Регулятор силы тока: Регулятор тока и напряжения своими руками

Содержание

Регулятор тока и напряжения своими руками

Многие современные приборы имеют возможность регулировать свои параметры, в том числе значения тока и напряжения. За счет этого можно настроить любое устройство в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей существует регулятор тока, выпускаемый в различных конфигурациях и конструкциях. Процесс регулировки может происходить как с постоянным, так и с переменным током.

Регулятор тока и напряжения

Основными рабочими элементами регуляторов служат тиристоры, а также различные типы конденсаторов и резисторов. В высоковольтных устройствах дополнительно используются магнитные усилители. Модуляторы обеспечивают плавность регулировок, а специальные фильтры способствуют сглаживанию помех в цепи. В результате, электрический ток на выходе приобретает более высокую стабильность, чем на входе.

Регуляторы постоянного и переменного тока имеют свои особенности и отличаются основными параметрами и характеристиками.  Например, регулятор напряжения постоянного тока имеет более высокую проводимость, при минимальных потерях тепла. Основой прибора является тиристор диодного типа, обеспечивающий высокую подачу импульса за счет ускоренного преобразования напряжения. Резисторы, используемые в цепи, должны выдерживать значение сопротивления до 8 Ом. За счет этого снижаются тепловые потери, предохраняя модулятор от быстрого перегрева.


Регулятор постоянного тока может нормально функционировать при максимальной температуре 40С. Этот фактор следует обязательно учитывать в процессе эксплуатации. Полевые транзисторы располагаются следом за тиристорами, поскольку они пропускают ток лишь в одном направлении. За счет этого отрицательное сопротивление будет сохраняться на уровне, не превышающем 8 Ом.

Основным отличием регулятора переменного тока является использование в его конструкции тиристоров исключительно триодного типа. Однако полевые транзисторы применяются такие же, как и в регуляторах постоянного тока.

Конденсаторы, установленные в цепь, выполняют лишь стабилизирующие функции. Фильтры высокой частоты встречаются очень редко. Все проблемы, связанные с высокими температурами, решаются установкой импульсных преобразователей, расположенных следом за модуляторами. В регуляторах переменного тока, мощность которых не превышает 5 В, применяются фильтры с низкой частотой. Управление по катоду в таких приборах выполняется путем подавления входного напряжения.

Во время регулировок в сети должна быть обеспечена плавная стабилизация тока. При высоких нагрузках схема дополняется стабилитронами обратного направления. Для их соединения между собой используются транзисторы и дроссель. Таким образом, регулятор тока на транзисторе выполняет преобразование тока быстро и без потерь.

Следует отдельно остановиться на регуляторах тока, предназначенных для активных нагрузок. В схемах этих устройств используются тиристоры триодного типа, способные пропускать сигналы в обоих направлениях. Ток анода в цепи снижается в тот период, когда понижается и предельная частота данного устройства. Частота может колебаться в пределах, установленных для каждого прибора. От этого будет зависеть и максимальное выходное напряжение. Для обеспечения такого режима используются резисторы полевого типа и обычные конденсаторы, способные выдерживать сопротивление до 9 Ом.

Очень часто в таких регуляторах применяются импульсные стабилитроны, способные преодолевать высокую амплитуду электромагнитных колебаний. Иначе, в результате быстрого роста температуры транзисторов, они сразу же придут в нерабочее состояние.

Схема регулятора напряжения и тока

Прежде чем рассматривать схему регулятора напряжения, необходимо хотя-бы в общих чертах ознакомиться с принципом его работы. В качестве примера можно взять тиристорный регулятор напряжения, широко распространенный во многих схемах.

Основной деталью таких устройств, как регулятор сварочного тока является тиристор, который считается одним из мощных полупроводниковых устройств. Лучше всего он подходит для преобразователей энергии с высокой мощностью. Управление этим прибором имеет свою специфику: он открывается импульсом тока, а закрывается при падении тока почти до нулевой отметки, то есть ниже тока удержания. В связи с этим, тиристоры преимущественно используются для работы с переменным током.

Регулировать переменное напряжение с помощью тиристоров можно разными способами. Один из них основан на пропуске или запрете целых периодов или полупериодов на выход регулятора. В другом случае тиристор включается не в начале полупериода напряжения, а с небольшой задержкой. В это время напряжение на выходе будет нулевым, соответственно мощность не будет передаваться на выход. Во второй части полупериода тиристором уже будет проводиться ток и на выходе регулятора появится напряжение.

Время задержки известно еще и как угол открытия тиристора. Если он имеет нулевое значение, все входное напряжение будет попадать на выход, а падение напряжения на открытом тиристоре будет потеряно. Когда угол начинает увеличиваться, под действием тиристорного регулятора выходное напряжение будет снижаться.

Следовательно, если угол, равен 90 электрическим градусам, на выходе будет лишь половина входного напряжения, если же угол составляет 180 градусов – выходное напряжение будет нулевым.

Принципы фазового регулирования позволяют создать не только регулятор тока и напряжения для зарядного устройства, но и схемы стабилизации, регулирования, а также плавного пуска. В последнем случае напряжение повышается постепенно, от нулевой отметки до максимального значения.

На основе физических свойств тиристоров была создана классическая схема регулятора тока. В случае применения охладителей для диодов и тиристора, полученный регулятор сможет отдавать в нагрузку до 10 А. Таким образом, при напряжении 220 вольт появляется возможность регулировки напряжения на нагрузке, мощностью 2,2 кВт.

Подобные устройства состоят всего из двух силовых компонентов – тиристора и диодного моста, рассчитанных на ток 10 А и напряжение 400 В. Диодный мост осуществляет превращение переменного напряжения в однополярное пульсирующее напряжение. Фазовая регулировка полупериодов выполняется с помощью тиристора.

Для параметрического стабилизатора, ограничивающего напряжение, используется два резистора и стабилитрон. Это напряжение подается на систему управления и составляет 15 вольт. Резисторы включаются последовательно, увеличивая тем самым пробивное напряжение и рассеиваемую мощность. На основании самых простых деталей можно легко изготовить самодельные регуляторы тока, схема которых будет довольно простой. В качестве конкретного примера стоит подробнее рассмотреть тиристорный регулятор сварочного тока.

Схема тиристорного регулятора сварочного тока

Принципы дуговой сварки известны всем, кто сталкивался со сварочными работами. Для получения сварочного соединения, требуется создать электрическую дугу. Она возникает в том момент, когда напряжение подается между сварочным электродом и свариваемым материалом. Под действием тока дуги металл расплавляется, образуя между торцами своеобразную расплавленную ванну. Когда шов остывает, обе металлические детали оказываются крепко соединенными между собой.

В нашей стране частота переменного тока составляет 50 Гц, фазное напряжение питания – 220 В. В каждом сварочном трансформаторе имеется две обмотки – первичная и вторичная. Напряжение вторичной обмотки трансформатора или вторичное напряжение составляет 70 В.

Сварка может проводиться в ручном или автоматическом режиме. В домашних условиях, когда создан регулятор тока и напряжения своими руками, сварочные работы выполняются ручным способом. Автоматическая сварка используется в промышленном производстве при больших объемах работ.

Ручная сварка имеет ряд параметров, подлежащих изменениям и регулировкам. Прежде всего, это касается силы сварочного тока и напряжения дуги. Кроме того, может изменяться скорость электрода, его марка и диаметр, а также количество проходов, требующихся на один шов.

В связи с этим, большое значение имеет правильный выбор параметров и поддержание их оптимальных значений в течение всего сварочного процесса. Только таким образом можно обеспечить качественное сварное соединение.

Изменение силы тока при сварке может выполняться различными способами. Наиболее простой из них заключается в установке пассивных элементов во вторичной цепи. В этом случае используется последовательное включение в сварочную цепь резистора или дросселя. В результате, сила тока и напряжение дуги изменяется за счет сопротивления и вызванного им падения напряжения. Дополнительные резисторы позволяют смягчить вольтамперные характеристики источника питания. Они изготавливаются из нихромовой проволоки диаметром 5-10 мм. Данный способ чаще всего используется, когда требуется изготовить регулятор тока. Однако такая конструкция обладает небольшим диапазоном регулировок и сложностями перестройки параметров.

Следующий способ регулировок связан с переключением количества витков трансформаторных обмоток. За счет этого происходит изменение коэффициента трансформации. Данные регуляторы просты в изготовлении и эксплуатации, достаточно всего лишь сделать отводы при намотке витков. Для коммутации применяется переключатель, способный выдерживать большие значения тока и напряжения.

Нередко регулировки осуществляются путем изменения магнитного потока трансформатора. Этот способ также применяется, когда необходимо сделать регулятор тока своими руками. В этом случае для регулировки используется подвижность обмоток, изменение зазора или ввод магнитного шунта.

Назначение и принцип действия регулятора тока

Регулятор (ограничитель) тока  предназначен для ограничения силы тока, отдаваемого генератором. Необходимость установки ограничителя тока наряду с регулятором напряжения вызывается наличием большого числа потребителей и аккумуляторной батареи, значительно изменяющей свою электродвижущую силу в зависимости от степени ее заряженности. Генератор будет отдавать ток большой величины при заряде сильно разряженной аккумуляторной батареи и при включении большого числа потребителей.

При поддержании постоянного напряжения это приводит к тому, что в начале заряда, когда электродвижущая сила батареи еще мала, зарядный ток будет чрезмерно велик, что вызовет нежелательный перегрев генератора.

Обмотка якоря генератора рассчитана на нагрев при длительной его работе током определенной величины. В случае увеличения тока происходит перегрев обмотки якоря и порча ее изоляции.

Устройство и принцип действия регулятора (ограничителя) тока такие же, как и регулятора напряжения. Обмотка регулятора тока включена последовательно в цепь генератора и поэтому намагничивание сердечника зависит от силы тока в цепи. Пока ток генератора не превышает допустимой величины, работает один регулятор напряжения и контакты ограничителя тока, удерживаются в замкнутом состоянии. При этом ток возбуждения в ускоряющей обмотке совпадает по направлению с током нагрузки и обе обмотки совместно намагничивают сердечник. Когда сила тока превысит установленную величину, сердечник намагничивается   настолько,   что   преодолевает  силу пружины,  размыкает  контакты  регулятора и включает   в   цепь обмотки возбуждения добавочное сопротивление. При этом в цепь обмотки возбуждения включаются две параллельные ветви добавочных сопротивлений, что вызывает уменьшение тока в цепи обмотки возбуждения генератора и понижение его напряжения.

Контакты регулятора напряжения в это время будут находиться в замкнутом состоянии вследствие уменьшения напряжения генератора.
При размыкании контактов ограничителя тока уменьшается ток в ускоряющей обмотке. Это ускоряет размагничивание сердечника и повторное замыкание его контактов. Вместе с этим увеличивается частота вибрации контактов и колебание тока генератора будет незначительным.

При увеличении сопротивления в цепи уменьшается ток возбуждения, что вызывает ослабление магнитного потока возбуждения и напряжение незначительно снижается, ограничивая ток нагрузки генератора. При этом уменьшается намагничивание сердечника ограничителя тока и под действием пружины якорька его контакты замкнутся и т. д.

Вместо отдельного ограничителя тока применяется также последовательная обмотка в регуляторах напряжения, которая увеличивает степень намагничивания сердечника при увеличении силы тока генератора. При этом размыкание контактов регулятора наступит при более низком напряжении и, следовательно, напряжение генератора будет уменьшаться при увеличении тока. Последовательную обмотку регулятора напряжения называют корректирующей, так как ее действие заключается в небольшой (5-10%) корректировке напряжения в зависимости от тока.

Корректирующая обмотка в регуляторах напряжения применяется также при установке ограничителя тока. В этом случае ограничитель тока предохраняет генератор от перегрузки, а корректирующая обмотка дает нужное изменение напряжения генератора, улучшая режим заряда аккумуляторной батареи.

Ускоряющая обмотка применяется для увеличения частоты размыкания контактов регулятора напряжения и ограничителя тока, благодаря чему обеспечивается высокая частота размыкания контактов (50-200 размыканий в сек).

Ускоряющая обмотка в момент размыкания контактов регулятора создает магнитное поле, направленное против магнитного поля его основной обмотки, ускоряя размагничивание сердечника регулятора. Ускоряющие обмотки чаще всего включаются параллельно обмотке возбуждения генератора.

При замкнутых контактах в ускоряющей обмотке имеется небольшой ток, пропорциональный току возбуждения, намагничивающий сердечник электромагнита регулятора. При размыкании контактов ток возбуждения генератора резко уменьшается, что вызывает появление в обмотке возбуждения электродвижущей силы самоиндукции, совпадающей с направлением тока возбуждения.

Эта электродвижущая сила значительно превышает напряжение генератора и достигает 150-200 в, создавая ток, замыкающийся через ускоряющую обмотку в обратном направлении и вызывающий быстрое, размагничивание сердечника, что повышает частоту колебаний якорька.

РЕГУЛЯТОРЫ СИЛЫ ТОКА В АВТОМОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

РЕГУЛЯТОРЫ СИЛЫ ТОКА В АВТОМОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ.

ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ АВТОМОБИЛЕЙ

1.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

В настоящее время в генераторных установках используются исключительно двухпозиционные системы автоматического регулирования напряжения. Первоначально применялись системы автоматического регулирования с использованием квантованных двухпозиционных сигналов непрерывного действия. 

регулятор непрерывного действия [reguljator nepreryvnogo dejstvija]

 →spojito pracujúci regulátor

 

В настоящее время начинают распространяться системы регулирования напряжения с использованием широтно-импульсных сигналов дискретного действия.

1.2. ДВУХПОЗИЦИОННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ.

Формирование управляющего воздействия.

Структурная схема системы автоматического регулирования напряжения.

Двухпозиционные регуляторы с амплитудной модуляцией.

1.3. РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ ДИСКРЕТНОГО ДЕЙСТВИЯ

регулятор дискретного действия [reguljator diskretnogo dejstvija]

 →nespojitý regulátor

 

Преобразователи с широтно-импульсной модуляцией.

Регуляторы напряжения с широтно-импульсной модуляцией.

Тиристорные регуляторы напряжения.

1.4. РЕГУЛЯТОРЫ СИЛЫ ТОКА В АВТОМОБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ.

 

В элементах и устройствах систем управления автомобильными

агрегатами часто возникает необходимость автоматического регулирования силы тока в цепи нагрузки по заданному закону в зависимости от тех или иных управляющих сигналов. Частным случаем

такого регулирования является поддержание постоянства заданной силы

тока в цепи при возможных изменениях напряжения питания, сопротивления нагрузки, температуры окружающей среды и других возмущающих воздействиях.

Наиболее просто решается задача регулирования силы тока в цепях малой мощности, где регулирующие органы работают с небольшой

рассеиваемой мощностью. Значительно сложнее обеспечить нормальную работу системы регулирования при токах нагрузки, превышающих

1…2 А, особенно, если необходимо иметь значительный диапазон регулирования силы тока.

Ниже рассматриваются электронные системы регулирования, которые могут использоваться для автоматического регулирования силы

тока в цепях с мощностью нагрузки от единицы до десятков ватт.

Аналоговые системы непрерывного регулирования силы тока.

 

регулятор непрерывного действия [reguljator nepreryvnogo dejstvija]

 →spojito pracujúci regulátor

 

 

Операционный усилитель (ОУ; англ. operational amplifier, OpAmp)

 

 

В некоторых системах управления автомобильными агрегатами

для автоматического регулирования давления жидкостей или расхода

топлива, подаваемого в двигатель, используют клапаны или золотники с

электромагнитным приводом. При использовании электромагнитных

клапанов для обеспечения стабильности регулировочной характеристи-

ки необходимо сохранять постоянство заданной силы тока в обмотке

электромагнита независимо от изменения напряжения в бортовой сети

автомобиля и температуры окружающей среды, влияющей на сопротив-

ление обмотки электромагнита.

Рис. 1.9. Схема непрерывной системы регулирования силы тока

Как правило, в указанных системах управления используют срав-

нительно маломощные электромагниты с максимальной силой тока на-

грузки, не превышающей 1 А (при номинальном напряжении бортовой

сети 12 В). Для управления такими электромагнитами можно использовать систему автоматической стабилизации силы тока непрерывного 

регулирования. При таком режиме практически отсутствуют пульсации

силы тока в цепи нагрузки, но в регулирующем органе (выходном транзисторе) рассеивается значительная мощность

Р= (ЕП – IНR Н) IН

где – напряжение питания; IН– сила заданного тока нагрузки; R Н– сопротивление нагрузки (обмотки электромагнита).

На рис. 1.9 приведена схема непрерывной системы регулирования

силы тока, обеспечивающей поддержание заданной силы тока в обмотке

электромагнита, предназначенного для регулирования давления жидкости в напорной магистрали гидромеханической передачи. По принципу

действия такой регулятор напоминает компенсационный стабилизатор

напряжения. Датчиком тока в системе регулирования является резистор

R6, через который проходит ток нагрузки IН, электромагнита. В качестве

устройства управления используется транзистор VT1, а регулирование

силы тока нагрузки осуществляется с помощью регулирующего транзистора VT2, работающего в активном режиме.

Применение стабилитрона VD1 в качестве задающего устройства

обеспечивает постоянство напряжения Uб1, подводимого к базе транзистора VT1, независимо от напряжения ЕПбортовой сети. Напряжение

Uэ1, подводимое к эмиттеру транзистора VT1, определяется падением

напряжения на резисторе R6 припрохождении через него тока IН. Сила

токаIб1,проходящего через базу транзистора VT1, определяется разностью напряжений Uб1 –Uэ1. Чем больше эта разность, тем выше сила тока

Iб1 следствием чего является увеличение силы тока Iк1 коллектора транзистора VT1, а также силы тока базы Uб2и коллектора UK2транзистора

VT2, определяющего величину тока нагрузки.

