Как работает стабилизатор напряжения: Принцип работы стабилизатора напряжения | Русэлт

Содержание

Принцип работы стабилизатора напряжения | Русэлт

Стабилизатор напряжения – устройство, преобразующее электроэнергию с неустойчивыми характеристиками, которые не подходят для устройств энергопотребления. На выходе поступает напряжение с заданными стабильными параметрами, которыми снабжаются потребители энергии.

Разновидности устройств

Прежде всего стоит разобраться, какие бывают разновидности устройств. Стабилизатор напряжения купить можно разный, например:

  • Постоянного напряжения;
  • Переменного напряжения.

Стабилизаторы постоянного напряжения

Они необходимы, если значение поступающего тока мало или наоборот слишком велико для электропотребителя. Проходя через устройство, напряжение преобразуется до заданного уровня. В свою очередь они делятся на:

  • Линейный стабилизатор. Принцип функционирования основан на непрерывном изменении сопротивления для осуществления стабильного показателя на выходе. Простая конструкция устройства с минимальным количеством деталей работает без помех;
  • Импульсный. С помощь коротких импульсов нестабильный ток накапливается на катушке или в конденсаторе. В последствии накопленная электроэнергия поступает на выход с заданными параметрами. Если жена выходе показатель превышает возможное допустимое значение, то накопитель сбрасывает напряжение, переставая аккумулировать энергию, тем самым позволяя на выходе подавать напряжение с меньшим значением.

Стабилизаторы переменного напряжения

Устройство, которые поддерживает выход тока с заданными характеристиками, вне зависимости от того, какие показатели были на входе. Они бывают:

  • Накопительные. Этот стабилизатор напряжения купить необходимо, если для применения достаточно накопления электроэнергии в системе, с последующим преобразованием и выдачи на выходе тока со стабильными параметрами;
  • Корректирующие. Стабилизатор напряжения, преобразующий энергию за счет добавления потенциала, которого не хватает для получения необходимых параметров.

Качество и долговременность работы таких устройств зависит от скачков напряжения и других параметров подаваемой энергии. И только благодаря стабилизаторам напряжения возможно бесперебойное электроснабжение с заданными параметрами.

Как работает стабилизатор напряжения — принцип действия

Стабилизатором напряжения называется устройство, к которому подключается напряжение на его вход, с неустойчивыми и нестабильными свойствами для нормальной работы потребителей. На выходе прибора напряжение имеет необходимые качества и свойства, способствующие нормальному функционированию нагрузки потребителей.

Стабилизаторы постоянного тока

Питание сети постоянного тока требует выравнивания при входном напряжении ниже или выше допустимого предела. При протекании тока по стабилизатору, оно выравнивается до необходимой величины. Также схему стабилизатора можно выполнить со сменой полярности питания.

Линейные

Такой прибор является делителем, на который поступает нестабильное напряжение, а на его выходе напряжение выравнивается и имеет необходимые свойства. Его принцип действия состоит в постоянном изменении значения сопротивления для создания выровненного питания на выходе.

Достоинства:

  • При эксплуатации отсутствуют помехи.
  • Простое устройство с малым числом деталей.

Недостатки:

  • При значительной разнице выходящего и входящего питания линейный стабилизатор показывает малый КПД, так как значительная часть производимой мощности переходит в тепло и расходится на сопротивлении.

Параметрический

Такое исполнение прибора с контрольным элементом, подключенным параллельно нагрузке, выполнено на полупроводниковых и газоразрядных стабилитронах.

По стабилитрону проходит ток, который выше в десять раз тока на резисторе. Поэтому такая схема подходит для стабилизации питания только в маломощных устройствах. Чаще всего его применяют в качестве составного компонента преобразователей тока со сложной конструкцией.

Последовательный

Работа прибора видна на изображенной схеме.

Эта схема соединяет два компонента:

  1. Биполярный транзистор, повышающий ток. Он является эмиттерным повторителем.
  2. Параметрический стабилизатор, рассмотренный выше.

Выходное напряжение не зависит от проходящего по стабилитрону тока. Однако оно зависит от вида вещества полупроводника. По причине сравнительной независимости этих величин выходное напряжение получается устойчивым.

При протекании по транзистору напряжение на выходе прибора повышается. При применении одного транзистора напряжение может не удовлетворить потребителя. В этом случае выполняют прибор из нескольких транзисторов, чтобы повысить ток до необходимой величины.

Компенсационный последовательный

Компенсационный последовательный стабилизатор имеет обратную связь. В нем выходное напряжение сравнивается с эталоном. Разница между ними нужна для создания сигнала устройству, контролирующему напряжение.

С сопротивления снимается некоторое количество выходного напряжения, сравнивающееся с основным значением стабилитрона. Эта разница поступает на усилитель и подается на транзистор.

Устойчивое функционирование создается при сдвиге фаз. Так как часть напряжения на выходе поступает на усилитель, то оно сдвигает фазу на угол 180 градусов. Транзистор, подключенный по типу усилителя, фазы не сдвигает, и петлевой сдвиг равен 180 градусов.

Импульсные

Электрический ток, обладающий неустойчивыми свойствами, с помощью коротких импульсов поступает на устройство накопления стабилизатора, которым является конденсатор или катушка.

Накопленная энергия далее выходит на потребитель с другими свойствами. Есть два способа стабилизации:

  1. Управление длиной импульсов.
  2. Сравнение выходного напряжения с наименьшим значением.

Импульсный стабилизатор может изменять напряжение с разными результатами. Их делят на виды:

  • Инвертирующий.
  • Повышающе-понижающий.
  • Повышающий.
  • Понижающий.

Достоинства:

  • Малая потеря энергии.

Недостатки:

  • Помехи в виде импульсов на выходе.

Стабилизаторы переменного напряжения

Такие приборы предназначены для выравнивания переменного напряжения независимо от его параметров входа. Выходное напряжение должно быть в виде идеальной синусоиды, независимо от входных дефектов питания. Различают несколько видов стабилизаторов

Накопители

Это стабилизаторы, накапливающие энергию от входного источника, а далее энергия создается снова, однако уже с постоянными параметрами.

Двигатель-генератор

Принцип работы стабилизатора напряжения такого типа состоит в изменении электроэнергии в кинетический вид, применяя электродвигатель. Далее генератор снова производит обратное изменение, уже с постоянными параметрами.

Основным компонентом системы является маховик, накапливающий энергию и выравнивающий напряжение. Он соединен с подвижными элементами генератора и двигателя, имеет большую массу, инерцию, которая сохраняет быстродействие. Так как скорость маховика постоянная, то напряжение также будет постоянным, даже при малых перепадах напряжения на входе.

Феррорезонансный

Прибор состоит:

  • Конденсатор.
  • Катушка с ненасыщенным сердечником.
  • Катушка индуктивности с насыщенным сердечником.

К катушке с сердечником насыщенным приложено постоянное напряжение, и не зависит от тока, поэтому можно подобрать данные второй катушки и емкости для стабилизации питания в необходимых пределах.

Работа такого устройства сравнивается с качелями. Их трудно сразу остановить, или сделать скорость качания выше. Качели также не нужно постоянно подталкивать, так как инерция делает свое дело. Поэтому могут быть значительные падения и обрыв питания.

Инверторный

Схема такого прибора состоит:

  • Преобразователь напряжения.
  • Микроконтроллер.
  • Емкость.
  • Выпрямитель с регулятором мощности.
  • Фильтры входа.

Принцип работы инверторного стабилизатора заключается в протекании 2-х процессов:

  1. Вначале входное переменное напряжение изменяется в постоянное при прохождении по выпрямителю и корректору. При этом электроэнергия накапливается в емкостях.
  2. Далее постоянное напряжение изменяется в переменное на выходе. Из емкости ток течет к инвертору, трансформирующему ток в переменный с постоянными данными.

Корректирующие

  • Электромагнитный, который имеет отличие от феррорезонансного отсутствием емкости, и пониженной мощностью.
  • Электромеханический и электродинамический.
  • Релейный.

виды приборов и технологий стабилизации

Содержание

Технология стабилизации напряжения, основанная на эффекте феррорезонанса

В 1938 году был изобретен и запатентован феррорезонансный трансформатор (автор Джозеф Сола). Именно это устройство, изначально названное «трансформатор постоянного напряжения», стали впервые использовать для стабилизации параметров электрической энергии, так как оно за счет электромагнитного явления, называемого феррорезонансом, при колебаниях входного напряжения сохраняло неизменным значение выходного.

Отметим, что феррорезонансный эффект не регулирует напряжение напрямую, однако при правильном применении позволяет минимизировать влияние первичного (входного) напряжения на вторичное (выходное).

Феррорезонансный трансформатор включает в себя две магнитные цепи (обмотки) со слабой связью друг с другом. Магнитопроводы цепей имеют различную магнитную проницаемость, поэтому во время работы выходная цепь находится в режиме постоянного насыщения, а входная, наоборот, не достигает насыщенности. Благодаря этому даже значительные отклонения напряжения на входе не приводят к существенным колебаниям на выходе. Разница между величиной фактически снимаемого с трансформатора напряжения и его номинальным значением обычно не превышает пяти процентов (при соблюдении определённых условий).

Феррорезонансные трансформаторы выпускаются по сей день, правда, современные модели из-за высокой цены и некоторых особенностей эксплуатации, практически не используются в качестве стабилизаторов напряжения.

Первые стабилизаторы напряжения в СССР

В нашей стране разработки приборов, обеспечивающих коррекцию переменного напряжения, начались в конце 1950-х годов. Именно тогда возникла потребность в качественном электропитании бытовой техники, начавшей массово появляться в советских квартирах и домах.

За основу для первых серийных стабилизаторов отечественные инженеры взяли описанную выше технологию феррорезонанса – она не требовала сложной схемы и, самое главное, полностью удовлетворяла существующие на тот момент требования к качеству электропитания.

В широкий обиход советские феррорезонансные стабилизаторы вошли уже в 1960-х годах. Их конструкция включала в себя автотрансформатор, входной и фильтрующий дроссель, а также конденсатор.

Данные изделия не отличались большой мощностью и в основном были рассчитаны на 200-300 Вт. Но этого вполне хватало для питания типичных нагрузок того времени: цветных и чёрно-белых телевизоров, радиоаппаратуры, магнитофонов и измерительных приборов (более мощные трехфазные стабилизаторы использовались для защиты ответственного электрооборудования на промышленных предприятиях).

