Что такое понижающий стабилизатор напряжения тока

4.1. Определениеи классификация стабилизаторов

Качество функционирования бытовой электронной аппаратуры во многом определяется постоянством напряжения питания или тока, потребляемого этими устройствами. Напряжение (или ток) на выходе выпрямительных устройств, преобразователей постоянного напряжения или аккумуляторных батарей изменяется во времени в широких пределах под воздействием ряда дестабилизирующих факторов, к которым можно отнести изменения напряжения сети переменного тока, сопротивления нагрузки, температуры окружающей среды, напряжения аккумуляторных батарей в процессе их разряда и т.

Напряжение промышленных сетей переменного тока, питающих выпрямительные установки, в соответствии с ГОСТ 5237—69 может изменяться в пределах (-15 ÷ + 5) % номинального значения. Но изменение напряжения на нагрузке зависит не только от изменения переменного напряжения, но и от изменения тока нагрузки, так как любая преобразовательная установка (выпрямительное устройство или преобразователь постоянного напряжения) обладает внутренним сопротивлением.

Режим, обеспечивающий поддержание напряжения или тока на выходе электропитающих установок с заданной степенью точности при воздействии различных дестабилизирующих факторов, называется режимом стабилизации.

Стабилизаторы напряжения или тока являются устройствами, повышающими качество электроэнергии, а степень стабильности напряжения или тока является показателем качества электропитающего устройства.

Воздействие дестабилизирующих факторов может происходить во времени как медленно, так и достаточно быстро, скачком (резкое изменение сетевого переменного напряжения или тока нагрузки), и, как правило, носит случайный характер.

Стабилизатором напряжения (тока) называется устройство, автоматически обеспечивающее поддержание напряжения (тока) на нагрузке с заданной степенью точности при изменении дестабилизирующих факторов в заданных пределах. В настоящее время известны два основных способа, позволяющих обеспечить режим стабилизации напряжения или тока электропитания: параметрический и компенсационный. При параметрическомспособе режим электропитания стабилизируется за счет применения элемента с нелинейной вольт-амперной характеристикой, имеющей пологий участок, в пределах которого стабилизируемый параметр (напряжение или ток) изменяется незначительно при воздействии дестабилизирующего фактора. При параметрическом способе стабилизации дестабилизирующий фактор (изменение входного напряжения или тока нагрузки) непосредственно воздействует на нелинейный элемент, а изменение выходного напряжения (или тока) относительно заданного значения не контролируется и определяется только параметрами нелинейного элемента (степенью нелинейности его вольт-амперной характеристики). Параметрическим стабилизатором напряжения(тока) называется устройство, у которого стабилизирующие свойства определяются характеристикой нелинейного элемента и отсутствует элемент, измеряющий отклонение выходного напряжения (тока) от заданного значения. При компенсационном способе режим электропитания стабилизируется за счет измерения отклонения выходного напряжения (тока) от заданного значения, сравнения его с эталонной величиной, и воздействия полученного сигнала рассогласования на регулирующий элемент. Регулирующий элемент при этом изменяет свое сопротивление таким образом, что компенсирует происшедшее отклонение выходной величины. При компенсационном способе стабилизации имеется отрицательная обратная связь между выходом стабилизирующего устройства и регулирующим элементом.

Стабилизаторы напряжения (тока), широко применяемые в устройствах связи, классифицируются по следующим основным признакам:

По роду напряжения (тока): постоянного; переменного.

По способу стабилизации: параметрические; компенсационные.

По роду стабилизируемой величины: напряжения; тока.

Наиболее широкое применение в настоящее время находят компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения (тока) на полупроводниковых приборах, которые, в свою очередь, можно классифицировать по следующим признакам:

По способу включения регулирующего элемента и нагрузки: с последовательным включением; с параллельным включением.

По режиму работы регулирующего элемента: с непрерывным регулированием; с импульсным регулированием.

В последние годы интенсивное развитие получили стабилизаторы постоянного напряжения с импульсным регулированием благодаря присущим им положительным свойствам (высокий КПД, малые массы и габариты и т. д.).

2. Импульсный стабилизатор напряжения понижающего типа

На рис. 1 изображена базовая схема импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа.

Рис. 1. Схема импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа

На вход схемы подается постоянное нестабилизированное напряже­ние V_ВХ. Стабилизатор понижающего типа состоит из следующих основных элементов: силового ключа КЛЮЧ, в роли которого обычно выступает биполярный или полевой транзистор; низкочастотного индуктивно-емкостногоL₁–C₁фильтра; разрядного диодаVD₁; схемы управления С.У., которая осуществляет стабилизацию выходного напряжения. Рассмотрим принцип действия данной схемы. Период работы можно разбить на 2 этапа, как показано на рис. 2.

Этап 1 длится на протяжении отрезка времени t₁и характеризуется замкнутым состоянием ключевого элемента. На верхнем графике рис. 2 показан сигнал управления ключом: есть импульс управления – ключ замкнут. Входное напряжениеV_ВХприкладывается к выводу индуктивностиL₁, диодVD₁заперт. Входной ток течет от источника к нагрузке через индуктивностьL₁. На этом этапе изменение тока в дросселе можно представить так:dI_L1 / dt = (V_ВХ – V_ВЫХ) / L₁. Ток будет нарастать, так какV_ВХ > V_ВЫХ(рис. 2). При этом в дросселе увеличивается запас энергии, накапливаемой в виде магнитного поля.

Этап 2 наступает, когда ключ размыкается и занимает промежуток времени t₂. Так как ток через индуктивность не может измениться мгновенно, он продолжает течь в нагрузку, замыкаясь через разрядный диодVD₁. Изменение тока в дросселе можно вычислить по следующей формуле:dI_L1 / dt = (–V_ВЫХ) / L₁, т. е. ток будет падать (рис. 2).

Рис. 2. Временные диаграммы напряжений и токов понижающего стабилизатора

Таким образом, на этапе 2 энергия магнитного поля, запасенная в дросселе, будет передаваться в нагрузку.

Частота работы стабилизатора определяется суммарным временем этапов:. Величина, равная отношению времени открытого состояния ключа к периоду переключения называется коэффициентом заполнения (dutycycle):.

Установим зависимость между коэффициентом заполнения γ и выходным напряжением стабилизатора. Процесс будем считать установившимся, номиналы емкостей и индуктивностей достаточно большими, величиныV_ВХиV_ВЫХ– постоянными. ТогдаV_ВЫХ = V_ВХ  (t₁ /T)илиV_ВЫХ = V_ВХ  γ.Это следует из того, что в установившемся режиме среднее напряжение на индуктивности должно быть равно нулю. Поэтому средние напряжения, прикладываемые к правому и к левому выводам индуктивности, должны быть равны между собой.

При построении стабилизаторов выбор величин индуктивности и емкости определяется компромиссом между габаритами и стоимостью этих компонентов с одной стороны и допустимой величиной пульсаций в выходном напряжении стабилизатора с другой.

Изменяя коэффициент заполнения можно регулировать выходное напряжение практически от 0доV_ВХ. Понижающий стабилизатор позволяет получить выходное напряжение, которое всегда меньше входного. Это свойство и отражено в названии.

Из импульсного понижающего стабилизатора, переставив его элементы, можно сделать повышающий стабилизатор, чего в линейном стабилизаторе нельзя сделать в принципе.

D050V Понижающий DC-DC преобразователь со стабилизатором тока 5В-30В в 1.25В-26В (50Вт макс)

Описание товара:

‘>

Описание товара

Понижающий DC-DC преобразователь позволяет получить на выходе стабилизированное напряжение при изменяющемся напряжении на входе.

Понижающий стабилизатор D050V может работать в диапазоне от 20мА 1,25В до 2,6А 26В. Подходит для питания светодиодов мощностью до 50Вт. Благодаря регулируемому стабилизатору тока возможно использование в качестве зарядного устройства для Li-ion / Ni-Mh аккумуляторов

Для корректной работы разница между входным и выходным напряжением должна составлять не менее 2В. Если данное условие выполнить не возможно, используйте Повышающе/Понижающие DC-DC преобразователи

Размеры: 38 х 55 х 23 мм
Напряжение вх., В: 5-30
Напряжение вых.. В: 1,25-26
Ток вых, А: 0,2 — 2,6
КПД: 85%
Рабочая частота: 52КГц

IN+, IN-: вход
OUT+, OUT-: выход
Резистор «CC Adjust»: регулировка тока выхода
Резистор «CV Adjust»: регулировка напряжения выхода

Данный товар не подлежит обмену/возврату. Вы должны четко понимать что вы покупаете и быть уверенны в правильности своего выбора. Товар предоставляется «как есть» и, совершая покупку, вы соглашаетесь со всеми вышеописанными условиями.

D050V Понижающий DC-DC преобразователь со стабилизатором тока 5В-30В в 1.25В-26В (50Вт макс)

Понижающий DC-DC преобразователь позволяет получить на выходе стабилизированное напряжение при изменяющемся напряжении на входе.

Понижающий стабилизатор D050V может работать в диапазоне от 20мА 1,25В до 2,6А 26В. Подходит для питания светодиодов мощностью до 50Вт. Благодаря регулируемому стабилизатору тока возможно использование в качестве зарядного устройства для Li-ion / Ni-Mh аккумуляторов

Для корректной работы разница между входным и выходным напряжением должна составлять не менее 2В. Если данное условие выполнить не возможно, используйте Повышающе/Понижающие DC-DC преобразователи

Размеры: 38 х 55 х 23 мм
Напряжение вх., В: 5-30
Напряжение вых.. В: 1,25-26
Ток вых, А: 0,2 — 2,6
КПД: 85%
Рабочая частота: 52КГц

IN+, IN-: вход
OUT+, OUT-: выход
Резистор «CC Adjust»: регулировка тока выхода
Резистор «CV Adjust»: регулировка напряжения выхода

Данный товар не подлежит обмену/возврату. Вы должны четко понимать что вы покупаете и быть уверенны в правильности своего выбора. Товар предоставляется «как есть» и, совершая покупку, вы соглашаетесь со всеми вышеописанными условиями.

системы отопления, водоснабжения

Котлы

насосы

теплый пол

водонагреватели

1. Главная
2. Отопление
3. Стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы напряжения

Всего результатов: 7

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

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, т. е. 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

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 источник тока. Однако эта мера не уменьшает нестабильность выходного напряжения, вызванную изменением сопротивления нагрузки.

Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

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

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 (т.е. опорного, поданного на неинвертирующий вход ОУ). Поскольку коэффициент усиления неинвертирующего усилителя всегда больше единицы, величина опорного напряжения (напряжение стабилизации стабилитрона) должна быть выбрана меньше требуемого минимального выходного напряжения.

Нестабильность выходного напряжения такого стабилизатора практически полностью определяется нестабильностью опорного напряжения, за счёт большого коэффициента петлевого усиления современных ОУ (Gopenloop = 105 ÷ 106).

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

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 Феррорезонансные стабилизаторы

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.

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%, -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.

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 12. 18 мс/В, статические стабилизаторы обеспечат 2 мс/В, а вот у электронных, компенсационного типа этот параметр 0,75 мс/В.

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 1% до 8%. Точности в 8% вполне хватает для обеспечения исправной работы подавляющего большинства бытовой и промышленной электротехники. Более жесткие требования (1%) обычно 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. Некоторые стабилизаторы выдерживают десятикратные перегрузки, при покупке такого стабилизатора запас по мощности не требуется.