Параметры схемы рассчитывают таким образом, чтобы при прохождении через резистор R6 тока электромагнита заданной силы падение напряжения в резисторе обеспечивало такую разность Uб1 –Uэl, 

которая необходима для получения тока UK2= IН.При отклонении силы тока в обмотке электромагнита от заданного значения IZH(например, в сторону увеличения) возрастает падение напряжения в резисторе R6 и, следовательно, уменьшается разность Uб1 –Uэl. Это приводит к снижению

силы тока Iб1 и восстановлению прежней силы тока IН в обмотке электромагнита. В случае уменьшения силы тока IНнаоборот, происходит

увеличение разности Uб1 – Uэ1, что обусловливает восстановление

силы тока IН. Сила тока в обмотке электромагнита не зависит ни от сопротивления его обмотки, ни от напряжения источника питания, так как

режим работы транзисторов VT1 и VT2 определяется исключительно отклонением напряжения на резисторе R6 от заданного значения, которое

зависит только от силы тока IН.

Если параллельно переходу эмиттер – коллектор транзистора VT2

подключить, как это показано штриховой линией на рис. 1.9, резистор

R7, то тепловой режим транзистора VT2 существенно улучшится, так как

часть тока обмотки электромагнита будет проходить через этот резистор. Сопротивление резистора R7 должно быть выбрано таким, чтобы

при максимально возможном напряжении питания сила проходящего

через него тока была не больше заданного значения IZH. Работа транзистора VT2 в активном режиме обусловливает неблагоприятные энерге-

тические показатели систем непрерывного регулирования силы тока.

Снизить рассеиваемую мощность в регулирующем транзисторе можно,

обеспечив ключевой режим его работы. Такой режим транзисторов используется в двухпозиционных системах регулирования.

Основу элементной базы современных электронных устройств с

непрерывными амплитудно-модулированными сигналами составляет

операционный усилитель (ОУ). На основе ОУ могут быть построены

стабилизаторы тока с высокими техническими характеристиками. В таких стабилизаторах ОУ, охваченный отрицательной обратной связью по

току, используется для поддержания тока в нагрузке, равного заданному

значению тока IZ, определяемому опорным напряжением Uz. На рис. 1.10

представлены две схемы стабилизаторов тока, использующих ОУ.

В стабилизаторе, выполненном по схеме, приведенной на рис. 1.10,

а,операционный усилитель DA1 поддерживает падение напряжения на

резисторе R1 равным опорному напряжению Uz. Если входной ток опе-

рационного усилителя DA1 много меньше тока Iz = Uz /R1, Iэ1 = I1,

где Iэ1 – эмиттерный ток первого транзистора. Нагрузка стабилизатора

включается в коллектор транзистора VT1 вместо резистора R2. Для того

чтобы ток коллектора этого транзистора как можно меньше отличался

от заданного тока эмиттера, необходимо использовать транзистор с

большим коэффициентом усиления или применить полевой, либо со-

ставной транзистор. Падение напряжения на управляющем переходе

транзистора VT1 в данном случае не вносит погрешности, поскольку

действует в прямой цепи усилителя, охваченного цепью отрицательной

обратной связи. Если требуется, чтобы нагрузка и источник опорного

напряжения имели общий нулевой зажим, можно дополнить стабилизатор вторым ОУ, как это показано на рис. 1.10, а. Нагрузка теперь вклю-

чается в коллектор транзистора обратной проводимости VT2, присоеди-

ненного к выходу ОУ DA2. Для повышения выходного сопротивления

стабилизатора тока можно включать на выходе полевой транзистор.

В стабилизаторе, выполненном по схеме, приведенной на рис. 1.10, б,с

помощью ОУ стабилизируется коллекторный ток транзистора VT1,

а нагрузка включается в коллектор транзистора VT2. Поскольку на базы

этих транзисторов подано одно и то же напряжение, то при равенстве

эмиттерных сопротивлений (R1=R2) коллекторные токи транзисторов

тоже будут равны. Так как транзистор VT1 включен в схему усилителя с

общим эмиттером, инвертирующим сигнал, то для введения отрица-

тельной обратной связи коллектор этого транзистора соединяется с неинвертирующим входом ОУ.

Рис. 1.10. Схемы стабилизаторов тока на основе операционных усилителей:

а – с транзистором р–п–р; б – с транзистором п–р–п.

Системы двухпозиционного регулирования силы тока.

1.5. РЕГУЛЯТОРЫ НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА.

1.6. ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СЕТЬ

НА АВТОМОБИЛЕ.

1.7. ОБРАТИМЫЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

УСТАНОВКИ АВТОМОБИЛЕЙ.

1.8. ТЕПЛОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

УСТАНОВКИ АВТОМОБИЛЕЙ.

1.9. ДИСТАНЦИОННАЯ КОМАНДНАЯ СИСТЕМА

УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.

 дистанционное управление =  remote control , telecontrol

diaľkové ovládanie, diaľkovo ovládaný spínač, diaľkový ovládač

1.10. ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ

УСТРОЙСТВ.

Тиристорные регуляторы мощности тока и напряжения

Цифровые тиристорные регуляторы мощности Advanced Energy SCR Thyro переменного тока и напряжения

Тиристорные регуляторы мощности обеспечивают высокую точность и производительность в процессах, требующих точное регулирование силы тока, напряжения и мощности. Обеспечивают исключительную производительность и качество конечного продукта благодаря нескольким методам контроля и оптимизации технологического процесса. Доступны для заказа как простые однофазные тиристорные регуляторы напряжения 220В так и более сложные трехфазные тиристорные регуляторы мощности для индуктивной нагрузки в зависимости от требования заказчика.

Ни один из других регуляторов мощности SCR не предлагает такую же адаптивность и производительность, как регуляторы группы компаний Advanced Energy. Регуляторы мощности серии Thyro SCR обеспечивают высокое качество конечного продукта и воспроизводимость для широкого диапазона применений, от простых до сложных. Точность и надежность регуляторов Advanced Energy доказана для любого промышленного применения, требующего контроля напряжения, тока или мощности.

Преимущества тиристорных регуляторов мощности

  • Контроль процесса
  • Доступность системы
  • Документирование процесса
  • Оптимизирование установки и ввода в эксплуатацию

Работа трехфазных и однофазных тиристорных регуляторов

Регуляторы мощности Thyro являются тиристорными регуляторами мощности переменного тока с возможностью обмена данными. Могут использоваться везде, где необходимо контролировать переменное напряжение, переменный ток или выходы в рамках технологий, включающих в себя термические процессы. У всех устройств есть несколько режимов контроля и регулирования (Пример: VAR TAKT, тиристорный регулятор напряжения/тока), любая версия регулятора может быть легко встроена в технологические цепочки, в том числе связанные с использованием технологий автоматизации. Характеризуются высокой точностью контроля и простотой в эксплуатации.

Тиристорные регуляторы мощности Thyro обеспечивают цифровую оптимизацию нагрузки при помощи модуля dASM, который позволяет значительно сократить расходы на электроэнергию, устранить эффект мерцания, а также снизить общую нагрузку на сеть. В зависимости от конфигурации сети могут быть использованы однофазные тиристорные регуляторы, двухфазные тиристорные регуляторы, трёхфазные тиристорные регуляторы. Также возможна эксплуатация трёх однофазных тиристорных регуляторов в трёхфазных сетях.

Применение тиристорных регуляторов мощности

  • Промышленные печи
  • Автомобильная индустрия
  • Нефтехимическая промышленность
  • Нанесение покрытий
  • Выращивание кристаллов
  • Производство стекла
  • ИК-сушка
  • Машиностроение
  • Упаковка
  • Покрасочные машины и принтеры
  • Полупроводники
  • Производство углеродных волокон
  • Оборудование для осаждения
  • Металлы
  • Научные исследования
  • Солнечная и возобновляемая энергия
  • Вибрационная обработка

PDF-брошюра серии THYRO в формате PDF
(Для скачивания PDF-брошюры тиристорных регуляторов мощности серии THYRO нажмите на ссылке правую клавишу мыши и выберите пункт «Сохранить ссылку как…»)

Статьи о применении цифровых тиристорных регуляторов мощности переменного тока и напряжения

Широкий диапазон напряжений, сил тока и частот 230, 400, 500 и 690 В доступны с широким динамическим диапазоном. Допустимое отклонение входного напряжения от -57% до + 10% обеспечивает надежную работу в условиях, отличных от идеальных. Для работы при уровнях напряжения

Печи для выращивания кристаллов по процессу Чохральского обычно разрабатываются для осесимметричного температурного распределения в зоне кристаллизации. Однако нагреватели и стержни, обеспечивающие подведение электрического тока создают неоднородное высвобождение тепла. Температура в зоне контроля должна контролироваться с высокой точностью. Процесс Чохральского: Полностью

Основные режимы работы тиристорных регуляторов семейства Thyro, производства компании Advanced Energy Industries. Принципы подбора режима работы в соответствии с мощностью, нагрузкой и требованиями электросети.

Оптимизация нагрузки в режиме управления фазовым углом с технологией VSC (Voltage Sequence Control) – контроль последовательности напряжений (в российской научной литературе этот метод называется «зонно-фазовое» регулирование). Контроллеры мощности в соединении VSC для регулируемых процессов нагрева предлагают высокую динамику управления и

Тиристорные регуляторы мощности серии Thyro могут быть успешно применены на любом предприятии стекольной промышленности, а также на этапе производства стекла. Список применения включает в себя: прямой нагрев стекломассы электродами, каналы охлаждения (печи отжига), зона жестяной ванны (нагрев с крыши), производство

Несколько модулей тиристорных регуляторов мощности SCR могут быть скоординированы для оптимизации потребления энергии. Это снижает пиковую нагрузку по сравнению с несколькими модулями тиристорных регуляторов мощности SCR, работающими одновременно без координации. По сравнению с несогласованной работой контакторов и твердотельных реле способность

Все статьи о применении тиристорных регуляторов (тиристоров)

Регулятор мощности 12в

Регулятор мощности 12 вольт 50 А
 
Устройство предназначено для регулирования напряжения (мощности) яркости ламп накаливания и обогревателей мощностью до 500 Вт с силой тока до 50 А. При необходимости применении мощных ламп или тенов, регулятор позволит установить необходимую освещенность или уровень нагрева тенов или оборотов электродвигателя постоянного тока. Предлагаемый регулятор можно использовать в качестве регулятора мощности для подогревателя автомобильных сидений, фар, зеркал, освещения салона, светодиодной подсветки. Также в качестве регулируемого блока питания или регулятора подогрева двигателей.
 Размеры печатной платы 40х35 мм.
Технические характеристики регулятора мощности:
напряжение питания: 6…24;В
максимальный ток нагрузки,   40 А 
КПД, не менее, %    99;
диапазон регулировки, %   0…100;
рабочая частота ШИМ, Гц  500;
ток потребления, не более, мА      1,5.
Требует радиатор охлаждения для полевого транзистора, в комплект не входит.
Схема принципиальная регулятора напряжения от 0 до 12 вольт:

RF3205 — мощный N-канальный МОП-транзистор (MOSFET)  с обратным диодом.
характеристиками, диаграммами и графиками работы полевого транзистора IRF3205 Вы можете получить скачав файл ниже:

Основные характеристики IRF3205:

Максимальный ток стока 110А (75A**)
Максимальное напряжение сток-исток 55V
Сопротивление сток-исток (откр.) 0,008 om
Максимальная мощность рассеивания 200W
Допустимое напряжение на затворе +-20V
Пороговое напряжение на затворе +2..+4V
Ток утечки затвора
Ток утечки стока (закр.)
Время включения/выключения 14/50nS
Корпус TO-220
Диапазон рабочих температур -55..+175oC

* Параметры полевого транзистора IRF3205 указаны при температуре корпуса +25oC

** Ток ограниченный параметрами корпуса

Сервис объявлений OLX: сайт объявлений в Украине

Першотравенск Сегодня 08:21

Одесса, Киевский Сегодня 08:21

Харьков, Слободской Сегодня 08:21

450 грн.

Договорная

Ровно Сегодня 08:21

Харьков, Киевский Сегодня 08:21

Kia ceed

Легковые автомобили » Kia

161 119 грн.

Договорная

Ирпень Сегодня 08:20

630 грн.

Договорная

Кропивницкий, Подольский Сегодня 08:20

Киев, Печерский Сегодня 08:20

Тиристорная схема регулятора тока для сварочного аппарата

В этом материале рассмотрим способы регулировки сварочного тока. Схемы регуляторов тока для сварочного аппарата разнообразны. Они имеют свои достоинства и недостатки. Постараемся помочь читателю выбрать регулятор тока для сварочного аппарата.

Схема сварочного аппарата.

Общие понятия

Общеизвестен принцип дуговой сварки. Освежим в памяти основные понятия. Чтобы получить сварочное соединение, необходимо создать дугу. Электрическая дуга возникает при подаче напряжения между сварочным электродом и поверхностью свариваемого материала. Ток дуги расплавляет металл, образуется расплавленная ванна между двумя торцами. После остывания шва получаем крепкое соединение двух металлов.

Схема дуговой сварки.

В России переменный ток регламентирован частотой 50 Гц. Питание для сварочного аппарата подается от сети фазным напряжением 220 В. Сварочные трансформаторы имеют две обмотки: первичную и вторичную. Вторичное напряжение трансформатора составляет 70 В.

Разделяют ручной и автоматический режим сварки. В условиях домашней мастерской сварку проводят в ручном режиме. Перечислим параметры, которые изменяют в ручном режиме:

  • сила тока сварки;
  • напряжение дуги;
  • скорость сварочного электрода;
  • количество проходов на шов;
  • диаметр и марка электрода.

Правильный выбор и поддержание на протяжении сварочного процесса необходимых параметров являются залогом качественного сварного соединения.

При проведении ручной дуговой сварки необходимо грамотно распределять ток. Это позволит выполнить качественный шов. Стабильность дуги напрямую зависит от величины сварочного тока. Специалисты подбирают ее исходя из диаметра электродов и толщины свариваемых материалов.

Вернуться к оглавлению

Типы регуляторов тока

Принципиальная электрическая схема регулятора постоянного тока.

Существует больше количество способов изменения силы тока во время проведения сварочных операций. Еще больше разработано принципиальных электрических схем регуляторов. Способы управления сварочным током могут быть следующие:

  • установка пассивных элементов во вторичной цепи;
  • переключение числа витков обмоток трансформатора;
  • изменение магнитного потока трансформатора;
  • регулировка на полупроводниках.

Следует знать преимущества и недостатки разных методов регулировки. Назовем характерные особенности указанных типов.

Вернуться к оглавлению

Резистор и дроссель

Первый тип регулировки считается самым простым. В сварочную цепь включают последовательно резистор или дроссель. В этом случае изменение силы тока и напряжения дуги происходит за счет сопротивления и, соответственно, падения напряжения. Умельцы оценили простой и эффективный способ регулировки тока – включение сопротивления во вторичную цепь. Устройство несложное и надежное.

Изменение величины тока с помощью резистора.

Добавочные резисторы используются для смягчения вольт-амперной характеристики источника питания. Изготавливают сопротивление из толстой (диаметром 5-10 мм) проволоки из нихрома. В качестве пассивного элемента применяются мощные проволочные сопротивления.

Для регулировки тока вместо сопротивления ставят и дроссель. Благодаря введению индуктивности в цепь дуги переменного тока наблюдается сдвиг фаз тока и напряжения. Переход тока через нуль происходит при высоком напряжении трансформатора, что повышает надежность повторного зажигания и устойчивость горения дуги. Режим сварки становится мягкий, в результате чего получаем равномерный и качественный шов.

Этот способ нашел широкое распространение благодаря надежности, доступности в изготовлении и низкой стоимости. К недостаткам отнесем малый диапазон регулирования и сложность в перестройке параметров. Сделать такую конструкцию по силам каждому. Часто применяют трансформаторы типа ТС-180 или ТС-250 от старых ламповых телевизоров, с которых убирают первичные и вторичные обмотки и наматывают дроссельную обмотку с требуемым сечением. Сечение алюминиевого провода составит порядка 35-40 мм, медного – до 25 мм. Количество витков будет находиться в диапазоне 25-40 штук.

Вернуться к оглавлению

Переключение числа обмоток

Регулировка напряжения осуществляется изменением числа витков обмотки. Так изменяется коэффициент трансформации. Регулятор сварочного тока прост в эксплуатации. Для такого способа регулировки необходимо сделать отводы при намотке. Коммутация проводится переключателем, выдерживающим большой ток и сетевое напряжение. Недостатки переключения витков: трудно найти коммутатор, выдерживающий нагрузку в пару сотен ампер, небольшой диапазон регулировки тока.

Вернуться к оглавлению

Магнитный поток сердечника

Влиять на параметры тока можно магнитным потоком силового трансформатора. Регулирование силы сварочного тока производят за счет подвижности обмоток, изменения зазора или введения магнитного шунта. При сокращении или увеличении расстояния магнитные потоки двух обмоток меняются, в результате чего сила тока тоже будет изменяться. Способ магнитного потока практически не используется из-за сложности изготовления трансформаторного сердечника.

Вернуться к оглавлению

Полупроводники в схеме регулировки тока

Рисунок 1. Схема регулятора сварочного тока.

Полупроводниковые приборы совершили настоящий прорыв в сварочном деле. Современная схемотехника позволяет использовать мощные полупроводниковые ключи. Особенно распространены тиристорные схемы регулировки сварочного тока. Применение полупроводниковых приборов вытесняет неэффективные схемы управления. Данные решения повышают пределы регулировки тока. Габаритные и тяжелые сварочные трансформаторы, содержащие огромное количество дорогой меди, заменены на легкие и компактные.

