Стабилизатор переменного тока 12в

Стабилизатор напряжения 12 вольт

Стабилизаторы напряжения являются важнейшей частью всех электронных схем, они дают непрерывное, устойчивое питание компонентам системы, обеспечивая стабильность её параметров и защиту при неисправностях в схеме или в первичном источнике напряжения. 12 вольт постоянного напряжения – наиболее востребованное, применяется для питания множества устройств, используемых отдельно или встроенных в различные конструкции.

Стабилизация с помощью стабилитрона

Классический стабилизатор

Большинство систем питания построено по схеме линейного стабилизатора напряжения на 12 вольт, которая может иметь несколько вариантов исполнения:

• Параллельный – регулировка с помощью включённого параллельно управляющего элемента;
• Последовательный – включение элемента регулировки последовательно с нагрузкой.

Простейшим стабилизатором напряжения является стабилитрон, также называемый диодом Зенера – это диод, работающий постоянно в режиме пробоя. Напряжение, при котором наступает пробой, – это напряжение стабилизации, основной параметр стабилитрона. При параллельном включении нагрузки получается элементарный стабилизатор напряжения, примерно равного напряжению стабилизации.

Балластное сопротивление R определяет ток стабилитрона, указанный в спецификации. Такое решение отличается низким коэффициентом стабилизации, зависимостью от температуры и применяется при малых токах нагрузки для питания отдельных компонентов основной схемы. Возможно значительно увеличить выходной ток, если последовательно с нагрузкой установить мощный транзистор.

Линейный стабилизатор с транзистором

В этой схеме транзистор подключён последовательно с нагрузкой как эмиттерный повторитель, весь ток течёт через его переход. Уровнем на базе управляет стабилитрон: при возрастании тока на выходе на базу подаётся большее напряжение, проводимость транзистора увеличивается, и выходное напряжение восстанавливается. Мощность такого стабилизатора определяется типом транзистора и может достигать десятков ватт.

Важно отметить! В таком виде стабилизатор не защищён от перегрузки и короткого замыкания, при котором мгновенно выходит из строя. Для практического применения схема значительно усложняется: вводятся элементы ограничения тока и различные защитные функции.

Интегральный стабилизатор

Стабилизатор напряжения 12 вольт легко может быть реализован, если применить специализированный интегральный линейный стабилизатор из серии 78ХХ с фиксированным выходным напряжением. Для выходного напряжения 12 вольт выпускаются микросхемы 7812, у разных производителей они носят наименование LM7812, L7812, K7812 и т.д.

Отечественный аналог – КР142ЕН8Б. Производятся в корпусах TO – 220, TO – 3, D2PAK с тремя выводами. Эти микросхемы можно найти в блоках питания любой аппаратуры, они практически вытеснили стабилизаторы на дискретных элементах.

Основные характеристики стабилизатора в широко распространённом корпусе TO – 220:

• Выходное стабилизированное напряжение – от 11,5 до 12,5 В;
• Входное напряжение – до 30 В;
• Выходной ток – до 1А;
• Встроенная защита от перегрузки и короткого замыкания.

Входное напряжение должно превышать выходное (12 вольт) минимум на 3 вольта во всём диапазоне выходного тока. На выходной ток до 100 мА выпускается вариант микросхемы –78L12. Типовая схема включения позволяет своими руками собрать надёжный стабилизатор напряжения 12 вольт с характеристиками, подходящими для многих задач.

Включение микросхемы 7812

Конденсатор фильтров рекомендуется устанавливать не далее 30 мм от выводов микросхемы. Если выходного тока 1 ампер недостаточно, можно установить дополнительный транзистор.

Увеличение выходного тока

Схема имеет параметры стабилизации, аналогичные применённой микросхеме.

В некоторых случаях целесообразно использование микросхем серии 1083/84/85. Это интегральные стабилизаторы с выходным током 3, 5, и 7, 5 ампер. Устройства относятся к типу Low Dropout (с низким падением напряжения) – для них разница между входным и выходным напряжением может быть 1 вольт. Схема включения полностью соответствует микросхемам типа 7812.