В течение 1960-1970-х годов наибольшее распространение в бытовом секторе получили модели ТСН-170, ФСН-200, СНБ-200, СН-200, УСН-200, ТСН-200 СН-250, СН-315 и СНП-400 (цифра в названии означает выходную мощность устройства). Перечисленные устройства выпускались как в пластиковых, так и металлических корпусах и предназначались для настенного или напольного размещения. Для сети предусматривался выведенный шнур со штепсельной вилкой, для нагрузки – розеточное гнездо.

Использовались советские феррорезонансные стабилизаторы в первую очередь для защиты телевизоров от сильно завышенного или заниженного сетевого напряжения: они обеспечивали возможность нормального приема телевизионных передач, сохранность и увеличение срока службы кинескопа, ламп и других элементов телевизионного приёмника.

Что касается технических характеристик, то данные изделия в основном были рассчитаны на работу от сети переменного тока с частотой 50 Гц и номинальным напряжением 127 или 220 В. При этом рабочий диапазон входных напряжений составлял 85-140 В (для сети 127 В) и 155-250 В (для сети 220 В). Приборы имели коэффициент полезного действия не менее 80%, не боялись перегрузок и коротких замыканий. Кроме того, феррорезонансные стабилизаторы благодаря отсутствию электромеханических частей имели длительный срок службы. У некоторых пользователей сделанные во времена СССР устройства до сих пор исправно работают!

Были у этих стабилизаторов и свои недостатки: постоянный гул при работе (доходил до 32 дБА), существенные искажения формы выходного напряжения, большая зависимость от входной частоты и величины подключённой нагрузки, а также сильное электромагнитное поле, которое при близком расположении к телевизору создавало помехи в его работе.

Отметим, что разработки в области стабилизации сетевого напряжения велись в СССР непрерывно, поэтому параллельно с феррорезонансными стабилизаторами с конвейеров профильных заводов выходили и приборы иных типов. В частности, автотрансформаторные регуляторы моделей АРН-250, АРБ-400 и АТ-2, которые предполагали ручное поддержание выходного напряжения в установленных пределах. Однако ни одна разновидность изделий не получила в советский период такого распространения, как стабилизаторы на базе феррорезонанса.

Лишь с начала 90-х годов, когда в нашей стране появляется большое количество требовательной к качеству электропитания зарубежной бытовой техники и электроники, российские производители начинают выпуск стабилизаторов напряжения, в основу которых положены рассмотренные далее технологии.

Стабилизация напряжения с помощью сервопривода

В 1960-х стали активно распространяться сервоприводы – специальные электромоторы, механизм которых мог поворачиваться под разным углом и удерживать необходимое положение.

В тех же годах сервопривод начал использоваться и в стабилизаторах напряжения. Так, в 1961 году был запатентован электромеханический стабилизатор, силовая честь которого состояла из регулируемого автотрансформатора, подвижного токосъемного контакта с приводом от двигателя постоянного тока и источника напряжения собственных нужд. Прибор позволял автоматически стабилизировать сетевое напряжение, не искажая при этом форму его кривой.

Сегодня электромеханические стабилизаторы по-прежнему выпускаются и несмотря на разнообразие моделей имеют схожий принцип работы – плата управления сравнивает значение напряжения на входе изделия с установленным образцовым. В случае различия этих двух параметров сервопривод с графитовым ползунком, роликом или щеткой (в зависимости от конкретной модели стабилизатора) перемещается по обмотке автотрансформатора и подключает к цепи количество витков, достаточное для получения выходного напряжения максимально приближенного к эталонной величине.

Такой принцип работы сопряжен с существенными недостатками. Речь, в первую очередь, о невысокой скорости срабатывания – сервоприводу при возникновении сетевого отклонения требуется определенное время, чтобы передвинуть токосниматель в необходимое положение. Кроме того, быстрый механический износ подвижных деталей обуславливает необходимость их периодической замены.

Шум при передвижении щеток сервопривода, возможное искрение во время работы и громоздкая конструкция создают дополнительные сложности при бытовой эксплуатации данных устройств.

Подробнее об электромеханических стабилизаторах можно узнать в статье «Электромеханические стабилизаторы напряжения».

Релейная технология стабилизации напряжения

Появившееся еще в 19 веке электромеханическое реле – это, наверное, самый распространённый в автоматике элемент. В нашей стране оно сначала применялось в промышленности для управления технологическими процессами, а затем вошло и в состав различной бытовой техники. Разработка в СССР стабилизаторов напряжения, действующих на основе релейного элемента и получивших соответствующее название «релейные», приходится на 1970-е годы.

Основные элементы типичного релейного стабилизатора – это автотрансформатор, электронная плата управления и блок силовых реле, каждое из которых по сути представляют собой автоматический выключатель, соединяющий или разъединяющий электрическую цепь под внешним воздействием либо при достижении определенных параметров.

Во время работы релейного стабилизатора управляющая плата постоянно контролирует входное напряжение и в случае его отклонения от номинальных показателей подает сигнал на релейный блок. Последующее замыкание (размыкание) определённого реле коммутирует обмотки трансформатора и обеспечивает необходимый для нейтрализации входного искажения коэффициент трансформации.

Устройства данного типа имеют повышенную скорость срабатывания, но регулировка сетевого напряжения выполняется ступенчато (не плавно), что сказывается на форме подаваемого на нагрузку сигнала. Кроме того, срабатывание реле всегда сопровождается щелчками, создающими определенный шум во время работы устройства.

Подробнее о данном типе стабилизаторов можно узнать в статье «Релейные стабилизаторы напряжения».

Стабилизация напряжения на основе тиристоров и симисторов

Активное проникновение в электротехнику полупроводниковых компонентов нашло своё отражение и в вопросе стабилизации электрической энергии. В конце 1970-х начались разработки стабилизаторов напряжения, работающих на основе тиристоров – полупроводниковых приборов, имеющих два состояния «закрытое» с низкой проводимостью и «открытое» с высокой.

Обычно тиристоры используются как силовые ключи в различных электронных устройствах, например, в переключателях скорости электродвигателей, таймерах, диммерах и т.д. Отметим, что тиристоры в зависимости от конструкции могут проводить ток как в одном направлении, так и в двух (приборы второго типа получили название – симисторы).

Тиристорные и симисторные стабилизаторы напряжения по принципу своей работы схожи с релейными и отличаются лишь тем, что коммутация обмоток автотрансформатора выполняется не релейными блоками, а электронными, состоящими из тиристоров или симисторов. Применение таких блоков позволяет регулировать напряжение гораздо быстрее, чем с помощью классических электромеханических реле. Другие преимущества данной технологии: абсолютная бесшумность работы и отсутствие требующих технического обслуживания деталей.

Сегодня симисторные и тиристорные стабилизаторы являются одними из самых распространённых и популярных, что, однако, не отменяет их главного недостатка – ступенчатого регулирования напряжения (аналогично релейным моделям).

Более подробно о тиристорных и симисторных стабилизаторах рассказано в статье «Электронные стабилизаторы напряжения».

Технология двойного преобразования энергии

Инверторы и выпрямители – статические преобразователи напряжения, совместное использование которых в 1980-х породило технологию двойного бестрансформаторного преобразования энергии. Данная технология в течение нескольких десятилетий успешно применялась в онлайн ИБП, а в 2015 году была использована и при создании стабилизаторов напряжения нового поколения. Полученные устройства, названые инверторными стабилизаторами, обеспечили непревзойдённые технические характеристики и стали настоящим прорывом в своей отрасли.

Инверторные стабилизаторы избавлены от громоздкого автотрансформатора и каких-либо электромеханических частей, силовая часть приборов состоит исключительно из электронных модулей: выпрямителя, накопительной емкости и инвертора.

Работа такого стабилизатора заключается в двукратном преобразовании поступающего на вход напряжения. Сначала оно с помощью выпрямителя преобразуется в постоянное, затем проходит через промежуточную (накопительную) емкость и попадает на инвертор, где снова становится переменным. В итоге на выход устройства подаётся снятое с инвертора напряжение, которое обладает точным значением и синусоидальной формой.

Важно!
Двойное преобразование в инверторных стабилизаторах является штатным рабочим процессом и осуществляется постоянно, а не только в момент отклонения сетевых параметров от нормы. Именно из-за этого данные устройства отличаются мгновенным срабатыванием и бесступенчатой стабилизацией, а генерируемая ими идеальная синусоидальная форма выходного сигнала не зависит от любых колебаний и помех во внешней сети. Кроме того, инверторные стабилизаторы работают в расширенном диапазоне входного напряжения и способны обеспечить эталонную точность стабилизации.

В настоящее время инверторные стабилизаторы удовлетворяют даже самые жесткие требования к качеству электропитания и входят в число наиболее популярных устройств в соответствующем им сегменте рынка.

Подробнее об инверторных стабилизаторах читайте в статье «Инверторные стабилизаторы: строение и принцип работы».

Преимущества релейных стабилизаторов напряжения «Бастион»

Стабилизатор релейного типа. Принцип работы

Принцип работы стабилизаторов напряжения релейного типа основан на методе ступенчатого регулирования выходного напряжения путем подключения необходимого числа обмоток трансформатора с помощью нескольких реле, управляемых электронным процессором или аналоговой схемой управления.

Использование такого принципа работы позволяет полностью исключить подвижные части в конструкции стабилизатора, что делает его работу более надёжной и быстрой.

Последовательность операций релейного стабилизатора следующая: на первом этапе стабилизатор релейного типа определяет уровень напряжения входного сигнала с помощью электронной схемы управления, на втором этапе электронная схема даёт команду на включения необходимых силовых реле для стабилизации напряжения на необходимом уровне.

Так как каждое реле подключает фиксированное количество обмоток трансформатора, то регулирование напряжения на выходе происходит ступенчато. Точность регулирования напряжения определяется числом силовых реле, установленных в стабилизаторе. Чем больше реле, тем выше будет точность регулирования выходного напряжения. Однако увеличение числа реле приводит к более частому срабатыванию реле, что сопровождается более частыми мини скачками напряжения.

Обычно релейные стабилизаторы имеют четыре реле. Что позволяет достичь точности регулирования в 8 процентов. Увеличение числа реле до шести даёт возможность улучшить точность до 5-6%.

Стабилизаторы релейного типа работают в широком диапазоне входного напряжения, имеют достаточную точность стабилизации выходного напряжения, не вносят искажений во внешнюю сеть, эффективно работают при значительных изменениях нагрузки, обеспечивают надежную защиту от перегрузки и короткого замыкания. Стабилизаторы релейного типа не вносят искажений в правильную форму выходного сигнала, не меняют частоту тока.

Стабилизаторы напряжения релейного типа эффективно защищают бытовые и промышленные приборы и оборудование, эффективны для защиты питания компьютерной техники и оборудования связи. Релейные стабилизаторы напряжения надежно работают с котлами отопления, циркуляционными насосами, холодильниками и кондиционерами. Не рекомендуется использовать стабилизаторы напряжения релейного типа для питания осветительных приборов, так как ступенчатый тип стабилизации приводит к заметному мерцанию ламп освещения.

Достоинства релейных стабилизаторов напряжения

Стабилизаторы напряжения релейного типа:

  • имеют сравнительно низкую стоимость и большой срок эксплуатации;

  • эффективно работают в широком диапазоне входного напряжения;

  • обеспечивают достаточную точность стабилизации напряжения для работы приборов и оборудования;

  • имеют высокую скорость срабатывания, примерная скорость стабилизации 100 — 200 Вольт в секунду;

  • обладают большой перегрузочной способностью, возможностью работы с оборудованием, имеющим высокие пусковые токи;

  • не вносят изменений в форму графика напряжения;

  • работоспособны в широком диапазоне температур;

  • имеют небольшие габариты и небольшой вес;

  • могут работать с нулевой нагрузкой.

Недостатки релейных стабилизаторов напряжения

Срок службы релейного стабилизатора существенно зависит от качества используемых реле. Точность стабилизации напряжения релейного стабилизатора не достаточна для использования их в системах освещения. Стабилизаторы напряжения релейного типа издают характерные щелчки при срабатывании реле.

Преимущества релейных стабилизаторов напряжения «Бастион»

Компания «Бастион» производит широкую линейку стабилизаторов напряжения релейного типа под торговыми марками TEPLOCOM и SKAT. Высокое качество стабилизаторов напряжения серии TEPLOCOM и SKAT обеспечивается эффективной системой контроля качества производителя. Стабилизаторы соответствуют всем требованиям ГОСТ РФ, требованиям ТС, европейским требованиям безопасности продукции.

Релейные стабилизаторы напряжения TEPLOCOM и SKAT:

  • эффективно работают в широком диапазоне входного напряжения от 140 до 290 Вольт;

  • имеют микропроцессорное управление, что позволяет эффективно и безопасно выполнять коммутацию обмоток трансформатора. Микропроцессорное управление помогает осуществлять коммутацию обмоток трансформатора в момент перехода графика напряжения через ноль, что позволяет существенно снизить износ силовых реле и исключить искрение на контактах реле;

  • имеют высокую скорость срабатывания за счет использования микропроцессорной платы управления;

  • обладают большой перегрузочной способностью, возможностью работы с оборудованием, имеющим высокие пусковые токи;

  • не вносят изменений в форму графика напряжения;

  • работоспособны в широком диапазоне температур. Выпускаются специальные уличные стабилизаторы напряжения, имеющие герметичное исполнение;

  • имеют маленькие габариты, низкий вес и современный дизайн;

  • могут работать с нулевой нагрузкой;

  • имеют несколько степеней защиты от аварии в сети или аварии по линии нагрузки. Приборы имеют эффективную защиту от высокочастотных электрических помех;

  • Стабилизаторы напряжения TEPLOCOM и SKAT имеют длительный заводской срок гарантии — 5 лет!



Читайте также:

Из чего состоит и как работает электронный стабилизатор напряжения

ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ И КАК РАБОТАЕТ ЭЛЕКТРОННЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Современные бытовые и промышленные стабилизаторы напряжения производятся двух типов: сервоприводные и электронные. С сервоприводными стабилизаторами, или как их еще называют электромеханическими, можно ознакомиться в одной из наших статей на сайте. А мы рассмотрим состав и принцип работы электронного стабилизатора напряжения.

Электронные стабилизаторы напряжения можно классифицировать по следующим критериям:

по типу переключающего элемента:

— реле

— тиристор

— симистор

по количеству ступеней переключения и точности стабилизации (наиболее распространенные на рынке Украины):

7 ступеней, ориентировочная  точность стабилизации +/-10%

9 ступеней, ориентировочная  точность стабилизации +/-7%

12 ступеней, ориентировочная  точность стабилизации +/-5%

16 ступеней, ориентировочная  точность стабилизации +/-3%

32 ступени, ориентировочная  точность стабилизации +/-1,5%

36 ступеней, ориентировочная  точность стабилизации +/-1%

48 ступеней, ориентировочная  точность стабилизации +/-0,5-1%

по количеству фаз стабилизации

— однофазные стабилизаторы напряжения 

— трехфазные стабилизаторы напряжения

по материалу изготовления обмоток  трансформатора:

— алюминий

— медь

по типу охлаждения:

— принудительное

— естественное

  

СОСТАВ И ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОННОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Основными элементами электронного стабилизатора напряжения являются:

— коммутационный элемент: реле/симистор/тиристор

— силовой автотрансформатор

— плата управления

КОММУТАЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

В зависимости от маркетинговой и технической стратегии, производители стабилизаторов напряжения выбирают схемо-техническое решение, в котором применяют один из коммутационных элементов: реле (контактная коммутация), симистор или тиристор (бесконтактная коммутация).  И как показывает практика, некоторые технические решения могут основываться на использовании одновременно двух разнотипных переключателей. Например, у одного из украинских производителей стабилизаторов напряжения, компании Элекс, есть стабилизатор напряжения с названием «Ампер Гибрид» — в котором применены как реле, так и симисторы. Благодаря такому подходу стабилизатор напряжения занял уверенную бюджетную ценовую позицию.

Релейные стабилизаторы напряжения: из названия стабилизатора понятно, какой переключающий элемент используется – реле. Реле это элемент с электромагнитным удержанием переключателя во включенном или выключенном состоянии.  Реле, как правило, применяются  в маломощных стабилизаторах напряжения с мощностями до 5 кВт, реже  8-10кВт. Это объясняется высокими токами коммутации и возможным пригоранием контактной группы на больших  нагрузках (из-за искрообразования).  Достоинством применения реле является их относительная дешевизна. А основными недостатками: ограниченное количество переключений (около 200 000 срабатываний), искрение и пригорание контактов,  невысокая скорость переключения, механический износ, повышенное тепловыделение.

Симисторные стабилизаторы напряжения: Коммутирующим элементом в таком стабилизаторе выступает симистор. Симистор (симметричный триодный тиристор) или триак (от англ. TRIAC — triode for alternating current) — полупроводниковый прибор, являющийся разновидностью тиристоров и используемый для коммутации в цепях переменного тока.

Тиристорные стабилизаторы напряжения. Тиристор — это переключающий полупроводниковый прибор, пропускающий ток в одном направлении. Этот радиоэлемент часто сравнивают с управляемым диодом и называют полупроводниковым управляемым вентилем (Silicon Controlled Rectifier, SCR). Тиристор имеет три вывода, один из которых — управляющий электрод, можно сказать, «спусковой крючок» — используется для резкого перевода тиристора во включенное состояние.

Общими свойствами для тиристорных и симисторных стабилизаторов напряжения является их долговечность работы и высокая скорость переключения. Главным недостатком тиристоров и симисторов является их высокая стоимость.

 

СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР

В стабилизаторах напряжения электронного типа в качестве преобразователя напряжения используется автотрансформатор.

Автотрансформатор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только магнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные электрические напряжения. Используя это свойство автотрансформатора, и производятся стабилизаторы напряжения. На каждый вывод автотрансформатора подводится силовой коммутационный элемент (см.выше описание), который переключает необходимый вывод (отвод) автотрансформатора на подключенную к стабилизатору напряжения нагрузку.

Преимуществом автотрансформатора является более высокий коэффициент полезного действия, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. 

 

ПЛАТА УПРАВЛЕНИЯ

Все выпускаемые стабилизаторы напряжения имеют в своем составе плату управления. Основными возлагаемыми на нее задачами являются: контроль и измерение параметров входного сетевого напряжения, управление коммутирующими элементами для переключения между обмотками автотрансформатора, обеспечение пользовательского интерфейса и выполнение основных защит: от перегрузок, перегрева, перенапряжения на входе.

 

Подводя итог рассмотрения состава и назначения основных элементов электронного стабилизатора напряжения можем разобрать основной принцип его работы. Плата управления производит измерение напряжения поступающего напряжения и в случае обнаружения «ухода» заданного параметра – принимает решение на управление силовым коммутирующим элементом для перехода на необходимый отвод автотрансформатора, который обеспечит выходное напряжение в заданном виде. Приведем пример: если на входе стабилизатора было сетевое напряжение 220В, то автотрансформатор работал с отводом №3 и на этом отводе автотрансформатор выдает 220В +/-погрешность. Теперь рассмотрим ситуацию с понижением входного напряжения до 170В, в этом случае плата  управления принимает решение переключиться на отвод автотрансформатора №5, который при входном напряжении в 170В обеспечит  выходное напряжение номиналом  220В+/-погрешность. Именно такими переключениями на необходимый отвод автотрансформатора в зависимости от поступающего напряжения на входе и происходит стабилизация. Точность стабилизации (погрешность) имеет прямую зависимость от количества отводов автотрансформатора и силовых коммутирующих элементов – чем их больше, тем точность выходного напряжения выше.

 

Мы рассмотрели состав и основной принцип обеспечения стабилизации сетевого напряжения. В современных электронных стабилизаторах напряжения применяются достаточно сложные алгоритмы работы, имеется всевозможная масса настроек параметров стабилизации и управления, разнотипные устройства индикации и отображения (ЖК дисплей, светодиоды, дискретные элементы отображения), а в некоторых стабилизаторах есть функция удаленного мониторинга. Во всех хитростях и нюансах большинства стабилизаторов напряжения представленных на рынке Украины профессионально разбираются специалисты компании НТС-ГРУПП, ТМ «Электрокапризам-НЕТ!». Мы всегда открыты и готовы делиться своим богатым опытом в подборе стабилизаторов напряжения под любые задачи.

 

Автор: Борисов Сергей Петрович, г.Киев, 2018 год.  При копировании материала полностью или частично —  ссылка на автора и первоисточник обязательна.

Устройство стабилизаторов напряжения Volter: строение, составные элементы.

Некоторые задаются вопросом – для чего нужен стабилизатор напряжения? Стоит ли вообще тратить на данный прибор деньги? Мы Вам ответим – однозначно стоит. Стабилизатор был создан для защиты самого различного электрооборудования от поломок из-за скачков напряжения в сети. На данный момент это очень актуальная проблема, ведь создается огромное множество высокоточного оборудования, которое требует стабильных показаний при электроснабжении. При этом здесь как бытовая техника, так и медицинские приборы или промышленные машины.

Современные стабилизаторы напряжения отлично справляются со своими задачами. Не думайте, что покупая стабилизатор, Вы выбрасываете деньги на ветер. Проработав более 15 лет, этот прибор полностью окупит себя, так как вам не придется покупать, скажем, новый телевизор или несколько токарных станков из-за того, что произошел скачек напряжения, и они сгорели.

Из каких элементов состоит стабилизатор напряжения Volter?

Петли
Позволяют удобно закрепить стабилизатор на стене.

Переключатель «стабилизация-транзит»
Исключает одновременное замыкание 2-х групп контактов.

Ручки для переноса
Позволяют легко транспортировать стабилизатор.

Несущее шасси
Играет роль основного теплоотвода, имеет оцинкованное покрытие для защиты от коррозии.

Информативный ЖК-дисплей
Удобно контролировать параметры стабилизации.

Датчик температуры
Играет роль тепловой защиты устройства на случай перегрева.

Автотрансформатор

  • Имеет стержневую конструкцию и лаковую пропитку;
  • Обеспечивает минимальный шум;
  • Лучший вариант охлаждения;
  • Способ соединения обмоток — сварка.

Кнопки управления
Для регулирования уровня выходного напряжения

Дополнительная розетка
На 10А.

Порошковая покраска корпуса
С предварительным фосфатированием металла.

Клеммник термостойкий
Для удобного подключения и надежного крепления проводов.

Плата управления
Быстродействие 20мс, защита от перенапряжений.

Плата защиты
Независимая дублирующая защита от перенапряжений.

Автоматический выключатель
С независимым расцепителем: защита от короткого замыкания и перегруза.

Датчик тока

Радиатор охлаждения
Алюминиевый для улучшенного теплообмена силовых ключей.

Силовые ключи
Полупроводниковые с большой перегрузочной способностью.

Теплообмен
Охлаждение без помощи вентиляторов.

Как работают стабилизаторы напряжения?

В данной статье мы хотим подробнее осветить вопрос – как работает стабилизатор напряжения? Здесь все несложно. В современных устройствах применяется многим известный автотрансформатор. Но, разумеется, сам процесс стабилизации напряжения был несколько усовершенствован.

Ранее регулировка напряжения, подумать страшно, выполнялась пользователем вручную или при помощи аналоговой платы, ныне стабилизатор напряжения имеет «интелект» — мощный процессор, который управляет работой системы.

Кроме этого изменения коснулись и способа переключения обмоток. Если раньше это делалось релейными ключами или токосъемниками, то сейчас эту функцию выполняют симисторы (электронные ключи). Такое устройство стабилизатора напряжения сделало их более востребованными в квартирах и частных домах, так как техника полностью перестала шуметь.

Основной принцип действия стабилизатора напряжения представляет собой переключение электронными ключами обмоток автотрансформатора, которое выполняется процессором при обнаружении перепада напряжения. Для этого у него есть специальная программа, замеряющая показания сети на входе и на выходе, после чего посылается сигнал на необходимый ключ.

Процессор – самый важный элемент всей системы, от которого зависит эффективная работа стабилизатора напряжения.

Главная задача данного элемента – запустить нужный симистор и сделать это ровно в нулевой точке синусоиды напряжения, иначе она будет искажена. Чтобы это выполнить процессором производится несколько десятков измерений напряжения и, когда улавливается нужное положение – подается сигнал и выполняется мгновенное включения ключа.

Но это ещё не все, перед тем как будет послан сигнал, проверяется — сработал ли предыдущий ключ, чтобы не возникло встречного тока. Поэтому процессор изначально замеряет микро токи и только потом посылает сигнал следующему ключу. Для стабильной работы стабилизатора напряжения все операции повторяются при каждой полуфазе.

Разумеется, процессор отличается высоким быстродействием, все данные собираются очень быстро, процессор может произвести все замеры и анализы пока синусоида находится в нулевой точке, а это — менее чем 1 микросекунда времени.

Благодаря изобретению данной системы стабилизатор напряжения регулирует даже самые большие и частые скачки напряжения менее чем за 10 миллисекунд.

Кроме описанного принципа также встречаются стабилизаторы, которые работают с использованием двухкаскадной системы регулирования. Она присутствует в более точных приборах. В данном случае напряжение обрабатывается в два этапа: сначала при небольшом количестве ступеней, а затем то же самое выполняет второй каскад и напряжение становится «идеальным». Такая система снижает себестоимость устройств, так как для 16 ступенчатой системы регулирования по данному принципу требуется всего 8 симисторов (метод комбинации 4х4=16). При этом в каскадной системе используется один трансформатор.

Скорость реагирования такого стабилизатора несколько меньше, чем у вышеописанного (20 миллисекунд). Поэтому такой принцип работы стабилизаторов напряжения используется только в устройствах для защиты бытовой техники и электроинструмента.

напряжение, которое должен выдавать стабилизатор! Схема, устройство и принцип работы.



Содержание (кликабельно):

  1. Строение стабилизаторов.
  2. Схема электромеханического стабилизатора.
  3. Характеристики электромеханического стабилизатора.
  4. Проблемные места и ремонт электромеханического стабилизатора.
  5. Какой является схема релейного преобразователя?
  6. Характерные особенности релейных стабилизаторов.
  7. Какие слабые места релейных стабилизационных приборов.
  8. Схема симисторного стабилизационного устройства.
  9. Двухкаскадные симисторные устройства.

В современной жизни ни один человек не может обойтись без использования различных электроприборов. Они сумели стать нашими лучшими помощниками, ведь дают возможность развлекаться, готовить различные вкусные блюда, продолжат пригодность различных продуктов, облегчают уборку и различные ремонтные работы.

Большинство из таких приборов разрабатывается с учетом того, что напряжение в домашней электрической сети должно равняться 220-ти вольтам, или же оно не будет характеризоваться различными колебаниями.

Для самых электроприборов стабильность напряжения является нужной для того, чтобы каждый его элемент выполнял свои функции на том уровне, который определил сам производитель. Также стабильность в электросети является необходимой и для устранения возможности перегорания отдельных элементов электроприборов.

И для того чтобы каждый электроприбор и его комплектующие могли выполнять свои целевые функции, владельцам домов или квартир необходимо использовать стабилизационные устройства. Они могут обеспечить не только оптимальную работу любимого прибора, но и уберечь его от сгорания.

Стабилизатор Энергия

Стоит отметить, что в быту можно использовать стабилизационные приборы постоянного и переменного напряжения. В тех случаях, когда количество вольт в сети колеблется на величину, большую на 10 процентов от номинальной величины (220 В), на свое вооружение нужно брать или делать самому стабилизатор переменного напряжения.

Как правило, в современных электронных приборах для подачи электричества со стабильным уровнем применяют импульсные блоки питания.

Однако, если нужно стабилизировать электричество для холодильников, микроволновых печей, насосов и кондиционеров, то импульсные приборы стабилизации тока уже не подойдут.

Причина этого кроется в том, что существует потребность во внешней стабилизации переменного напряжения. Здесь на помощь придут бытовые стабилизаторы напряжения, которые на выходе способны обеспечить постоянные 220 вольт.

Учитывая тот факт, что такие устройства имеют много разновидностей, в дальнейшем будет рассмотрен каждая разновидность в отдельности. При этом вы сможете заглянуть и под корпус каждого вида стабилизационного устройства.

Общее строение стабилизационных устройств

Бытовые стабилизаторы могут быть электромеханическими, релейно-трансформаторными и электронными. Также на рынке еще можно встретить феррорезонансные стабилизационные приборы. Они пользовались большой популярностью в прошлом, однако их сегодня практически не используют.

Люди отказываются от них через большое количество недостатков.

Стоит отметить, что независимо от вида стабилизаторы работают по похожей схеме. Эта схема предусматривает наличие:

  1. — трансформатора;
  2. — регулирующего элемента;
  3. — управляющего элемента.

Данную схему можно увидеть на рисунке, который приводится ниже.

рис.1 схема стабилизатора

На этой схеме трансформатор обозначен, как Т1. Регулирующий элемент обозначается РЭ, управляющий элемент — УЭ. Задачей трансформатора является либо повышение, либо понижение напряжения, если оно не является равным 220-ти вольтам.

Для того, чтобы он мог выполнять эту цель, производители монтируют регулирующий элемент. Именно он управляет работой трансформатора. Чтобы этот регулирующий компонент «знал», как управлять трансформатором, в стабилизатор монтируют управляющий элемент.

Он осуществляет измерение напряжения на входе, сравнивает его с оптимальным напряжением и дает необходимую команду регулирующему элементу.
Каждый стабилизационный прибор работает по такой схеме.
Разница между ними заключается в строении регулирующих элементов и особенностях трансформатора.

Схема электромеханического стабилизатора



Наиболее простым по своему строению является электромеханическое стабилизационное устройство. Оно предусматривает наличие:

  1. Регулируемого автотрансформатора или ЛАТРа.
  2. Сервопривода с редуктором и щеткой.
  3. Электронной схемы.

Основным его элементом является лабораторный ЛАТР или бытовой регулирующий автоматический трансформатор. Благодаря применению последнего компонента этот прибор может похвастаться КПД высокого уровня. Сверху над этим трансформатором монтируется двигатель, который имеет малые размеры.

Схема стабилизатора

Этот двигатель имеет в себе редуктор. Двигатель имеет достаточную мощность, чтобы поворачивать бегунок в трансформаторе. Оптимальным условием работы этого двигателя является обеспечение одного полного оборота бегунка в течение десяти-двадцати секунд.

В конце бегунка находится щетка, которая в среднем превышает в 2,2 раза диаметр провода обмотки трансформатора. Собственно до этих проводов и прикасается сама щетка.
Конечно, работа двигателя зависит от команд электронной схемы. В тех случаях, когда происходят изменения в токе на входе, электронная схема обнаруживает их и дает указание двигателю сместить бегунок на определенную величину, в результате чего на выходе получаются желаемые 220 вольт.

Характеристики электромеханического преобразователя

Такая простая конструкция этого типа стабилизатора напряжения, который на выходе выдает 220 вольт и который часто выпускается под маркой «Ресанта», является его преимуществом. В список преимуществ входит и возможность обеспечения высокой точности уровня выходного напряжения.

Эта точность равняется ±3 процентам. Что касается диапазона входных вольт, то он довольно большой. Так для некоторых моделей он колеблется в пределах 130-260-ти вольт.

Простая конструкция является причиной и некоторых недостатков. Так при перемещении щетки (бегунка) слышно гул. При этом места контакта могут искриться.

Полезный совет: такая щетка довольно быстро изнашивается. Потому за ее состоянием нужно следить каждый год. Как показывает практика, каждые три года нужно осуществлять замену щетки.

Главная слабость и ремонт

Главной слабостью этого стабилизатора является сервопривод (он же двигатель). Во время работы устройства этот двигатель постоянно работает. Его ротор не перестает крутиться ни на минуту. Конечно, следствием этого является быстрый износ и преждевременный выход из строя.Выходом из этой ситуации будет замена изношенного двигателя.

Полезный совет: двигатель можно не заменять, а попробовать отреставрировать. Для этого его нужно провести его отключение от схемы устройства и подсоединить к мощному источнику питания. На выводы сервопривода подают 5 ватт, проводя смену полярности.

В конечном итоге весь «мусор», который накопился на щетке, отжигается. После этого двигатель может работать еще некоторое время.

Один из самых главных недостатков кроется в медленной реакции. Поэтому, сфера применения таких стабилизаторов с выходным напряжением 220 вольт является несколько ограниченной.
В частности, их не следует применять для электроприборов, которые могут быстро сгореть от высокого напряжения. В основном этими электроприборами являются различные электронные устройства и высокотехнологичные установки.

Схема релейных стабилизационных устройств

Что касается релейно-трансформаторных и электронных стабилизаторов напряжения, то они имеют одинаковую схему построения. Главная разница заключается в том, что в первых в качестве регулирующего элемента используется реле, в других — симисторы или тиристоры.

Эти типы стабилизационных устройств называются еще ступенчатыми. Это означает то, что выравнивание тока происходит ступенями.

Регулирующий элемент также называют еще ключом. Количество таких ключей зависит от модели. В наиболее дешевых моделях находится пять таких ключей. Каждый ключ может подключаться к определенной обмотке автоматического трансформатора.

В результате замыкания им определенной части обмотки происходит изменение выходного количества вольт.

Общая схема таких стабилизационных устройств подается на рис. 2:

Релейные стабилизаторы могут изменять количество выходных вольт в 3-6 ступеней. Главным коммутирующим элементом этих устройств являются электромагнитные реле, которые подключают определенные обмотки трансформатора.

Количество обмоток, которое является необходимым для выравнивания тока, определяется микропроцессором. Он передает команды преходящим ключам, которые и управляют электрическим реле.
Подытоживая, можно отметить, что схема релейного стабилизатора переменного напряжения, который на выходе выдает 220 вольт, также является простой.

Характерные особенности релейных приборов

Эти стабилизационные приборы характеризуются точностью напряжения на выходе, которая составляет ±8 процента. Конечно, этот показатель хуже, чем показатель выше описанного типа стабилизатора. Однако он находится в пределах требований, установленных государством.

Особенностью работы этих стабилизационных устройств является то, что когда в них входит 195 вольт, то на выходе будет 233 вольта. Когда количество входных вольт увеличится на 3 вольта. То на выходе уже будет 236.

Релейный стабилизатор разобранный


Однако, когда входное напряжение будет равно 200 вольтам, состоится переключение реле и на выходе уже будет 218 вольт. Таким образом устройство работает и при понижении количества вольт на входе.

Проблему с точностью отлично компенсирует скорость реакции на изменения в токе. По словам производителей на изменение тока нужно от 20 миллисекунд. Практика показывает, что это происходит в течение 100-150 миллисекунд.
Релейные стабилизационные приборы могут выравнивать входной ток, минимальное напряжение которого может равняться 140 вольтам, максимальное — 270 вольтам. Допустимой является и перегрузка на 10 процентов от нагрузки, которую рекомендует сам производитель.

Проблемные места и их ремонт

Во время процесса коммутации на контактах реле постоянно образуется дуга. Ее образование приводит к разрушению контактов. Именно контакты являются слабым местом этих стабилизационных устройств.

Контакты могут или обгорать, или залипать. Соответственно, главное внимание во время любого обслуживания должно направляться на состояние контактов.
В том случае, когда реле выходят из строя, ломаются и транзисторные ключи. В случае поломки реле проводят их полную замену.

Полезный совет: реле можно отреставрировать. Данный процесс заключается в снятии их крышки, освобождении их от пружины и очистке. Для очистки берут наждачную бумагу «нулевка». Очистить нужно как нижний, так и верхний, так и подвижный контакты. После этого проводят очистку бензином и собирают реле.

Во время ремонтных работ также следует провести проверку кварцевого резонатора и каждого электролитического конденсатора, который находится на плате контроллера.

Полезный совет: во время проверочных или диагностических работ входной ток нужно подавать сразу на ЛАТР. Благодаря этому входной ток можно будет изменять в больших величинах. Роль нагрузки должна выполнять 220-вольтная лампа накаливания.

Чтобы сохранить технический ресурс релейного стабилизатора и любого другого стабилизационного устройства, нужно раз в шесть месяцев проводить его техобслуживание.

Симисторные приборы

Кроме вышеупомянутых стабилизаторов, очень применяемым в быту является симисторный электронный стабилизатор. Схема такого стабилизатора напряжения, который способен быстро обеспечить на выходе 220 вольт, является почти такой, как и релейного.

Однако вместо реле уже используются симисторы. Симисторы являются достаточно сложными в управлении. Они должны всегда включаться, когда синусоида напряжения находится в нулевой точке. Это дает возможность избежать искажения самой синусоиды.

Симисторный стабилизатор. Внешний вид

Конечно, определением момента для их включения занимается сам процессор. Включение симистора осуществляется благодаря подаче на него сильного импульса. Кроме замера напряжения и определения момента включения симистора, процессор также проверяет состояние симистора, то есть является ли он включенным или выключенным.

После выполнения этих операций процессор дает команду на включение симистора. Выполнение этой совокупности действий длится не более одной микросекунды. Также очень быстро включается и симистор. В общем, время реакции не превышает десяти миллисекунд.

Благодаря таким особенностям изменение напряжения происходит очень быстро. Также электронные стабилизационные приборы вместо симистора могут иметь тиристоры. При этом тиристоры часто применяются в тех стабилизаторах напряжения, которые превращают 220 вольт в 110 вольт.

Большие скорости работы процессора и симисторов позволяют также создавать и двухкаскадные электронные стабилизационные устройства. Это означает, что выравнивание напряжения происходит в два этапа.
Во время первого этапа первый каскад делает грубое выравнивание тока. Во время второго этапа проводится идеальное выравнивание.

Двухкаскадные симисторные устройства

Преимуществом использования двух каскадов является то, что появляется возможность в использовании небольшого количества симисторов. Так, на каждом каскаде можно использовать по четыре симистора. В результате это дает возможность выбирать между 16-ю способами комбинации обмоток трансформатора.

Схема двухкаскадного стабилизатора

Если на обоих каскадах используется по шесть симисторов, то количество комбинаций подключения обмоток уже будет равняться 36-ти.
Использование каскадов несколько снижает скорость реакции трансформатора.

В общем, время реакции занимает 20 миллисекунд. Такая скорость выравнивания тока для бытовой техники является более чем приемлемой.

Такие стабилизаторы можно применять не только в быту, но и многих промышленных сферах. Они способны обеспечить выходные 220 вольт при условии, если на входе будет не менее 140 и не более 270 вольт.



Подключение стабилизатора напряжения пошаговая инструкция Стабилизатор напряжения – как выбирать для котла отопления. Стабилизаторы напряжения для дачи Удобный, надежный, недорогой Штиль R600ST Типы регуляторов напряжения

и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность


Как работает регулятор напряжения?

Стабилизатор напряжения — это схема, которая создает и поддерживает фиксированное выходное напряжение независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки.

Регуляторы напряжения (VR) поддерживают напряжение источника питания в диапазоне, совместимом с другими электрическими компонентами.Хотя регуляторы напряжения чаще всего используются для преобразования мощности постоянного / постоянного тока, некоторые из них также могут выполнять преобразование мощности переменного / переменного или переменного / постоянного тока. В этой статье речь пойдет о регуляторах постоянного / постоянного напряжения.

Типы регуляторов напряжения: линейные и импульсные

Существует два основных типа регуляторов напряжения: линейные и импульсные. Оба типа регулируют напряжение в системе, но линейные регуляторы работают с низким КПД, а импульсные регуляторы работают с высоким КПД. В высокоэффективных импульсных регуляторах большая часть входной мощности передается на выход без рассеивания.

Линейные регуляторы

В линейном стабилизаторе напряжения используется устройство активного прохода (например, BJT или MOSFET), которое управляется операционным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение, линейный регулятор регулирует сопротивление проходного устройства, сравнивая внутреннее опорное напряжение с дискретизированным выходным напряжением, а затем сбрасывая ошибку до нуля.

Линейные регуляторы — это понижающие преобразователи, поэтому по определению выходное напряжение всегда ниже входного.Однако у этих регуляторов есть несколько преимуществ: они, как правило, просты в конструкции, надежны, экономичны и обладают низким уровнем шума, а также малыми колебаниями выходного напряжения.

Линейные регуляторы, такие как MP2018, требуют только входной и выходной конденсатор для работы (см. Рисунок 1) . Их простота и надежность делают их интуитивно понятными и простыми устройствами для инженеров, а зачастую и очень рентабельными.

Рисунок 1: Линейный регулятор MP2018

Импульсные регуляторы

Схема импульсного регулятора обычно более сложна в разработке, чем линейный регулятор, и требует выбора значений внешних компонентов, настройки контуров управления для обеспечения стабильности и тщательного проектирования компоновки.

Импульсные регуляторы

могут быть понижающими преобразователями, повышающими преобразователями или их комбинацией, что делает их более универсальными, чем линейный регулятор.

Преимущества импульсных регуляторов заключаются в том, что они обладают высокой эффективностью, имеют лучшие тепловые характеристики и могут поддерживать более высокие токи и более широкие приложения VIN / VOUT. Они могут достичь эффективности более 95% в зависимости от требований приложения. В отличие от линейных регуляторов, для импульсной системы питания могут потребоваться дополнительные внешние компоненты, такие как катушки индуктивности, конденсаторы, полевые транзисторы или резисторы обратной связи.HF920 является примером импульсного стабилизатора, который обеспечивает высокую надежность и эффективное регулирование мощности (см. Рисунок 2) .

Рисунок 2: Импульсный регулятор HF920

Ограничения регуляторов напряжения

Одним из основных недостатков линейных регуляторов является то, что они могут быть неэффективными, поскольку в определенных случаях использования они рассеивают большое количество энергии. Падение напряжения линейного регулятора сравнимо с падением напряжения на резисторе. Например, при входном напряжении 5 В и выходном напряжении 3 В между клеммами возникает падение на 2 В, а эффективность ограничивается 3 В / 5 В (60%).Это означает, что линейные регуляторы лучше всего подходят для приложений с более низкими дифференциалами VIN / VOUT.

Важно учитывать расчетную рассеиваемую мощность линейного регулятора в приложении, поскольку использование более высоких входных напряжений приводит к высокому рассеянию мощности, которое может привести к перегреву и повреждению компонентов.

Еще одним ограничением линейных регуляторов напряжения является то, что они способны только к понижающему (понижающему) преобразованию, в отличие от импульсных регуляторов, которые также предлагают повышающее (повышающее) и понижающее-повышающее преобразование.

Импульсные регуляторы

очень эффективны, но к их недостаткам относится то, что они, как правило, менее рентабельны, чем линейные регуляторы, больше по размеру, более сложны и могут создавать больше шума, если их внешние компоненты не выбраны тщательно. Шум может быть очень важным для конкретного приложения, поскольку шум может повлиять на работу и производительность схемы, а также на характеристики электромагнитных помех.

Топологии импульсного регулятора

: понижающий, повышающий, линейный, LDO и регулируемый

Существуют различные топологии линейных и импульсных регуляторов.Линейные регуляторы часто используют топологию с малым падением напряжения (LDO). Для импульсных регуляторов существует три распространенных топологии: понижающие преобразователи, повышающие преобразователи и повышающие-понижающие преобразователи. Каждая топология описана ниже:

Регуляторы LDO

Одной из популярных топологий линейных регуляторов является стабилизатор с малым падением напряжения (LDO). Линейные регуляторы обычно требуют, чтобы входное напряжение было как минимум на 2 В выше выходного напряжения. Тем не менее, стабилизатор LDO разработан для работы с очень небольшой разницей напряжения между входными и выходными клеммами, иногда до 100 мВ.

Понижающие и повышающие преобразователи

Понижающие преобразователи

(также называемые понижающими преобразователями) принимают большее входное напряжение и производят более низкое выходное напряжение. И наоборот, повышающие преобразователи (также называемые повышающими преобразователями) принимают более низкое входное напряжение и производят более высокое выходное напряжение.

Пониженно-повышающие преобразователи

Понижающий-повышающий преобразователь — это одноступенчатый преобразователь, который сочетает в себе функции понижающего и повышающего преобразователя для регулирования выхода в широком диапазоне входных напряжений, которые могут быть больше или меньше выходного напряжения.

Управление регулятором напряжения

Четыре основных компонента линейного регулятора — это проходной транзистор, усилитель ошибки, опорное напряжение и цепь обратной связи резистора. Один из входов усилителя ошибки установлен двумя резисторами (R1 и R2) для контроля процентного значения выходного напряжения. Другой вход — это стабильное опорное напряжение (VREF). Если дискретизированное выходное напряжение изменяется относительно VREF, усилитель ошибки изменяет сопротивление проходного транзистора для поддержания постоянного выходного напряжения (VOUT).

Для работы линейных регуляторов

обычно требуется только внешний входной и выходной конденсатор, что упрощает их внедрение.

С другой стороны, импульсный стабилизатор требует большего количества компонентов для создания цепи. Силовой каскад переключается между VIN и землей для создания пакетов заряда для доставки на выход. Подобно линейному стабилизатору, есть операционный усилитель, который производит выборку выходного постоянного напряжения из сети обратной связи и сравнивает его с внутренним опорным напряжением.Затем сигнал ошибки усиливается, компенсируется и фильтруется. Этот сигнал используется для модуляции рабочего цикла ШИМ, чтобы вернуть выход в режим регулирования. Например, если ток нагрузки быстро увеличивается и вызывает падение выходного напряжения, контур управления увеличивает рабочий цикл ШИМ, чтобы обеспечить больший заряд нагрузки и вернуть шину в режим регулирования.

Приложения для линейных и импульсных регуляторов

Линейные регуляторы часто используются в приложениях, которые чувствительны к затратам, чувствительны к шуму, слаботочны или ограничены в пространстве.Некоторые примеры включают бытовую электронику, такую ​​как наушники, носимые устройства и устройства Интернета вещей (IoT). Например, в таких приложениях, как слуховой аппарат, можно использовать линейный регулятор, поскольку в них нет переключающего элемента, который мог бы создавать нежелательный шум и влиять на работу устройства.

Более того, если проектировщики в основном заинтересованы в создании недорогого приложения, им не нужно так беспокоиться о рассеивании мощности, и они могут полагаться на линейный регулятор.

Импульсные регуляторы полезны для более общих приложений и особенно полезны в приложениях, требующих эффективности и производительности, таких как потребительские, промышленные, корпоративные и автомобильные приложения (см. Рисунок 3) .Например, если приложение требует большого понижающего решения, лучше подходит импульсный стабилизатор, так как линейный регулятор может создавать большое рассеивание мощности, которое может повредить другие электрические компоненты.

Рисунок 3: Понижающий регулятор MPQ4430-AEC1

Каковы основные параметры микросхемы регулятора напряжения?

Некоторые из основных параметров, которые следует учитывать при использовании регулятора напряжения, — это входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток. Эти параметры используются для определения того, какая топология VR совместима с ИС пользователя.

Другие параметры, включая ток покоя, частоту переключения, тепловое сопротивление и напряжение обратной связи, могут иметь значение в зависимости от приложения.

Ток покоя важен, когда приоритетом является эффективность в режимах малой нагрузки или ожидания. Если рассматривать частоту коммутации как параметр, максимальное увеличение частоты коммутации приводит к меньшим системным решениям.

Кроме того, термическое сопротивление имеет решающее значение для отвода тепла от устройства и его рассеивания по системе.Если контроллер включает в себя внутренний полевой МОП-транзистор, то все потери (проводящие и динамические) рассеиваются в корпусе и должны учитываться при расчете максимальной температуры ИС.

Напряжение обратной связи — еще один важный параметр, который необходимо изучить, поскольку он определяет минимальное выходное напряжение, которое может поддерживать регулятор напряжения. Стандартно смотреть на параметры опорного напряжения. Это ограничивает нижнее выходное напряжение, точность которого влияет на точность регулирования выходного напряжения.

Как правильно выбрать регулятор напряжения

Чтобы выбрать подходящий регулятор напряжения, разработчик должен сначала понять их ключевые параметры, такие как V IN , V OUT , I OUT , системные приоритеты (например, эффективность, производительность, стоимость) и любые дополнительные ключевые особенности, такие как индикация хорошего питания (PG) или включение управления.

После того, как разработчик определил эти требования, используйте таблицу параметрического поиска, чтобы найти лучшее устройство, отвечающее желаемым требованиям.Таблица параметрического поиска — ценный инструмент для дизайнеров, поскольку она предлагает различные функции и пакеты, доступные для соответствия требуемым параметрам для вашего приложения.

Каждое устройство MPS поставляется с таблицей данных, в которой подробно описано, какие внешние компоненты необходимы и как рассчитать их значения для достижения эффективной, стабильной и высокопроизводительной конструкции. Таблицу данных можно использовать для расчета таких значений компонентов, как выходная емкость, выходная индуктивность, сопротивление обратной связи и другие ключевые компоненты системы.Кроме того, вы можете использовать инструменты моделирования, такие как программное обеспечение DC / DC Designer или MPSmart, ознакомиться с примечаниями к применению или задать вопросы в местном FAE.

MPS предлагает множество эффективных, компактных линейных и импульсных стабилизаторов напряжения, включая семейство HF500-x, семейство MP171x, MP20056, MP28310, MPQ4572-AEC1 и MPQ2013-AEC1.

Список литературы

Глоссарий по электронике

_________________________

Вам это показалось интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Получить техническую поддержку

Что такое регуляторы напряжения и как они работают в электронике?

Стабилизаторы напряжения принимают входное напряжение и создают регулируемое выходное напряжение независимо от входного напряжения при фиксированном или регулируемом уровне напряжения.Это автоматическое регулирование уровня выходного напряжения осуществляется с помощью различных методов обратной связи. Некоторые из этих методов так же просты, как стабилитрон. Другие включают сложные топологии обратной связи, которые повышают производительность, надежность и эффективность, а также добавляют другие функции, такие как повышение выходного напряжения по сравнению с входным напряжением регулятора напряжения.

Регуляторы напряжения — это обычная функция во многих схемах, обеспечивающая постоянное стабильное напряжение, подаваемое на чувствительную электронику.

Марк Гиттельман

Как работают линейные регуляторы напряжения

Поддержание фиксированного напряжения при неизвестном и потенциально зашумленном входе требует сигнала обратной связи, чтобы прояснить, какие настройки необходимо выполнить. В линейных регуляторах силовой транзистор используется в качестве переменного резистора, который ведет себя как первая половина сети делителя напряжения. Выход делителя напряжения соответствующим образом управляет силовым транзистором, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение.

Поскольку транзистор ведет себя как резистор, он тратит энергию на преобразование ее в тепло — часто много тепла.Поскольку общая мощность, преобразованная в тепло, равна падению напряжения между входным напряжением и выходным напряжением, умноженным на подаваемый ток, рассеиваемая мощность часто может быть очень высокой, что требует хороших радиаторов.

Альтернативной формой линейного регулятора является шунтирующий регулятор, такой как стабилитрон. Вместо того, чтобы действовать как переменное последовательное сопротивление, как это делает типичный линейный регулятор, шунтирующий регулятор обеспечивает путь к земле для прохождения избыточного напряжения (и тока). Этот тип регулятора часто менее эффективен, чем стандартный линейный регулятор.Это практично только тогда, когда требуется и поставляется небольшая мощность.

Как работают импульсные регуляторы напряжения

Импульсный регулятор напряжения работает по другому принципу, чем линейные регуляторы напряжения. Вместо того, чтобы действовать как приемник напряжения или тока для обеспечения постоянного выходного сигнала, импульсный стабилизатор накапливает энергию на определенном уровне и использует обратную связь, чтобы гарантировать, что уровень заряда поддерживается с минимальной пульсацией напряжения. Этот метод позволяет импульсному стабилизатору быть более эффективным, чем линейный стабилизатор, за счет полного включения транзистора (с минимальным сопротивлением) только тогда, когда цепи накопления энергии требуется всплеск энергии.Такой подход снижает общую потерянную мощность в системе до сопротивления транзистора во время переключения, поскольку он переходит от проводящего (очень низкое сопротивление) к непроводящему (очень высокое сопротивление) и другим небольшим потерям в цепи.

Чем быстрее переключается импульсный стабилизатор, тем меньше энергии требуется для поддержания желаемого выходного напряжения, а это означает, что можно использовать более мелкие компоненты. Однако цена более быстрого переключения заключается в потере эффективности, поскольку больше времени тратится на переход между проводящим и непроводящим состояниями.Больше мощности теряется из-за резистивного нагрева.

Еще одним побочным эффектом более быстрого переключения является увеличение электронного шума, создаваемого импульсным стабилизатором. Используя различные методы переключения, импульсный регулятор может:

  • Понизьте входное напряжение (понижающая топология).
  • Увеличьте напряжение (повышающая топология).
  • Как понижают, так и повышают напряжение (повышающее-понижающее) по мере необходимости для поддержания желаемого выходного напряжения.

Такая гибкость делает импульсные регуляторы отличным выбором для многих приложений с батарейным питанием, поскольку импульсный стабилизатор может повышать или повышать входное напряжение от батареи по мере ее разряда.

Спасибо, что сообщили нам!

Расскажите, почему!

Другой Недостаточно подробностей Трудно понять Стабилизатор напряжения

: типы, работа и применение

Стабилизатор напряжения — это часть устройства электропитания, которая при любых условиях эксплуатации обеспечивает стабильную и непрерывную подачу напряжения. Во время изменений мощности и разницы нагрузок он контролирует напряжение. Помимо постоянного напряжения, он контролирует переменный ток. В этом блоге мы более подробно рассмотрим идею регулятора напряжения и его различные формы, а также подробно остановимся на общих микросхемах стабилизаторов напряжения и их распространенных реализациях!

Каталог

Ⅰ Что такое регулятор напряжения?

Блок питания электронного устройства преобразует входную мощность в желаемую форму (AC-DC или DC-AC) и желаемые характеристики напряжения / тока.Стабилизатор напряжения является частью блока питания, который при любых условиях эксплуатации обеспечивает стабильную и непрерывную подачу напряжения. Во время изменений мощности и разницы нагрузок он контролирует напряжение. Помимо постоянного напряжения, он контролирует переменный ток.

Обычно регулятор напряжения принимает более высокое входное напряжение и выдает более низкое выходное напряжение, которое является более стабильным. Их вторичное использование также заключается в защите схемы от потенциально опасных скачков напряжения.

Оба электрических прибора, т.е.е. напряжение и ток предназначены для работы при фиксированных номинальных мощностях. Хотя потребление тока является динамическим и зависит от нагрузки устройства, для правильной работы устройства напряжение питания устанавливается и предпочтительно постоянное. Задача регулятора напряжения — поддерживать оптимальное напряжение, необходимое для системы. У них обоих есть регуляторы напряжения для вашего ноутбука, сетевой адаптер и кофеварка.

Ⅱ Принцип работы регуляторов напряжения

Регулятор напряжения — это схема, которая, независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки, создает и поддерживает заданное выходное напряжение.

Аккумулятор в вашем автомобиле, который питается от генератора, розетка в вашем доме, которая обеспечивает всю необходимую вам энергию, мобильный телефон, который у вас, вероятно, есть под рукой каждую минуту дня, — все это требует определенного напряжения для работать. Колеблющиеся выходы, скачкообразные от +2 В, приведут к тому, что ваши зарядные устройства будут работать неэффективно и, вероятно, даже повредить их. Колебания напряжения могут происходить по ряду причин: состояние электросети, выключение и включение других приборов, время суток, влияние окружающей среды и т. Д.Присоединяйтесь к регулятору напряжения из-за необходимости стабильного, непрерывного напряжения.

Регуляторы напряжения (VR) регулируют напряжения в диапазоне, который согласуется с другими электрическими элементами источника питания. Хотя регуляторы напряжения обычно используются для преобразования постоянного / постоянного тока, некоторые могут также преобразовывать переменный / переменный или переменный / постоянный ток. Стабилизаторы постоянного / постоянного напряжения будут предметом данного отчета.

Ⅲ Типы регуляторов напряжения

Регуляторы напряжения, используемые в электронных низковольтных системах, обычно представляют собой интегральные схемы.Центры распределения электроэнергии используют более современные и более широкие с точки зрения механики регуляторы напряжения, которые поставляют электроэнергию переменного тока бытовым и промышленным потребителям для поддержания номинального напряжения 110 В (стандарты США для домашних хозяйств) независимо от потребностей потребления в регионе.

Регуляторы напряжения могут использоваться в интегральных схемах, электромеханических системах или твердотельных автоматических регуляторах, в зависимости от физической конфигурации. Линейные и импульсные регуляторы являются наиболее общей классификацией активных регуляторов напряжения (использующих компоненты усилителя, такие как транзисторы или операционные усилители).

Простые системы на основе транзисторов, которые обычно выпускаются как ИС, представляют собой линейные регуляторы. Для регулирования выходного напряжения относительно опорного напряжения в их внутренней схеме используются дифференциальные усилители. Заданный выход или регулируемое управление могут применяться линейными регуляторами напряжения. В настоящее время им требуется входной ток, равный выходному току.

Импульсные регуляторы переключают серию высокочастотного оборудования ВКЛ / ВЫКЛ, изменяя рабочий цикл напряжения, выдаваемого на выходе.Понижающий, повышающий и понижающий-повышающий — их традиционные топологии. Во время понижения напряжения понижающие преобразователи более эффективны, а также могут увеличивать выходной ток. Повышающие преобразователи повышают выходное напряжение до уровня, превышающего входное, например, TPS6125 от Texas Instruments (TI).

Интегральные схемы линейного регулятора напряжения

Для выхода положительного и отрицательного напряжения наиболее распространенными ИС линейных стабилизаторов постоянного напряжения, используемых в электронных схемах, являются серии 78XX и 79XX.XX обозначает выходное напряжение от 2,5 В до 35 В, которое может выдерживать ток до 2 А. Они доступны в упаковке для поверхностного монтажа, ТО-3 и ТО-220. У них есть три контакта для подключения, вход, типичный GND и контакт для выхода. Часто в продаже имеются регуляторы напряжения.

LM7805

STMicroelectronics LM7805 обеспечивает выходное напряжение +5 В и клемму GND, а TI LM7912 обеспечивает выходное напряжение -12 В. Что касается клеммы GND, отрицательные напряжения являются лишь относительным сравнением.

Линейные регуляторы напряжения с очень низким уровнем электромагнитных помех и быстрой реакцией на колебания напряжения представляют собой недорогие и простые в использовании ИС. Хотя они полезны для базовых приложений, их использование имеет ряд недостатков.

Схема семейства микросхем LM317

Постоянное и номинальное выходное напряжение может быть выдано микросхемами 78XX и 79XX, только если входное напряжение не менее 2,5 В или выше выходного напряжения. Во-первых, если он питается от литий-ионной батареи 9 В, вы не можете получить выход 9 В от микросхемы LM7809.

Падение напряжения происходит из-за того, что эти ИС эффективно работают как псевдорезисторы и, как тепло, высвобождают дополнительную входную мощность батареи. Это неэффективно, и при использовании радиаторов или вентиляторов необходимо отводить тепло. Чтобы поддерживать надежные уровни температуры, высоковольтные сильноточные ИС требуют больших радиаторов или постоянного использования вентилятора. Высокие входные напряжения имеют очень низкую производительность — 20% для низких выходов, таких как вход 24 В на LM7805.

LM317 — это линейный регулируемый регулятор напряжения постоянного тока, который позволяет изменять выходное напряжение с помощью резисторов на основе концепции внешнего делителя напряжения R1 / R2.Он прост в использовании и, как показано, требует двух резисторов. В диапазоне положительного напряжения от 1,25 В до 37 В он может обеспечивать ток до 1,5 А. Другие версии семейства LM317 IC, LM317L и LM317M, обеспечивают ток 100 мА и 500 мА соответственно.

Ⅳ Основные параметры регулятора напряжения IC

Входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток — это некоторые из важных параметров, которые следует помнить при использовании регулятора напряжения. Чтобы решить, какая топология VR соответствует ИС потребителя, используются эти параметры.

В зависимости от приложения могут быть важны другие параметры, включая ток покоя, частоту переключения, тепловое сопротивление и напряжение обратной связи.

Ток покоя имеет решающее значение, когда выход является приоритетным в режимах малой нагрузки или ожидания. Максимальное увеличение частоты коммутации помогает решениям с меньшими размерами устройств, поскольку частота коммутации рассматривается как параметр.

Кроме того, тепловое сопротивление важно для отвода тепла от устройства и его рассеивания по системе.Если в контроллере используется внутренний полевой МОП-транзистор, все потери (проводящие и динамические) рассеиваются в корпусе и должны приниматься во внимание при определении оптимальной температуры ИС.

Еще одним важным параметром для анализа является напряжение обратной связи, поскольку оно определяет минимальное выходное напряжение, которое может выдержать регулятор напряжения. Нормально смотреть на параметры сравнения напряжений. Это ограничивает более низкое выходное напряжение, специфика которого влияет на точность управления выходным напряжением.

Ⅴ Применение регуляторов напряжения

Для питания датчиков, операционных усилителей и других электронных модулей, требующих обоих напряжений, регуляторы положительного и отрицательного напряжения могут использоваться вместе.

Используя выход LM7805 на выводе 5 В, можно управлять всеми популярными производственными платами микроконтроллеров, такими как платы Arduino и Raspberry Pi. Платы Arduino также имеют встроенный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения для регулирования мощности, поступающей от цилиндрического разъема или Vin, например, NCP1117S от On Semiconductor.

Одним из важнейших элементов электрической схемы являются регуляторы напряжения. Они несут ответственность за его безопасную и надежную работу. Стабилизаторы сверхвысокого напряжения используют сильноточные электрические цепи в промышленных средах на тяжелом оборудовании с высокой номинальной мощностью.

Ⅵ Ограничения регуляторов напряжения

Одним из основных недостатков линейных регуляторов является то, что они могут быть ненадежными, поскольку в некоторых случаях использования они рассеивают большое количество электроэнергии.Падение напряжения линейного регулятора равно падению напряжения на резисторе. Например, между клеммами есть падение 2 В при входном напряжении 5 В и выходном напряжении 3 В, а производительность ограничена 3 В / 5 В (60 процентов). Это означает, что для приложений с более низкими дифференциалами VIN / VOUT лучше подходят линейные регуляторы.

Поскольку использование более высоких входных напряжений приводит к значительному рассеиванию мощности, которое может привести к перегреву и разрушению устройств, важно помнить приблизительное рассеивание мощности линейного регулятора в рабочем состоянии.

По сравнению с импульсными регуляторами, которые часто обеспечивают повышающее (повышающее) и понижающее / повышающее преобразование, другим недостатком линейных регуляторов напряжения является то, что они способны только на понижающее (понижающее) преобразование.

Импульсные регуляторы очень эффективны, но некоторые ограничения включают то, что они, как правило, менее рентабельны, чем линейные регуляторы, больше по размеру, более сложны и, если их внешние компоненты не выбраны должным образом, они могут производить больше шума. Для конкретного приложения шум может быть очень критичным, поскольку шум может влиять на работу и эффективность схемы, а также на характеристики электромагнитных помех.

Что такое регуляторы напряжения | Трансформаторы регулирования напряжения

К регулятору напряжения добавлено электронное управление для управления переключателем ответвлений. Система управления контролирует выходное напряжение регулятора напряжения, используя информацию о напряжении от трансформатора напряжения. Затем система управления отправляет команды для работы переключателя ответвлений для повышения или понижения напряжения и поддержания напряжения системы распределения в заданном диапазоне.

Узнайте больше об основах регуляторов напряжения здесь.

Какие устройства регулирования напряжения используются в энергосистеме?

В распределительной системе есть два основных типа устройств регулирования напряжения. Первый из них называется однофазным ступенчатым регулятором напряжения (SVR). Для регулирования трехфазной системы распределения электроэнергии требуются три SVR. Каждый SVR будет оборудован трансформатором напряжения для индивидуального измерения напряжения в каждой фазе. Традиционно для контроля напряжения и управления переключателем ответвлений требовалось три отдельных элемента управления.Совсем недавно было введено многофазное управление для работы трех SVR, но, как правило, три фазы по-прежнему будут регулироваться независимо.

Второй тип устройств называется переключателем ответвлений под нагрузкой (РПН). РПН — это устройство регулирования напряжения, связанное с трансформатором подстанции. Устройство РПН является трехфазным устройством, так как оно регулирует все три фазы системы распределения энергии в унисон. РПН будет иметь единое управление, и будет контролироваться напряжение на одной фазе.Напряжение на контролируемой фазе будет регулироваться напрямую, когда система управления управляет переключателем ответвлений. Две другие фазы будут регулироваться на основе регулирования напряжения одной контролируемой фазы.

Какое типичное напряжение для распределительной системы?

Приведенная ниже информация содержит типичные напряжения для систем распределения электроэнергии.

Системы с соединением звездой Системы 60 Гц (фаза-земля / фаза-фаза напряжения)

2400/4160

4160/7200

7200/12470

7620/13200

7970/13800

13800/23900

14400/24940

19920/34500

Системы, соединенные треугольником Системы 60 Гц

2400

4160

4800

7200

7620

7970

12470

13200

13800

Система Delta Connected Системы 50 Гц

6600

11000

22000

33000

, основная часть линейного и импульсного регулятора напряжения 1

% PDF-1.4 % 1 0 obj> поток application / pdf Основная часть 1 линейного и импульсного регулятора напряжения

  • Примечания по применению
  • Texas Instruments, Incorporated [SNVA558,0]
  • iText 2.1.7 by 1T3XTSNVA5582011-12-07T21: 56: 09.000Z2011-12-07T21: 56: 09.000Z конечный поток эндобдж 2 0 obj> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Font >>> / MediaBox [0 0 540 720] / Contents [7 0 R 8 0 R 9 0 R 10 0 R] / Type / Страница / Родитель 11 0 R >> эндобдж 3 0 obj> поток

    Регулятор напряжения: теория работы

    Регулятор напряжения — это устройство, которое поддерживает относительно постоянное выходное напряжение, даже если его входное напряжение может сильно изменяться.Существует множество конкретных типов регуляторов напряжения в зависимости от конкретного метода, который они используют для управления напряжением в цепи. Как правило, регулятор напряжения работает, сравнивая свое выходное напряжение с фиксированным заданием и минимизируя эту разницу с помощью контура отрицательной обратной связи.

    Пассивные регуляторы

    Пассивные регуляторы напряжения представляют собой очень простую конструкцию, которую можно использовать только тогда, когда входное напряжение всегда будет больше, чем выходное напряжение. Он содержит резистор, который снижает выходное напряжение до желаемого уровня.Резистор просто сбрасывает избыточное напряжение в виде тепла. Цепи, которые могут потребовать увеличения напряжения, потребуют активного регулятора напряжения.

    Основные операции

    Базовый регулятор напряжения основан на простой электромеханической конструкции. Провод, подключенный к цепи, свернут в спираль и образует электромагнит. По мере увеличения напряжения в цепи увеличивается и сила электромагнита. Это заставляет железный сердечник двигаться к электромагниту, который подключен к выключателю питания.Когда движущийся магнит тянет переключатель, он снижает напряжение в цепи.

    Контур отрицательной обратной связи

    Железный сердечник удерживается от электромагнита некоторой силой, например пружиной или силой тяжести. Когда напряжение в цепи уменьшается, электромагнит становится слабее. Это позволяет железному сердечнику вернуться в исходное положение, что снова включает переключатель и увеличивает напряжение в цепи. Это создает петлю отрицательной обратной связи, что означает, что регулятор напряжения снижает напряжение, когда оно слишком высокое, и увеличивает напряжение, когда оно слишком низкое.

    Повышение чувствительности

    Чувствительность регулятора напряжения может быть существенно увеличена с помощью конструкции, которая позволяет железному сердечнику перемещаться по ряду сопротивлений или обмоток. При изменении положения железного сердечника он контактирует с цепью в разных точках, что при необходимости изменяет напряжение в цепи. Такая конструкция позволяет регулятору напряжения реагировать на очень небольшие изменения напряжения в цепи.

    Особые типы

    Регулятор сети — это более конкретный термин для устройства, которое регулирует напряжение в линии распределения питания переменного тока.В стабилизаторе переменного напряжения обычно используется бесступенчатый автотрансформатор для регулирования основного напряжения в доме. Стабилизатор постоянного напряжения часто контролирует исходное напряжение от батареи с помощью шунта, который проводит электричество только при определенном напряжении.

    Введение в линейные регуляторы напряжения

    13.02.2016 | Автор: Дэйв Найт,

    Линейные регуляторы представляют собой простые схемы регуляторов напряжения, обычно используемые в электронике.В этой статье кратко обсуждается принцип работы линейных регуляторов, их преимущества и недостатки, варианты линейного регулятора и важные параметры из таблицы данных.

    Как работают линейные регуляторы

    Линейные регуляторы используют замкнутый контур обратной связи для смещения проходного элемента для поддержания постоянного напряжения на его выходных клеммах. На рисунке 1 операционный усилитель управляет базой Q1, чтобы гарантировать, что напряжение на его инвертирующем входе будет равно опорному напряжению на его неинвертирующем входе.

    Операционный усилитель в этой схеме имеет небольшую нагрузку, базовый ток и минимальную емкостную нагрузку. Следовательно, он может очень быстро реагировать на изменения нагрузки.

    Из этой схемы можно увидеть две вещи:

    1.) Линейные регуляторы — это понижающие преобразователи, то есть выходное напряжение всегда будет меньше входного. Фактически, существует минимальная разница напряжений между V IN и V OUT , которая позволит линейному регулятору работать.В технических данных это значение называется отпускным напряжением. Если V OUT > V IN — V DROPOUT , то линейный регулятор не может регулировать выходное напряжение при желаемом напряжении.

    2.) Мощность рассеивается в проходном транзисторе. Величина мощности равна P = (V IN -V OUT ) * I LOAD . Эта сила — потраченное впустую тепло. Это тепло нагревает регулятор.

    Рисунок 1: Пример внутренней работы линейного регулятора

    Источник изображения: http: // www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1272466

    Преимущества линейных регуляторов

    Линейные регуляторы обычно имеют высокую степень интеграции, включая проходной элемент и контур обратной связи. Некоторые линейные регуляторы, такие как LM317, можно регулировать при использовании с внешним резистивным делителем.

    Недостатки линейных регуляторов

    Линейные регуляторы имеют следующие преимущества:

    • Простой.
    • Дешево.
    • Коэффициент отклонения блока питания.Линейные регуляторы быстро реагируют на изменения входного напряжения, создавая выходное напряжение, которое практически не имеет пульсаций на входе.
    • Быстро реагировать на изменения напряжения нагрузки.
    • Нет шума переключения. Другие схемы преобразования напряжения, известные как преобразователи постоянного тока в постоянный, имеют высокочастотный шум переключения. У линейных регуляторов такой характеристики нет.

    Главный недостаток линейных регуляторов — их неэффективность. Это связано с падением напряжения на проходном элементе.Эта неэффективность может привести к перегреву линейного регулятора. Обратите внимание на ожидаемое тепловыделение для вашего приложения и обязательно используйте соответствующий радиатор или медный наполнитель для предотвращения повышения температуры. Если требуется высокая мощность, КПД или повышающий преобразователь, используйте преобразователь постоянного тока в постоянный.

    Варианты линейного регулятора

    Существует множество разновидностей линейных регуляторов. Некоторые линейные регуляторы имеют фиксированные выходы. Некоторые имеют выходы, программируемые резисторным делителем.Некоторые регулируют отрицательное напряжение. Стабилизаторы с малым падением напряжения, известные как LDO, имеют небольшое падение напряжения. Некоторые линейные регуляторы включают в себя умные устройства для зарядки аккумуляторов. Некоторые из них представляют собой сложные программируемые микросхемы, используемые в автоматизированном испытательном оборудовании. Для линейных регуляторов характерно отключение при перегреве.

    Важные параметры таблицы

    Максимальное входное напряжение: Это максимальное напряжение, которое может быть приложено к входной клемме без повреждения или разрушения детали.

    Дифференциал входного напряжения и выходного напряжения: Некоторые регулируемые линейные регуляторы имеют максимальный номинальный диапазон входного и выходного напряжения.

    Номинальный ток: Максимальный ток, который может выдавать линейный регулятор. Это зависит от других факторов, таких как перепад входного и выходного напряжения, температура окружающей среды и теплоотвод. Номинальная мощность пакета указывает, сколько мощности может рассеять пакет; это может зависеть от требований к радиатору и компоновке.

    Падение напряжения: Это минимальный перепад входного-выходного напряжения, который устройство может принять и произвести регулируемое напряжение.

    Заключение

    В этой статье дается краткий обзор того, как работают линейные регуляторы, преимущества, недостатки, варианты линейных регуляторов и важные параметры из таблицы данных.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.