Электронный тиристорный регулятор – это электронная схема, необходимая для контроля и настройки напряжения и силы тока, которые подводятся к электроду в месте сварки.

Для примера рассмотрим регулятор на тиристорах. Схема регулятора сварочного тока представлена на рис. 1.

В основу схемы положен принцип фазового регулятора тока.

Регулировка осуществляется подачей управляющего напряжения на твердотельные реле – тиристоры. Тиристоры VS1 и VS2 открываются поочередно при поступлении сигналов на управляющие электроды. Напряжение питания схемы формирования управляющих импульсов снимается с отдельной обмотки. Далее преобразуется в постоянное напряжение диодным мостом на VD5-VD8.

Положительная полуволна заряжает емкость С1. Время заряда электролитического конденсатора формируется резисторами R1, R2. Когда напряжение достигнет необходимой величины (более 5,6 В), происходит открытие динистора, образованного стабилитроном VD6 и тиристором VS3. Далее сигнал проходит через диод VD3 или VD4. При положительной полуволне открывается тиристор VS1, при отрицательной – VS2. Конденсатор С1 разрядится. После начала следующего полупериода тиристор VS1 закрывается, происходит зарядка емкости. В этот момент открывается ключ VS2, который продолжает подачу напряжения на электрическую дугу.

Наладка сводится к установке диапазона сварочного тока подстроечным сопротивлением R1. Как видим, схема регулировки сварочного тока довольно-таки проста. Доступность элементной базы, простота наладки и управления регулятора допускают изготовление такого сварочного аппарата самостоятельно.

Вернуться к оглавлению

Инверторные сварочные аппараты

Устройство инверторного сварочного аппарата.

Особое место среди сварочного оборудования занимают инверторы. Инверторный сварочный аппарат – это устройство, которое способно обеспечить устойчивое питание сварочной дуги. Малые габариты и небольшой вес придают аппарату мобильность. Сильной стороной инвертора является возможность применять электроды переменного и постоянного тока. Сварка позволяет стыковать цветные металлы и чугун.

Главные преимущества использования инвертора:

  • защита от нагрева деталей;
  • устойчивость к возмущениям сети;
  • независимость от колебаний и перегрузок по току;
  • независимость от перепадов промышленной сети;
  • способность скреплять цветной металл;
  • стабильность сварочного тока;
  • качественный шов;
  • ровное горение дуги;
  • малый вес и габариты.

К недостаткам сварочных инверторов относят высокую стоимость. Электронные детали следует оберегать от воздействия влаги, пыли, жары и сильных морозов (ниже 15оС).

Инверторное сварочное оборудование сегодня присутствует практически во всех слесарных и авторемонтных мастерских.

Нужен регулятор тока? Используйте регулятор напряжения!

В этой статье, входящей в коллекцию аналоговых схем AAC, показано, как линейные регуляторы напряжения могут быть полезны в приложениях с постоянным током.

Линейные регуляторы напряжения, также (несколько неточно) называемые LDO, являются одними из наиболее распространенных электронных компонентов. Например, LM7805 приобрел почти легендарный статус и непременно был бы включен в зал славы интегральных схем, если бы такая вещь существовала.В примечании к приложению от Texas Instruments хорошо сказано: ИС линейных регуляторов «настолько просты в использовании», что они практически «надежны» и «настолько недороги», что обычно являются одними из самых дешевых компонентов в конструкции.

Действительно, линейные регуляторы удобны, эффективны и универсальны. И на самом деле они могут быть даже более универсальными, чем вы думаете. Топологии линейных регуляторов построены на отрицательной обратной связи, как показано на следующей диаграмме, взятой из того же примечания к приложению:

Схема взята из в этой заметке приложения TI .

Отрицательная обратная связь — очень полезная вещь, особенно в сочетании с фиксированным источником тока, как в случае с регулятором напряжения LT3085 от Linear Tech. На следующей диаграмме показаны внутренние функции этого устройства.

Схема взята из таблицы данных LT3085 .

В предыдущих статьях (проект по разработке датчика цвета и исследование преобразователя напряжения в ток) мы исследовали использование отрицательной обратной связи в преобразователях напряжения в ток, которые могут точно регулировать яркость светодиода.Если вы знакомы с этими методами, неудивительно, что мы действительно можем использовать стабилизатор напряжения, такой как LT3085, для генерации постоянного тока.

В этой статье мы рассмотрим простой светодиодный драйвер на основе LT3085.

Линейный регулятор и операционный усилитель

Прежде чем мы проанализируем саму схему, мы должны обсудить преимущества подхода линейного регулятора к генерации постоянного тока. Методы операционных усилителей, представленные в предыдущих статьях, несомненно, эффективны, так зачем возиться с новой техникой?

Вот некоторые моменты, которые следует учитывать:

  • Большинство операционных усилителей не рассчитаны на высокий выходной ток, поэтому схема на основе линейного регулятора позволяет избежать ограничений по выходному току типичных операционных усилителей.
  • ИС регулятора
  • имеют защиту от перегрева.
  • Линейные регуляторы
  • обеспечивают большую устойчивость к большим входным напряжениям и высокой рассеиваемой мощности.
  • Возможно, вы сможете найти одну деталь, которая подходит практически для всех ваших требований по регулированию напряжения и генерации тока. Моим наименее любимым аспектом проектирования схем / печатных плат является создание новых библиотечных компонентов, поэтому я стараюсь использовать детали, которые могут пригодиться для будущих проектов.

LT3085 как регулятор напряжения

Давайте кратко рассмотрим функцию регулирования напряжения LT3085.Эта информация поможет нам понять реализацию с текущим исходным кодом.

Вот типичная конфигурация регулятора напряжения:

Схема взята из таблицы данных LT3085 .

Источник тока (10 мкА) создает напряжение на R SET . Это напряжение появляется на неинвертирующей входной клемме усилителя. Действие отрицательной обратной связи гарантирует, что напряжение на инвертирующем выводе равно напряжению на неинвертирующем выводе; другими словами, выходное напряжение равно напряжению на R SET .Выходной конденсатор необходим для обеспечения стабильности, и транзистор, подключенный к выходному зажиму усилителя, будет выглядеть очень знакомым, если вы читали мою статью о том, как буферизовать выход операционного усилителя для более высокого тока.

От напряжения к току

Назначение регулятора напряжения — обеспечить постоянное выходное напряжение независимо от сопротивления нагрузки. Другими словами, идеальный регулятор будет выдавать напряжение, равное (например) ровно 3,3 В при подключении к нагрузке 100 кОм и ровно 3.3 В при подключении к нагрузке 5 Ом. Что, конечно, меняется, так это ток нагрузки, который полностью определяется сопротивлением нагрузки (потому что напряжение на нагрузке не меняется).

Что же произойдет, если мы дадим идеальному регулятору напряжения фиксированное сопротивление нагрузки? Если напряжение нагрузки не меняется и сопротивление нагрузки не меняется, и если закон Ома все еще действует, то ток тоже не изменится.

Вуаля: текущий источник.

На следующей диаграмме показано, как использовать LT3085 для решения задач, связанных с управлением светодиодами.

Схема взята из таблицы данных LT3085 .

Вот как это работает:

  • Внутренний источник тока посылает 10 мкА через R1, генерируя напряжение, которое будет равно выходному напряжению (т. Е. Напряжению на R2).
  • Это выходное напряжение постоянно (потому что сопротивление R1 и значение внутреннего источника тока постоянны).
  • Это постоянное выходное напряжение будет создавать постоянный ток через R2, потому что сопротивление R2 постоянно.
  • Инвертирующая входная клемма усилителя не подает ток, поэтому почти весь ток R2 исходит от положительного источника питания через транзистор, подключенный к выходной клемме усилителя. (Я говорю «почти», потому что ток эмиттера BJT — это сумма тока базы и тока коллектора, но ток базы намного меньше, чем ток коллектора.)
  • Светодиод включен последовательно с коллектором BJT, поэтому ток через светодиод фиксирован и (почти) равен току, протекающему через R2.

Ток через светодиод можно изменить, изменив значение R1 или R2; как показано в следующем уравнении, ток светодиода — это просто значение внутреннего источника тока, умноженное на отношение R1 к R2.

$$ I_ {LED} = \ frac {((10 \ mu A) \ times R1)} {R2} = 10 \ mu A \ \ times \ frac {R1} {R2} $$

Я бы назвал это довольно удобной схемой: процесс проектирования чрезвычайно прост, и требуется лишь несколько компонентов.Если вы замените один из резисторов потенциометром, в результате получится высокоточный светодиодный драйвер с регулируемым током с широким диапазоном входных напряжений и защитой от перегрева, который может подавать ток до 500 мА.

И, конечно, это не ограничивается светодиодами; Вы могли бы так же легко использовать его, скажем, с резистивным нагревательным элементом. Это позволит вам генерировать постоянное тепло (потому что P = I 2 R), несмотря на колебания напряжения питания.

Заключение

Мы обсудили простой, но высокопроизводительный источник тока, основанный на микросхеме стабилизатора напряжения от Linear Tech.Я предполагаю, что аналогичные топологии регуляторов доступны и у других производителей.

Мне нравится всегда включать моделирование SPICE в статьи «Сборник аналоговых схем», но в данном случае это казалось действительно ненужным. Однако перед написанием статьи я подтвердил, что LTspice действительно включает компонент LT3085 (в папке «[PowerProducts]»). Поэтому, хотя я не проводил симуляцию, я обязательно использовал деталь, которую можно было бы легко смоделировать, если вы хотите исследовать эту схему дальше.

Строительные, рабочие и проектные типы

Так же, как ситуации, в которых нам нужно регулировать напряжение в наших конструкциях, существуют сценарии, в которых нам нужно регулировать ток, который подается в определенную часть нашей цепи. В отличие от преобразования (переход от одного уровня напряжения к другому), которое обычно является одной из основных причин регулирования напряжения, регулирование тока обычно заключается в поддержании постоянного тока, который подается, независимо от изменений сопротивления нагрузки или входного напряжения.Цепи (встроенные или нет), которые используются для обеспечения источника постоянного тока , называются (постоянными) регуляторами тока и очень часто используются в силовой электронике.

Хотя регуляторы тока использовались в нескольких приложениях на протяжении многих лет, возможно, до недавнего времени они не были одной из самых популярных тем в обсуждениях проектирования электроники. Текущие регуляторы теперь достигли своего рода повсеместного статуса благодаря их важным приложениям в светодиодном освещении среди других приложений.

В сегодняшней статье мы рассмотрим эти регуляторы тока и рассмотрим принципы работы, лежащие в основе них, их конструкцию, типы и области применения, среди прочего .

Принцип действия регулятора тока

Работа регулятора тока аналогична работе регулятора напряжения с основным отличием в параметре, который они регулируют, и величине, которую они изменяют для обеспечения своего выхода. В регуляторах напряжения ток изменяется для достижения необходимого уровня напряжения, в то время как регуляторы тока обычно включают изменения напряжения / сопротивления для достижения требуемого выходного тока.Таким образом, хотя это возможно, обычно трудно одновременно регулировать напряжение и ток в цепи.

Чтобы понять, как работают регуляторы тока, необходимо быстро взглянуть на закон Ома;

  В = ИК или I = В / П  

Это означает, что для поддержания постоянного тока на выходе эти два свойства (напряжение и сопротивление) должны поддерживаться постоянными в цепи или регулироваться таким образом, чтобы при изменении одного значения другого соответственно регулировалось для сохранения такой же выходной ток.Таким образом, регулирование тока включает в себя регулировку напряжения или сопротивления в цепи или обеспечение неизменности значений сопротивления и напряжения независимо от требований / воздействий подключенной нагрузки.

Рабочий регулятор тока

Чтобы правильно описать, как работает регулятор тока, рассмотрим приведенную ниже принципиальную схему.

Переменный резистор в приведенной выше схеме используется для представления действия регулятора тока.Предположим, что переменный резистор автоматизирован и может автоматически регулировать собственное сопротивление. Когда схема находится под напряжением, переменный резистор регулирует свое сопротивление, чтобы компенсировать изменения тока из-за изменения сопротивления нагрузки или напряжения питания. Относительно базового класса электричества вы должны помнить, что при увеличении нагрузки, которая по сути является сопротивлением (+ емкость / индуктивность), происходит эффективное падение тока, и наоборот. Таким образом, когда нагрузка в цепи увеличивается (увеличение сопротивления), а не падение тока, переменный резистор уменьшает свое собственное сопротивление, чтобы компенсировать повышенное сопротивление и обеспечить одинаковые токи.Таким же образом, когда сопротивление нагрузки уменьшается, переменное сопротивление увеличивает свое собственное сопротивление, чтобы компенсировать уменьшение, таким образом поддерживая значение выходного тока.

Другой подход к регулированию тока состоит в том, чтобы подключить достаточно высокий резистор параллельно нагрузке так, чтобы в соответствии с законами основного электричества ток протекал по пути с наименьшим сопротивлением, который в этом случае будет проходить через нагрузку с только «незначительное» количество тока, протекающего через резистор с высоким номиналом.

Эти изменения также влияют на напряжение, поскольку некоторые регуляторы тока поддерживают ток на выходе, изменяя напряжение. Таким образом, практически невозможно регулировать напряжение на том же выходе, на котором регулируется ток.

Конструкция регуляторов тока Стабилизаторы тока

обычно реализуются с использованием стабилизаторов напряжения на основе микросхем, таких как MAX1818 и LM317, или с использованием пассивных и активных компонентов, таких как транзисторы и стабилитроны.

Проектирование регуляторов тока с использованием регуляторов напряжения

Для проектирования регуляторов тока с использованием регулятора напряжения на основе IC метод обычно включает настройку регуляторов напряжения с постоянным сопротивлением нагрузки, и обычно используются линейные регуляторы напряжения, потому что напряжение между выходом линейных регуляторов и их землей обычно составляет Таким образом, жестко регулируемый, фиксированный резистор может быть вставлен между выводами, так что фиксированный ток течет к нагрузке.Хороший пример дизайна, основанного на этом, был опубликован Budge Ing в одной из публикаций EDN в 2016 году.

Используемая схема использует линейный стабилизатор LDO MAX1818 для создания стабилизированного источника постоянного тока на стороне высокого напряжения. Источник питания (показанный на изображении выше) был разработан таким образом, что он питает RLOAD постоянным током, который равен I = 1,5 В / ROUT. Где 1,5 В — предустановленное выходное напряжение MAX1818 , но его можно изменить с помощью внешнего резистивного делителя.

Для обеспечения оптимальной производительности конструкции напряжение на входной клемме MAX1818 должно быть до 2,5 В, но не выше 5,5 В, поскольку это рабочий диапазон, указанный в техническом паспорте. Чтобы удовлетворить это условие, выберите значение ROUT, которое позволяет от 2,5 В до 5,5 В между IN и GND. Например, при нагрузке, скажем, 100 Ом при 5 В VCC, устройство правильно работает с ROUT выше 60 Ом, поскольку значение допускает максимальный программируемый ток 1,5 В / 60 Ом = 25 мА. Тогда напряжение на устройстве будет равно минимально допустимому: 5 В — (25 мА × 100 Ом) = 2.5В.

Другие линейные регуляторы, такие как LM317, также могут использоваться в аналогичном процессе проектирования, но одно из основных преимуществ , которые имеют микросхемы типа MAX1818 по сравнению с другими, заключается в том, что они включают тепловое отключение, которое может быть очень важным в текущем регламенте , поскольку температура ИС имеет тенденцию к нагреванию при подключении нагрузок с высокими требованиями к току.

Для регулятора тока LM317 рассмотрите схему ниже;

LM317 сконструированы таким образом, что регулятор продолжает регулировать свое напряжение до тех пор, пока напряжение между его выходным контактом и его регулировочным контактом не достигнет 1.25 В и как таковой делитель обычно используется при реализации в ситуации регулятора напряжения. Но для нашего случая использования в качестве регулятора тока это на самом деле очень упрощает нам задачу, потому что, поскольку напряжение постоянно, все, что нам нужно сделать, чтобы сделать ток постоянным, — это просто вставить резистор последовательно между выводами Vout и ADJ. как показано на схеме выше. Таким образом, мы можем установить выходной ток на фиксированное значение, которое задается:

  I = 1,25 / R 
 

Значение R является определяющим фактором значения выходного тока.

Чтобы создать регулятор переменного тока, нам нужно только добавить переменный резистор в схему вместе с другим резистором, чтобы создать делитель на регулируемом выводе, как показано на изображении ниже.

Работа схемы такая же, как и в предыдущей, с той разницей, что ток можно регулировать в цепи, поворачивая ручку потенциометра для изменения сопротивления. Напряжение на R составляет;

  В = (1 + R1 / R2) х 1.25  

Это означает, что ток через R равен;

  I  R  = (1,25 / R) x (1+ R1 / R2). 
 

Это дает цепи диапазон тока I = 1,25 / R и (1,25 / R) x (1 + R1 / R2)

Зависит от установленного тока; Убедитесь, что номинальная мощность резистора R может выдерживать ток, протекающий через него.

Преимущества и недостатки использования LDO в качестве регулятора тока

Ниже приведены некоторые преимуществ для выбора подхода линейного регулятора напряжения.

ИС регулятора
  1. включают защиту от перегрева, которая может пригодиться при подключении нагрузок с повышенными требованиями к току.
  2. ИС регулятора
  3. имеют больший допуск для больших входных напряжений и в значительной степени поддерживают высокое рассеивание мощности.
  4. Подход ИС регулятора предполагает использование меньшего количества компонентов с добавлением лишь нескольких резисторов в большинстве случаев, за исключением случаев, когда требуются более высокие токи и подключены силовые транзисторы.Это означает, что вы можете использовать одну и ту же микросхему для регулирования напряжения и тока.
  5. Уменьшение количества компонентов может означать сокращение стоимости внедрения и времени разработки.

Недостатки:

С другой стороны, конфигурации, описанные в рамках подхода ИС регулятора, позволяют пропускать ток покоя от регулятора к нагрузке в дополнение к регулируемому выходному напряжению. Это приводит к ошибке, которая может быть недопустимой в некоторых приложениях.Однако это можно уменьшить, выбрав регулятор с очень низким током покоя.

Еще одним недостатком подхода к регулятору IC является отсутствие гибкости в конструкции.

Помимо использования интегральных схем регуляторов напряжения, регуляторы тока также могут быть спроектированы с использованием желейных частей, включая транзисторы, операционные усилители и стабилитрон с необходимыми резисторами. Стабилитрон используется в схеме, вероятно, просто, как если бы вы помните, что стабилитрон используется для регулирования напряжения.Конструкция регулятора тока с использованием этих деталей является наиболее гибкой, поскольку их обычно легко интегрировать в существующие схемы.

Регулятор тока на транзисторах

В этом разделе мы рассмотрим два дизайна. В первом будут использованы только транзисторы, а во втором — операционный усилитель и силовой транзистор .

Для транзисторов рассмотрим схему ниже.

Регулятор тока, описанный на схеме выше, является одной из простейших конструкций регулятора тока. Это регулятор тока низкой стороны ; Подключал после нагрузки до земли. Он состоит из трех основных компонентов; управляющий транзистор (2N5551), силовой транзистор (TIP41) и шунтирующий резистор (R). Шунт, который по сути представляет собой резистор малой мощности, используется для измерения тока, протекающего через нагрузку. При включении цепи на шунте отмечается падение напряжения.Чем выше значение сопротивления нагрузки RL, тем больше падение напряжения на шунте. Падение напряжения на шунте действует как триггер для управляющего транзистора, так что чем выше падение напряжения на шунте, тем больше транзистор проводит и регулирует напряжение смещения, приложенное к базе силового транзистора, для увеличения или уменьшения проводимости с резистор R1, действующий как резистор смещения.

Как и в других схемах, переменный резистор может быть добавлен параллельно шунтирующему резистору для изменения уровня тока путем изменения величины напряжения, приложенного к базе управляющего транзистора.

Регулятор тока с операционным усилителем

В качестве второго варианта проектирования рассмотрим схему ниже;

Эта схема основана на операционном усилителе , и, как и в примере с транзистором, также использует шунтирующий резистор для измерения тока. Падение напряжения на шунте подается в операционный усилитель, который затем сравнивает его с опорным напряжением, установленным стабилитроном ZD1.Операционный усилитель компенсирует любые расхождения (высокие или низкие) в двух входных напряжениях, регулируя свое выходное напряжение. Выходное напряжение операционного усилителя подключается к мощному полевому транзистору, и проводимость зависит от приложенного напряжения.

Основное различие между этой конструкцией и первым из них является источник опорного напряжения осуществляется диодом Зенера. Обе эти конструкции являются линейными, и при высоких нагрузках будет генерироваться большое количество тепла, поэтому к ним должны быть присоединены радиаторы для отвода тепла.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом этого подхода к проектированию является гибкость, которую он предоставляет проектировщику. Детали могут быть выбраны, а конструкция сконфигурирована по вкусу без каких-либо ограничений, связанных с внутренней схемой, которая характерна для подхода, основанного на регуляторе на основе ИС.

С другой стороны, этот подход имеет тенденцию быть более утомительным, трудоемким, требует большего количества деталей, громоздких, подверженных сбоям и более дорогих по сравнению с подходом на основе регуляторов.

Применение регуляторов тока

Регуляторы постоянного тока находят применение во всех видах устройств, от цепей питания до цепей зарядки аккумуляторов, драйверов светодиодов и других приложений, где необходимо регулировать постоянный ток независимо от приложенной нагрузки.

Вот и все! Надеюсь, вы узнали кое-что.

До следующего раза!

Регуляторы тока

Регуляторы тока

Теперь вы должны знать, как работают регуляторы напряжения для обеспечения постоянного выходного напряжения.В в некоторых цепях может потребоваться регулировка токового выхода. Схема, которая обеспечивает постоянный ток на выходе, называется регулятором постоянного тока или просто ТОК РЕГУЛЯТОР. Схема, показанная на рисунке 4-40, представляет собой упрощенную схему для тока. регулятор. Переменный резистор, показанный на схеме, используется для иллюстрации концепции. действующего регулирования. Изучая регуляторы напряжения, вы должны знать, что переменный резистор не реагирует достаточно быстро, чтобы компенсировать изменения.Уведомление что в эту цепь включен амперметр, чтобы указать, что показанная цепь что из текущего регулятора. Когда схема работает правильно, текущее показание амперметр остается постоянным. В этом случае переменный резистор (R V ) компенсирует изменения нагрузки или входного постоянного напряжения. Адекватное текущее регулирование приводит к потере регулирования напряжения. Изучая показанную схему, следует вспомнить что любое увеличение сопротивления нагрузки вызывает падение тока.Чтобы поддерживать постоянный тока, сопротивление R V должно быть уменьшено всякий раз, когда сопротивление нагрузки увеличивается. Это приводит к тому, что общее сопротивление остается постоянным. Увеличение входное напряжение должно быть скомпенсировано увеличением сопротивления R В , тем самым поддерживая постоянный ток. Работа регулятора тока аналогичен регулятору напряжения. Основное отличие состоит в том, что регулируется ток. а другой регулирует напряжение.

Рисунок 4-40. — Регулятор тока (упрощенно).

Поскольку использование переменного резистора не является практичным способом контроля колебаний тока или вариант, используются транзистор и стабилитрон вместе с необходимыми резисторами. Напомним, что диод Зенера обеспечивает постоянное опорное напряжение. Схема показана на Рисунок 4-41 — это схема регулятора тока. За исключением добавления R1, Схема, показанная на рисунке, аналогична схеме последовательного регулятора напряжения.Резистор подключается последовательно с нагрузкой и определяет любые изменения тока нагрузки. Уведомление падение напряжения на R1 и отрицательная полярность напряжения, приложенного к эмиттеру Q1. Полярность напряжения является результатом тока, протекающего через R1, и это отрицательное напряжение выступает против смещения вперед для Q1. Однако, поскольку регулируемое напряжение на CR1 имеет противоположной полярности, фактическое смещение транзистора — это разница между двумя напряжения. Вы должны увидеть, что цель R2 — функционировать как ограничивающий ток. резистор для стабилитрона.

Рисунок 4-41. — Регулятор тока.

Назначение регулятора тока — обеспечить постоянный ток независимо от изменения входного напряжения или тока нагрузки. Схема, показанная на рисунке 4-42, показывает, что цепи, рассчитанной на постоянный ток 400 миллиампер. Вольтметры бывают показано на схеме, чтобы подчеркнуть падение напряжения на определенных компонентах.Эти напряжения помогут понять, как работает регулятор тока. Падение напряжения через переход база-эмиттер Q1 составляет 0,6 В. Это напряжение — разница между напряжение стабилитрона и падение напряжения на R1. Прямое смещение 0,6 В Q1 позволяет правильная работа транзистора. Выходное напряжение на R L составляет 6 вольт как показывает вольтметр. Благодаря регулируемому выходному току 400 мА сопротивление транзистора (R Q1 ) — 9 Ом.Это можно доказать с помощью закона Ома. и значения, показанные на схеме. В этом случае ток (I) равен напряжению падение (E) деленное на сопротивление (R). Следовательно:

12 вольт, разделенное на 30 Ом, равняется 0,4 ампера или 400 миллиампер.

Рисунок 4-42. — Регулятор тока (со схемными значениями).

Так как вы знакомы с базовой схемой регулирования тока, давайте рассмотрим в подробно описать, как различные компоненты работают для поддержания постоянного выходного сигнала 400 мА.См. Схему, показанную на рисунке 4-43. Помните, что уменьшение сопротивления нагрузки вызывает соответствующее увеличение тока. В показанном примере сопротивление нагрузки R L упало с 15 Ом до 10 Ом. Это приводит к большему падению напряжения на R1. из-за повышенного тока. Падение напряжения увеличилось с 2,4 вольт до 2,5 вольта. Конечно, падение напряжения на CR1 остается постоянным на уровне 9 вольт из-за его регулирующая способность.Из-за повышенного падения напряжения на R1 прямое смещение на Q1 теперь 0,5 вольт. Поскольку прямое смещение Q1 уменьшилось, сопротивление транзистор увеличивается с 9 Ом до 14 Ом. Обратите внимание, что увеличение сопротивления на 5 Ом на транзисторе соответствует уменьшению сопротивления нагрузки на 5 Ом. Таким образом общее сопротивление вокруг внешнего контура цепи остается постоянным. Поскольку схема представляет собой регулятор тока, вы знаете, что выходное напряжение будет изменяться в зависимости от регулятора поддерживает постоянный выходной ток.На рисунке выходное напряжение уменьшено до 4 вольт, которое вычисляется умножением тока (I) на сопротивление (R) (400 мА X 10 Ом = 4 вольта).

Рисунок 4-43. — Регулятор тока (с уменьшением R L ).

Q.36 На рисунке 4-40 при увеличении сопротивления нагрузки (R L ), сопротивление R V увеличивается / уменьшается (какой именно) для компенсации перемена.
Q.37 На рисунке 4-43 любое уменьшение прямого смещения база-эмиттер в первом квартале приводит к отклонению. увеличение / уменьшение (какой именно) сопротивления транзистора.

регуляторы напряжения и тока

регуляторы напряжения и тока
Elliott Sound Products Регуляторы напряжения и тока
© 20013, Род Эллиотт Вершина
Указатель статей
Основной указатель

Содержание
Введение

Потребность в регулировании источника питания является общим требованием, но не все знают, почему необходимо регулировать источник питания или когда цепь может безопасно работать от нерегулируемого источника питания.Есть много неправильных представлений о регуляторах в целом и много дезинформации о том, что необходимо, а что просто чрезмерно. К сверхстабильным регулируемым источникам питания предъявляются некоторые требования, но в подавляющем большинстве приложений это бывает редко.

Необходимость регулирования часто понимается неправильно, утверждая, что основные схемы операционных усилителей в аудиосистеме (например) должны работать от жестко регулируемых источников питания, иначе звуковая сцена пострадает, или будет потеряна «авторитетность» низких частот (что бы это ни было может означать), или, возможно, высокие частоты будут «завуалированы», а средние частоты «загромождены».По большей части это ерунда, но эти мифы широко распространяются до тех пор, пока они каким-то образом не становятся «самоочевидными» из-за количества ссылок, перекрестных ссылок и людей, ссылающихся на сайты, на которых есть информация, которая, по их мнению, «подтверждает» их точку зрения.

Регуляторы напряжения можно найти почти в каждом элементе электронного оборудования и варьируются от типов с очень низким напряжением (например, 3,3 В для многих микропроцессоров) до сотен вольт, используемых в некоторых ламповых усилителях и другом оборудовании, которое работает с высоким напряжением.

Не каждое напряжение нужно регулировать. Обычно операционные усилители, используемые в аудио, поставляются с регулируемыми источниками (обычно ± 15 В), но это в первую очередь делается для обеспечения низких пульсаций (100 или 120 Гц) и шума. Операционные усилители не особо заботятся о том, есть ли шум в питании, и они совершенно счастливы, даже если напряжения питания немного изменяются во время работы. При условии, что их максимальное рабочее напряжение не превышается, а источники питания остаются достаточно высокими, чтобы пропускать сигнал без искажений, колебания напряжения питания не приведут к значительным изменениям выходного сигнала.

Однако обычно это считается неприемлемым. Подача на операционные усилители должна регулироваться , потому что ни один операционный усилитель не имеет бесконечного PSRR , и он ухудшается на высоких частотах, поскольку коэффициент усиления разомкнутого контура падает из-за внутренней (или внешней) частотной компенсации. Во многих случаях может быть достаточно простого стабилизатора на стабилитроне, но он неэффективен и по современным стандартам считается очень «низкотехнологичным».

Регуляторы напряжения

IC очень недорогие и дают отличные результаты.Конечно, есть ограничения. Дифференциальное напряжение входа-выхода никогда не должно превышаться, некоторые из них сравнительно шумны, и необходим радиатор, если они используются для передачи выходного тока от умеренного до высокого. До регуляторов IC люди обычно использовали дискретные версии, и их можно было заставить работать очень хорошо. Естественно, высокая производительность требует большей сложности схемы, и в наши дни мало случаев, когда дискретный стабилизатор является лучшим предложением, чем версия IC.

Эту статью следует читать вместе с блоками питания малой мощности.Эти две статьи охватывают схожие области, но эта версия больше нацелена на полное понимание концепции , а не на предоставление идей для конструкторов.

Стабилитроны тоже имеют свою страничку. Примечание по применению AN008 — Как использовать стабилитроны описывает многие из основных характеристик стабилитронов, а также некоторые основные характеристики и другую полезную информацию. Особый интерес представляет динамическое сопротивление, которое представляет собой спецификацию, которая показывает, насколько хорошо стабилитрон может уменьшить пульсации и шум.Чем ниже динамическое сопротивление, тем лучше стабилитрон будет регулировать и подавлять шум.

Существует ряд терминов, которые используются для описания работы любого регулятора. Приведенная ниже таблица взята из статьи «Источники питания малой мощности» и включает краткие пояснения.

Параметр Пояснение
Регулировка нагрузки Процент, представляющий собой изменение напряжения при заданном изменении выходного тока
Линейное положение Процент.изменение выходного напряжения для данного изменения входного напряжения
Падение напряжения Минимальный перепад напряжения между входом и выходом, прежде чем регулятор перестанет поддерживать приемлемую производительность
Максимальное входное напряжение Абсолютное максимальное напряжение, которое может быть приложено к входной клемме регулятора относительно земли
Подавление пульсаций Выражается в дБ, отношение пульсаций на входе (от нерегулируемого источника постоянного тока) к пульсации на выходе
Шум Где указано, количество случайных (тепловых) шумов, присутствующих в регулируемом выходном постоянном напряжении.
Переходная характеристика Обычно отображается графически, показывает мгновенную производительность с изменениями линейного напряжения или тока нагрузки

Не все из вышеперечисленных спецификаций будут даны, и не все они важны для многих приложений.Переходный отклик важен для любого регулятора, который подает быстро меняющуюся нагрузку, например логику TTL. Пульсации и шум важны для низкоуровневых аудиоприложений, особенно тех, которые используют дискретные транзисторы, где схема может иметь относительно низкое подавление шума источника питания.

Иногда думают, что простого резистивного делителя напряжения достаточно, чтобы обеспечить «регулируемое» напряжение. Если выход не буферизован с помощью повторителя (интегрированного или дискретного), он не регулируется .Делитель напряжения чувствителен к нагрузке, поэтому он может выдавать номинальное напряжение только в разомкнутой цепи (без нагрузки). Как только вы потребляете ток, напряжение упадет. Кроме того, любой шум (гудение, гудение и т. Д.) На питающем делитель источнике также будет попадать на выход. Простые делители были обычным явлением в ламповых усилителях, где основной источник питания может проходить через несколько резисторов с конденсаторами для заземления на каждом переходе, и клапанные каскады, образующие нагрузку.Это не «регулирование» ни в каком виде, это просто фильтрация, и здесь не рассматривается, кроме как часть надлежащего регулятора (где такие схемы фильтрации также довольно распространены).


Зачем регулировать?

Итак, зачем нам стабилизированное напряжение?

При большом количестве источников напряжения и во множестве схемных топологий мы этого не делаем. Однако теперь это так просто сделать и дает столько преимуществ, что было бы почти глупо не сделать этого. Основным преимуществом является то, что пульсации источника питания (при 100 или 120 Гц) почти полностью устраняются, и мы можем работать с операционными усилителями при напряжении, близком к их максимальному напряжению, не беспокоясь о низком сетевом напряжении, вызывающем преждевременное ограничение, или о высоком сетевом напряжении, вызывающем сбои.Нерегулируемый источник питания будет изменять свое напряжение при изменении напряжения сети (что обычно изменяется на величину от + 10% до -15%). Многие люди живут в районах, где напряжение изменяется сильнее, и если подача не регулируется, оно будет колебаться примерно на тот же процент, что и входящая сеть.

Нерегулируемый источник питания также изменяет свое выходное напряжение с нагрузкой, поэтому по мере того, как схема потребляет энергию, напряжение падает. Точно так же, когда нагрузка уменьшается, напряжение возрастает. Это называется регулированием нагрузки, и при нерегулируемом питании включает отклонений от сети.Небольшая нагрузка при максимальном напряжении сети означает, что питаемые цепи будут получать максимально возможное напряжение, которое может превышать абсолютное максимальное значение, указанное производителем ИС. Логические ИС TTL имеют очень ограниченную устойчивость к перенапряжению, и они откажутся от , если будет превышено максимальное значение. Рекомендуемое напряжение — 5 В, допустимый диапазон — от 4,5 до 5,5 вольт. Каждый использует регулируемое питание для ИС TTL просто потому, что было бы глупо (и рискованно) поступать иначе.КМОП-логика обычно будет вполне довольна очень простым стабилитронным шунтирующим стабилизатором, потому что потребление тока очень мало. Источник питания должен быть правильно обведен с соответствующей емкостью.

Во многих ранних транзисторных усилителях мощности использовались стабилизированные источники питания, поскольку они использовали один источник питания, а колебания напряжения могли создавать дозвуковой выходной сигнал. Кроме того, во многих из этих ранних усилителей использовались транзисторы, которые работали при напряжении, близком к предельному, и если бы напряжение увеличивалось слишком сильно, они выходили из строя.В наши дни почти никто не использует регулируемые источники питания для усилителей мощности, потому что это увеличивает стоимость и значительную тепловую нагрузку и, как правило, не служит полезной цели. В некоторых ламповых усилителях используются регулируемые напряжения экранной сетки для получения максимальной мощности без нагрузки на клапаны. Другие просто подчеркнули клапаны (и даже во многих последних разработках это делается до сих пор).

Очень редко можно увидеть какой-либо предусилитель, использующий операционные усилители или дискретные транзисторы, в котором , а не , использует стабилизированные источники питания. Большинство людей используют регуляторы IC, но есть и те, кто считает, что дискретный регулятор даст лучшую производительность.Я не буду вступать в дебаты о предполагаемой «слышимости» регулятора и «звуке постоянного тока», потому что, насколько я понимаю, это в основном принятие желаемого за действительное, без научных оснований или подтверждения правильным проведением слепого AB-тестирования. По определению, постоянный ток — это постоянный ток, поэтому его не слышно. В некоторых случаях может быть слышен шум , наложенный на DC .

Большинство импульсных источников питания (SMPS) регулируются и могут использоваться напрямую, без дополнительных действий.Тем не менее, они почти всегда относительно шумны, имея существенное свидетельство частоты коммутации (и ее гармоник) в источнике постоянного тока. Хотя эти артефакты переключения почти всегда неслышны, они сбивают с толку и могут сильно затруднить разумные измерения в цепи.

Далее, зачем нам стабилизированный ток?

Помимо источников тока, раковин и зеркал (см. Статью), регуляторы тока раньше были более диковинкой, чем что-либо еще.Они использовались во многих областях в течение многих лет, но только недавно стали повсеместными — светодиодное освещение. Подавляющее большинство из них работают в импульсном режиме, потому что в противном случае потери энергии будут чрезмерными, что снижает общую эффективность светодиодного источника света. Тем не менее, все еще есть примеры, когда линейный регулятор имеет больше смысла.

В частности, простой линейный регулятор тока легко подключить к плате Veroboard, что нелегко сделать с любой схемой переключения.Требования к линейным регуляторам тока незначительны по сравнению с регуляторами напряжения, но вы никогда не узнаете, когда он вам понадобится. В некоторых случаях вам понадобится регулировка как напряжения , так и тока , и зарядка аккумулятора — один из наиболее очевидных случаев, когда они будут совмещены.

В целом потребность в прецизионном регуляторе тока (в отличие от источника тока в составе, например, схемы усилителя) очень ограничена, но поскольку принципы и результаты во многом одинаковы для регулирования как напряжения, так и тока, они того стоят. покрытие.


1 — Базовый дискретный регулятор напряжения

Первыми использованными регуляторами были газоразрядные трубки [1] . Питание трубки осуществлялось через резистор, и напряжение разряда было достаточно стабильным при условии, что ток не слишком сильно менялся. Если требовался большой ток, то для его подачи в качестве катодного повторителя использовался традиционный мощный вентиль (вакуумная трубка). Добавление дополнительных клапанов позволило получить хорошо регулируемое питание, на которое не повлияли изменения тока нагрузки или колебания входного напряжения.

Современный эквивалент газоразрядной трубки — стабилитрон. Они по-прежнему очень часто используются для регулирования либо в качестве простого шунтирующего регулятора (например, газоразрядная трубка), либо с дополнительными частями для формирования дискретного регулятора. Поскольку основной шунтирующий регулятор является самым простым, на него стоит обратить внимание в первую очередь. Более подробная информация об использовании стабилитронов представлена ​​на странице Application Note 008 на веб-сайте ESP.


Рисунок 1 — Шунтирующий стабилизатор на базовом стабилитроне

Одним из основных недостатков простого шунтирующего стабилитрона является то, что он постоянно потребляет максимально допустимый ток от источника питания.Как показано выше, напряжение питания составляет 15 В, и это только один источник питания. Я буду использовать эту же общую компоновку для большинства диаграмм, потому что это делает их менее загроможденными и более легкими для понимания. Если требуется отрицательный источник питания, обычно это просто обратное значение, указанное для положительного напряжения. Сам источник питания (трансформатор и конденсатор фильтра) используется в большинстве примеров, но не будет показан, если только понимание схемы не является важным.

В вышеупомянутом источнике питания R1 должен обеспечивать достаточный ток, чтобы всегда оставаться в оптимальном диапазоне стабилитрона, а также обеспечивать нагрузку.Стабилизаторы на стабилитронах не рекомендуются для любых схем, в которых ток изменяется более чем на несколько процентов. Ток стабилитрона должен составлять (примерно) от 10% до 50% от максимального тока стабилитрона, который очень просто получается из напряжения и номинальной мощности. Стабилитрон 15 В 1 Вт может выдерживать максимальный ток …

.
I = P / V
I = 1/15 = 66,7 мА

Ток стабилитрона не должен превышать 50% от максимального, чтобы поддерживать повышение температуры стабилитрона до разумного значения. Кроме того, при таком токе он будет довольно горячим, и на напряжение не будет сильно влиять температура окружающей среды.Таким образом, мы должны стремиться к 33 мА и не менее 7 мА, чтобы гарантировать, что динамическое сопротивление стабилитрона достаточно низкое, чтобы быть полезным. Поскольку номинальное входное напряжение составляет около 21 В, это означает, что сопротивление резистора должно быть около 180 Ом (R = V / I). 180 Ом дает ток стабилитрона 33 мА, но только когда ток нагрузки равен нулю, а напряжение в сети составляет точно 230 В (или 120 В), и при условии, что выходное напряжение трансформатора равно 15 В RMS.

На самом деле все вышеперечисленное обычно неверно. Нет смысла иметь стабилизированное напряжение, но без нагрузки, поэтому нам нужно знать, какой ток потребляет цепь с питанием.Это может быть доступно из таблиц данных (для операционных усилителей), или вам, возможно, придется либо рассчитать, либо измерить фактический потребляемый ток. Для этих упражнений мы предполагаем, что ток нагрузки составляет 20 мА.

Теперь, если нагрузка потребляет 20 мА, это означает, что ток стабилитрона теперь снижен до 13 мА (33–20 мА), что находится в желаемом диапазоне. Чтобы сохранить 33 мА, которые мы рассмотрели вначале, общий ток , потребляемый от источника питания, будет составлять требуемый ток стабилитрона (33 мА) плюс ток нагрузки (20 мА), всего 53 мА.R1 теперь нужно пересчитать, и он станет 113 Ом. 120 Ом в этом случае вполне нормально. Поскольку общий потребляемый ток выше ожидаемого, на конденсаторе фильтра будет больше пульсаций, чем мы ожидали. Из-за дополнительного тока напряжение будет меньше запланированного нами 21 В (нерегулируемого), но, к счастью, эти ошибки обычно не настолько велики, чтобы вызвать катастрофу. Если нагрузка отключена, теоретический ток стабилитрона будет 33 мА (нормальный ток стабилитрона) плюс 20 мА, которые потребляла бы нагрузка — всего 53 мА.Стабилитрон нагреется до , и этот тип простого шунтирующего регулятора обычно не следует использовать без нагрузки.

Показанные характеристики питания должны быть разумными. Симулятор сообщает мне, что при входном среднеквадратичном напряжении 15 В мы получаем 19,4 В постоянного тока после выпрямителя и фильтра с пульсацией 94 мВ RMS (300 мВ P-P) на частоте 100 Гц. Регулируемое напряжение составляет 15,1 В с пульсацией 4,9 мВ RMS (16 мВ P-P). Ток нагрузки составляет 20 мА, но ток стабилитрона намного ниже запланированного, всего 15.7 мА. Хотя R1 можно уменьшить, чтобы обеспечить больший ток в стабилитрон, это также вызовет повышение напряжения пульсаций и немного снизит исходное напряжение постоянного тока. Суммарный ток от выпрямителя и фильтра составляет 35,7 мА … 20 мА на нагрузку и 15,7 мА на стабилитрон. R1 рассеивает 152,7 мВт, а рассеивание стабилитрона составляет 235,5 мВт (15 В x 15,7 мА). Как выяснилось, это безопасная общая конфигурация, и стабилитрон выживет, даже если входное напряжение сети повысится до максимально возможного.

Ток трансформатора составляет немногим более 113 мА (среднеквадратичное значение), состоящий из резких пиков ± 480 мА. Обратите внимание, что ток трансформатора с мостовым выпрямителем более чем в 3 раза превышает постоянный ток в этом примере, но он может быть выше или ниже в зависимости от выходного импеданса трансформатора (я использовал значение 0,2 Ом для моделирования). Если импеданс увеличивается, среднеквадратичный и пиковый ток уменьшаются, но вместе с тем уменьшается и напряжение постоянного тока.

Как видно из вышеизложенного, необходимо учитывать несколько взаимосвязанных факторов.Когда также принимаются во внимание обычные колебания напряжения в сети, количество возможностей резко возрастает. К счастью, ошибки и отклонения от теоретических значений всегда будут, но пока проектировщик делает поправки, конечный результат все равно будет удовлетворительным. Важно знать, что почти никогда все не будет так просто, как кажется на первый взгляд.

Если R1 разделен на два резистора равного номинала (2 x 56 Ом будет работать), то второй конденсатор от центрального отвода до земли уменьшит пульсации напряжения.При всего лишь 220 мкФ пульсации сокращаются до менее четверти (около 1,2 мВ RMS). Два резистора необходимы для отделения дополнительной емкости от основной крышки фильтра и стабилитрона, оба из которых имеют очень низкий импеданс (вы также увидите, как этот трюк используется ниже). Возможно, неожиданно, пульсации напряжения немного больше при подключенной нагрузке. Это связано с тем, что стабилитрон пропускает меньший ток, и его динамическое сопротивление немного увеличивается.

Обратите внимание, что на Рисунке 1 показан конденсатор оконечного фильтра, и это очень важно в большинстве случаев.Он не так эффективен, как можно было бы надеяться, потому что он подключен параллельно стабилитрону с низким сопротивлением, но он немного снижает шум и (что более важно) обеспечивает мгновенный пиковый ток, который может потребоваться некоторым схемам. Фактически, очень и очень мало регуляторов любого типа следует использовать без разумной емкости на выходе. 10 мкФ часто бывает достаточно, но более высокие значения в большинстве случаев не вызовут никаких проблем.


2 — Следующий шаг к регулированию напряжения

Шунтирующее регулирование, описанное выше, по-прежнему является очень полезным инструментом, и во многих случаях это, безусловно, самый простой и дешевый способ получить, например, слаботочный стабилизированный источник питания для вспомогательных цифровых схем.Однако регулировка линии и нагрузки оставляет желать лучшего, поэтому этот метод не подходит для нагрузок, которые имеют быстрые (или большие) изменения тока. Следующая разработка — это простой последовательный транзистор, добавляемый к стабилитрону, и это описано в статье о малых источниках питания. Здесь это повторяться не будет. Когда ток нагрузки регулятора проходит через транзистор, схема называется «последовательным» регулятором, потому что активное выходное устройство включено последовательно с током нагрузки.

Ниже показан базовый дискретный регулятор.Раньше это была очень распространенная схема до появления 3-контактных IC-регуляторов. Производительность может быть неплохой, но это ни в коем случае не прецизионный регулятор. В основную форму схемы внесено несколько хитрых дополнений, которые описаны ниже. Трансформатор и мостовой выпрямитель точно такие же, как на рис. 1. C4 часто требуется для предотвращения высокочастотных колебаний, и его значение обычно находится где-то между 47 пФ и 1 нФ. Более высокие значения замедлят схему, и она не сможет достаточно быстро отреагировать на быстрые изменения нагрузки (плохая переходная характеристика).


Рисунок 2 — Простой дискретный регулятор серии

Хотя показанная схема имеет (почти) такое же выходное напряжение, что и шунтирующий стабилизатор, показанный выше, она потребляет меньше тока от выпрямителя. При той же подключенной нагрузке 20 мА (750 Ом) он потребляет 29,8 мА (а не постоянные 35,7 мА, независимо от того, подключена нагрузка или нет). Уменьшение тока означает, что входная пульсация уменьшается, а обратная связь, используемая в цепи, помогает еще больше.

В частности, обратите внимание, что есть два резистора (R1 и R2) для обеспечения тока базы для последовательного каскада Дарлингтона.Центральный отвод подключается к C2, и это снижает пульсации напряжения с ~ 78 мВ RMS на C1 до примерно 500 мкВ на C2 и менее 100 мкВ на базе Q1. Пульсация на выходе составляет всего 28 мкВ, что на 70 дБ меньше, чем пульсация на C1. Сравните это с рисунком 1, который позволяет подавить пульсацию только около 25 дБ.

Следующий хитрый трюк использует R6. Если бы этого не было, ток стабилитрона был бы максимум ~ 630 мкА, что слишком мало для обеспечения стабильной работы. R1 и R2 можно было бы уменьшить, но тогда C2 нужно было бы больше.Таким образом, регулируемое и сглаженное выходное напряжение используется для подачи тока, достаточного для правильной работы стабилитрона. Он добавляет немного более 8,7 мА стабилитрона (в моделировании общее значение составляет 9,4 мА). Это превышает минимум 5%, необходимый для стабильности (стабилитрон 6,2 В 1 Вт может потреблять до 161 мА при 25 ° C).

Чтобы учесть допуск стабилитрона (до ± 10%), было принято делать R5 переменной. В показанном примере вы можете использовать банк в 20k (что было бы довольно грубо) или R5 можно было бы уменьшить до 8.2к с банком 5к последовательно. Эта схема имеет обратную связь, а коэффициент усиления регулятора устанавливается R4 и R5. Стабилитрон это опорное напряжение. Этот регулятор представляет собой ту же базовую схему, которую я использовал для Project 96, источника фантомного питания 48 В для микрофонов.

Опорное напряжение (стабилитрон) должна быть близка к 1/2 выходного напряжения, если это возможно, но может быть всего лишь 1/4. Так что, если вам нужен выход 100 В, вы можете использовать стабилитрон на 24 В.

R4 и R5 образуют цепь обратной связи и определяют коэффициент усиления схемы.Если они равны, то схема имеет коэффициент усиления 2. Напряжение база-эмиттер из Q3 добавляется к опорному напряжению, так что это на самом деле не 6.2V, но 6.85V для схемы, показанной на рисунке 2. Это также добавляет ошибку из-за до температуры перехода Q3, которая обычно принимается равной -2 мВ / ° C. При условии, что температура Q3 не меняется очень сильно, ошибка не имеет большого значения.

Выходное напряжение можно определить следующим образом …

Усиление = (R4 / R5) + 1
Усиление = (12/10) + 1 = 2.2
В ВЫХ = В REF × усиление
В ВЫХ = 6,85 × 2,2 = 15,07 В постоянного тока

Для разработки дискретного регулятора, такого как показанный на рисунке 2, есть несколько общих рекомендаций. R1 + R2 должны обеспечивать достаточный базовый ток для последовательной комбинации Q1 и Q2. Необходимый базовый ток определяется коэффициентом усиления пары (предположим, 1000 для типичной комбинации), и должен быть абсолютным минимумом удвоенных , который необходим при максимальном выходном токе.Если оно меньше этого, Q3 (усилитель ошибки) не будет иметь достаточного тока для работы, и вы потеряете регулирование. Согласно общепринятому практическому правилу, базовый ток последовательного транзистора (транзисторов) должен быть в 5-10 раз больше наихудшего. Однако это можно смягчить, если вам не нужна идеальная регулировка.

Итак, для приведенной выше схемы мы можем использовать следующие основные уравнения для R1 и R2 …

R1 + R2 = V IN — V OUT / I B × 10 — где I B определяется…
I B = I OUT / h FE (Q1 × Q2) … (предположим, что усиление равно 1000), поэтому …
I OUT = 20 мА
I B = 20 мкА × 10 = 200 мкА
В ВХ — В ВЫХ = 19,4 — 15 = 4,4 В
R1 + R2 = 4,4 В / 200 мкА = 22 кОм, поэтому R1 = R2 = 11 кОм

Хотя это можно было бы заставить работать, это было бы довольно глупо, потому что регулятор мог бы выдавать только 20 мА, если вы придерживаетесь рекомендаций по проектированию. Уменьшая значения R1 и R2 до 2.2k, схема будет отлично работать с выходным током не менее 100 мА. При 100 мА выходное напряжение упадет до 14,99 В, а пульсации увеличатся до 115 мкВ. Учитывая относительную простоту схемы, производительность неплохая!

Обратите внимание, что устройство последовательного прохода показано как пара транзисторов, соединенных в конфигурации Дарлингтона, но транзистор Дарлингтона и N-канальный MOSFET также будут работать. Стабилитрон должен быть подключен между затвором и истоком полевого МОП-транзистора — 4.Стабилитрон на 7 В обеспечит более чем достаточный ток при использовании полевого МОП-транзистора IRF540 (или аналогичного), а также обеспечит базовое ограничение тока или . Поскольку коэффициент усиления у полевого МОП-транзистора не такой высокий, как у пары Дарлингтона, стабилизация и характеристики пульсации не так хороши. Однако затвор не потребляет ток, поэтому значения R1 и R2 могут быть выше, чем это необходимо для биполярных транзисторов.

Добавив некоторую сложность, схему можно заставить работать еще лучше, но для 99% приложений в этом нет никакого смысла.Единственное, чего нет у , так это защиты от короткого замыкания. Если выход закорочен, последовательные транзисторы (Q1 и Q2) выйдут из строя. Если мы просто ограничим ток до заранее установленного максимума, мы можем обнаружить, что рассеивание Q2 находится за пределами допустимой безопасной области. При 20 В на входе (достаточно близко) и (скажем) на выходе 100 мА и закороченном выходе рассеивание в Q2 будет 20 * 0,1 = 2 Вт. Очевидно, это не проблема при низком входном напряжении и малом токе регулятора, но становится серьезной проблемой при увеличении напряжения или тока.