Видео

Импульсный стабилизатор на 12В 10-20А

Импульсный стабилизатор на 12В 10-20А, нет необходимости убеждать кого-либо в имении в наличии мощного источника питания. Его можно использовать по прямому назначению или как зарядное устройство. Такой стабилизатор, имеет неоспоримые преимущества в высокой производительности, что ведет к небольшим размерам и стоимости устройства. Блок-схема импульсный стабилизатор на 12В 10-20А представлена на рисунке.

Задача контроллера состоит в том, чтобы генерировать прямоугольную импульсы, которые управляют транзисторным ключом K. Полученный амплитудный прямоугольный сигнал с большой амплитудой фильтруется в выходном фильтре, состоящем из катушки и конденсатора. Задача диода поддержка индукционного тока при закрытом ключе.

На выходе получаем постоянное напряжение с низкой пульсацией и частотой переключения. Регулирование напряжения осуществляется путем изменения коэффициента заполнения, то есть соотношения времени до включения ключа. Это регулирование называется управлением широтно-импульсной модуляцией. Выходное напряжение — это входное равновесие, умноженное на коэффициент заполнения. Транзистор работает только в двух состояниях, включен — при небольшом падении напряжения и выключен — при отсутствии тока, протекающего через него. Благодаря такой работе выходная мощность на транзисторе незначительна, а КПД всего стабилизатора часто доходит до 90%.

В импульсный стабилизатор на 12В 10-20А используется микросхема TL494. Простейшим ключом является транзистор MOSFET с каналом P, но, как многие знают, транзисторы этого типа имеют худшие параметры, чем их собратья по N-каналу, и стоят дороже, хотя на сегодняшний день все относительно по цене. Использование MOSFET с каналом N проблематично, поскольку для него требуется управляющее напряжение выше, чем источник питания. Это неудобство можно решить с помощью простой схемы. На рисунке показана принципиальная схема импульсный стабилизатор на 12В 10-20А.

Микросхема TL494 была включена для работы с одним выходным сигналом ШИМ. Рабочая частота 50 кГц, за которую отвечают элементы R1 и C1. Восьмой вывод микросхемы U1 – это выходной сигнал ШИМ, который поступает на инвертирующий транзистор Т3. Затем, после усиления в симметричном повторителе T1, T4 переходит на затвор силового транзистора T2. Элементы D2, C14 создают схему начальной загрузки, которая динамически увеличивает напряжение на затворе T2, чтобы полностью его насыщать.

Далее следует диод Шоттки D1 и фильтр, состоящий из дросселя L1 и фильтрующих конденсаторов C8, C9. Резисторы R20, R21 служат шунтом для измерения тока в цепи защиты. Усилитель ошибки, который находится в структуре микросхемы TL494, отвечает за стабилизацию выходного напряжения. Опорное напряжение подается на контакт 2 с помощью резистивного делителя R2, R3 соединённым с напряжением 5В, которое доступно на выводе 14.

Выходное напряжение подается на вывод 1 через делитель напряжения R9, R16 и P2, которые мы используем, чтобы определить его. R5, C5 – элементы обратной связи усилителя ошибки. Второй усилитель ошибки использовался как ограничитель тока. Он реагирует на повышение напряжения, возникающее на измерительных резисторах R20, R21. Для этого, вывод 16 был соединен с этими резисторами и выводом 15 к регулируемому опорного напряжения, соответствующего максимальному выходному току.

Это напряжение получается на диоде D4, подключенном к выходу стабилизатора и питающемся от резистора R12 входного напряжения. Благодаря такому включению падение напряжения на R20, R21 при максимальном выходном токе меньше 0,7В, что сопровождалось бы классическим ограничением тока на транзисторе. В принципе, это напряжение может быть установлено равным даже 100 мВ, что уменьшило бы максимальную потерю мощности резисторов R20, R21. Однако для такого низкого напряжения требуемые сопротивления были бы порядка 1000 тысяч долей Ом.

Следовательно, диапазон регулирования напряжения составляет примерно 300-600 мВ, что позволяет использовать относительно популярные силовые резисторы. Дополнительные цепи стабилизатора включают в себя «плавный» запуск (C6, R7), ограничитель коэффициента заполнения (R6), переключатель пониженного напряжения, который активируется при напряжениях ниже 20В (R10, R11, T5) и тепловую защиту, в ней термистор является датчиком. Он подключен к простому компаратору с гистерезисом, реализованным на T6, T7, R8.

Резистор R24 определяет температуру выключения, а R8 – гистерезис системы, то есть температуру включения. На выходе есть защита для ограничения выходного напряжения. Она защищает подключенное оборудование от повреждений в случае выхода из строя контроллера или повреждения транзистора T2. Схема работает таким образом, активируется симистор TR1 в случае увеличения напряжения на выходе, и, таким образом, происходит короткое замыкание выходного напряжения и перегорание предохранителя. Схема реализована на симисторе или тиристоре, а стабилитрон определяет напряжение срабатывания. Такое включение называется CROW-BAR и часто используется.

По поводу настройке и запуск в эксплуатацию в принципе, правильно собранная схема работает сразу. Чтобы избежать неприятных сюрпризов, лучше всего первое включение провести от регулируемого источника питания с ограничением тока. После подключения стабилизатора к источнику питания светодиод 1 должен загореться. Мы проверяем наличие напряжений в схеме, и это 12В стабилизатора U2 и 5В на 14 выводе TL494. Нам еще нужно установить выходное напряжение, и это делаем с помощью потенциометра P2, с помощью P1 мы устанавливаем защиту по току. Монтаж импульсный стабилизатор на 12В 10-20А выполнена на печатной плате, показанной на рисунке.

Первым делом проверить работу ограничителя тока и его диапазон регулировки. Максимальный выходной ток можно рассчитать по закону Ома, и это напряжение, преобладающее на резисторе R4, деленное на результирующее сопротивление R20, R21. Наконец, установите значение этих резисторов и отрегулируйте соответствующее напряжение на R4, используя P1.

Чтобы терморегулятор работал должным образом, выбираем R24 для своего термистора. Для начала необходимо определить его сопротивление при температуре выключения, что можно сделать в кипящей воде. Резистор R24 должен иметь значение примерно в 6 раз меньше, чем результат измерения.

Более высокое значение R24 приведет к включению тепловой защиты при более низкой температуре, поэтому рекомендуется сначала увеличить ее. Осциллографом должны видеть прямоугольную форму сигнала на транзисторе Т2 и его затворе, они должны иметь резкие наклоны без значительных колебаний, а затвор должен иметь амплитуду примерно на 10В выше, чем напряжение питания.

Изначально импульсный стабилизатор на 12В 10-20А был рассчитан на ток 10А, но оказалось, что она может выдерживать токи выше 20А. Без каких-либо изменений. Основными ограничениями здесь являются элементы, выходной дроссель, силовой транзистор Т2 и диод D1. Используемый транзистор STP50N06 имеет максимальный ток 50А. На практике такие токи не получаются из-за тонких выводов корпуса TO220. Вместо него можно использовать любой низковольтный транзистор N-MOSFET с приемлемым током 20А.

Конечно, чем лучше транзистор, тем меньше он будет нагреваться. В качестве диода D1 лучше всего использовать двойной диод Шоттки MBR2045 или с меньшими токами MBR1045. Что касается L1, проще всего выполнить дроссель на кольце диаметром около 30 мм. Такой сердечник можно взять из старого блока питания AT / ATX от компьютера. На него следует намотать 25 витков максимально толстым проводом, что даст индуктивность около 50 мкГн.

Это значение не критично и должно быть вдвое ниже для версии 20А. Дроссель может сильно нагреваться при работе с большими токами, что типично для таких сердечников, работающих в таких условиях. Выходные конденсаторы C8, C9 должны быть хорошего качества и применимы для импульсных схем.

Для тех, кто желает сделать стационарный источник питания, рекомендуется использовать трансформатор с выходным напряжением 2 x 24В. В выпрямителе следует использовать только два диода, которые будут нагреваться меньше, чем выпрямитель на четырех диодах и одной обмотке. Практически на трансформаторе 2 x 24В емкость фильтра должна составлять 20 000мкф для 10А и, соответственно, выше для больших токов. Мощность трансформатора выбирается в соответствии с выходной мощностью источника питания, прибавляя 10-20% к потерям мощности стабилизатора и выпрямителя.

Стабилизаторы

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• Следующая →

Все электрические приборы нуждаются в питании, и не просто потока электричества. Каждый прибор или приспособление имеет входные характеристики, которые можно узнать с помощью измерительных приборов или с инструкции производителя. Если напряжение не стабильное или не подходит под заданные параметры, то на помощь приходят стабилизаторы напряжения.

Что же это такое? Итак, стабилизатором напряжения называют устройство, которое преобразовывает электроэнергию, тем самым защищая приборы от пониженного и повышенного вольтажа, и каких либо других перегрузок, в том числе короткого замыкания.

Стабилизатор напряжения работает в определенных пределах сетевой нагрузки. Как только происходит какой-либо сбой с подачей электроэнергии (отсутствие напряжения или его превышение), то стабилизатор обесточивает стабильным напряжением питаемые приборы.

Определяют некоторые группы стабилизаторов, среди них:

• постоянного тока;
• переменного тока.

Стабилизатор, который имеет постоянный ток, работает по принципу интегрирования. Все модели данного стабилизатора отвечают за данный процесс. Двухканальные резисторы используются в стабилизаторах для увеличения динамических характеристик.

Стабилизатор постоянного тока бывает двух типов:

• линейный стабилизатор;
• импульсный стабилизатор.

Линейные, наиболее распространенный вид стабилизаторов, принцип работы которых заключается в стабилизации нестабильного напряжение в стабильное. Так же они имеют некоторые недостатки. Эти преобразователи не работают на напряжении ниже того, которое заявленное при выходе. Еще они сильно нагреваются при нагрузке. В схемах с линейными стабилизаторами не рекомендуется использовать питание от батареек, так как вся энергия будет израсходоваться на нагрев стабилизатора.

В зависимости от расположения элемента сопротивления линейные преобразователи классифицируют:

• последовательный;
• параллельный;
• компенсационный;
• параметрический.

Линейные стабилизаторы имеют не много достоинств, таких как, простота исполнения, надежность, среди огромного количества недостатков. Все эти недостатки устранены в импульсных стабилизаторах.

Импульсные стабилизаторы представляют собой многоэлементную схему которая состоит из пяти частей:

• ключевой транзистор;
• схема управления;
• фильтрующие конденсаторы;
• дросселя;
• диод обратноходовой.

Импульсные стабилизаторы имеют высокий уровень КПД, при котором не значительный нагрев корпуса. Такие стабилизаторы цена на которые значительно выше линейных станут непосредственным элементом в электросхеме. Импульсные стабилизаторы напряжения бывают трех видов:

• повышающие;
• понижающие;
• повышающе-понижающие.

Последний является наиболее интересным, так как необходимое напряжения возможно настроить как при входе так и при выходе стабилизатора. Зачастую импульсный стабилизатор называют как светодиодный драйвер, потому что его использование все шире распространяется при монтаже светодиодов.

Стабилизатор переменного напряжения применяется при колебаниях в сели, дабы урегулировать постоянное значение напряжения для того или иного прибора. Они бывают двух типов:

• феррорезонансные;
• современные.

Все стабилизаторы имеют свои персональные характеристики, которые отвечают требованиям при использовании их в необходимой цепи электро нагрузки. Транзистор является одной из главных деталей, в простых моделях выпрямительный мост, который выравнивает подачу тока, те самым сглаживая его частоту.

Схема стабилизатора напряжения на 12 Вольт

Стабилизатор – устройство, которое вне зависимости от колебаний входящих характеристик, на выходе всегда выдает стабильное номинальное значения напряжения. И он может понадобиться не только для использования в сетях на 220В, а и в 12В системах. К примеру – в автомобиле, или там, где есть необходимость использовать низковольтное оборудование (освещение во влажных помещениях и т.д.).

К примеру, подключение светодиодной подсветки в автомобиле без микросхемы стабилизатора напряжения 12В чревато быстрым выходом диодов из строя, так как генератор авто не может обеспечить стабильный вольтаж в бортовой сети. Однако не обязательно покупать готовое устройство – такую схему можно собрать и самостоятельно.

Разновидности 12В стабилизаторов

Существует несколько вариаций схем такого устройства для 12 Вольт, но самые распространенные – линейный и импульсный. Чем же они, по сути, отличаются?

• Линейный стабилизатор является по своим свойствам обычным делителем напряжения, который получает входящее напряжение на одно из плеч, а на другом изменяет сопротивление, чтобы в результате на выходе получалось заданное напряжение. Если дельта входа/выхода слишком велика, КПД такого прибора резко падает, так как значительная часть энергии рассеивается в виде тепла — это приводит к необходимости охлаждения.
• В импульсном варианте ток поступает в накопитель (конденсатор или же дроссель) короткими импульсами, сформированными ключом. Когда электронный ключ замыкается, накопленная энергия поступает на нагрузку, при этом значение напряжения остается стабильным. Сам процесс стабилизации происходит контролем длительности импульсов при помощи ШИМ. Такой вариант прибора имеет высокий КПД, однако наводит импульсные помехи на выходе, что не всегда приемлемо.

Также существуют автотрансформаторные и феррорезонансные аппараты, использующиеся преимущественно для переменного тока, но они относительно сложны.

Благодаря наличию множества электронных компонентов и радиодеталей в свободной продаже, любой, даже начинающий радиолюбитель, при необходимости может дома собрать для своих нужд стабилизатор напряжения на 12 Вольт – была бы схема.

Как сделать 12В стабилизатор

Стабилизатор на LM317

Самый простой способ получить в домашних условиях работающий стабилизатор на 12 Вольт – приобрести готовую микросхему, к примеру, LM317, и, добавив резистор, получить готовый выравниватель напряжения. Этот вариант отлично подойдет для запуска светодиодов в условиях постоянно скачущего напряжения.

К готовой микросхеме LM317, а именно к среднему контакту, подпаивается резистор на 120-130 Ом, левый контакт паяется к выходу на нагрузку сразу за сопротивлением, а на правый контакт подается напряжение с источника. Для лучшего понимания все изображено на картинке ниже.

Схема на микросхеме LD1084

Также весьма незатейлив стабилизатор напряжения на 12 Вольт на микросхеме LD1084. Благодаря плавной стабилизации, такое устройство поможет не только при использовании светодиодов, а и, например, для избавления от изменения яркости света в авто, которое всегда присутствует в силу особенностей работы бортовой электросистемы. Схема такого прибора приведена ниже.

Стабилизатор на диодах и плате L7812

Еще одним вариантом исполнения прибора в домашних условиях может служить простая схема на L7812 и диодах Шоттки. Кроме этих деталей понадобится пара конденсаторов, и провода для пайки. Итак, к регуляторной микросхеме подпаиваются диод и конденсаторы согласно схеме. Диод должен быть между + проводом входного питания, и левым контактом микросхемы. Правый контакт платки припаивается к + нагрузки. Средний – к минусам емкостей и минусу источника питания. Таким образом, получается простая и надежная схема стабилизации напряжения.

Самый простой стабилизатор — плата КРЕН

Самым, пожалуй, простым вариантом для изготовления прибора дома является микросхема КРЕН, точнее КР142ЕН8Б (таково ее полное название). Кроме самой платки, понадобится выпрямляющий диод 1n4007. Спаяв эти элементы согласно схеме, приведенной ниже, можно получить самый элементарный, однако очень надежный прибор.

Применив любую из этих схем стабилизации, можно быстро и без особых затрат собрать устройство, которое в силах обеспечить необходимые выходные характеристики в 12В электрических сетях.

Если же ваши познания в электронике не позволяют вам паять и мастерить, то лучшим вариантом будет приобретение заводского устройства, которое собрано в фабричных условиях, обладает подходящим корпусом, системой охлаждения, и собраны из хорошо подобранной и подогнанной друг к другу элементной базы.

Основные моменты, касающиеся изготовления стабилизатора на 12 Вольт, приведены в этом видео: