Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стабилизатор напряжения постоянного тока регулируемый

5.1. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с импульсным регулированием

Постоянное совершенствование аппаратуры связи предъявляет все более высокие требования к таким показателям качества источников вторичного электропитания, как надежность, коэффициент стабилизации, выходное сопротивление, масса и габариты, энергетическая эффективность и др.

Эффективным способом достижения компромиссного решения для удовлетворения указанных противоречивых требований является использование импульсного режима работы регулирующего транзистора стабилизатора, который периодически переключается из режима насыщения в режим отсечки.

Значение мощности в нагрузке определяется напряжением источника, сопротивлением нагрузки и соотношением времени открытого и закрытого состояний транзистора. Изменяя это соотношение, можно регулировать мощность, передаваемую в нагрузку, без значительных ее потерь на регулирующем элементе.

Для сглаживания пульсаций, вызванных периодическим замыканием и размыканием транзисторного ключа, в силовую цепь стабилизатора включают пассивный сглаживающий фильтр. Соотношение интервалов времени открытого и закрытого состояний транзисторного ключа определяется сигналом, формируемым в цепи обратной связи.

Стабилизатор напряжения (тока), регулирующий элемент которого работает в режиме периодического переключения, называется стабилизатором с импульсным регулированием, или импульсным (ключевым) стабилизатором.

Рис. 5.1.Функциональная схема силовой цепи импульсного стабилизатора постоянного напряжения типа ПН.

На рис. 5.1 приведена функциональная схема силовой цепи компенсационного стабилизатора постоянного напряжения с импульсным регулированием, в котором регулирующий элемент условно показан в виде ключа Кл. Этот ключ периодически замыкается, и на вход Г-образного сглаживающего LC-фильтра подаются импульсы напряжения (рис. 5.2), амплитуда которых равна величине входного напряжения Uвх, а длительность tи – времени, соответствующему замкнутому состоянию ключа Кл. Интервал, в течение которого ключ Клразомкнут, равен длительности паузы tп между соседними импульсами. Период следования импульсов равен сумме длительностей импульсов tии tп: T = tи + tп.

Рис. 5.2.График изменения во времени напряжения на входе сглаживающего фильтра в импульсном стабилизаторе типа ПН.

Для идеального сглаживающего фильтра, в котором нет падения напряжения, среднее значение напряжения на выходе фильтра, т. е. на выходе стабилизатора:

.

Из полученного соотношения следует, что при постоянных значениях Uвх и Твеличина выходного напряжения стабилизатора Uвых пропорциональна длительности импульса Iи. Отношение длительности импульсов Iи к периоду их следования Тназывается коэффициентом заполнения:

. (5.2)

Соответственно при Т = const получается

, (5.3)

где Kз (Uвх-uL),а затем начинает заряжаться при uс0), то режим работы силовой цепи импульсного стабилизатора называется режимом непрерывного тока реактора. Режим прерывистого тока реактора, при котором в интервале tп ток в обмотке реактора снижается до нуля, имеет тот недостаток, что ухудшается сглаживание пульсаций на выходе стабилизатора. Режим непрерывного тока реактора получается тогда, когда величина индуктивности реактора выбирается больше критической Lкр, которая соответствует нулевому значению тока в обмотке реактора в момент, предшествующий замыканию ключа Кл.

При непрерывном протекании тока через индуктивность среднее значение тока в нагрузке Iн равно среднему значению тока индуктивности:

. (5.4)

Функциональная схема силовой цепи импульсного стабилизатора постоянного напряжения типа ПВ, приведенная на рис. 5.3, содержит четыре основных элемента: ключ Кл, реактор L, конденсаторС и вентиль Д. Из этих же элементов можно синтезировать силовую цепь импульсного стабилизатора постоянного напряжения, у которого величина напряжения на выходе Uвых будет больше величины напряжения на его входе Uвх. Функциональная схема силовой цепи такого стабилизатора, называющегося повышающим или типа ПВ, приведена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Функциональная схема силовой цепи импульсного стабилизатора постоянного напряжения типа ПВ.

