Sfera-perm.ru

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

Стабилизатор с усилением по току

Стабилизатор с усилением по току

В статье описан относительно простой высоковольтный стабилизатор, обладающий малым уровнем шумов и пульсаций выходного напряжения. В стабилизатор встроены функции плавного нарастания выходного напряжения и защиты от перегрузок.

Стабилизатор предназначен для питания чувствительных схем предварительных усилителей и фонокорректоров, выполненных на электронных лампах.

Основные соображения

Основным назначением описанного ниже стабилизатора является питание высокочувствительных входных цепей ламповых усилителей. Это определило основное требование к стабилизатору – низкий уровень шума и пульсаций на выходе [1]. Конечно, было желательно получить и малое выходное сопротивление, но этот параметр не является определяющим из-за незначительного и мало меняющегося тока, потребляемого этим блоком усилителя.

За базовый вариант была принята классическая схема компенсационного стабилизатора с однокаскадным усилителем ошибки (Рис.1) [2]. Для получения малых пульсаций на выходе стабилизатора необходимо иметь значительную величину петлевого усиления, которое существенно зависит от коэффициента усиления усилителя ошибки. Для получения максимального коэффициента усиления в качестве коллекторной нагрузки транзистора VT1 применен источник тока I, и регулирующий элемент (VT2) выполнен на полевом транзисторе (можно считать, что каскад на транзисторе VT1 в области низких частот не нагружен).

Такая схемотехника позволяет получить в области низких частот усиление каскада порядка 55 — 63db (если b используемых транзисторов находится в пределах 40 — 100).

Читатель может задать закономерный вопрос: а почему не использовать стандартный операционный усилитель? Основным преимуществом такого решения является более простая схема при сравнимой величине усиления. Так же стабилизатор получается менее склонным к паразитной генерации.

Высокое выходное напряжение стабилизатора и относительно низкое опорное напряжение VR позволяет практически бесплатно и существенно (в 2 — 3 раза) повысить стабильность выходного напряжения за счет подключения резистора, задающего начальный ток стабилитрона (R1), к цепи выходного стабильного напряжения. Если вы посмотрите на схему, то увидите, что через стабилитрон текут три тока – стабильный ток I, заданный источником тока, стабильный ток IR1, заданный резистором R1 и нестабильный ток базы транзистора IB. Если учесть, что ток базы транзистора на несколько порядков меньше суммы стабильных токов I и IR1, то становится ясно, что влияние динамического сопротивления стабилитрона RD (Рис. 2) на выходное напряжение практически исключается.

Особое внимание было уделено вопросу минимизации уровня шумов на выходе стабилизатора. В схеме можно выделить два основных источника шума – это транзистор VT1 и стабилитрон VD. Шумом источника тока и резисторов делителя R2 и R3 можно в первом приближении пренебречь. Это связано с тем, что суммарное сопротивление резисторов делителя достаточно мало (сотни ом – единицы килоомм), а шум источника тока не усиливается.

Возможность минимизации уровня шумов выбором типа и режима работы транзистора VT1 весьма ограничена. Во-первых, транзистор VT1 должен быть высоковольтным, это существенно ограничивает номенклатуру пригодных типов. Во-вторых, снижение уровня шумов путем снижением величины коллекторного тока наталкивается на два ограничения: ухудшение частотных свойств каскада и снижение величины b транзистора.

Точный расчет параметров каскада весьма громоздок, и я не буду его приводить, а ограничусь несколькими практическими рекомендациями.

Для большинства высоковольтных транзисторов средней мощности, аналогичных MPSA42, 2N6517, ZTX658, ZTX458 удовлетворительное сочетание параметров достигается при токе коллектора 0.7 — 1.5mA.

(При установке транзистора в схему желательно проверить величину его b; хотя типовые значения лежат в пределах 50 — 100, могут попасться экземпляры с b = 17 — 20.)

Нежелательно использовать в качестве VT1 более мощные транзисторы (типа MJE13003), при малых токах коллектора они имеют очень малую величину b, для получения приемлемого усиления каскада придется значительно увеличивать ток коллектора. Конечно, частотные свойства стабилизатора улучшатся, но ценой этого будет значительное увеличение рассеиваемой мощности на элементах схемы и увеличение уровня шума на выходе.

Следующим объектом нашей заботы является стабилитрон VD, определяющий величину опорного напряжения VR. Как правило, выбор типа стабилитрона и его рабочих режимов производится исходя из необходимого напряжения и его стабильности. Его шумовые характеристики не учитываются и не приводятся в технических данных. Чаще всего, это и не надо, но в некоторых случаях шумовые характеристики стабилитрона важны. Например, если источник питания должен иметь низкий уровень шума на выходе, если стабилитрон используется в цепях сдвига уровня сигнала или для организации напряжения смещения во входных каскадах усилителей, и непосредственно включен в сигнальную цепь.

Простейшая эквивалентная схема стабилитрона, учитывающая его ЕДС шума EN, показана на рисунке 2. Если вы мысленно замените в схеме стабилизатора (Рис.1) стабилитрон VD на его эквивалентную схему, то становится очевидным, что шумовой генератор включен непосредственно во входную цепь усилительного каскада на транзисторе VT1 и, соответственно, его шум будет усилен.

Фактически, стабилитрон является почти идеальным источником белого шума в широкой полосе частот, простирающейся от постоянного тока до единиц мегагерц (это используется для создания генераторов шума)[3]. Уровень шумового напряжения, генерируемого стабилитроном, существенно зависит от его режима. Наибольший уровень шума стабилитрон генерирует, когда он начинает входить в режим стабилизации, и его рабочая точка находится на колене вольт-амперной характеристики. Этот режим характеризуется очень малыми токами, текущими через стабилитрон (десятки – сотни микроампер). Увеличение тока стабилитрона вызывает уменьшение уровня шумового напряжения, этот факт многократно описан в различных источниках, но численных данных о величине уровня шума мне обнаружить не удалось.

Поэтому я решил просто померить уровни шумов, генерируемых стабилитронами различных типов, и оценить влияние тока стабилизации. Измерения проводились по схеме, показанной на рисунке 3.

Читайте так же:
Параметрический стабилизатор тока это

В качестве источника тока использовался довольно малошумящий полевой транзистор КП302Г. Уровень шума измерялся прибором ИСШ-НЧ в звуковой полосе частот (использовался внутренний фильтр). Конечно, полученные результаты не соответствуют абсолютно точному значению уровня шума, генерируемого стабилитроном, так как источник тока добавляет собственные шумы, но как показали измерения, они весьма малы, и этой погрешностью можно пренебречь.

Стабилизатор напряжения

Стабилиза́тор напряже́ния — электромеханическое или электрическое (электронное) устройство, имеющее вход и выход по напряжению, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного напряжения и переменного напряжения. Как правило, вид напряжения на входе стабилизатора и на его выходе совпадают (постоянное либо переменное), но в некоторых типах стабилизаторов их виды разные.

Содержание

  • 1 Стабилизаторы постоянного тока
    • 1.1 Линейный стабилизатор
      • 1.1.1 Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне
      • 1.1.2 Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе
      • 1.1.3 Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя
    • 1.2 Импульсный стабилизатор
  • 2 Стабилизаторы переменного напряжения
    • 2.1 Феррорезонансные стабилизаторы
    • 2.2 Современные стабилизаторы
  • 3 См. также
  • 4 Литература
  • 5 Ссылки
  • 6 Примечания

Стабилизаторы постоянного тока [ править ]

Линейный стабилизатор [ править ]

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin — Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

  • Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.
  • Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

  • Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.
  • Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.
Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне [ править ]

Эта схема может быть построена как на полупроводниковом, так и на газоразрядном стабилитроне.

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке RL. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов. Для снижения нестабильности выходного напряжения, вызванной изменениями входного напряжения, вместо резистора RV применяется двухполюсник, реализующий функцию источника тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе [ править ]

По сути, это рассмотренный выше параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне, подключённый ко входу эмиттерного повторителя. В нём нет цепей обратной связи, обеспечивающих компенсацию изменений выходного напряжения.

Его выходное напряжение меньше напряжения стабилизации стабилитрона на величину Ube, которая практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход, и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. Зависимость Ube от величины тока и температуры ухудшает стабильность выходного напряжения, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне.

Эмиттерный повторитель (усилитель тока) позволяет увеличить максимальный выходной ток стабилизатора, по сравнению с параллельным параметрическим стабилизатором на стабилитроне, в β раз (где β — коэффициент усиления по току данного экземпляра транзистора). Если этого недостаточно, применяется составной транзистор.

При отсутствии сопротивления нагрузки (или при токах нагрузки микроамперного диапазона), выходное напряжение такого стабилизатора (напряжение холостого хода) возрастает на 0,6В за счёт того, что Ube в области микротоков становится близким к нулю. Для преодоления этой особенности, к выходу стабилизатора подключают балластный нагрузочный резистор, обеспечивающий ток нагрузки в несколько мА.

Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя [ править ]

Часть выходного напряжения Uout, снимаемая с потенциометра R2, сравнивается с опорным напряжением Uz на стабилитроне D1. Разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя [1] . Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения Uout подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.

Опорное напряжение Uz практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон, и равно напряжению стабилизации стабилитрона. Для повышения его стабильности при изменениях Uin, вместо резистора RV применяется источник тока.

В данном стабилизаторе, операционный усилитель фактически включён по схеме неинвертирующего усилителя (с эмиттерным повторителем, для увеличения выходного тока). Соотношение резисторов в цепи обратной связи задают его коэффициент усиления, который определяет, во сколько раз выходное напряжение будет выше входного (то есть опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения Uz (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше, чем Uout.

Читайте так же:
Микросхемы стабилизатора высокого тока

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (Gopenloop = 10 5 ÷ 10 6 ).

Для исключения влияния нестабильности входного напряжения на режим работы самого ОУ, он может запитываться стабилизированным напряжением (от дополнительных параметрических стабилизаторов на стабилитроне).

Импульсный стабилизатор [ править ]

В импульсном стабилизаторе ток от нестабилизированного внешнего источника подаётся на накопитель (обычно конденсатор или дроссель) короткими импульсами; при этом запасается энергия, которая затем высвобождается в нагрузку в виде электрической энергии, но, в случае дросселя, уже с другим напряжением. Стабилизация осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции. Импульсный стабилизатор, по сравнению с линейным, обладает значительно более высоким КПД. Недостатком импульсного стабилизатора является наличие импульсных помех в выходном напряжении.

В отличие от линейного стабилизатора, импульсный стабилизатор может преобразовывать входное напряжение произвольным образом (зависит от схемы стабилизатора):

  • Понижающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда ниже входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение всегда выше входного и имеет ту же полярность.
  • Повышающе-понижающий стабилизатор: выходное напряжение стабилизировано, может быть как выше, так и ниже входного и имеет ту же полярность. Такой стабилизатор применяется в случаях, когда входное напряжение незначительно отличается от требуемого и может изменяться, принимая значение как выше, так и ниже необходимого.
  • Инвертирующий стабилизатор: выходное стабилизированное напряжение имеет обратную полярность относительно входного, абсолютное значение выходного напряжения может быть любым.

Стабилизаторы переменного напряжения [ править ]

Феррорезонансные стабилизаторы [ править ]

Во времена СССР получили широкое распространение бытовые феррорезонансные стабилизаторы напряжения. Обычно через них подключали телевизоры. В телевизорах первых поколений применялись сетевые блоки питания с линейными стабилизаторами напряжения (а некоторые цепи и вовсе питались нестабилизированным напряжением), которые не всегда справлялись с колебаниями напряжения сети, особенно в сельской местности, что требовало предварительной стабилизации напряжения. С появлением телевизоров 4УПИЦТ и УСЦТ, имевших импульсные блоки питания, необходимость в дополнительной стабилизации напряжения сети отпала.

Феррорезонансный стабилизатор состоит из двух дросселей: с ненасыщаемым сердечником (имеющим магнитный зазор) и насыщенным, а также конденсатора. Особенность ВАХ насыщенного дросселя в том, что напряжение на нём мало изменяется при изменении тока через него. Подбором параметров дросселей и конденсаторов можно обеспечить стабилизацию напряжения при изменении входного напряжения в достаточно широких пределах, но незначительное отклонение частоты питающей сети очень сильно влияло на характеристики стабилизатора.

Современные стабилизаторы [ править ]

В настоящее время основными типами стабилизаторов являются:

  • электродинамические
  • сервоприводные (механические)
  • электронные (ступенчатого типа)
  • статические (электронные переключаемые)
  • релейные
  • компенсационные (электронные плавные)
  • комбинированные (гибридные)

Модели производятся как в однофазном (220/230 В), так и трёхфазном (380/400 В) исполнении, мощность их от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт. Трёхфазные модели выпускаются двух модификаций: с независимой регулировкой по каждой фазе или с регулировкой по среднефазному напряжению на входе стабилизатора.

Выпускаемые модели также различаются по допустимому диапазону изменения входного напряжения, который может быть, например, таким: ±15 %, ±20 %, ±25 %, ±30 %, ±50 %,−25 %/+15 %, −35 %/+15 % или −45 %/+15 %. Чем шире диапазон (особенно в отрицательную сторону), тем больше габариты стабилизатора и выше его стоимость при той же выходной мощности. В настоящее время существуют модели стабилизаторов напряжения с нижним порогом входного напряжения 90 вольт.

Важной характеристикой стабилизатора напряжения является его быстродействие, то есть чем выше быстродействие, тем быстрее стабилизатор отреагирует на изменения входного напряжения. Быстродействие это промежуток времени (миллисекунды) за которое стабилизатор способен изменить напряжение на один вольт. У разного типа стабилизаторов разная скорость быстродействия, например у электродинамических быстродействие 8…10 мс/В, статические стабилизаторы обеспечат 2 мс/В, а вот у электронных, компенсационного типа этот параметр 0,75 мс/В. [источник не указан 4079 дней]

Ещё одним важным параметром является точность стабилизации выходного напряжения. Согласно ГОСТ 13109-97 предельно допустимое отклонение напряжения питания ±10 % от номинального. Точность современных стабилизаторов напряжения колеблется в диапазоне от 0,5 % до 8 %. Точности в 8 % вполне хватает для обеспечения исправной работы подавляющего большинства современной бытовой и промышленной электротехники оборудованных инверторными и импульсными блоками питания. Так как мощность оборудования напрямую зависит от напряжения, то для обеспечения корректной (заявленной производителем) работы с прогнозируемым результатом и расходом электроэнергии необходимо точное напряжения (0,5-1 %). [источник не указан 2028 дней] Так же более жесткие требования (1 %) предъявляются для питания сложного оборудования (медицинское, высокотехнологичное и подобное). Важным потребительским параметром является способность стабилизатора работать на заявленной мощности во всем диапазоне входного напряжения, но далеко не все стабилизаторы соответствуют этому параметру. КПД электродинамических и сервоприводных стабилизаторов более 98 %, а электронных (ступенчатых) 96 %. Электродинамические стабилизаторы выдерживают десятикратные перегрузки, при покупке такого стабилизатора запас по мощности не требуется.

Однофазные стабилизаторы напряжения

Все стабилизаторы напряжения можно классифицировать на однофазные (220В) и трехфазные (380В).
Если к дому подведена однофазная сеть, то сомнений в выборе нет — нужен однофазный стабилизатор. Если трехфазная, то возможны варианты (если нет трехфазных потребителей, то выбор лучше сделать в направлении трех однофазных моделей на каждую фазу).

К дому подведена однофазная сеть

Какой тип стабилизатора выбрать?

    Самые популярные в настоящее время типы однофазных стабилизаторов:
  • релейные
  • электромеханические (сервоприводные)
  • тиристорные (симисторные)
  • инверторные (двойного преобразования)
Читайте так же:
Стабилизатор напряжения с источником тока

Релейные и тиристорные стабилизаторы относятся к ступенчатым. Их работа основана на переключении обмотки трансформатора при помощи релейных или тиристорных ключей. Еще бывают симисторные ключи, которые являются разновидностью тиристорных и пропускают напряжение в обе стороны.
Релейные однофазные стабилизаторы — самые распространенные и доступные по стоимости. Почти все они производятся в Китае (в РФ релейные модели есть, в частности, у Штиля, Стабвольта, Нормы-М). Имеют высокую скорость регулировки напряжения, широкий диапазон входных напряжений.
Тиристорные стабилизаторы, в отличие от релейных, имеют меньший уровень производимого шума, могут выпускаться с более высокими мощностями, достаточно надежны, но и дороже стоят.
Основные производители тиристорных стабилизаторов, представленных на рынке России: Лидер, Вольт Инжиниринг, Volter, Энерготех, SKAT.
Электромеханические стабилизаторы иначе называют сервоприводными, т.к. имеют сервопривод (электромотор, который приводит в действие токосъемный контактор, передвигающийся по автотрансформатору). Этот тип отличается высокой точностью поддерживаемого напряжения и плавностью регулировки, почти полным отсутствием моргания света при работе, большим весом, шумом при передвижении щеток. На рынке РФ электромеханика представлена моделями китайского производства.

    Одни из самых популярных механических стабилизаторов на 8-10 кВт:
  • Suntek 11000 ЭМ
  • RUCELF SDW II-12000L

Инверторные модели стабилизаторов в массовом производстве появились недавно. Имеют растущий тренд, постепенно завоевывая доверие потребителей своей компактностью, высочайшей точностью и способностью работать при любых скачках напряжения.
Примеры популярных моделей: Штиль ИнСтаб IS1500, Абсолют 7000 (7 кВт), Штиль ИнСтаб IS10000 (9 кВт).
Некоторые потребителя считают этот тип стабилизаторов лучшим по своим характеристикам и ставят сразу на весь дом. На наш взгляд это не совсем правильная стратегия. Лучше исходить из реального состояния электросети. Если она действительно слабая и постоянно наблюдаются резкие скачки напряжения, то смысл в установке инверторных стабилизаторов есть.
В противном случае, если в приоритете стоит надёжность стабилизатора, стоит обратить внимание в сторону симисторных или тиристорных моделей. Именно они обладают самым длительным ресурсом и гарантийным сроком (в 2,5 раза выше, чем у инверторых моделей), при сопоставимой стоимости.
В стабилизаторах инверторного типа прежде всего нуждается высокоточная техника, автоматика котлов и насосов, освещение (локальная нагрузка).

    Хорошие симисторные модели на 8-10 кВт:
  • Вольт АМПЕР Э 12-1/40A — 30900 руб.
  • Энерготех OPTIMUM-12000 — 38800 руб.
  • Skat STP-20000 — 43900 руб.

Еще стоит упомянуть и такой тип стабилизаторов, как гибридный. Он сочетает в себе различные способы переключения трансформаторной обмотки для регулировки напряжения. Наиболее популярны такие сочетания, как сервопривод+реле и реле+симисторы.
Пример наиболее удачной на наш взгляд гибридной модели — Вольт Гибрид Э 7-1/40А на 9 кВт. По сути это релейный стабилизатор с симисторными ключами. Добавление в конструкцию симисторов увеличивает её надежность. Реле переключаются не под нагрузкой, нет искрения и подгоревших контактов. Технология запатентована производителем (патент RU 2604354) и с ней, при желании, можно ознакомиться более детально.
Кстати, стоит такая модель всего 15 тыс. руб., примерно как китайский релейный стабилизатор. Некоторые даже сомневаются, что она собирается в России. На самом деле ничего странного нет. Просто цены на эту марку не менялись уже более 3-х лет (на китайские модели за это время они выросли на 40-50%).

Какую мощность стабилизатора выбрать?

Однофазные стабилизаторы устанавливают как на отдельную нагрузку (котел, насос, свет и т.д.), так и на всю сразу.
Для дачи обычно берут мощность 5-8 кВт, для квартиры и небольшого загородного дома — 10-12 кВт.
Для больших коттеджей и производственных цехов мощности могут составлять и 20 и 30 киловатт и больше.
Все зависит от нагрузки, которая будет находиться на линии со стабилизатором.
Если в сети пониженное напряжение, то для многих моделей необходимо делать запас по мощности (на каждые 10 вольт ниже 190В — примерно 10% ). Такой запас не нужно делать для стабилизаторов с мощным трансформатором, у которого заранее сделан соответствующий запас по мощности (например, Лидер или Стабвольт).
Если подбираете стабилизатор под насосы, станки, стиральные машины и подобную технику с электродвигателями, непременно учитывайте их пусковые токи. Например, под стиралку на 2 кВт лучше взять стабилизатор с мощностью не менее 4-5 кВт, особенно при пониженном сетевом напряжении.

Можно подбирать мощность стабилизатора не только по мощности нагрузки, то и по номиналу автоматического выключателя.
Например, если в вашем электрощитке стоит автомат с указанием максимального тока в 25 ампер, то лучшим выбором будет стабилизатор с автоматом на 25-32 А (5-7 кВт). Если установить более мощный стабилизатор, то вводной автомат может отключаться.

Другие параметры выбора однофазного стабилизатора

Итак, мы определились с типом стабилизатора и его мощностью. Отлично. На что ещё нужно обратить внимание?
Прежде всего на уровень входного напряжения. Так можно избежать лишних трат и отключений стабилизатора при выходе напряжения за рамки предельного.
Другие важные моменты: возможность работы устройства в неотапливаемом помещениии или настенной установке, наличие режима «байпас», вентилятора или задержки включения, индикация различных сетевых параметров, повышенная точность стабилизации. Подробнее об этих нюансах описано в статье «Правила выбора стабилизатора напряжения»

Диапазон входного сетевого напряжения

Это один из важнейших параметров при выборе стабилизатора. Настоятельно рекомендуем произвести замеры входного напряжения при помощи мультиметра. Зачем переплачивать за стабилизатор с работой от 100 вольт, если в сети редко опускается напряжение ниже 180В или наоборот оно повышенное?
Причем сделать замеры лучше в различное время суток, без нагрузки и с подключением мощных приборов.
К полученным данным лучше прибавить еще по 10-20 вольт для запаса. В итоге получится некий диапазон, на который вы и будете ориентировать при выборе стабилизатора.
Обычно в инструкции прописывается номинальный и предельный диапазон напряжений, при которых работает стабилизатор.
В диапазоне номинального входного напряжения стабилизатор должен работать с указанной погрешностью. При выходе входного напряжения за рамки этого диапазона стабилизатор всё ещё будет работать, однако с большей погрешностью. Отключение произойдёт при выходе за рамки предельного входного напряжения.
Примерно у 80% потребителей наблюдается преимущественно пониженное напряжений. Поэтому большинство стабилизаторов рассчитано прежде всего на низкое напряжение, нередко от 100-120 вольт (все инверторные, многие релейные и симисторные). Верхний диапазон обычно ограничен уровнем 270-280 вольт. Но есть и модели с работой до 310-320 вольт (Лидер W-50, Вольт Гибрид, Энерготех Prime).

Читайте так же:
Импульсные схемы стабилизаторов постоянного тока

При больших перепадах напряжения нельзя использовать электромеханические стабилизаторы, так как они могут не успеть вовремя отработать скачок (если это будет высокое напряжение, то техника может выйти из строя) или попросту уйдут в защитное отключение.
Многие релейные и тиристорные модели можно применять в сетях даже с напряжением в 100 вольт и ниже. Для инверторных стабилизаторов амплитуда колебаний сетевого напряжения вообще не имеет особого значения.

Работа в неотапливаемых помещениях

Морозоустойчивыми являются многие тиристорные и некоторые релейные модели. Такие устройства можно не боясь оставлять на неотапливаемой даче, в подвале, подсобном помещении. Как правило, благодаря специальной защитной обработке, они могут работать при температуре до -30 градусов по Цельсию.
Для защиты стабилизатора от конденсата обычно производители делают обработку печатной платы и трансформатора защитным лаком.
Но если указано, что стабилизатор может работать при минусовой температуре, то это не означает, что его можно вешать на уличном столбе. От влаги стабилизаторы не имеют защиты. Обычно везде указан IP20. Поэтому, если хотите повесить стабилизатор на столб или установить в специальном шкафу, то заранее узнайте цены на них. Обычно это недешевое удовольствие.

Возможность настенного крепления

Вертикально разместить можно многие стабилизаторы мощностью до 15 кВт. Более мощные модели редко имеют настенное крепление ввиду их большого веса (настенная модель на 70 кВт — редкое исключение).
Многие модели имеют универсальное крепление — напольно/настенное. Т.е. для настенной установки есть специальные проушины в корпусе или в комплекте идёт крепёжная планка. Для напольной установки производители предусматривают снизу корпуса 4-6 прорезиненных ножек.

Выбирайте стабилизаторы напряжения с металлическим корпусом

Естественное охлаждение

Есть мнение, что самые надежные стабилизаторы обычно не содержат в своем составе вентиляторов, а отличаются хорошо продуманной системой естественной вентиляции (Бастион, Донстаб, Vega, Volter). Это не совсем так. Если весьма надёжные марки с принудительным охлаждением (Лидер, Энерготех, Вольт Ампер и др.). И у большинства стабилизаторов с принудительной системой охлаждения вентилятор работает не в постоянном режиме, а по мере нагревания автотрансформатора или электронных ключей.
Хотите, чтобы вентилятор реже включался? Возьмите стабилизатор с небольшим запасом мощности и установите его в прохладном помещении. Отсутствие резких скачков напряжения также снижает вероятность включения вентиляции.
В постоянном режиме сисмема охлаждения работает, в частности, у некоторых моделей инверторных стабилизаторов марки Штиль. Скорость вращения лопастей зависит от уровня внутренней температуры, регулируется автоматически.

Стабилизатор не может всегда показывать 220 вольт

Наличие режима задержки включения

Наличие режима байпас

Высокая точность регулировки

К высокоточным стабилизаторам можно отнести устройства с погрешностью стабилизации от 0,5 до 3% . Прежде всего это инверторные, электромеханические, а также тиристорные модели с количеством ступеней не менее 16 (Вольт Герц или Энерготех TOP). У релейных моделей (например, Rucelf погрешность обычно составляет 6-8% и это вполне допустимо (до 10% по ГОСТу).
Высокоточные тиристорные стабилизаторы целесообразно ставить в тех случаях, когда это действительно необходимо (для специальной высокоточной техники). Для обычной бытовой электротехники вполне достаточно погрешности в 5-8%. При большем количестве ступеней будут чаще переключаться тиристорные ключи, сопровождая это кратковременным разрывом фазы (визуально заметно по морганию ламп накаливания).
В целом, многоступенчатые стабилизаторы имеют меньший ресурс и ряд производителей устанавливает на них меньший гарантийный срок (3 года вместо 5). Для стандартной бытовой техники (холодильник, стиралка, ТВ и т.п.) будет достаточно 9-12-ти ступенчатого симисторного стабилизатора (например, Вольт Ампер 12 ст. или Энерготех Оптимум).

Остались вопросы по выбору стабилизатора? Звоните и консультируйтесь по номеру (495) 972-00-90 !

Стабилизатор с усилением по току

+-1 Вольт на стабилитронах не получится, они будут пльіть на несколько вольт от температурьі. Если считать уже после прогрева — тог да, буде +-1 Вольт.
Переменньій регулировочньій резистор должен бьіть не 10 кОм, а 500 кОм или 1 МОм (к первой схеме).

TL431 тоже пльівут от температурьі, но естественно — меньше стабилитронов, в несколько раз.

Если осетра подрезать, особенно понизу, например, сделав регулировку от 30 до 400, то задача уже становится решабельной. Если хотеть от нуля, нужно вводить источник отрицательного напряжения для схем управления. Это раз.
Два — это токи и мощности. З00 мА в нагрузке при установке на ней, скажем 80 вольт и при 450 вольт на входе стабилизатора — это более 100 ватт тепла на регулирующем транзисторе. Большинство транзисторов такое не выносят, биполярники быстро вышибает тепловым пробоем, полевики распаиваются и тоже вышибаются, даже в кузове TO-247. Здесь выходом может быть только одно решение — трёх-четырёхступенчатое питание.

Читайте так же:
Стабилизатор тока повышенной мощности

Да, и ещё. для упрощения схемного решения нужны высоковольтные PNP, например KSA1156. Без PNP будет грустно — придётся наворачивать.

Резюме: схема, удовлетворяющая данным запросам, будет отнюдь не на паре-тройке транзисторов. В принципе, для урезанного осетра вполне есть решение.

Надо брать да пробовать. Но вот при такой схемотехнике затык в высоковольтных PNP. У меня только MJE на 300 вольт, а этого мало. Даже KSA1156 только 400-вольтовые, а их ещё поискать.

Как вариант, можно покопаться в схемотехнике видеоусилителей для CRT, однако и там не такие высокие рабочие напряжения.

Немного об этой заготовке.
Самое странное место — трёхеровный полевик. Однако это очень удобное решение, сочетающее в себе и коммутацию источников напряжения, и свойства полевика — эта конструкция ведёт себя аналогично одиночному полевику, при этом сами транзисторы могут быть на более низкое напряжение — в данном примере они 200-вольтовые. А мощность на них рассеивается благодаря такой «встроенной коммутации» много меньше, т.к. в самом плохом случае на регулирующем полевике напряжение только одного источника питания.

Слева узел на TL431 просто занимается тем, что формирует опорное напряжение величиной от 2.6 до примерно 33 вольт (верхний предел уточняется резистором R10, поэтому в реальной конструкции он должен быть составлен из двух — постоянного и подстроечного).

Дифкаскад — это и есть усилитель-регулятор. Он усиливает опорное напряжение до величины выходного. Как самый обыкновенный ОУ.
Здесь есть проблема. Из-за большого напряжения и большого отношения max/min резисторы в качестве нагрузки этого дифкаскада работают плохо — ток через них изменяется более чем в 10 раз. Поэтому нагрузкой там токовое зеркало. В нём и проблема — оба транзистора должны держать полное напряжение питания.

В модели схема устойчива с приемлемым переходным процессом начиная с ёмкости на выходе 0.1 мкФ. Рекомендую туда поставить 0.22 мкФ.

p.s. Я не могу сходу гарантировать работоспособность в реальных условиях изображённой схемы, т.к. в реальности присутствуют факторы, трудно учитываемые в моделях. Поэтому, для получения работоспособного и тиражируемого варианта, схему необходимо собирать, отлаживать, вносить корректировки, убеждаться в соответствии параметров.

Поёдут.
Транзисторы токового зеркала и дифкаскада должны стоять на радиаторах с тепловым контактом друг с другом. Т.е. два транзистора токового зеркала на один радиатор (небольшой, там ватт-полтора). И транзисторы дифкаскада тоже не свой радиатор.

Но на самом деле надо крутить в сторону ухода от высоковольтных PNP.
Вот возможный вариант

Здесь дифкаскад трансформировался в непосредственную эмиттерную связь. Правда, из-за того, что дифкаскад не надо греть, а в TL431 наоборот, надо поддерживать ток, чтобы она не плавала ещё из-за этого, сунут костыль в виде R3. Думаю, можно вообще R3 зацепить сразу на +450, сделав его сопротивление килоом так 330. Соотвтетственно, стабилитроны с транзистором слева вверху можно будет сократить.

PNP транзисторы вверху заменены на NPN. Замена не эффективная, но более-менее. Необходимость в радиатора для 13003 осталась.

Из-за того, что дифкаскад редуцирован, температурная стабильность стала хуже. В принципе, можно попробовать вернуть, вернув левый транзистор дифкаскада, но несколько в другом амплуа.

Но ещё раз напомню, что я не знаю на данный момент, как это поведёт себя на реальном макете. Основную трудность представляет собой не само получение хорошей стабилизации, а необходимость перестройки выходного напряжения в широком диапазоне. Из-за этого, к примеру, на передаточную характеристику очень сильно начинают влиять всякие побочные эффекты. И, да. защиты по току здесь нигде нет.

p.s. Подумал, что неплохо усилить фиговые транзисторы 13003 ещё одним каскадом. По-моему, недурно — сразу здорово выросла температурная стабильность.

_________________
Да, нам говорили в институте, что многие единицы измерений названы в честь ученых. Да, знаю, что были такие ученые — например: Ампер, Вольт и Децибел (с), одна знакомая девушка.

У высоковольтных стабилитронов очень большой положительный ТКН. Один раз даже курьёз был. Взял я параметрический стабилизатор на транзисторе со стабилитроном на 43 вольта при входном порядка 55. И, уже после подачи напряжения, вдруг обнаружил, что транзистор запаял не той проводимости. И. стабилитрону совершенно ничего — он только сильно грелся, отчего его напряжение стабилизации настолько сильно лезло вверх, что все остались живы.

Вот дальнейшая полировка схемы.
Если не пожалеть и сделать отдельный маломощный плавающий источник питания вольт на 15

30 (на схеме это источник V24 посередине вверху), то появляется возможность серьёзно улучшить работу источника тока в коллекторе правого транзистора диф.пары. При этом возможности силовых источников уже используются полностью — нет необходимости делать на них OverVoltage.

При таком раскладе остаётся только прикрутить защиту по току.

Да, я как-то забыл упомянуть, что диоды D6 D7 D8 типа FR107.
Ещё на этом варианте схемы можно увидеть около выхода светодиод с питающим его источником тока. Он конечно и для целей индикации, но основная его работа — обеспечение минимальной нагрузки блоку. Потому что резисторы (на этой роли работал делитель ООС) на низких напряжениях справляются очень плохо, в то время как на высоких они начинают излишне греться. Источник тока частично решает проблему нагрева и полностью решает проблему минимальной нагрузки.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector