Схема регулятора напряжения: Регулятор напряжения 220 В своими руками: схемы и способы сборки

схемы на тиристоре, транзисторе, симисторе

Содержание

1. Принцип работы простого регулятора напряжения
2. Схемы регуляторов напряжения на 220в
3. Устройство для изменения напряжения на тиристоре
4. Регулятор напряжения на симисторе
5. Регулятор на микросхеме
6. Циклический регулятор
7. Регулятор тока
8. ШИМ-регулятор
9. Принципы сборки

В быту зачастую возникает необходимость регулировать напряжение питания потребителей переменного напряжения 220 вольт. Такая потребность может возникнуть, например, при регулировании яркости ламп накаливания или мощности электронагревательного прибора. Подобный прибор можно сделать самостоятельно.

Принцип работы простого регулятора напряжения

На заре электротехники инженеры пытались регулировать мощность нагрузки, изменяя напряжение на ней и ток в цепи посредством реостата. Реостат и нагрузка включались последовательно, образуя делитель напряжения. Чем больше сопротивление реостата, тем меньше напряжение на нагрузке, и наоборот.

Принцип регулирования напряжения и тока с помощью реостата

У такого принципа регулировки есть существенный недостаток. Через реостат идет полный ток нагрузки, на нем падает существенное напряжение, поэтому на нем бесполезно рассеивается значительная мощность.

Мнение эксперта

Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Задать вопрос

Другой неявный минус подобного способа – полный ток нагрузки идет через подвижный контакт. При его перемещении он может подгорать, что снижает надежность установки в целом.

По мере развития твердотельной электроники выяснилось, что регулирование с помощью мощных ключей более надежно и экономично. Ключ (в его качестве может выступать мощный симистор, транзистор, тиристор и т.п.) имеет два положения – включен и выключен. В первом случае на нем не падает напряжение, во втором – через него не идет ток. В обеих ситуациях на ключевом элементе мощность не рассеивается.

В реальном элементе потери мощности все же происходят, но они намного меньше, чем при реостатном способе.

При регулировке с помощью ключа изменение среднего напряжения происходит за счет изменения среднего времени включенного состояния коммутирующего элемента. Сделать это можно двумя способами:

• фазовым;
• циклическим.

В первом случае ограничение времени происходит внутри каждого периода. Ключ открывается в определенный момент времени после прохождения напряжения через ноль. Участок синусоиды от нуля до момента включения «вырезается», ток через нагрузку идет большее или меньшее время. Такой регулятор всегда будет понижающим- напряжение можно менять в пределах от 0% до 100%.

Принцип фазового регулирования

Этот способ относительно просто реализуется, он позволяет избежать мигания ламп накаливания при использовании регулятора в качестве диммера. Но у него есть существенный минус – ток потребления нагрузки становится резко несинусоидальным, отчего в питающей сети возникают помехи.

Циклический способ свободен от данного недостатка. Ключ включается и выключается в момент перехода сетевого напряжения через ноль, за счет чего в течение одного или нескольких полупериодов нагрузка оказывается обесточенной. Среднее значение напряжения и тока зависит от количества пропущенных полупериодов.

Минусом данного метода является наличие больших пауз между подачами питания. Это может привести, например, к заметному миганию ламп накаливания, поэтому такой способ применим только к устройствам, обладающим большой тепловой инерцией (электроплиткам, паяльникам и т.п.).

Циклический способ управления напряжением

В цепях постоянного напряжения удобно использовать метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом напряжение источника остается стабильным, а нагрузка запитывается импульсами, следующими с одинаковой частотой и амплитудой, но разной ширины. В зависимости от ширины импульсов меняется среднее напряжение (а значит, и средний ток) на нагрузке. Такой метод применяют, например, для управления яркостью свечения светодиодов.

Принцип широтно-импульсной модуляции

В большинстве случаев ШИМ применяют в низковольтных устройствах. Но этот способ применим и для построения устройств на 220 вольт – в них сетевое напряжение сначала выпрямляется, затем «нарезается» на импульсы. ШИМ-регуляторы также не генерируют помехи в питающую сеть. Для работы в качестве ключа тиристоры в цепях постоянного тока непригодны – их сложно выключить. Поэтому для коммутации в схемах ШИМ обычно применяют транзисторы.

Схемы регуляторов напряжения на 220в

Устройства, регулирующие напряжение на нагрузке, можно построить на разной элементной базе и на различных принципах. От этого будет зависеть их область применения.

Устройство для изменения напряжения на тиристоре

Несложный регулятор напряжения на нагрузке можно выполнить на базе тиристора КУ202Н или другого подходящего по току и напряжению. Устройство работает по фазовому принципу. Как только конденсатор заряжается до уровня, необходимого для открытия тиристора, ключ открывается и ток идет в нагрузку. Цепочка резисторов R1 и R2 определяет время заряда конденсатора С1. Чем позже он заряжается до уровня, тем большая часть синусоиды «вырезается», тем меньше среднее напряжение на нагрузке.

В момент перехода напряжения через ноль тиристор закрывается, и в следующем полупериоде цикл повторяется.

В качестве нагрузки можно использовать паяльник, электрическую лампочку накаливания, электроплитку, прочую инерционную нагрузку с небольшой реактивной составляющей. Если полный диапазон управления (от 0% до 100%) не нужен, можно применить конденсатор с меньшей ёмкостью (например, 0,1 мкФ).

Регулятор напряжения на тиристоре

Для диммирования LED-светильников это устройство непригодно. Светодиодные осветительные приборы оснащаются драйверами, задача которых – поддерживать ток через светоизлучающие элементы стабильным, независимо от напряжения на входе. То есть, они выполняют задачу, противоположную действию регулятора напряжения.

Регулятор напряжения на симисторе

Более мощный прибор с меньшим количеством деталей можно построить на симисторе. В отличие от тиристора, этот ключевой элемент работает в цепях переменного тока, и ему не нужен выпрямительный мост.

Устройство для регулирования мощности на симисторе

Принцип действия прибора — такой же, как у предыдущего устройства. Момент открывания симистора зависит от скорости зарядки конденсатора С1. Динистор VS1 формирует импульсы для открывания ключевого элемента. В устройстве можно применить, кроме указанных, любой динистор с напряжением открывания 20..35 вольт (НТ32, НТ35 и др.), симистор BT131-600, Z0103MN5AA4 или отечественный КУ 208. Но он должен быть с запасом рассчитан на полный ток нагрузки.

Регулятор на микросхеме

Регулятор мощности на КР1182ПМ1

Самодельный фазовый регулятор можно создать и на специализированной микросхеме КР1182ПМ1. Интересно, что эта микросхема является отечественной разработкой, и импортных аналогов не имеет. У КР1182ПМ1 «на борту» есть два встроенных тиристора, но при необходимости увеличить мощность можно управлять и внешними ключами. Именно так построена схема регулятора мощности, приведенная на рисунке.

Циклический регулятор

Циклический регулятор напряжения

Устройства, работающие по циклическому принципу, не так распространены, но для примера можно рассмотреть одну схему. На микросхеме DD1 собран генератор, импульсы которого синхронизированы с моментом перехода сетевого напряжения через ноль. Импульсы следуют с одинаковой частотой, а резистором R1 можно регулировать скважность. Симистор управляется через ключи на транзисторах VT1, VT2.

Читайте также

Схема и сборка самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока

 

Регулятор тока

Мощность на нагрузке можно регулировать, изменяя не только напряжение, но и ток в цепи. Такое построение устройства удобно, например, для использования в качестве зарядного устройства для аккумулятора (можно также управлять яркостью свечения лампы и т.п.).

Регулятор тока для низковольтных цепей постоянного тока

Этот регулятор тока легко сделать своими руками даже не имея высокой квалификации. Резистор Rx является токоизмерительным шунтом. Операционный усилитель измеряет на нем падение напряжения, сравнивает с заданным напряжением (оно устанавливается посредством потенциометра R3). В зависимости от разницы между этими напряжениями ОУ приоткрывает или призакрывает транзистор VT1, поддерживая ток в нагрузке примерно одинаковым.

Рекомендуем: Электрические схемы для самодельных зарядных устройств

ШИМ-регулятор

Схемы, использующие ШИМ, сложнее. Но иногда без них не обойтись, например, если требуется плавное управление оборотами коллекторного электродвигателя. Подобное устройство можно собрать на базе широко распространенного таймера серии 555 (отечественный аналог – КР1006ВИ1). На таймере собран генератор импульсов, частоту следования которых регулируют потенциометром R1.1. Для гальванической развязки между силовой и сигнальной частью применен оптрон DA2. На транзисторах VT1, VT2 собран драйвер ключа, в качестве которого применен IGBT-транзистор (все транзисторы надо установить на радиаторе).

Принципы сборки

Прежде, чем собирать любое электронное устройство, надо усвоить принцип – все соединения делать только пайкой (в некоторых случаях – под зажим). Никаких скруток, особенно в силовых цепях! Поэтому надо найти паяльник, расходники к нему и приобрести хотя бы начальные навыки обращения с этим хозяйством.

Мнение эксперта

Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Задать вопрос

Простые устройства, состоящие из малого количества деталей, можно собирать «на весу», безо всякой платы. Надо лишь позаботиться о надежной изоляции проводников и мест паек, чтобы не допустить короткого замыкания.

Самый же лучший способ создания регулятора напряжения 220 вольт и низковольтных регулирующих устройств – сборка на плате. Можно пойти классическим путем и вытравить плату из заготовки фольгированного текстолита. Некоторые авторы прикладывают к схеме готовый рисунок печатного монтажа. Если его нет – можно разработать плату самостоятельно. Для этого в сети можно найти платные и бесплатные программы.

Наиболее популярная freeware программа для рисования простых печатных плат — SprintLayout.

ШИМ-регулятор, собранный на самодельной печатной плате

Рисунок переводится на фольгу методом ЛУТ или с помощью фоторезиста (об этих способах можно найти много информации в интернете). Плата травится в растворе хлорного железа, но лучше приготовить другой раствор:

1. 100 мл перекиси водорода (продается в любой аптеке).
2. 30 грамм лимонной кислоты (продается в продуктовых магазинах).
3. 2-3 чайные ложки поваренной соли (есть в любом доме).

Вода в этот рецепт не входит!

После травления защитный рисунок смывается ацетоном, сверлятся отверстия и можно собирать схему. Если нет желания или возможности заниматься печатной платой, можно собрать схему на макетной плате. От большого куска отрезается кусочек нужных размеров, и устройство собирается на нем. Выглядит не так презентабельно, как печатная плата, но в надежности монтажа ей не уступает.

Монтаж регулятора тока на макетной плате

Есть еще один вариант – приобрести набор для самостоятельной сборки устройства. В него входит и печатная плата.

Регулятор мощности, собранный на готовой печатной плате из «китайского» набора

Схемотехника устройств, регулирующих ток и напряжение в нагрузке, разнообразна по сложности и элементной базе. Для создания самодельного регулятора всегда можно найти схему по зубам. И главное – при сборке и испытаниях устройств на 220 вольт всегда надо помнить о технике безопасности.

назначение прибора, инструкция по изготовлению устройства своими руками

Регуляторы напряжения нашли широкое применение в быту и промышленности. Многим людям известно такое устройство, как диммер, позволяющий бесступенчато регулировать яркость светильников. Оно и является отличным примером регулятора напряжения 220в. Своими руками такой прибор собрать довольно просто. Безусловно, его можно приобрести в магазине, но себестоимость самодельного изделия окажется значительно ниже.

• Назначение и принцип работы
• Рекомендации по изготовлению
  • На основе симистора
  • На базе тиристора

Назначение и принцип работы

С помощью регуляторов напряжения можно изменять не только яркость свечения ламп накаливания, но и скорость вращение электромоторов, температуру жала паяльника и так далее. Нередко эти устройства называют регуляторами мощности, что не совсем правильно. Устройства, предназначенные для регулирования мощности, основаны на ШИМ (широтно-импульсная модуляция) схемах.

Это позволяет получить на выходе различную частоту следования импульсов, амплитуда которых остается неизменной. Однако если параллельно нагрузке в такую схему включить вольтметр, то напряжение также будет изменяться. Дело в том, что прибор просто не успевает точно измерять амплитуду импульсов.

Регуляторы напряжения чаще всего изготовлены на основе полупроводниковых деталей – тиристорах и симисторах. С их помощью изменяется длительность прохождения волны напряжения из сети в нагрузку.

Следует заметить, что регуляторы напряжения будут максимально эффективны при работе с резистивной нагрузкой, например, лампами накаливания. А вот использовать их для подключения к индуктивной нагрузке нецелесообразно. Дело в том, что показатель индуктивного электротока значительно ниже в сравнении с резистивным.

Рекомендации по изготовлению

Собрать самодельный диммер довольно просто. Для этого потребуются начальные знания в области электроники и несколько деталей.

На основе симистора

Такой прибор работает по принципу фазового смещения открывания ключа. Ниже представлена простейшая схема диммера на основе симистора:

Структурно прибор можно разделить на два блока:

• Силовой ключ, в роли которого используется симистор.
• Узел создания управляющих импульсов на основе симметричного динистора.

С помощью резисторов R1-R2 создан делитель напряжения. Следует обратить внимание, что сопротивление R1 – переменное. Это позволяет менять напряжение в линии R2-C1. Между этими элементами включен динистор DB3. Как только показатель напряжения на конденсаторе C1 достигает значения порога открытия динистора, на ключ (симистор VS1) подается управляющий импульс.

В результате силовой ключ включается, и через него начинает проходить электроток на нагрузку. Положение регулятора определяет, в какой части фазы волны должен сработать силовой ключ.

На базе тиристора

Эти проборы также достаточно эффективны, а их схемы не отличаются высокой сложностью. Роль ключа в таком устройстве выполняет тиристор. Если внимательно изучить схему прибора, то сразу можно заметить главное отличие этой схемы от предыдущей – для каждой полуволны используется собственный ключ с управляющим динистором.

​

Принцип работы тиристорного прибора следующий:

• Когда через линию R5-R4-R3 проходит положительная полуволна, конденсатор C1 заряжается.
• После достижения порога включения динистора V3 он срабатывает, и электроток поступает на ключ V1.
• При прохождении отрицательной полуволны наблюдается аналогичная ситуация для линии R1-R2-R5, управляющего динистора V4 и ключа V2.

С помощью фазных регуляторов можно управлять не только яркостью ламп накаливания, но и другими видами нагрузок, например, количеством оборотов дрели. Однако следует помнить, что прибор на основе тиристора нельзя применять для работы со светодиодными и люминесцентными лампочками.

Также в быту используются конденсаторные регуляторы. Однако в отличие от полупроводниковых приборов, они не позволяют плавно изменять напряжение. Таким образом, для самостоятельного изготовления лучше всего подходят тиристорная и симисторная схемы

.

Найти все необходимые для изготовления регулятора детали не составит труда. При этом их не обязательно покупать, а можно выпаять из старого телевизора или другой радиоаппаратуры. При желании на основе выбранной схемы можно сделать печатную плату, а затем впаять в нее все элементы. Также детали можно соединить обычными проводами. Домашний мастер может выбрать тот способ, который покажется ему наиболее привлекательным.

Оба рассмотренных устройства довольно легко собрать, и для выполнения всех работ не нужно обладать серьезными знаниями в области электроники. Даже начинающий радиолюбитель сможет изготовить своими руками схему регулятора напряжения 220в. При невысокой стоимости, они практически ни в чем не уступают заводским аналогам.

Пропуск серии

» Примечания по электронике

Существует множество последовательных схем линейных регуляторов напряжения, использующих простые конструкции с одним транзистором, вплоть до более сложных регуляторов на основе ИС.

---

Схемы линейных источников питания. Учебное пособие. Включает:
Линейные источники питания. Шунтовой регулятор Серийный регулятор Ограничитель тока Регуляторы и схемы серии 78** Регулятор напряжения LM317 и схемы LDO, регуляторы с малым падением напряжения

См. также: Обзор электроники источника питания Импульсный источник питания Сглаживание конденсатора Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания

---

Последовательный стабилизатор напряжения, или, как его иногда называют, последовательно-проходной регулятор, является наиболее часто используемым подходом к проектированию схем для обеспечения окончательного регулирования напряжения в линейном стабилизированном источнике питания.

Линейный стабилизатор напряжения серии

обеспечивает высокий уровень производительности, особенно когда на регулируемом выходе требуется низкий уровень шума, пульсаций и переходных процессов, а схемы зачастую относительно просты в проектировании.

Существует множество схем линейных регуляторов напряжения, использующих дискретные электронные компоненты, которые обеспечивают стабилизацию с помощью элемента последовательного прохода – метод последовательного прохода наиболее широко используется в блоках питания.

Это означает, что существует множество вариантов последовательных регуляторов напряжения, которые открыты при разработке электронной схемы источника питания.

В схемотехнике можно использовать одну из многих ИС или микросхем регулятора напряжения. Эти ИС широко доступны и довольно дешевы, что делает их идеальным вариантом для многих схем линейных регуляторов напряжения.

Основы схемы регулятора напряжения серии

В последовательном регуляторе напряжения или последовательном регуляторе напряжения используется переменный элемент, включенный последовательно с нагрузкой.

Изменяя сопротивление последовательно включенного элемента, можно изменять падение напряжения на нем, чтобы гарантировать, что напряжение на нагрузке остается постоянным.

Блок-схема последовательного регулятора напряжения

Преимущество последовательного регулятора напряжения заключается в том, что величина потребляемого тока фактически равна потребляемой нагрузке, хотя часть тока будет потребляться любой схемой, связанной с регулятором.

В отличие от шунтирующего регулятора напряжения, последовательный регулятор не потребляет полный ток, даже если нагрузка не требует никакого тока. В результате последовательный регулятор напряжения значительно эффективнее.

Вместо того, чтобы потреблять ток, который не требуется нагрузке для поддержания напряжения, он сбрасывает разницу напряжений между входным напряжением и требуемым стабилизированным напряжением.

Для поддержания достаточного уровня регулирования и подавления шумов и переходных процессов, которые могут быть связаны с входным напряжением, последовательные линейные регуляторы напряжения должны обеспечивать значительное падение напряжения.

Для многих высококачественных регуляторов напряжения с низким уровнем шума и пульсаций требуется несколько вольт на последовательном элементе регулятора. Это означает, что в этом компоненте могут рассеиваться значительные уровни мощности, и для устройства последовательного регулятора прохода, а также для источника питания в целом требуется хороший теплоотвод и возможность отвода тепла.

Несмотря на то, что последовательный регулятор значительно более эффективен, чем шунтирующий регулятор, он значительно менее эффективен, чем импульсный источник питания.

Эффективность последовательного стабилизатора напряжения и любых линейных источников питания, использующих их, будет зависеть от нагрузки и т. д., но часто достигаются уровни эффективности менее 50 %, тогда как импульсные источники питания могут достигать уровней более 90 %.

Регуляторы напряжения серии

имеют относительно низкий уровень эффективности по сравнению с импульсными источниками питания, но они имеют преимущества простоты, а также их выходной сигнал свободен от пиков переключения, наблюдаемых на некоторых импульсных источниках питания, хотя SMPS улучшаются, а производительность из многих исключительно хорош в наши дни.

Простой регулятор напряжения эмиттерного повторителя

Электронная схема простого регулятора напряжения на транзисторном эмиттерном повторителе очень проста. Эта схема сама по себе широко не используется в линейных источниках питания, но может использоваться в другом оборудовании для обеспечения понижающего напряжения и т. д. от шины более высокого напряжения.

Регулятор базовой серии с использованием стабилитрона и эмиттерного повторителя

В схеме используется однопроходный транзистор в конфигурации с эмиттерным повторителем и один стабилитрон или другой диод регулятора напряжения, управляемый резистором от нерегулируемого источника питания.

Это обеспечивает простую форму системы обратной связи, обеспечивающую поддержание напряжения Зенера на выходе, хотя и с уменьшением напряжения, равным напряжению перехода база-эмиттер – 0,6 вольт для кремниевого транзистора.

Спроектировать подобную схему последовательного регулятора напряжения несложно. Зная максимальный ток, требуемый нагрузкой, можно рассчитать максимальный ток эмиттера. Это достигается путем деления тока нагрузки, то есть тока эмиттера транзистора, на β или hfe транзистора.

Стабилитрону обычно требуется минимум около 10 мА для небольшого стабилитрона, чтобы поддерживать регулируемое напряжение. Затем следует рассчитать резистор, чтобы обеспечить базовый ток возбуждения и минимальный ток Зенера, исходя из нерегулируемого напряжения, напряжения Зенера и требуемого тока. [(Нерегулируемое напряжение – напряжение Зенера)/ток].

стоит отметить, что к току следует добавить небольшой запас, чтобы обеспечить достаточно места для запаса при нагрузке и, следовательно, базе транзистора, принимающей полный ток.

Рассеиваемая мощность стабилитрона должна быть рассчитана для случая, когда ток нагрузки, а значит, и ток базы равен нулю. В этом случае диод Зенера должен будет принимать полный ток, проходящий через последовательный резистор.

Иногда к стабилитрону или диоду опорного напряжения может быть подключен конденсатор, чтобы устранить шум и любые переходные процессы напряжения, которые могут возникнуть.

Выходная выборка

Простая схема последовательного регулятора напряжения эмиттерного повторителя напрямую сравнивает выходной сигнал с эталонным напряжением. Таким образом, выходное напряжение было равно эталонному, без учета падения напряжения на базе-эмиттере.

Однако можно улучшить работу регулятора напряжения, замерив долю выходного напряжения и сравнив ее с эталоном.

Для этой функции можно использовать дифференциальный усилитель, такой как операционный усилитель. Если это сделать, то выходное напряжение станет больше, чем опорное напряжение, поскольку отрицательная обратная связь в цепи пытается сохранить два сравниваемых напряжения одинаковыми.

Если, например, опорное напряжение составляет 5 вольт, а выборка или делитель потенциала обеспечивает 50 % выходного напряжения, то выходное напряжение будет поддерживаться на уровне 10 вольт.

Последовательный стабилизатор напряжения с выборочным выходом /figcaption>

Деление потенциала или дискретизация могут быть сделаны переменными, и таким образом выходное напряжение может быть отрегулировано до требуемого значения. Обычно этот метод используется только для небольших регулировок, так как минимальный выходной уровень, полученный этим методом, равен выходному напряжению.

Следует помнить, что использование делителя потенциала приводит к уменьшению усиления контура обратной связи. Это приводит к уменьшению коэффициента усиления контура и, таким образом, снижению эффективности регулирования. Обычно имеется достаточное усиление контура, чтобы это не было серьезной проблемой, за исключением случаев, когда оцифровывается очень небольшая часть выходного сигнала.

Также следует соблюдать осторожность, чтобы не увеличивать выходное напряжение до точки, при которой регулятор не имеет достаточного падения на нем для достаточной регулировки выходного напряжения.

Регулятор прохода серии

с обратной связью

Чтобы обеспечить более высокий уровень производительности по сравнению с простым эмиттерным повторителем, в схему регулятора напряжения можно добавить более сложную цепь обратной связи. Это достигается путем выборки выходного сигнала, сравнения его с эталоном и последующего использования дифференциального усилителя той или иной формы для обратной связи по разнице для исправления ошибок.

Можно использовать простую двухтранзисторную схему для последовательного регулятора с измерением напряжения и обратной связью. Хотя использовать операционный усилитель, обеспечивающий более высокий уровень обратной связи и, следовательно, лучшее регулирование, довольно просто, эта двухтранзисторная схема хорошо иллюстрирует принципы.

Схема

простого двухтранзисторного последовательного регулятора. В этой схеме TR1 образует последовательный транзистор. Второй транзистор, TR2, действует как дифференциальный усилитель, подавая напряжение ошибки между эталонным диодом и измеренным выходным напряжением, которое является пропорцией выходного напряжения, установленного потенциометром. Резистор R1 обеспечивает ток для коллектора TR2 и диода опорного напряжения ZD1.

Опорное напряжение

Любой линейный регулятор напряжения может быть настолько хорош, насколько хорош эталон напряжения, который используется в качестве основы для сравнения в системе.

Хотя теоретически можно использовать батарею, это не подходит для большинства приложений. Вместо этого почти повсеместно используются эталоны на основе стабилитронов.

В стабилизаторах и эталонах на интегральных схемах используются сложные встроенные комбинации транзисторов и резисторов для получения точных источников опорного напряжения с температурной компенсацией.

Опорное напряжение должно подаваться от нерегулируемого источника. Его нельзя снять с регулируемого выхода, так как есть проблемы с запуском. При запуске выходной сигнал отсутствует, поэтому опорный выходной сигнал будет равен нулю и будет поддерживаться до тех пор, пока не будет запущен опорный сигнал.

Упрощенный источник опорного напряжения для последовательного стабилизатора напряжения

Интересно, что будет видно, что базовый источник опорного напряжения типа стабилитрона является шунтирующим, а не последовательным регулятором. Однако это опорное напряжение затем используется для управления последовательной схемой регулятора напряжения.

Часто выходной сигнал источника задания подается через делитель напряжения. Это не только снижает выходное напряжение, что обычно очень полезно, но также позволяет добавить конденсатор к выходу, чтобы устранить любые пульсации или шумы, которые могут присутствовать. Пониженное напряжение также полезно, поскольку минимальное выходное напряжение определяется опорным напряжением.

Линейные стабилизаторы напряжения с интегральной схемой

Существует очень много отличных интегральных схем, которые позволяют очень легко спроектировать последовательный регулятор. Многие из них существуют уже несколько лет, и в результате они широко доступны и очень дешевы.

Интегральные схемы, такие как известные серии 78xx, LM317, LM340 и многие другие, обеспечивают очень простой способ создания простого, но очень хорошего линейного регулятора.

Эти конкретные цепи представляют собой регуляторы с тремя клеммами, имеющие одну клемму для входа, одну для выхода и общий провод, подключенный либо к земле, либо к сети резисторов для обратной связи по напряжению.

  •   Цепи регуляторов серии 74xx и LM340

Регуляторы серии 78xx очень хорошо известны и доступны уже очень много лет. Они доступны для широкого спектра напряжений, где «xx» заменяется требуемым напряжением.

Эти регуляторы представляют собой простые трехконтактные устройства, но они имеют большое количество встроенных функций, помимо регулирования напряжения: внутреннее ограничение тока, отключение при перегреве и компенсацию безопасной зоны, что делает их практически неразрушимыми.

Корпус и распиновка TO220 для регулятора напряжения серии 7800

Эта схема регулятора напряжения очень проста и использует очень мало электронных компонентов.

Базовая схема регулятора напряжения серии 7800

Это базовая схема, используемая для любого регулятора напряжения серии 7800. Он очень успешен и не требует дополнительных компонентов, кроме тех, которые показаны для основной операции.

Серия LM340 практически аналогична серии 78xx, за исключением того, что они имеют несколько более высокие технические характеристики и более строгие допуски по выходному напряжению.

Подробнее о . . . . Схемы регулятора напряжения 78xx.

  •   Цепи регулятора LM317

ИС стабилизатора напряжения LM317 представляет собой регулируемый стабилизатор положительного напряжения с 3 выводами, который можно использовать в схемных решениях, обеспечивающих ток более 1,5 А в диапазоне выходного напряжения от 1,2 В до 37 В.

Предполагается, что входное напряжение таково, что может быть получено достаточное падение напряжения между входом и выходом, чтобы обеспечить достаточную стабилизацию при требуемом выходном напряжении.

LM317 представляет собой базовый электронный компонент для создания очень простой, но эффективной схемы регулятора переменного напряжения. Конструкция очень проста и требует двух внешних резисторов для установки выходного напряжения.

В дополнение к этому ИС включает в себя внутреннее ограничение тока, тепловое отключение и компенсацию безопасной зоны, что делает ее очень надежной и практически неповреждаемой.

Ввиду того, что выходное напряжение может быть установлено с помощью двух внешних резисторов, схемы регулятора напряжения могут иметь программируемый выходной регулятор или путем подключения постоянного резистора между регулировкой и выходом, LM317 может использоваться в качестве прецизионный регулятор тока.

Базовая схема стабилизатора напряжения серии LM317

Подробнее о . . . . Схемы регулятора напряжения LM317.

Серийные регуляторы напряжения с малым падением напряжения

Одним из соображений, касающихся любого регулятора, является напряжение, которое должно быть приложено к последовательному проходному элементу. Часто для линейных регуляторов требуется значительное падение на последовательном проходном элементе для достижения наилучшего регулирования и подавления шума. Например, линейный регулятор с выходным напряжением 12 вольт может быть рассчитан на входное напряжение 18 вольт или более.

Для любого линейного регулятора существует минимальное напряжение, которое требуется на последовательном элементе до того, как регулятор «выпадет». Это падение напряжения можно увидеть во многих интегральных схемах линейного регулятора.

В некоторых схемах важно иметь стабилизатор с малым падением напряжения. Если доступное входное напряжение не особенно велико, может быть важно иметь линейный стабилизатор с малым падением напряжения. Он должен будет хорошо регулироваться, несмотря на ограниченное напряжение на нем.

Основные параметры для серийных линейных регуляторов напряжения

При рассмотрении технических характеристик серийных линейных регуляторов или при разработке электронной схемы для них большое значение имеет ряд параметров

• Максимальное входное напряжение:   Это максимальное входное напряжение, которое может выдержать последовательный стабилизатор. Часто хорошее падение напряжения на стабилизаторе обеспечивает лучшую стабилизацию. Однако максимальное входное напряжение не должно превышаться, и обычно рекомендуется иметь значительный запас между приложенным напряжением и указанным максимумом. Работа на 60% или меньше обычно является хорошей практикой и повышает надежность.

• Разница между входным и выходным напряжением:  Максимальная разница между входным и выходным напряжением — еще одна важная цифра, которая представляет собой напряжение на последовательном проходном элементе. В некоторых случаях сама микросхема регулятора может работать над землей, и в этом случае большое значение имеет максимальное входное выходное напряжение. Опять же, работа значительно ниже максимума обеспечит большую надежность.

• Текущий рейтинг:   Любой линейный регулятор напряжения будет иметь максимальный ток, который он может пропустить. Чем выше ток, тем выше рассеиваемая мощность, особенно при больших перепадах напряжения на элементе последовательного регулятора. Спецификация максимального тока будет зависеть от множества факторов, включая уровень теплоотвода элемента регулятора, а также температуру окружающей среды в оборудовании и, конечно же, перепад напряжения.

• Падение напряжения:   Спецификация падения напряжения представляет собой минимальный перепад входного и выходного напряжения на последовательном регуляторе, при котором он может обеспечить регулируемый выход. Для многих регуляторов оно может составлять несколько вольт, но для регуляторов с малым падением напряжения оно может составлять порядка нескольких сотен милливольт.

• Линейное регулирование:   Линейное регулирование представляет собой изменение выходной мощности при заданном изменении входного напряжения. Чтобы обеспечить хорошее регулирование линии, должно быть достаточное падение напряжения на регуляторе, а также достаточное усиление в цепи обратной связи и цепи измерения напряжения.

• Регулирование нагрузки:   Регулирование нагрузки — это изменение выходного напряжения при заданном изменении нагрузки и, следовательно, потребляемого тока. Опять же, хорошая обратная связь в контуре измерения напряжения, но токонесущие провода также должны быть достаточными, чтобы пропускать ток без заметного падения напряжения. Иногда в электронных схемах измеряется напряжение на нагрузке, чтобы устранить влияние падения напряжения на проводах. Также необходимо убедиться, что питание регулятора может выдерживать требуемые уровни тока.

Советы и подсказки по проектированию схемы регулятора напряжения

Существует несколько полезных советов и советов, которым можно следовать, чтобы убедиться, что конструкция линейного регулятора напряжения соответствует ожиданиям.

• Рассеивание устройства:   Регуляторы серии могут рассеивать большое количество тепла. Соответственно, необходимо убедиться, что устройство последовательного регулятора может работать с мощностью, и в дополнение к этому, чтобы оно имело достаточную теплоотводящую способность, как бы это ни было устроено.

  Также необходимо убедиться, что повышение температуры всего источника питания не становится слишком высоким в результате рассеивания тепла, так как это может повлиять на надежность. В частности, электролитические конденсаторы разлагаются быстрее, если они работают в горячей среде.

• Достаточно ли падения напряжения последовательного регулятора:   Для обеспечения хорошего регулирования должно быть достаточное падение напряжения на транзисторе регулятора, полевом транзисторе или ИС. Минимальное падение будет указано для микросхем регуляторов напряжения в их спецификациях.

• Достаточно ли развязан вход:   В некоторых случаях, когда возможны более длинные провода к микросхеме регулятора, рекомендуется использовать небольшой развязывающий конденсатор между входом и землей. Если это не на месте, IC может колебаться.

• Достаточно ли емкости на выходе:   Чтобы улучшить переходную характеристику регулятора, на выходе можно установить конденсатор. Обычно это может быть порядка от 0,1 мкФ до 1 мкФ в зависимости от схемы. Если в качестве основы схемы регулятора напряжения используется ИС регулятора напряжения, то в техническом паспорте будут предложены оптимальные значения.

• Достаточны ли дорожки и провода для тока:   Очень удобно использовать небольшие дорожки на печатной плате, чтобы гарантировать, что все электронные компоненты и схемы связи могут находиться на плате. Однако там, где могут возникнуть более высокие уровни тока, важно убедиться, что любые дорожки могут проводить ток без слишком большого рассеивания тепла или падения напряжения.

  То же самое верно и при использовании обычной проводки – тонкие провода могут падать по напряжению точно так же, как и дорожки на печатной плате.

• Могут ли входные схемы и сглаживающие цепи обеспечивать достаточный ток:   До самой схемы линейного регулятора напряжения, сглаживающие цепи являются важным элементом общего питания. Он должен обеспечивать требуемый ток без слишком низкого падения напряжения. Также пульсации будут увеличиваться по мере того, как потребляется больше тока.

  Важно всегда следить за тем, чтобы минимальное напряжение всегда было достаточным для работы регулятора — иногда впадины пульсаций могут упасть ниже минимума, чтобы регулятор работал удовлетворительно. Эти факторы необходимо учитывать при проектировании схемы регулятора напряжения.

• Включено ли ограничение тока:   Ограничение тока является важным элементом современных схем регулятора напряжения, и по возможности его следует включать. Большинство ИС стабилизаторов напряжения включают ограничение тока, но схемы, использующие дискретные компоненты, должны иметь эту возможность.

  Возможность ограничения тока предотвратит повреждение самого источника питания, а также приводимой в действие нагрузки в случае короткого замыкания или других условий перегрузки.

• Встроена ли защита от перенапряжения:  В некоторых случаях регулятор может выйти из строя, и полное входное напряжение регулятора может быть подано на нагрузку. Это может привести к повреждению управляемой цепи. Наличие защиты от перенапряжения может предотвратить значительный ущерб электронной цепи, находящейся под напряжением.

Это лишь некоторые меры предосторожности при проектировании, которые необходимо учитывать при проектировании или создании схемы линейного регулятора для источника питания. Их обычно легко преодолеть, и они могут выступать в качестве контрольного списка дизайна и даже могут быть добавлены.

Хотя показанные здесь схемы представляют собой простые транзисторные схемы, те же принципы используются в более крупных схемах, а также в интегральных схемах. В одних и тех же концепциях стабилизаторов серии, а также в схемах эталонных диодов, дискретизации и других областях используются одни и те же элементы.

Концепции, используемые здесь, используются практически в источниках питания с линейной регулировкой, которые могут обеспечить очень хорошие уровни производительности. Источники питания с линейной стабилизацией больше и тяжелее, чем импульсные источники питания, однако они получили название за низкий уровень шума и хорошую стабилизацию на выходе, без пиков, которые есть у некоторых импульсных источников питания.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
    Вернитесь в меню проектирования схем . . .

11 фактов о регуляторе напряжения: типы, схемы, области применения! –

Сумали Бхаттачарья

• Что такое регулятор напряжения
• Типы регулятора напряжения
• Регулятор напряжения Схема
• Стабилитрон в качестве регулятора напряжения
• Разница между последовательным регулятором и параллельным регулятором
• Серийный регулятор
• Шунтовой регулятор
• Регулируемый источник питания
• Функция регулятора напряжения
• Процентное регулирование
• Применение регулятора напряжения

Определение регулятора напряжения:

“ Регулятор напряжения — это регулятор постоянного тока, обеспечивающий постоянное выходное напряжение постоянного тока, которое принципиально не зависит от приложенного входного напряжения, выходного тока нагрузки и температуры ».

Кроме того, выход регулятора может быть изменен в соответствии с требованиями. Следовательно, функция регулятора напряжения двойная: 1. Выходное напряжение можно регулировать на желаемом уровне. 2. Регулируемое напряжение на выходе может поддерживаться постоянным, несмотря на скачки напряжения питания или изменение нагрузки.

Регулятор регулятора напряжения:

• Регуляторы шунтирования на основе ZenerErod Шунтирующие регуляторы
• Последовательные регуляторы на основе операционных усилителей
• Регуляторы напряжения на интегральных схемах
• Монолитные регуляторы

Цепь регулятора напряжения:

На следующем рисунке показан стабилитрон стабилизатора.

Схема регулятора напряжения, Изображение предоставлено анонимно, Простой электромеханический регулятор напряжения, CC BY-SA 2.5

Входной ток, I _S = В _S -V _Z /R _S

56 Где V _S = входное напряжение постоянного тока для схемы регулятора V _Z = напряжение Зенера

The voltage across Zener diode terminals,

V _L =V _Z + I _Z r _z

V _L =V _Z (I _t r _z – незначительный)

I _L = V _L /R _L

. _S – I _L

Стабилитрон в качестве регулятора напряжения:

Стабилитрон в качестве регулятора напряжения Изображение предоставлено — I, Appaloosa, транзистор стабилизатора напряжения, символы IEC, CC BY-SA 3.0

В этой схеме стабилитрон соединен с обратным смещением параллельно источнику переменного напряжения. Стабилитрон в этой схеме будет работать при изменении напряжения на обратное напряжение пробоя. Затем относительно низкий импеданс диода удерживает напряжение.

Это типичная схема регулирования напряжения с входным напряжением, В _IN . Это напряжение регулируется до стабильного выходного напряжения, а именно V _ИЗ . Напряжение пробоя диода стабильно в широком диапазоне токов и поддерживает V _OUT на относительно постоянном уровне, даже если относительное напряжение может колебаться во время этой операции.

Согласно закону Ома ток диода, протекающий через диод, к диоду подключена нагрузка, и пока стабилитрон работает в режиме обратного пробоя, диод будет подавать на нагрузку стабильное напряжение. Стабилитроны на этом этапе часто используются в качестве стабильного регулятора для более сложных схем.

Цепь последовательного регулятора:

Ниже показана базовая блок-схема последовательного регулятора. Элемент управления подключается последовательно с нагрузкой между клеммами i/p и o/p. Схема выборки определяет изменение выходного напряжения. Схема компаратора сравнивает напряжение выборки с эталонным. Элемент управления будет компенсировать в течение этого периода и будет поддерживать постоянную мощность. Элемент управления проводит больше, когда V ₀ уменьшает и проводит меньше, когда V ₀ увеличивается. Регулятор напряжения серии

Здесь представлен простой последовательный регулятор напряжения. Транзистор Q является управляющим элементом, включенным последовательно. Стабилитрон обеспечивает опорное напряжение. Регулятор с операционным усилителем, Image Credit – I, Appaloosa, стабилизатор напряжения OA, символы IEC, CC BY-SA 3. 0

Схема шунтирующего регулятора:

В категории линейных регуляторов напряжения, в схеме шунтирующего регулятора выход контролируется, а сигнал обратной связи инициирует изменения входных сигналов для поддержания желаемого выхода. Однако в последовательных регуляторах блок управления или регулирующий блок находится последовательно, а в параллельных регуляторах блок управления находится в шунте. Основная блок-схема показана ниже,

Шунтирующий регулятор напряжения

В случае шунтирующих регуляторов, поскольку управляющий элемент находится в шунтирующем состоянии, он обеспечивает большую проводимость, чтобы обеспечить регулирование путем шунтирования тока от нагрузки.

Что такое регулируемый источник питания?

Регулируемый блок питания представляет собой автономный блок. Он способен подавать стабильное напряжение в цепь. Это должно работать в определенных пределах мощности. Выход регулируемого источника питания может быть переменным или однонаправленным, но в стандартном режиме это почти постоянный ток.

Тип стабилизации должен быть ограничен, чтобы подтвердить, что выход остается в абсолютных пределах при ряде условий нагрузки.

Параметры спецификации:

• Параметр входного напряжения
• Параметр выходного напряжения
• Параметр выходного тока.
• Регулятор линии
• Динамическое регулирование
• Эффективность.

Comparison between Shunt and Series Regulator

Parameter	Shunt Voltage  Regulator	Series Voltage Regulator
Connection	It is connected in parallel with load	Подключается последовательно с нагрузкой
Ток нагрузки	При большом токе нагрузки имеет хорошую стабилизацию напряжения.	При большом токе нагрузки не имеет эффективного регулирования напряжения.
Выход	Постоянное постоянное выходное напряжение.	Изменяющееся выходное напряжение.
Элемент управления	Высоковольтная слаботочная схема	Сильноточная низковольтная схема.
Пригодность	Подходит для легких грузов	Подходит для тяжелых грузов.
Эффективность	Хорошая эффективность при малом токе нагрузки.	Хорошая эффективность при больших токах нагрузки.

Какова функция регулятора напряжения?

Регулятор напряжения должен обеспечивать постоянный постоянный ток на выходе, который не зависит от входного напряжения, выходного тока нагрузки и температуры. Это важный компонент схемы источника питания. Его входное напряжение подается от схемы выпрямителя. Регуляторы малой мощности (500 ВА) обычно используются для бытовых нужд, для телевизоров, холодильников, кондиционеров и т. д., а также для необходимого оборудования, такого как компьютеры. В этих медицинских инструментах внезапные изменения напряжения могут повлиять на оборудование, что приведет к ошибочным результатам и может в конечном итоге выйти из строя.