиттер VT2 через ограничительный резистор R8 подключен к выводам 8 и 10 микросхемы DA1 (коллекторы выходных транзисторов). Ограничительный резистор позволяет подобрать оптимальную величину тока затвора ключа VT1.

Управление работой схемы выполнено на специально предназначенной микросхеме TL494. Принцип подключения классический, выводы 7 и 13 соединены, однотактный режим. Для возможности работать с минимальным напряжением, на выводе 2 задано делителем опорное напряжение примерно 0,9В. Напряжение на 4 ножке определяет максимальную величину скважности вырабатываемых импульсов. Амплитудно — частотная характеристика контура корректируется время задающими цепочками C12R14, C11R13. Частота генерации задается цепочкой C14R21. Отрицательная обратная связь по напряжению устанавливается элементами VD8, R20, R25, R24. Напряжение на выходе стабилизатора устанавливается переменным сопротивлением R24. Контроль по силе тока выполняется по падению напряжения на резисторах R5, R4, установленных параллельно. Сигнал с них поступает на 2-ой операционный усилитель управляющей микросхемы (контакты16,15). Ограничение максимального тока на выходе устройства настраивается сопротивлением R19.

ОУ микросхемы DA2 предназначен для защиты устройства при выходном токе, превышающим максимально допустимый. Входы ОУ DA1 и ОУ DA2 подключены к датчику тока на резисторах R5,R4. При повышении падения напряжения на датчике на выходе компаратора появится высокое напряжение. Через замкнутый контакт SA1 образуется цепочка обратной положительной связи, высокое напряжение будет поддерживать в этом состоянии ОУ DA2 и заблокирует работу DA1 через вход 16.

Переключатель SA1 в разомкнутом состоянии обеспечивает работу устройства с ограничением максимального тока. Светодиод HL1 загорается при отключении нагрузки или при ограничении тока.

Питание управляющей части схемы обеспечивает стабилизирующая цепочка из элементов C6-10, C4,C3, R3,R2, VD5, VD4, VT2.

Устройство собрано на плате из стеклотекстолита с фольгой на одной стороне. Выносные детали:

  • выключатель SA1;
  • светодиод HL1;
  • регулятор напряжения

Все дорожки, предназначенные для силовой части схемы, следует дополнительно усилить медным проводом сечением не менее 1мм2. Детали можно использовать российского производства или их зарубежные аналоги. Площадь теплоотвода для ключевого транзистора и диодной сборки VD1 не менее 370 см2, для VD6 – не менее130см2.

Печатная плата имульсного стабилизатора напряжения

На этом все, если будут замечания и предложения пишите мне. Успехов!

 

 

 

Современные интегральные импульсные стабилизаторы напряжения и ШИМ-контроллеры фирмы National Semiconductor

Улучшение параметров и массогабаритных характеристик новейших ИСН National Semiconductor достигается главным образом путем перехода с биполярной технологии на БиКМОП и КМОП, а также увеличением рабочей частоты. Для повышения надежности и устойчивости работы ИСН наряду с традиционным управлением широтно-импульсным модулятором (ЩИМ) с обратной связью по напряжению, широко применяется дополнительная обратная связь по току дросселя (токовое управление). Отметим также, что современные импульсные ИСН, как правило, снабжаются рядом дополнительных функций, улучшающих их параметры и обеспечивающих определенный режим питаемых ими устройств. Это дистанционное включение и выключение (Shutdown), дежурный режим (Sleep Mode), установка предельного тока (Adjustable Current Limit), задержка включения (Delay), плавный запуск (Soft Start), контроль входного напряжения (Low Battery Detector и Under Voltage Lockout), выдача сигнала ошибки (Error Flag), когда выходное напряжение

Uвых уменьшается на заданную величину, или обратного ему, свидетельствующему о нормальном Uвых (Power Good), и др.

Начнем рассмотрение с миниатюрных понижающих ИСН серии LM32xx, выпускаемых в корпусах microSMD и ориентированных для применения в радиочастотной аппаратуре с батарейным питанием — мобильных телефонах, устройствах беспроводной связи карманных компьютеров и т. п. Основные параметры некоторых стабилизаторов серии представлены в таблице.

Таблица. Основные параметры современных импульсных ИСН National Semiconductor

Особенностью микросхем LM3200 является управляемый режим прямого подключения (Bypass Mode) источника питания через специальный вывод микросхемы BYPOUT к мощной нагрузке, например, к выходному каскаду усилителя мощности передатчика. Регулировка выходного напряжения Uout производится управляющим сигналом, подаваемым на специальный вход Vcon, при этом Uout = 3×Vcon. Возможно также и традиционное управление выходным напряжением установкой резисторов определенного сопротивления в цепи обратной связи. LM3200 имеет дежурный режим с током потребления 0,1 мкА, включаемый подачей сигнала низкого уровня на вход EN, а также защиту от перегрева и перегрузок по выходному току. Аналогичные параметры (кроме Bypass Mode) при максимальном выходном токе 650 мА имеет ИСН

LM3202. Типовая схема включения ИСН LM3200 под управлением системного контроллера приведена на рис. 1. Примеры расчета параметров внешних элементов имеются на сайте производителя.

Рис. 1. Типовая схема включения ИСН LM3200

Интегральный стабилизатор напряжения LM3661 может работать как импульсный понижающий (PWM) и как линейный с малым падением напряжения (LDO) [2], по умолчанию LM3661 включается в режиме LDO, переходя через 600 мкс в импульсный режим. Переключение режимов может также производится подачей управляющего сигнала на специальный вывод микросхемы PWM/LDO. Этот же вывод в режиме PWM служит входом для сигнала внешней синхронизации частоты коммутации в пределах от 500 до 750 кГц, что во многих случаях существенно снижает помехи при питании различной высокочастотной аппаратуры. Имеются специальные выводы для установки выходного напряжения в пределах 1,05–1,4 В и величины ограничения выходного тока от 300 до 450 мА. Стабилизатор отличается высокой экономичностью — собственное потребление тока в режиме LDO составляет не более 29 мкА, в дежурном режиме — 0,05 мкА. Выпускается в миниатюрных корпусах microSMD.

Для работы в портативных устройствах, таких как цифровые фотоаппараты, МР3-плееры, приводы малогабаритных жестких дисков, карманные компьютеры и др. с питанием от одного до трех Li-Ion элементов предназначены особо экономичные миниатюрные ИСН LM3670 и LM3671, выпускаемые в корпусах SOT-23 и microSMD. Особенностью данных ИСН является их автоматическое переключение из режима широтно-импульсной модуляции (ШИМ — PWM) в режим частотно-импульсной модуляции (ЧИМ — PFM) при уменьшении тока нагрузки, что значительно повышает КПД устройства, а весьма низкие величины токов покоя (16 мкА) и дежурного режима (0,1 мкА) увеличивают срок службы батареи. LM3670 и LM3671 создают очень малые (менее 5 мВ по амплитуде) пульсации выходного напряжения, что особо ценно для портативных радиочастотных устройств, и требуют всего трех внешних элементов: малогабаритного дросселя с индуктивностью 2,2 мкГ и двух керамических конденсаторов. Типовая схема включения ИСН LM3670 для фиксированного выходного напряжения 1,8 В приведена на рис. 2.

Рис. 2. Типовая схема включения ИСН LM3670

Рассмотрим теперь высоковольтные ИСН серии LM5xxx. Интегральный стабилизатор LM5000 может работать как повышающий с максимальным выходным напряжением 80 В или обратноходовой (Flyback). Частота коммутации устанавливается подачей управляющего напряжения на специальный вывод FS (300 или 700 кГц для модификации LM5000-3 и 600 кГц или 1,3 МГц для LM5000-6). LM5000 содержит развитые системы защиты от перегрузок по току, перегрева и понижения входного напряжения — Under Voltage Lockout (UVLO). Выпускается в 16-выводных корпусах LLP и TSSOP.

Большой интерес для разработчиков устройств питания различных устройств представляет семейство сильноточных высоковольтных понижающих стабилизаторов

LM5007/10/08. Устройство управления этих стабилизаторов выполнено по модернизированной релейной схеме с гистерезисом и не требует сложных цепей коррекции, что позволяет обойтись минимумом внешних элементов, одним из которых — резистором, подключаемым между входом стабилизатора и выводом Ron, задается время включения (активного состояния) силового ключа в зависимости от максимальной величины входного напряжения. В процессе работы стабилизатора при изменении входного напряжения и сопротивления нагрузки благодаря обратно пропорциональной зависимости между входным напряжением и временем активного состояния ключа частота переключения широтно-импульсного модулятора остается практически постоянной.

Ключевой МОП-транзистор ИСН LM5007 рассчитан на максимальное напряжение 80 В и ток 0,7 А. Аналогичные параметры при максимальном токе нагрузки до 1,25 А имеет ИСН LM5010, один из вариантов схемы включения которого приведен на рис. 3. Резистор

Ron сопротивлением 137 кОм задает время активного состояния 265 нс, емкость конденсатора С6 определяет параметры плавного запуска. Наиболее высоковольтный ИСН серии LM5008 имеет максимально допустимое входное напряжение 100 В. Отметим, что использование данных стабилизаторов в схемах питания с большим перепадом входных и выходных напряжений позволяет заменить ими достаточно сложные и неэкономичные обратноходовые преобразователи. Как и все ИСН семейства LM5xxx, LM5007/8/10 имеют дежурный режим, регулируемую схему ограничения тока, защиту от перегрева и понижения входного напряжения. LM5007 и LM5008 выпускается в 8-выводных корпусах LLP, miniSOIC и CERDIP (только LM5007), а LM5010 — в 10-выводных LLP и 14-выводных TSSOP.

Рис. 3. Вариант включения ИСН LM5010

Последняя разработка National Semiconductor — понижающий ИСН LM5005 с током нагрузки 2,5 А при максимальном входном напряжении 75 В. В устройстве применяется оригинальная схема управления ШИМ с обратной связью по нарастанию тока через индуктивность с внутренним генератором пилообразного тока, обеспечивающая простоту частотной компенсации, фильтрацию помех и паразитных выбросов и, как следствие, надежную работу стабилизатора при малом коэффициенте заполнения импульсов, необходимом для понижения высоких входных напряжений. Упрощенная схема включения ИСН LM5005 представлена на рис. 4. Рабочая частота в диапазоне 50–500 кГц устанавливается резистором, подключаемым к выводу RT, имеется двунаправленный вход-выход SYNC для синхронизации тактовой частоты генератора управляющим сигналом или взаимной синхронизации нескольких ИСН LM5005. Стабилизатор содержит полный набор схем защиты, обеспечивает регулируемый режим плавного запуска, а также дистанционное выключение (Shutdown) и дежурный режим (Sleep Mode), реализуемые путем подачи различных напряжений на управляющий вход SD. Напряжение на входе SD менее 0,7 В соответствует режиму Shutdown, в котором стабилизатор потребляет ток 5 мкА. При напряжении на входе SD от 0,7 до 1,225 В активизируется внутренний источник питания микросхемы, но силовой ключ находится в закрытом состоянии. Нормальное функционирование ИСН возможно, если напряжение на входе SD превышает 1,225 В или он остается свободным. LM5005 выпускается в 20-выводном корпусе TSSOP с дополнительными монтажными площадками для увеличения рассеиваемой мощности.

Рис. 4. Упрощенная схема включения ИСН LM5005

Разработчикам мощных высоковольтных импульсных стабилизаторов National Semiconductor предлагает серию современных ШИМ-контроллеров LM50xx. Отметим, что в ряде случаев комплект из ШИМ-контроллера и дискретных МОП-транзисторов оказывается предпочтительнее интегральных стабилизаторов как по суммарной стоимости, так и по надежности и устойчивости работы. Рассмотрение начнем с универсального высоковольтного контроллера LM5020 с диапазоном входных напряжений от 8 до 100 В, предназначенного для использования в различных импульсных стабилизаторах с внешним МОП-ключом — понижающих, повышающих, инвертирующих и обратноходовых. LM5020 выпускаются в двух вариантах по уровню ограничения максимального коэффициента заполнения выходных импульсов для предотвращения насыщения импульсного трансформатора: 80% для LM5020-1 и 50% для LM5020-2. В контроллерах используется токовое управление, обеспечивающее высокий КПД и простоту частотной компенсации обратной связи, рабочая частота устанавливается внешним резистором в пределах 50–1000 кГц, драйвер затвора ключа способен выдавать ток до 1 А. Обеспечивается программируемый плавный запуск, блокировка при понижении входного напряжения (UVLO), защита от перегрузок и перегрева. Микросхемы LM5020 выпускаются в миниатюрных 10-выводных корпусах LLP и miniSOIC.

По аналогичной LM5020 схеме построены ШИМ-контроллеры LM5021, предназначенные для применения в обратно- и прямоходовых ИП с питанием от сети переменного тока. Они также выпускаются в двух вариантах по величине ограничения максимального коэффициента заполнения выходных импульсов. В момент запуска LM5021 потребляет ток всего 25 мкА, что позволяет снизить потери и использовать в обвязке микросхемы маломощные резисторы. Повышению КПД способствует также режим пропуска выходного импульса при малых токах нагрузки. Упрощенная схема включения ШИМ-контроллера LM5021 в обратноходовом преобразователе сетевого источника питания представлена на рис. 5.

Рис. 5. Упрощенная схема включения ШИМ-контроллера LM5021 в сетевом источнике питания

Встроенный драйвер затвора внешнего ключевого МОП-транзистора обеспечивает пиковый ток до 0,7 А. Рабочая частота в диапазоне 50–1000 кГц устанавливается резистором, подключаемым к выводу RT, который также может использоваться и для синхронизации. Время плавного запуска определяется емкостью конденсатора, подключенного к выводу SS. В дополнение к традиционным устройствам защиты от перегрузок и перегрева LM5021 содержит схему пошагового ограничения тока и режим Hiccup — токовую защиту с автоматическим возобновлением работы после ликвидации перегрузки. Выпускается в 8-выводных корпусах MSOP и MDIP.

Для работы в прямоходовых преобразователях с входным напряжением до 100 В и выходной мощностью от 50 до 200 Вт National Semiconductor выпускает ШИМ-контроллеры LM5025 c управлением по напряжению и LM5026 c токовым управлением, в которых для повышения экономичности и надежности применяется схемотехника активного сброса тока первичной обмотки импульсного трансформатора с использованием специального ключа (Active Clamp/Reset), позволяющая обойтись без традиционной RDC-цепи и дополнительной обмотки трансформатора. Оригинальной особенностью контроллеров являются составные БиКМОП драйверы затворов основного и Clamp-ключа, что обеспечивает высокое значение тока управления для всех событий переключения. При этом в качестве Clamp-ключа может быть использован как n-, так и p-канальный МОП-транзистор. Драйвер затвора основного ключа обеспечивает ток до 3 А с программируемой установкой времени перекрытия и запирания (Deadtime Control) для исключения сквозных токов. Встроенный генератор работает в диапазоне частот до 1 МГц с возможностью синхронизации, имеется программируемый плавный запуск и все схемы защиты. Упрощенная схема включения ШИМ-контроллера LM5026 приведена на рис. 6. Затвор р-канального Clamp-ключа подключается к специальному выходу контроллера OUT_B. LM5025 и LM5026 выпускаются в 16-выводных корпусах TSSOP и LLP (последний имеет размеры 5×5 мм).

Рис. 6. Упрощенная схема включения ШИМ-контроллера LM5026

ШИМ-контроллеры LM5030 (c токовым управлением) и LM5033 (c управлением по напряжению) предназначены для построения двухтактных импульсных преобразователей с мостовым и полумостовым включением ключевых МОП-транзисторов. Следует отметить, что LM5033 является одним из первых ШИМ-контроллеров, соответствующих требованиям спецификации IBA (Intermediate Bus Architecture — архитектура с промежуточной шиной), и обеспечивает управление несколькими низковольтными шинами питания сложных систем, в которых применяются компоненты FPGA, ASIC и DSP. Архитектура IBA предусматривает два каскада силового преобразования, в первом из которых, питаемом от высоковольтной сети, формируется гальванически изолированное от входного промежуточное напряжение от 8 до 14 В, которое затем используется для работы неизолированных преобразователей, расположенных непосредственно вблизи нагрузки, в связи с чем как первичный, как и вторичные преобразователи должны быть максимально эффективными и занимать минимальную площадь печатной платы.

Максимальная рабочая частота контроллеров, устанавливаемая одним резистором, составляет 1 МГц, имеется режим синхронизации. Драйверы затворов силовых МОП-ключей обеспечивают ток до 1,5 А (возможно использование внешних интегральных драйверов LM5100 [3]). Развитые системы Deadtime Control и токоограничения с временем реакции 100 нс и отключением на переднем фронте импульса обеспечивают защиту силовых ключей, повышают надежность и позволяют использовать силовые компоненты с меньшим запасом по предельным параметрам. Как и другие ШИМ-контроллеры серии, LM5030 и LM5033, содержат устройства плавного запуска и все схемы защиты. Выпускаются в 10-выводных корпусах LLP 4×4 мм.

Сдвоенные ШИМ-контроллеры с токовым управлением LM5032 и LM5034 предназначены для построения различных прямоходовых однофазных и двухфазных импульсных источников питания с внешними МОП-ключами, в LM5034 используется схемотехника Active Clamp/Reset. Отметим, что использование двухфазных источников питания весьма перспективно для аппаратуры связи благодаря минимальному времени реакции на изменение тока нагрузки и низкие пульсации выходного напряжения.

Контроллеры рассчитаны на входное напряжение от 12 до 100 В, рабочая частота (максимум 2 МГц) устанавливается внешним резистором. Каждый из двух контроллеров микросхемы имеет свою схему плавного запуска. Драйверы силовых ключей выполнены на составных транзисторах, аналогично применяемым в LM5025/26, и обеспечивают ток до 2,5 А. В качестве Clamp-ключей для LM5034 используются p-МОП-транзисторы с возможностью установки времени их перекрытия и запирания Deadtime Control. Обе микросхемы имеют развитые системы защиты, включая программируемые схемы ограничения коэффициента заполнения выходных импульсов, UVLO и Hiccup. LM5032 и LM5034 выпускаются соответственно в 16- и 20-выводных корпусах TSSOP.