Рассмотрим установившийся режим работы ключа Кл. При его замыкании к реактору, L прикладывается входное напряжение Uвх и через реактор начинает протекать линейно нарастающий ток, поскольку постоянная времени цепи заряда -tз=L/RL (RL-активное сопротивление обмотки реактора) обычно много больше времени, в течение которого ключ Кл замкнут. Предполагаем, что реактор работает в режиме непрерывного протекания тока. При этом в магнитном поле реактора запасается электромагнитная энергия, равная WL=Li2L/2.Вентиль Д в этот интервал не пропускает тока, так как к нему приложено обратное напряжение Uсконденсатора С,которое образовалось в результате большого числа замыканий и размыканий ключа Кл. Напряжение на сопротивлении нагрузки Rн в интервале tиравно напряжению на конденсаторе С. Электродвижущая сила обмотки реактора в этом интервале равна величине входного напряжения и имеет полярность, обратную полярности напряжения на входе Uвх (показана на рис. 5.3 без скобок).

При размыкании ключа Кл ток, протекающий через реактор, и магнитный поток в сердечнике реактора не могут мгновенно снизиться до нуля.

Реактор в схеме стабилизатора типа ПВ не участвует в сглаживании пульсаций напряжения на сопротивлении нагрузки, а является элементом, в котором запасается электромагнитная энергия во время tи. В интервале tпэта энергия суммируется с энергией источника входного напряжения и передается в нагрузку. Поэтому наличие конденсатора С в схеме стабилизатора является принципиально необходимым, так как он является единственным элементом, обеспечивающим поддержание постоянного напряжения на нагрузке стабилизатора в интервале tи. В импульсном стабилизаторе типа ПВ напряжение на выходе стабилизатора Uвыхсвязано с напряжением на его входе Uвх выражением

Читайте так же:
Модуль стабилизатор напряжения с ограничением по току

, (5.5)

где КЗ-коэффициент заполнения, определяемый по (5.2). Из (5.5) следует, что выходное напряжение стабилизатора типа ПВ всегда больше входного. Выходное напряжение тем больше входного, чем больше значение коэффициента заполнения КЗ.

Приведенный выше принцип действия двух основных схем импульсных стабилизаторов постоянного напряжения показывает, что при импульсном методе стабилизации постоянного напряжения, не изменяя величины напряжения на входе стабилизатора Uвх, можно регулировать величину стабилизированного выходного напряжения Uвых. При этом отпадает необходимость применения трансформатора, которыйявляется обязательным элементом преобразователя постоянного напряжения, также осуществляющего преобразование постоянного напряжения. Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения позволяют преобразовывать постоянное напряжение одного значения в постоянное напряжение других значений и полярности и одновременно обеспечивают стабилизацию этого напряжения.

В схемах силовых цепей импульсных стабилизаторов постоянного напряжения типов ПН, ПВ и ПИ в качестве ключа Кл, как правило, используется транзистор, работающий в импульсном режиме. Транзистор, работающий в режимах насыщения и отсечки, по своим параметрам наиболее близок к идеальному ключу, так как сопротивление его перехода коллектор—эмиттер в состоянии насыщения мало (для мощных кремниевых транзисторов 0,1–0,25Ом), а сопротивление в состоянии отсечки велико и достигает 105–106Ом. Для управления транзистором при импульсном режиме его работы используется цепь обратной связи, назначение которой состоит в изменении длительности импульсов или пауз между ними в соответствии с величиной отклонения выходного напряжения стабилизатора.

Если цепь обратной связи формирует сигнал, который открывает регулирующий транзистор при уменьшении выходного напряжения ниже уровня (порога) Uвых min, и закрывает регулирующий транзистор при увеличении выходного напряжения выше порога Uвых m, то такой стабилизатор называют релейным или двухпозиционным.

Цепь обратной связи преобразует непрерывный во времени сигнал (отклонения выходного напряжения) в импульсный сигнал, который имеет дискретный характер. Такой процесс преобразования непрерывного сигнала называется квантованием сигнала. В этом случае непрерывный сигнал квантуется по уровню. Сигнал, квантованный по уровню, может принимать только вполне определенные дискретные значения, соответствующие пороговым значениям непрерывного сигнала.

Рис. 5.4.Структурная схема двух позиционного импульсного стабилизатора постоянного напряжения.

Частота переключения регулирующего транзистора в релейном стабилизаторе не постоянна, а изменяется в процессе работы стабилизатора в зависимости от изменения входного напряжения и тока нагрузки.

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения с релейным регулированием в цепи обратной связи имеет пороговый элемент, напряжение, на выходе которого принимает дискретные значения 0, и Uy при изменении напряжения на выходе стабилизатора от Uвых m до Uвыхmin. Амплитуды пульсации напряжения на выходе стабилизатора также определяются пороговыми значениями на­пряжений Uвых m и Uвыхmin.

На рис. 5.4 приведена структурная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения с релейным регулированием, силовая цепь которого выполнена по схеме ПН.

Напряжение Uвых (или его часть) поступает на вход усилителя постоянного тока УНТ, где сравнивается с опорным напряжением источника (ИОН). Разность этих напряжений усиливается в УНТ и поступает на вход порогового элемента ПЭ. При возрастании выходного напряжения до значения Uвых m напряжение на выходе УПТ достигает значения, равного верхнему порогу срабатывания порогового элемента ПЭ, который скачком изменяет свое состояние, и формирует сигнал, выключающий регулирующий элемент РЭ. При этом напряжение на выходе стабилизатора начинает уменьшаться. При уменьшении выходного напряжения до значения Uвых minнапряжение на выходе УПТ достигает значения, равного нижнему порогу срабатывания ПЭ, который формирует сигнал на включение РЭ. Напряжение на выходе стабилизатора начинает увеличиваться, и далее процесс повторяется. Таким образом, регулирующий элемент включается и выключается в моменты времени, когда величина выходного напряжения стабилизатора достигает значений Uвых min и Uвых m. Среднее значение этого напряжения на выходе СФ равно номинальной величине напряжения на нагрузке Uвых.ном, а амплитуда пульсации равна (Uвых m-Uвых min)/2.

При увеличении напряжения на входе стабилизатора Uвх скорость возрастания выходного напряжения увеличивается и пороговый элемент ПЭ раньше формирует сигнал на выключение РЭ, уменьшая тем самым длительность tи включенного состояния РЭ. Время tп, в течение которого РЭ находится в выключенном состоянии, определяется только временем разряда емкостиС силовой цепи на сопротивление нагрузки Rн(см. рис. 5.4), поскольку в этот интервал входное напряжение t/BX отключено от схемы. Частота переключения РЭ в релейном стабилизаторе изменяется при изменении напряжения на входе стабилизатора Uвх, так как изменяется период T = tи + tп.

Читайте так же:
Автомобильный стабилизатор напряжения тока

Изменение частоты переключения РЭ под воздействием дестабилизирующих факторов является недостатком релейных импульсных стабилизаторов постоянного напряжения, так как элементы сглаживающего фильтра СФ (L и С) должны быть рассчитаны из условия снижения амплитуды пульсаций на нагрузке до допустимой величины при минимальном значении частоты. Амплитуда пульсаций выходного напряжения (Uвых m-Uвых min)/2определяется разностью напряжении верхнего и нижнего порогов срабатывания ПЭ и коэффициентом усиления УПТ. Она может быть уменьшена путем увеличения коэффициента усиления УПТ и уменьшения разности между нижним и верхним порогами срабатывания ПЭ.

Достоинством релейного импульсного стабилизатора постоян­ного напряжения является относительная простота схемы и практическая безынерционность работы, так как момент переключения РО определяется пороговыми значениями Uвых.

Непрерывные стабилизаторы напряжения

Транзисторные стабилизаторы напряжения, имеющие значи­тельные преимущества перед параметрическими стабилизаторами напряжения, наиболее широко распространены. Стабилизаторы, содержащие замкнутую систему регулирования (систему управле­ния по отклонению), осуществляемую по цепи обратной связи, называются компенсационными стабилизаторами напряжения. Их основными элементами являются регулирующие элементы РЭ, выполненные на одном или каскадном соединении транзисторов (рисунок 5.10). Цепь обратной связи ОС содержит источник опорного напряжения ОН, кремниевый стабилитрон и схему сравнения СС с усилителем постоянного тока УПТ. В зависимости от способа включения регулирующего элемента компенсационные стабилиза­торы напряжения делят на два класса: параллельного и после­довательного типа.

Рис. 5.10. Структурные схемы компенсационного стабилизатора напряжения параллельного (а) и последовательного (б) типов

Изменения входного напряжения или тока нагрузки в ком­пенсационных стабилизаторах вызывают отклонения выходного напряжения от номинального. Эти изменения сравниваются с опорным напряжением и через усилитель постоянного тока УПТ подаются на регулирующий элемент РЭ и изменяют его соп­ротивление. В компенсационных стабилизаторах напряжения па­раллельного типа (см. рисунок 5.10, а) это вызовет изменение тока, протекающего через резистор R, и падение напряжения на нем. В компенсационных стабилизаторах напряжения последовательно­го типа (см. рисунок5.10, б) изменится падение напряжения непосредст­венно на самом регулирующем элементе РЭ. В обоих случаях действие РЭ будет сводиться к поддержанию выходного напря­жения в заданных пределах, т.е. к его стабилизации.

Наиболее широко распространены стабилизаторы последова­тельного типа. Они имеют довольно высокий к. п. д., экономичнее в режиме холостого хода, обладают более высоким коэффициентом стабилизации. В схемах простейших стабилизаторов последова­тельного типа с регулирующими транзисторами р-п-р и п-р-п структуры (рисунок 5.11, а и б) регулирующий транзистор VT1 включен по схеме усилителя с нагрузкой Rн в эмиттерной цепи (эмиттерный повторитель). Резистор R и стабилитрон VD1 образуют пара­метрический стабилизатор напряжения и являются источником опорного напряжения Uст. Выходное напряжение транзисторного стабилизатора определяется разностью опорного напряжения и напряжения участка база-эмиттер регулирующего транзистора Uн = UСТ — U. Так как напряжение U транзистора, работающего в активном режиме, составляет десятые доли вольта и мало зависит от тока эмиттера и напряжения UЭК, то напряжение на нагрузке будет близко к напряжению на стабилитроне.

При повышении входного напряжения (при Rн = const) сначала увеличится напряжение на выходе стабилизатора Uн, что приводит к увеличению токов I, протекающих в параллельной ветви, через стабилитрон Iст и резистор R. Падение напряжения на R возрастет. Это напряжение, приложенное к базе регулирующего транзистора относительно коллектора, является «запирающим» и вызывает увеличение падения напряжения на участке эмиттер — коллектор VT1(UЭК), адекватное изменению входного напряжения. Напряжение на выходе при этом вернется к номинальному значению. Уменьшение входного напряжения первоначально приведет к снижению вы­ходного напряжения, что в свою очередь снижает ток в парал­лельной ветви (VD1, R). Воздействие на транзистор будет таким, что снизится падение напряжения на участке эмиттер — коллектор VT1, что увеличит выходное напряжение до исходного значения.

Таким образом, все изменения входного напряжения будут скомпенсированы на участке эмиттер-коллектор регулирующего транзистора.

Напряжение на выходе при этом останется в заданных пределах, т.е. оно стабилизируется.

С изменением тока нагрузки при постоянном входном напряжении изменяется ток базы регулирующего транзистора, где В — статический коэффициент усиления тока базы.

Рис. 5.11. Стабилизаторы последовательного типа с транзисторами

p-n-p (a), n-p-n (б) структурами

Так как потенциал базы транзистора VT1практически не изменяется, то падение напряжения на резисторе R также постоян­но, не изменится при этом и ток I. Следовательно, изменится ток стабилитрона VD1 на значение изменения тока базы транзистора. Динамическое сопротивление регулирующего транзистора будет изменяться в соответствии с током базы. При большем токе нагрузки сопротивление транзистора VТ1 становится меньшим, при малом токе нагрузки — большим. В обоих случаях падение напря­жения на участке эмиттер-коллектор транзистора останется почти неизменным. Следовательно, напряжение на выходе стабилизатора будет оставаться в заданных пределах.

Читайте так же:
Микросхема регулируемый стабилизатор тока

Токи и напряжения в рассматриваемых схемах транзисторных стабилизаторов напряжения в установившемся режиме связаны следующими соотношениями:

; .

Входное напряжение Uвх = UН + UЭК на элементах параллельной ветви распределится таким образом:

, откуда ,

тога .

Максимальный ток нагрузки транзисторного стабилизатора

.

Из приведенного равенства очевидно, что максимально допус­тимый ток транзисторного стабилизатора в В раз больше мак­симально допустимого тока стабилитрона. Он зависит от коэф­фициента усиления транзистора и ограничивается его максимально допустимой мощностью рассеяния Ряоп:

.

К основным параметрам стабилизаторов последовательного типа относятся:

коэффициент стабилизации ;

выходное сопротивление ,

где h11э входное сопротивление для схемы с общим эмиттером;

h21э— коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером;

коэффицент полезного действия .

Рассмотренные схемы транзисторных стабилизаторов последо­вательного типа имеют ряд преимуществ перед параметрическими. Они допускают большие токи нагрузки, имеют меньшее внутреннее сопротивление, выше коэффициент стабилизации. Однако достичь очень высоких значений коэффициента стабилизации в них не удается.

Для улучшения электрических характеристик схемы компенса­ционного стабилизатора напряжения последовательного типа в цепь обратной связи вводят усилитель постоянного тока, выполненный на транзисторе VТ2 (рисунок 5.12, а). В эмиттерную цепь VT2 включен стабилитрон VD1 (источник опорного напряжения). Резистором R2 задается ток VD1. В базовую цепь VТ2 включен делитель напряжения R3R4. Резистор R1, включенный в коллектор­ную цепь VТ2, является нагрузкой усилителя постоянного тока. Делитель RЗR4 и резистор R2 со стабилитроном VD1 образуют измерительный мост, в одну из диагоналей которого включен резистор Rн, а в другую — участок эмиттер-база транзистора VТ2. При воздействии дестабилизирующих факторов и изменении выходного напряжения стабилизатора изменяется ток, протекаю­щий через делитель R3R4. Изменяется падение напряжения на резисторе R4. Это напряжение, являющееся частью выходного, подводится к базе транзистора VT2и сравнивается с опорным напряжением стабилитрона VD1. Разностный сигнал усиливается транзистором VТ2.

Напряжение с коллекторной нагрузки усилителя постоянного тока (резистор R1) поступает на базу регулирующего транзистора VT1и вызывает изменение падения напряжения на нем (участок эмиттер — коллектор).

Таким образом, изменения входного напряжения будут ском­пенсированы на регулирующем транзисторе.

Коэффициент стабилизации этой схемы

,

коэффициент деления делителя;

h11 — входное сопротивление;

β2-коэффициент усиления по току.

Рисунок 5.12 – Схемы компенсационного стабилизатора напряжения с усилителем постоянного тока (а); с усилителем постоянного тока и составным регулирующим транзистором (б)

.

Введение усилителя постоянного тока в цепь обратной связи увеличивает коэффициент стабилизации. Кроме того, в этот усилитель должен быть включен транзистор с возможно большим β, а также стабилитрон с малым дифференциальным сопротив­лением rД. Оптимальный выбор этих значений уменьшает выходное сопротивление стабилизатора. Увеличение Кст возможно за счет увеличения сопротивления R1. Однако его нельзя выбрать очень большим, так как при этом ограничивается ток базы регули­рующего транзистора VТ1.

При больших токах нагрузки стабилизатора, когда необходимо использование мощного регулирующего транзистора, ток базы его может значительно (иногда в несколько раз) превышать ток коллектора транзистора усилителя постоянного тока. Для сог­ласования их по допустимым токам в качестве регулирующего элемента применяют так называемый составной транзистор с включением двух и более транзисторов. В схеме такого компен­сационного стабилизатора напряжения (рисунок 5.12, б) транзистор VТЗ является согласующим между усилителем постоянного тока и регулирующим элементом (согласует коллекторный ток транзис­тора VТ2 и базовый ток транзистора VT1). Резистором R5 подбирают режимы работы транзистора VT3. В остальном эта схема аналогична схеме (см. рисунок 5.12, а). Параметры схемы (коэффициент стабилизации и выходное сопротивление) опреде­ляются по тем же соотношениям. Необходимо только вместо коэффициента усиления по току регулирующего транзистора (β1) подставлять значение общего коэффициента усиления составного транзистора из двух транзисторов VТ1 и VТЗ, равного их произ­ведению .

Компенсационные стабилизаторы с составным транзистором обладают более высокими электрическими характеристиками. У них выше коэффициент стабилизации, меньшее выходное сопро­тивление, большие токи нагрузки.

Мощность компенсационных стабилизаторов может быть значительно увеличена при параллельном включении транзисторов в регулирующем элементе (рисунок 5.13, а). Для более равномерного распределения тока нагрузки между этими транзисторами (из-за разброса параметров) в их эмиттерные или базовые цепи включают симметрирующие резисторы R1 и R2. Включение резисторов в эмиттерные цепи получило более широкое распространение и используется чаще.

Читайте так же:
Стабилизаторы тока для зарядных устройств автомобильных аккумуляторов
|следующая лекция ==>
Бестрансфоматорные схемы выпрямления|Функциональные схемы ИБП

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Стабилизаторы малых регулируемых со сменой полярности напряжений

STMicroelectronics TL431

Михаил Шустов, г. Томск

Приведены схемы низковольтных стабилизированных источников регулируемого в пределах от U до –U постоянного напряжения, выполненных на основе стабилитронов TL431C или их аналогов

Не регулируемые по величине низковольтные стабилизаторы напряжения чаще всего выполняют на основе прямосмещенных переходов диодов и транзисторов, изготовленных из полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны. Такие стабилизаторы не поддаются регулировке и обладают далеко не самыми лучшими свойствами – напряжение на их выходе заметно зависит от изменения напряжения питания, температуры, сопротивления нагрузки.

Подавляющее большинство схем источников регулируемого стабилизированного напряжения относятся к устройствам, позволяющим стабилизировать и регулировать выходное напряжение величиной от 1…2.5 В и выше [1]. Известны также единичные примеры создания регулируемых источников постоянного напряжения с возможностью смены полярности выходного напряжения, выполненные по дифференциально-мостовой схеме [2, 3].

На Рисунке 1 приведена схема стабилизатора постоянного напряжения, позволяющего получить на сопротивлении нагрузки стабилизированное регулируемое в пределах от –2.5 до 2.5 В напряжение. Стабилизатор выполнен по мостовой схеме с использованием регулируемых стабилитронов TL431C или их аналогов. При регулировке потенциометра R2 стабилизированное напряжение на резисторах R5 и R6 изменяется в пределах от 2.0 до 4.5 В и от 4.5 до 2.0 В, соответственно. Следовательно, разностное напряжение, снимаемое с этих резисторов на сопротивление нагрузки, будет изменяться в пределах от –2.5 до 2.5 В.

Рисунок 1.Мостовая схема источника стабилизированного регулируемого в
пределах от –2.5 до 2.5 В постоянного напряжения с повышенной
нагрузочной способностью.

При повышении напряжения питания падение напряжения на резисторах R5 и R6 пропорционально повышается, но разность этих напряжений будет оставаться всегда неизменной и стабильной.

Величина выходного напряжения стабилизатора остается постоянной при условии, что сопротивление нагрузки превышает 90 Ом. Ток, потребляемый устройством, не превышает 95 мА. Нагрузочную способность стабилизатора можно повысить путем повышения напряжения питания, что скажется на тепловыделении на элементах DA1, DA2, R5 и R6.

Стабилитроны TL431C для их охлаждения и повышения температурной стабильности выходного напряжения рекомендуется установить на медной теплоотводящей пластине.

Второй вариант низковольтного регулятора стабилизированного выходного напряжения с возможностью смены его полярности показан на Рисунке 2. Этот стабилизатор выполнен по мостовой схеме иного построения, левую ветвь которой представляет собой цепочка из двух нерегулируемых стабилизаторов напряжения, а правую – регулируемый стабилизатор напряжения на основе стабилитронов TL431C и резистора R7.

Рисунок 2.Вариант мостового источника стабилизированного регулируемого
в пределах от –2.5 до 2.5 В постоянного напряжения.

В диагональ моста включено сопротивление нагрузки RН. На левый по схеме вывод этого сопротивления подается стабилизированное напряжение 5.0 В, на правый – стабилизированное, регулируемое в пределах от 2.5 до 7.5 В напряжение. Следовательно, на сопротивлении нагрузки, величина которого должна превышать 1 кОм, можно получить стабилизированное напряжение, величину которого можно регулировать в пределах от –2.5 до 2.5 В. Ток, потребляемый устройством, не превышает 20 мА.

Недостатком предшествующих схем (Рисунки 1 и 2) является то, что их сопротивления нагрузки находятся в «подвешенном» состоянии, что ограничивает возможности применения подобных стабилизаторов на практике.

На Рисунке 3 показана схема регулируемого в пределах от 0 до +2.5 В стабилизатора постоянного напряжения с заземленной нагрузкой. Устройство представляет собой последовательность из двух стабилизаторов постоянного напряжения: нерегулируемого на DA1 и регулируемого – на DA2. Напряжение на выходе первого стабилизатора поддерживается на уровне 5 В. Второй из стабилизаторов выполнен по нестандартной схеме: сопротивление нагрузки включено в анодную цепь стабилитрона TL431C (при условии R5 >> RН, RН > 30 Ом). Резистор R5 без изменения свойств стабилизатора может быть подключен и по классической схеме: между управляющим входом и анодом стабилитрона DA2.

Рисунок 3.Источник стабилизированного регулируемого в
пределах от 0 до +2.5 В постоянного напряжения
с заземленной нагрузкой.

При регулировке потенциометра R3 падение напряжения на стабилитроне DA2 TL431C меняется от 5.0 до 2.5 В, поэтому на сопротивлении нагрузки напряжение меняется в пределах от 0 до 2.5 В. Ток, потребляемый стабилизатором при сопротивлении нагрузки не менее 30 Ом, не превышает 95 мА. Резистор R1 является гасящим сопротивлением и одновременно защищает стабилизатор от короткого замыкания в нагрузке.

Читайте так же:
Стабилизатор тока заслонки рециркуляции опель астра

Общим недостатком рассмотренных выше стабилизаторов является их низкий КПД, что, впрочем, характерно практически для любых схем аналоговых стабилизаторов напряжения.

Регулировка стабилизатора напряжения

Величина напряжения в сети является одним из важнейших параметров качества электроэнергии, который позволяет обеспечить надёжную и бесперебойную работу подключаемых потребителей. С использованием централизованных линий электропередач сегодня практически невозможно гарантировать точность соблюдения заявленных 220/380 В (или других уровней). Лучше всего с этой задачей будет справляться стабилизатор напряжения как устройство, которое позволит не допустить аварийных ситуаций

  • при скачках сетевых параметров в момент коммутации,
  • аварийных ситуациях в питающей линии,
  • импульсных процессах.

Сфера использования устройств этого типа не ограничивается бытовыми моделями. В зависимости от особенностей использования и места их установки могут иметь место стационарные или портативные приборы. Для обеспечения достаточно высокой надёжности в работе подобных систем важно соблюдать не только правила выбора, должна быть обеспечена корректная регулировка стабилизатора напряжения.

Основы выбора устройств и их последующей подготовки к работе

В большинстве случаев используются модели стационарной установки, подключаемые непосредственно к проводке на входе, а на выходе – к электроприборам (насосам, холодильным установкам, кондиционерам, котлам отопления). В зависимости от особенностей сети это могут быть одно- или трёхфазные устройства, которые дополнительно классифицируются по своему устройству

  • на релейные,
  • симисторные,
  • феррорезонансные,
  • электромеханические.

Основные виды устройств стабилизации сетевых параметров

Для каждой из перечисленных модификаций характерны свои особенности.

  • Релейный аппарат конструктивно состоит из управляемого электроникой силового реле и автотрансформатора. Предусмотрено автоматическое переключение обмоток, а также ступенчатая регулировка стабилизатора напряжения. За счёт этого при использовании данного вида устройств необходимо учитывать, что они не отличаются высокой точностью выходных параметров, поэтому рекомендуются к установке в основном для защиты бытовых приборов небольшой мощности.
  • Электронные (симисторные) стабилизаторы благодаря отсутствию в составе конструкции механических составляющих выделяются своей бесшумной работой. Но в данном случае регулировка сетевых параметров выполняется по релейному принципу, что не позволяет обеспечить достаточно высокой точности в работе. При этом существенно более высокая стоимость в сравнении с аппаратами других типов стала причиной того, что симисторные стабилизаторы не пользуются широкой популярностью.
  • Феррорезонансное оборудование работает строго в заданном пользователем диапазоне с потребителями мощностью 100 Вт – 8 кВт. При этом его коэффициент стабилизации может варьироваться в пределах 20-30. Среди преимуществ выделяют способность
  1. к длительной эксплуатации за счёт отсутствия в составе конструкции подвижных элементов,
  2. бесступенчато регулировать напряжение,
  3. быстро стабилизировать заданные параметры,
  4. работать с высокой точностью.
  • Сервоприводные стабилизаторы отличаются возможностью выполнения плавной регулировки напряжения без искажения её синусоидальной формы, что обеспечивает стабильно корректную работу электроприёмников. Кроме того, они не вырабатывают помехи, обеспечивают высокую точность на выходе при большом рабочем ресурсе. Предлагается широкий модельный ряд по мощности для одно- и трёхфазных сетей в пределах 0,5 ВА÷30 кВА и 1,5 кВА÷2 МВА соответственно.

Установка и регулировка стабилизатора напряжения

Правильный выбор оборудования в данном случае – основа, но в любом случае для его корректной работы потребуется правильное подключение, установка, регулировка. Стоит изначально обратить внимание на то, что к монтажу допускаются только приборы без механических повреждений, выдержанные при нормальной температуре эксплуатации не менее 2 ч в том случае, если транспортировка выполнялась при минусовых температурах. Таким образом удастся избежать появления конденсата внутри стабилизатора.

Сама процедура монтажа выполняется по алгоритму, тонкости которого зависят от особенностей сферы использования. Но в целом местом установки может быть закрытое помещение, в котором аппарат не будет подвергаться воздействию строительной пыли, агрессивных сред, находиться вблизи легковоспламеняющихся материалов. Корпус стабилизатора напряжения должен быть обязательно заземлён, для подключения используются клеммы, которые расположены на задней корпусной панели.

Регулировка стабилизатора заключается в установке заданных выходных параметров по току и напряжению согласно требованиям защищаемого оборудования. После этого в процессе тестового периода возможны ситуации, когда потребуется корректировка работы аппарата. Наиболее частыми проблемой становится самопроизвольное отключение прибора. Причиной такой ситуации в основном становится превышение допустимой для стабилизатора нагрузки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector