Повышающий стабилизатор – Импульсный стабилизатор напряжения — принцип действия
Импульсный стабилизатор напряжения — принцип действия
Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы.
Устройство, поддерживающее в постоянном виде напряжение на потребителе тока с помощью регулировки электронным элементом, действующим в режиме ключа. Импульсный стабилизатор напряжения, так же как и линейный существует последовательного и параллельного вида. Роль ключа в таких моделях исполняют транзисторы.
Так как действующая точка стабилизирующего устройства практически постоянно расположена в области отсечки или насыщения, проходя активную область, то в транзисторе выделяется немного тепла, следовательно, импульсный стабилизатор имеет высокий КПД.
Стабилизация осуществляется с помощью изменения продолжительности импульсов, а также управления их частотой. Вследствие этого различают частотно-импульсное, а другими словами широтное регулирование. Импульсные стабилизаторы функционируют в комбинированном импульсном режиме.
В устройствах стабилизации с регулированием широтно-импульсным частота импульсов имеет постоянную величину, а продолжительность действия импульсов является непостоянным значением. В приборах с регулированием частотно-импульсным продолжительность импульсов не изменяется, меняют только частоту.
На выходе устройства напряжение представлено в виде пульсаций, соответственно оно не годится для питания потребителя. Перед подачей питания на нагрузку потребителя, его нужно выровнять. Для этого на выходе импульсных стабилизаторов монтируют выравнивающие емкостные фильтры. Они бывают многозвенчатыми, Г-образными и другими.
Средняя величина напряжения, поданная на нагрузку, вычисляется по формуле:
- Ти – продолжительность периода.
- tи – продолжительность импульса.
- Rн – значение сопротивления потребителя, Ом.
- I(t) – значение тока, проходящего по нагрузке, ампер.
Ток может перестать протекать по фильтру к началу следующего импульса, в зависимости от индуктивности. В этом случае идет речь о режиме действия с переменным током. Ток также может дальше протекать, тогда имеют ввиду функционирование с постоянным током.
При повышенной чувствительности нагрузки к импульсам питания, выполняют режим постоянного тока, не смотря со значительными потерями в обмотке дросселя и проводах. Если размер импульсов на выходе прибора незначителен, то рекомендуется функционирование при переменном токе.
Принцип работы
В общем виде импульсный стабилизатор включает в себя импульсный преобразователь с устройством регулировки, генератор, выравнивающий фильтр, снижающий импульсы напряжения на выходе, сравнивающее устройство, подающее сигнал разности входного и выходного напряжения.
Схема основных частей стабилизатора напряжения показана на рисунке.
Напряжение на выходе прибора поступает на сравнивающее устройство с базовым напряжением. В результате получают пропорциональный сигнал. Его подают на генератор, предварительно усилив его.
При регулировании в генераторе разностный аналоговый сигнал модифицируют в пульсации с постоянной частотой и переменной продолжительностью. При регулировании частотно-импульсном продолжительность импульсов имеет постоянное значение. Она меняет частоту импульсов генератора в зависимости от свойств сигнала.
Образованные генератором управляющие импульсы проходят на элементы преобразователя. Транзистор регулировки действует в режиме ключа. Изменяя частоту или интервал импульсов генератора, есть возможность менять нагрузочное напряжение. Преобразователь модифицирует значение напряжения на выходе в зависимости от свойств управляющих импульсов. По теории в приборах с частотной и широтной регулировкой импульсы напряжения на потребителе могут отсутствовать.
При релейном принципе действия сигнал, который управляется стабилизатором, образуется с помощью триггера. При поступлении постоянного напряжения в прибор транзистор, работающий в качестве ключа, открыт, и повышает напряжение на выходе. сравнивающее устройство определяет сигнал разности, который достигнув некоторого верхнего предела, поменяет состояние триггера, и произойдет коммутация регулирующего транзистора на отсечку.
Напряжение на выходе станет уменьшаться. При падении напряжения до нижнего предела сравнивающее устройство определяет сигнал разности, переключающий снова триггер, и транзистор опять войдет в насыщение. Разность потенциалов на нагрузке прибора станет повышаться. Следовательно, при релейном виде стабилизации напряжение на выходе повышается, тем самым выравнивается. Предел срабатывания триггера настраивают с помощью корректировки амплитуды значения напряжения на сравнивающем устройстве.
Стабилизаторы релейного типа имеют повышенную скорость реакции, в отличие от приборов с частотным и широтным регулированием. Это является их преимуществом. В теории при релейном виде стабилизации на выходе прибора всегда будут импульсы. Это является их недостатком.
Повышающий стабилизатор
Импульсные повышающие стабилизаторы применяют вместе с нагрузками, разность потенциалов которых выше, чем напряжение на входе приборов. В стабилизаторе нет гальванической изоляции сети питания и нагрузки. Импортные повышающие стабилизаторы называются boost converter. Основные части такого прибора:
Транзистор вступает в насыщение, и ток проходит по цепи от положительного полюса по накопительному дросселю, транзистору. При этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Нагрузочный ток может создать только разряд емкости С1.
Отключим выключающее напряжение с транзистора. При этом он вступит в положение отсечки, а следовательно на дросселе появится ЭДС самоиндукции. Оно будет коммутировано последовательно с напряжением входа, и подключено по диоду к потребителю. Ток пойдет по цепи от положительного полюса к дросселю, по диоду и нагрузке.
В этот момент магнитное поле индуктивного дросселя выдает энергию, а емкость С1 резервирует энергию для поддержки напряжения на потребителе после вхождения транзистора в режим насыщения. Дроссель является для резерва энергии и не работает в фильтре питания. При повторной подаче напряжения на транзистор, он откроется, и весь процесс пойдет заново.
Стабилизаторы с триггером Шмитта
Такой вид импульсного устройства имеет свои особенности наименьшим набором компонентов. Основную роль в конструкции играет триггер. В его состав входит компаратор. Основной задачей компаратора является сравнивание величины выходной разности потенциалов с наибольшим допустимым.
Принцип действия аппарата с триггером Шмитта состоит в том, что при увеличении наибольшего напряжения осуществляется коммутация триггера в позицию ноля с размыканием электронного ключа. В одно время разряжается дроссель. Когда напряжение доходит до наименьшего значения, то выполняется коммутация на единицу. Это обеспечивает замыкание ключа и прохождение тока на интергратор.
Такие приборы имеют отличия своей упрощенной схемой, но использовать их можно в особых случаях, так как импульсные стабилизаторы бывают только повышающими и понижающими.
Понижающий стабилизатор
Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.
Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.
Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.
При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.
Инвертирующий стабилизатор
Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.
Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.
Преимущества и недостатки
Как и все приборы, модульный импульсный стабилизатор не идеален. Поэтому ему присущи минусы и плюсы. Разберем основные из преимуществ:
- Простое достижение выравнивания.
- Плавное подключение.
- Компактные размеры.
- Устойчивость выходного напряжения.
- Широкий интервал стабилизации.
- Повышенный КПД.
Недостатки прибора:
- Сложная конструкция.
- Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
- Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
- Сложность работ по ремонту.
- Образование большого количества помех частоты.
Допустимая частота
Функционирование импульсного стабилизатора возможно при значительной частоте преобразования. Это является основной отличительной чертой от устройств, имеющих трансформатор сети. Увеличение этого параметра дает возможность получить наименьшие габариты.
Для большинства приборов интервал частот будет равен 20-80 килогерц. Но при выборе ШИМ и ключевых приборов необходимо учесть высокие гармоники токов. Верхняя граница параметра ограничена определенными требованиями, которые предъявляются к радиочастотным приборам.
ostabilizatore.ru
Повышающий стабилизатор напряжения (Troyka-модуль) [Амперка / Вики]
Повышающий стабилизатор напряжения — это преобразователь питания, выдающий выходное напряжение, которое больше входного. Как и у обычных стабилизаторов, у повышающего выходное напряжение не зависит от входного.
Пример использования
Питание Arduino от 2 батареек
Для того, чтобы запитать Arduino от 2 батареек АА или ААА, необходимо:
Подключить отсек с батарейками к Vin стабилизатора
Подключить к Vout вольтметр
Поворотом триммера выставить 5 вольт на Vout, ориентируясь на показания вольтметра
Отключить вольтметр и соединить Vout стабилизатора с пинами 5V и GND на Arduino
После этого вне зависимости от уровня заряда батарей, плата будет получать ровные, стабильные 5 вольт.
Эффективность
Стабилизатор не является источником энергии, поэтому мощность на его выходе всегда не больше мощности на входе. В действительности формула такая: .
где K — коэффициент полезного действия, — мощность. Для нашего модуля K = 0,8…0,9. Ток, который может быть получен на выходе, будет не более .
Уменьшение потребляемого тока
На плате предусмотрен светодиод, показывающий наличие напряжения на выходе. Это напряжение может достигать 28 В. Чтобы светодиод не сгорел от такого напряжения, собрана схема, поддерживающая ток на светодиоде постоянным вне зависимости от напряжения.
Эта схема потребляет ток равный . Например при выходе 5 В, она потребляет 5 мА. С таким током трудно делать долгоживущие автономные устройства. Но можно выломать или отпаять светодиод и транзистор обозначенные на чертеже, и холостой ток снизится до 0,5 мА.
Принципиальная и монтажная схемы
Характеристики
Входное напряжение: 2,7–14 В
Выходное напряжение: 5–28 В
Максимальный выходной ток: не более 800 мА
КПД: 80–90% в зависимости от разницы напряжений на входе и выходе, и тока
Ресурсы
wiki.amperka.ru
В конструировании устройств на основе аппаратной платформы Arduino часто требуется неодинаковые напряжения питания для разных частей устройства, в такой ситуации рационально использовать готовые DC-DC преобразователи. Известный отечественный производитель Arduino-совместимых устройств «Амперка», также предлагает подобное устройство. Данный преобразователь построен на м/с LM27313XMF (смотрите даташит). Типовая схема LM27313
Конструктивно преобразователь представляет собой печатную плату размером 25 х 25 мм, масса устройства 5,4 г.
Испытания преобразователяСогласно данным, предоставляемым продавцом, повышающий преобразователь может эксплуатироваться в диапазоне входных напряжений от 2,7 до 14 В, при этом выдавая на выходе напряжение от 5 до 28 В, заявленный КПД преобразования 80-90%, максимальны ток нагрузки составляет 0,8 А. Видимо в данные на сайте производителя вкралась ошибка, либо у автора какая-то другая версия устройства, по тому, что максимальное выходное напряжение в ходе экспериментальной проверки не превысило 15 В даже на холостом ходу. Напряжения регулируется при помощи подстроечного резистора. На плате имеется индикатор подачи питания на вход модуля.
В качестве нагрузки для тестирования модуля использован резистор ПЭВ-25 510 Ом. Источником тока является батарея из двух последовательно включенных гальванических элементов типоразмера АА. Таблица 1 Испытания модуля с нагрузкой ПЭВ-25 510 Ом
Данные полученные при испытании устройства на холостом ходу приведены в таблице 2, видно, что при росте выходного напряжения от 3 до 15 В, ток потребляемый преобразователем возрос от 0,8 до 147 мА. Видно, что при большом значении выходного напряжения, ток холостого хода возрастает очень сильно.
Таблица 2 Испытания модуля MT3608 на холостом ходу
Подведение итоговВ целом данный модуль напоминает по своим характеристикам повышающий преобразователи SX1308 и MT3608. Как и все товары бренда «Амперка» с которыми имел дело автор, модуль сделан добротно: индикатор подачи питания, удобные клеммы для подключения. Все это конечно хорошо.
К недостаткам можно отнести очень высокий ток холостого хода, так. что если вам надо поднять напряжение с 3 В до 12 В ни о каком КПД в 80% нет и речи. Тот же индикатор питания в оправданный при макетной сборке, будет бесполезно освещать изнутри корпус готового устройства, в прочем это признает и сам производитель и предлагает удалять светодиод с платы при ее эксплуатации в устройствах с пониженным энергопотреблением. Поскольку в данном модуле изменение выходного напряжения осуществляется с помощью однооборотного резистора, то добиться точного значения выходного напряжения несколько сложнее, чем в аналогичных модулях с многооборотными подстроечными резисторами. Но самое главное, устройство стоит на порядок больше своих аналогов. Обзор подготовил Denev. Форум по инверторам DC-DC Обсудить статью ПОВЫШАЮЩИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ ОТ АМПЕРКИ |
radioskot.ru
Что такое повышающий стабилизатор напряжения?
Силовая техника для дома используется для разных целей и как правило для каждой цели существует свое конкретное устройство. Так, например, если сеть низковольтная, что бывает в 98% загородом, требуется прибор способный повысить параметры сети до нормы. С этой целью применяется устройство, называемое, повышающий стабилизатор напряжения.
Инструкция
Что такое повышающий стабилизатор напряжения?
Где применяется повышающая силовая техника и, когда это нужно?
Повышающий стабилизатор напряжения еще называют компенсационный или вольтодобавочный.
Это классический тип сетевого регулятора для дома или дачи, который устанавливается, если в розетке вместо 220 ± 10%, например, 176 вольт (пониженное напряжение). Такое часто наблюдается на даче или в любом другом месте, расположенном за городом.
Более подробно про повышающий стабилизатор напряжения (компенсационный) можно прочитать в разделе о качестве сети.Инструкция
Каковы функции повышающего стабилизатора напряжения?
Для чего нужна техника повышающего типа для дома?
Повышающий стабилизатор напряжения компенсационного типа поднимает напряжение до нормы (компенсирует недостаток напряжения в сети) и удерживает его в заданном диапазоне с точностью ГОСТ РФ.
Это универсальный, автоматический тип защитного устройства для бытовой техники, стабилизирующий линии с пониженным напряжением, которые присутствуют в России в 98% случаев. Именно для низковольтных сетей он спроектирован, чтобы покупатели могли сэкономить свои средства и не переплачивать за широкий диапазон. Если параметры вашей сети понижены — этот прибор для Вас.
Инструкция
Повышающие ступени стабилизатора напряжения — кто больше!?
Что такое повышающие ступени, сколько их нужно и сколько нормально. На что влияют повышающие ступени?
Производители, выпускающие стабилизаторы с большим количеством повышающих ступеней постоянно вводят потребителей в заблуждение, относительно того, что чем больше повышающих ступеней, тем лучше.
С одной стороны, да, чем больше повышающих ступеней, тем точнее поддерживается напряжение в заданном диапазоне, например ± 3%, но какой ценой это достигается? Каждая повышающая ступень (коммутация обмотки) — это обрыв фазы, провал сети, всплески, помехи, скачки и «шумы» в сети…а это очень плохо.
В общем, если точность напряжения поддерживается количеством повышающих ступеней, будет лучше ,если этих повышающих ступеней будет как можно МЕНЬШЕ. Следовательно чистота в сети будет на более высоком уровне.
А при условии того, что точность в принципе не очень важна, то, на этом вообще не стоит акцентировать внимание. Хуже, если фаза постоянно рвется, что, в целом плохо сказывается на любой технике.
Инструкция
Моргающие лампочки при включенном стабилизаторе
Многих покупателей мучает такой вопрос — при установленных стабилизаторах моргают электролампы.
Эффект моргания лампочек вызван факторами вытекающими один из другого:
Вы купили стабилизатор с высокой точностью —> у него много повышающих ступеней —> он пытается поддерживать напряжения в заданном диапазоне большим количеством повышающих ступеней —> каждая повышающая ступень (коммутация обмотки) — это обрыв фазы = моргают лампочки.
Чем больше повышающих ступеней, тем больше происходит обрывов фазы (провалов в сети), тем чаще моргают лампочки.
Итак: стабилизатор нпряжения высокой точности + большое кол-во повышающих ступеней привоит к моргающим лампочкам.
В общем одно вытекает из другого…
Т.е. если вы покупаете высокоточный стабилизатор с большим количеством повышающих ступеней, то будьте готовы к такому эффекту, как моргание лампочек.
Но это только вершина айсберга. Видимая вершина.
Обрыв фазы влияет не только на лампы накаливания, но и на общее ухудшение качества электропитания в целом, что, в свою очередь, влияет на срок службы аппаратуры, на качество звука и видео и на многие другие факторы.
Что хочу сказать..
Если Вы покупаете стабилизатор с большим количеством повышающих ступеней, у которого управляющая электрическая схема реализована стандартно с обрывом фазы, то будут моргать лампочки.
Инструкция
Что такое нормальное напряжение в сети?
Каким должно быть нормальное сетевое напряжение, чем страшно повышенное и, как влияет пониженное?
Нормальное рабочее напряжение для бытовой электросети по стандарту ГОСТ РФ 13109-97 — это 220 ± 10% вольт.
Все электрические приборы (холодильники, телевизоры, нагревательные приборы, стиральные машины, кондиционеры, насосы, аудио-видео техника и прочее) предназначены для эксплуатации в этом диапазоне, о чем написано в инструкции по эксплуатации каждого из них.
Любые бытовые электрические приборы (холодильники, телевизоры, нагревательные приборы, стиральные машины, кондиционеры, насосы, аудио-видео техника и прочее) предназначены для эксплуатации в этом диапазоне напряжения, о чем написано в инструкции по эксплуатации каждого из них.
Более подробно о том, что должно быть в сети и что происходит при повышенном напряжениичем, а так же, чем страшно повышенное напряжение, читайте в разделе про качество сети.Инструкция
Что конкретно влияет на то, чтобы стабилизатор тянул заявленную мощность?
Почему один стабилизатор тянет, а другой нет?
Будет ли стабилизатор тянуть заявленную мощность? За это отвечают два фактора, а не только трансформатор.
Вопрос мощности решается в стабилизаторах напряжения 50 % / 50% .
50% — это габаритная мощность трансформатора. Она должна соответствовать заявленной мощности.
50% — этот вопрос зависит от схематехники самого стабилизатора, в частности от электрической, управляющей схемы стабилизатора. Проще говоря, от того, как реализованы «мозги» у стабилизатора.
Инструкция
Можно ли через стабилизатор пользоваться сваркой?
Сварка — это фактически постоянное короткое замыкание.
Сварка — это фактически постоянное короткое замыкание.
Не все стабилизаторы допускают такой режим работы. Те, которые допускают, нужно брать с большим запасом. Стабилизатор можно использовать только для домашней, маломощной сварки3-4 кВт. Для такой сварки необходим стабилизатор не менее 15 кВт.
Стабилизаторы «Норма М» — могут работать со сваркой.
Инструкция
Стабилизатор напряжения с высокой точностью регулирования — рекламный трюк или необходимость?
Так ли на самом деле бытовой технике необходима высокая точность регулирования и для какой технике это вообще важно?
Этот раздел призван вывести покупателя из заблуждения относительно целесообразности покупки высокоточных стабилизаторов напряжения.
Поговорим о плюсах и минусах высокоточных стабилизаторов.
Все высокоточные стабилизаторы делятся на две группы.
- Первая группа — Латрные стабилизаторы
- Вторая группа — Тиристорные и симисторные стабилизаторы
В каждой их этих групп производители предлагают высокоточные стабилизаторы. Точность колеблется от ± 7%, ± 5%,± 3%,± 1%,± 0,5% даже где-то видел 0,1!
Меня это уже смешит.
Смешит то, как производители изобретают способы вытянуть с ВАС денег побольше. Придумывают объяснения, почему свой стабилизатор они продают дороже, чем конкурент. Таких уловок очень много.
И только Вам решать попадаться ли на эти уловки и платить большие деньги за то, что в принципе смысла и значения не имеет.
Скажу, по секрету, для аппаратуры, что ± 3% ,что ± 10% особой роли не играет.
Как уже говорилось вся бытовая техника «заточена» именно под ГОСТ 220± 10% и прекрасно работает в этом диапазоне, а на самом деле ВСЕ производители бытовой техники закладывают рабочий диапазон с еще большим запасом, чем ± 10%.
Аппаратуре все равно будет там ± 1%, ± 3%, ±7% или ± 10%. Это выгодно только производителям, рекламщикам и прочим людям отрабатывающим свой хлеб. Это просто психологическое давления на потребителя. Рекламная «машинка» во всей красе. Ну и конечно производитель всегда может сказать: » …а у наших стабилизаторов точность регулироваки ± 3% (или еще точнее) и поэтому цена ВЫШЕ…»
Высокая точность регулирования, для любой бытовой техники, включая аудио-видео технику, НЕ НУЖНА.
Кроме случаев очень редких , например, лабораторные тесты в лабораторных условиях для лабораторных исследований. Извиняюсь, за тафтологию. Почти Чёрная, Чёрная кошка в Чёрной, Чёрной комнате…
Либо это может понадобиться, если Вы используете прибор, у которого в паспорте написано, что нужен именно такой жесткий диапазон, например ± 3%. Что бывает крайне редко. Практически не бывает.
Либо это что-то из медицинского оборудования — либо высокоточная измерительная техника. Во всех остальных случаях покупка стабилизатора с жестким диапазоном — это просто напрасная трата Ваших денег.
И самое главное, в заключение, хочу сказать.
Все, что здесь говорилось про стабилизаторы с жестким диапазоном — это говорилось не про модели стабилизаторов китайского или отечественного производства недорого сегмента. И ни в коем случае, не латрные модели стабилизаторов.
Действительно, такими высокоточными характеристиками обладают лишь немногие лабораторные стабилизаторы напряжения, сочетающие в себе и высокую точность, и исключающие обычные недостатки стабилизаторов напряжения невысокой стоимости, но с заявленными высокоточными характеристиками.
Имелась ввиду профессиональная техника для определенных целей, делают только в Европе. В Росии и странах СНГ таких НЕ ДЕЛАЮТ. Даже если производители кричат, что они лабораторные и высокоточные…это не так. Особенно на Украине любят использовать эти термины про лабораторность и точность…У настоящих лабораторных стабилизаторов помимо присутствия высокой точности регулировки отсутствуют недостатки присущие латрным и тиристорным стабилизаторам.
Что хочу сказать, уважаемые покупатели —
Из представленных на Российском рынке и рынках СНГ стабилизаторов напряжения, с заявленными высокоточными характеристиками на основе латеров (серводвигателей), а так же с ключами на тиристорах и симисторах ни одна модель не обладает качествами высокоточных лабораторных стабилизаторов и имеют ряд очень существенных недостатков.
Фактически покупателя просто вводят в заблуждение относительно высокоточных характеристик при невысокой стоимости изделия.
www.norma-stab.ru
Повышающие стабилизаторы BL8530 или питаем микроконтроллер от одного «пальчика»
Недавно собирал несколько беспроводных модулей для контроля влажности почвы. Чем питать такие миниатюрные беспроводные контроллеры? Хотелось чтобы было подешевле, поменьше и подольше.
Литиевые аккумуляторы с понижающим стабилизатором — довольно дорого и неэффективно.
С литиевых батареек CR2032 трудно вытянуть стабильную работу при токах более 10мА. Напряжение на них очень быстро начинает падать.
Питание от 3-х ААА слишком громоздко.
Выход — использовать повышающий DC-DC преобразователь с низким током покоя.
Сперва хотел использовать NCP1400 от ON Semiconduction, но потом решил попробовать более дешевый аналог от китайской компании SHANGHAI BELLING BL8530.
Основные характеристики преобразователя
- Минимальное входное напряжение — 0.8В
- Выходное напряжение — 2.5, 3.0, 3.3, 4.0, 5.0 и 6.0В (разные маркировки на корпусах) с точностью 2%
- Максимальный выходной ток — 200мА
- Ток покоя (при выходном токе 0 ) — 12мкА
- КПД преобразования — 85%
- Частота преобразования 300-400кГц
Более подробно характеристики можно почитать в даташите на микросхему
В общем, по описанию все очень интересно и цена довольно «вкусная».
При партии 100шт получается около 7 центов за микросхему на 3В
Также стоят и 5-ти вольтовые преобразователи
А вот преобразователей на 3.3В по такой цене не нашел. Впрочем этих двух мне вполне хватит.
Продаются в основном преобразователи в корпусах SOT89-3
Хотя в даташите есть также SOT23-3 и SOT23-5. В последних выведена нога, отключающая чип. Удобно, если через такой преобразователь нужно питать периферию и отключать ее при ненадобности вместе с преобразователем.
«Обвес» преобразователя состоит всего из четырех деталек:
- Индуктивность на 10-100мкГн
- Диод шоттки (я применил SS14)
- Выходной электролит на 47-220мкФ
- Необязательный входной электролит >= 10мкФ
Пятивольтовая версия отличается только маркировкой на корпусе
На скорую руку собрал несколько плат. Просто модуль преобразователя
Модуль с батарейкой CR2032
Тестирование
Рабочий диапазон входного напряжения у трехвольтового стабилизатора 0.8-2.9В. И хотя чип выдерживает напряжение до 12В, при повышении входного напряжения выше напряжения стабилизации выходное напряжение повторяет входное (за исключением падения на диоде и катушке). То есть на понижение напряжения данная схема не работает.
При питании стабилизатора на 3В от двух элементов АА получаем характеристики, близкие к даташиту. Выходное напряжение начинает «проседать» при выходном токе выше 200мА
Питание от одной батарейки АА показало, что входное напряжение становится ниже 0.8В при выходном токе свыше 40мА и стабилизатор перестает работать. Но виной тому сам аккумулятор. От блока питания 1.5В удалось на выходе получить 100мА
Батарейка CR2032 дала стабильное выходное напряжение преобразователя при токе 10мА и длительности 5 сек, что, впрочем, оказалось вполне достаточным для моих задач.
Из 5-ти вольтовой версии стабилизатора удалось «выжать» стабильное рабочее напряжение при питании от 1хАА — 30мА и 2хАА — 100мА. Потом выходное напряжение опустилось больше декларируемых в даташите 2%
Измерение входного и выходного тока и напряжения показало КПД работы преобразователя.
Так на 3-х вольтовой версии удалось получить КПД при питании от 2-х АА до 70%
При питании от 1-й АА КПД получился немного пониже
Тестируя 5-вольтовую микросхему попробовал заменить катушку с 22мкГн на 47мкГн и получил КПД практически до 80%
Жалко, катушки большей индуктивности под рукой не нашлось. Как приедут, попробую выжать из преобразователей немного больше.
Измерение выходных пульсаций показало следующее
Тестирование в холостом режиме дало довольно хорошие результаты:
Питание от 2-х АА или CR2032
- Выходное 3В — холостой ток 10мкА
- Выходное 5В — холостой ток 25мкА
Питание от 1-й АА
- Выходное 3В — холостой ток 20мкА
- Выходное 5В — холостой ток 50мкА
Результаты тестирования
Параметры преобразователей BL8530 вполне близки к даташиту. Подбором дополнительных компонентов — диода, конденсаторов и индуктивности, видимо, можно достичь еще большего приближения.
Меня же вполне устроил достигнутый результат — он полностью соответствует моей задаче.
Не подвел самый главный показатель — ток холостого режима, делающий вполне доступной питание микроконтроллера от одной батарейки, при условии что тот большую часть времени «спит».
ОТК бдит )))
со своего сайта.
samopal.pro
Миниатюрные повышающие стабилизаторы BL8530 или питаем микроконтроллер от одного «пальчика»
Собирая партию недорогих сенсоров на AVR контроллерах задумался, чем их питать.Литиевые аккумуляторы с понижающим стабилизатором — довольно дорого и неэффективно.
С литиевых батареек CR2032 трудно вытянуть стабильную работу при токах более 10мА. Напряжение на них очень быстро начинает падать.
Питание от 3-х ААА слишком громоздко.
Выход — использовать повышающий DC-DC преобразователь с низким током покоя. Кому интересно, пожалуйста под кат.
Сперва хотел использовать NCP1400 от ON Semiconduction, но потом решил попробовать более дешевый аналог от китайской компании SHANGHAI BELLING BL8530.
Основные характеристики преобразователя
- Минимальное входное напряжение — 0.8В
- Выходное напряжение — 2.5, 3.0, 3.3, 5.0 и 6.0В (разные маркировки на корпусах) с точностью 2%
- Максимальный выходной ток — 200мА
- Ток покоя (при выходном токе 0 ) — 12мкА
- КПД преобразования — 85%
- Частота преобразования 300-400кГц
В общем, по описанию все очень интересно и цена довольно «вкусная».
При партии 100шт получается около 7 центов за микросхему на 3В
Также стоят и 5-ти вольтовые преобразователи
А вот преобразователей на 3.3В по такой цене не нашел. Впрочем этих двух мне вполне хватит.
Продаются в основном преобразователи в корпусах SOT89-3
Хотя в даташите есть также SOT23-3 и SOT23-5. В последних выведена нога, отключающая чип. Удобно, если через такой преобразователь нужно питать периферию и отключать ее при ненадобности вмести с преробразователем.
«Обвес» преобразователя состоит всего из четырех деталек:
- Индуктивность на 10-100мкГн
- Диод шоттки (я применил SS14)
- Выходной электролит на 47-220мкФ
- Необязательный входной электролит >= 10мкФ
Пятивольтовая версия отличается только маркировкой на корпусе
На скорую руку собрал несколько плат. Просто модуль преобразователя
Модуль с батарейкой CR2032
Приступаем к тестированию
Рабочий диапазон входного напряжения у трехвольтового стабилизатора 0.8-2.9В. И хотя чип выдерживает напряжение до 12В, при повышении входного напряжения выше напряжения стабилизации выходное напряжение повторяет входное (за исключением падения на диоде и катушке). То есть на понижение напряжения данная схема не работает.
При питании стабилизатора на 3В от двух элементов АА получаем характеристики, близкие к даташиту. Выходное напряжение начинает «проседать» при выходном токе выше 200мА
Питание от одной батарейки АА показало, что входное напряжение становится ниже 0.8В при выходном токе свыше 40мА и стабилизатор перестает работать
Батарейка CR2032 дала стабильное выходное напряжение преобразователя при токе 10мА и длительности 5 сек, что, впрочем, оказалось вполне достаточным для моих задач
Из 5-ти вольтовой версии стабилизатора удалось «выжать» стабильное рабочее напряжение при питании от 1хАА — 30мА и 2хАА — 100мА. Потом выходное напряжение опустилось больше декларируемых в даташите 2%
Измерение входного и выходного тока и напряжения показало КПД работы преобразователя.
Так на 3-х вольтовой версии удалось получить КПД при питании от 2-х АА до 70%
При питании от 1-й АА КПД получился немного пониже
Тестируя 5-вольтовую микросхему попробовал заменить катушку с 22мкГн на 47мкГн и получил КПД практически до 80%
Жалко, катушки большей индуктивности под рукой не нашлось. Как приедут, попробую выжать из преобразователей немного больше.
Измерение выходных пульсаций показало следующее
При установленной выходной емкости 100мкФ пульсация выходного напряжения не превышает 5%
Тестирование в холостом режиме дало довольно хорошие результаты:
Питание от 2-х АА или CR2032
- Выходное 3В — холостой ток 10мкА
- Выходное 5В — холостой ток 25мкА
- Выходное 3В — холостой ток 20мкА
- Выходное 5В — холостой ток 50мкА
Результаты тестирования
Параметры преобразователей BL8530 вполне близки к даташиту. Подбором дополнительных компонентов — диода, конденсаторов и индуктивности, видимо, можно достичь еще большего приближения.Меня же вполне устроил достигнутый результат — он полностью соответствует моей задаче.
Не подвел самый главный показатель — ток холостого режима, делающий вполне доступной питание микроконтроллера от одной батарейки, при условии что тот большую часть времени «спит».
Практическое применение
Я собрал несколько автономных сенсоров контроля влажности почвы растений с батарейным питанием на контролере ATMEGA328 и радиомодулях 433МГц
Питание от 1-й АА в корпусе от коробочки 4xАА
От CR2032 пока без корпуса
И в симпатичных корпусах 4xAAA и питанием от одной ААА
В спящем режиме такие модули вместе с преобразователем потребляют 20мкА от 3-х вольтовой CR2032 и 40мкА от 1.5В. В активном режиме длительность. около 1сек (время измерения и передачи всех параметров) — около 10мА. Расчетное время работы от батарейки от 4-х месяцев до 1 года. (Зависит от периодов между измерениями)
Пока около месяца — полет нормальный
Подробнее об этом проекте с шлюзом на ESP8266 можно прочитать здесь . Там же можно взять исходники.
Сейчас едут разные катушки и ATTINY85 и ATTINY24A (минимально удалось ужать код только до них), а также более миниатюрные платы передатчиков с антеннами для новой версии сенсоров. По ним планируется отдельный обзор.
Нарисовалась правда одна проблемка по данной схеме. При попытки завести входное напряжение (плюс батарейки) на вход АЦП микроконтроллера через резистор 20кОм ток холостого хода всей схемы не падает ниже 5мА, несмотря на отключение всех портов в режиме сна. Пришлось мерить VCC контроллера, которое становится нестабильным, когда батарейке уже совсем хана. Может быть на АЦП плюсовой вывод батарейки через диод заводить или еще как то?
Все платы прошли ОТК 😉
mysku.ru
Импульсные стабилизаторы напряжения на микросхемах и транзисторах
Стабилизатор напряжения с широтно-импульсным управлением А. Колдунова (рис. 7.1) является усовершенствованным вариантом стабилизатора П. Беляцкого.
Рис. 7.1. Схема стабилизатора регулируемого напряжения (0…25 В) с широтно-импульсным управлением.
На микросхеме DA1 типа КР1006ВИ1 собран генератор прямоугольных импульсов с широтно-импульсным управлением. Генератор питается от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1. Выходные импульсы с генератора поступают на двухкаскадный транзисторный ключ (транзисторы VT2 и ѴТЗ), коммутирующий индуктивный накопитель энергии катушку индуктивности (дроссель) L1. Выходное напряжение заряжает конденсатор большой емкости СЗ. Напряжение, снимаемое с этого конденсатора, через регулируемый резистивный делитель R7 и R8 поступает на базу транзистора ѴТ1, управляющего длительностью генерируемых импульсов, и, следовательно, определяющего величину энергии, накапливаемой в индуктивном накопителе энергии.
Величину выходного напряжения можно изменять в пределах от 0 до 25 В при величине питающего напряжения 40 В. Поскольку устройство имеет высокий КПД, то при токе нагрузки менее 200 мА теплоотвод для транзистора VT2 не обязателен.
Дроссель L1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 10… 15 мм проводом ПЭВ-2 0,6…0,8 мм до заполнения и залит парафином для снижения свиста. Импульсные стабилизаторы обладают более высоким КПД при среднем и большом токе нагрузки, однако при малом токе КПД у них меньше.
Схема устройства, показанная на рис. 7.2, лишена такого недостатка [7.2]. Это позволяет применять его практически в любой аппаратуре: как в различных цифровых, так и в звуковоспроизводящих и радиоприемных устройствах.
Технические характеристики:
Ток холостого хода, не более 0,25 мА.
Длительный номинальный ток нагрузки 100 мА.
Максимальный ток нагрузки 200 мА.
Входное напряжение 11… 15 в.
Выходное стабилизированное напряжение 9 В.
КПД: при входном напряжении 11 Б и номинальном токе нагрузки 82% при 13 б и токе нагрузки 10 мА 65%; 100 мА 72%; 200 мА 69%.
Коэффициент стабилизации при номинальном токе нагрузки не менее 300.
Амплитуда пульсаций при максимальном токе нагрузки не более 2 мВ.
Стабилизатор (рис. 7.2) содержит коммутирующий составной транзистор VT1, VT2, коммутирующий диод VD2 и дроссель L1. В узел управления входят опорный элемент на транзисторе ѴТЗ и компаратор DA1. На выходе стабилизатора включен транзисторный фильтр ѴТ4, ѴТ5. Основа узла управления компаратор DA1 на ОУ типа К140УД12. К его инвертирующему входу подключен микромощный опорный элемент, выполненный на обратносмещенном эмиттерном переходе транзистора ѴТЗ. Напряжение его стабилизации (лавинного пробоя) 7…7,5 В обеспечивается при токе 20…30 мкА.
Рис. 7.2. Схема экономичного импульсного стабилизатора напряжения.
На неинвертирующий вход ОУ подается сигнал с резистивного делителя R5 R7. Выходное напряжение регулируется потенциометром R6.
Конденсатор СЗ увеличивает фазовый сдвиг сигнала обратной связи, что необходимо для циклического характера работы устройства. Он же определяет рабочую частоту и в значительной мере влияет на величину пульсаций.
Выход компаратора подключен к базе составного транзистора (VT1, VT2) через резистор R3, задающий ток управления, и стабилитрон VD1, который обеспечивает отсечку управляющего тока и надежное закрывание коммутирующего транзистора во всем интервале входного напряжения. Конденсатор С2 подавляет высокочастотные помехи.
На выходе стабилизатора включен не традиционный LC-фильтр, а транзисторный, что позволяет улучшить динамические характеристики устройства и подавить пульсации не менее чем на 40 дБ. У транзисторного фильтра есть еще одно преимущество «мягкое» включение стабилизатора: его выходное напряжение плавно нарастает в течение 2…4 с. Негативным моментом использования транзисторного фильтра является снижение КПД стабилизатора на 6…8%.
Дроссель L1 содержит 28 витков провода ПЭВ-2 0,57, намотанного на броневом магнитопроводе Б14 из феррита 2000НМ. Немагнитный зазор 0,2 мм в магнитопроводе обеспечен прокладкой из бумаги.
Транзисторы устройства при номинальном токе не требуют теплоотвода. Если стабилизатор предполагают эксплуатировать при токе нагрузки более 50 мА, то транзистор ѴТ1 должен быть типа КТ81х и его следует установить на теплоотвод площадью 10… 15 смг. Допустимо использовать транзисторы КТ639, КТ644, тогда выходной ток стабилизатора можно увеличить до 0,5 А.
Типовая схема импульсного стабилизатора напряжения, построенного на микросхеме КР142ЕП1А, изображена на рис. 7.3. Источник опорного напряжения микросхемы питается непосредственно входным напряжением стабилизатора, а пороговое устройство стабилизированным, снимаемым с вывода 6 (оно поступает через транзистор ѴТ1, являющийся усилителем тока).
Коммутирующим элементом стабилизатора, собранным на транзисторах ѴТ2, ѴТЗ, управляет импульсный сигнал, снимаемый с выводов 2, 3 микросхемы. На базу (выв. 4) внутреннего составного транзистора микросхемы, служащего встроенным коммутирующим элементом, сигнал поступает с выхода порогового устройства (выв. 11). Сигнал обратной связи снимается с выхода стабилизатора и через резистивный делитель напряжения R6 и R9 подводится ко входу дифференциального усилителя порогового устройства (выв. 12). На второй вход усилителя (выв. 13) подано стабильное напряжение с источника опорного напряжения.
Рис. 7.3. Типовая схема импульсного стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕП1А.
При работе микросхемы в составе ключевого стабилизатора пороговое устройство переключается с частотой, зависящей от параметров элементов стабилизатора, режима микросхемы и тока нагрузки. Если при воздействии дестабилизирующих факторов выходное напряжение стабилизатора изменяется, то в силу действия обратной связи изменяется и частота переключения, причем так, что выходное напряжение возвращается к установленному уровню.
Если по тем или иным причинам необходимо, чтобы работа порогового устройства была синхронизирована с частотой какого-либо внешнего генератора, его синхронизирующий сигнал подают на выводы 14 и 15 микросхемы. Это дает возможность строить импульсные стабилизаторы с широтно-импульсным {ШИ) регулированием. Частота переключения коммутирующего элемента в ШИ стабилизаторе постоянна, а под влиянием дестабилизирующих факторов изменяется соответствующим образом длительность открытого состояния коммутирующего элемента.
Основные электрические характеристики микросхемы:
Входное напряжение (подводимое к выв. 5) 10…40 В.
Максимальная частота коммутации при входном напряжении 40 В, выходном токе 50 мА и температуре окружающей среды -Ю…+25°С до 300 кГц.
Для получения стабильных выходных напряжений +12 и +5 В от автомобильного или иного аккумулятора напряжением 9… 12 (9… 18) В может быть использован повышающий импульсный стабилизатор напряжения (рис. 7.4), на выходе которого включены микросхема DA2 типа 7812 на напряжение 12 В и микросхема DA3 типа 7805 на напряжение 5 В.
Рис. 7.4. Схема повышающего импульсного стабилизатора напряжения.
Повышающий импульсный стабилизатор напряжения собран на микросхеме DA1 типа UC3843N, выход которой подключен к ключевому полевому транзистору VT1 типа BUZ11. В схеме используется дроссель индуктивностью 50 мкГн (20…60 мкГн). Он намотан на ферритовом кольце К25х11×22 1000НМ и содержит 20 витков максимально толстого провода. Диод выпрямителя типа 1N5818. Напряжение на конденсаторе С6 18 В.
Частота преобразования 50 кГц. Выходной ток преобразователя до 3 А при КПД примерно 70%.
Двухполярный импульсный стабилизатор напряжения, предназначен для питания измерительного прибора, его схема показана на рис. 7.5. Стабилизатор выполнен на основе специализированной микросхемы МАХ743.
Рис. 7.5. Схема двухполярного импульсного стабилизатора напряжения.
Для создания современных импульсных стабилизаторов напряжения с высокой рабочей частотой (более 100 кГц) и КПД до 90% и выше разработана специализированная микросхема управления типа UC3843 фирмы UNITRODE CORP.
Для создания серии импульсных стабилизаторов напряжения может быть использован типовой блок управления, в состав которого входит микросхема UC3843 (рис. 7.6).
Схема мощного импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа с защитой от перегрузок по току с использованием типового блока управления показана на рис. 7.7.
Дроссель L1 (рис. 7.6) намотан на кольце К10x6x4,5 из пермаллоя МП140 и содержит 5 витков жгута из 6 проводов ПЭВ 0,51 мм, уложенных по всему периметру кольца в один слой. Дроссель L1 (рис. 7.7) выполнен на кольце К19x11x4,8 из того же материала и содержит 12 витков из 10 скрученных вместе проводов того же диаметра.
Рис. 7.6. Схема типового блока управления с микросхемой UC3843.
Рис. 7.7. Схема мощного импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа.
Трансформатор Т1 намотан на кольце К10x6x3 2000НМ1. Вторичная обмотка II намотана проводом ПЭВ 0,2 мм и содержит 200 витков, равномерно уложенных по периметру. Первичная обмотка 1 виток многожильного провода сечением 1 мм2, проходящего через отверстие кольца. Концы его подключены к стоку транзистора VT2 и точке соединения катода диода VD1 и левого по схеме вывода дросселя L1. Необходимо соблюдение полярности подключения обмоток.
Основные характеристики стабилизатора: входное напряжение 8… 15 В; выходное напряжение 5 В; максимальный выходной ток 10 А\ амплитуда пульсаций выходного напряжения не более 100 мВ, нестабильность выходного напряжения 2%; частота преобразования 100 кГц’, среднее значение КПД 90%.
Усовершенствованный вариант схемы предыдущего стабилизатора (рис. 7.8) имеет повышенный КПД за счет использования нового схемотехнического решения, которое позволяет значительно уменьшить падение напряжения на коммутирующем диоде.
Суть этого решения состоит в том, что коммутирующий диод заменяется на биполярный или полевой транзистор. Его включают, когда диод должен быть открыт, а выключают когда закрыт. Падение напряжения на открытом транзисторе может быть в 5… 10 раз меньше, чем даже на диоде ИІотки. Так, за счет использования в качестве коммутирующего диода п-канального полевого транзистора IRF3205 (ѴТЗ) с сопротивлением открытого канала 8 мОм, падение напряжения на нем не превышает 100 мВ при максимальном токе нагрузки. Для сравнения соответствующее падение напряжения в тех же условиях для диодов Шотки достигает 500 мВ.
Рис. 7.8. Схема усовершенствованного варианта импульсного стабилизатора.
Рис. 7.9. Схема импульсного стабилизатора с повышенной эффективностью преобразования.
При примерно тех же основных параметрах потери в новом варианте стабилизатора снижены до минимума, его КПД приближается к 95%.
Еще одна схема импульсного стабилизатора с использованием полевого транзистора показана на рис. 7.9.
Большинство его характеристик в основном такие же, как и у схемы на рис. 7.7, однако амплитуда пульсаций выходного напряжения снижена до 80 мВ, а частота преобразования повышена до 120 кГц. При этом среднее значение КПД при максимальном токе нагрузки во всем интервале изменения входного напряжения составляет не менее 95%.
Данные намоточных элементов те же, что и для схемы на рис. 7.7.
Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.
www.qrz.ru