Стабилизатор на 3 вольта схема: Простой стабилизатор на 3 вольта – работа схемы

Регулируемый стабилизатор напряжения 3 вольта схема

Автор admin На чтение 10 мин Просмотров 1 Опубликовано 8 апреля 2023 Обновлено 7 апреля 2023

Содержание

1. Стабилизатор напряжения 1,5-3 вольта
2. Схема устройства
3. Работа схемы
4. Монтаж устройства
5. Примечание.
6. Переключаемый стабилизатор на 1,5/3 вольта на микросхеме LM317LZ
7. Простой стабилизатор на микросхеме AMS1117
8. Простой стабилизатор на 3 вольта — работа схемы
9. Схема стабилизатора на 3 вольта
10. Работа схемы
11. Монтаж стабилизатора
12. Переключаемый стабилизатор на микросхеме
13. Стабилизатор на микросхеме AMS 1117
14. Схемы простых стабилизаторов напряжения
15. Параметрический стабилизатор
16. Компенсационный стабилизатор
17. Стабилизаторы на микросхемах
18. Последовательный стабилизатор
19. Параллельный стабилизатор
20. Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами
21. Стабилизаторы на транзисторах

Стабилизатор напряжения 1,5-3 вольта

Схема устройства

Схема, изображенная на рисунке 1, представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения и позволяет получить выходное напряжение в пределах 1. 25 — 30 вольт. Это позволяет использовать данный стабилизатор для питания пейджеров с 1.5 вольтовым питанием (например Ultra Page UP-10 и т.п.), так и для питания 3-х вольтовых устройств. В моем случае она используется для питания пейджера «Moongose PS-3050», то есть выходное напряжение установлено в 3 вольта.

Стабилизатор на 3 вольта на микросхеме SD1083

Работа схемы

При помощи переменного резистора R2 можно установить необходимое выходное напряжение. Выходное напряжение можно рассчитать по формуле Uвых=1.25(1 + R2/R1).
В качестве регулятора напряжения используется микросхема SD 1083/1084. Без всяких изменений можно использовать российские аналоги этих микросхем 142 КРЕН22А/142 КРЕН22. Они различаются только выходным током и в нашем случае это несущественно. На микросхему необходимо установить небольшой радиатор, так как при низком выходном напряжении регулятор работает в токовом режиме и существенно нагревается даже на «холостом» ходу.

Монтаж устройства

Устройство собрано на печатной плате размером 20х40мм. Так как схема очень простая рисунок печатной платы не привожу. Можно собрать и без платы с помощью навесного монтажа.
Собранная плата помещается а отдельную коробочку или монтируется непосредственно в корпусе блока питания. Я разместил свою в корпусе AC-DC адаптера на 12 вольт для радиотелефонов.

Примечание.

Необходимо сначала установить рабочее напряжение на выходе стабилизатора (при помощи резистора R2) и лишь, затем подключать нагрузку.

Другие схемы стабилизаторов.

Переключаемый стабилизатор на 1,5/3 вольта на микросхеме LM317LZ

Это одна из самых простых схем, которую можно собрать на доступной микросхеме LM317LZ. Путем подключения/отключения резистора в цепи обратной связи мы получаем на выходе два разных напряжения. При этом, ток нагрузки может достигать 100 мА.

Только обратите внимание на распиновку микросхемы LM317LZ. Она немного отличается от привычных стабилизаторов.

Простой стабилизатор на микросхеме AMS1117

Простой стабилизатор на различные фиксированные напряжения (от 1,5 до 5 вольт) и ток до 1А. можно собрать на микросхеме AMS1117 -X.X (CX1117-X.X) (где X.X — выходное напряжение). Есть экземпляры микросхем на следующие напряжения: 1.5, 1.8, 2.5, 2.85, 3.3, 5.0 вольт. Также есть микросхемы с регулируемым выходом с обозначением ADJ. Этих микросхем очень много на старых компьютерных платах. Одним из достоинств этого стабилизатора является низкое падение напряжения — всего 1,2 вольта и небольшой размер стабилизатора адаптированный под СМД-монтаж.

Для его работы требуется всего пара конденсаторов. Для эффективного отвода тепла при значительных нагрузках необходимо предусмотреть теплоотводную площадку в районе вывода Vout. Этот стабилизатор также доступен в корпусе TO-252.

Источник

Простой стабилизатор на 3 вольта — работа схемы

В настоящее время множество домашних устройств требуют подключения напряжения стабильной величины на 3 вольта, и нагрузочный ток 0,5 ампер. К ним могут относиться:

• Плееры.
• Фотоаппараты.
• Телефоны.
• Видеорегистраторы.
• Навигаторы.

Эти устройства объединены видом источника питания в виде аккумулятора или батареек на 3 вольта.

Как создать питание от бытовой сети дома, не тратя деньги на аккумуляторы или батарейки? Для этих целей не нужно проектировать многоэлементный блок питания, так как в продаже имеются специальные микросхемы в виде стабилизаторов на низкие напряжения.

Схема стабилизатора на 3 вольта

Изображенная схема выполнена в виде регулируемого стабилизатора, и дает возможность создания напряжения на выходе от 1 до 30В. Следовательно, можно применять этот прибор для питания различных устройств для питания 1,5 В, а также для подключения устройств на 3 вольта. В нашем случае устройство применяется для плеера, напряжение на выходе настроено на 3 В.

Работа схемы

С помощью изменяемого сопротивления устанавливается необходимое напряжение на выходе, которое рассчитывается по формуле: U вых=1. 25*(1 + R2 / R1). Вместо регулятора напряжение применяется микросхема SD1083 / 1084. Без изменений применяются отечественные подобные микросхемы 142КРЕН 22А / 142КРЕН 22, которые различаются током выхода, что является незначительным фактором.

Для нормального режима микросхемы необходимо смонтировать для нее маленький радиатор. В противном случае при малом напряжении выхода регулятор функционирует в токовом режиме, и значительно нагревается даже без нагрузки.

Монтаж стабилизатора

Прибор собирается на монтажной плате с габаритами 20 на 40 мм. Схема довольно простая. Есть возможность собрать стабилизатор без использования платы, путем навесного монтажа.

Выполненная готовая плата может разместиться в отдельной коробочке, либо прямо в корпусе самого блока. Необходимо в первую очередь настроить рабочее напряжение стабилизатора на его выходе, с помощью регулятора в виде резистора, а потом подсоединять нагрузку потребителя.

Переключаемый стабилизатор на микросхеме

Такая схема является наиболее легкой и простой. Ее можно смонтировать самостоятельно на обычной микросхеме LM 317 LZ. С помощью отключения и включения сопротивления в цепи обратной связи образуется два различных напряжения на выходе. в этом случае нагрузочный ток может возрасти до 100 миллиампер.

Нельзя забывать про цоколевку микросхемы, так как она имеет отличие от обычных стабилизаторов.

Стабилизатор на микросхеме AMS 1117

Это элементарный стабилизатор с множественными фиксированными положениями регулировки напряжения 1,5-5 В, током до 1 ампера. Его можно монтировать самостоятельно на сериях микросхем AMS 1117 — X.X (CX 1117 — X.X) (где XX — напряжение на выходе).

Есть образцы микросхем на 1,5 – 5 В, с регулируемым выходом. Они применялись раньше на старых компьютерах. Их преимуществом является малое падение напряжения и небольшие габариты. Для выполнения монтажа необходимы две емкости. Чтобы хорошо отводилось тепло, устанавливают радиатор возле выхода.

Источник

Схемы простых стабилизаторов напряжения

Чаще всего радиотехнические устройства для своего функционирования нуждаются в стабильном напряжении, не зависящем от изменений сетевого питания и от тока нагрузки. Для решения этих задач используются компенсационные и параметрические устройства стабилизации.

Параметрический стабилизатор

Его принцип работы заключается в свойствах полупроводниковых приборов. Вольтамперная характеристика полупроводника – стабилитрона показана на графике.

Во время включения стабилитрона свойства подобны характеристике простого диода на основе кремния. Если стабилитрон включить в обратном направлении, то электрический ток сначала будет расти медленно, но при достижении некоторой величины напряжения наступает пробой. Это режим, когда малый прирост напряжения создает большой ток стабилитрона. Пробойное напряжение называют напряжением стабилизации. Во избежание выхода из строя стабилитрона, течение тока ограничивают сопротивлением. При колебании тока стабилитрона от наименьшего до наибольшего значения, напряжение не изменяется.

На схеме показан делитель напряжения, который состоит из балластного сопротивления и стабилитрона. К нему параллельно подключена нагрузка. Во время изменения величины питания меняется и ток резистора. Стабилитрон берет изменения на себя: меняется ток, а напряжение остается постоянным. При изменении резистора нагрузки ток изменится, а напряжение останется постоянным.

Компенсационный стабилизатор

Прибор, рассмотренный ранее очень простой по конструкции, но дает возможность подключать питание прибора с током, который не превышает наибольшего тока стабилитрона. Вследствие этого используют приборы, стабилизирующие напряжение, и получившие название компенсационных. Они состоят из двух видов: параллельные и последовательные.

Называется прибор по методу подключения элементу регулировки. Обычно используются компенсационные стабилизаторы, относящиеся к последовательному виду. Его схема:

Элементом регулировки выступает транзистор, соединенный последовательно с нагрузкой. Напряжение выхода равняется разности значения стабилитрона и эмиттера, которое составляет несколько долей вольта, поэтому считается, что выходное напряжение равно стабилизирующему напряжению.

Рассмотренные приборы обоих типов имеют недостатки: невозможно получить точную величину напряжения выхода и производить регулировку во время работы. Если нужно создать возможность регулирования, то стабилизатор компенсационного вида изготавливают по схеме:

В этом приборе регулировка осуществляется транзистором. Основное напряжение выдает стабилитрон. Если напряжение выхода повышается, база транзистора получается отрицательной в отличие от эмиттера, транзистор откроется на большую величину и ток возрастет. Вследствие этого, напряжение отрицательного значения на коллекторе станет ниже, так же как и на транзисторе. Второй транзистор закроется, его сопротивление повысится, напряжение выводов повысится. Это приводит к снижению напряжения выхода и возвращению к бывшему значению.

При снижении напряжения выхода проходят подобные процессы. Отрегулировать точное напряжение выхода можно резистором настройки.

Стабилизаторы на микросхемах

Такие устройства в интегральном варианте имею повышенные характеристики параметров и свойств, которые отличаются от подобных приборов на полупроводниках. Также они обладают повышенной надежностью, небольшими габаритами и весом, а также небольшой стоимостью.

Последовательный стабилизатор

• 1 – источник напряжения;
• 2 – Элемент регулировки;
• 3 – усилитель;
• 4 – источник основного напряжения;
• 5 – определитель напряжения выхода;
• 6 – сопротивление нагрузки.

Элемент регулировки выступает в качестве изменяемого сопротивления, подключенного по последовательной схеме с нагрузкой. При колебании напряжения меняется сопротивление элемента регулировки так, что происходит компенсация таких колебаний. Воздействие на элемент регулировки производится по обратной связи, которая содержит элемент управления, источник основного напряжения и измеритель напряжения. Этот измеритель является потенциометром, с которого приходит часть напряжения выхода.

Обратная связь регулирует напряжение выхода, использующееся для нагрузки, напряжение выхода потенциометра становится равным основному напряжению. Колебания напряжения от основного создает некоторое падение напряжения на регулировке. Вследствие этого, измеряющим элементом в определенных границах можно осуществлять регулировку напряжения выхода. Если стабилизатор планируется изготовить на определенную величину напряжения, то измеряющий элемент создается внутри микросхемы с компенсацией температуры. При наличии большого интервала напряжения выхода, измеряющий элемент выполняется за микросхемой.

Параллельный стабилизатор

• 1 – источник напряжения;
• 2 –элемент регулирующий;
• 3 – усилитель;
• 4 – источник основного напряжения;
• 5 – измерительный элемент;
• 6 – сопротивление нагрузки.

Если сравнить схемы стабилизаторов, то прибор последовательного вида имеет повышенный КПД при неполной загрузке. Прибор параллельного вида расходует неизменную мощность от источника и выдает ее на элемент регулировки и нагрузку. Стабилизаторы параллельные рекомендуется использовать при неизменных нагрузках при полной загруженности. Стабилизатор параллельный не создает опасности при КЗ, последовательный вид при холостом ходе. При неизменной нагрузке оба прибора создают высокий КПД.

Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами

Инновационные варианты схем стабилизаторов последовательного вида выполнены на 3-выводной микросхеме. Вследствие того, что есть всего лишь три вывода, их проще использовать в практическом применении, так как они вытесняют остальные виды стабилизаторов в интервале 0,1-3 ампера.

1. U вх – необработанное напряжение входа;
2. U вых –напряжение выхода.

Можно не использовать емкости С1 и С2, однако они позволяют оптимизировать свойства стабилизатора. Емкость С1 применяется для создание стабильности системы, емкость С2 нужна по той причине, что внезапное повышение нагрузки нельзя отследить стабилизатором. В таком случае поддержка тока осуществляется емкостью С2. Практически часто применяются микросхемы серии 7900 от компании Моторола, которые стабилизируют положительную величину напряжения, а 7900 – величину со знаком минус.

Для увеличения надежности и создания охлаждения стабилизатор монтируют на радиатор.

Стабилизаторы на транзисторах

На 1-м рисунке схема на транзисторе 2SC1061.

На выходе прибора получают 12 вольт, на напряжение выхода зависит прямо от напряжения стабилитрона. Наибольший допустимый ток 1 ампер.

При применении транзистора 2N 3055 наибольший допускаемый ток выхода можно повысить до 2 ампер. На 2-м рисунке схема стабилизатора на транзисторе 2N 3055, напряжение выхода, как и на рисунке 1 зависит от напряжения стабилитрона.

• 6 В — напряжение выхода, R1=330, VD=6,6 вольт
• 7,5 В — напряжение выхода, R1=270, VD = 8,2 вольт
• 9 В — напряжение выхода, R1=180, Vd=10

На 3-м рисунке – адаптер для автомобиля – аккумуляторное напряжение в автомобиле равно 12 В. Для создания напряжения меньшего значения применяют такую схему.

Источник

Преобразователи напряжения для систем PENTIUM/II/III

Преобразователи напряжения для систем PENTIUM/II/III

Зачем нужны преобразователи напряжения на плате.

Линейные стабилизаторы 3,3/2,5/1,5 вольт

Линейные стабилизаторы ядра процессора.

Импульсные стабилизаторы

Синхронные импульсные стабилизаторы

Комбинированные стабилизаторы

Производители компонентов для стабилизаторов

Зачем нужны преобразователи напряжения на плате.

&nbsp &nbspКак известно из древних манускриптов, первые процессоры (назовем первым i8080) изготавливались по NMOS технологии. В те времена довольно трудно было изготовить транзистор с точно заданым напряжением отсечки. Кроме этого при изготовлении микросхем образовывались диоды которые приходилось закрывать подачей на подложку минус 5 вольт.
&nbsp &nbsp Таким образом для питания собствено процессора (сейчас это называется ядро процессора) подавалось +12 вольт, на подложку -5 вольт, а для общения со стандартными ТТЛ микросхемами +5 вольт.

&nbsp &nbsp В современных системных платах -5 вольт не используется но практически во всех блоках питания присутствует. Правда нагрузочная способность обычно не превышает 0,05 Ампер.
&nbsp &nbsp Но технология совершенствовалась и появились микросхемы NMOS микросхемы требующие только +5 вольт (i8055 отечественный аналог 580ВВ55). А затем и CMOS(КМОП) процессоры. (i8085, Z80, Квазар выпустил 580ВМ1 ).
&nbsp &nbsp Как известно КМОП структуры потребляют мизерную энергию когда не переключаются. Потребление происходит только при заряде/разряде емкости затворов. От положительного полюса происходит заряд емкостей при включении, а при выключении заряд стекает на землю.
&nbsp &nbsp Включение/выключение взаимно инверсны для N и P канального транзистора.

рис 1.Пример логического елемента КМОП структуры.

&nbsp &nbsp Кроме этого чем выше напряжение на затворе, тем меньше сопротивление канала открытого транзистора. Повышение температуры – повышает сопротивление канала. На быcтродействие влияют и физические размеры транзисторов на подложке.
&nbsp &nbsp Еще много параметров влияют на быстродействие транзисторов и соответсвенно процессоров. Производители ищут золотую середину, но тенденция снижения напряжения питания просматривается четко.

Линейные стабилизаторы 3,3/2,5/1,8/1,5 вольт

&nbsp &nbsp Первой серией процессоров Intel-архитектуры для настольных систем с напряжением питания меньше 5 вольт, стала 486 серия. Процессоры тогда выпускали кроме Intel – AMD, IBM, Cyrix, UMC. Напряжение питания ядра и I/O (ввода/вывода) совпадали. Но для разных процессоров имели разное значение 3,3 3,45 3,52 вольт.
&nbsp &nbsp Так появились на плате первые стабилизаторы 3,3 вольта.

рис 2. Типичная структура линейного стабилизатора.

&nbsp &nbsp Принцип действия его довольно прост. Входное напряжение запитывает операционный усилитель и источник опорного напряжения.
&nbsp &nbsp В простейшем случае стабилитрон и токоограничивающий резистор. В начальный момент на выходе стабилизатора напряжения нет опорное напряжение на неинвертирующем больше чем на инвертирующем входе. По этому на выходе ОУ появляется напряжение открывающее силовой транзистор напряжение с эмитера транзистора напряжение попадает на делитель R1/R2. С делителя поступает на инвертирующий вход ОУ и последний уменьшает выходное напряжение и силовой транзистор прикрывается.

Схема таким образом пытается сравнять напряжение на входах ОУ, и соответсвенно на выходе стабилизатора.
&nbsp &nbsp Для устойчивой работы данной схемы требуется конденсатор на выходе и минимальная нагрузка( обычно сотые доли Ампера).
&nbsp &nbsp Более подробно можно почитать здесь

По такой схеме собраны интегральные стабилизаторы LM317, LM1083/4/5, PQ30RV21, а также их аналоги.

рис 3. Интегральный линейный стабилизатор.

&nbsp &nbsp На системных платах я встречал LM1083/4/5, PQ30RV21. LM317 Имеет ток нагрузки 1,5A по этому возможно и не применялась.
LM1083/4/5 отдает в нагрузку 7,5/5/3 Ампера. Так как в Pentium системах питание 3,3 вольта может подаваться на DIMM, СASH, PCI то 5-ти амперные и менее мощные источники не применяются для питания ядра процессора. Так мне встречалась плата на чипсете VIA MVP3 в которой стабилизатор 3,3 вольта запитывал все устройства (кроме ядра процессора). Он был собран на LT1083, радиатор размером 1 на 2 сантиметра. Вода, капнутая на радиатор, закипала :-(((.
&nbsp &nbsp На современных платах такие схемы применяются только для стабилизаторов 2,5 вольт генератора тактовых сигналов и 1,5 вольт для запитки терминаторов интерфейса между процессором и северным мостом.

&nbsp &nbsp На 486 возможно применялись 1083 и для запитки ядра процессора. Давно было не помню :-))). Pentium Pro платы живьем видел раз 10 не больше.

&nbsp &nbsp Так как резисторы обычно имеют номинал килоомы и не горят, то диагностировать отказ довольно просто :
1) Померять напряжение на входе и выходе.
2) Если не равно требуемому то подменить на заведомо рабочий.
&nbsp &nbsp Eсли нет чем подменить то можно собрать на весу схему из двух резисторов по 100 ом и конденсатора на выходе. При этом напряжение должно быть два опорных(типовое значение: 2*1,25=2,5 вольт).

&nbsp &nbsp Кроме этого дизайнеру платы не возбраняется разместить стабилизатор 3,3 вольта в SMD корпусе для питания Stand By логики в ATX платах.

Или 78L05, для питания звуковой платы на борту. Так как их выходное напряжение фиксировано то проверить еще проще.
&nbsp &nbsp А в чипсете i810 добавлен стабилизатор 1,8 вольт. Творчество не остановить :-)))

Линейные стабилизаторы ядра процессора.

&nbsp &nbsp Линейные стабилизаторы ядра перестали использоваться с появлением процессоров с двойным питанием.(Pentium MMX, AMD K6-2)
&nbsp &nbsp Так при напряжении ядра 3,3 вольта, КПД линейного стабилизатора в лучшем случае равнялся 66% то при 2,8 уже 56%, а для cовременных AMD K6-2+ при напряжении 2,0 всего 40%.
&nbsp &nbsp Таким образом с силового элемента нужно отводить можность равную или большую мощности потребляемой CPU. Для K6-2-400 ток потребления 11,25 Ампер при 2,2 вольта, при этом на силовом элементе выделиться (5-2,2)*11,25=31,5 ватт. Компактный недорогой паяльник :-))).

По этому производители начали переходить на импульсные стабилизаторы.

&nbsp &nbsp С линейных стабилизаторов мне встречались два схемных решения.

Схемы используемые для построения линейных стабилизаторов.

рис 4. Регулируемый стабилитрон	рис 5. Линейный стабилизатор на 100мА

Если посмотреть на первый рисунок, то видно что он имеет отличия от типовой схемы линейного стабилизатора но включает те же элементы. Этот регулируемый стабилитрон LM/TL431 с помощью трех резисторов и силового элемента легко превратить в мощный стабилизатор.

рис 5. Линейных стабилизатор на TL431.

&nbsp &nbsp Так как cиловой элемент внешний, то заменяя его можно собрать стабилизатор и на 10 и более Ампер.
&nbsp &nbsp Единственный вопрос: куда девать рассеиваемую мощность?

Принцип работы схемы отличается от указанной на рис 2.
Резистор Rb обеспечивать ток для питания собственно регулируемого стабилитрона и базовый ток силового транзистора.
&nbsp &nbsp Источник опорного напряжения подключен к инвертирующему входу, и по этому регулировка выходного напряжения происходит за счет понижения напряжения/повышения напряжения на базе.
То есть в первой схеме ОУ управлял напряжением на базе и задавал ток базы (соответственно и нагрузки), то в данной схеме только регулирует выходное напряжение.

&nbsp &nbsp Так как коэффициент усиления транзистора при больших токах низок то требуется большой базовый ток.

Так что данная типовая схема включения используется редко. Чаще устанавливается транзистор типа Дарлингтон.
Но данный тип транзисторов имеет обычно высокое значение напряжение насыщения коллектор эмиттер. Типично 2 вольта и выше.
&nbsp &nbsp Я встречал два решения:
1) Понадеятся что транзисторы имеют лучшее Uce(sat) чем обьявленый в паспорте и поcтавить Дарлингтон &nbspTIP102.
2) Подрассчитать резистор Rb и поставить &nbsp D45H&nbsp который имеет Uce(sat) не более 1,5 вольт и коэффициент усиления 40..60.

&nbsp &nbsp В данный момент наиболее распространена схема с заменой биполярного транзистора на полевой с изолированым N каналом.
Эта схема применяется для 1,5/1,8/2,5/3,3 вольт, но для питания ядра я не встречал. Как указывал выше, сейчас применяют импульсные стабилизаторы.

рис 6. Линейных стабилизатор на TL431 и N-канальном полевике.

&nbsp &nbsp Данная схема экономичней, проще в рассчете, но защиты по току нет :-(((.
&nbsp &nbsp Если паралельно R3 в схемах на рис. 5 и 6 поставить набор резисторов и перемычек, то можно регулировать выходное напряжение.
Теоретически нижный предел напряжения равен опорному (2,5 вольт). Но обычно при питании ядра ниже чем 2,8 происходит перегрев силового транзистора.

&nbsp &nbsp Стабилизатор на AS/LP2951 собирается по схеме аналогичной регулируемому стабилитрону:

Линейных стабилизатор на LP2951.

рис 7. С применением PNP транзистора.	рис 8. С применением P-канального транзистора

&nbsp &nbsp Эти схемы взяты с документации на AS2951.
Но если внимательно посмотреть на рис 2, прочитать документацию на микросхему, то можно прийти к такой схеме:

рис 9. Функциональная схема стабилизатора на LP2951.

&nbsp &nbsp С точки зрения производителя эта схема возможно эта схема никудышняя (прохождение тока через микросхему большое (0,0004 Ампера потребляет микросхема а через нее “валит” весь базовый ток, греет и провоцирует отказ).
Но вполне работоспособна.
&nbsp &nbsp Так как основное применение предполагалось в переносных/носимых устройствах, то и выходной ток микросхемы ток начинает ограничиваться около 0,15 Ампер и ток через силовой транзистор соответственно ограничивается.
&nbsp &nbsp Это cвойство опять ставит перед вибором Дарлингтон/обычный транзистор или полевой с отказом от защиты по току или усложнением схемы.
&nbsp &nbsp Чаще всего встречались схеми с D45h3.

&nbsp &nbsp Отказывает чаще всего в данной схеме, конечно же, силовой элемент.

Импульсные стабилизаторы

&nbsp &nbsp Ну наконец то добрались до основной темы данной краткой статьи.
Импульсные стабилизаторы намного выгоднее в использовании:
&nbsp &nbsp 1. Нагрев силовых элементов намного меньше.
&nbsp &nbsp 2. Не требуется мощные радиаторы/вентиляторы.
&nbsp &nbsp 3. Емкости фильтрующих конденсаторов меньше.

&nbsp &nbsp Сторонники линейных стабилизаторов выдвинут свои аргументы:
&nbsp &nbsp 1. В случае пробоя на схему пойдет напряжение в два и более раз выше номинального.
&nbsp &nbsp 2. Нужно мотать не стандартные узлы(индуктивность).
&nbsp &nbsp 3. Емкости фильтрующих конденсаторов меньше, но требуюся специализированые.

&nbsp &nbsp Решительно отметаем эти аргументы:
&nbsp &nbsp 1.Надежность импульсных стабилизаторов намного выше и вероятность отказа намного меньше. Для особо “трусливых” можно предложить варистор или резистор+стабилитрон+тиристор+предохранитель для защиты от перенапряжения.
&nbsp &nbsp 2. Сколько той катушки не более десяти витков.
&nbsp &nbsp 3. Да требуются специальные конденсаторы которые рассчитаны на высокочастотные пульсации.
Обычно такие конденсаторы упакованы в коричневый пластик. Но можно и черные, рассчитание на 105 градусов.
Зато какая экономия обьема и места на плате.

рис 10. Функциональная схема импульсного понижающего стабилизатора.

Данный рисунок я получил из &nbspуниверситетской статьи о преобразователях.
&nbsp &nbsp В статье обстоятельно описана теория выпрямления и преобразования c формулами и примерами. А также моделями PcSpice и MathCad.
&nbsp Здесь можно почитать на русском. Читать легче, но есть Ашипки и очепятки :-))), по английски читаю хуже и ошибок не вижу.
&nbsp &nbsp Принцип действия несколько похож на линейный стабилизатор.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp1) Схема управления при подаче входного напряжения открывает силовой электронный ключ и напряжение поступает на нагрузку через катушку индуктивности.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp2) Напряжение на на нагрузке начинает расти, и часть его через обратную связь поступает на схему управления.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp3) При превышении на нагрузке напряжения выше заданного, схема управления отключает силовой ключ.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp4) Так как катушка индуктивности накопила энергию, то она начинает отдавать ток в нагрузку. Напряжение на ней меняется на противоположное(слева минус) и диод открывается – цепь замыкается.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp5) По мере отдачи энергии напряжение на нагрузке падает и через обратную связь сравнивается с опорным.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp6) При падении напряжения ниже опорного, схема управления включает ключ и поступающее напряжение закрывает диод – “все возвращается на круги своя”.

рис 11. Понижающий стабилизатор с N-канальным транзистором.

&nbsp &nbsp Это схема стабилизатора на 3,3 вольта с системной платы PC Chips.
Для открытия ключа контроллер MC34063 выдает на выходе напряжение несколько меньше 12 вольт. Это напряжение через диод D3 попадает на затвор Q1 и открывает его. Когда напряжение на выходе достигло заданного, контроллер снимает напряжение. Положительный заряд на затворе через эмиттер, базу R3 начинает стекать на землю. Как только в цепи базы появляется ток – переход коллектор эмиттер открывается и заряд полностью стекает на землю.
&nbsp &nbsp При напряжении отсечки (3..5 вольт для мощных полевиков) транзистор Q1 закрывается.

&nbsp &nbsp Похожая схема применялась в стабилизаторе блока питания компьютера. Только вместо D3, Q2 стояла пара транзисторов PNP и NPN (2N3906, 2N3904). Через один транзистор напряжение поступало на затвор, а через другой стекало на землю (типичная схема: базы вместе – вход, эмиттеры вместе – выход, колекторы – врозь, на землю и питание ).
&nbsp &nbsp Поскольку диод Шотки дорогой (центов 5 наверное), то китайские головы решили снять его, и вцепили RC цепочку в затвор.
&nbsp &nbsp При этом транзистор перешел в линейный режим. Позже догадались, что импульсный контроллер для линейного режима не нужен и переработали совсем схему.

&nbsp &nbsp В принципе ключевым элементом в схеме может быть и биполярный транзистор(PNP и NPN) а также P-канальный полевой.

рис 12. Импульсный стабилизатор c NPN транзистором.

&nbsp &nbsp Так как P-канальный транзистор дороже (правда позволяет работать только с одним питающим напряжением), а биполярные менее эффективны, то на системных платах используют в основном N-канальные.
&nbsp &nbsp Кроме этого импульсные стабилизаторы позволяют получить выходное напряжение выше входного, а также отрицательное напряжение.

&nbsp &nbsp По схеме с N-канальным транзистором я собирал стабилизатор на 10 ампер. На входе поставил обьемно-пористый танталовый конденсатор на 47 микрофарад.
&nbsp &nbsp При нагрузке в 5А и транзисторе IRL2203N( сопротивление в открытом состоянии 0.007 Ом!!!) транзистор не нагревался выше 30 градусов на печатной плате, с оставленной фольгой 2х2 сантиметра для охлаждения.
&nbsp &nbsp Но при нагрузке 10А в течении минуты, с конденсатора дым. Пришлось заменить на 1000 микрофарад. При этом чуствовался нагрев конденсатора. Транзистор работал (~70..80 градусов).
&nbsp &nbsp Максимальная рабочая тампература его по паспорту 175.

&nbsp &nbsp Эту информацию желательно учитывать при замене компонентов на системной плате.

&nbsp &nbsp По такой схеме построены многие интегральные стабилизаторы например: US3034 , RC5037.

рис 13. Блок схема RC5037.

&nbsp &nbsp Здесь явно видно частотозадающий конденсатор С1 , делитель обратной связи R2/R3 и датчик тока R1. Схема заряда и разряда емкости затвора находиться внутри микросхемы.
&nbsp &nbsp Такаие схемы применяются для стабилизаторов 3,3 вольт на AT/ATX платах, а также в дорогих платах для питания DIMM.
&nbsp &nbsp Обычно отказывает силовой транзистор. Для проверки нужно выпаять затвор (или весь транзистор) и прозвонить на сток/исток. При этом должен звониться обрыв. Если прозванивать цифровым тестером(плюс на затвор, минус на исток ) то на затворе образуется заряд, и переход сток исток звониться на 0 в обоих направлениях.

Микросхема при этом на выходе выдает 12 вольт, Его нет или не около 12 вольт то и микросхема сдохла тоже.
&nbsp &nbspПравда было пару случаев, умельцы пережигали дорожку подачи 12 вольт, подсоединяя кнопку Reset к питанию вентилятора. Так что перед тем как выбросить микросхему, желательно проверить наличие +5 и +12 вольт на ней.

&nbsp &nbsp Интересное решение: питание ядра процессора типа Pentium II/III разработанное PCChips с автонастройкой.

рис 14. Cхема питания ядра на MC34063..

&nbsp &nbsp У этой схемы есть недостаток – без процессора на выходе напряжение растет до 5 вольт.

&nbsp &nbsp Вот типовое включение микросхемы TL494 &nbsp в режиме понижающего импульсного преобразователя:

рис 15. Понижающий стабилизатор на TL494.

&nbsp &nbsp Мне встречались платы в которых биполярный транзистор (2N3906) работал на мощный N-канальный полевик в стабилизаторе 3.3 вольт.
В интернете достаточно информации о данной микросхеме, и на русском языке тоже. Так что подробно останавливаться не буду.

Синхронные импульсные стабилизаторы

&nbsp &nbsp Так как производители все повышают рабочую частоту процессоров, то растет и ток потребляемый ими и мощность рассеиваемая на стабилизаторах.
&nbsp &nbsp Но если на процессор ставят радиатор и вентилятор (у Athlona два вентилятора), то на системных платах для охлаждения силовых элементов стараются поставить радиатор поменьше, или использовать печатную плату для для охлаждения.
&nbsp &nbsp Так как рассеиваемая мощность на диоде например MBR2035CT&nbsp &nbsp равна при токе 10 Ампер – 10*0,57=5,7 Ватт (когда он открыт). А на указанном выше IRL2203N всего 10*0,007=0,07 Ватт.
&nbsp &nbsp Указанной цифре можно не верить. Мощность выделяемая на транзисторе в момент открывания/закрывания намного превышает 0,07 Ватт. Но все же схема с двумя транзисторами эффективнее комбинации транзистор плюс диод.
&nbsp &nbsp Схемы с использованием двух транзисторов называются синхронными. При определенных условиях КПД достигает 98% (по крайней мере в информационных листах производителей чипов :-))).

рис 16. Типовая схема синхронного стабилизатора

&nbsp &nbsp Транзистор Q1 закачивает ток в катушку, а Q2 принимает ток при закрытии Q1.
&nbsp &nbsp Для того чтобы предотвратить одновременное открытие обоих транзисторов, управляющая схема выдерживает паузу (dead time) после закрытия одного транзистора и открытием другого. Но так как ток не должен прерваться, то установлен маломощный диод D1.
&nbsp &nbsp Так как емкость фильтрующих конденсаторов обычно превосходит 8000 микрофарад, то используется конденсатор С1 для плавного пуска (soft star).
&nbsp &nbsp Защита от короткого замикания сделана “по хитрому”. Когда открыт верхний транзистор, то на нем падает напряжение пропорционально току и сопротивлению канала.
&nbsp &nbsp Это напряжение вычитается из напряжением, которое задается сопротивлением R1 и внутренним источником тока (смотри рис. 16, 17) При превышении током заданного значения, происходит изменение знака выходного напряжения операционного усилителя и отключение верхнего транзистора Q1.
&nbsp &nbsp Выходное напряжение стабилизируется на уровне выбраном процессором с помощью входных сигналов VID0..VID4.
&nbsp &nbsp Подробнее можно почитать в технической документации на контроллер, например: HIP6004.

рис 17. Блок схема HIP6004

&nbsp &nbsp Так как верхний транзистор Q1 рассеивает большую мощность чем Q2, то и отказывает чаще. Пробивается изоляция затвора.
При отказе управляющей микросхемы, выбивает и верхний транзистор.

&nbsp &nbsp При отсутсвии процессора, на выходе стабилизатора может устанавливается минимально допустимое напряжение 1,3 вольта, около 0 вольт, кроме этого встречаются схемы включения стабилизирующие напряжение на уровне 2,0 вольт.
При отказе управляющей микросхемы и верхнего ключа, на затворе верхнего ключа появляется напряжение не равное плюс 12 вольт, а какое нибудь промежуточное, например: 7..8 вольт.
&nbsp &nbsp Это напряжение через пробитый затвор попадает на выход. И с помощью тестера или осцилографа можно проследить нарастание напряжения ядра до 6..7 вольт в течении 1..2 минут. Что может служить для диагностики отказа.
В некоторых платах может отсутствовать диод, заменяющий нижний транзистор до его открытия. При этом роль диода выполняет технологический диод в силовом транзисторе.

Комбинированые стабилизаторы

&nbsp &nbsp Дальнейшая интеграция преобразователей привела к обьединению в одной микросхеме нескольких стабилизаторов например HIP6019:

рис 18. Блок схема HIP6019

&nbsp &nbsp На рисунке явно видны: импульсный синхронный контроллер PWM1(целый чип HIP6004), классический импульсный контроллер PWM2, линейный контроллер с внешним силовым элементом, и полный регулятор (стабилизатор напряжения).

&nbsp &nbsp Вот и все.

Производители компонентов для стабилизаторов

Сссылки прямо на страницу с информацией о микросхемах.
Если ссылка не работает то укоротите ей “хвост”.

Cherry Semiconductor, успешно проглочена OnSemi подразделение Motorola
&nbsp &nbsp Производит все.

Intersil подразделение Harris Semiconductor
&nbsp &nbsp Контроллеры серии HIP60xx, силовые транзисторы.

Ratheon подразделение Fairchild, которое в свою очередь является подразделением National Semiconductor
&nbsp &nbsp Контроллеры серии RC50xx,линейные стабилизаторы, силовые транзисторы.

Linear Tecnology
&nbsp &nbsp ШИМ Контроллеры ,линейные стабилизаторы.

MicroSemi она же Linfinity Microelectronics
&nbsp &nbsp Контроллеры серии LX16xx, линейные стабилизаторы, силовые элементы, и множество других полезностей.

National Semicondactor
&nbsp &nbsp Контроллеры серии LM26xx, линейные стабилизаторы, силовые элементы, и множество других полезностей.

Semtech
&nbsp &nbsp Контроллеры серии SC11xx, линейные стабилизаторы.

Unisem
&nbsp &nbsp Контроллеры серии US30xx, линейные стабилизаторы.

Analog Integration corp.
&nbsp &nbsp Контроллеры серии AIC15xx, линейные стабилизаторы, ключи .

[email protected]

SCR/триак-управляемая схема автоматического стабилизатора напряжения

В этом посте мы обсудим относительно простую схему автоматического стабилизатора сетевого напряжения, управляемую симистором, в которой используются логические ИС и несколько симисторов для управления уровнями сетевого напряжения.

Благодаря твердотельной конструкции переходы переключения напряжения очень плавные с минимальным износом, что обеспечивает эффективную стабилизацию напряжения.

Откройте для себя весь процесс создания этого уникального полупроводникового стабилизатора сетевого напряжения.

Предложенная схема стабилизатора переменного напряжения, управляемого симистором, обеспечит превосходную 4-х ступенчатую стабилизацию напряжения любого электроприбора на его выходе.

Благодаря отсутствию движущихся частей его эффективность еще больше повышается. Узнайте больше об этом бесшумном операторе: Power Guard.

Схема автоматического стабилизатора напряжения, описанная в одной из моих предыдущих статей, хоть и полезная, но в силу своей более простой конструкции не имеет возможности дискретно управлять разными уровнями переменного сетевого напряжения.

Предложенная идея, хотя и не проверенная, выглядит довольно убедительно, и если критические компоненты подобраны правильно, она должна работать должным образом.

Представленная схема стабилизатора напряжения переменного тока, управляемого симистором, выдающаяся по своим характеристикам и является почти идеальным стабилизатором напряжения во всех отношениях.

Как обычно, схема была разработана исключительно мной. Он способен точно контролировать и измерять входное напряжение сети переменного тока с помощью 4 независимых шагов.

Использование симисторов обеспечивает быстрое переключение (в пределах 2 мс) и отсутствие искр или переходных процессов, обычно связанных со стабилизаторами релейного типа.

Кроме того, поскольку не используются движущиеся части, весь блок становится полностью твердотельным и почти постоянным.

Давайте посмотрим, как работает схема.

ВНИМАНИЕ:
КАЖДАЯ ТОЧКА ЦЕПИ, ПРЕДСТАВЛЕННОЙ ЗДЕСЬ, МОЖЕТ БЫТЬ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ПОЭТОМУ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНА ДЛЯ ПРИКАСАНИЯ В ВКЛЮЧЕННОМ ПОЛОЖЕНИИ. РЕКОМЕНДУЕТСЯ С МАКСИМАЛЬНОЙ ОСТОРОЖНОСТЬЮ И ОСТОРОЖНОСТЬЮ, НАСТОЯТЕЛЬНО РЕКОМЕНДУЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕРЕВЯННОЙ ДОСКИ ПОД НОГАМИ ПРИ РАБОТЕ С ЭТОЙ КОНСТРУКЦИЕЙ…. НОВИЧКИ, ПОЖАЛУЙСТА, ДЕРЖИТЕСЬ ДАЛЕКО.

Работа схемы

Функционирование схемы можно понять по следующим пунктам:

Транзисторы с T1 по T4 устроены таким образом, чтобы воспринимать постепенное повышение входного напряжения и проводить один за другим по мере увеличения напряжения и наоборот.

Шлюзы N1-N4 из IC 4093 сконфигурированы как буферы. Выходы транзисторов подаются на входы этих затворов.

Все вентили взаимосвязаны друг с другом таким образом, что выход только определенного вентиля остается активным в заданный период времени в соответствии с уровнем входного напряжения.

Таким образом, при повышении входного напряжения затворы реагируют на транзисторы, и их выходы последовательно становятся логическими HI один за другим, гарантируя, что выход предыдущего затвора закрыт, и наоборот.

Логический привет от конкретного буфера подается на затвор соответствующего тиристора, который проводит и соединяет соответствующую «горячую» линию от трансформатора к внешнему подключенному устройству.

По мере роста напряжения соответствующие симисторы последовательно выбирают соответствующие «горячие» концы трансформатора для увеличения или уменьшения напряжения и поддержания относительно стабилизированного выходного сигнала.

Как собрать схему

Конструкция этой схемы управления симисторным блоком питания переменного тока проста и требует приобретения необходимых деталей и их правильной сборки на обычной печатной плате.

Совершенно очевидно, что человек, пытающийся собрать эту схему, знает немного больше, чем просто основы электроники.

Все может пойти совсем не так, если в финальной сборке будет какая-то ошибка.

Вам потребуется внешний переменный (от 0 до 12 В) универсальный источник питания постоянного тока для настройки устройства следующим образом: найти, что он будет производить 9вольт на входе 170 вольт, 13 вольт будет соответствовать 245 вольт, а 14 вольт будет эквивалентен входу примерно 260 вольт.

Как настроить и проверить цепь

Сначала оставьте точки «AB» отключенными и убедитесь, что цепь полностью отключена от сети переменного тока.

Настройте внешний универсальный источник питания на 12 вольт и подключите его плюс к точке «В», а минус к общему заземлению цепи.

Теперь отрегулируйте P2 так, чтобы LD2 только что включился. Уменьшите напряжение до 9и отрегулируйте P1, чтобы включить LD1.

Аналогичным образом отрегулируйте P3 и P4, чтобы соответствующие светодиоды загорались при напряжении 13 и 14 соответственно.

Процедура настройки завершена. Удалите внешнее питание и соедините точки «AB» вместе.

Теперь все устройство можно подключить к сети переменного тока, чтобы сразу начать работу.

Вы можете проверить работу системы, подав переменный входной переменный ток через автотрансформатор и проверив выходной сигнал с помощью цифрового мультиметра.

Стабилизатор напряжения переменного тока, управляемый симистором, отключается при напряжении ниже 170 и выше 300 вольт.

IC 4093 Расположение выводов внутреннего затвора

Список деталей

Для сборки этого стабилизатора напряжения переменного тока с управлением тиристором вам потребуются следующие детали:
Все резисторы ¼ Вт, CFR 5%, если не указано иное.

• R5, R6, R7, R8 = 1M ¼ Вт,
• Все симисторы на 400 В, 1 кВ,
• T1, T2, T3, T4 = BC 547,
• Все стабилитроны = 3 В 400 мВт,
• Все диоды = 1N4007,
• Все предустановки = 10K линейный,
• R1, 2, 3, 4 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 = 1K ¼ Вт,
• N1–N4 = IC 4093,
• C1 и C3 = 100 мкф/25 вольт,
• C2 = 104, керамический,
• Трансформатор стабилизатора Power Guard = «Изготавливается на заказ» с отводами на выходе 170, 225, 240, 260 В при входном напряжении 225 В или ответвлениями на 85, 115, 120, 130 В при входном напряжении 110 В переменного тока .
• TR1 = Понижающий трансформатор, 0–12 В, 100 мА.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем/печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными схемами и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать через комментарии, я буду очень рад помочь!

Анализ схемы стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения — это схема электропитания или устройство электропитания, способное автоматически регулировать выходное напряжение. Его функция заключается в стабилизации напряжения источника питания, которое сильно колеблется и не соответствует требованиям электрооборудования в пределах установленного диапазона значений. Стабилизатор напряжения предназначен для обеспечения нормальной работы различных цепей или электрооборудования при номинальном рабочем напряжении.

Крупногабаритные стабилизаторы напряжения на десятки и даже сотни киловатт используются для обеспечения рабочей мощностью крупной экспериментальной аппаратуры. Существуют также небольшие стабилизаторы переменного напряжения от нескольких ватт до нескольких киловатт, обеспечивающие качественное питание небольших лабораторий или бытовой техники.

В самом начале стабилизатор напряжения стабилизировал напряжение биением реле. Когда напряжение сети колеблется, схема автоматической коррекции стабилизатора напряжения будет активирована, чтобы активировать внутреннее реле и заставить выходное напряжение оставаться близким к установленному значению. Преимущество этой схемы в том, что схема проста, а недостаток в том, что точность регулирования напряжения невысока, а каждое биение и сдвиг реле будет вызывать мгновенное прерывание подачи питания и искровые помехи.

Это вызовет большие помехи при чтении и записи компьютерного оборудования, и легко вызвать неверные сигналы в компьютере. В тяжелых случаях жесткий диск будет поврежден.

Современные высококачественные небольшие стабилизаторы напряжения в основном используют метод угольных щеток с приводом от двигателя для стабилизации напряжения. Этот тип стабилизатора напряжения мало влияет на электрическое оборудование, а точность регулирования напряжения относительно высока. Это продукт без искажения формы сигнала.

Анализ схемы стабилизатора напряжения

Цепь стабилизации напряжения источника питания состоит из силового трансформатора Т3, выпрямительных диодов VDl-VD4, фильтрующего конденсатора Cl-C3 и трехвыводных интегральных схем стабилизации напряжения ICl и IC2.

Входная схема сравнения состоит из резистора Rl, потенциометра RPl-RP9, конденсатора C6-Cl4 и Nl-Ng внутри интегральной схемы операционного усилителя lC3-1C5.

Схема управления кодом состоит из интегральной схемы без затвора IC6-1C8, интегральной схемы с затвором и без затвора IC9, глазурованный диод IClO VD8-VDl5, резистор R4-R11, конденсатор Cl5-C22.

Выходная цепь компенсации состоит из интегральных схем электронного переключателя ICl (Sl-S4), IC17 (S5-S8), тиристоров VTl-VT8, компенсационного главного трансформатора Tl, компенсационного вспомогательного трансформатора T2, контактора переменного тока KM, вольтметра PV и амперметр ПА.

Схема защиты от перенапряжения/понижения напряжения состоит из незатвора D9 в IC7, диодов VD5-VD7, резисторов R2, R3, транзистора V и реле К.

Относительно простой стабилизатор напряжения переменного тока 220 В может использовать электронное обнаружение и механическую регулировку. Сравнивая понижающее и выпрямленное напряжение постоянного тока 220 В со стандартным напряжением, полученным интегральной схемой стабилизатора напряжения, можно обнаружить, что при низком напряжении источника питания 220 В выпрямленное выходное напряжение постоянного тока относительно низкое по сравнению со стандартным. Напряжение. Если цепь триодного переключателя приводится в действие для срабатывания реле, контакт реле заставляет регулирующий двигатель вращаться вперед. Затем однофазный трансформатор регулирования напряжения, приводимый в действие регулирующим двигателем, повышает напряжение источника питания до тех пор, пока разница между напряжением постоянного тока, выдаваемым схемой обнаружения, и стандартным напряжением не станет меньше напряжения проводимости схемы переключения. Реле отпущено, и форсирование окончено. Если напряжение 220 В слишком высокое, необходимо включить соответствующую схему выключателя, чтобы заставить регулирующий двигатель двигаться в обратном направлении и понижать его.

Этот метод в основном предназначен для обнаружения цепи управления приводом. Используя различные регуляторы мощности или трансформаторы, можно просто изменить мощность регулятора. Однако точность этого метода стабилизации напряжения невелика и может достигать в основном порядка 5 %.

T1 — понижающий трансформатор переменного тока. Если вы хотите уменьшить напряжение 220 В переменного тока до более низкого напряжения, для этого источника питания с линейным регулированием на выходе 12 В достаточно установить вторичное напряжение T1 на 14–15 В.