Рисунок 3 — Простой дискретный серийный регулятор с ограничением тока

Добавляя Q4 и R7, мы можем применить базовую защиту от короткого замыкания с помощью простого ограничения тока. Когда напряжение на R7 достигнет 0,6–0,7 В, Q4 будет проводить и «украсть» ток из последовательно проходящих транзисторов. Это только самая простая форма защиты, и хотя она работает, это определенно не высокотехнологичное решение проблемы. Как показано, ток ограничен примерно 130 мА, а рассеивание в Q2 составляет примерно 2.4 Вт (радиатор будет обязательно). Показанная компоновка ни в коем случае не единственный метод, но он работает достаточно хорошо. Дополнительное сопротивление снижает характеристики регулирования, и при приближении к пределу тока наблюдается заметный провал напряжения.

Более продвинутое ограничение тока включает в себя так называемое ограничение «обратного хода», когда доступный ток постепенно уменьшается по мере падения выходного напряжения. Например, пока выход близок к 15 В, предел может быть установлен на (скажем) 1 А, но если выход закорочен, максимальный доступный ток может быть уменьшен до 100 мА.Ограничение обратного тока является более сложным и в некоторых случаях может привести к отказу источника питания от запуска — например, если схема с питанием потребляет ток, превышающий нормальный, при низких входных напряжениях. Поскольку эта статья посвящена общим принципам, ограничение тока обратной связи не будет.


2.1 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

Дискретная схема по-прежнему имеет преимущества, когда вам нужен источник питания с более высокими требованиями к напряжению, чем могут удовлетворить стандартные 3-контактные ИС.Хотя доступны высоковольтные версии, их бывает трудно получить, и они все еще имеют ограниченный перепад входного-выходного напряжения. Вы можете представить, что LM317HV (например) подойдет, так как он имеет максимальное дифференциальное напряжение на входе-выходе 60 В.

Легко упустить из виду тот факт, что максимальное входное напряжение действительно составляет всего 60 В для LM317HV, потому что при первом включении выходной конденсатор разряжен и близок к короткому замыканию. Точно так же регуляторы серии 317/337 имеют защиту от короткого замыкания, но если входное напряжение превышает максимальное дифференциальное напряжение на входе-выходе, есть большая вероятность того, что ИС выйдет из строя.

Можно сделать дискретную схему с любым входным напряжением, которое вам нравится, ограниченное только выбором последовательно проходных транзисторов и других необходимых компонентов. Если вам нужен стабилизированный источник питания на 250 В, то вам просто не повезло, если вы попытаетесь использовать любой доступный стабилизатор IC. Если вы знаете, как построить дискретный регулятор, то (почти) нет ограничений на входное или выходное напряжение.

При разработке регуляторов высокого напряжения необходимо учитывать множество факторов, особенно защиту от короткого замыкания.Если у вас есть нерегулируемое напряжение (скажем) 500 В и вам нужно регулируемое 400 В, представьте мгновенное рассеивание мощности в устройстве последовательного прохода, если выход закорочен! Без продуманных мер защиты короткое замыкание вызовет мгновенный отказ устройства последовательного прохода, и чрезвычайно сложно обеспечить какую-либо достаточно быструю схему защиты. Это можно сделать, но здесь мы не будем рассматривать, потому что для этого потребуется обширное тестирование, чтобы убедиться, что схема защиты будет работать должным образом (это не конструкторская статья — она ​​предназначена только для объяснения принципов).


Рисунок 4 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

Схема слева на Рисунке 4 (A) выглядит безопасной, но в момент включения выходная крышка разряжается и представляет собой кратковременное короткое замыкание. Колпачок большего размера может некоторое время казаться очень низким импедансом, как показано справа (B). Таким образом, дифференциальное напряжение представляет собой полное входное напряжение (45 В), которое может значительно превышать номинальные значения для регулятора и вызвать отказ. Если выход закорочен (возможно, в оборудовании есть танталовые конденсаторы для развязки источника питания ¹), регулятор будет иметь полное входное напряжение на нем до тех пор, пока не будет отключено питание или он не выйдет из строя!

Примечание 1: Танталовые конденсаторы (и всегда были) самые ненадежные конденсаторы из когда-либо созданных.Они совершенно не переносят сильные импульсные токи, и уникальны тем, что их режим отказа — короткое замыкание (которое может быть прерывистым). Как известно постоянным читателям, я никогда не рекомендую танталовые крышки для чего-либо.

Очень важно, чтобы входное и выходное дифференциальное напряжение не превышалось, и для IC-регуляторов это значение указано в спецификации (обычно как абсолютное максимальное значение). Для дискретного регулятора это максимальное напряжение на последовательном и других транзисторах, которое ограничивается напряжением пробоя коллектор-эмиттер или напряжением сток-исток для полевого МОП-транзистора.

Вы можете спросить, а зачем на регуляторе диод. В некоторых случаях общая емкость на выходе регулятора может быть такой, что он сохраняет заряд дольше, чем крышка основного фильтра (C1). Это особенно верно, если перед регулятором берется дополнительная нерегулируемая нагрузка. Если регулятор должен иметь обратное смещение, он почти наверняка выйдет из строя, поэтому вы не сможете подключить стендовый источник питания непосредственно к цепи, не повредив регулятор.Добавление диода означает, что любое напряжение на выходе передается на вход регулятора, что предотвращает возможное повреждение внутренней цепи. Диод также следует добавить к дискретным регуляторам, если есть вероятность, что на выходе может быть напряжение, но не на входе.


2.2 — Требования к дифференциальному напряжению ввода-вывода

Хотя важно гарантировать, что максимальный дифференциал ввода-вывода никогда не будет превышен, также важно убедиться, что имеется достаточно дифференциала для предотвращения проблем.Минимум обычно указывается в даташите, и это не относится к среднему значению! Мгновенное входное напряжение никогда не должно падать настолько (из-за пульсаций напряжения), чтобы регулятор больше не мог поддерживать выходное напряжение. Например, если регулятору требуется минимум 2 В дифференциала для поддержания регулирования, мгновенное входное напряжение всегда должно быть более чем на 2 В выше выходного напряжения.

Это включает пульсации напряжения и любое снижение сетевого напряжения, которое находится в пределах обычно ожидаемого диапазона для входящего источника переменного тока.Некоторые люди спрашивали, почему я рекомендую трансформатор 15–0–15 В для источников постоянного тока ± 15 В, когда я знаю, что напряжение трансформатора обычно будет выше, чем указано при небольшой нагрузке. В общем, вы можете ожидать около 25 В постоянного тока на входе регулятора, что может показаться чрезмерным. Тем не менее, это включает в себя значительную поправку на низкое напряжение в сети, пульсации и дополнительное сглаживание.


Рисунок 5 — Пульсация входного напряжения относительно напряжения. Регулируемая мощность

На рисунке 5 вы можете увидеть, что произойдет, если входящий постоянный ток упадет ниже минимума, необходимого для поддержания регулирования.Поскольку крышка входного фильтра слишком мала, пульсации позволяют входному напряжению упасть ниже предела, при котором регулятор может поддерживать выходное напряжение на уровне 15 В. В результате пульсация передается от входа к выходу.

В случае, показанном выше, очевидным ответом является увеличение емкости фильтрующего конденсатора, чтобы пульсации уменьшились до разумного значения, и проблема была решена. Однако вам все же нужно рассмотреть случай, когда напряжение в сети падает — это может иметь точно такой же эффект.Если напряжение сети упадет на 20% (с 230 В до 184 В или с 120 до 96 В), то же самое произойдет и с выходом трансформатора. Это означает, что вместо номинальных 15 В переменного тока выходная мощность будет снижена до 12 В переменного тока, и этого недостаточно, чтобы позволить ИС поддерживать регулирование — даже при условии ноль пульсационного напряжения!

Неважно, является ли регулятор дискретным или основанным на ИС — результаты будут одинаковыми. Единственным решением было бы либо использовать трансформатор с более высоким напряжением (например, 18 В RMS), либо использовать конструкцию стабилизатора с малым падением напряжения (LDO), либо в виде интегральной схемы, либо в виде дискретного.У регуляторов LDO могут быть проблемы со стабильностью из-за их конструкции, и, как правило, их следует избегать, если нет другого варианта. См. Регуляторы LDO, если вы хотите узнать о них больше.


3 — Регуляторы IC Регуляторы

IC (3-полюсные) в настоящее время являются наиболее распространенными из всех аналоговых / линейных типов. В течение многих лет у нас были регуляторы 78xx (положительный) и 79xx (отрицательный), а также множество подобных устройств с разными номерами деталей, и было доступно несколько стандартных напряжений.Были доступны версии на 5, 8, 12, 15, 18 и 24 В, но они (в основном) были рационализированы до 3–5 В, 12 В и 15 В. Некоторые из странных напряжений все еще могут быть доступны, если вы внимательно присмотритесь. Регулируемые регуляторы (LM317 / 337) позволяют людям создавать источники питания практически для любого напряжения, которое им нравится, от 1,25 В до 50 В, если вы используете версии с высоким напряжением.

Они удобны, фиксированные регуляторы также доступны в маломощных версиях в корпусе TO-92. 78L05 особенно распространен, поскольку он может обеспечивать регулируемое питание для небольших микроконтроллеров, проектов на основе PIC и других логических схем с низким энергопотреблением.Внутренняя схема этих микросхем в настоящее время довольно развита, и они обладают очень хорошими характеристиками. Все они имеют защиту от короткого замыкания и включают внутренние предохранители от перегрева, поэтому они почти неразрушимы … почти!

Многие энтузиасты аудио часто считают обычные регуляторы серий 78xx / 79xx «низшими», но это неоправданно. Да, они несколько шумные, но типичный выходной шум низкий и очень редко вызывает проблемы со схемами операционных усилителей, но это может быть проблема с простыми схемами с плохим отклонением источника питания.Стоит отметить, что выходной конденсатор нужен в первую очередь для стабильности, и без него регулятор наверняка будет колебаться. Неважно, 10 мкФ или 1000 мкФ, пульсация на выходе не изменится.

Это явно странное поведение связано с выходным сопротивлением регулятора. Согласно таблице данных на 7815, он имеет выходное сопротивление 0,008 Ом (8 миллиом) на частотах до 1 кГц, после чего оно возрастает до 6 дБ / октаву. На частоте 100 Гц конденсатор 1 мФ (1000 мкФ) имеет реактивное сопротивление 1.59 Ом, и это абсолютно не влияет на 8 миллиомов регулятора. Выходное сопротивление остается ниже 1 Ом на любой частоте до 1 МГц, и на крайних частотах конденсатор будет иметь некоторое влияние.

Подавление пульсаций заявлено как минимум 54 дБ (7815) при типичном значении 70 дБ. Типичный выходной шум составляет 90 мкВ. Простой способ снизить уровень шума и пульсаций напряжения — это добавить на выходе регулятора простой резистивно-конденсаторный фильтр. Для выходных токов 100 мА или менее резистор 10 Ом и конденсатор на 1000 мкФ снизят выходное напряжение на 1 В при 100 мА, но уменьшат пульсации 100 Гц еще на 16 дБ (минимум).Это также уменьшит широкополосный шум. На частоте 1 кГц любой шум регулятора уменьшается на 36 дБ, а на частоте 10 кГц — на 56 дБ. В сочетании с уже и без того низким уровнем шума и пульсации остаточная величина незначительна. Как и ожидалось, эту технику можно успешно использовать только при сравнительно небольших токах.

Также можно использовать фильтр, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, но необходимо очень внимательно следить за тем, чтобы частота -3 дБ была намного ниже частоты пульсаций, иначе вы можете легко получить больше пульсаций вместо меньших! Например, LC-фильтр, состоящий из катушки индуктивности 1 мГн и конденсатора 1 мФ (1000 мкФ), имеет частоту 159 Гц и увеличит пульсацию на 4 дБ.Увеличение индуктивности до 10 мГн приводит к уменьшению пульсации на 10 дБ, а также к быстрому ослаблению всех частот выше 50 Гц. В идеале катушка индуктивности (или конденсатор) должна быть больше, а любой LC-фильтр чувствителен к импедансу нагрузки и может вызывать переходные колебания при изменении нагрузки — рекомендуется соблюдать особую осторожность!

Многие люди также думают, что добавление большого конденсатора к выходу уменьшит шум и пульсации. Как отмечалось выше, это не работает. Очевидно, что параллельное включение емкостного реактивного сопротивления более 1 Ом и менее 20 мОм не даст многого.На более высоких частотах выходное сопротивление регулятора будет расти, поэтому емкость от 10 мкФ до 100 мкФ имеет смысл для ограничения ВЧ-шума и обеспечения стабильности регулятора.

Обратите внимание, что LDO (регуляторы с низким падением напряжения) часто имеют строгие критерии стабильности, поэтому я предлагаю вам прочитать статью, в которой рассматриваются эти потенциально сварливые ИС. В основном они ведут себя прилично, но это не гарантируется, если вы не сделаете все правильно.


3.1 — Регулируемые регуляторы IC

LM317 / 337 рекомендуются для замены фиксированных регуляторов и обеспечивают гораздо большую гибкость.Они стабильны и хорошо работают. Самое главное, у них нет вредных привычек, и это важный фактор для любого дизайна. Project 05 — это пример двойного регулятора, использующего эти универсальные ИС. При использовании, как показано в проекте, производительность примерно такая же, как у фиксированного регулятора. Это можно улучшить, но для этого потребуется несколько дополнительных деталей. Дополнительные конденсаторы включены в плату Project 05.

Выходное напряжение устанавливается с помощью пары резисторов. Нормальный ток от вывода «Adj» (регулировка) может варьироваться от ~ 50 до 100 мкА, и необходимо обеспечить больший постоянный ток, который, по крайней мере, на порядок больше, чем нормальный ток от этого вывода.Обычно это делается путем добавления резистора между выходом и регулировочным контактом, обычно 100 или 120 Ом. Опорное напряжение номинально 1.25V, но она может варьироваться от 1.2В и 1.3В от одного к другому IC. Предполагая, что 1,25 В, ток через внешний резистор на 100 Ом составляет 12,5 мА, что значительно превышает ток регулировочного штыря. Полная схема подключения показана ниже.


Рисунок 6 — Регулируемый регулятор, показан LM317

Как было отмечено выше, внутреннее опорное напряжение равно 1.25 В, поэтому через R1 проходит 12,5 мА. Мы не можем игнорировать регулировочный штырь ток, так как это будет не более 0,1 м, и, хотя это делает причину небольшой ошибки, это меньше, чем изменение опорного напряжения. Значение R1 довольно важно. Если он слишком велик, внутренний рабочий ток ИС приведет к увеличению выходного напряжения без нагрузки. Максимальное значение зависит от устройства — отрицательная версия требует меньшего сопротивления. Большинство дизайнеров используют значения от 100 до 220 Ом.Минимальный выходной ток для LM317 составляет около 5 мА или 10 мА для LM337. Использование резисторов 100 Ом гарантирует стабильный выходной сигнал как для положительных, так и для отрицательных регуляторов.

Значение для R2 вычислить легко, потому что мы знаем, что он передает 12,5 мА и всегда будет на 1,25 В меньше выходного напряжения. Следовательно, на выходе 15В получаем …

I R2 = 12,5 мА
В R2 = В ВЫХ — 1,25 = 13,75
R2 = V / I = 13,75 / 12.5 = 1,1 тыс.

Это сильно отличается от формулы, представленной в таблице данных, и хотя процесс немного дольше, по крайней мере, вы можете вспомнить, как это делать, потому что он основан на простой математике (закон Ома), которую гораздо легче запомнить, чем формула. Из-за допуск опорного напряжения (1.2 — 1.3V), выходное напряжение фактических может изменяться от 14,4 до 15.6V (± 1%), хотя большинство ИС будут ближе к расчетному значению. Разница напряжений не имеет значения для схем операционных усилителей.Формула, представленная в таблицах данных: …

V ВЫХ = 1,25 × (1 + R2 / R1) + I ADJ × R2

Это учитывает ток регулировочного штыря (обычно 50 мкА), который прибавит около 55 мВ при использовании резисторов 1,1 кОм. В общем, нет смысла стремиться к такому уровню точности, потому что IC представляет собой стабилизатор напряжения , а не прецизионный эталон. Если вам нужна точность, то вы бы использовать ссылку точности напряжения, такие как TL431, LM336, LT1009 или раствора, как описано в SLYT183 — Ссылки Точность напряжения от Texas Instruments.

Назначение D1 такое же, как описано выше — он предотвращает повреждение, подаваемое на выход регулятора. D2 должен разрядить C2. Если этот диод не установлен, регулировочный штифт может на мгновение стать больше, чем выходное значение (например, если выход закорочен), что приведет к повреждению ИС. D3 немного сложнее.

Если вы построите один регулятор, D3 можно не устанавливать. Однако, если вы собираете источник питания с двойной полярностью (например, ± 15 В), D3 должен быть включен (на оба источника).Это защитный диод, который не дает регулятору получить отрицательный выход на выходе, что может привести к отключению ИС … , и она не восстановится! Но как это может случиться? Когда используются два источника питания, неизбежно, что один будет немного быстрее другого. Нагрузки (или другая операционные усилители схема), как правило, использует только соединение заземления (заземление) в качестве эталона, так что мощность обращаются между поставками, а не от каждого источника к земле. Тот, который появляется первым, может принудить выход более медленного регулятора к противоположной полярности, и это может привести к фиксации ИС в состоянии неисправности, из которого она не может восстановиться.

Это реальная проблема, и диоды (D3 и его противоположный номер на отрицательном питании) должны быть включены. Это можно увидеть на принципиальной схеме Project 05. Что может еще больше усугубить, так это то, что проблема может быть периодической, и ее трудно отследить, если вы не знаете, что искать.


4 — Повышение тока от регуляторов IC

Совсем не редкость, что вам может потребоваться намного больший выходной ток, чем вы можете получить от микросхемы 3-контактного стабилизатора.Существуют версии TO-3 с более высоким током, но этого может быть недостаточно, например, если вы запитываете большую микшерную консоль. Существует очень распространенный прием, который используется для увеличения выходной мощности, а для положительного регулятора требуется просто добавить один резистор и силовой транзистор PNP. Если вы используете TIP36C (самый доступный и дешевый силовой транзистор, который вы можете получить), его легко получить до 10 А, хотя вам необходимо установить очень хороший радиатор и тщательно управлять входным напряжением, чтобы обеспечить безопасную рабочую зону. не превышено.


Рисунок 7 — Регулируемый регулятор с усилением, использующий LM317 и TIP36C

ИС регулятора будет обеспечивать ток до предела, определенного R3. Как только напряжение на R3 превысит 0,7 В, Q1 и Q2 включатся и подадут столько тока, сколько потребует нагрузка. Входное напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить правильное регулирование при более высоком токе, и крышка основного фильтра также должна иметь соответствующий размер, чтобы минимизировать входные пульсации. Вышеупомянутая схема обычно требует обмотки на трансформаторе 20 В RMS, а диоды также должны выдерживать максимальный непрерывный ток.

Будьте осторожны — здесь нет защиты от короткого замыкания, потому что регулятор не сможет отключить добавленные транзисторы в случае неисправности. Вы, , могли бы спасти транзисторы, включив предохранитель, как показано, но не рассчитывайте на это. Несмотря на очевидные ограничения, это очень полезная схема, и ее часто рекомендуют в технических описаниях и примечаниях к применению. В показанной конфигурации и при условии, что на входе 25 В постоянного тока, стабилизатор будет обеспечивать максимум около 320 мА плюс базовый ток транзисторов, а два TIP36C обеспечивают остальное.Рассеивание на Q1 и Q2 будет почти 50 Вт при выходном токе 5 А, поэтому радиатор и монтаж должны быть отличными. Тепловое сопротивление между корпусом и радиатором всего 0,5 ° C / Вт вызовет повышение температуры каждого транзистора на 12,5 ° C, поэтому использование транзисторов с параллельным проходом абсолютно необходимо.

В некоторых примечаниях к применению предлагается использовать транзистор драйвера и транзисторы с параллельным проходом, но это необходимо только в том случае, если регулятор не может обеспечить ток, достаточный для обеспечения необходимого тока базы.Если учесть в техническом описании TIP35C / 36C h FE 25, стабилизатор на 1 А может запитать достаточно транзисторов, чтобы получить выходной ток 25 А. У кого-нибудь есть схема, на которую нужно 10 000 операционных усилителей?


5 — Базовый регулятор тока

«Самый простой» регулятор тока — это просто высоковольтный источник питания и резистор. Например, если у вас есть источник питания постоянного тока 1 кВ и резистор 1 кОм, это даст вам 1 А при нагрузке от нуля до примерно 20 Ом (при регулировке 2%). Хотя концепция проста, реализация совсем не похожа — источник питания 1 кВ при 1 А — действительно серьезная проблема, и для резистора потребуется номинальная мощность 1000 Вт (1 А при 1 кВ — это 1 кВт).Итак, хотя концепция проста, реализация трудна, дорога и опасна.

В отличие от регулирования напряжения не существует простого диода, который мог бы регулировать ток. «Диоды» регулятора тока существуют, но на самом деле это не диоды — это микросхемы (обычно содержащие полевой транзистор и резистор). Номинальная мощность обычно очень ограничена, и они подходят только для работы с довольно низким током. Любой полевой транзистор с режимом истощения (JFET) можно использовать в качестве простого регулятора тока, но доступный ток будет довольно низким, как и максимальное напряжение.В отличие от стабилитронов, стабильность невелика, и они действительно полезны только там, где точность не требуется. Большинство из них ограничены величиной ~ 20 мА или около того и при относительно низких напряжениях (<100 В). Рассеиваемая мощность обычно не превышает 500 мВт.

Однако пара транзисторов может использоваться для получения очень точного регулирования тока, а приложенное напряжение ограничивается только напряжением пробоя транзисторов. Максимальный доступный ток в основном определяется безопасной рабочей зоной проходного транзистора.Как и в случае с регулятором напряжения, вам необходимо знать требования перед тем, как начать. Как и во всем электронном, необходимо идти на компромиссы, и вам нужно знать основные параметры, прежде чем переходить к кремнию.


6 — Более продвинутый регулятор тока

Не существует по-настоящему простого регулятора тока, который можно было бы использовать при токе, который может потребоваться для светодиодов — наиболее распространенной нагрузки, которую вы можете найти на данный момент. Ток, необходимый для типичных мощных светодиодов, составляет от 350 мА до 700 мА с прямым напряжением ~ 3.5В для каждого серийного белого светодиода. Если у нас есть 5 светодиодов по 1 Вт последовательно, нам потребуется минимальное напряжение 17,5 В (мы будем использовать источник постоянного тока 22 В) при токе 300 мА.

Схема на дискретных транзисторах, использующая дешевый полевой МОП-транзистор, будет работать на удивление хорошо, и ее довольно просто реализовать. У него есть небольшая проблема с термической стабильностью, но мы можем использовать это в наших интересах. Схема показана ниже, и это просто мощная версия очень распространенного источника тока. MOSFET рассеивает чуть больше 1.2 Вт, и эта мощность полностью тратится (радиатор для полевого МОП-транзистора необходим). Однако это не намного больше, чем мы ожидаем в потерях от импульсного регулятора тока, работающего при том же напряжении и токе, а в некоторых случаях могут быть даже меньше.

D5 (стабилитрон 12 В) не является обязательным и защищает затвор от перенапряжения. Схема регулирования достаточно быстрая, чтобы гарантировать, что напряжение на затворе никогда не будет превышать примерно 6 В, даже если повышение напряжения питания происходит мгновенно.Однако включение стабилитрона обеспечивает защиту затвора, если нагрузка отключена (или становится разомкнутой), или если цепь подключена неправильно (если вы ее построите).


Рисунок 8 — Источник дискретного тока на основе полевого МОП-транзистора

Почему я решил использовать MOSFET, а не биполярный транзистор для Q2? В этом случае все сводится к минимизации потерь тока в базе проходного транзистора, а MOSFET не требует тока затвора. Резистор 10 кОм подает ток коллектора ~ 2 мА на Q1, и это необходимо, чтобы транзистор мог функционировать и обеспечивать напряжение затвора.Ток контролируется Q1, который включается, когда напряжение на R2 достигает ~ 0,7 В. Когда Q1 включается, Q2 выключается (частично), потому что напряжение затвора уменьшается. Состояние равновесия наступает за микросекунды, и система устойчива. При изменении импеданса нагрузки или входящего напряжения схема будет компенсировать. Если бы компенсация была идеальной, не было бы пульсаций тока через нагрузку — это был бы чистый постоянный ток. Показанная схема генерирует пульсацию на нагрузке примерно 380 мкА (117 мкА, среднеквадратичное значение) со средним током 308 мА.

Q1 имеет нормальный отрицательный температурный коэффициент 2 мВ / ° C любого кремниевого транзистора, поэтому, если он нагревается, ток будет падать. Мы можем использовать это, чтобы определить, нагреваются ли светодиоды, и уменьшить ток для компенсации. Если Q1 имеет температуру 50 ° C, ток снижается до 290 мА. Хотя это нельзя считать полным уровнем компенсации, это все же лучше, чем вообще ничего. Эта общая форма линейного регулятора тока может использоваться везде, где требуется, чтобы ток оставался постоянным независимо от колебаний нагрузки.Вы должны знать о температурной зависимости Q1, потому что она есть, полезна она или нет.

Схема регулятора тока не будет иметь значительных отклонений между нагрузкой с нулевым сопротивлением и максимальной нагрузкой (16,7 В, что при 300 мА эквивалентно 55,5 Ом). Его можно использовать с любыми светодиодами мощностью от 1 до 5 1 Вт без изменения тока, хотя рассеиваемая мощность полевого МОП-транзистора, естественно, увеличится при использовании менее 5 светодиодов. На самом деле, это настолько хорошо, что даже измерить текущее изменение в симуляторе сложно.Однако, если объединенное напряжение на MOSFET и R2 меньше ~ 1,5 В, он больше не сможет обеспечивать номинальный ток.

У схемы на Рисунке 8 есть одна проблема, заключающаяся в том, что выходной ток зависит от напряжения питания. Это связано с переменным током через Q1 (через R1). Однако изменение невелико и становится довольно линейным, когда напряжение превышает необходимое для регулирования. Ток варьируется от 308 мА (вход 19 В) до 312 мА (вход 30 В). Это более чем приемлемо, но это можно улучшить, запитав Q1 от источника тока.Это добавляет сложности, которую трудно оправдать, но для некоторых других приложений это может быть требованием.

В схеме, показанной, то «опорное напряжение» является 0.7V, и это просто база-эмиттер напряжение Q1. Чтобы сделать источник тока, который не меняется в зависимости от температуры, необходимо использовать прецизионный эталон с температурной компенсацией. Само собой разумеется, что это добавляет сложности с небольшой выгодой в реальном выражении.


6.1 — Дифференциальное напряжение ввода-вывода

Регулятор тока ничем не отличается от регулятора напряжения в том, что он должен иметь достаточно «запасного» напряжения, чтобы он мог нормально функционировать.В случае схемы, показанной выше, полевой МОП-транзистор почти ничего не требует (около 200 милливольт), а на R2 должно быть напряжение — 650-700 мВ. Как только входное напряжение падает ниже этих комбинированных напряжений (около 1 В), либо из-за низкого напряжения в сети, либо из-за слишком высокого напряжения пульсаций, схема больше не может регулироваться. Ток через нагрузку никогда не может быть выше, чем предполагалось, но он может быть намного ниже при слабом питании или высокой пульсации.

Необходимое дополнительное напряжение зависит от схемы, но неразумно ожидать, что схема будет регулировать ток в узких пределах, если запас по напряжению недостаточен.Если напряжение слишком велико, рассеивание в устройстве последовательного прохода увеличивается и энергия расходуется в виде тепла. Если предполагается, что нагрузка представляет собой резистор, потребляющий тот же ток, что и нормальная нагрузка, закон Ома гласит, что доступное напряжение должно быть на выше, чем необходимое для проталкивания желаемого тока через резистор.

Например, как указано выше, для 5 светодиодов мощностью 1 Вт при 300 мА потребуется напряжение ~ 16,7 В, что эквивалентно резистору на 55,5 Ом. Мгновенное напряжение питания всегда должно быть не менее 17.7 В, чтобы полевой МОП-транзистор мог снова регулировать ток до 300 мА. Стоит отметить, что со стандартным импульсным источником питания с регулируемым током ситуация не отличается — входное напряжение всегда должно быть больше, чем максимальное напряжение на нагрузке в худшем случае. Пониженно-повышающие импульсные регуляторы могут изменять свой режим работы в зависимости от входного напряжения.

Импульсный стабилизатор выигрывает, когда входное напряжение намного больше, чем требуется для нагрузки, так как эффективность будет намного выше.При том же токе нагрузки ток от источника с импульсным стабилизатором фактически уменьшается с увеличением напряжения питания. С линейным регулятором ток остается прежним, а потери мощности (в виде тепла) увеличиваются. Однако регуляторы переключения выходят за рамки этой статьи.


7 — IC Регулятор тока

ИС общего регулируемого регулятора также могут использоваться в качестве регуляторов тока. В таблицах данных (и ниже) показаны примеры, и они работают достаточно хорошо.Эти схемы опираются на опорном 1.25V напряжения, так что ток чувствительный резистор должен упасть, что напряжение во время нормальной работы ограничителя тока. В отличие от версии, показанной выше, в которой используется чувствительный резистор 2,2 Ом на 300 мА (резистор рассеивает ~ 200 мВт), если вы используете, например, LM317, чувствительный резистор должен быть около 4,2 Ом и рассеивать ближе к 400 мВт. Конечно, в этом нет ничего страшного, но это также означает, что на регуляторе требуется немного более высокий перепад напряжения.

Стандартный LM317, используемый в качестве регулятора тока, имеет отличные характеристики.Вниз сторона в том, что опорное напряжение 1.25V, в то время как «опорный» напряжение для дискретной версии, показанной выше, является только 0.7V. Это означает, что LM317 требует большего запаса по напряжению. Моделирование показывает, что показанная ниже схема не будет регулировать ток должным образом, пока входное напряжение не превысит 19,8 В, включая минимальный уровень пульсаций напряжения. C2 используется, чтобы гарантировать, что цепь не колеблется.


Рисунок 9 — LM317 как источник тока

Разницы в опорном напряжении легко видеть, глядя на текущем резисторе — R1 на рисунке 9, и R2 на рисунке 8.В то время как 2,2 Ом достаточно для схемы на Рисунке 8, для LM317 требуется резистор 4,15 Ом, который должен быть рассчитан на 1 Вт. LM317 интересует только одно — напряжение на R1. При условии, это напряжение может поддерживаться на уровне внутреннего опорного напряжения (1.25V), выходной ток фиксируется на 300 мА. Ток равен …

I = V REF / R1
I = 1,25 / 4,15 = 301,2 мА

Если у вас есть запасное напряжение, R1 может быть 4,7 Ом, с резистором и подстроечным резистором, включенными параллельно, как показано на рисунке 10.Стеклоочиститель подключается к регулировочной клемме LM317, позволяя изменять ток. Показанная схема позволяет изменять ток от 267 мА до 340 мА с помощью VR1.


Рисунок 10 — LM317 как регулируемый источник тока

Вы можете использовать LM317 в качестве регулируемого регулятора тока до максимально допустимого тока и рассеиваемой мощности. Он далеко не так эффективен, как импульсный стабилизатор тока, но легко собирается на макетной плате или даже на бирках.Его можно использовать для создания прототипов и проверки концепции или даже в качестве автономного тестового источника для управления мощными светодиодами при тестировании радиаторов и схем освещения (например). Как и в схеме на Рисунке 8, ток будет практически одинаковым независимо от количества используемых светодиодов мощностью 1 Вт. Это предполагает, что прямое напряжение светодиодов примерно на 4-5 В меньше, чем напряжение питания.


8 — Отрицательные регуляторы

В этой статье рассматриваются только положительные регуляторы, но отрицательные регуляторы легко изготовить с использованием тех же основных схем, но с частями противоположной полярности (обратные стабилитроны, PNP вместо транзисторов NPN и наоборот и т. Д.)). Таким образом, негативные регуляторы не рассматриваются сами по себе. Отрицательным эквивалентом регуляторов 78xx является серия 79xx, а LM317 соответствует LM337.

Однако есть одна конфигурация, которая на первый взгляд не выглядит так, как будто она будет работать, но она настолько полезна, что показана здесь. Требуется немного нестандартного мышления, чтобы понять, что если одна сторона источника питания регулируется (например, положительная), то по определению другая сторона (отрицательная) должна также регулироваться.Если бы было иначе, электроника в целом просто не имела бы смысла и не работала бы.


Рисунок 11 — Положительные и отрицательные напряжения с использованием только положительных регуляторов

Фактически, источники питания могут быть полностью раздельными и просто подключаться к минусу верхнего регулятора / источника питания, соединенному с плюсом нижнего. Таким образом могут быть подключены два отдельных импульсных источника питания, и он работает с любым типом источника питания, при условии, что между их вторичными источниками нет другого соединения, кроме того, которое вы делаете сами.Вы даже можете иметь разные напряжения для источников питания + ve и -ve, если хотите (но это не всегда полезно).


9 — опорное напряжение Techniques

Всех напряжения и тока регуляторы требуют опорного напряжения, так как он используется в качестве фиксированной точки, против которого можно сравнить выходное напряжение или ток. Опорное напряжение идеального будет полностью нечувствительны к связанному с возрастом дрейфа, температура и входное напряжением колебаний, так что он будет оставаться в точно таком же напряжении в любое время.Излишне говорить, что идеального эталона не существует, но некоторые хитрости схемы действительно подходят.

Как отмечалось во введении, в схеме клапана используются газоразрядные трубки, и они не являются ни особенно точными, ни стабильными. С появлением кремниевых полупроводников ситуация значительно улучшилась, и стабилитроны стали предпочтительным выбором. Стабилитрон 6,2 В имеет дополнительный положительный и отрицательный температурный коэффициент (tempco) и довольно стабилен в разумном диапазоне температур.Однако напряжение делает изменения по сравнению с током, так что просто резистор не будет обеспечивать опорное напряжение с желаемой стабильностью. Это препятствие обычно преодолевается путем питания стабилитрона от источника постоянного тока — обычно два, причем один обеспечивает эталонный ток для второго.

Если бы можно было построить источник тока, который был нечувствителен к как приложенному напряжению и температурам, то проще опорного напряжения известный является резистором. Если определенный (и идеально регулируемый) ток проходит через резистор с очень низкой температурой, то напряжение на этом резисторе должно быть постоянным.Конечно, вы не можете делать какой-либо ток нагрузки, и сделать прецизионный источник тока вы нуждаетесь ссылкой точного напряжения. Совершив полный круг, очевидно, что нужно что-то более практичное.

Стабилитроны с напряжением пробоя около 6,2 В могут работать при определенном токе и будут показывать очень близкую к нулю температуру, если ток правильный. К сожалению, это не указано в технических данных, и оптимальный ток варьируется от одного диода к другому.Точный необходимый ток можно найти экспериментально, но этот метод требует много времени, и мало кто будет так склонен (в том числе и я). Это особенно верно, когда прецизионные эталонные диоды можно получить легко и дешево.

В µA723 (и LM723) используется стабилитрон 5,7 В с низкой температурой. Еще лучше стабилитрон 5,6 В с температурой + 2 мВ / ° C (типовая), последовательно включенный с диодом с прямым смещением, который имеет температуру -2 мВ / ° C — результат равен нулю. Никогда не получится добиться идеального результата, и прямой ток по-прежнему должен строго контролироваться, чтобы получить стабильное напряжение.

В современных ИС наиболее распространенным эталоном является запрещенная схема. Обратите внимание, что хотя схема и называется запрещенной зоной, на самом деле она не зависит от ширины запрещенной зоны кремния (около 1,205 эВ — электрон-вольт), а просто имеет примерно такое же эффективное напряжение. Да, я знаю, что это не имеет особого смысла и сбивает с толку, но так оно и есть. Существует много различных версий, которые широко используются, и большинство из них в значительной степени зависят от методов обработки IC. Если бы вы построили его из отдельных частей, его почти наверняка нельзя было бы использовать.Находясь на едином куске кремния и все части находятся в непосредственной близости, означает, что все переходы имеют одинаковую температуру друг с другом. В эталонных значениях ширины запрещенной зоны используются схемы с равными, но противоположными температурными коэффициентами — точно так же, как стабилитрон и диод, описанные выше, но при более низком и более полезном напряжении. «Стандарт» (если есть такая вещь) зонного опорного имеет напряжение между 1,2 и 1,5 В — например номинальное опорное напряжение для LM317 является 1.25V.

Если вы хотите точно знать, как делается ссылка на запрещенную зону, в сети есть много информации.Однако большая часть из них не особенно полезна, потому что она очень техническая, и большинство статей посвящено методам изготовления ИС. Конечно, в этом есть смысл, потому что для создания работоспособного эталона запрещенной зоны необходимо изготовить ИС. Однако для полноты картины ниже показана типовая схема. Идея состоит в том, что есть две взаимодополняющие части схемы с равными, но противоположными температурными коэффициентами. В настоящее время часто жестко регулируются, и это не редкость для запрещенной зоны схем в ИСАХ использовать зонные опорное напряжение для стабилизации тока питания, который питает цепь опорного напряжения!


Рисунок 12 — Концептуальная схема эталонной ширины запрещенной зоны

Некоторые примеры опорного напряжения точности включают LM113 (первый, начиная с 1971 года и разработанный Видлар), TL431 и LM336 (как регулируемый), а также многое другое.Концептуальная схема LM113 показана выше. Обратите внимание, что физическая площадь Q2 сделана в 16 раз больше, чем Q1, и это один из нескольких факторов, которые заставляют схему работать. Большинство используют похожую технику.

Интересно отметить, что если вам случится нужен источник тока точности, вам нужна ссылка точность напряжения. В идеале, и в особенности, если входное напряжение может изменяться более чем на небольшом количестве, наилучшим образом к мощности опорного напряжения точность с помощью источника тока.Однако это не должно создавать головоломки, потому что эталонный источник тока должен быть только хорошим, а не идеальным. Мир прецизионных источников (будь то напряжение или ток) требует большого внимания к деталям, и необходимо минимизировать колебания входного напряжения, тока нагрузки и температуры. Операционные усилители часто необходимы, потому что они имеют близко согласованные входные транзисторы, которые будут оставаться при практически одинаковых температурах.

Там, где требуется максимальная точность , всегда было обычной практикой использовать духовку с электронным управлением для повышения температуры окружающей среды схемы, чтобы гарантировать, что изменения температуры окружающей среды будут иметь минимальное влияние на температуру схемы или вообще не повлиять на нее.Излишне говорить, что это необходимо только тогда, когда выполняются измерения с гораздо более высокой точностью, чем обычно — такие методы были обычными для счетчиков с очень высокой точностью, но не являются необходимыми для большинства повседневных приложений. Современный эталон ширины запрещенной зоны часто обеспечивает точность, необходимую для большинства измерений.


10 — Змеиное масло

Прискорбно, но неизбежно, что некоторые люди будут ассоциировать регуляторы напряжения с «магическими» свойствами, способными каким-то образом влиять на «темп, ритм, время и пространство» (и нет, я тоже не знаю, что это должно означать). как звуковая сцена, басовый «авторитет», высокие «воздух» и, в более широком смысле, вкус и ощущение во рту хлопьев для завтрака.Это последнее утверждение (к сожалению) не глупее всех остальных. Почти все без исключения, это вопиющая чушь, и никогда не будет подкреплен результатами двойного слепого теста.

Есть несколько «особых» дизайнов, которые, кажется, привлекли внимание, но я не собираюсь придавать им какое-либо значение, называя имена. Есть несколько (очень немного!) Конструкций, которые требуют лучшего, чем обычно, регулирования, обычно требующего более низкого уровня шума, чем можно достичь с помощью стандартных ИС регуляторов.Часто это происходит из-за того, что конструкция схемы также сильно пропитана змеиным маслом и может иметь особенно плохое отклонение от источника питания или быть чрезмерно чувствительной к сопротивлению источника питания.

Нет сомнений в том, что некоторые из «специальных» регуляторов могут иметь превосходные характеристики с гораздо более низким уровнем шума, чем обычные типы ИС. Если вы хотите поэкспериментировать, они могут быть очень полезными и могут доставить массу удовольствия, пока вы с ними экспериментируете. Тем не менее, они , а не , сделают любой грамотный звуковой дизайн «лучше» или даже «другим» — особенно те, которые используют операционные усилители.

Ничто из того, что я скажу или другие здравомыслящие дизайнеры, конечно, никого не изменит. Если люди склонны верить в «волшебный» аспект звука, они почти наверняка услышат разницу, и это мнение не будет оспорено двойным слепым тестированием, что укрепляет веру в то, что мы можем слышать вещи, которые невозможно измерить или количественно оценить с помощью наука или физика.


Выводы

Регулируемые источники питания используются повсеместно и во многих случаях считаются необходимыми, даже если схемы могут работать достаточно хорошо без регулирования.Простой факт заключается в том, что регулировка источников питания дает нам свободу использовать схемы, которые в противном случае вносили бы в схемы большое количество шума. Обычно дешевле (и конечный результат меньше) использовать регулятор, чем пытаться использовать более продвинутые фильтры для удаления гула и шума 100/120 Гц из источника питания.

В первые дни, когда вентили (вакуумные лампы) были единственными доступными усилителями, регулирование было трудным и дорогостоящим. Клапанные регуляторы использовались только в случае крайней необходимости из-за соображений стоимости и дополнительной надежности.По сегодняшним меркам стабильность регулирования была довольно обычной, но ее было достаточно для приложений того времени. В большинстве случаев дизайнеры пошли на все, чтобы использовать фильтрацию для удаления гула (100 Гц или 120 Гц) от источников питания. В фильтрах использовались катушки индуктивности, резисторы и конденсаторы для удаления шума из наиболее чувствительных частей схемы, а регулируемые источники питания были практически неслыханными для потребительского оборудования.

Сегодня у нас есть широкий спектр регуляторов ИС, точность опорного напряжения ИС и доступ к схеме, которые были бы удивительно дорого, чтобы попытаться достичь всего 50 лет назад.Одной из первых микросхем регуляторов была почтенная микросхема µA723, которая была произведена рядом компаний после ее появления. Впервые он был выпущен Fairchild в 1967 году и сохранился до сих пор. Сомнительно, что многие люди потрудились бы использовать его больше, чем для ремонта существующего продукта, и поэтому я не включил схему, использующую его. Несмотря на свой возраст, это все еще очень хорошая ИС, и ее часто используют, например, в настольных источниках питания.

Для повышения точности в некоторых случаях вы найдете один регулятор, обеспечивающий напряжение для второго регулятора — это схема с двойным регулированием, иногда известная как «суперрегулятор».Это только изолирует второй регулятор от колебаний входного напряжения, но если шум, регулировка нагрузки или температурная стабильность второго регулятора не идеальны, конечный результат, вероятно, не стоит затраченных усилий. Вы, вероятно, получите очень хорошее неприятие гула, но этого в любом случае легко добиться. Имейте в виду, что один слегка сбитый провод или заземление шасси в источнике питания может легко нейтрализовать влияние регуляторов с точки зрения уменьшения шума / гудения.

Существует множество различных ИС регуляторов напряжения от разных производителей, и было бы сложно попытаться включить их все.Прецизионные эталоны также используются в АЦП и ЦАП , особенно в тех, которые предназначены для точных измерительных функций. Вы также должны включить микросхемы импульсных регуляторов как напряжения, так и тока — некоторые из них оптимизированы для того или другого. Количество устройств огромно, особенно с коммутационными типами. Каждый год в каталоги поставщиков добавляется больше, и большая часть спроса на новые устройства обусловлена ​​требованиями к «твердотельному» (светодиодному) освещению.

Линейные регуляторы намного проще спроектировать и построить, чем любые регуляторы импульсного режима, потому что здесь не используются высокие частоты и нет магнитных компонентов, о которых следует беспокоиться.Это делает линейный вариант разумным выбором для тестирования конструкции, даже если заранее известно, что конечный источник питания будет переключателем. Необходимо завершить проектирование и в первую очередь установить требуемые требования к напряжению, току и температуре. Когда все они известны, пора работать над окончательной конструкцией режима переключения.


Список литературы
  1. Трубки газоразрядного регулятора — Википедия
  2. ,
  3. , спецификации 78xx и 79xx (включая версии с низким энергопотреблением)
  4. LM317 / 337 Лист данных
  5. Диод постоянного тока — Википедия
  6. Регулятор тока (регулятор [sic]) диоды — Semitec
  7. Искусство электроники, Пол Горовиц, Cambridge University Press (© 1989)
  8. Опорные значения ширины запрещенной зоны — Аналоговые инновации
  9. Дизайн ссылок на запрещенную зону: испытания и невзгоды — Боб Пиз


Основной индекс
Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2012. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница опубликована и защищена авторскими правами © Род Эллиотт, июнь 2013 г.


Регулятор постоянного тока

Резонансные регуляторы постоянного тока сухого типа Flight Light (ранее Heavy Duty) мощностью 4 кВт и 7,5 кВт обеспечивают точное управление последовательными цепями освещения взлетно-посадочной полосы в системах с низкой и средней интенсивностью …

Соответствие и приложения
FAA: L-828 (AC 150 / 5345-10)

Flight Light (ранее Heavy Duty) 4KW и 7.Резонансные регуляторы постоянного тока сухого типа мощностью 5 кВт обеспечивают точное управление последовательными цепями освещения взлетно-посадочной полосы в системах с низкой и средней интенсивностью. Поскольку они используют чрезвычайно надежную конструкцию SOLA / Hevi-Duty и прочные магнитные компоненты, наши регуляторы не восприимчивы к посторонним сигналам, которые приводят к отказу конкурирующих твердотельных электронных устройств. Фактически, наши устройства проходят испытания на отсутствие помех радиосвязи.

Регулятор поддерживает постоянный ток за счет использования резонансной сетевой цепи.Напряжение с входного трансформатора передается в резонансную сеть через ступенчатые реле яркости. Ток на выходном трансформаторе изменяется в зависимости от напряжения, подаваемого в резонансную сеть. Выходной ток изменяется прямо пропорционально выбранному входному напряжению, которое увеличивается или уменьшается с помощью ступенчатых реле яркости.

Почему наши CCR лучше

  • Магнитные компоненты не восприимчивы к посторонним сигналам и не создают помех для радиосвязи.
  • Простая конструкция упрощает установку и практически не требует обслуживания.
  • Превосходное регулирование тока. Выходной ток стабильный в пределах 0,1 А на любом выходе.
  • Входная цепь электрически изолирована от выходной цепи.
  • Выдерживает входное перенапряжение 120% от номинального в течение 50 миллисекунд с интервалом в одну минуту.
  • Коэффициент мощности превышает отраслевые стандарты: более эффективен, чем требуется FAA.
  • Не активируется переключением нагрузки или переходными процессами.Положительная защита от разомкнутой цепи автоматически отключает регулятор в течение 2 секунд, сбрасывается вручную менее чем за 1 секунду.
  • Возобновляет исходный режим яркости в течение 1 секунды после потери входного питания.
  • Легкий доступ к переключателю дистанционного / местного управления.

Технические характеристики

  • Непрерывная работа в помещении в диапазоне температур от -40 ° F до + 131 ° F (от -40 ° C до + 55 ° C).
  • Напольный вентилируемый шкаф сухого типа с силовыми компонентами, изолированными от функций управления.
  • Отводы на 250, 240, 230, 220 и 208 вольт для различных напряжений питания.

Чарльз Вм. Каннингем, 5785 SE Tangerine Blvd, Стюарт, Флорида 34997-8017. Тел .: 561-220-8449; Факс: 561-220-4798.

LM317 / LM338 / LM350 Калькулятор и схемы регулятора тока


Калькулятор регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

Вы можете использовать этот калькулятор регулятора тока, чтобы изменить значение программного резистора (R 1 ) и рассчитать выходной ток из семейства LM317 / LM338 / LM350, состоящего из трех оконечных регулируемых регуляторов.Этот калькулятор регулятора тока будет работать со всеми регулируемыми стабилизаторами интегральной схемы с опорным напряжением (V REF ) 1,25. Дополнительные сведения об этих регуляторах напряжения см. На странице «Калькулятор регуляторов напряжения LM317 / LM338 / LM350», «Информация и схемы».

Рисунок 2: Схема калькулятора регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

Калькулятор регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

Чтобы определить выходной ток регулятора, введите значение программного резистора (R 1 ) в омах и нажмите кнопку «Рассчитать».Это позволит рассчитать выходной ток в амперах и количество рассеиваемой мощности через R 1 в ваттах.

ПРИМЕЧАНИЕ: для этого онлайн-калькулятора текущего регулятора требуется, чтобы в вашем браузере был включен JavaScript.

Калькулятор регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

ОБНОВЛЕНИЕ — Калькулятор регулятора напряжения LM317 / LM338 / LM350 перемещен на свою страницу, Калькулятор регулятора напряжения LM317 / LM338 / LM350. Пожалуйста, обновите свои закладки.


Листы данных — 3-контактный регулируемый регулятор LM317 / LM338 / LM350


Цепи регулятора тока LM317 / LM338 / LM350

Следующие схемы показывают некоторые из основных применений регуляторов напряжения серии LM317 / LM338 / LM350, когда они сконфигурированы как регулятор тока или источник постоянного тока (CCS).

Рисунок 2: Схема регулятора тока 1 А для LM317 / LM338 / LM350

Рисунок 3: Схема прецизионного ограничителя тока для LM317 / LM338 / LM350

Рисунок 4: Схема зарядного устройства постоянного тока 50 мА для LM317


Перемычки регулятора напряжения

Интеллектуальный регулятор постоянного тока | FAA L-828 и L-829

Соответствие

Сертифицировано FAA L-828 и L-829
AC 150 / 5345-10H

Приложения

Наши регуляторы с ферромагнитным реактором и воздушным охлаждением с микропроцессорным управлением обеспечивают точное управление последовательными цепями освещения взлетно-посадочной полосы в системах средней и высокой интенсивности.

Характеристики

• Микропроцессорное управление для надежного регулирования тока.
• Проверенная технология освещения аэродрома.
• Надежный, долгий срок службы при низкой стоимости жизненного цикла.
• Превосходит требования FAA к рабочим характеристикам.
• Надежен для работы в различных электрических хранилищах.
• Универсален для освещения средней и / или высокой интенсивности.
• Самозащита от перегрузок и коротких замыканий нагрузки.
• Отсутствие шума.
• Воздушное охлаждение — нет опасных охлаждающих материалов.
• Без вредных гармоник.
• Нет тиристоров в последовательных цепях питания.
• Предсказуемость — отсутствие сложной электроники.
• Простота обслуживания.
• Цепь управления для дистанционного управления # 19 AWG в обе стороны.
• Цепи управления защищены автоматическими выключателями, запасных предохранителей не требуется.
• Гарантия 2 года с даты отгрузки или 1 год с даты установки (первая встреча).

Регуляторы FAA L-828

FAA L-827 Монитор

Стандартное оборудование

• Удобный доступ к пользовательским соединениям.
• Напольный отдельно стоящий корпус для простоты замены деталей.
• Возможность штабелирования комплектов.
• Первичные ограничители перенапряжения.
• Первичный выключатель для управления регулятором.
• Переключатель управления для «Дистанционного» (вышка) управления и «Местного» (прямого) управления.
• Внутреннее управление на 120 В переменного тока и возможность подключения внешнего источника питания.
• Защита цепи управления автоматическим выключателем с визуальным индикатором.
• Надежная индивидуальная конструкция трансформатора с микропроцессорным управлением выходным током.
• КПД и коэффициент мощности превышают требования FAA.
• Характеристики сопоставимы с феррорезонансным типом.
• Выходной сигнал с отводом для нагрузки 50% и 75% (стандарт) для повышения эффективности и коэффициента мощности.
• Другие ответвления на выходе доступны по запросу.
• Точно контролирует выходной ток для нагрузок от короткого замыкания до полной нагрузки и для изменения входного напряжения в диапазоне от -5% до + 10% номинального входного тока с 30% отключением ламп.
• Регулятор отключает систему из-за обрыва цепи или перегрузки по току в нагрузке.
• Молниеотводы выходного распределительного типа.
• Выход электрически изолирован от первичной обмотки.
• Плата микроконтроллера взаимозаменяема для разных размеров кВт и разных выходных токов и шагов. Простая замена 3 шага или 5 шагов.
• Светодиодные индикаторы с длительным сроком службы для:
1. Входное питание включено
2. Включен регулятор
3. Неисправность обрыва цепи или перегрузки по току
4. Диагностические светодиоды на плате управления

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *