Стабилизатор напряжения это что: Что такое стабилизатор напряжения, принцип работы и типы

Стабилизатор напряжения - что это, какие бывают и в чем их отличия?
Сейчас в магазинах можно увидеть множество стабилизаторов разных типов. Каждый тип стабилизатора имеет свой способ стабилизации напряжения. Каждый из способов стабилизации напряжения имеет свои достоинства и свои недостатки. Если классифицировать стабилизаторы напряжения по способу стабилизации, получиться следующая таблица:

Стабилизаторы напряжения бывают

Ступенчатые корректоры напряжения Электромеханические стабилизаторы Редкие или устаревшие типы стабилизаторов
1. Стабилизаторы напряжения на механических реле
2. Стабилизаторы напряжения на твердотопливных реле (тиристорах)
3. Электромеханические стабилизаторы с электроприводом 4. Феррорезонансные стабилизаторы
5. Стабилизаторы с двойным преобразованием
6. Компенсационные стабилизаторы напряжения

Ступенчатые корректоры напряжения» являются на сегодняшний день самым распространенным типом стабилизаторов. Поэтому мы достаточно подробно опишем их принцип работы.
Внутри стабилизатора находиться трансформатор. Для простоты понимания трансформатор можно представить в виде стопки железных пластинок, вокруг которых намотаны несколько мотков проволоки.
 
Принцип стабилизации напряжения очень прост. Он основан на эффекте «электромагнитной индукции». Для нас важно понять, что одним из проявлений этого эффекта будет следующая ситуация:
  • Например, на первичной обмотке трансформатора 10 витков проволоки, к этим виткам подключено напряжение из городской сети в 220 вольт.
  • Если на вторичной обмотке в это время будет тоже 10 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет тоже 220 вольт.
  • Если на вторичной обмотке в это время будет только 5 витков проволоки, то напряжение, которое будет выходить из трансформатора, будет уже 110 вольт.
То есть, возникает полезный эффект, который заключается в том, что
если менять количество витков на вторичной обмотке, то можно менять напряжение, которое проходит через стабилизатор
.

Зависимость изменений напряжения от изменения количества витков можно представить следующим образом:

Напряжение в городской сети, которое входит трансформатор Количество витков на первичной обмотке Действие
(подключаем
или отключаем обмотки)
Количество витков на вторичной обмотке Напряжение, которое выходит из трансформатора
220 вольт 10 Ничего не меняем 10 220 вольт
220 вольт 10 Отключаем 2 обмотки 8 176 вольт
220 вольт 10 Подключаем 2 обмотки 12 264 вольта

На самом деле, и первичная и вторичная обмотка трансформатора состоят из сотен витков. Стабилизатор, подключая и отключая обмотки, может легко стабилизировать напряжение до нормы. Упрощая, можно сказать, что
если к вторичной обмотке добавить 3 витка, это увеличит напряжение на 1 вольт, если убрать 3 витка - уменьшит напряжение на 1 вольт
.

Пример:

Допустим, напряжение в сети упало до 200 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо добавить еще 20 вольт, что означает, что нужно к вторичной обмотке добавить ещё (3 х 20) = 60 витков.
Допустим, напряжение в сети повысилось до 250 вольт, чтобы оно стало нормальным (220 вольт), стабилизатору надо убавить его на 30 вольт, что означает, что от вторичной обмотки нужно убрать ещё (30 х 3) = 90 витков.

Теперь стало понятно, как трансформатор стабилизирует напряжение, он просто подключает и отключает обмотки на трансформаторе.

Но как происходит это подключение и отключение?
Это происходит благодаря специальному устройству, которое называется «реле». Это простое устройство выполняет только одну функцию: оно как «выключатель» замыкает, или размыкает электрическую цепь. Разница между «реле» и обычным «выключателем» в том, что реле можно управлять.

В упрощенном виде процесс управления можно представить так:
Послала плата управления стабилизатора «сигнал» реле, реле включилось, и замкнуло обмотку. Послала плата управления ещё один «сигнал» реле, реле выключилось и разомкнуло обмотку.

Теперь мы вплотную подошли, к ответу на вопрос, почему же этот тип стабилизаторов называется «ступенчатым корректором». Для начала вспомним, что допустимым напряжением по Российским и Международным стандартам является напряжение в интервале от 200 до 240 вольт. То есть, для нормальной и безопасной работы бытовых приборов напряжение ровно в 220 вольт не требуется. Исходя из этого норматива, был спроектирован такой вид стабилизаторов как «ступенчатые корректоры напряжения».

Большинство стабилизаторов данного типа имеют «шаг» в 15 вольт. Это означает, что если напряжение понизиться, например, более чем на 15 вольт, то есть, в сети было напряжение 220 вольт и вдруг упало до 205. Тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, которая будет состоять из (3 витка х 15 вольт) = 45 витков, в этом случае напряжение, которое будет выходить из стабилизатора, станет 220 вольт. Если напряжение в сети опять упадет с 205 вольт уже до 190 вольт, тогда стабилизатор подключит ещё одну обмотку, ещё дополнительно 45 витков, тогда напряжение из стабилизатора опять станет 220 вольт и так далее. Соответственно, если напряжение в сети было 220 вольт, а стало 235 вольт, тогда стабилизатор отключит обмотку, и, тем самым, уменьшит напряжение до нормы.

Многие стабилизаторы имеют интервал входящих напряжений от 160 до 260 вольт. Это означает, если в вашей городской сети в вашей розетке будет напряжение от 160 до 260 вольт, тогда стабилизатор, пропуская напряжение через себя (через трансформатор), обязан скорректировать его до нормы, при этом нормой будет считаться напряжение от 200 до 240 вольт.
В реальности это будет выглядеть так. Допустим, напряжение в вашей розетке по причинам перегруженности по вечерам (все приходят домой с работы включают бытовые электроприборы и свет) будет понижаться с 220 до 176 вольт.

Стабилизатор «выравнивает» напряжение только после того как оно опуститься ниже определенного значения. В данном случае этим значением является 208 вольт. Как только напряжение опускается ниже нормы, стабилизатор подключает обмотку и выравнивает напряжение. Поэтому этот тип стабилизаторов получил название ступенчатый корректор.

Сразу возникает вопрос, а почему нельзя сделать много отдельных обмоток, и много реле, чтобы напряжение, которое выходит из стабилизатора, было всегда около 220 вольт, и не опускалось до 208? Сделать можно, но возникают следующие трудности:

1) Если сделать больше 5 отдельных обмоток, тогда при включении стабилизатора будет раздаваться очень сильный дребезжащий звук, который будет очень сильно нервировать. Причина этого явления в том, что многие обмотки, как правило, при включении не задействованы, они вносят дисбаланс в магнитное поле трансформатора.

2) Если сделать много реле, потребуется гораздо более сложная плата управления и много дополнительных реле, которые удорожат стабилизатор на столько, что цена для стабилизатора такой же мощности вырастет в 1.5 -2 раза, а какой смысл удорожать, если напряжение и так находиться в пределах нормы.

3) Существует зависимость, что чем ниже входящее напряжение, тем больше увеличивается ток. Об этом будет подробнее рассказано дальше, в данном случае это означает, что при пониженных напряжениях в сети (ниже 180 вольт), чем ближе выходящее напряжение из стабилизатора будет к значению 220 вольт, тем больше будет ток. Чем больше ток, тем мощнее требуется трансформатор.

При прочих равных условиях, потребуется на 25 % более мощный трансформатор, а это в свою очередь ещё больше удорожит стабилизатор.

Все типы стабилизаторов, относящиеся к ступенчатым корректорам, работают по этому принципу. В свою очередь, этот тип стабилизаторов подразделяется на два больших подвида, а именно.

Стабилизаторы на механических реле, и на твердотельных реле (тиристорах). Хотя обычные механические реле и тиристоры совершенно разные устройства, функция, выполняемая ими в стабилизаторах, у них абсолютно одинакова. Эта функция, как вы уже знаете, подключать и отключать обмотки, то есть, и механическое реле (электромагнитное) и твердотельное реле (тиристор) по команде, полученной от платы управления стабилизатором, либо размыкают, либо замыкают обмотки трансформатора между собой. Важно понять, несмотря на то, что принципы работы у них абсолютно разные, на работу стабилизатора это никак не влияет. Если говорить о бытовых стабилизаторах для дома (мощностью до 10 киловатт), принципиально тиристоры имеют только одно неоспоримое преимущество перед механическими реле, а именно, тиристоры в отличие от механических реле работают абсолютно бесшумно, в остальном «высоко технологичность» тиристоров для потребителя никак не проявляется. Остальные плюсы и минусы механических и твердотельных реле (только в контексте использования их в стабилизаторах) можно увидеть в следующей таблице.

 

Механическое реле (электромагнитное)

+

  1. Относительно низкая стоимость самих реле.
  2. Возможность использовать простую недорогую и надежную аналоговую плату управления (без микроконтроллеров), благодаря которой стабилизатор может выдерживать десятки перепадов напряжения подряд, при этом он будет стабилизировать напряжение.
  3. Сбалансированная скорость переключения реле (10 миллисекунд), позволяет переключать обмотки со скоростью достаточной, чтобы напряжение не пропало, и одновременно не позволяет им замкнуть более двух обмоток одновременно, если это произойдет, будет короткое замыкание.
  4. Не вносят помех в момент переключения.

-

  1. Максимальная мощность стабилизатора 10 кв. Это связанно с тем, что самое мощное из существующих реле пригодное для использования в стабилизаторах, не может выдерживать больше 10 кв. (около 12 000 вольт-ампер)
  2. Шум (щелчки) в момент переключения реле.
  3. Ресурс работы 10 тыс. циклов включения выключения (около 2 лет работы)
  4. Из-за возникновения дугового разряда при переключении реле их нельзя использовать во взрывоопасной среде.
Твердотопливное реле (тиристор)

+

  1. Ресурс работы более 1 млрд. срабатываний.
  2. Отсутствие шума при работе
  3. Отсутствие дугового разряда при размыкании. (Применение во взрывоопасной среде. Например, на заправке).
  4. Относительно малое энергопотребление.
  5. Возможность изготавливать стабилизаторы напряжения до 500 киловатт.

-

  1. Высокое быстродействие (время переключения близкое к нулю), применительно к стабилизаторам является проблемой, потому что скоростисрабатывания почти мгновенны, возникает большой риск, что тиристоры замкнут несколько обмоток одновременно, в результате чего сгорит либо самстабилизатор, либо то что в него включено. Чтобы этого не произошло нужна сложная и дорогая микропроцессорная плата управления, которая искусственно «тормозит» и синхронизирует работу тиристоров. Поэтому фактическая скорость срабатывания в стабилизаторах тиристоров обычно сопоставима или ниже чем скорость срабатывания механических реле.
  2. Микроконтроллерное управление (работой управляет микроконтроллер, можно представить как очень упрощенный вид процессора, стоящего в вашем компьютере ), в стабилизаторах имеет большой минус.
По мимо того, что такая плата будет относительно дорогой. Самой большой проблемой будет то, что такая плата при скачках напряжения будет «подвисать», так как, например, подвисает компьютер. Ведь микропроцессор, чтобы переключить тиристор, должен узнать какое сейчас напряжение в сети. 4-5 перепадов напряжения подряд, приводят либо к включению защиты, которая выключает стабилизатор, либо, если эта защита не сработает, плата управления стабилизатором просто сгорит, или в ней собьются настройки синхронизации и тогда сгорят тиристоры. Аналоговая плата управления практически нечувствительна к перепадам напряжения. После срабатывания защиты стабилизатор можно перезапустить только вручную (заново выключить и включить стабилизатор), что достаточно неудобно.

Микроконтроллерное управление, в случае использования тиристоров является необходимостью и слабым местом стабилизатора, так как оно, к сожалению, несет с собой сопутствующие проблемы. Так происходит, потому что никакой другой прибор, кроме стабилизаторов напряжения не предназначен для постоянной работы в сети с постоянными колебаниями (не постоянном напряжении, а именно, колебаниями) напряжения от 120 до 280 вольт.

Сильное удорожание тиристорных стабилизаторов возникает не из-за того что напряжение становиться «качественнее», оно такое же как и у всех ступенчатых корректоров плавает в определенном диапазоне, а из-за того, что тиристоры сами по себе очень дороги, и ещё требуют дорогую и сложную плату управления с использованием очень качественных комплектующих. Из этого вывод, что использование тиристорных стабилизаторов, имеет смысл в трех случаях:

1) Требуемая мощность более 10 киловатт
2) Необходимо использовать стабилизатор во взрывоопасной среде
3) Требуется абсолютная тишина.

Поскольку, первый и второй пункт как правило в быту (дома) не требуется, то как мы уже и говорили, остается только плюс «тишины». Плюс, за который придется заплатить в 2.5 - 3 раза больше, по сравнения со стоимостью аналогичного по мощности стабилизатора на обычных электромагнитных реле.
Как отмечалось, срок службы тиристоров в сотни раз превосходит срок службы реле, но, к сожалению, у других элементов платы управления стабилизатором, как и у трансформатора, срок службы намного скромнее.
Тиристорные стабилизаторы твердо занимают рыночную нишу, в стабилизаторах мощностью от 10 до 100 киловатт, так как не имеют в этом диапазоне прямых аналогов. Для такой мощности тиристорный стабилизатор будет лучшим по соотношению цена – качество.

Стоит отметить, что общим «минусом» всех ступенчатых корректоров, является то, что в момент переключения реле (или тиристоров) происходит небольшой перепад напряжения в 10 - 15 вольт, при этом ваши лампочки накаливания будут слегка менять интенсивность свечения. Обычно это не заметно, но если такое обнаружиться, это является особенностью конструкции (ступенчатой коррекции), а не браком.

«Электромеханические стабилизаторы» - большой класс стабилизаторов, в свое время очень широко распространенных на рынке, но в последние годы очень сильно потесненные «ступенчатыми корректорами», которые в обиходе и для удобства обычно называют «релейными».
Принцип их работы такой же, как и у «релейных», то есть стабилизатор, чтобы скорректировать напряжение меняет количество обмоток, но делает он это весьма специфическим образом:
 


Принцип работы очень прост, плата управления (аналоговая) проверяет какое в данный момент напряжение попадает в стабилизатор. Затем, если оно выходит за пределы допустимого, дает команду электродвигателю, электродвигатель в свою очередь в зависимости от команды двигает угольный контакт (щетку) в нужную сторону.
Если нужно понизить напряжение (допустим, оно у вас в сети 240 вольт) – контакт перемещается влево, уменьшая количество обмоток, тем самым снижая напряжение. Если нужно повысить напряжение (допустим, оно у вас в сети 160 вольт) – контакт перемещается вправо, увеличивая количество обмоток, тем самым повышая напряжение, которые выходит из стабилизатора. Этот тип стабилизаторов напряжения имеет следующие плюсы и минусы.

+ПЛЮСЫ:

  • Возможность изготавливать стабилизаторы практически без ограничений по мощности, то есть, теоретически можно изготовить сколь угодно мощный стабилизатор, что ценно для промышленного использования (но совершенно не ценно для использования в быту).
  • Очень высокая точность напряжения, которое выходит из стабилизатора,nbsp;максимальное отклонение от 220 вольт, обычно не превышает +\- 5 вольт.
  • Возможность настраивать уровень напряжения, которое выходит из стабилизатора, обычно есть переключатель, которым можно выставить нужное напряжение, например, 110 вольт или 220 вольт. Или для импортной техники 230 или 240 вольт.
  • Высокая надежность электронных компонентов стабилизатора, так как они очень простые и надежные по конструкции.
-МИНУСЫ:
  • Удорожание на 20 – 25 % по сравнению со стабилизаторами на механических реле, связанное с тем, что по конструкции требуется гораздо более мощный трансформатор, чем потребовался бы на «релейный стабилизатор» такой же мощности.
  • Наличие механических частей (электродвигателя и трущихся частей), угольного контакта, приводит к относительно быстрому износу прибора (первые поломки могут начаться после полугода использования, зачастую, это не брак, а особенности конструкции). Двигатель (особенно если он китайского производства) начинает заклинивать от частых скачков напряжения, а, следовательно, частых перемещений щетки. Стирается угольный контакт, что в лучшем случае приводит к сильному искрения, а в худшем - к короткому замыканию. Эти стабилизаторы для безопасного использования необходимо регулярно (раз в полгода минимум) обслуживать, осматривать состояние механических (трущихся) частей и чистить от пыли.
  • Движения «щетки» при работе (поворотам вправо \ влево по катушке) зачастую сопровождаются неприятным звуком.
  • Очень низкая скорость быстродействия (при резких изменениях напряжения сети стабилизатор не успевает срабатывать), и очень низкое/высокое напряжение кратковременно подается на вашу бытовую технику.
Это связанно с тем, что максимальная скорость перемещения контакт 40 вольт \ секунда. Это означает, что если в вашей сети было, например, 160 вольт, а вдруг стало 220 (где-то отключили мощный потребитель энергии), то у вас, пока щетка «доедет» до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать напряжение до 280 - 300 вольт, в течение примерно двух секунд. Если не дай бог ваш сосед из частного дома напротив или в гараже подключенного к сети дома «балуется» сварочный аппаратом (или есть постоянные большие перепады напряжения) тогда, ваш механический стабилизатор принесет больше вреда, чем пользы. Так как на нем не стоит защита от высоковольтных скачков. (А на 90 % механических стабилизаторов она, почему-то, не стоит. Не путать с защитой от повышенного напряжения, это другое.) Тогда, в случае мгновенного перепада со 160 до 220 вольт, ваш стабилизатор на пару секунд добавит (220 – 160) = 60 вольт сверху (всего станет 280 вольт), этого может быть достаточно, чтобы почти гарантированно «убить» всю бытовую технику в доме. Качественный механический стабилизатор должен в таком случае отключиться на время, чтобы такое повышенное напряжение не попало в ваши приборы.
  • Механический стабилизатор очень не желательно использовать с электродвигателями (особенно мощными), так как при включении таких двигателей на несколько секунд возникает такое явление как пусковые токи, которые приводят к тому, что на 1-2 секунды нагрузка на стабилизатор вырастает примерно в два раза. Что может привезти к разрушению угольного контакта и короткому замыканию.
Как резюме, механические стабилизаторы для бытового применения имеет смысл использовать в случаях:
  1. Если у вас нет больших и регулярных перепадов напряжения, например, у вас в городской сети постоянно пониженное напряжение около 170 – 180 вольт, или постоянно повышенное более 240, тогда использование механического стабилизатора будет оптимальным. Так как напряжение, которое он будет выдавать, будет наиболее качественным (близким к 220 вольтам).
  2. Если вам хочется, чтобы лампочки никогда «не моргали», механический стабилизатор будет также лучшим решением, так как регулировка (подключение и отключение витков) происходит очень плавно.
«Феррорезонансные стабилизаторы».
Были разработаны в середине 60 годов прошлого века. В то время бытовые феррорезонансные стабилизаторы получили очень широкое распространение в СССР. Обычно через них подключали телевизоры, имевшие на тот момент очень несовершенные блоки питания, которые часто не справлялись даже с небольшими колебаниями напряжения.
Феррорезонансный стабилизатор это очень простое устройство, которое состоит из двух и более катушек проволоки, намотанных на металлические стержни, (по сути это те же трансформаторы) и одного или нескольких больших конденсаторов, и работает на основе принципа феррорезонанса. Стержни должны быть разделены и должны находиться на определенном расстоянии друг от друга.
Феррорезонанс - это явление, при котором возникает резонанс (усиленное колебание электромагнитного поля) между трансформаторами.

Полезный эффект этого явления состоит в том, что в такой конструкции стабилизатора напряжение, попадающее на трансформатор «А» из вашей сети, практически не влияет на напряжение, которое становится в трансформаторе «Б», из которого напряжение попадает в ваши приборы, при этом напряжение на трансформаторе «Б» практически не отклоняется от заданной величины.
 


+ПЛЮСЫ:
  • Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1-3%.
  • Высокая скорость регулирования, практически мгновенная.
  • Высочайшая надежность, поскольку внутри прибора нет электронных компонентов.
  • Срок работы более 20 лет.
-МИНУСЫ:
  • Повышенный уровень шума.
  • Зависимость качества стабилизации от величины нагрузки.
  • Низкий коэффициент полезного действия
  • Очень большие габариты
  • Очень высокая цена, по сравнению с любыми другими типами стабилизаторов.
Подобный тип стабилизатор до сих пор используется в аэропортах, метро, больницах, стратегических объектах, поскольку является самым надежным из существующих в мире стабилизаторов напряжения. Использование данного типа стабилизаторов гарантирует стабильную работу, а кроме того самое высокое качество напряжение.

«Стабилизаторы напряжения с двойным преобразованием» - по объективным причинам очень мало распространенный тип стабилизаторов напряжения не только в России, но и в мире.
Свое название этот прибор получил из-за своего принципа работы, а именно, потому, что прибор стабилизирует напряжение методом двойного преобразования электрического тока. Все знают, или во всяком случае слышали, что электрический ток бывает постоянный и переменный.

Если вы забыли, что такое электрический ток, можете посмотреть в начале нашей статьи. Самое главное это вспомнить, что ток по сути - это поток (как поток воды) электронов.

Переменным током называют такой ток, который периодически изменяется по величине, частоте и направлению. В нашей обычной розетке дома переменный ток, в высоковольтных электрических сетях тоже переменный ток.

Постоянным током называют такой ток, который никак не изменяется. Такой ток есть в обычных батарейках, в аккумуляторе вашей машины. Практически все электронные приборы (электронные схемы) работают на постоянном токе. Поэтому во всех устройствах есть блоки питания - внешние или внутренние, (например, как у вашего ноутбука или сотового телефона), которые как раз и преобразуют переменный ток в постоянный.

Два принципиальных отличия переменного и постоянного Ответы на, безусловно, интересные вопросы, почему же электроны движутся именно от «минуса» к «плюсу» и зачем люди используют два вида тока, можно найти в любом школьном учебнике физики.
Теперь, когда стало понятно, что же такое постоянный и переменный ток, рассмотрим принцип работы стабилизатора напряжения с двойным предобразованием.
Хотя в интернете можно найти много сложных схем подобных стабилизаторов, в большинстве своем трудных для понимания. Тем не менее, принцип работы таких стабилизаторов очень прост.

Схема работы стабилизатора с системой двойного преобразования:
 


По сути, переменный ток, попадая в стабилизатор, преобразуется в постоянный. В момент преобразования можно легко регулировать напряжение переменного тока. То есть, если напряжение в сети будет меняться от 160 до 240 вольт, то после преобразования в выпрямители, напряжение будет постойной величиной, допустим, напряжение станет 220 вольт, но уже постоянного тока.
Для многих приборов и бытовой техники постоянный ток не подходит, например, не подходит для электродвигателей и ламп накаливания. Они попросту сгорят, если подать на них постоянный ток. Поэтому, постоянный ток перед тем, как он выйдет из стабилизатора и попадет в ваши приборы надо преобразовать в переменный ток. Для этого используется устройство под названием инвертор, которое преобразует постоянный ток в переменный. (Про инверторы более подробно будет написано в других статьях).
В результате, на выходе из стабилизатора мы получаем напряжение, которое почти равно 220 вольтам переменного тока, то есть, такое, какое и было в городской сети.

+ПЛЮСЫ:

  • Высокая точность выходного напряжения, отклонение не более 1%.
  • Высокая скорость регулирования
-МИНУСЫ:
  • Очень высокая цена, сопоставимая с ценой феррорезонансных стабилизаторов. Это связанно с тем, что самой проблемной деталью такого стабилизатора является инвертор. Устройство очень сложное и очень дорогое, предназначенное для работы очень ограниченное время, от получаса до пары суток. А стабилизатор напряжения, должен работать непрерывно - годы. Так как в процессе преобразования постоянного тока в переменный, инвертор (а конкретно транзисторы в нем) очень сильно перегревается, если прибор не отключится, он просто сгорит. Чтобы этого не произошло, для использования в стабилизаторах инвертор надо делать с очень большим запасом по мощности, а также ставить мощную систему охлаждения. В результате чего получается очень сложное и крайне ненадежное устройство.
  • Максимальная мощность ограниченна 5 киловаттами, можно сделать больше, но цена будет такая, что проще будет купить автономный генератор и запас солярки на 3 года вперед.
  • Прибор очень сильно греется, поэтому требует постоянной работы охлаждающих систем. В случае их выхода их поломки прибор очень быстро выйдет из строя.
  • Крайне низкая надежность, сопоставимая с электромеханическими стабилизаторами. Так как в приборе очень много электронных компонентов, очень сложная система управления. В этом приборе огромная нагрузка на детали, которая требует очень качественных и очень дорогих комплектующих.
  • Зачастую, хоть это и отрицается или замалчивается производителями, данный тип стабилизатора существенно искажает форму синусоиды переменного тока, в результате чего получается нечто среднее между нормальным «волной» переменного тока и ровной линией постоянного. Такой ток быстро выводит из строя электродвигатели или любую другую аппаратуру или бытовую технику, рассчитанную на переменный ток. В очень дорогих моделях форма синусоиды наиболее приближенна к оригинальной, но, естественно, не является полностью идентичной.
Данный тип стабилизаторов используется, как правило, для защиты очень дорогой профессиональной музыкальной аппаратуры и дорогого медицинского оборудования. Из-за цены и прочих проблем обычно не используется в быту.

«Компенсационные стабилизаторы напряжения» производятся, как правило, большой мощности - от 75 киловатт и выше (до 2000 киловатт). И используются для промышленности. В очень редких случаях люди покупают их для использования в коттеджах.
Этот тип стабилизатора можно отнести к дальним родственникам механических стабилизаторов, о которых рассказывалось ранее, но в отличие от них имеет несколько иное конструктивное исполнение, а самое главное избавлен от одного очень важно недостатка.

Вы помните, что одним из самых больших недостатков механических стабилизаторов является их быстродействие, то есть, если напряжение быстро изменится, за то время, пока «щетка» доедет до нужной обмотки, стабилизатор будет выдавать либо очень высокое, либо очень низкое напряжение. Компенсационный стабилизатор лишен этого недостатка. В его конструкции предусмотрен ещё один дополнительный трансформатор и емкости, которые в то время, пока «щетка» доезжает до нужной обмотки, на какое-то время сглаживает или компенсирует перепад напряжения. Поэтому этот тип стабилизатора и получил название «компенсационный».
Этот тип стабилизаторов имеет все плюсы и минусы электромеханических стабилизаторов, кроме одного большего минуса, а именно, минуса «скорости стабилизации».

Стабилизаторы напряжения. Виды и устройство. Особенности

Многие люди знают, что такое перебои и скачки напряжения в электрической сети. Одно дело, когда от этого просто мигают лампочки, и могут сгореть. А другое дело, когда от перепадов напряжения сгорит стиральная машина или холодильник. Это существенно ударит по семейному бюджету. Импортная бытовая техника не рассчитана на такие скачки напряжения, которые часто происходят в отечественных сетях. Чтобы защитить себя от риска возникновения неисправностей в домашних бытовых устройствах, необходимо обзавестись стабилизатором напряжения, который выбирается по суммарной мощности устройств, которые будут работать в вашей домашней сети.

Содержание

Разновидности

Стабилизаторы напряжения – это приборы, которые выравнивают величину напряжения питания до тех параметров, которые соответствуют стандартным значениям, а также очищают напряжение от высокочастотных помех. Вид стабилизатора определяет тип основного встроенного механизма, который выполняет функции стабилизатора.

Стабилизаторы напряжения делятся на два основных вида:
  1. Накапливающие.
  2. Корректирующие.

Первый вид стабилизаторов в настоящее время не используется, так как они имеют большие размеры. Ранее они использовались в сфере производства, а не в бытовых условиях. Стабилизаторы напряжения накапливающего действия функционируют с помощью накопления электрической энергии в емкости, и далее получают от этой емкости необходимый электрический ток с нужными параметрами. По аналогичному принципу работают источники бесперебойного питания.

Корректирующие стабилизаторы напряжения чаще всего включают в себя блок управления. Он реагирует на перепады напряжения в одну или другую сторону, и при этом подключает соответствующую обмотку трансформатора. Корректирующие стабилизаторы нашли широкое применение в бытовых условиях.

Они в свою очередь разделяются на несколько видов:
  • Релейные.
  • Электронные (тиристорные).
  • Феррорезонансные.
  • Электромеханические.
  • Инверторные.
  • Линейные.
Конструктивные особенности и работа

Корректирующий тип стабилизаторов стал наиболее популярным в быту.

Релейные стабилизаторы напряжения

Стали наиболее популярными, ввиду их невысокой стоимости и качества работы. Основным достоинством релейных стабилизаторов является их быстродействие. Они очень быстро срабатывают при изменениях напряжения, и возвращают его величину в стандартные пределы, осуществляя этим защиту бытовых устройств.

Из недостатков можно отметить, что при срабатывании реле возникает резкий скачок напряжения величиной 5-15 вольт, в зависимости от фирмы изготовителя. Для бытовой техники такой скачок не окажет негативного влияния, однако освещение при этом будет мигать заметно. Поэтому при работе релейного стабилизатора иногда наблюдается моргание ламп накаливания, в то время, как энергосберегающие и люминесцентные лампы на это не реагируют.

Как и в других видах стабилизатора, основным элементом релейной модели является силовой трансформатор и блок управления на полупроводниковых элементах. Электронный блок стабилизатора выполнен в виде мощного микроконтроллера, который анализирует напряжение на входе и выходе. В результате он вырабатывает сигналы управления для силовых реле или ключей. Микроконтроллер при создании напряжения управления учитывает время срабатывания силовых реле и ключей. Это дает возможность выполнять коммутацию цепей без их разрыва. В итоге форма графика выходного напряжения становится идентичной входной форме напряжения.

Электронные стабилизаторы напряжения

Тиристорные стабилизаторы работают по принципу, который основан на автоматической коммутации разных обмоток трансформатора силовыми ключами в виде тиристоров. Такой принцип похож на действие релейных приборов. Отличие релейных стабилизаторов состоит в том, что у них нет механических контактов, имеется большее количество ступеней выравнивания напряжения и высокая точность работы 2-5%.

Электронные приборы не создают шума в доме, так как отсутствуют механические реле. Их заменяют электронные ключи. Тиристорные стабилизаторы работают с большим КПД.

При практическом применении электронные модели показали себя чувствительными устройствами, на которые отрицательно влияет перегрев. Отечественные производители выпускают чаще всего именно такой вид стабилизаторов.

Самым серьезным недостатком тиристорных моделей является их высокая стоимость. Гарантийный срок работы практически всех видов стабилизаторов находится в пределах 1-3 лет, в зависимости от фирмы изготовителя.

Феррорезонансные 

Их действие основывается на изменении величины индуктивности катушек, имеющих металлический сердечник, при изменении тока. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора подключают емкость С1. Она совместно с первичной обмоткой образует резонансный контур, который настроен на частоту сети, равную 50 герц.

Величина конденсатора зависит от мощности трансформатора. При мощности трансформатора до 60 ватт, конденсатор применяют величиной до 12 мкФ. Чтобы создать значительную мощность стабилизатора, используют дроссель насыщения.

При небольшом сетевом напряжении по дросселю проходит малый ток, и индуктивность дросселя большая. Основная часть тока протекает по параллельно подключенному конденсатору. При этом суммарное сопротивление этой цепи имеет емкостный тип.

Конденсатор компенсирует некоторую часть индуктивного сопротивления катушки трансформатора. При этом ток катушки повышается. Выходное напряжение трансформатора также увеличивается. Это характерно для эффекта резонанса напряжений.

При увеличении напряжения, ток дросселя также повышается, а его индуктивность падает. Величина емкости рассчитывается так, чтобы в контуре дроссель – конденсатор наступил резонанс, при котором сопротивление этого контура было бы наибольшим, а ток, приходящий из сети питания на трансформатор – наименьшим.

При увеличении напряжения сети увеличивается сопротивление контура до момента резонанса. Это дает возможность стабилизироваться напряжению на трансформаторе при больших перепадах напряжения.

Достоинством феррорезонансных приборов является надежность и простота. Недостатком является значительная зависимость напряжения на выходе прибора от частоты тока и искажение формы напряжения. Также, стабилизаторы с насыщенными сердечниками катушек обладают большим магнитным рассеянием. Это отрицательно влияет на функционирование окружающих устройств и на человека.

Электромеханические стабилизаторы напряжения

Принцип действия такого прибора довольно простой. Щетки из графита при перепадах напряжения передвигаются по катушке трансформатора, тем самым регулируется и подстраивается выходное напряжение.

В первых образцах электромеханических стабилизаторов для передвижения щеток использовался ручной способ (переключателем). Пользователь должен был постоянно контролировать показания индикатора напряжения.

В новых моделях приборов эта функция выполняется автоматически небольшим моторчиком, который при перепадах напряжения передвигает щетку по обмотке трансформатора.

Преимуществами таких стабилизаторов является простота и надежность устройства, повышенный КПД. Из недостатков можно отметить малое быстродействие при перепадах напряжения, а также быстрый износ механических деталей. Поэтому электромеханический вид стабилизатора требует постоянного обслуживания в виде контроля и замены щеток.

Инверторные стабилизаторы напряжения

Преобразуют постоянный ток в переменный, а также выполняют обратное действие, то есть, преобразуют переменный ток в постоянный с помощью микроконтроллера и кварцевого генератора.

Из достоинств инверторных стабилизаторов можно выделить малый шум при работе прибора, компактные размеры и широкий интервал входных рабочих напряжений, который колеблется в пределах 115-290 вольт.

Недостатком инверторных образцов является высокая стоимость, в отличие от многих других видов стабилизаторов.

Линейные

Выполнены в виде делителя напряжения. Нестабильное напряжение подается на вход такого устройства, а выровненное напряжение выходит с нижнего плеча делителя. Выравнивание выполняется изменением сопротивления плеча делителя напряжения. При этом величина сопротивления поддерживается такой величины, при которой выходное напряжение прибора было в определенных пределах.

При значительном отношении величин выходного и входного напряжений линейный стабилизатор обладает пониженным КПД, так как значительная часть мощности рассеивается в тепло на элементе настройки. Поэтому регулятор напряжения обычно монтируют на теплоотводящем радиаторе для возможности рассеивания тепла.

Достоинством линейного прибора является отсутствие помех, простота конструкции и малое число деталей. Недостатком является малый КПД, большое выделение тепла.

На что необходимо обратить внимание при выборе стабилизатора
  • Способ монтажа. Он бывает настенным, с горизонтальной или вертикальной установкой (для стационарных приборов). Может устанавливаться рядом с устройством, для которого он приобретается.
  • Точность работы, входное и выходное напряжение. Эта характеристика зависит в основном от параметров входного напряжения. Лучше выбрать наименьший показатель точности прибора от 1 до 3%, при напряжении 220 вольт.
  • Мощность стабилизатора выбирается не только мощностью подключаемого электрического устройства. К этой величине добавляется определенный резерв мощности. Для всей квартиры этот запас должен быть в пределах 30%.
  • Число фаз сети питания (однофазная или трехфазная сеть).
  • Быстродействие (время реакции на перепады напряжения), в миллисекундах.

  • Защита стабилизатора. Дорогие образцы приборов чаще всего оснащены защитными системами, которые предохраняют стабилизатор от коротких замыканий, резких изменений напряжения и других отрицательных явлений.
  • Габаритные размеры прибора и его шумность при функционировании.
  • Стоимость. Профессионалы не рекомендуют покупать дешевые китайские подделки, так как не стоит экономить на качестве стабилизатора. Качественный прибор не должен стоить дешево. Лучше приобрести отечественную модель, или прибор европейского производства.
  • Гарантийный срок играет большую роль при выборе любого устройства. Если прибор китайский, то вряд ли на него будет какая-то гарантия. Стабилизаторы, приобретенные в специализированных торговых точках можно за время гарантийного периода бесплатно обменять при возникновении неисправности или обнаружения брака.

Наибольшую трудность обычно вызывает при выборе прибора его мощность. Кроме активной составляющей мощности, которую расходуют бытовые устройства, некоторые из них обладают реактивной составляющей мощности. Она появляется при наличии индуктивности (если в устройстве имеется мощный электрический мотор). При его запуске ток повышается в несколько раз. Если выбрать стабилизатор без учета этой реактивной составляющей мощности, то он может не справиться с высокой нагрузкой при запуске устройства, имеющего электродвигатель.

Другим фактором, который значительно влияет на выбор стабилизатора, является коэффициент трансформации, который равен нулю, если стабилизатор функционирует в идеальных условиях. То есть, на вход поступает ровно 220 вольт, и выходит точно такая же величина к потребителю. А если стабилизатору приходится выравнивать напряжение, то мощность снижается.

Похожие темы:

Для чего нужен стабилизатор напряжения

Стабилизатор – это устройство, представляющее собой электрический прибор, который используется для выравнивания колебаний напряжения сети при подаче тока на технику, такую как компьютеры, кондиционеры, насосы и др.

Для чего нужен стабилизатор напряжения? Регулятор в основном предназначен:

  • защищать электрооборудование от различных угроз, таких как колебания напряжения, высокое и низкое напряжение;
  • отключать технику от некачественного электропитания, при увеличении или снижении пороговых значений напряжения;
  • поддерживать напряжение на надлежащем уровне.

Этот аппарат имеет множество уникальных особенностей, которые позволяют экономить электроэнергию, влиять на производительность и повышать надежность техники. На дисплее аппарата высвечиваются основные параметры электрической сети, быть всегда в курсе о них – это значит владеть ситуацией. Функция задержки включения обеспечивает передышку и стабилизирует питание перед подачей на нагрузку, следовательно, увеличивает срок службы приборов.

И всё-таки, зачем нужен стабилизатор? Его использование представляет собой самую доступную и эффективную меру энергосбережения, сохранения приборов от выхода из строя и душевного спокойствия домочадцев.

Несколько советов по выбору стабилизатора

Если устройство выбрано правильно, то на него всегда можно положиться и довериться. Если в технике не особо разбираться, то можно положиться на предложения и советы продавца по выбору стабилизатора напряжения. Профессионал порекомендует для начала:

  • определиться с мощностью, типом стабилизатора и рабочим диапазоном напряжения;
  • выявить и проанализировать проблематику: повышенное, пониженное или скачкообразно изменяющееся напряжение в сети питания.

Исходя из полученных данных, затем приступить к выбору устройства.

Как правильно рассчитать мощность прибора? В идеале нужно определить, какой самый мощный потребитель присутствует в схеме электроснабжения. Допустим, электроприёмниками являются насосная станция мощностью 1, 5 кВт, сауна – 10 кВт плюс ещё какой-либо прибор с большим энергопотреблением. Все значения в киловаттах необходимо сложить и получить искомую мощность прибора.

Стабилизатор выбирается с небольшим запасом мощности (20%), особенно если в цепи присутствует оборудование с большим пусковым током. Речь идёт об электродвигателях и насосах, которые при пуске потребляют энергии больше, чем в обычном режиме.

Запас мощности обеспечивает долгую жизнь прибора, благодаря щадящему режиму работы, и создаёт резервный потенциал для подключения нового оборудования.

Выбирая стабилизатор также нужно учитывать сервисное обслуживание, потому что прибор следует правильно и качественно подключить, а также воспользоваться гарантийным сроком и отремонтировать в случае неисправности.

Как правильно выбирать стабилизатор напряжения для дома?

Можно воспользоваться самым простым вариантом: определить потребление мощности из сети по номиналу вводного автомата в квартирном щитке. Таким образом, узнаётся пропускная способность автомата и максимально возможная мощность потребления на бытовые нужды.

Приведём простой пример. Как выбрать стабилизатор напряжения 220 В для дома, если на вводе стоит автомат S40. С таким номинальным током от сети можно получить не более 10 кВт. Исходя из расчётных данных, и выбирается аппарат.

На сегодняшний день низкое напряжение в сети – проблема весьма актуальная и решить её лучше всего одним способом – приобрести стабилизатор, который защитит всю технику в доме от выхода из строя. Чтобы правильно выбрать устройство, сначала нужно разобраться с его разновидностями, а также преимуществами каждого варианта исполнения.

Типы защитных устройств

Самыми популярными типами стабилизаторов на сегодня являются:

  • электронные,
  • электромеханические.

Электронные стабилизаторы напряжения – это приборы наилучшего качества. Ввиду отсутствия механических частей характеризуются большим сроком службы, минимум 15 лет, и довольно высокой надёжностью. Можно подбирать по рабочему диапазону напряжений практически под любые задачи.

Электромеханические стабилизаторы напряжения характеризуются небольшим быстродействием, узким диапазоном напряжений, но зато хорошей перегрузочной способностью.

Полезная информация о стабилизаторах напряжения по поводу высокой точности

Многие стараются выбрать устройство с максимальной точностью стабилизации, вплоть до 0,5 %. Однако, как правило, отклонение в 10–15 В считается нормальным режимом работы для большинства техники. И только в редких случаях оборудование при таких отклонениях не работает или капризничает. Большая часть предлагаемых на рынке стабилизаторов обеспечивает именно такой режим работы.

Частым заблуждением покупателей является то, что приобретаемое устройство с высокой точностью стабилизации – это гарантия стабильного напряжения и отсутствие мерцания света. На самом деле, получается наоборот: чем больше точность у прибора, тем чаще он переключается, подстраиваясь под входную сеть, поэтому и лампочки не перестают мерцать. Это касается ламп накаливания и галогенок.

При установке стабилизатора симисторного и релейного типа мерцание лампочек стопроцентно будет сохраняться. Исключение составляют лишь стабилизаторы с плавной регулировкой сигнала. Это касается новых разработок стабилизаторов, таких как Вольтер. При выборе регулятора желательно руководствоваться рекомендациями от производителя или профессионалов. Можно для верности ещё почитать положительные и отрицательные отзывы в интернете на конкретную модель или бренд.

Какой выбрать однофазный или трехфазный?

Если в дом заведены три фазы, совсем необязательно устанавливать трёхфазный стабилизатор. Чаще всего, оказывается, можно обойтись однофазниками. При этом преимуществ можно получить очень много.

Во-первых, по стоимости, которая в общей сложности у трёх однофазных меньше, чем у трёхфазного. Во-вторых, по ремонтопригодности более надёжно. Одно дело – снять один блок и отвести его на ремонт, другое – снять полностью аппарат.

Коммерческая выгода от установки стабилизатора напряжения

Отечественные электросети физически сильно изношены, а местами и морально устарели. А потребителей становится всё больше и больше. Установка стабилизаторов выгодна по нескольким причинам:

  1. современная техника оснащена электронной начинкой, которой важно качественное питание. Для того чтобы она не вышла из строя или не подвергалась дорогостоящему ремонту, необходима установка стабилизатора;
  2. пониженное напряжение влечёт за собой большее потребление тока из сети. Приходится платить больше за расход электроэнергии. Выгода стабилизатора очевидна;
  3. повышенное напряжение может привести к короткому замыканию, перегреву проводов и пожару. Без стабилизатора в этом случае материальный и моральный ущерб может быть колоссальный, а то и непоправимый;
  4. при нормальном напряжении тоже могут случиться внезапные импульсы от молнии, ошибок персонала, перекоса фаз в час пик.

Во всех этих и других непредвиденных случаях стабилизатор напряжения поможет сберечь время, средства и нервы.

Возможные последствия для приборов (электрических потребителей) в условиях отклонения напряжения от нормы

  • Снижение напряжения приводит к уменьшению светового потока ламп. При плохом свете снижается производительность качество выполняемой работы.
  • Плохое освещение на улицах города приводит к росту несчастных случаев.
  • Повышение напряжения ведёт к резкому уменьшению срока службы лампочек, иногда вдвое, а то и в три раза.
  • Бытовые нагревательные приборы (плитки, утюги и т. п.), рассчитанные на паспортную мощность, при снижении напряжения дольше нагреваются. И поэтому получается перерасход электроэнергии на бытовые нужды.

Вот, что такое стабилизатор напряжения и зачем он нужен.

Подведём небольшой итог

Ценными качествами регуляторов являются быстрая реакция прибора на изменение параметров в сети, расширенный диапазон рабочего напряжения, хорошая перегрузочная способность, синусоида правильной формы на выходе, бесшумность.

Но сколько бы ни говорилось о достоинствах той или иной марки, для потребителя наиболее приоритетной характеристикой всегда остаётся соотношение цены и качества. Поэтому золотой серединой, несомненно, станет выбор качественной отечественной продукции.

Виды стабилизаторов напряжения - выбор, устройство, сравнение

стабилизатор напряжения svenСуществует 4 основных вида стабилизаторов напряжения. Далее рассмотрим плюсы и недостатки каждого из видов.

Одно и трехфазные

Первое что вам нужно знать при выборе, они бывают однофазными и трехфазными. Выясните какая у вас сеть. Если однофазная, как правило в квартирах и частных домах именно она преобладает, значит покупайте аппарат на 220В.напряжение 380 и 220 Вольт

Если же у вас «трехфазка», то нужно определиться, будете вы устанавливать один 3-х фазный стабилизатор, или три однофазный.  Решайте исходя из экономических соображений и условий монтажа.

Хотя целесообразнее поставить именно три однофазных. три однофазных стабилизатора на стенкуПотому что при коротком замыкании и отсутствии одной из фаз, трехфазный аппарат работать не будет, пока не восстановится питание по всем фазам. С тремя однофазными таких проблем не возникнет. Главный минус при их выборе — габаритные размеры.

Режим транзит или байпас

При выборе стабилизатора напряжение того или иного вида, проверьте имеет ли он два режима работы:

  • режим стабилизации напряжения
  • режим транзита или «байпас»

режим стабилизации и режим байпасСо стабилизацией все понятно — это обычный режим работы. А что такое «байпас»? Это когда входное напряжение идет мимо всей электроники и трансформатора без преобразования, то есть транзитом.

Для чего он может понадобиться:

  • чтобы подключить мощную технику превышающую мощность стабилизатора, запустить большой эл.двигатель. Или при необходимости поработать сваркой.
  • чтобы продлить срок службы устройства
Когда у вас в доме напряжение стабильно, например ночью, можно вручную переключиться на режим байпас. Тем самым отключается холостой ход.

Ведь стабилизатор даже не регулируя напряжение, сам потребляет энергию как простая лампочка до 40-60Вт.

Плюс не изнашиваются внутренние щетки и реле.щетка электромеханического стабилизатора

Режимом байпас оснащаются стабилизаторы подключаемые через клеммные колодки. При этом они имеют два автомата, которые одновременно включить невозможно или перекидной автомат-рубильник.клеммные колодки для подключения стабилизатора напряжения

Важно запомнить: не переключайте автоматы из режима стабилизации в режим байпас под нагрузкой — это может повредить стабилизатор напряжения.

Защита стабилизаторов

Большинство современных моделей имеют защиту от перенапряжения. Они не способны бесконечно выравнивать сколь угодно большие или малые значения входного напряжения, и через определенное время отключат питание, тем самым сохранив ваше оборудование.

диапазоны работы стабилизаторов напряжения при превышении

Более того, после нормализации входного напряжения, оно подается на выход не сразу, а с некоторой задержкой в несколько секунд. Данное время может быть установлено жестко или варьироваться и настраиваться самостоятельно, все зависит от модели и производителя.

 

Основные виды стабилизаторов широко представленные сегодня в магазинах можно подразделить на 4 типа:

  • релейные
  • электронные
  • электромеханические
  • инверторные

Вот сравнительная таблица по каждому из видов стабилизатора, включая примерные цены за 1квт:

типы стабилизаторов цена за 1квт

Ознакомиться с текущими ценами на сегодняшний день и подобрать себе нужную модель можно здесь.

Рассмотрим каждый из них более подробно.

Релейные стабилизаторы напряжения

релейный стабилизатор напряженияПри работе данного устройства вы реально будете слышать как переключаются внутренние реле. Это происходит при изменении ступеней регулирования. Если прибор стоит в тихом помещении (спальне), то это может существенно раздражать.

Ну а когда кто-то из ваших соседей решил немножко попользоваться электросваркой, то стабилизатор по звуковым эффектам попросту может превратиться в "балалайку".

Кроме того, если у вас в комнате стоят простые лампочки накаливания, не только по слуху, но и визуально можно будет различить переключения ступеней, так как лампы будут немного мигать. А это в свою очередь обязательно скажется на сроках их службы.

Что внутри

Внутренняя компоновка включает в себя:

  1. Тороидальный трансформатортороидальный трансформатор внутри релейного стабилизатора
  2. Плата управленияплата управления внутри релейного стабилизатора напряжения
  3. Силовые ключи состоящие из реле. Они коммутируют обмотки трансформатора и отвечают за подачу питания на стабилизатор. Являются самым слабым компонентом устройства.ключи реле в релейном стабилизаторе

Эти стабилизаторы не любят когда их перегружают.

Самая распространенная проблема выхода их из строя в 90% случаев - это перегруз по мощности.

Не рекомендуется для подключения аппаратуры с двигательной нагрузкой. Так как она имеет большие пусковые токи и это может сказаться на работе стабилизатора.

Скорость срабатывания регулировки у качественных моделей составляет 20мс, зато у большинства дешевых доходит до 100мс.

Плюсы:

  • относительно небольшая цена
  • более компактные размеры
Минусы:
  • регулировка ступенчатая
  • не высокое качество и точность регулирования напряжения
  • используется с электроаппаратурой малой мощности
  • искажает синусоиду выходного напряжения
  • реле со временем могут выходить из строя (залипать, подгорать)

Как видим минусов здесь гораздо больше чем плюсов, за исключением конечно стоимости.

Симисторные, тиристорные стабилизаторы

симисторный стабилизатор векторЭти стабилизаторы относятся к электронным. Напряжение корректируется ступенями. В процессах переключения обмоток автотрансформатора задействованы симисторы или тиристоры.ступени регулирования напряжения в стабилизаторах

Как видно из рисунка напряжение выравнивается, как только оно опустится ниже определенного значения.  На рисунке это значение - 208В. Только после достижения напряжения данной величины, происходит его выравнивание до 220В. Поэтому эти стабилизаторы и называют ступенчатыми.

Грубо говоря регулировка осуществляется как бы перепрыгиванием с одной ступеньки напряжения на другую. Чем больше ступеней, тем более точно осуществляется регулирование.

Работу устройства в отличии от релейных собратьев практически не слышно. Благодаря этому его можно размещать в любом помещении, никаких неудобств по созданию шума он не создаст. Также практически не будет видно и изменения в освещении. Раздражающее мигание ламп будет еле заметным.

Что внутри

Внутреннее устройство очень похоже на схему релейного:

  1. Тороидальный трансформатортороидальный трансформатор внутри симисторного стабилизатора
  2. Плата управленияплата управления в тиристорном симисторном стабилизаторе
  3. Силовые ключи из симисторовсиловые ключи тиристорного стабилизатора

Трансформатор имеет несколько обмоток и среднюю точку, через которую подается напряжение на него. Одни ступени отвечают за понижение напряжение, другие за повышение. Благодаря плате управления и симисторам, стабилизатор может одновременно замкнуть как контакты повышающие так и понижающие выходное напряжение. Для чего это делается?

Например одна понижающая ступень изменяет напряжение в пределах 9 Вольт. А повышающая сразу на 27 Вольт. Замкнув одновременно обе ступени, мы изменим напряжение на +27-9=18 Вольт. Тем самым будем иметь очень широкий диапазон регулировок и относительно плавное изменение напряжения. Большое число ступеней почти помогает избежать различимого невооруженным глазом "мигания" лампочек.ступени регулирования в симисторном стабилизаторе напряжения

Данный вид аппаратов менее подвержен перегрузкам. Может справиться с пусковыми токами на двигателях насосов, станков и т.д. Большинство моделей сохраняют свои качества и работоспособность при отрицательных температурах. Можете их монтировать в подсобных не отапливаемых помещениях.

в чем отличия и разница симисторного от релейного стабилизатора напряженияЗа счет применения симисторов обеспечиваются следующие плюсы:

  • малошумность при работе
  • высокоскоростная коммутация до 20мс
  • плавная регулировка
  • большая надежность и долговечность из-за отсутствия механически подвижных элементов. Полупроводники по своим качествам и времени работы на отказ превосходят реле.

Минусами являются большая стоимость и низкая точность при регулировании. Еще они могут не подойти для поклонников музыки и радиолюбителей. Из-за создаваемых помех будет невозможно нормально ни послушать радио, ни включить музыкальную аппаратуру.

Сервоприводные или электромеханические стабилизаторы

сервоприводный электромеханический стабилизатор напряженияДанный вид можно назвать золотой серединой между электронными и релейными стабилизаторами.

Сервопривод - это устройство из реверсивного (работающего в обе стороны) двигателя, расположенного внутри тороидального трансформатора. Двигатель получает команды от электронной платы управления и перемещая контакты, увеличивает или уменьшает количество витков на вторичной обмотке. Таким образом сервопривод, в отличии от двух других устройств рассмотренных выше, является бесступенчатым регулятором.бесступенчатый регулятор

Это очень популярная модель, так как имеет относительно невысокую стоимость и обладает следующими плюсами:

  • плавная регулировка по принципу реостата
  • хорошая точность регулирования
  • не искажает синусоиду
  • способны выдерживать кратковременную перегрузку

сервопривод под корпусомЕсть и минусы:

  • за счет применения эл.привода, который управляет контактами создается низкая скорость регулировки
  • так как применяются движущиеся механические детали, соответственно уменьшается надежность (графитовые щетки периодически требуется менять)
  • применяются в основном в сетях, где не происходит резких скачков напряжения
  • не рекомендуется использовать при низких температурах окружающего воздуха

Для стабильной и надежной работы хотя бы раз в три года производите его обслуживание - чистите щетки и смазывайте движущиеся механизмы.щетки сервоприводного электромеханического стабилизатора

От резких перепадов при электросварке, сервопривод с контактами будет крутиться как "белка в колесе". Что существенно снизит ресурс работы стабилизатора. Поэтому думайте при покупке об условиях его эксплуатации.

Феррорезонансные стабилизаторы

феррорезонансные стабилизаторы для телевизораЭто стабилизатор, который многие из нас использовали в советские времена для питания ламповых телевизоров. Он собирал обычно всю пыль в помещении, а гул от него из-за встроенных трансформаторов, можно было услышать в другой комнате.встроенные трансформатор феррорезонансного стабилизатора

Плюсы:

  • быстродействие на высоком уровне
  • долгий ресурс работы до отказа
  • хорошая надежность
  • точно стабилизирует выходное напряжение

Минусы:

  • регулировка происходит только в определенных заданных диапазонах
  • искажает синусоиду
  • высокий шум
  • невозможна работа на холостом ходу, а также перегрузка
  • тяжелые, много весят

Инверторные стабилизаторы напряжения

инверторные стабилизаторы напряжения ШтильВ последние годы все более популярным становится несколько иной тип стабилизаторов, отличный от симисторных или сервоприводных. Называются они инверторными.

Он считается более эффективным в отличии от всех вышеприведенных. Если у остальных погрешность выходного напряжения может достигать 5-10% и это считается нормальной величиной, то у инверторного она не превышает 2%! Еще один плюс - более широкий диапазон входных напряжения для выравнивания.сравнение инверторного и релейного стабилизатора напряжения

 

Дело в том, что 90% всех стабилизаторов, предназначены для нормально работы и выравнивания напряжения начиная от 160В. Если у вас в розетках напряжение ниже этого значения, то инверторный вариант единственный выход из ситуации.

Стабилизатор преобразует нестабильный переменный ток пропуская его через фильтр в постоянный, после чего, проходя через инвертор, опять возвращает его в переменную величину с идеальной синусоидой.схема преобразования инвертора

Данное устройство уже не имеет внутри себя громоздкого тороидального трансформатора. А соответственно в разы меньше и легче.что внутри у инверторного стабилизатора

Плюсы инвертора:

  • широкий диапазон регулировки входного напряжения 90В - 310В
  • малая погрешность на выходе
  • малые габариты и вес
  • фильтрует высокочастотные помехи
  • мгновенное быстродействие на изменение входного напряжения
  • работает при отрицательных температурах от -40
  • заявленный срок службы при соблюдении подключаемой мощности до 20 лет
Минусы:
  • большая цена
  • не подходит для больших нагрузок
  • в мощных моделях стоят вентиляторы охлаждения. Шумят примерно также как в компьютере. Полную бесшумность обеспечивают только маломощные экземпляры.

При увеличении нагрузки выше 50% от номинальной, для инвертора начинается снижение его входных параметров напряжения. То есть он уже не будет способен выровнять напряжение 110В, а будет нормально работать только от 160В и выше. просадка напряжения инвертора при большой мощностиОсновной причиной выхода из строя таких устройств является именно перегрузка.

Чтобы защитить себя от перегрузки, более дорогие и качественные инверторные стабилизаторы при превышении мощности в автоматическом режиме могут переходить на байпас, то есть выдавать не преобразованное напряжение, а такое же, как и на входе.

Зато у инверторного стабилизатора нет такой болезни как у ступенчатых - мигание лампочек при переключении ступеней регулирования.

И он лучше всех справляется с характерными скачками напряжения при работе в питающей сети сварочного аппарата.

Хороший ролик наглядно показывающий разницу работы релейного и инверторного стабилизатора при резких скачках напряжения:

Статьи по теме

Регулятор напряжения

| Определение, типы и факты

Регулятор напряжения , любое электрическое или электронное устройство, которое поддерживает напряжение источника питания в допустимых пределах. Регулятор напряжения необходим для поддержания напряжения в предписанном диапазоне, который может быть допущен электрическим оборудованием, использующим это напряжение. Такое устройство широко используется в автомобилях всех типов для согласования выходного напряжения генератора с электрической нагрузкой и требованиями к зарядке аккумулятора.Регуляторы напряжения также используются в электронном оборудовании, в котором чрезмерные колебания напряжения могут быть вредными.

Британика Викторина

Гаджеты и технологии: факты или вымысел?

Создание мобильного телефона занимает очень мало ресурсов.

В автомобилях регуляторы напряжения быстро переключаются из одного в другое из трех состояний цепи с помощью подпружиненного двухполюсного переключателя.На низких скоростях некоторый ток от генератора используется для усиления магнитного поля генератора, тем самым увеличивая выходное напряжение. На более высоких скоростях сопротивление вставляется в цепь генератора поля, так что его напряжение и ток замедляются. На еще более высоких скоростях цепь отключается, уменьшая магнитное поле. Скорость переключения регулятора обычно составляет от 50 до 200 раз в секунду.

Электронные регуляторы напряжения используют полупроводниковые полупроводниковые приборы для сглаживания колебаний тока.В большинстве случаев они действуют как переменные сопротивления; то есть сопротивление уменьшается при большой электрической нагрузке и увеличивается при уменьшении нагрузки.

Регуляторы напряжения выполняют те же функции в крупных распределительных системах, что и автомобили и другие машины; они минимизируют колебания напряжения, чтобы защитить оборудование, использующее электричество. В системах распределения электроэнергии регуляторы находятся либо на подстанциях, либо на самих питающих линиях.Используются два типа регуляторов: ступенчатые регуляторы, в которых переключатели регулируют подачу тока, и индукционные регуляторы, в которых асинхронный двигатель подает вторичное, постоянно регулируемое напряжение для выравнивания колебаний тока в линии питания.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня ,
Понимание того, как работает регулятор напряжения

Регулятор напряжения генерирует фиксированное выходное напряжение заданной величины, которое остается постоянным независимо от изменений его входного напряжения или условий нагрузки. Существует два типа регуляторов напряжения: линейный и импульсный.

Линейный регулятор использует активное (BJT или MOSFET) проходное устройство (последовательное или шунтирующее), управляемое дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Он сравнивает выходное напряжение с точным опорным напряжением и регулирует проходное устройство для поддержания постоянного выходного напряжения.

Импульсный регулятор преобразует входное напряжение постоянного тока в коммутируемое напряжение, подаваемое на силовой переключатель MOSFET или BJT. Отфильтрованное выходное напряжение выключателя питания подается обратно в цепь, которая управляет временем включения и выключения питания, так что выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или тока нагрузки.

Каковы некоторые из топологий импульсного регулятора?

Существует три распространенные топологии: доллар (понижение), повышение (повышение) и усиление (повышение / понижение).Другие топологии включают топологии обратного хода, SEPIC, Cuk, двухтактный, прямой, полумостовой и полумостовой.

Как частота переключения влияет на конструкцию регулятора?

Более высокие частоты переключения означают, что регулятор напряжения может использовать меньшие катушки индуктивности и конденсаторы. Это также означает более высокие потери на переключение и больший шум в цепи.

Какие потери возникают при переключении регулятора?

Потери происходят в результате питания, необходимого для включения и выключения MOSFET, которые связаны с драйвером затвора MOSFET.Кроме того, потери мощности MOSFET возникают из-за того, что для переключения из состояния проводимости в состояние непроводимости требуется определенное время. Потери также связаны с энергией, необходимой для зарядки и разрядки емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора.

Каковы обычные применения для линейных и импульсных регуляторов?

Рассеиваемая мощность линейного регулятора прямо пропорциональна его выходному току для данного входного и выходного напряжения, поэтому типичные КПД могут быть 50% или даже ниже.Используя оптимальные компоненты, импульсный регулятор может достичь эффективности в диапазоне 90%. Однако выходной шум от линейного регулятора намного ниже, чем у импульсного регулятора с такими же требованиями к выходному напряжению и току. Как правило, импульсный регулятор может управлять более высокими токовыми нагрузками, чем линейный регулятор.

Как переключающий регулятор управляет своим выходом?

Импульсные регуляторы требуют средства для изменения их выходного напряжения в ответ на изменения входного и выходного напряжения.Один из подходов заключается в использовании ШИМ, который управляет входом соответствующего выключателя питания, который контролирует время его включения и выключения (рабочий цикл). Во время работы отфильтрованное выходное напряжение регулятора подается обратно в ШИМ-контроллер для управления рабочим циклом. Если фильтруемый выход имеет тенденцию изменяться, обратная связь, применяемая к ШИМ-контроллеру, изменяет рабочий цикл для поддержания постоянного выходного напряжения.

Какие технические характеристики важны для ИС регулятора напряжения?

Среди основных параметров: входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток.В зависимости от применения могут быть важны другие параметры, такие как пульсация выходного напряжения, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и эффективность. Важными параметрами для линейного регулятора являются падение напряжения, PSRR (коэффициент подавления питания) и выходной шум.

Ссылки

Загрузить Средства проектирования управления питанием

ADIsimPower ™ Средство разработки регулятора напряжения

,

Основы электроники: регулятор напряжения

Electronics Fundamentals

Построение регулятора напряжения

Теория фона

: Как работает регулятор напряжения?


Название говорит само за себя: регулятор напряжения. Аккумулятор в вашем автомобиле, который заряжается от генератора, розетка в вашем доме, которая обеспечивает все необходимое электричество, сотовый телефон , который вы, вероятно, держите под рукой каждую минуту дня, когда все они требуют определенного напряжения для того, чтобы функция. Колеблющиеся выходы, которые скачут от ± 2 В, могут привести к неэффективной работе и даже к повреждению ваших зарядных устройств.Существует множество причин, по которым могут возникать колебания напряжения: состояние энергосистемы, выключение и включение других приборов, время суток, факторы окружающей среды и т. Д. В связи с необходимостью постоянного, постоянного напряжения, введите регулятор напряжения.

Регулятор напряжения - это интегральная схема (ИС), которая обеспечивает постоянное фиксированное выходное напряжение независимо от изменения нагрузки или входного напряжения. Это может быть сделано разными способами в зависимости от топологии схемы внутри, но с целью сохранения базовости этого проекта мы сосредоточимся в основном на линейном регуляторе.Линейный регулятор напряжения работает путем автоматической регулировки сопротивления через контур обратной связи, учитывая изменения как нагрузки, так и входа, сохраняя постоянным выходное напряжение.

ИС регулятора напряжения в упаковке ТО-220
Переключающие регуляторы, с другой стороны, такие как понижающий (понижающий), повышающий (повышающий) и понижающий повышающий (повышающий / понижающий), требуют еще нескольких компонентов, а также повышенной сложности как различные компоненты будут влиять на результат. Импульсные регуляторы намного более эффективны с точки зрения преобразования мощности, где эффективность играет большую роль, но линейные регуляторы работают очень хорошо в качестве регуляторов напряжения в низковольтных приложениях.

В зависимости от применения, регулятор напряжения может также нуждаться в большей фокусировке, улучшая другие параметры, такие как выходное пульсационное напряжение, переходная характеристика нагрузки, падение напряжения и выходной шум. Такие приложения, как аудиопроекты, более чувствительны к шуму и помехам, поэтому потребуется дополнительная фильтрация, особенно в переключающих регуляторах, где пульсации на выходе могут быть значительными. Большую часть информации, включая схемы, можно найти в техническом описании интегральной схемы регулятора напряжения, с которой вы работаете, в разделе «Замечания по применению».


Указание по применению регулятора 7805T
Afrotechmods также имеет информативное видео о работе с популярным стабилизатором напряжения LM317T для получения регулируемого выхода.


Проект

Набор регуляторов напряжения макета - отличный набор для пайки для любого новичка. Он выдает чистый 5 В постоянного тока с максимальным выходным током 500 мА. Он может принимать входное напряжение в диапазоне 6-18 В пост. Тока и имеет контакты, идеально подходящие по размеру для размещения на любом стандартном макете с 0.Интервал 1 дюйм.

Комплект включает в себя:

(1) Печатная плата
(1) Выключатель питания
(1) Разъем питания постоянного тока 2,1 мм
(1) Электролитический конденсатор 10 мкФ
(1) Монолитный конденсатор 0,1 мкФ
(1) Резистор 1 кОм
(1) Красный источник питания индикаторный светодиод
(1) Штыревые разъемы
(1) Руководство пользователя

Вам понадобится:
• Паяльник
• Припой
• Резцы
• Блок питания для настенного адаптера 6-18 В (Mean Well GS06U-3PIJ)


Комплект регулятора напряжения Solarbotics 34020
Направления:

1.Резистор и конденсатор 0,1 мкФ:
Снимите ленту и согните провода резистора, затем вставьте ее в положение, обозначенное R1. Припой с другой стороны и отрежь лишние провода. Сделайте то же самое для конденсатора 0,1 мкФ в положение C2. Неважно, каким образом эти детали установлены - они не поляризованы .

2. Регулятор напряжения и штекерный разъем:
Припаяйте регулятор напряжения в положение V-REG. Убедитесь, что сторона табуляции совпадает с жирной линией на символе - назад не будет работать! Затем отрежьте лишние провода.Зафиксируйте домкрат в положении B1 и припаяйте его на место.

Шаг 1 Шаг 2
3. 10 мкФ конденсатор и индикатор питания:
Установите 10 мкФ электролитический конденсатор в положение C1. Позиционирование имеет решающее значение. Удостоверьтесь, что более длинный провод идет в подушку, отмеченную (+). Убедитесь, что он находится в правильном положении, убедившись, что полоса на стороне конденсатора находится ближе всего к метке PWR. Сделайте то же самое со светодиодом; Чем длиннее лидерство идет в круглую площадку.Вы можете убедиться, что светодиод находится в правильном положении, отметив маленькую выемку на светодиоде на стороне символа светодиода с линией (около квадратной площадки).

4. Штырьки выключателя питания и макета:
Выключатель питания просто устанавливается в положение PWR. Булавки макета немного сложнее - они идут на нижней стороне и их труднее удерживать во время пайки. Осторожно припаяйте их как можно более прямыми руками или, если вы уверены, вставьте длинную сторону штифтов в макет, чтобы они совпали с отверстиями в печатной плате, а затем впаяйте их, пока макет удерживает все на одной линии.

Шаг 3 Шаг 4
5. Настройка силовых шин:
ЭТО ВАЖНО.
Если вы забудете это сделать, ваша доска не будет работать! Выберите, с какой стороны макета вы хотите установить вашу доску (в этом примере мы используем левую сторону). Обратите внимание на полярность направляющих «+» внизу и «-» вверху. Найдите, какой набор колодок на доске соответствует этому расположению, и положите шарик припоя на маленькие полумесяцы.

Если вы планируете изменить полярность питания на направляющих, вы можете установить номер детали SWT7 на контактные площадки между контактными площадками. Не кладите капли на колодки, если вы делаете это. Обратите внимание, что это не рекомендуемая модификация.

Подайте питание на плату любым источником питания постоянного тока 2,1 мм с номинальным напряжением 6-18 В - не превышайте максимальное значение 35 В постоянного тока! Регулятор мощности нагревается при питании свыше 12 В (это нормально). Если вы не хотите использовать его на макете, используйте контактные площадки с надписью «+ -» на конце, ближайшем к гнезду цилиндра, для регулируемой выходной мощности 5 В.


Шаг 5
SWT7 Установлен

Вопросы для обсуждения


1.Какое влияние окажут тепло и шум на выход цепи?
2. Как конденсаторы помогают отфильтровать проблемы помех?
3. Каковы некоторые преимущества и недостатки как линейных, так и импульсных регуляторов? ,

Базовые знания о регуляторе напряжения (1/4)

Обзор линейного регулятора CMOS

История линейных регуляторов CMOS относительно нова. Они разработаны с портативными электронными устройствами на батарейках. Поскольку процессы КМОП используются в крупных интегральных схемах, таких как БИС и микропроцессоры, они постоянно миниатюризируются. Используя все преимущества технологии миниатюризации, линейные регуляторы CMOS стали интегральными микросхемами управления питанием, которые широко используются в портативных электронных устройствах для реализации низкопрофильного, низкого выпадения и низкого тока питания.

Чем они отличаются от биполярных линейных регуляторов?

Как правило, линейный регулятор CMOS предлагает более низкий ток питания по сравнению с биполярным линейным регулятором. Это связано с тем, что биполярный процесс управляется током, а процесс КМОП - напряжением. [См. Рисунок 1]

[Рисунок 1] Управляемое током устройство и управляемое напряжением устройство

Bipolar Transistor

Биполярный Транзистор

Ток проходит между эмиттером и коллектором при включенном базовом токе.Базовый ток должен быть включен, чтобы получить выходной ток.

MOS Transistor

МОП-транзистор

Ток проходит между истоком и стоком, когда на затворе заряжается напряжение. Как только электрический заряд заряжен, ток не требуется для включения.

Линейные регуляторы, которые не требуют тактовой синхронизации, особенно подходят для достижения низкого тока питания, поскольку рабочий ток регуляторов может быть почти нулевым в цепях, отличных от аналоговых рабочих цепей.

Одним из примеров биполярных линейных регуляторов являются многофункциональные 3-контактные регуляторы серии 78. Поскольку диапазон входного напряжения серии достигает 30 В ~ 40 В, и серия может потреблять ток более 1 А, серия используется в различных бытовых приборах и промышленном оборудовании. Тем не менее, ряды не являются низкими, потому что выходная структура серии - NPN Darlington Output. В таблице 1 приведены некоторые основные характеристики серии.

[Таблица 1] Основные характеристики многоцелевых регуляторов серии 78
Серия продуктов Максимальный
Выходной ток
Номинальный Ввод
Напряжение
Операционная
Ток
Выходное напряжение
78xx 1A 35 В, 40 В 4 ~ 8 мА 2В @ 1А
78Mxx 500 мА 35 В, 40 В 6 ~ 7 мА 2 В при 350 мА
78Nxx 300 мА 35 В, 40 В 5 ~ 6 мА 1.7В @ 200mA
2В при 300мА
78Lxx 100 мА 30 В, 35 В, 40 В 6 ~ 6,5 мА 1,7 В @ 40 мА

Тем не менее, количество процессов, необходимых для биполярных линейных регуляторов, составляет примерно половину или две трети процесса CMOS, и, следовательно, биполярный линейный регулятор является более экономичным, чем регулятор CMOS, даже если его размер кристалла больше. Таким образом, биполярный линейный регулятор лучше подходит для использования с большим током или высоким напряжением.С другой стороны, технологии миниатюризации CMOS-процессов хорошо развиты и имеют такие преимущества, как низкое напряжение, малое падение напряжения, малый размер и низкое энергопотребление.

Где и как используется CMOS?

КМОП-линейные регуляторы

широко используются в портативных электронных устройствах с батарейным питанием из-за их низкого выпадения и характеристик низкого тока питания. LDO (Low Dropout) регуляторы позволяют использовать батарею до предела, и поэтому регуляторы теперь являются важными интегральными схемами управления питанием для таких устройств, как мобильные телефоны, цифровые камеры и ноутбуки, чтобы иметь длительный срок службы батареи.Поскольку регуляторы LDO имеют функцию вытягивания большого тока с небольшим перепадом входного и выходного напряжения при минимальных потерях тепла, они могут удовлетворить широкий диапазон требований к току для каждого устройства.

Некоторые регуляторы с низким током питания используют ток ниже 1 мкА. Благодаря этой функции регуляторы этих типов могут поддерживать ток питания электронных устройств и беспроводных приложений, таких как мобильные телефоны, как можно ниже, когда эти устройства находятся в спящем режиме.Поскольку эти регуляторы могут также обеспечить преимущества технологии миниатюризации CMOS, они предлагают большой потенциал для мобильных электронных устройств, которые требуют низкого профиля и высокой точности.

пакеты

Стандартные пакеты, используемые для линейных регуляторов CMOS - SOT-23 и SOT-89. В последнее время стали доступны сверхмалые пакеты, такие как CSP (чип-пакет). Поскольку разработка интегральных схем управления питанием обусловлена ​​прогрессом мобильных устройств, они, как правило, запечатаны в небольшие пакеты для поверхностного монтажа.На рисунке 1 показаны типичные пакеты.

[Изображение 1] Примеры комплектов регуляторов CMOS

MOS Transistor SOT-89: стандартная мини-пресс-форма

MOS Transistor SOT-23: Стандартная мини-упаковка

MOS Transistor USP-6C: стандартный пакет типа USP

MOS Transistor USPQ-4B04: стандартный пакет типа USP

MOS Transistor USP-6B06: стандартный пакет типа USP

MOS Transistor WLP-5-02: стандартный пакет типа WLP

Особенности: Что может сделать CMOS?

Идея линейных регуляторов в качестве ИС управления питанием заключается в том, что они напрямую подключены к аккумулятору или адаптеру переменного тока, поэтому вы должны обратить внимание на максимальное входное напряжение.Правила проектирования интегральных схем процессов CMOS варьируются в зависимости от максимального входного напряжения, а максимальное входное напряжение и технология микроминиатюризации находятся в обратной зависимости; они взаимно не действуют как «большее служит меньшему». Если вы выберете высокое входное напряжение, размер микросхем будет больше, а его производительность снизится, а если вы выберете микросхемы небольшого размера, вам нужно быть осторожным с максимальным входным напряжением. Существуют различные КМОП-регуляторы с различными максимальными входными напряжениями для различных применений.Вы должны выбрать наиболее подходящие из них, тщательно изучив типы источников питания и желаемые характеристики вашего устройства [см. Таблицу 2].

[Таблица 2] Категории продуктов по рабочему напряжению (трехполюсные регуляторы напряжения)
Рабочее напряжение Серия продуктов Пакет
USP-3 SOT-23 SOT-89 SOT-223 ТО-252
1.5 В ~ 6 В XC6218
1,8 В ~ 6 В XC6206
2В ~ 10В XC6201
2В ~ 20В XC6202
2 В ~ 28 В XC6216
КМОП-линейные регуляторы

могут быть классифицированы как малый ток питания, большой ток, высокое напряжение, высокая скорость, LDO и так далее.Нет строгого определения для этих категорий, но обычно «низкий ток питания» - это те, у которых ток питания составляет несколько мкА, «большой ток» - это те, которые могут тянуть 500 мА или более, «высокое напряжение» - это те, напряжение от 15 В до 20 В или более, и «высокоскоростные» - это те, у которых коэффициент подавления пульсаций составляет приблизительно 60 дБ при 1 кГц. «LDO» также не имеет точного определения. Первоначально это относилось к низкому выходу выхода PNP и P-ch MOSFET по сравнению с выпадением выхода повторителя NPN-эмиттера и NPN Дарлингтона биполярного линейного регулятора.На рисунке 2 показаны типы выходных транзисторов. В наши дни значение менее 2 Ом при 3,3 В при преобразовании сопротивления становится одним из стандартов определения.

[Рисунок 2] Модели выходного драйвера

NPN Emitter Follower Output

NPN Выход эмиттера

Цепь управления должна быть выше на 0,6 В (базовое напряжение), чем выходной контакт, чтобы пропустить базовый ток. Схема управления работает от входного источника питания, поэтому необходимо падение напряжения 0,6 В.

NPN Darlington Output

NPN Дарлингтон Выход

Требуется падение напряжения 1,2 В или более, так как цепь состоит из 2 цепей эмиттера. Схема может выдавать большой ток, потому что базовый ток транзистора нагрузки может быть усилен предварительным драйвером.

PNP Transistor Output

PNP Транзисторный Выход

PMOS Transistor Output

PMOS Транзисторный выход

Транзистор включается, когда входное напряжение ниже базового напряжения и / или подается напряжение затвора.Нет ограничений на входное напряжение источника питания относительно выходного напряжения на выводе. Падение напряжения мало, потому что схема работает, если есть базовое напряжение или напряжение затвора, и входное напряжение питания, которое может работать в цепи управления.

Помимо вышеперечисленных типов регуляторов, есть регуляторы с функцией включения / выключения с помощью контакта Chip Enable в зависимости от необходимости, композитные регуляторы с 2 или 3 каналами, регуляторы со встроенным детектором напряжения и многое другое. Такое большое разнообразие - еще одна особенность CMOS.Это объясняется тем фактом, что процесс CMOS может легко масштабировать цепи и снижать ток питания, поскольку он может полностью отключать определенные блоки микросхем, когда цепи отключаются отдельно. На рисунке 3 показана блок-схема двухканальных регуляторов мощности серии XC6415. Этот продукт может включать и выключать VR1 и VR2 независимо друг от друга.

[Рисунок 3] Блок-схема 2-канального регулятора (серия XC6415)

<XC6415 AAseries>

<серия XC6415 AA>

Внутренняя схема и базовая структура

Внутренняя схема состоит из источника опорного напряжения, усилитель ошибки, с предварительно установленной резистором выходного напряжения, и выходной Р-канальный МОП-транзистор транзистора.Некоторые цепи также имеют ограничитель постоянного тока, цепь обратного складывания и функцию термического отключения в целях защиты. Так как трудно построить опорные схемы запрещенной зоны, которые используются для биполярных процессов в качестве источника опорного напряжения, как правило, источники опорного напряжения, используемые являются уникальными для процесса CMOS. По этой причине температурные характеристики выходного напряжения имеют тенденцию быть несколько хуже по сравнению с биполярными линейными регуляторами.

Кроме того, внутренняя фазовая компенсация и схемы варьируются в зависимости от типов регуляторов, таких как совместимый с низким током питания, высокоскоростной и низкий ESR конденсатор.Например, в то время как регулятор с низким потреблением тока обычно использует два усилителя, высокоскоростной регулятор иногда содержит три усилителя. На рисунке 4 показана принципиальная схема блока высокоскоростного регулятора.

Добавляя буферный усилитель между предварительным усилителем и выходным транзистором MOSFET P-ch, буферный усилитель может управлять нагрузочным транзистором MOSFET P-ch с более высокой скоростью, несмотря на большую емкость затвора. Выходное напряжение может определяться значениями разделенных резисторов R1 и R2, а предельное значение тока определяется значениями разделенных резисторов R3 и R4.Каждое значение точно устанавливается путем обрезки. Многие высокоскоростные регуляторы совместимы с конденсаторами с низким ESR, такими как керамические конденсаторы, потому что они в основном используются для беспроводных приложений и портативных электронных устройств, и поэтому необходимо уменьшить их размеры.

[Рис. 4] Блок-схема принципиальной схемы быстродействующего регулятора типа

<XC6415 AAseries>

Следующая страница

Существенные особенности линейного регулятора CMOS

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о