В заключение рассмотрим двухкаскадный интегрированный ШИМ-контроллер LM5041, состоящий из контроллера предварительного импульсного стабилизатора и схемы управления двухтактным преобразователем, что позволяет использовать LM5041 в источниках питания мощностью до 500 Вт. Максимальное значение рабочей частоты составляет 1 МГц. Предварительный импульсный стабилизатор построен по схеме, аналогичной другим ШИМ-контроллерам серии и может работать как с токовым управлением, так и с управлением по напряжению. Драйверы двухтактного преобразователя рассчитаны на ток до 1,5 А и прямое подключение к ним затворов транзисторов силовых ключей; для подключения ключевых транзисторов к первому каскаду регулятора (если в этом есть необходимость) требуется использование специальных микросхем — синхронных импульсных драйверов LM5101 или LM5102 [3]. LM5041 содержит все элементы управления и защиты контроллера и внешних ключей, включая программируемые схемы UVLO и Hiccup. Выпускается в 16-выводных корпусах TSSOP и LLP 5×5 мм.

Для сокращения затрат времени на выбор и тестирование интегральных стабилизаторов напряжения и ШИМ-контроллеров National Semiconductor создала и разместила на своем сайте (www.national.com) удобную программную оболочку WEBENCH мощной системы поиска, позволяющей быстро и точно находить нужный компонент среди массы других изделий, в результате чего выявляются приборы и схемные построения, наилучшим образом подходящие для решения данной конкретной задачи. Используя WEBENCH, разработчику электронных устройств больше нет необходимости производить трудоёмкие расчеты схем и дорогостоящее физическое макетирование. Технология обеспечивает мгновенный доступ к самым последним SPICE-моделям, параметрам и иной информации о компонентах National Semiconductor, а также позволяет пользователю проводить сравнение характеристик нескольких устройств одновременно. Различные инструменты WEBENCH интегрированы между собой, что создает дополнительные удобства для пользователя.

Широкая номенклатура, относительно невысокая стоимость и возможность онлайнового выбора интегральных импульсных стабилизаторов напряжения и ШИМ-контроллеров National Semiconductor делает их весьма привлекательными для широкого круга российских разработчиков РЭА.

Литература
  1. Штрапенин Г. Интегральные импульсные стабилизаторы напряжения фирмы National Semi-conductor // Компоненты и технологии. 2005. № 1.
  2. Штрапенин Г. Интегральные стабилизаторы с малым падением напряжения фирмы National Semiconductor // Компоненты и технологии. 2004. № 7.
  3. National Analog Products Databook. 2004.

Шим стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

Регулировка оборотов электродвигателей в современной электронной технике достигается не изменением питающего напряжения, как это делалось раньше, а подачей на электромотор импульсов тока, разной длительности. Для этих целей и служат, ставшие в последнее время очень популярными — ШИМ (широтно-импульсно модулируемые) регуляторы. Схема универсальная — она же и регулятор оборотов мотора, и яркости ламп, и силы тока в зарядном устройстве.

Схема ШИМ регулятора

Указанная схема отлично работает, печатная плата прилагается.

Без переделки схемы напряжение можно поднимать до 16 вольт. Транзистор ставить в зависимости от мощности нагрузки.

Можно собрать ШИМ регулятор и по такой электрической схеме, с обычным биполярным транзистором:

А при необходимости, вместо составного транзистора КТ827 поставить полевой IRFZ44N, с резистором R1 — 47к. Полевик без радиатора, при нагрузке до 7 ампер, не греется.

Работа ШИМ регулятора

Таймер на микросхеме NE555 следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR. Как только оно достигнет максимума — открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю — система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.

Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R2->верхнее плечо R1 ->D2«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда вращаем переменный резистор R1, у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1. Меняя отношение сопротивлений заряда/разряда — меняем скважность. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Рекомендации по сборке и настройке

Диоды можно ставить любые, конденсаторы примерно такого номинала, как на схеме. Отклонения в пределах одного порядка не влияют существенно на работу устройства. На 4.7 нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно.

Если после сборки схемы греется ключевой управляющий транзистор, то скорее всего он полностью не открывается. То есть на транзисторе большое падение напряжения (он частично открыт) и через него течет ток. В результате рассеивается большая мощность, на нагрев. Желательно схему параллелить по выходу конденсаторами большой емкости, иначе будет петь и плохо регулировать. Чтобы не свистел — подбирайте С1, свист часто идет от него. В общем область применения очень широкая, особенно перспективным будет её использование в качестве регулятора яркости мощных светодиодных ламп, LED лент и прожекторов, но про это в следующий раз. Статья написана при поддержке ear, ur5rnp, stalker68.

Обсудить статью СХЕМА ШИМ РЕГУЛЯТОРА

Самодельные распашные ворота для частного дома — электроника и механика. Электрическая схема и фото процесса монтажа.

Простая схема для регулировки и стабилизации напряжения показана на рисунке. Такую схему можно выполнить даже неопытному в электронике любителю. На вход подается 50 вольт, при этом на выходе получается 15,7 В.

Главной деталью этого прибора стал полевой транзистор. В его качестве можно применять IRLZ 24 / 32 / 44 и аналогичные ему полупроводники. Чаще всего их изготавливают в корпусе ТО – 220 и D2 Pak. Его стоимость составляет менее одного доллара. Этот мощный полевик имеет 3 вывода. Он имеет внутреннее строение металл–изолятор–полупроводник.

Стабилизатор на микросхеме ТL 431 в корпусе ТО – 92 обеспечивает настраивание величины выходного напряжения. Мощный полевой транзистор мы оставили на охлаждающем радиаторе и проводами припаяли к монтажной плате.

Напряжение на входе для такой схемы 6-50 В. На выходе получаем от 3 до 27 В, с возможностью регулировки переменным сопротивлением на 33 кОм. Ток выхода большой, и составляет величину до 10 А, зависит от радиатора.

Выравнивающие конденсаторы С1, С2 емкостью от 10 до 22 мкФ, С2 – 4,7 мкФ. Без таких деталей схема будет функционировать, однако не с таким качеством, как необходимо. Нельзя забывать про допустимое напряжение электролитических конденсаторов, которые должны быть установлены на выходе и входе. Мы взяли емкости, которые выдерживают 50 В.

Такой стабилизатор способен рассеивать мощность не выше 50 Вт. Полевик необходимо монтировать на радиатор охлаждения. Его площадь целесообразно выполнять не меньше 200 см 2 . При установке полевика на радиатор нужно промазать место касания термопастой, для лучшего теплоотвода.

Можно применять переменный резистор на 33 кОм типа WH 06-1. Такие резисторы имеют возможность точной настройки сопротивления. Они бывают импортного и отечественного производства.

Для удобства монтажа на плату припаивают 2 колодки, вместо проводов. Так как провода быстро отрываются.

Вид платы дискретных компонентов и переменного сопротивления вида СП 5-2.

Стабильность напряжения в результате получается неплохой, а напряжение выхода колеблется на несколько долей вольта долгое время. Монтажная плата получается компактных размеров и удобна в работе. Дорожки платы окрашены зеленым цапонлаком.

Мощный стабилизатор на полевике

Рассмотрим сборку схемы стабилизатора, предназначенного для блока питания большой мощности. Здесь улучшены свойства прибора с помощью мощного электронного ключа в виде полевого транзистора.

При разработке мощных силовых стабилизаторов любители чаще всего применяют специальные серии микросхем 142, и ей подобные, которые усилены несколькими транзисторами, подключенными по параллельной схеме. Поэтому получается силовой стабилизатор.

Схема такой модели прибора изображена на рисунке. В нем использован мощный полевик IRLR 2905. Он служит для переключения, однако в этой схеме он применен в линейном режиме. Полупроводник имеет незначительное сопротивление и обеспечивает ток до 30 ампер при нагревании до 100 градусов. Он нуждается в напряжении на затворе до 3 вольт. Его мощность достигает 110 ватт.

Полевиком управляет микросхема TL 431. Стабилизатор имеет следующий принцип действия. При подсоединении трансформатора на вторичной обмотке возникает переменное напряжение 13 вольт, которое выпрямляется выпрямительным мостом. На выравнивающем конденсаторе значительной емкости появляется постоянное напряжение 16 вольт.

Это напряжение проходит на сток полевого транзистора и по сопротивлению R1 идет на затвор, при этом открывая транзистор. Часть напряжения на выходе через делитель попадает на микросхему, при этом замыкая цепь ООС. Напряжение прибора повышается до тех пор, пока входное напряжение микросхемы не дойдет границы 2,5 вольт. В это время микросхема открывается, уменьшая напряжение затвора полевика, то есть, немного закрывая его, и прибор работает в режиме стабилизации. Емкость С3 делает быстрее выход стабилизатора на номинальный режим.

Величина напряжения выхода устанавливается 2,5-30 вольт, путем выбора переменным сопротивлением R2, его величина может меняться в больших пределах. Емкости С1, С2, С4 дают возможность стабильному действию стабилизатора.

Для такого прибора наименьшее падение напряжения на транзисторе составляет до 3 вольт, хотя он способен работать при напряжении около нуля. Такой недостаток возникает поступлением напряжения на затвор. При малом падении напряжения полупроводник не будет открываться, так как на затворе должно быть плюсовое напряжение по отношению к истоку.

Для снижения падения напряжения цепь затвора рекомендуется подключать от отдельного выпрямителя на 5 вольт выше, чем напряжение выхода прибора.

Хорошие результаты можно получить при подключении диода VD 2 к мосту выпрямления. При этом напряжение на конденсаторе С5 повысится, так как падение напряжения на VD 2 станет ниже, чем на диодах выпрямителя. Для плавного регулирования напряжения выхода постоянное сопротивление R2 нужно заменить переменным резистором.

Величину выходного напряжения определяют по формуле: U вых = 2,5 (1+R2 / R3). Если применить транзистор IRF 840, то наименьшее значение напряжения управления на затворе станет 5 вольт. Емкости выбирают танталовые малогабаритные, сопротивления – МЛТ, С2, Р1. Выпрямительный диод с небольшим падением напряжения. Свойства трансформатора, моста выпрямления и емкости С1 подбирают по нужному напряжению выхода и тока.

Полевик рассчитан на значительные токи и мощность, для этого необходим хороший теплоотвод. Транзистор служит для монтажа на радиатор путем пайки с промежуточной пластиной из меди. К ней припаивают транзистор с остальными деталями. После монтажа пластину размещают на радиаторе. Для этого пайка не нужна, так как пластина имеет значительную площадь контакта с радиатором.

Если использовать для наружной установки микросхему П_431 С, сопротивления Р1, и чип-конденсаторы, то их располагают на печатной плате из текстолита. Плату паяют к транзистору. Настройка прибора сводится к монтажу нужного значения напряжения. Необходимо проконтролировать прибор и проверить его, имеется ли самовозбуждение на всех режимах.

В статье описываются различные варианты построения AC/DC преобразователей со стабилизацией выходного напряжения или выходного тока предназначенные для работы как на активную, так и на индуктивную нагрузку.

Широтно-импульсная модуляция (PWM, Pulse-Width Modu­lation) — это распространенный способ управления мощнос­тью, подводимой к нагрузке, методом изменения ширины (дли­тельности) импульсов или паузы между импульсами при по­стоянной или изменяющейся частоте. ШИМ широко приме­няется в промышленности и в быту для регулировки и ста­билизации напряжения или тока преобразователей, блоков питания, зарядных устройств, сварочных аппаратов и т.п.

На рис.1 отображены различные варианты ШИМ. Отно­шение периода следования электрических импульсов к их длительности называется скважностью, а для ШИМ-регуляторов — это величина обратная мощности выделяемой в нагрузке. Так для уменьшения тока нагрузки мы должны уве­личивать скважность регулируемого тока и наоборот.

Вниманию читателей предлагается схема устройства, на основе таймера NE555 (отечественный аналог 1006ВИ1) Это — источник регулируемого стабильного напряжения или тока для изолированных от земли мощных потребителей посто­янного тока, таких как, например, роторы мощных синхрон­ных машин или двигатели постоянного тока (ДПТ). На рис.2 показан стабилизатор напряжения, на рис.3 — стабилиза­тор тока. Максимальная величина тока нагрузки (в десят­ки или даже сотни ампер) определяется способностью се­тевого выпрямительного моста VD1, силового ключа VТ1 и габаритами радиатора охлаждения, на котором они установ­лены. а при индуктивной нагрузке — еще и параметрами диода VD7, ток через который, в этом случае, соизмерим с током нагрузки.

Работает стабилизатор следующим образом: при дости­жении параметра на соответствующем датчике напряжения или тока (R14 на рис.3), на резисторе RV1, а, следователь­но, и на оптроне VU1 формируется сигнал обратной связи, который блокирует работу задающего генератора DA1 и, та­ким образом, запирает силовой ключ VT1. Выходной параметр, вследствие разряда емкости и/или индуктивности, начинает снижаться и затем работа генератора возобновляется.

Из-за высокого быстродействия микросхемы, частота ком­мутирования режимов работа-блокировка получается значи­тельной и может даже превышать частоту генерации ШИМ (рис.4) и, как следствие, коэффициент стабилизации схемы будет довольно высоким.

Рассмотренный выше автоматический способ управления таймером NE555 по входу Е (выв.4) не является единствен­но возможным. Управляющий сигнал через оптрон (или ка­ким-либо другим методом) можно подавать на вход R (выв.6), т.е. на частотозадающий конденсатор С11, при этом можно регулировать скважность в достаточно широких пределах, или на вход Uн (выв.5). При этом пределы регулирования будут несколько меньше, но можно добиться так называемого эф­фекта перерегулирования. В этом случае при уменьшении се­тевого напряжения или при увеличении тока нагрузки, выход­ное напряжение не уменьшается, а увеличивается и наоборот.

О деталях преобразователя

В роли (рис.2 и рис.3) лучше всего использовать мощный IGBT или MOSFEET транзистор с номинальным то­ком не ниже максимального тока нагрузки.

Например, для построения возбудителя мощного синхрон­ного двигателя можно использовать IGBT транзистор, изоб­раженный на рис.5 – MG300Q1US11 (номинальный ток 300 А и напряжение более 1000 В). В практике ремонта оборудо­вания у электриков бывают случаи выхода со строя силовых IGBT-модулей, таких, например, как SKM150GB128D (рис.6), M150DSA120 или CM200DY-24NF (рис.7). При этом, как правило, один из двух транзисторов модуля остается ис­правным. Для нашего случая это и «спасение» ценной дета­ли, и защита бюджета от немалых расходов при приобрете­нии очень дорогих компонентов.

Цепочка R15, С15 (рис.2 и рис.3) — это снаббер, т.е. дем­пфирующее устройство, не допускающее опасного перенапря­жения при закрывании ключа. На схемах рис.8 и рис.9 снаб­бер дополнен диодом VD11, заметно уменьшающим тепловые потери на резисторе снаббера.

Диод VD7 (рис.2, рис.3) необходим для работы с индук­тивной нагрузкой. Для токов в десятки и сотни ампер можно применить быстрый спаренный диод MURP20040CT фирмы Motorola (200 А, 400 В). Для меньших токов можно использо­вать менее мощные диоды, но они должны быть «быстрыми» — серии SF, UF. HER, FR (в порядке ухудшения быстродействия). Если нагрузка не индуктивная: нагреватели, гальванические ванны и др., то этот диод можно не устанавливать.

Фирма Semikron выпускает, как бы специально для на­шего случая, очень интересный IGBT-модуль SKM400GAL128D (рис.10), в состав которого входит, кроме обычного парал­лельного транзистору диода, еще один силовой диод, «вмес­то» «верхнего» транзистора. Использовать подобный модуль можно согласно схеме на рис.11. Кстати, на этой схеме по­казано, что питать устройство можно не только фазным на­пряжением сети, но и линейным, что позволяет получать ста­бильное регулируемое постоянное напряжение на выходе до 550 В и более.

Получить повышенное напряжение можно и от однофаз­ной сети, если воспользоваться удвоителем напряжения. Для этого (см. рис.11) нужно заменить один полумост (VD4) двумя оксидными конденсаторами, включенными последователь­но вместо диодов моста (аналогично включены С2, С3 на том же рисунке). В этом случае выпрямленное напряжение составит 640 В, но мощность всей установки будет ограни­чена емкостью этих конденсаторов.

В роли R1, ограничителя зарядного тока конденсаторов сетевого фильтра, должен быть резистор, способ­ный кратковременно выдержать сетевое напряже­ние без разрушения. Следует только заметить, что чем больше сопротивление этого резистора, тем меньше может быть его мощность, но тем доль­ше будут заряжаться конденсаторы С2, С3 до го­товности к работе. Ограничителем зарядного то­ка может быть лампа накаливания на напряже­ние 230 В, а лучше — две (рис.3). Конденсаторы С21, С22 вместе с диодным мостом VD12 на рис.12 служат для замены «энергоемкого» резистора в цепи питания схемы управления (R2 на рис.2), они должны быть рассчитаны на напряжение не ниже 350 В. Их емкость определяет ток через стабилитрон VD2 и, следовательно, степень его нагрева и каче­ства стабилизации. При большем токе стабильность напря­жения питания микросхемы улучшается, но возникает необ­ходимость использования радиатора для стабилитрона.

Улучшить параметры стабилизации без установки радиа­тора и защитить схему от наводимых помех, поможет вто­рая ступень стабилизации на стабилитроне VD3 (рис.11). Будет значительно лучше, если использовать интегральный стабилизатор DA1 (рис.12).

Но самым радикальным способом улучшения стабильно­сти работы устройства будет питание схемы управления от отдельного источника питания (AC/DC преобразователь на рис.3). В качестве последнего можно использовать заряд­ное устройство от старой «мобилки» с выходным напряже­нием 8.. 12 В. Автор встречал китайские «зарядки» с напря­жением более 16 В — такие тоже подходят. Гальваническую развязку обеспечивает трансформатор в зарядном устрой­стве. Дополнительная стабилизация напряжения источника, в этом случае, тоже не помешает. Важным условием пра­вильной работы схемы является последовательность вклю­чения источника питания микросхемы — только после заряда накопительных конденсаторов С2, С3, что обеспечивает дополнительная контакт­ная группа К1.2 контактора К1 (рис.2).

Назначение стабилитронов VD9, VD10 в измерительной цепи — ограничить «сни­зу» регулировку выходного напряжения. Дело в том, что трудно представить себе прикладное назначение подобного устрой­ства с регулировкой от нуля до 300 В. да­же лабораторные источники питания с та­кими возможностями вряд ли имеют смысл. Минимальное выходное напряжение источ­ника примерно соответствует напряжению стабилизации VD9 (VD10). Так если, на­пример, требуется напряжение в пределах 200…300 В, то в роли VD11 необходима сборка из трех стабилитронов на 65…70 В каждый, напри­мер BZX55C68. Д817Б или двух на 100В (BZX55C100, Д817Г). С высоковольтными стабилитронами нужно быть осторож­ным — при большом токе через них стабилитроны сильно гре­ются, а малого тока через них может не хватить для нор­мальной работы светодиода оптрона.

Ограничить «сверху» выходное напряжение поможет ус­тановка дополнительного резистора R16 в измерительной це­пи (рис.11).

Для индуктивной нагрузки (обмотка возбуждения элект­рической машины, электромагнит металлообрабатывающего станка и т.п.) конденсатор С16 не нужен. Индуктивность дрос­селя L2 должна быть не меньше 10 мГн для минимальной частоты преобразования в десятки герц (определяется пара­метрами элементов R8, R12, С11) и может быть уменьшена для более высоких частот. Кстати, «сложность» частотозада­ющей цепи (R8, R12. С11, VD13) определяется необходимо­стью сформировать «естественную» (без обратной связи) фор­му сигнала, отличающуюся от «меандра» (это — когда скважность равна двум, см. рис.1,а, Nom.), а сделать ее с боль­шим заполнением, близким к единице (рис.1,а, Мах).

Дроссель L1 не является необходимой деталью схемы, а служит лишь для улучшения коэффициента мощности (увели­чения cosφ), что требуют энергогенерирующие компании.

На потребительские свойства этот элемент не вли­яет (кроме ухудшения массо-габаритных показате­лей). Конструкция обоих дросселей (L1, L2) не име­ет особого значения, лишь бы они не насыщались при максимальном токе (они должны быть или очень большого геометрического размера, или с немагнит­ным зазором в магнитопроводе), сечение провода должно быть рассчитано на максимальный ток, а изоляция — на максимальное напряжение.

Конденсатор С14 имеет принципиальное значе­ние — он уменьшает наводимые помехи и замедляет процессы в цепях обратной связи а, следовательно, уменьшает частоту коммутации при стабилизации вы­ходного параметра. Дело в том, что IGBT ключи не «любят» работать на частотах в десятки килогерц — им «комфортнее» если частота переключения не вы­ше 10… 15 кГц (MOSFEET транзисторы могут работать на частотах в десятки раз больших). Качество стабилизации от этого немного ухудшается, но если «надеж­ность» не пустой звук для разработчика, то это того стоит.

Первое включение и настройка устройства

Очень важно! Рассматриваемые устройства не имеют гальванической развязки от сети 230 В / 50 Гц, т.е. все эле­менты находятся под опасным для человека напряжением.

Перед подачей сетевого напряжения желательно убедить­ся в исправности регулятора. Для этого от внешнего источника напряжением 8..15 В нужно запитать микросхему, си­ловую часть и регулятор RV1 по схеме рис.13. Роль нагруз­ки может играть автомобильная лампочка с мощностью, ко­торую может обеспечить временный источник питания. После сборки временной схемы и подачи напряже­ния, лампа должна загораться с максимальным накалом при перемещении движка RV1 вверх и должна притухать до минимума при перемещении движка RV1 вниз. Если так и есть, можно (после восстановления исходной схемы) подавать высо­кое напряжение.

Улучшение потребительских свойств преобразователя

Само собой разумеется, что питать схему мож­но не только непосредственно от сети 230 В / 50 Гц, а и через силовой разделительный трансформатор со вторичной обмоткой на нужное напряжение (от 30 до 400 В), который на схемах не показан.

На практике часто возникает необходимость в защите от экстремальных условий работы источника питания — перегрузки, короткого замыкания в нагрузке, перенапряжения и т.п. Предлагаемая разработка имеет неограниченные возможнос­ти модернизации. На рис.12 изображена схема с защитой от короткого замыкания в нагрузке — в случае превышения тока через датчик тока К3, срабатывает геркон (К3.1) и, свои­ми контактами, дает отпирающий импульс на управляющий электрод тиристора VS1, который, в свою очередь, блокирует таймер DA1 и зажигает лампу HL3. В таком положении схе­ма будет находиться до отключения питания и устранения не­исправности. Датчик тока К3 представляет собой провод или шину, свитые в спираль, вдоль оси которой и на­ходится геркон К3.1. Ре­гулировка чувствительно­сти датчика производит­ся продвижением геркона вдоль оси спирали. Для токов в единицы ам­пер эта спираль содержит десятки витков, для десятков ампер — единицы витков, а для тока в сотни ампер геркон располагается поперек токо­ведущей шины и регулируется поворотом на некоторый угол от перпендикуляра — самого чувствительного его положения.

Короткие замыкания в плюсовой шине нагрузки, как и питающих шинах, представляют собой особый вид замыка­ний, с которым трудно бороться. В этом случае (рис.11) дат­чик тока К3 в плюсовой шине питания защищает не столько нагрузку, сколько источник питания, диодный мост и контак­ты К1. От перегрузок спасет подобная защита в цепи отри­цательной шины нагрузки (рис.14), рассчитанная на отклю­чающий ток, незначительно превышающий номинальный (при­мерно на 15…20%). Тогда реле Кб заблокирует только тай­мер DA1 (перегруз), а реле К3, при коротком замыкании на землю, отключает контактор К2 и, следовательно, К1 (как на рис.11). Если неисправность не устранена, разряжаются на­копительные конденсаторы и загорается «сигнальная» лам­па HL2, которую можно сопроводить надписью «Авария» или «Неготовность».

Защитить устройство от коротких замыканий в нагрузке и других токовых нарушений так же может установка индук­тивности L4 в цепи эмиттера силового ключа (рис.12). В за­висимости от номинального тока установки число витков катушки L4 может быть от единиц до десятков (аналогично дат­чику тока К3 на рис.11), с сечением провода, заведомо боль­шим необходимого (рис.15). В нормальном режиме этот эле­мент (из-за своего ничтожного активного сопротивления) не оказывает существенного влияния на режим работы, а в слу­чае «форс-мажора» формирует сигнал управления для бло­кирующего транзистора VT2.

На рис.3 изображен способ реверсирования двигателя при помощи дополнительных контакторов К4 и К5 и комму­тационных элементов SB1… SB3, но делать это желательно после остановки двигателя или на малых оборотах.

Дополнительные дроссели L5, L6 на рис.14 кроме традици­онной функции сглаживания пульсаций обладают дополнитель­ными функциями — это дифференциальные датчики тока и тем­пературно-зависимые датчики тока. При коротком замыкании в нагрузке, скорость нарастания тока (di/dt) колоссальна и ЭДС наводимая в индуктивности возрастает раньше, чем ток до­стигнет опасных значений. Быстродействующая защита тоже сработает раньше и разрушений не будет — это дифференциаль­ная защита по току. А температурная защита основана на ис­пользовании высокого температурного коэффициента сопротив­ления меди. При увеличении температуры, сопротивление об­мотки увеличивается и это воспринимается датчиком тока, как увеличение тока, что приводит к его автоматическому сниже­нию и защите от перегрева других элементов схемы. От пере­напряжения в нагрузке (например, при пробое силового клю­ча VT1) может защитить реле высокого напряжения К7 (рис.8). После втягивания это реле остается под напряжением, даже если напряжение само нормализовалось — для выявления и устранения неисправности оперативным персоналом.

На рис.9 изображен еще один способ блокировки тайме­ра при аварии, с помощью геркона, аналогичный показанно­му на рис.12. Схема немного сложнее, но имеет большее быстродействие.

Автор: Александр Шуфотинский, г. Кривой Рог
Источник: журнал Электрик №9/2017

Универсальный стабилизатор HV9910 и компактный трёхвыводный ШИМ-стабилизатор тока светодиодов HV9921 — Теоретические материалы — Теория

HV9910 – универсальный стабилизатор тока сверхярких светодиодов с напряжением питания от 8В до 450В и выходным током более 1А
Основные свойства:
• Более 90% эффективность
• От 8 В до 450 В – диапазон напряжения питания
• Обеспечивает стабилизированный ток через светодиоды
• Обеспечивает стабилизированный ток через светодиоды от нескольких мА
до более чем 1 А
• Возможность управления как одним светодиодом, так и цепочкой из сотен светодиодов,
соединённых последовательно или параллельно-последовательно
• ШИМ регулятор выходного тока через специальный вывод
Краткое описание:
HV9910 – высокоэффективный очень недорогой ШИМ-стабилизатор тока светодиодов. Отличительная особенность – возможность работы как в низковольтных приложениях, например в блоках управления автомобильными светодиодными фарами с питанием от 12 В, так и в приложениях декоративного освещения улиц и помещений, получающих напряжение от электрических сетей 220В.
В основе конструкции микросхемы заложены собственные технологии Supertex обеспечивающие прочную изоляцию полупроводниковых структур при входных напряжениях до 450В. Постоянство яркости цепочки светодиодов осуществляется за счёт стабилизации выходного тока, при этом значения этого тока легко программируются от нуля до максимума, как с помощью навесного резистора, так и с помощью внешних низкочастотных ШИМ импульсов в диапазоне до нескольких килогерц.
Выходная мощность нагрузки управляется внешним MOSFET транзистором на фиксированной частоте до 300 КГц. Использование HV9910 обеспечивает гибкость управления светодиодами и увеличивает срок их службы.

Диапазон рабочих температур от -40С до +85С.
Микросхемы выпускаются в трёх разновидностях корпусов: для приложений с напряжениями до 250 В достаточно модификаций HV9910P (корпус 8-DIP) и HV9910LG (корпус 8-SO), для приложений до 450 В HV9910NG (корпус SO-16).

HV9921 от Supertex Inc – недорогой и компактный трёхвыводный ШИМ-стабилизатор тока для светодиодов
HV9921\HV9922\HV9923 от Supertex Inc – недорогой и компактный трёхвыводный ШИМ-стабилизатор тока для светодиодов, входное напряжение от 20В до 400В постоянного тока или от 85В до 264В переменного тока, встроенные цепи установки и коррекции обеспечивают стабилизацию постоянного тока светодиодов 20 мА для HV9921, 50 мА для HV9922 и 30 мА для HV9923

Основные свойства:
— Простая схема включения
— Широкий диапазон входных напряжений переменного тока от 80 В до 264 В
— Встроенный MOSFET транзистор на 500 В
— Buck конвертор с фиксированным временем разряда
— Предназначен для использования в декоративных лампах и
малопотребляющих источниках освещения
— Диапазон рабочих температур от -40С до +85С

Источник: http://www.kosmodrom.com.ua/

Стабилизатор напряжения с ШИМ на 5 вольт своими руками

 

Стабилизатор напряжения с ШИМ на 5 вольт

Стабилизатор с широтно-импульсным управлением (рис. 5) по принципу действия близок к стабилизатору, описанному в, но, в отличие от него, имеет две цепи обратной связи, соединенные таким образом, что ключевой элемент закрывается при превышении напряжения на нагрузке или увеличении тока, потребляемого нагрузкой.

При подаче питания на вход устройства ток, текущий через резистор R3, открывает ключевой элемент, образованный транзисторами VT.1, VT2, в результате чего в цепи транзистор VT1 — дроссель L1 — нагрузка — резистор R9 возникает ток. Происходит заряд конденсатора С4 и накопление энергии дросселем L1.

Если сопротивление нагрузки достаточно большое, то напряжение на ней достигает 12 Б, и стабилитрон VD4 открывается. Это приводит к открыванию транзисторов VT5, ?ТЗ и закрыванию ключевого элемента, а благодаря наличию диода VD3 дроссель L1 отдает накопленную энергию нагрузке.

Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%

Рис. 5. Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%.

Технические характеристики стабилизатора:

Входное напряжение — 15…25 В.
Выходное напряжение — 12 В.
Номинальный ток загрузки — 1 А.
Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 1 А — 0,2 В. КПД (при UBX =18 6, ?н=1 А) — 89%.
Потребляемый ток при UBX=18 В в режиме замыкания цепи нагрузки — 0,4 А.
Выходной ток короткого замыкания (при UBX =18 6) — 2,5 А.
По мере уменьшения тока через дроссель и разряда конденсатора С4 напряжение на нагрузке также уменьшится, что приведет к закрыванию транзисторов VT5, ?ТЗ и открыванию ключевого элемента. Далее процесс работы стабилизатора повторяется.

Конденсатор С3, снижающий частоту колебательного процесса, повышает эффективность стабилизатора.

При малом сопротивлении нагрузки колебательный процесс в стабилизаторе происходит иначе. Нарастание тока нагрузки приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R9, открыванию транзистора ?Т4 и закрыванию ключевого элемента.

Далее процесс протекает аналогично описанному выше. Диоды VD1 и VD2 способствуют более резкому переходу устройства из режима стабилизации напряжения в режим ограничения тока.

Во всех режимах работы стабилизатора потребляемый им ток меньше тока нагрузки. Транзистор ?Т1 следует установить на теплоотводе размерами 40×25 мм.

Дроссель L1 представляет собой 20 витков жгута из трех проводов ПЭВ-2 0,47, помещенных в чашечный магнитопровод Б22 из феррита 1500НМЗ. Магнитопровод имеет зазор толщиной 0,5 мм из немагнитного материала.

Стабилизатор несложно перестроить на другое выходное напряжение и ток нагрузки. Выходное напряжение устанавливают выбором типа стабилитрона VD4, а максимальный ток нагрузки — пропорциональным изменением сопротивления резистора R9 или подачей на базу транзистора ?Т4 небольшого тока от отдельного параметрического стабилизатора через переменный резистор.

Для снижения уровня пульсаций выходного напряжения целесообразно применить LC-фильтр, аналогичный используемому в схеме на рис. 2.

  По материалам журнала радио.

Полезные ссылки

Читать про стабилизаторы серии к142, к1114, к1145, к1168, 286

На предыдущую страницу  На главную страницу  На следующую страницу

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ СИСТЕМЫ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ

4.Собрать схему импульсной системы с ЧИМ в соответствии с рис. 7.1 б, в качестве входного сигнала использовать элемент Sine Wave.

5.Исследовать влияние на работу системы варьирование параметра .

Таблица

Вариант

Значения параметров

Wл(p)

 

 

 

 

 

 

 

 

1

10

2

0.1

10/(p+0.1)

2

5

1

0.05

7/(p2+0.25p+1)

3

12

0.5

0.01

6/(p2+0.1)

4

3

1

0.1

100/(p2+p)

5

25

5

0.1

20/(p2+p+1)

6

8

2

0.1

15/(p+1)

7

2

0.5

0.1

11/(p+0.5)

8

3

0.6

0.01

9/(p2+0.9)

9

18

6

0.01

90/(p2+p)

10

8

2

0.1

8/(p2+0.09p+1)

7.3. Содержание отчета

1.Титульный лист.

2.Цель работы.

3.Расчетные схемы согласно варианту, выполненные в Matlab Simulink.

4.Осциллограммы исследуемых переменных.

5. Выводы по исследованию реакции импульсной системы на изменение параметров частотно-импульсного модулятора.

7.4.Контрольные вопросы

1.Дайте определение ЧИМ.

2.Опишите принцип работы частотно-импульсного модулятора.

3.Регулирование каких параметров частотно-импульсного модулятора оказывает влияние на качество выходного сигнала импульсной системы с ЧИМ?

4.Какую форму принимает входной сигнал на выходе частотноимпульсного модулятора?

5.Приведите примеры применения импульсных систем с ЧИМ.

Цель работы: исследование реакции импульсной системы на изменение параметров широтно-импульсного модулятора.

25

8.1. Общие сведения

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – это способ формирования импульсных сигналов в системах управления, состоящий в изменении длительности при неизменной частоте следования импульса. В зависимости от реализации ШИМ можно разделить на аналоговый и цифровой.

В ШИМ-генераторах аналогового типа, управляющий сигнал формируется аналоговым компаратором, когда на инвертирующий вход компаратора подается треугольный или пилообразный сигнал («пила»), называемый также опорным, а на неинвертирующий – мо-

дулирующий непрерывный сигнал. Выходные импульсы ШИМ –

модулятора имеют прямоугольную форму, частота их следования равна частоте «пилы». Длительность импульса зависит от времени, в течение

Рис. 8.1. Схема ШИМ в Simulink которого уровень модулирующего сигнала превышает уровень «пилы». В случае, когда уровень «пилы» выше уровня модулирующего сигнала, на выходе будет нулевая часть импульса.

Для получения первого представления о принципе работы ШИМ, необходимо в программной среде Matlab Simulink собрать схему, изображенную на рис. 8.1. Для наглядности аналоговый компаратор заменяется блоком сравнения Relational Operator библиотеки Similink/Logical Operations, в кото-

ром верхний вход эквивалентен неинвертирующему входу аналогового компаратора, а нижний вход, соответственно, инвертирующему. На входы блока

Relational Operator поступают:

–модулирующий сигнал синусоидальной формы с блока Sine Wave;

–опорный сигнал пилообразной формы с блока Repeating Sequence. Результаты моделирования схемы получения ШИМ сигнала приведены

на рис. 8.2.

Рассмотрим работу ШИМ-генератора на примере модели импульсного стабилизатора тока.

26

1.0

Uвх, 0.0

В

–1.0

1.0

Uвых,

В

t, c

Рис. 8.2. Результаты моделирования схемы ШИМ

На практике данный вид стабилизаторов часто применяется в системах заряда аккумуляторных батарей с целью ограничения зарядного тока, а также для ликвидации токового броска при подключении емкостной нагрузки к источнику постоянного напряжения. Как правило, для управления током нагрузки применяется единственный силовой ключ (IGBT – транзистор), управляемый ШИМ-генератором. Модель стабилизатора тока в Matlab Simulink приведена на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Модель стабилизатора тока в Matlab Simulink

Импульсный стабилизатор тока в данном случае работает на активноиндуктивную нагрузку и имеет обратную связь по току нагрузки. Управление силовым ключом осуществляется сигналом gate.

27

8.2. Порядок выполнения работы

1.Создать новую модель в Matlab Simulink: File New Simulink Model. 2. Во вкладке Configuration Parameters/Solver задать следующие

настройки расчета переходных процессов:

Type – Fixed step; Fixed step size – 1e–4.

3. Для обеспечения работы модели добавить блок powergui со следую-

щими параметрами: Simulation time – Discrete; Solver type – Tustin; Sample time – 1e–4.

4.Собрать схему импульсного стабилизатора тока, задать параметры сети, опорного сигнала («пилы»), задания тока и нагрузки согласно варианту из таблицы вариантов.

5.Подобрать параметры ПИД-регулятора таким образом, чтобы в модели обеспечивалась стабилизация заданного значения тока. Полученные в блоке Scope графики и параметры ПИД-регулятора привести в отчете.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lвх,

Rвх,

С1,

 

Параметры нагрузки

 

Параметры опор-

Вариант

Uвх, В

Iз, А

ного сигнала

мГн

Ом

мФ

 

 

 

 

Rн, Ом

Lн, мГн

 

Uоп, В

fоп, кГц

 

 

 

 

 

 

1

2

0.01

7

100

0.01

10

100

1.0

1.0

2

2

0.01

7

120

0.15

11

110

1.5

1.1

3

2

0.01

7

140

0.20

9

120

1.2

1.6

4

2

0.01

7

160

0.07

8

130

3.0

1.5

5

2

0.01

7

180

0.13

7

140

1.5

1.4

6

2

0.01

7

200

0.10

12

150

1.5

1.3

7

2

0.01

7

180

0.13

13

160

2.0

1.7

8

2

0.01

7

160

0.18

14

170

2.5

1.9

9

2

0.01

7

130

0.09

15

180

1.8

2.5

10

2

0.01

7

100

0.11

10

190

2.5

2.0

8.3. Содержание отчета

1.Титульный лист.

2.Цель работы.

3.Расчетные схемы согласно варианту, выполненные в Matlab Simulink.

4.Осциллограммы исследуемых переменных.

5. Выводы по исследованию реакции импульсной системы на изменение параметров широтно-импульсного модулятора.

8.4. Контрольные вопросы

1. Дайте определение ШИМ.

28

2.Опишите алгоритм формирования синусоидального ШИМ сигнала.

3.Что представляет собой импульсный стабилизатор тока? Перечислите основные функции.

4.Перечислите основные способы поддержания качества стабилизированного тока.

5.В чем заключается опасности работы IGBT – транзистора?

29

схема, регулируемый, импульсный, конструкция и назначение

Простейший стабилизатор постоянного тока

Полупроводниковый прибор, о котором пойдет речь, предназначен для стабилизации тока на требуемом уровне, обладает низкой стоимостью и дает возможность упростить разработку схем многих электронных приборов. Попытаюсь немного восполнить недостаток информации о простых схемотехнических решениях стабилизаторов постоянного тока.

Немного теории

Идеальный источник тока обладает бесконечно большим ЭДС и бесконечно большим внутренним сопротивлением, что позволяет получить требуемый ток в цепи независящий от сопротивления нагрузки.

Условное графическое обозначение источника тока:

Рассмотрение теоретических допущений о параметрах источника тока помогает понять определение идеального источника тока. Ток, создаваемый идеальным источником тока остается постоянным при изменении сопротивления нагрузки от короткого замыкания до бесконечности. Для поддержания величины тока неизменной значение ЭДС меняется от величины не равной нулю до бесконечности. Свойство источника тока, позволяющее получить стабильное значение тока: при изменении сопротивления нагрузки изменяется ЭДС источника тока таким образом, что значение тока остается постоянным.

Реальные источники тока поддерживают ток на требуемом уровне в ограниченный диапазон напряжения, создаваемого на нагрузке и ограниченном сопротивление нагрузки. Идеальный источник рассматривается, а реальный источник тока может работать при нулевом сопротивлении нагрузки. Режим замыкания выхода источника тока не является исключением или трудно реализуемой функцией источника тока, это один из режимов работы, в который может безболезненно перейти прибор при случайном замыкании выхода и перейти на режим работы с сопротивлением нагрузки более нуля.

Реальный источник тока используется совместно с источником напряжения. Сеть 220 вольт 50 Гц, лабораторный блок питания, аккумулятор, бензиновый генератор, солнечная батарея – источники напряжения, поставляющие электроэнергию потребителю. Последовательно с одним из них включается стабилизатор тока. Выход такого прибора рассматривается как источник тока.

Простейший стабилизатор тока представляет собой двухвыводной компонент, ограничивающий протекающий через него ток величиной и точностью соответствующей данным фирмы изготовителя. Такой полупроводниковый прибор в большинстве случаев имеет корпус, напоминающий диод малой мощности. Благодаря внешнему сходству и наличию всего двух выводов компоненты этого класса часто упоминаются в литературе как диодные стабилизаторы тока. Внутренняя схема не содержит диодов, такое название закрепилось только благодаря внешнему сходству.

Примеры диодных стабилизаторов тока

Диодные стабилизаторы тока выпускаются многими производителями полупроводников.

1N5296
Производители: Microsemi и CDI

Ток стабилизации 0,91мА ± 10%
Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 1,29 В
Максимальное импульсное напряжение 100 В

E-103
Производитель Semitec

Ток стабилизации 10 мА ± 10%
Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 4,2 В
Максимальное импульсное напряжение 50 В

L-2227
Производитель Semitec

Ток стабилизации 25 мА ± 10%
Минимальное напряжение на выводах в режиме стабилизации 4 В
Максимальное импульсное напряжение 50 В

От теории к практике

Применение диодных стабилизаторов тока упрощает электрические схемы и снижает стоимость приборов. Использование диодных стабилизаторов тока привлекательно не только своей простотой, но и повышением устойчивости работы разрабатываемых приборов. Один полупроводник этого класса в зависимости от типа обеспечивает стабилизацию тока на уровне от 0,22 до 30 миллиампер. Наименования этих полупроводниковых приборов по ГОСТу и схемного обозначения найти не удалось. В схемах статьи пришлось применить обозначение обычного диода.

При включении в цепь питания светодиода диодный стабилизатор обеспечивает требуемый режим и надежную работу. Одна из особенностей диодного стабилизатора тока – работа в диапазоне напряжений от 1,8 до 100 вольт позволяющая защитить светодиод от выхода из строя при воздействии импульсных и длительных изменений напряжения. Яркость и оттенок свечения светодиода зависят от протекающего тока. Один диодный стабилизатор тока может обеспечить режим работы нескольких последовательно включенных светодиодов, как показано на схеме.

Эту схему легко преобразовать в зависимости от светодиодов и напряжения питания. Один или несколько параллельно включенных диодных стабилизаторов тока в цепь светодиодов зададут ток светодиодов, а количество светодиодов зависит от диапазона изменения напряжения питания.

С помощью диодных источников тока можно построить индикаторный или осветительный прибор, предназначенный для питания от постоянного напряжения. Благодаря питанию стабильным током источник света будет иметь постоянную яркость свечения при колебаниях напряжения питания.

Использование резистора в цепи светодиода индикатора напряжения питания двигателя постоянного тока станка сверловки печатных плат приводило к быстрому выходу светодиода из строя. Применение диодного стабилизатора тока позволило получить надежную работу индикатора. Диодные стабилизаторы тока допускается включать параллельно. Требуемый режим питания нагрузок можно получить, меняя тип или включая параллельно требуемое количество этих приборов.

При питании светодиода оптопары через резистор пульсации напряжения питания схемы приводят к колебаниям яркости, накладывающимся на фронт прямоугольного импульса. Применение диодного стабилизатора тока в цепи питания светодиода, входящего в состав оптопары, позволяет снизить искажение цифрового сигнала, передаваемого через оптопару и увеличить надежность канала информации.

Применение диодного стабилизатора тока задающего режим работы стабилитрона позволяет разработать простой источник опорного напряжения. При изменении питающего тока на 10 процентов напряжение на стабилитроне меняется на 0,2 процента, а так как ток стабилен, то величина опорного напряжения стабильна при изменении других факторов.

Влияние пульсаций питающего напряжения на выходное опорное напряжение уменьшается на 100 децибел.

Внутренняя схема

Вольтамперная характеристика помогает понять работу диодного стабилизатора тока. Режим стабилизации начинается при превышении напряжения на выводах прибора около двух вольт. При напряжениях более 100 вольт происходит пробой. Реальный ток стабилизации может отклоняться от номинального тока на величину до десяти процентов. При изменении напряжения от 2 до 100 вольт ток стабилизации меняется на 5 процентов. Диодные стабилизаторы тока, выпускаемые некоторыми производителями, изменяют ток стабилизации при изменении напряжения до 20 процентов. Чем выше ток стабилизации, тем больше отклонение при увеличении напряжения. Параллельное включение пяти приборов, рассчитанных на ток 2 миллиампера, позволяет получить более высокие параметры, чем у одного на 10 миллиампер. Так как уменьшается минимальное напряжение стабилизации тока, то диапазон напряжения в котором работает стабилизатор увеличивается.

Основой схемы диодного стабилизатора тока является полевой транзистор с p-n переходом. Напряжение затвор-исток определяет ток стока. При напряжении затвор-исток равному нулю ток через транзистор равен начальному току стока, который течет при напряжении между стоком и истоком более напряжения насыщения. Поэтому для нормальной работы диодного стабилизатора тока напряжение, приложенное к выводам должно быть больше некоторого значения от 1 до 3 вольт.

Полевой транзистор имеет большой разброс начального тока стока, точно эту величину предсказать нельзя. Дешевые диодные стабилизаторы тока представляют собой отобранные по току полевые транзисторы, у которых затвор соединен с истоком.

При смене полярности напряжения диодный стабилизатор тока превращается в обычный диод. Это свойство обусловлено тем, что p-n переход полевого транзистора оказывается смещенным в прямом направлении и ток течет по цепи затвор-сток. Максимальный обратный ток некоторых диодных стабилизаторов тока может достигать 100 миллиампер.

Источник тока 0.5А и более

Для стабилизации токов силой 0,5-5 ампер и более применима схема, главный элемент которой мощный транзистор. Диодный стабилизатор тока стабилизирует напряжение на резисторе 180 Ом и на базе транзистора КТ818. Изменение резистора R1 от 0,2 до10 Ом изменяется ток, поступающий в нагрузку. С помощью этой схемы можно получить ток, ограниченный максимальным током транзистора или максимальным током источника питания. Применение диодного стабилизатора тока с наиболее возможным номинальным током стабилизации улучшает стабильность выходного тока схемы, но при этом нельзя забывать о минимально возможном напряжении работы диодного стабилизатора тока. Изменение резистора R1 на 1-2 Ом значительно меняет величину выходного тока схемы. Этот резистор должен иметь большую мощность рассеяния тепла, изменение сопротивления из-за нагрева приведет к отклонению выходного тока от заданного значения. Резистор R1 лучше собрать из нескольких параллельно включенных мощных резисторов. Резисторы, применённые в схеме должны иметь минимальное отклонение сопротивления при изменении температуры. При построении регулируемого источника стабильного тока или для точной настройки выходного тока резистор 180 Ом можно заменить переменным. Для улучшения стабильности тока транзистор КТ818 усиливается вторым транзистором меньшей мощности. Транзисторы соединяются по схеме составного транзистора. При использовании составного транзистора минимальное напряжение стабилизации увеличивается.

Эту схему можно использовать для питания соленоидов, электромагнитов, обмоток шаговых двигателей, в гальванике, для зарядки аккумуляторов и других целей. Транзистор обязательно устанавливается на радиатор. Конструкция прибора должна обеспечивать хороший теплоотвод.

Если бюджет проекта позволяет увеличить затраты на 1-2 рубля и конструкция прибора допускает увеличение площади печатной платы, то использую параллельное объединение диодных стабилизаторов тока можно улучшить параметры разрабатываемого прибора. Соединенные параллельно 5 компонентов 1N5305 позволят стабилизировать ток на уровне 10 миллиампер, как и компонент СDLL257, но минимальное напряжение работы в случае пяти 1N5305 составит 1,85 вольт, что важно для схем с напряжением питания 3,3 или 5 вольт. Также к положительным свойствам 1N5305 относится его доступность, по сравнению с приборами производителя Semitec. Соединение параллельно группы стабилизаторов тока вместо одного позволяет снизить нагрев разрабатываемого прибора и отодвинуть верхнюю границу температурного диапазона.

Увеличение рабочего напряжения

Для использования диодных стабилизаторов тока при напряжениях более напряжения пробоя последовательно включается один или несколько стабилитронов, при этом область напряжений работы диодного ограничителя тока смещается на величину стабилизации напряжения стабилитроном. Схему можно использовать для грубого определения превышения порогового значения напряжения.

Найти отечественные аналоги зарубежных диодных стабилизаторов тока не удалось. Вероятно с течением времени ситуация с отечественными диодными стабилизаторами тока изменится.

Импульсный стабилизатор напряжения — принцип работы стабилизатора

Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы.

Устройство, поддерживающее в постоянном виде напряжение на потребителе тока с помощью регулировки электронным элементом, действующим в режиме ключа. Импульсный стабилизатор напряжения, так же как и линейный существует последовательного и параллельного вида. Роль ключа в таких моделях исполняют транзисторы.

Так как действующая точка стабилизирующего устройства практически постоянно расположена в области отсечки или насыщения, проходя активную область, то в транзисторе выделяется немного тепла, следовательно, импульсный стабилизатор имеет высокий КПД.

Стабилизация осуществляется с помощью изменения продолжительности импульсов, а также управления их частотой. Вследствие этого различают частотно-импульсное, а другими словами широтное регулирование. Импульсные стабилизаторы функционируют в комбинированном импульсном режиме.

В устройствах стабилизации с регулированием широтно-импульсным частота импульсов имеет постоянную величину, а продолжительность действия импульсов является непостоянным значением. В приборах с регулированием частотно-импульсным продолжительность импульсов не изменяется, меняют только частоту.

На выходе устройства напряжение представлено в виде пульсаций, соответственно оно не годится для питания потребителя. Перед подачей питания на нагрузку потребителя, его нужно выровнять. Для этого на выходе импульсных стабилизаторов монтируют выравнивающие емкостные фильтры. Они бывают многозвенчатыми, Г-образными и другими.

Средняя величина напряжения, поданная на нагрузку, вычисляется по формуле:

  • Ти – продолжительность периода.
  • tи – продолжительность импульса.
  • Rн – значение сопротивления потребителя, Ом.
  • I(t) – значение тока, проходящего по нагрузке, ампер.

Ток может перестать протекать по фильтру к началу следующего импульса, в зависимости от индуктивности. В этом случае идет речь о режиме действия с переменным током. Ток также может дальше протекать, тогда имеют ввиду функционирование с постоянным током.

При повышенной чувствительности нагрузки к импульсам питания, выполняют режим постоянного тока, не смотря со значительными потерями в обмотке дросселя и проводах. Если размер импульсов на выходе прибора незначителен, то рекомендуется функционирование при переменном токе.

Принцип работы

В общем виде импульсный стабилизатор включает в себя импульсный преобразователь с устройством регулировки, генератор, выравнивающий фильтр, снижающий импульсы напряжения на выходе, сравнивающее устройство, подающее сигнал разности входного и выходного напряжения.

Схема основных частей стабилизатора напряжения показана на рисунке.

Напряжение на выходе прибора поступает на сравнивающее устройство с базовым напряжением. В результате получают пропорциональный сигнал. Его подают на генератор, предварительно усилив его.

При регулировании в генераторе разностный аналоговый сигнал модифицируют в пульсации с постоянной частотой и переменной продолжительностью. При регулировании частотно-импульсном продолжительность импульсов имеет постоянное значение. Она меняет частоту импульсов генератора в зависимости от свойств сигнала.

Образованные генератором управляющие импульсы проходят на элементы преобразователя. Транзистор регулировки действует в режиме ключа. Изменяя частоту или интервал импульсов генератора, есть возможность менять нагрузочное напряжение. Преобразователь модифицирует значение напряжения на выходе в зависимости от свойств управляющих импульсов. По теории в приборах с частотной и широтной регулировкой импульсы напряжения на потребителе могут отсутствовать.

При релейном принципе действия сигнал, который управляется стабилизатором, образуется с помощью триггера. При поступлении постоянного напряжения в прибор транзистор, работающий в качестве ключа, открыт, и повышает напряжение на выходе. сравнивающее устройство определяет сигнал разности, который достигнув некоторого верхнего предела, поменяет состояние триггера, и произойдет коммутация регулирующего транзистора на отсечку.

Напряжение на выходе станет уменьшаться. При падении напряжения до нижнего предела сравнивающее устройство определяет сигнал разности, переключающий снова триггер, и транзистор опять войдет в насыщение. Разность потенциалов на нагрузке прибора станет повышаться. Следовательно, при релейном виде стабилизации напряжение на выходе повышается, тем самым выравнивается. Предел срабатывания триггера настраивают с помощью корректировки амплитуды значения напряжения на сравнивающем устройстве.

Стабилизаторы релейного типа имеют повышенную скорость реакции, в отличие от приборов с частотным и широтным регулированием. Это является их преимуществом. В теории при релейном виде стабилизации на выходе прибора всегда будут импульсы. Это является их недостатком.

Повышающий стабилизатор

Импульсные повышающие стабилизаторы применяют вместе с нагрузками, разность потенциалов которых выше, чем напряжение на входе приборов. В стабилизаторе нет гальванической изоляции сети питания и нагрузки. Импортные повышающие стабилизаторы называются boost converter. Основные части такого прибора:

Транзистор вступает в насыщение, и ток проходит по цепи от положительного полюса по накопительному дросселю, транзистору. При этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Нагрузочный ток может создать только разряд емкости С1.

Отключим выключающее напряжение с транзистора. При этом он вступит в положение отсечки, а следовательно на дросселе появится ЭДС самоиндукции. Оно будет коммутировано последовательно с напряжением входа, и подключено по диоду к потребителю. Ток пойдет по цепи от положительного полюса к дросселю, по диоду и нагрузке.

В этот момент магнитное поле индуктивного дросселя выдает энергию, а емкость С1 резервирует энергию для поддержки напряжения на потребителе после вхождения транзистора в режим насыщения. Дроссель является для резерва энергии и не работает в фильтре питания. При повторной подаче напряжения на транзистор, он откроется, и весь процесс пойдет заново.

Стабилизаторы с триггером Шмитта

Такой вид импульсного устройства имеет свои особенности наименьшим набором компонентов. Основную роль в конструкции играет триггер. В его состав входит компаратор. Основной задачей компаратора является сравнивание величины выходной разности потенциалов с наибольшим допустимым.

Принцип действия аппарата с триггером Шмитта состоит в том, что при увеличении наибольшего напряжения осуществляется коммутация триггера в позицию ноля с размыканием электронного ключа. В одно время разряжается дроссель. Когда напряжение доходит до наименьшего значения, то выполняется коммутация на единицу. Это обеспечивает замыкание ключа и прохождение тока на интергратор.

Такие приборы имеют отличия своей упрощенной схемой, но использовать их можно в особых случаях, так как импульсные стабилизаторы бывают только повышающими и понижающими.

Понижающий стабилизатор

Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.

Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.

Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.

При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.

Инвертирующий стабилизатор

Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.

Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.

Преимущества и недостатки

Как и все приборы, модульный импульсный стабилизатор не идеален. Поэтому ему присущи минусы и плюсы. Разберем основные из преимуществ:

  • Простое достижение выравнивания.
  • Плавное подключение.
  • Компактные размеры.
  • Устойчивость выходного напряжения.
  • Широкий интервал стабилизации.
  • Повышенный КПД.
  • Сложная конструкция.
  • Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
  • Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
  • Сложность работ по ремонту.
  • Образование большого количества помех частоты.

Допустимая частота

Функционирование импульсного стабилизатора возможно при значительной частоте преобразования. Это является основной отличительной чертой от устройств, имеющих трансформатор сети. Увеличение этого параметра дает возможность получить наименьшие габариты.

Для большинства приборов интервал частот будет равен 20-80 килогерц. Но при выборе ШИМ и ключевых приборов необходимо учесть высокие гармоники токов. Верхняя граница параметра ограничена определенными требованиями, которые предъявляются к радиочастотным приборам.

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

Стабилизаторы тока

В каждой электрической сети периодически возникают помехи, отрицательно влияющие на стандартные параметры тока и напряжения. Данная проблема успешно решается с помощью различных устройств, среди которых очень популярны и эффективны стабилизаторы тока. Они имеют различные технические характеристики, что делает возможным их использование совместно с любыми бытовыми электроприборами и оборудованием. Особые требования предъявляются к измерительному оборудованию, требующему стабильного напряжения.

Общее устройство и принцип работы стабилизаторов тока

Знание основных принципов работы стабилизаторов тока способствует наиболее эффективному использованию этих устройств. Электрические сети буквально насыщены различными помехами, негативно влияющими на работу бытовых приборов и электрооборудования. Для преодоления отрицательных воздействий используется схема простого стабилизатора напряжения и тока.

В каждом стабилизаторе имеется основной элемент – трансформатор, обеспечивающий работу всей системы. Самая простая схема включает в свой состав выпрямительный мост, соединенный с различными типами конденсаторов и резисторов. Их основными параметрами считаются индивидуальная емкость и предельное сопротивление.

Сам стабилизатор тока работает по очень простой схеме. Когда ток поступает на трансформатор, его предельная частота изменяется. На входе она будет совпадать с частотой электрической сети и составит 50 Гц. После того как будут выполнены все преобразования тока, предельная частота на выходе снизится до 30 Гц. В схеме преобразования участвуют высоковольтные выпрямители, с помощью которых определяется полярность напряжения. Конденсаторы непосредственно участвуют в стабилизации тока, а резисторы снижают помехи.

Диодный стабилизатор тока

Во многих конструкциях светильников имеются диодные стабилизаторы, более известные как стабилизаторы тока для светодиодов. Как и все типы диодов, светодиоды обладают нелинейной вольтамперной характеристикой. То есть, при изменяющемся напряжении на светодиоде, происходит непропорциональное изменение тока.

С ростом напряжения вначале наблюдается очень медленное возрастание тока, в результате, свечение светодиода отсутствует. Затем, когда напряжение достигает порогового значения, начинается излучение света и очень быстрое возрастание тока. Дальнейший рост напряжения приводит к катастрофическому увеличению тока и перегоранию светодиода. Значение порогового напряжения отражается в технических характеристиках светодиодных источников света.

Светодиоды с высокой мощностью требуют установки теплоотвода, поскольку их работа сопровождается выделением большого количества тепла. Кроме того, для них требуется и достаточно мощный стабилизатор тока. Правильная работа светодиодов также обеспечивается стабилизирующими устройствами. Это связано с сильным разбросом порогового напряжения даже у однотипных источников света. Если два таких светодиода подключить параллельно к одному источнику напряжения, по ним будет проходить ток разной величины. Разница может быть настолько существенной, что один из светодиодов сразу же сгорит.

Таким образом, не рекомендуется включение светодиодных источников света без стабилизаторов. Данные устройства устанавливают ток заданного значения без учета напряжения, приложенного к схеме. К наиболее современным приборам относится двухвыводной стабилизатор для светодиодов, применяющийся для создания недорогих решений по управлению светодиодами. В его состав входит полевой транзистор, обвязочные детали и другие радиоэлементы.

Схемы стабилизаторов тока на КРЕН

Данная схема стабильно работает с использованием таких элементов, как КР142ЕН12 или LM317. Они являются регулируемыми стабилизаторами напряжения, работающими с током до 1,5А и входным напряжением до 40В. В нормальном тепловом режиме эти устройства способны рассеивать мощность до 10Вт. Эти микросхемы обладают низким собственным потреблением, составляющим примерно 8мА. Данный показатель остается неизменным даже при изменяющемся токе, проходящем через КРЕН и измененном входном напряжении.

Элемент LM317 способен удерживать на основном резисторе постоянное напряжение, регулируемое в определенных пределах с помощью подстроечного резистора. Основной резистор с неизменным сопротивлением обеспечивает стабильность проходящего через него тока, поэтому он известен еще, как токозадающий резистор.

Стабилизатор на КРЕН отличается простотой и может использоваться в качестве электронной нагрузки, зарядки аккумуляторов и в других областях.

Стабилизатор тока на двух транзисторах

Благодаря своему простому исполнению, в электронных схемах очень часто используются стабилизаторы на двух транзисторах. Их основным недостатком считается не вполне стабильный ток в нагрузках при изменяющемся напряжении. Если же не требуется высоких токовых характеристик, то данное стабилизирующее устройство вполне сгодится для решения многих несложных задач.

Кроме двух транзисторов в схеме стабилизатора присутствует токозадающий резистор. Когда на одном из транзисторов (VT2) увеличивается ток, возрастает напряжение на токозадающем резисторе. Под действием этого напряжения (0,5-0,6В) начинает открываться другой транзистор (VT1). При открытии этого транзистора, другой транзистор – VT2 начинает закрываться. Соответственно, уменьшается и количество тока, протекающего через него.

В качестве VT2 используется биполярный транзистор, однако в случае необходимости возможно создать регулируемый стабилизатор тока на полевом транзисторе MOSFET, используемом в качестве стабилитрона. Его выбор осуществляется исходя из напряжения 8-15 вольт. Данный элемент используется при слишком высоком напряжении источника питания, под действием которого затвор в полевом транзисторе может быть пробит. Более мощные стабилитроны MOSFET рассчитаны на более высокое напряжение – 20 вольт и более. Открытие таких стабилитронов происходит при минимальном значении напряжения на затворе 2 вольта. Соответственно, происходит и увеличение напряжения, обеспечивающего нормальную работу схемы стабилизатора тока.

Регулируемый стабилизатор постоянного тока

Иногда возникает необходимость в стабилизаторах тока с возможностью регулировок в широком диапазоне. В некоторых схемах может использоваться токозадающий резистор с пониженными характеристиками. В этом случае необходимо применять усилитель ошибки, основой которого служит операционный усилитель.

С помощью одного токозадающего резистора происходит усиление напряжения в другом резисторе. Это состояние называется усиленным напряжением ошибки. С помощью опорного усилителя сравниваются параметры опорного напряжения и напряжения ошибки, после чего выполняется регулировка состояния полевого транзистора.

Для такой схемы требуется отдельное питание, которое подается к отдельному разъему. Питающее напряжение должно обеспечивать нормальную работу всех компонентов схемы и не превышать уровня, достаточного для пробоя полевого транзистора. Правильная настройка схемы требует установки ползунка переменного резистора в самое верхнее положение. С помощью подстроечного резистора выставляется максимальное значение тока. Таким образом, переменный резистор позволяет выполнять регулировку тока от нуля до максимального значения, установленного в процессе настройки.

Мощный импульсный стабилизатор тока

Широкий диапазон питающих токов и нагрузок не всегда является основным требованием к стабилизаторам. В некоторых случаях решающее значение отводится высокому коэффициенту полезного действия прибора. Эту задачу успешно решает микросхема импульсного стабилизатора тока, заменяющая компенсационные стабилизаторы. Приборы этого типа позволяют создавать высокое напряжение на нагрузке даже при наличии невысокого входного напряжения.

Кроме того, существует повышающий стабилизатор тока импульсного типа. Они используются вместе с нагрузками, питающее напряжение которых превышает входное напряжение стабилизирующего устройства. В качестве делителей выходного напряжения используются два резистора, задействованные в микросхеме, с помощью которой входное и выходное напряжение поочередно уменьшается или увеличивается.

7 схем импульсных стабилизаторов напряжения на транзисторах

Схемы самодельных импульсных DC-DC преобразователей напряжения на транзисторах, семь примеров.

Благодаря высокому КПД импульсные стабилизаторы напряжения получают в последнее время все более широкое распространение, хотя они, как правило, сложнее и содержат большее число элементов.

Поскольку в тепловую энергию преобразуется лишь малая доля подводимой к импульсному стабилизатору энергии, его выходные транзисторы меньше нагреваются, следовательно, за счет снижения площади теплоотводов снижаются масса и размеры устройства.

Ощутимым недостатком импульсных стабилизаторов является наличие на выходе высокочастотных пульсаций, что заметно сужает область их практического использования — чаще всего импульсные стабилизаторы используют для питания устройств на цифровых микросхемах.

Понижающий импульсный стабилизатор напряжения

Стабилизатор с выходным напряжением, меньшим входного, можно собрать на трех транзисторах (рис. 1), два из которых (VT1, VT2) образуют ключевой регулирующий элемент, а третий (ѴТЗ) является усилителем сигнала рассогласования.

Рис. 1. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД 84%.

Устройство работает в автоколебательном режиме. Напряжение положительной обратной связи с коллектора составного транзистора ѴТ1 через конденсатор С2 поступает в цепь базы транзистора ѴТ2.

Элементом сравнения и усилителем сигнала рассогласования является каскад на транзисторе ѴТЗ. Его эмиттер подключен к источнику опорного напряжения — стабилитрону VD2, а база — к делителю выходного напряжения R5 — R7.

В импульсных стабилизаторах регулирующий элемент работает в ключевом режиме, поэтому выходное напряжение регулируется изменением скважности работы ключа.

Включением/выключением транзистора VT1 по сигналу транзистора ѴТЗ управляет транзистор ѴТ2. В моменты, когда транзистор ѴТ1 открыт, в дросселе L1, благодаря протеканию тока нагрузки, запасается электромагнитная энергия.

После закрывания транзистора запасенная энергия через диод VD1 отдается в нагрузку. Пульсации выходного напряжения стабилизатора сглаживаются фильтром L1, СЗ.

Характеристики стабилизатора целиком определяются свойствами транзистора ѴТ1 и диода VD1, быстродействие которых должно быть максимальным. При входном напряжении 24 В, выходном — 15 В и токе нагрузки 1 А измеренное значение КПД было равно 84%.

Дроссель L1 имеет 100 витков провода диаметром 0,63 мм на кольце К26х16х12 из феррита с магнитной проницаемостью 100. Его индуктивность при токе подмагничивания 1 А — около 1 мГн.

Step-down DC-DC преобразователь напряжения на +5В

Схема простого импульсного стабилизатора показана на рис. 2. Дроссели L1 и L2 намотаны на пластмассовых каркасах, помещенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ.

Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена прокладка толщиной 0,8 мм.

Активное сопротивление обмотки дросселя L1 27 мОм. Дроссель L2 имеет 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками — 0,2 мм, активное сопротивление обмотки — 13 мОм.

Прокладки можно изготовить из жесткого теплостойкого материала — текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, должен быть из немагнитного материала.

Рис. 2. Схема простого ключевого стабилизатора напряжения с КПД 60%.

Для налаживания стабилизатора к его выходу подключают нагрузку сопротивлением 5. 7 Ом и мощностью 10 Вт. Подбором резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение, затем увеличивают ток нагрузки до 3 А и, подбирая величину конденсатора С4, устанавливают такую частоту генерации (примерно 18. 20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторе СЗ минимальны.

Выходное напряжение стабилизатора можно довести до 8. 10В, увеличив величину резистора R7 и установив новое значение рабочей частоты. При этом мощность, рассеиваемая на транзисторе ѴТЗ, также увеличится.

В схемах импульсных стабилизаторов желательно использовать электролитические конденсаторы К52-1. Необходимую величину емкости получают параллельным включением конденсаторов.

Основные технические характеристики:

  • Входное напряжение, В — 15. 25.
  • Выходное напряжение, В — 5.
  • Максимальный ток нагрузки, А — 4.
  • Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем диапазоне входных напряжений, мВ, не более — 50.
  • КПД, %, не ниже — 60.
  • Рабочая частота при входном напряжении 20 б и токе нагрузки 3А, кГц–20.

Улучшенный вариант импульсного стабилизатора на +5В

В сравнении с предыдущим вариантом импульсного стабилизатора в новой конструкции А. А. Миронова (рис. 3) усовершенствованы и улучшены такие его характеристики, как КПД, стабильность выходного напряжения, длительность и характер переходного процесса при воздействии импульсной нагрузки.

Рис. 3. Схема импульсного стабилизатора напряжения.

Оказалось, что при работе прототипа (рис. 2) возникает так называемый сквозной ток через составной ключевой транзистор. Этот ток появляется в те моменты, когда по сигналу узла сравнения ключевой транзистор открывается, а коммутирующий диод еще не успел закрыться. Наличие такого тока вызывает дополнительные потери на нагревание транзистора и диода и уменьшает КПД устройства.

Еще один недостаток — значительная пульсация выходного напряжения при токе нагрузки, близком к предельному. Для борьбы с пульсациями в стабилизатор (рис. 2) был введен дополнительный выходной LC-фильтр (L2, С5).

Уменьшить нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки можно только уменьшением активного сопротивления дросселя L2.

Улучшение динамики переходного процесса (в частности, уменьшение его длительности) связано с необходимостью уменьшения индуктивности дросселя, но при этом неизбежно увеличится пульсация выходного напряжения.

Поэтому оказалось целесообразным исключить этот выходной фильтр, а емкость конденсатора С2 увеличить в 5. 10 раз (параллельным соединением нескольких конденсаторов в батарею).

Цепь R2, С2 в исходном стабилизаторе (рис. 6.2) практически не изменяет длительности спада выходного тока, поэтому ее можно удалить (замкнуть резистор R2), а сопротивление резистора R3 увеличить до 820 Ом.

Но тогда при увеличении входного напряжения с 15 6 до 25 6 ток, протекающий через резистор R3 (в исходном устройстве), будет увеличиваться в 1,7 раза, а мощность рассеивания — в 3 раза (до 0,7 Вт).

Подключением нижнего по схеме вывода резистора R3 (на схеме доработанного стабилизатора это резистор R2) к плюсовому выводу конденсатора С2 этот эффект можно ослабить, но при этом сопротивление R2 (рис. 3) должно быть уменьшено до 620 Ом.

Один из эффективных путей борьбы со сквозным током — увеличение времени нарастания тока через открывшийся ключевой транзистор.

Тогда при полном открывании транзистора ток через диод VD1 уменьшится почти до нуля. Этого можно достигнуть, если форма тока через ключевой транзистор будет близка к треугольной.

Как показывает расчет, для получения такой формы тока индуктивность накопительного дросселя L1 не должна превышать 30 мкГч.

Еще один путь — применение более быстродействующего коммутирующего диода VD1, например, КД219Б (с барьером Шотки). У таких диодов выше быстродействие и меньше падение напряжения при одном и том же значении прямого тока по сравнению с обычными кремниевыми высокочастотными диодами. Конденсатор С2 типа К52-1.

Улучшение параметров устройства может быть получено и при изменении режима работы ключевого транзистора. Особенность работы мощного транзистора ѴТЗ в исходном и улучшенном стабилизаторах состоит в том, что он работает в активном режиме, а не в насыщенном, и поэтому имеет высокое значение коэффициента передачи тока и быстро закрывается.

Однако из-за повышенного напряжения на нем в открытом состоянии рассеиваемая мощность в 1,5. 2 раза превышает минимально достижимое значение.

Уменьшить напряжение на ключевом транзисторе можно подачей положительного (относительно плюсового провода питания) напряжения смещения на эмиттер транзистора ѴТ2 (см. рис. 3).

Необходимую величину напряжения смещения подбирают при налаживании стабилизатора. Если он питается от выпрямителя, подключенного к сетевому трансформатору, то для получения напряжения смещения можно предусмотреть отдельную обмотку на трансформаторе. Однако при этом напряжение смещения будет изменяться вместе с сетевым.

Схема преобразователя со стабильным напряжением смещения

Для получения стабильного напряжения смещения стабилизатор надо доработать (рис. 4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке I определяется из выражения: U1=UBыx + U VD1.

Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незначительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабильно. После выпрямления его подают на эмиттер транзистора VT2 (и VT1).

Рис. 4. Схема модифицированного импульсного стабилизатора напряжения.

Потери на нагрев снизились в первом варианте доработанного стабилизатора на 14,7%, а во втором — на 24,2%, что позволяет им работать при токе нагрузки до 4 А без установки ключевого транзистора на теплоотвод.

В стабилизаторе варианта 1 (рис. 3) дроссель L1 содержит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводов ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из феррита 2000НМ.

Между чашками нужно заложить прокладку из текстолита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 (рис. 4) трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дросселя L1 двух витков провода ПЭВ-1 0,35.

Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.

DC стабилизатор напряжения с ШИМ

Стабилизатор с широтно-импульсным управлением (рис. 5) по принципу действия близок к стабилизатору, описанному в, но, в отличие от него, имеет две цепи обратной связи, соединенные таким образом, что ключевой элемент закрывается при превышении напряжения на нагрузке или увеличении тока, потребляемого нагрузкой.

При подаче питания на вход устройства ток, текущий через резистор R3, открывает ключевой элемент, образованный транзисторами VT.1, VT2, в результате чего в цепи транзистор VT1 — дроссель L1 — нагрузка — резистор R9 возникает ток. Происходит заряд конденсатора С4 и накопление энергии дросселем L1.

Если сопротивление нагрузки достаточно большое, то напряжение на ней достигает 12 Б, и стабилитрон VD4 открывается. Это приводит к открыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и закрыванию ключевого элемента, а благодаря наличию диода VD3 дроссель L1 отдает накопленную энергию нагрузке.

Рис. 5. Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%.

Технические характеристики стабилизатора:

  • Входное напряжение — 15. 25 В.
  • Выходное напряжение — 12 В.
  • Номинальный ток загрузки — 1 А.
  • Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 1 А — 0,2 В. КПД (при UBX =18 6, Ін=1 А) — 89%.
  • Потребляемый ток при UBX=18 В в режиме замыкания цепи нагрузки — 0,4 А.
  • Выходной ток короткого замыкания (при UBX =18 6) — 2,5 А.

По мере уменьшения тока через дроссель и разряда конденсатора С4 напряжение на нагрузке также уменьшится, что приведет к закрыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и открыванию ключевого элемента. Далее процесс работы стабилизатора повторяется.

Конденсатор С3, снижающий частоту колебательного процесса, повышает эффективность стабилизатора.

При малом сопротивлении нагрузки колебательный процесс в стабилизаторе происходит иначе. Нарастание тока нагрузки приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R9, открыванию транзистора ѴТ4 и закрыванию ключевого элемента.

Далее процесс протекает аналогично описанному выше. Диоды VD1 и VD2 способствуют более резкому переходу устройства из режима стабилизации напряжения в режим ограничения тока.

Во всех режимах работы стабилизатора потребляемый им ток меньше тока нагрузки. Транзистор ѴТ1 следует установить на теплоотводе размерами 40×25 мм.

Дроссель L1 представляет собой 20 витков жгута из трех проводов ПЭВ-2 0,47, помещенных в чашечный магнитопровод Б22 из феррита 1500НМЗ. Магнитопровод имеет зазор толщиной 0,5 мм из немагнитного материала.

Стабилизатор несложно перестроить на другое выходное напряжение и ток нагрузки. Выходное напряжение устанавливают выбором типа стабилитрона VD4, а максимальный ток нагрузки — пропорциональным изменением сопротивления резистора R9 или подачей на базу транзистора ѴТ4 небольшого тока от отдельного параметрического стабилизатора через переменный резистор.

Для снижения уровня пульсаций выходного напряжения целесообразно применить LC-фильтр, аналогичный используемому в схеме на рис. 2.

Импульсный стабилизатор напряжения с КПД преобразования 69. 72%

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6) состоит из узла запуска (R3, VD1, ѴТ1, VD2), источника опорного напряжения и устройства сравнения (DD1.1, R1), усилителя постоянного тока (ѴТ2, DD1.2, ѴТ5), транзисторного ключа (ѴТЗ, ѴТ4), индуктивного накопителя энергии с коммутирующим диодом (VD3, L2) и фильтров — входного (L1, С1, С2) и выходного (С4, С5, L3, С6). Частота переключения индуктивного накопителя энергии в зависимости от тока нагрузки находится в пределах 1,3. 48 кГц.

Рис. 6. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД преобразования 69. 72%.

Все катушки индуктивности L1 — L3 одинаковы и намотаны в броневых магнитопроводах Б20 из феррита 2000НМ с зазором между чашками около 0,2 мм.

Обмотки содержат по 20 витков жгута из четырех проводов ПЭВ-2 0,41. Можно применить также кольцевые ферритовые магнитопроводы с зазором.

Номинальное выходное напряжение 5 В при изменении входного от 8 до 60 б и КПД преобразования 69. 72%. Коэффициент стабилизации — 500.

Амплитуда пульсаций выходного напряжения при токе нагрузки 0,7 А — не более 5 мВ. Выходное сопротивление — 20 мОм. Максимальный ток нагрузки (без теплоотводов для транзистора VT4 и диода VD3) — 2 А.

Импульсный стабилизатор напряжения на 12В

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.7) при входном напряжении 20. 25 В обеспечивает на выходе стабильное напряжение 12 В при токе нагрузки 1,2 А.

Пульсации на выходе до 2 мВ. Благодаря высокому КПД в устройстве не используются теплоотводы. Индуктивность дросселя L1 — 470 мкГч.

Рис. 7. Схема импульсного стабилизатора напряжения с малыми пульсациями.

Аналоги транзисторов: ВС547 — КТ3102А] ВС548В — КТ3102В. Приблизительные аналоги транзисторов ВС807 — КТ3107; BD244 — КТ816.

Источник: Шустов М. А. – Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.

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.

Схема стабилизатора напряжения с ШИМ-управлением

В этом посте объясняется, как сделать мощную схему стабилизатора сетевого напряжения 100–220 В с Н-образным мостом, используя автоматическое ШИМ-управление. Идея была запрошена г-ном Саджадом.

Задачи и требования схемы

  1. Я очень удивлен вашими работами и намерениями помочь людям. Теперь позвольте мне перейти к сути, мне нужен регулятор напряжения с такими возможностями, насколько это возможно 1-сосредоточьтесь на проблемах с низким напряжением, а чем высокое напряжение, предпочтительно около 100 В и до 250 В
  2. Мне нужна высокая способность стабилизации и поддержания 3.5-тонный кондиционер около 30 ампер и другая конструкция, способная выдержать 5А для освещения.
  3. По возможности избегайте больших трансформаторов, мне нравятся ферритовые трансформаторы
  4. Я нашел эту идею стабилизатора ( https://drive.google.com/file/d/0B5Ct1V0x1 jac19IdzltM3g4N2s/view?usp=sharing ) вот ссылка Мне нужна схема с той же идеей низкое входное напряжение около 100-135В высокого тока для запуска и поддержания 3,5-тонного кондиционера и вторая конструкция для осветления 6А если у вас есть время
  5. Хочу третью конструкцию с безумным стабилизатором на 100А на всю мою домой Я запросил дизайн ранее, но понятия не имел, что этот дизайн выглядит довольно хорошо для меня с элегантной эффективностью

Второстепенные функции

Мне нравится, что он имеет ЖК-дисплей для отображения параметров и пользовательское имя, отключение высокого напряжения, теплозащита, но снимите ее, если она усложняет конструкцию.

Я знаю, что то, о чем я просил, слишком много для выполнения в одном цикле, поэтому отбросьте невозможное, чтобы подвести итог. Мне нужны три конструкции: одна для сильноточного кондиционера, два одинаковых регулятора, но с упомянутыми второстепенными функциями, и три один для освещения

вы можете задаться вопросом, почему требуется такое низкое входное напряжение 100 В, большую часть времени летом у нас нет общего электричества, но у нас дома есть местный генератор с электричеством 120-170 В, а наш потолочный вентилятор едва вращается

Общественное электричество есть сетевое электричество, которое имеет большой ток, но низкое напряжение, с временем подачи в лучшем случае восемь часов в день летом, с другой стороны, как я сказал, у нас есть большие местные генераторы, в это время мы платим на основе ампер (номинальный ток автоматический выключатель для местного электричества), например, скажите, что вы хотите 50 А, они будут снабжать вас электричеством с автоматическим выключателем на 50 А, и вы должны платить за 50 А независимо от вашего использования (они будут считать, что вы используете весь 50A),

, поэтому в моем доме я плачу за электроэнергию из сети и электроэнергию от местного генератора, местный генератор не является моим домашним генератором, вы можете представить его как электроэнергию из второй сети, но принадлежащую частному сектору, в обоих случаях у нас есть проблемы с напряжением, но не текущий,

наконец, я теперь, когда оптимизатор напряжения в режиме повышения будет использовать больше тока для создания необходимого напряжения на

Принцип сохранения энергии (V1xI1=V2xI2), предполагающий 100% эффективность, текущее решение, которое я использую сейчас это повышающий трансформатор, который уменьшит потребляемый ток, может быть до 30 А из 50 А, но с хорошим напряжением, но это небезопасно из-за отсутствия регулирования, на общественное электричество у нас, по-видимому, нет ограничений, которые мы платим на основе кВтч,

До трансформатор Я купил регулятор напряжения, но он не работал, потому что не соблюдается минимум 180 В.

Конструкция

Полную конструкцию предлагаемой схемы стабилизатора сетевого напряжения Н-моста для управления напряжением от 100 до 220 В можно увидеть на следующем рисунке: обсуждались посты о схеме солнечного инвертора для 1,5-тонного кондиционера.

Однако для реализации предполагаемой автоматической стабилизации 100 В в 220 В мы используем здесь несколько вещей: 1) повышающую катушку автотрансформатора 0-400 В и самооптимизирующуюся схему ШИМ.

Вышеприведенная схема использует топологию полного моста инвертора с использованием IC IRS2453 и 4 N-канальных МОП-транзисторов.

Микросхема оснащена собственным встроенным генератором, частота которого соответствующим образом устанавливается путем расчета указанных значений Rt, Ct. Эта частота становится рекомендуемой рабочей частотой инвертора, которая может составлять 50 Гц (для входа 220 В) или 60 Гц (для входа 120 В) в зависимости от технических характеристик электросети страны.

Напряжение шины получается путем выпрямления входного сетевого напряжения и подается через сеть MOSFET H-моста.

Первичная нагрузка, подключенная между МОП-транзисторами, представляет собой повышающий автотрансформатор, предназначенный для реагирования на коммутируемое сетевое напряжение постоянного тока и для генерирования пропорционально повышенного напряжения 400 В на его клеммах за счет противо-ЭДС.

 

Однако с введением питания PWM для MOSFET нижнего плеча эти 400 В от катушки можно контролировать пропорционально любому желаемому более низкому среднеквадратичному значению.

Таким образом, при максимальной ширине ШИМ мы можем ожидать, что напряжение будет 400 В, а при минимальной ширине оно может быть оптимизировано близко к нулю.

ШИМ настраивается с помощью пары IC 555 для генерации изменяющегося ШИМ в ответ на изменение входного сетевого напряжения, однако этот отклик сначала инвертируется, прежде чем подавать на полевые МОП-транзисторы, что означает, что при падении входного сетевого напряжения ШИМ становятся шире и наоборот.

Чтобы правильно настроить эту реакцию, предустановка 1K, показанная на выводе № 5 IC2 в цепи ШИМ, отрегулирована таким образом, чтобы напряжение на катушке автотрансформатора составляло около 200 В, когда входное напряжение составляло около 100 В, в этот момент ШИМ может быть на уровне максимальной ширины, и с этого момента ШИМ становятся более узкими по мере увеличения напряжения, обеспечивая почти постоянное выходное напряжение около 220 В.

Таким образом, если сетевой вход становится выше, ШИМ пытается понизить его, сужая импульсы, и наоборот.

Как сделать повышающий трансформатор.

Ферритовый трансформатор нельзя использовать для описанной выше схемы стабилизатора сетевого напряжения с Н-образным мостом от 100 В до 220 В, поскольку базовая частота регулируется на 50 или 60 Гц, поэтому идеальным выбором для применения становится высококачественный трансформатор с многослойным железным сердечником.

Его можно изготовить, намотав один конец в конец катушки, состоящей примерно из 400 витков, на ламинированный стальной сердечник EI, используя 10 жил провода 25 SWG…. это приблизительное значение, а не расчетные данные … пользователь может обратиться за помощью к профессиональному производителю автомобильных трансформаторов или намотчику для получения действительно необходимого трансформатора для данного приложения.

В связанном pdf-документе написано, что его предлагаемая конструкция не требует преобразования переменного тока в постоянный для схемы, что выглядит некорректно и практически невыполнимо, потому что, если вы используете инвертор с ферритовым повышающим трансформатором, то входной переменный ток имеет быть сначала преобразованы в DC.Затем этот постоянный ток преобразуется в высокую частоту переключения для ферритового трансформатора, выход которого снова переключается на указанные 50 или 60 Гц, чтобы сделать его совместимым с приборами.

Управление режимами напряжения и тока для генерации ШИМ-сигналов в импульсных регуляторах постоянного тока


Импульсные преобразователи постоянного напряжения («регуляторы») состоят из двух элементов: контроллера и силового каскада. Силовой каскад включает в себя переключающие элементы и преобразует входное напряжение в желаемое выходное.Контроллер контролирует операцию переключения для регулирования выходного напряжения. Они связаны петлей обратной связи, которая сравнивает фактическое выходное напряжение с желаемым выходным напряжением для получения напряжения ошибки.

Контроллер является ключом к стабильности и точности источника питания, и практически в каждой конструкции для регулирования используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Существует два основных метода генерации ШИМ-сигнала: управление в режиме напряжения и управление в режиме тока. Сначала появилось управление по напряжению, но его недостатки, такие как медленная реакция на изменения нагрузки и коэффициент усиления контура, меняющийся в зависимости от входного напряжения, побудили инженеров разработать альтернативный метод, основанный на токе.

Сегодня инженеры могут выбирать из широкого спектра силовых модулей, используя любую технику управления. Эти продукты включают в себя технологии для устранения основных недостатков предыдущего поколения.

В этой статье описывается метод управления по напряжению и току для генерации ШИМ-сигнала в импульсных стабилизаторах напряжения и объясняется, где каждое приложение лучше всего подходит.

Контроль режима напряжения

Разработчики, которым поручено создание блока питания, могут собрать блок из отдельных компонентов (см. статью TechZone «Регуляторы напряжения постоянного/постоянного тока : как выбрать между дискретной и модульной конструкцией »), отдельные компоненты контроллера и питания или блоки питания. модули питания, объединяющие оба элемента в один чип.

Но какой бы метод проектирования ни использовался, существует высокая вероятность того, что регулирование будет использовать метод ШИМ (обычно) с фиксированной частотой. (Желательна постоянная частота переключения, поскольку она ограничивает электромагнитные помехи (ЭМП), генерируемые источником питания.)

В регуляторе, управляемом по напряжению, сигнал ШИМ генерируется путем подачи управляющего напряжения (V C ) на один вход компаратора и пилообразного напряжения (V рампа ) (или «рампа ШИМ») фиксированной частоты , генерируемого часами, к другому (рис. 1).


Рисунок 1: ШИМ-генератор для импульсного регулятора напряжения. (Предоставлено компанией Texas Instruments)

Рабочий цикл ШИМ-сигнала пропорционален управляющему напряжению и определяет процент времени, в течение которого переключающий элемент проводит ток, и, следовательно, выходное напряжение (см. статью TechZone « Использование ЧИМ для улучшения переключения постоянного/постоянного тока). Эффективность регулятора при малых нагрузках «). Управляющее напряжение получается из разницы между фактическим выходным напряжением и желаемым выходным напряжением (или опорным напряжением).

Коэффициент усиления модулятора Fm определяется как изменение управляющего напряжения, которое вызывает изменение рабочего цикла от 0 до 100 процентов (F m = d/V C = 1/V линейное изменение ). 1

На рис. 2 показаны стандартные блоки типичного импульсного стабилизатора. Силовой каскад состоит из переключателя, диода, катушки индуктивности, трансформатора (для изолированных конструкций) и входных/выходных конденсаторов. На этом этапе входное напряжение (VIN) преобразуется в выходное напряжение (VO). Блок управления стабилизатора напряжения содержит усилитель ошибки с опорным напряжением (равным требуемому выходу) на одном входе и выходом делителя напряжения на другом.Делитель напряжения питается от обратной связи с выхода. Выход усилителя ошибки обеспечивает управляющее напряжение (V C или «напряжение ошибки»), которое формирует один вход компаратора ШИМ. 2


Рисунок 2: Секция управления и силовой каскад импульсно-управляемого регулятора напряжения. (Предоставлено Microsemi)

К преимуществам управления по напряжению относятся: Единый контур обратной связи, упрощающий проектирование и анализ цепей; использование пилообразного сигнала с большой амплитудой, обеспечивающего хороший запас по шуму для стабильного процесса модуляции, и выходной мощности с низким импедансом, обеспечивающей лучшую перекрестную стабилизацию для источников с несколькими выходами.

Но у метода есть и существенные недостатки. Например, изменения нагрузки должны сначала восприниматься как изменение выходного сигнала, а затем корректироваться контуром обратной связи, что приводит к медленному отклику. Выходной фильтр усложняет компенсацию схемы, которую можно сделать еще более сложной из-за того, что усиление контура зависит от входного напряжения.

Текущий режим управления

В начале 1980-х годов инженеры разработали альтернативную технологию импульсного регулятора напряжения, которая устранила недостатки метода управления по напряжению.Этот метод, называемый управлением в режиме тока, выводит рампу ШИМ путем добавления второго контура, возвращающего ток катушки индуктивности. Этот сигнал обратной связи состоит из двух частей: переменного тока пульсаций и постоянного или среднего значения тока катушки индуктивности. Усиленная форма сигнала направляется на один вход компаратора ШИМ, а напряжение ошибки формирует другой вход. Как и в методе управления по напряжению, системные часы определяют частоту ШИМ-сигнала (рис. 3).


Рис. 3. Регулятор с управлением по току.Здесь рампа ШИМ генерируется из сигнала, полученного из тока выходной катушки индуктивности. (Любезно предоставлено Texas Instruments)

Управление в режиме тока устраняет медленную реакцию управления в режиме напряжения, поскольку ток дросселя возрастает с наклоном, определяемым разницей между входным и выходным напряжениями, и, следовательно, немедленно реагирует на изменения сетевого напряжения или напряжения нагрузки. Дополнительным преимуществом является то, что управление по току устраняет изменение коэффициента усиления контура в зависимости от входного напряжения, недостаток метода управления по напряжению.

Кроме того, поскольку в токовой схеме управления усилитель ошибки управляет выходным током, а не напряжением, влияние выходной катушки индуктивности на отклик схемы сводится к минимуму, а компенсация упрощается. Схема также демонстрирует большую полосу пропускания по сравнению с устройством управления в режиме напряжения.

Дополнительные преимущества управления по току включают встроенное поимпульсное ограничение тока за счет фиксации команды от усилителя ошибки и упрощенное распределение нагрузки при параллельном использовании нескольких блоков питания.

Какое-то время казалось, что управление по току оставило в прошлом управление по напряжению. Однако, несмотря на то, что на их разработку ушло некоторое время, инженеры обнаружили, что регуляторы управления токовым режимом создают свои собственные проблемы при проектировании.

Основным недостатком является сложность анализа схемы, поскольку топология регулятора теперь включает две петли обратной связи. Второе осложнение — нестабильность «внутреннего» контура управления (несущего токовый сигнал катушки индуктивности) при рабочих циклах выше 50 процентов.Еще одна проблема заключается в том, что, поскольку контур управления создается выходным током катушки индуктивности, резонансы силового каскада могут вносить шум во внутренний контур управления. 3

Ограничение токового регулятора с рабочими циклами менее 50 процентов накладывает серьезные ограничения на входное напряжение устройства. К счастью, проблема нестабильности может быть решена путем «введения» небольшого количества компенсации наклона во внутренний цикл. Этот метод обеспечивает стабильную работу для всех значений коэффициента заполнения ШИМ.

Компенсация наклона достигается путем вычитания пилообразной формы волны напряжения (работающей на тактовой частоте) из выходного сигнала усилителя ошибки. В качестве альтернативы, напряжение наклона компенсации может быть добавлено непосредственно к сигналу тока дросселя (рис. 4).


Рисунок 4: Регулятор управления по току с компенсацией наклона. (Любезно предоставлено Техасскими инструментами)

Математический анализ показывает, что для обеспечения стабильности токового контура наклон компенсационной рампы должен превышать половину наклона вниз кривой тока. 4

В продаже имеется много регуляторов тока. Например, Microsemi предлагает синхронный понижающий («понижающий») регулятор NX7102 с управлением по току. Микросхема может принимать входное напряжение в диапазоне от 4,75 до 18 В и предлагает регулируемое выходное напряжение до 0,925 В. Максимальный выходной ток составляет 3 А, а пиковая эффективность составляет от 90 до 95 процентов в зависимости от входного напряжения.

Со своей стороны, компания Texas Instruments предлагает широкий ассортимент регуляторов тока.Одним из примеров является TPS63060, синхронный понижающе-повышающий («повышающий») стабилизатор 2,4 МГц, обеспечивающий выходное напряжение от 2,5 до 8 В (до 1 А) при напряжении питания от 2,5 до 12 В. Устройство обеспечивает эффективность до 93 процентов и предназначено для мобильных приложений, таких как портативные компьютеры и промышленное измерительное оборудование.

STMicroelectronics также поставляет ряд устройств управления токовым режимом, включая STBB2. Это синхронный повышающе-понижающий регулятор 2,5 МГц, обеспечивающий выходное значение 2,9 или 3.4 В от входа от 2,4 до 5,5 В. Устройство способно подавать до 800 мА с КПД 90% и поставляется в корпусе с шариковой решеткой (BGA).

Возрождение напряжения-режим

Просмотр каталогов некоторых поставщиков полупроводников показывает, что регуляторы управления по напряжению никуда не делись. Причина этого заключается в том, что основные недостатки устройств предыдущего поколения были устранены с помощью метода, называемого упреждением напряжения.

Упреждение по напряжению осуществляется путем изменения наклона линейно изменяющегося сигнала ШИМ с напряжением, пропорциональным входному напряжению.Это обеспечивает соответствующую и корректирующую модуляцию рабочего цикла, независимую от контура обратной связи.

Этот метод улучшает реакцию схемы на переходные процессы в сети и нагрузке, устраняя при этом чувствительность к наличию входного фильтра. Упреждающая связь по напряжению также стабилизирует усиление контура таким образом, что оно больше не зависит от входного напряжения. Незначительным недостатком является некоторая сложность дополнительной схемы, поскольку для определения входного напряжения необходим датчик.

Инженеры могут выбирать из широкого спектра регуляторов управления по напряжению от основных поставщиков.Например, компания Maxim предлагает в своем портфолио несколько устройств управления режимом напряжения, включая MAX5073. Этот импульсный стабилизатор представляет собой повышающе-понижающее устройство 2,2 МГц, работающее от источника питания от 5,5 до 23 В и генерирующее выходное напряжение от 0,8 до 28 В. В понижающем режиме регулятор может выдавать до 2 А.

Аналогичным образом, Intersil предлагает ISL9110A, импульсный стабилизатор 2,5 МГц с управлением по напряжению. Устройство работает в диапазоне входного напряжения от 1,8 до 5,5 В и обеспечивает выходное напряжение 3,3 В до 1.2 А и 95-процентный КПД.

Со своей стороны, компания International Rectifier поставляет IR3891, понижающий стабилизатор с управлением по напряжению с широким диапазоном входного напряжения от 1 до 21 В и выходным диапазоном от 0,5 до 18,06 В. Микросхема имеет диапазон частот переключения 300 кГц. до 1,5 МГц и может подавать до 4 А. IR3891 имеет два выхода.

Выбор технологии

Практически все импульсные регуляторы напряжения используют ШИМ-управление переключающими элементами. Сигнал ШИМ генерируется либо из управляющего напряжения (полученного путем вычитания выходного напряжения из опорного напряжения) в сочетании с пилообразным сигналом, работающим на тактовой частоте для регулятора режима напряжения, либо путем добавления второго контура, возвращающего ток дросселя. для типа текущего режима.Современные устройства в значительной степени преодолели основные недостатки старых конструкций за счет использования таких методов, как прямая связь по напряжению для устройств с управлением по напряжению и компенсация наклона для устройств с токовым режимом.

Результатом этих нововведений является то, что инженеры имеют широкий выбор обоих типов топологии. Импульсные стабилизаторы с управлением по напряжению рекомендуются, когда возможны широкие изменения входной линии или выходной нагрузки, при малых нагрузках (когда наклон рампы управления по току слишком пологий для стабильной работы ШИМ), в шумных приложениях (когда шум от силового каскада попадет в контур обратной связи управления по току), и когда требуется несколько выходных напряжений с хорошей перекрестной стабилизацией.

Устройства управления токовым режимом рекомендуются для применений, где выход питания представляет собой большой ток или очень высокое напряжение; на определенной частоте требуется самый быстрый динамический отклик, колебания входного напряжения ограничены, а также в приложениях, где стоимость и количество компонентов должны быть минимизированы.

Для получения дополнительной информации о деталях, обсуждаемых в этой статье, воспользуйтесь ссылками, предоставленными для доступа к информационным страницам продукта на веб-сайте Digi-Key.

Использованная литература:

  1. « Понимание и применение теории управления током — Практическое руководство по проектированию для работы в режиме непрерывной проводимости с фиксированной частотой », Роберт Шихан, National Semiconductor, октябрь 2007 г.
  2. « Режим напряжения, режим тока (и гистерезисное управление) », Санджая Маниктала, Microsemi, TN-203, 2012.
  3. « Топология импульсного источника питания, режим напряжения и режим тока », Роберт Маммано, Unitrode, DN-62, июнь 1994 г.
  4. « Моделирование, анализ и компенсация преобразователя тока », Texas Instruments, U-97, 1999.

Отказ от ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и/или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

arduino — Почему ШИМ не регулирует напряжение на MOSFET?

Конечно, вы получите 4,99 В. Почему бы и нет? Нет ничего, что могло бы вызвать поведение, которое вы ожидаете. Вы ожидаете, что выход будет вести себя так, как если бы он был отфильтрован через фильтр нижних частот и активно разряжен через указанный фильтр в соответствии с рабочим циклом ШИМ, а не просто заряжен. С незначительной нагрузкой.

Если все, что у вас есть, это конденсатор и небольшой параллельный резистор с линией заземления, переключаемой МОП-транзистором, рабочий цикл не окажет никакого влияния на напряжение.

Когда МОП-транзистор включается, конденсатор (имеющий довольно низкое ESR) будет заряжаться настолько быстро, насколько это возможно — гораздо быстрее, чем 100 кОм разрядит его. По моим оценкам, если предположить, что ESR конденсатора составляет 1 Ом (немного многовато, но не редкость для небольшого алюминиевого электролитического конденсатора), даже при рабочем цикле 1/256 он будет заряжаться до 4,99 В примерно за 40 мс.

Ваша установка не фильтр, а пиковый детектор. Он всегда будет заряжаться до напряжения, которое является пиковым напряжением, которое он видит.Рабочий цикл не изменит это напряжение, а только время, необходимое для его достижения (что при самом низком рабочем цикле составляет примерно 1/25 секунды).

Если вы хотите, чтобы напряжение менялось в зависимости от рабочего цикла, вы должны:

  1. Используйте фильтр нижних частот
  2. Заряжайте и разряжайте конденсатор через этот фильтр с включением/выключением ШИМ, соответствующим заряду/разряду конденсатора.

Простейший фильтр нижних частот представляет собой резистор, включенный последовательно с конденсатором. Если мы позволим конденсатору пассивно заряжаться, подключив его через последовательный резистор с высоким значением к +5 В, то мы можем подключить MOSFET так, чтобы он разряжал конденсатор, когда выходной контакт HIGH , например так:

Резистор 330 Ом предназначен для ограничения тока от источника питания через МОП-транзистор.Но это, наряду с фильтром нижних частот, образованным R1 и C1 , должно дать вам напряжение, которое более или менее зависит от рабочего цикла.

Это, конечно, непрактично для чего-либо, кроме простых приложений типа «аналоговый выход». Вы не можете использовать это для изменения напряжения для любой значимой нагрузки.

Если вы хотите что-то более похожее на блок питания с регулируемой выходной мощностью, это не может быть сделано таким образом. Это требует активного регулирования (поскольку у вас будет переменная нагрузка), а также использования катушки индуктивности вместо резистора (поскольку любой последовательный резистор будет рассеивать слишком много мощности при ограничении тока), использования диода и т. д.

Другими словами, изготовление понижающего преобразователя. Но это выходит за рамки.

Стабилизатор напряжения Pwm IGBT по индивидуальному заказу в Китае Поставщики, производители, фабрика — оптовая цена

Обзоры продуктов

Стабилизатор напряжения Lingfran PWM IGBT имеет жесткое регулирование и высокую скорость коррекции, которую невозможно получить с помощью традиционных методов, таких как сервопривод стабилизаторы напряжения, стабилизаторы SCR/симисторного типа, стабилизаторы релейного типа и т. д.

Это стабилизатор напряжения типа SMPS для сетевого напряжения (вход переменного тока и выход переменного тока). Это новая топология переключения, в которой ШИМ осуществляется непосредственно при переключении переменного тока на переменный без каких-либо гармонических искажений. В этой топологии нет необходимости преобразовывать входной переменный ток в постоянный и снова преобразовывать его обратно в регулируемый выходной переменный ток. Это упрощает конструкцию, уменьшает количество компонентов и повышает эффективность и надежность. Силовой каскад представляет собой управление прерывателем IGBT. Частота прерывания составляет около 20 кГц, что обеспечивает абсолютно бесшумную работу и чистую синусоидальную волну на выходе (без искажения формы волны).

Секция управления основана на контроллере dsPIC, который обеспечивает быструю коррекцию выходного сигнала, что невозможно в обычных стабилизаторах релейного типа или стабилизаторах с сервоуправлением. Схема оснащена ЖК-дисплеем, на котором отображаются все параметры, такие как: входное напряжение, выходное напряжение, подключенная нагрузка, частота и т. д. и разрыв, как разрыв щетки в стабилизаторе с сервоприводом или ухудшение качества реле в стабилизаторе на основе реле.

Это особенно полезно в местах, где требуется очень высокая скорость коррекции, постоянное выходное напряжение, ограничение тока перегрузки и защита от короткого замыкания, плавный пуск, отключение высокого и низкого напряжения, автоматический байпас, отсутствие износа , длительный срок службы и отсутствие обслуживания, что невозможно с другими обычными стабилизаторами релейного типа или сервоуправления.


Технический паспорт



90VAC

Номинальная мощность

3KVA-2000KVA

Диапазон входного напряжения

Однофазное: 220VAC ± 15%

Три фазы : 380vac ± 15%

90VAc ± 15%

Выходное напряжение

Однофазное: 220VAC

Три этапа: 380VAC

Три этапа: 380VAC

Точность выходного напряжения

± 0.

± 0.5%

Номер фазы

однофазные или три фазы

Регулирование напряжения

Трифазное независимое регулирование (применимо только для трехфазной модели)

Частота

50293

50 Гц ± 5% или 60 Гц ± 5%

Дисплей типа

ЖК-экран

Отображаемая информация

Напряжение, ток, Коэффициент мощности, Частота, Операция Статус, процент нагрузки, запись неисправности, запись сигнализации, и т.д.

0

RS485

алюминиевый или 100% меди

Изоляция Класс

F или H

Система байпаса

Автоматический байпас и ручной байпас

Время отклика

≤0.25 мс

Эффективность

≥98%

≥98%

Нагрузка коэффициент мощности

Независимо от

Независимо от

Перегрузка

100% — 110%, 30 минут; 110% — 125%, 10 минут

125% — 150%, 1 минута; 150–200 %, 30 секунд

200–300 %, 5 секунд; 500%, 1 второй

Duty Cycle

100% 80003

от 0 до 100%

Допущенные нагрузки нагрузки

до 100% (применимо только для трехфазной модели)

температура окружающей среды

-10 ° C до + 45 ° C

высота

≤1000 м

относительная влажность

≤95% (без конденсации)

≤95% (неконденсированные)

Изоляция сопротивления

≥10 мм

Выдерживают напряжение

2500V, 1 минута, без блокировки и повреждения

Гармонические искажения

Нет

WaveForm

Pure Sine Wave

акустический шум

≤40 дБ

Защита

Перегрузка, по поводу напряжения, под напряжением, короткое замыкание, и т.д.

Метод охлаждения

принудительное охлаждение воздуха (AF)

Специальность защиты

IP20 (NEMA 1) или открытый IP54 (NEMA 3)

Стандарты

В соответствии с IEC и EN

P.S:

1. Лист технических данных может быть изменен без предварительного уведомления.

2. Технический паспорт с несколькими конфигурациями, пожалуйста, сообщите ваши конкретные требования для точной цены.

3. Доступны услуги по индивидуальному заказу. Пожалуйста, сообщите ваши конкретные требования, если вы не найдете подходящие технические данные в приведенной выше форме.


Product Photo Gallery




  • Как вы можете видеть, стабилизатор напряжения Lingfran PWM IGBT-контроль без каких-либо движущихся частей, которые делают уверен, что это бесшумная работа.


    Преимущества

    Вот 10 основных преимуществ, которые делают нас лучшими в своей области и почему вы всегда должны настаивать на том, чтобы ваше решение по защите электропитания было от Lingfran.

    ★ Высокая производственная мощность.

    Вы вряд ли найдете поставщиков, которые могут производить АРН типа IGBT в Китае, не говоря уже о поставщике, который может производить мощность до 2000 кВА. Остальные поставщики сталкиваются с 2 проблемами: одна — недоступная цена, другая — малая мощность (менее чем 100 кВА).

    После многих лет исследований и разработок компания Lingfran стала единственной компанией, которая может производить стабилизаторы напряжения большой емкости на основе IGBT по доступной цене в Китае!

    ★ Три года гарантии.

    ★ Гарантия высокого качества.

    ★ Конкурентоспособная цена и рентабельность.

    ★ Высокая эффективность, высокая надежность.

    ★ Высокая производительность благодаря передовому микропроцессорному управлению.

    ★ Измерение истинного среднеквадратичного значения, обратная связь и управление.

    ★ 100% мощность (1кВА=0.8кВт).

    ★ Широкий диапазон входного напряжения.

    ★ Инновационный дизайн.

    Статический стабилизатор напряжения Lingfran pwm igbt имеет модульную конструкцию, а каждая фаза контура регулирования напряжения использует технологию многомодульного последовательного резервирования [N+X].


    Область применения

    Основные области применения, в которых могут использоваться устройства, чувствительные к колебаниям напряжения, включают: процессы, машины в целом.

    Продукты питания и напитки: промышленность, интенсивное разведение, пищевая промышленность, упаковка, розлив.

    Третичные услуги и услуги: банки, отели и туристические курорты, центры обработки данных, лаборатории, малый бизнес, частные пользователи.

    Телекоммуникации: телерадиостанции, телекоммуникационные сети.

    Государственный сектор: больницы, государственные учреждения и учреждения.

    Возобновляемые источники: солнечные и ветряные электростанции.

    Hot Tags: статический стабилизатор напряжения pwm IGBT, Китай, поставщики, производители, фабрика, индивидуальные, оптом, дешево, низкая цена, сделано в Китае

    НАСТРОЙКА ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ ДЛЯ ПРИБОРОВ

    Саркис Нерцесян, главный инженер
    Кепко Инк., Флашинг, Нью-Йорк
    Перепечатано из Electronic Engineering Times, 12 августа 1996 г.

    Импульсное преобразование получило широкое распространение в промышленных и OEM-приложениях, где используются фиксированные напряжения и умеренные требования к стабилизации. Но он имел ограниченное применение в источниках питания измерительных приборов из-за сложности получения управления от нуля до максимума с высоким разрешением. Еще одним сдерживающим фактором была необходимость подавления коммутационного шума на выходе источника питания.Такие фильтры обычно делают управление выходом относительно медленным.

    Традиционные конструкции с переключением режимов стремятся быть меньше, легче и эффективнее. Чтобы добиться этого, разработчики расширяют диапазон частот переключения, что приводит к большему шуму, создаваемому МОП-транзисторами и выпрямителями. Паразиты схемы и силовых компонентов имеют тенденцию резонировать на высоких частотах, создавая всплески и всплески высокочастотных колебаний, которые трудно отфильтровать, поскольку они излучаются и могут улавливаться на входных и выходных клеммах.Излучаемый шум может даже улавливаться другими приборами и устройствами, а также соединительными проводами. Это было бы неприемлемо в лабораторных условиях.

    С выпуском новых настольных моделей Kepco серии ABC был достигнут значительный прорыв в области быстрых источников питания для приборов, управляемых интерфейсной платой общего назначения (GPIB).

    ABC — это блок питания настольного типа мощностью 100 Вт со встроенной клавиатурой/контроллером GPIB с возможностью полноценного разговора/прослушивания с использованием топологии режима переключения с нулевым уровнем активности для повышения эффективности, малого веса и небольших размеров.Он имеет коррекцию коэффициента мощности, универсальный вход переменного тока и подавление электромагнитных помех.

    Задача состояла в том, чтобы спроектировать лабораторный источник питания, который обладал бы эффективностью размера и веса высокочастотного переключения, сохраняя при этом скорость, разрешение управления и низкий уровень шума на выходе, которые характеризуют источники питания для измерительных приборов. Кроме того, команда разработчиков постаралась внедрить такие последние достижения в конструкции переключателей, как универсальный (или широкодиапазонный) вход переменного тока с коррекцией коэффициента мощности, чтобы устройство можно было подключить к сети в любой точке мира.

    Со стороны управления микропроцессор использовался для контроля затрат путем интеграции схемы GPIB с интерпретатором клавиатуры источника питания, дисплеем и элементами управления питанием. Микропроцессор постоянно контролирует выходное напряжение и ток источника питания с помощью аналого-цифровых преобразователей. Дисплей обновляется один раз в секунду текущими значениями. Кроме того, значения сохраняются в буфере, чтобы быть доступными для внешнего мониторинга.

    Всякий раз, когда необходимо обработать команду GPIB, микропроцессор прерывает мониторинг и принимает, анализирует (интерпретирует) и выполняет команду GPIB.Микропроцессор также реагирует на ввод с клавиатуры и, конечно же, преобразует все вводимые инструкции в управляющий сигнал, посылаемый на широтно-импульсный модулятор (ШИМ) источника питания через цифро-аналоговый преобразователь. Между входом GPIB и выходом блока питания ABC имеется оптическая изоляция на 500 вольт.

    В ABC Kepco нет такого понятия, как карта GPIB. Управление IEEE-488 является неотъемлемой частью остальной части управления источником питания. Это было применено в семействе из шести моделей в диапазоне от 10 В при 10 А до 125 В при 1 А.В этих моделях не используется какой-либо линейный пострегулятор, а вместо этого используется топология импульсного режима с нулевым значением, чтобы сохранить преимущества размера, веса и эффективности, присущие импульсному преобразованию мощности.

    Одной из целей разработки было обеспечение большого динамического диапазона для обеспечения высокого коэффициента усиления в стабилизирующем контуре управления. Это обеспечило необходимую обратную связь для жесткой стабилизации и позволило увеличить разрешение, необходимое для цифрового управления, до 12 бит.

    Другой целью было разработать сложный выходной фильтр для улавливания высокочастотных пульсаций и шумов.Выходно-стабилизирующая схема представляет собой однотранзисторный прямоходовой преобразователь, работающий на фиксированной частоте переключения 100 кГц. Управление построено на микросхеме Unitrode UCC3570, работающей в режиме управления напряжением с большой линейной амплитудой (от 1 до 4 вольт), генерируемой очень стабильным внутренним генератором. Усилитель ошибки получает сигнал через оптоизолятор от усилителей сравнения напряжения или тока и подает управляющий сигнал на ШИМ.

    Поскольку АВС представляет собой автоматический перекрестный стабилизатор напряжения/тока, то здесь имеются две схемы сравнения — одна по напряжению, другая по току.Каждый имеет запрограммированную ссылку. Многополюсная сеть с нулевой компенсацией используется вокруг каждого усилителя и внутри общего контура регулирования, стабилизирующего источник питания. Используя два каскадных усилителя с правильно спроектированными стабилизирующими цепями, можно было добиться большого коэффициента усиления контура на постоянном токе и низких частотах, что означает стабилизацию линии/нагрузки менее 0,01 процента. Это исключительная производительность для коммутатора.

    Чтобы обеспечить работу до нуля, реализована схема предварительной нагрузки для поддержания минимальной выходной нагрузки всякий раз, когда выходное напряжение или ток приближаются к нулю.

    Основной выходной фильтр сглаживает импульсы коммутатора до чистого постоянного тока. Значения компонентов были тщательно подобраны для обеспечения быстрой программируемости (реакция на программные изменения в течение 2 мс) и отличной реакции на переходные процессы нагрузки (изменение переходных процессов на 5 процентов с последующим восстановлением в течение 200 микросекунд). Подавление шума было достигнуто за счет размещения снабберных цепей в точках, где генерируется шум, и за счет контроля скорости изменения (dV/dt и dI/dt) компонентов переключения мощности.

    Особое внимание было уделено физическому расположению рисунков фольги на печатных платах, а также были разработаны и установлены фильтры, препятствующие распространению как синфазного, так и нормального шума. Это было сделано как для входа переменного тока, так и для выхода постоянного тока.

    Несмотря на то, что ABC спроектирован как настольный прибор, его можно легко интегрировать в автоматические испытательные системы. Встроенный интерфейс позволяет пользователю управлять настройками напряжения, тока, перенапряжения и перегрузки по току, а также считывать значения напряжения, тока и состояния с помощью команд SCPI (IEEE 488.2). Драйвер архитектуры программного обеспечения виртуальной аппаратуры (VISA) предоставляется на диске для пользователей, желающих интегрировать ABC с системами, использующими National Instruments LabView, LabWindows или другие графические интерфейсы.

    Для повышения удобства использования ABC имеет энергонезависимую память для хранения 40 различных комбинаций напряжения, тока, перенапряжения, перегрузки по току и длительности. Их можно загружать для формирования мини-программ или повторяющихся циклов на тренажерах. Еще одним побочным продуктом полностью цифрового подхода является калибровка с помощью клавиатуры.В ABC нет механических триммеров или потенциометров. Все настройки полной шкалы или нуля выполняются с клавиатуры или через соединение GPIB. Они хранятся в памяти и могут быть защищены паролем.

    Стабилизация напряжения для частотно-регулируемых приводов — KEB

    Стабилизация напряжения В этой статье мы обсудим функцию привода KEB, называемую стабилизацией напряжения. Этот пост является частью серии, посвященной различным функциям привода KEB и тому, как их можно использовать для оптимизации характеристик двигателя.Темы предыдущих сообщений включают:


    Посмотрите наше видео с подсветкой на тему стабилизации напряжения.

     

    Входное напряжение определяет выходное напряжение ЧРП

    Одним из многих преимуществ использования частотно-регулируемого привода (ЧРП) для управления электродвигателем является возможность регулировать выходное напряжение двигателя для достижения оптимальной эффективности.

    ЧРП выпрямляет входное напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока через конденсаторы звена постоянного тока.Затем ЧРП использует выход ШИМ для преобразования этой мощности постоянного тока в выходной сигнал переменного тока для двигателя.

    Смотреть: как работает широтно-импульсная модуляция в частотно-регулируемом приводе

    При работе частотно-регулируемого привода в режиме разомкнутого контура выходное напряжение и частота основаны на заданной кривой Вольт/Гц в частотно-регулируемом приводе. Доступное выходное напряжение переменного тока частотно-регулируемого привода зависит от уровня напряжения на шине постоянного тока. А уровень шины постоянного тока зависит от входа переменного тока в ЧРП.

    Базовая работа V/Hz VFD устанавливает линейную зависимость напряжения и частоты вплоть до номинальных значений двигателя.

     

    Таким образом, любое колебание входного напряжения переменного тока может также вызвать колебания выходного напряжения двигателя. Нормальное отклонение напряжения от номинального входного обычно не оказывает заметного влияния на работу двигателя. Однако резкие перепады напряжения на двигателе (пониженное или повышенное напряжение) могут привести к перегреву двигателя и преждевременному выходу его из строя.

     

    В тех случаях, когда могут возникать большие колебания входного напряжения (слабая сеть, мощность генератора), наличие возможности стабилизировать выходное напряжение двигателя независимо от входных колебаний сети переменного тока позволяет системе работать более эффективно и увеличивает срок службы обмотки двигателя.

     

    Что такое стабилизация напряжения?

    И когда мне его использовать? ЧРП

    KEB включают в настройки параметров функцию, называемую стабилизацией напряжения, которая позволяет ЧРП стабилизировать выходное напряжение двигателя в зависимости от требований двигателя.

     

    Примером использования стабилизации напряжения является ситуация, когда номинальное напряжение двигателя ниже, чем входное напряжение привода. KEB VFD рассчитан на диапазон входного напряжения 480±10%.Таким образом, входное напряжение может достигать 528 В переменного тока. Входное напряжение близко к верхнему пределу диапазона напряжения может возникнуть в системе напряжения со слабой сетью. Возможно, уровень напряжения ближе к номинальному при нагрузке на сеть, но напряжение может увеличиваться при снижении общей нагрузки на сеть. Типичным сценарием является ситуация, когда высокие колебания напряжения происходят в вечернее время, когда большинство механизмов выключено.

     

    В этом случае, если номинальное напряжение двигателя составляет 460 В переменного тока (60 Гц) и отсутствует стабилизация выходного напряжения, при увеличении входного напряжения это может эффективно увеличить наклон кривой Вольт/Гц, что приведет к увеличению выходного напряжения на двигателе. на заданной выходной частоте.Неоптимальное более высокое напряжение приведет к более высокому току двигателя, что приведет к повышенному нагреву двигателя. Повышенный ток и нагрев могут отрицательно сказаться на сроке службы обмоток двигателя и его характеристиках.

     

    Функция стабилизации напряжения KEB позволяет пользователю определить, каким будет выходное напряжение двигателя при номинальной выходной частоте. Затем функция стабилизации напряжения удерживает выходное напряжение двигателя на соответствующей кривой Вольт/Гц независимо от каких-либо колебаний входного напряжения и, следовательно, колебаний шины постоянного тока в приводе.В случае, когда входное напряжение превышает номинальное напряжение двигателя, функция стабилизации напряжения ЧРП KEB ограничивает выходное напряжение двигателя кривой Вольт/Гц на основе значений, введенных в ЧРП KEB.

    Рисунок 72 – Стабилизация напряжения

     

    Включение стабилизации напряжения приводит к оптимальной кривой В/Гц даже в ситуациях с высоким входным напряжением привода.

     

    В приведенном выше примере ( Рисунок 72 ) выходное напряжение двигателя установлено на 460 В переменного тока при частоте 60 Гц.Если бы не активирована стабилизация напряжения, мощность двигателя увеличилась бы на отношение входного напряжения к номинальному напряжению двигателя. В этом случае оно будет увеличено на соотношение 528 В переменного тока/460 В переменного тока = 1,15. Таким образом, если двигатель работал с частотой 30 Гц, выходное напряжение должно быть 230 В переменного тока. Без стабилизации напряжения выходное напряжение двигателя было бы 230 В переменного тока * 1,15 = 264,5 В переменного тока.

     

    Такая же ситуация возникает при работе двигателя с более низким напряжением, чем обычно в США.Например, европейский двигатель, рассчитанный на 400 В переменного тока/50 Гц или 380 В переменного тока/60 Гц. В этом случае функция стабилизации напряжения позволяет пользователю ограничить выходное напряжение на заданной частоте, чтобы оно соответствовало кривой Вольт/Гц двигателя, которым управляет ЧРП.

     

    Результаты производительности

    Когда активируется стабилизация напряжения ЧРП KEB, кривая Вольт/Гц для двигателя определяется в программном обеспечении ЧРП. Если входное напряжение падает ниже номинального напряжения двигателя, ЧРП будет по-прежнему следовать правильной кривой Вольт/Гц, пока не будет достигнут предел выходного напряжения.Когда требуемое выходное напряжение двигателя равно входному напряжению, выходное напряжение двигателя останется на этом уровне. Если стабилизация напряжения не активирована, снижение входного сетевого напряжения приведет к уменьшению наклона кривой Вольт/Гц, что приведет к более низкому, чем требуется, напряжению на клеммах двигателя. Более низкое напряжение может привести к увеличению тока и нагреву двигателя, а также к снижению его производительности.

    Рисунок 73 – Ускорение с нагрузкой

     

    В этом случае ( Рисунок 73 ) использование стабилизации напряжения приводит к снижению потребления тока

    Рисунок 74 – Торможение высокоинерционного привода от 80 Гц

     

    Стабилизация напряжения обеспечивает оптимальное выходное напряжение, особенно при ремонтных нагрузках (см. Рисунок 74 ).

     

    Повышение производительности вала двигателя

    Используя функцию стабилизации напряжения VFD KEB, можно настроить приложения для работы с максимально возможной эффективностью. Повышение производительности и срока службы двигателя позволяет машиностроителям и конечным пользователям получать максимальную отдачу от своих инвестиций.

     

    Улучшенные машины с улучшенными приводами

    Свяжитесь с инженером KEB America, чтобы обсудить вашу сложную проблему. Давайте обсудим, как расширенные функции приводов KEB могут помочь вам решить вашу задачу.

     

     

    Статический стабилизатор напряжения – Levicon India Systems

    Именно благодаря топологии этот стабилизатор имеет очень высокий КПД. В этой топологии только разностная мощность коммутируется через БТИЗ, как описано в разделе «Рабочая работа», 1/5 от общей мощности коммутируется только через БТИЗ даже в худшем случае. В противном случае в обычном случае она составляет менее 1/15 общей мощности. Так для стабилизатора 10кВА в худшем случае 2кВА коммутируется через IGBT.Ток через IGBT будет 2000ВА ± 180В = 11А.

    • Потеря проводимости

    БТИЗ IKW75N60T компании Infineon имеет падение напряжения (Vce(sat)) 1,8 В в
    наихудшем случае. Таким образом, потери проводимости = 1,8 В x 11 А = 20 ВА. Это будет
    в двух IGBT, поэтому общие потери проводимости будут 40 ВА.

    • Потери на диоде

    Максимальное прямое падение напряжения на диоде IGBT составляет 1,7 В. Таким образом, потери проводимости в диоде составляют 1,7 В x 11 А = 19 ВА. Для этого потребуется два IGBT, поэтому общие потери на проводимость диода составят 38 ВА.

    • Потери при переключении

    Оптимальная выбранная частота переключения составляет 18 кГц, поэтому мы можем минимизировать потери при переключении и не будет слышимого шума. Коммутационные потери на IGBT при полной нагрузке (11 А) составляют 30 ВА. Это будет два IGBT, поэтому общие потери при переключении составят 60 ВА.

    • Потери трансформатора

    Экономичный повышающе-понижающий трансформатор, согласно нашим данным об обмотках, будет иметь КПД выше 95% при полной нагрузке. Так потери в трансформаторе
    составляют 5%.Потери в трансформаторе = 2000 ВА x 5% = 100 ВА.

    Общие потери в системе = потери на проводимость + потери на диоде + потери на переключение + потери в трансформаторе на входе будет
    10000 ВА + 238 ВА = 10238 ВА

    Таким образом, эффективность системы = выходная мощность x 100 = 10000 x 100 = 97,68% Входная мощность 10238

    Общая эффективность системы = 97,68%

    повысить КПД трансформатора до 98% с использованием сердечника CRGO, тогда потери трансформатора составят 40 ВА при полной нагрузке.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.