Содержание

Как правильно подобрать стабилизатор напряжения

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 23-12-2020

В какой части Украины Вы бы ни жили, везде имеет место одна и та же проблема — нестабильная работа централизованной сети. Это приводит к постоянным колебаниям напряжения. К сожалению, многие не в курсе опасности, которую представляет нестабильное электропитание и принимают этот факт как должное. На самом деле, немалая часть поломок электроприборов, например компрессора холодильника, связана именно с некачественной электроэнергией, на работу с которой техника попросту не рассчитана. Вся сертифицированная в Украине бытовая техника гарантированно работает под напряжением 220В с отклонением до 10%.  Производитель не может отвечать за исправность электроприбора, на который подается, например, 190 или 250 вольт. Следовательно, Вы должны позаботиться о защите бытовой техники от некачественной электроэнергии. Именно на этом и специализируется магазин стабильного электропитания «Вольтмаркет».

Самым популярным средством борьбы с некачественной электроэнергией являются стабилизаторы напряжения. Стабилизатор напряжения — это устройство, которое принимает на входе опасную нестабильную электроэнергию, а на выходе выдает качественный безопасный сигнал, пригодный для работы бытовой техники и электроники. Рынок Украины полон самых разнообразных отечественных и импортных моделей. От выбора может закружиться голова, однако, мы выделим основные критерии, определившись с которыми масштабы поиска сузятся с сотен стабилизаторов напряжения до единиц.

Как выбрать стабилизатор напряжения – основные критерии выбора

1.Количество фаз

Первое, на что стоит обратить внимание при выборе стабилизатора напряжения — это тип нагрузки. Вся домашняя бытовая техника — телевизор, компьютер, холодильник — работают от однофазной сети 220В.

Соответственно, если Вы выбираете стабилизатор напряжения для дома, то сужайте поиск до однофазных моделей. Специально для промышленного оборудования в каталоге интернет-магазина «Вольтмаркет» Вы сможете найти трехфазные стабилизаторы.

2. Мощность

Мощность стабилизатора напряжения — это крайне важный критерий. Если выбрать слишком слабую модель, то устройство будет регулярно «уходить в защиту» при превышении максимально допустимого тока. А купив излишне мощный стабилизатор напряжения, Вы банально переплатите за ненужные характеристики. Обычно, для квартир и небольших частных домов выбирают модели из среднего сегмента, такие как ЭЛЕКС АМПЕР 12-1/40 v2.0 или Укртехнология OPTIMUM 9000. Интернет-магазин «Вольтмаркет» осуществляет все стадии обслуживания своих клиентов: от консультации по выбору оборудования до подключения и настройки. Поэтому, если Вы не знаете, на какую мощность рассчитывать при выборе стабилизатора, обратитесь к нашим специалистам.

3. Тип стабилизации

Все особенности работы стабилизатора напряжения зависят от применяемого типа стабилизации. Самые популярные из них — это релейный, электронный и сервоприводный. Каждый обладает достоинствами и недостатками, взвесив которые Вы сможете легко и правильно выбрать стабилизатор.

  • Электронные стабилизаторы напряжения являются самыми распространенными в нашей стране. Их принцип работы основан на ступенчатом тороидальном трансформаторе с множеством обмоток (ступеней), которые коммутируются полупроводниковыми тиристорами. В зависимости от выбранной ступени меняется коэффициент трансформации и, соответственно, выходное напряжения. К достоинствам данного типа стабилизаторов напряжения можно отнести отсутствие подвижных деталей
    , что делает их крайне надежными, практически бесшумную работу и высокую скорость реакции. Электронный стабилизатор реагирует на сетевые колебания в течение 20 миллисекунд, выдавая на выходе чистый сигнал. К минусам можно отнести ступенчатый принцип регулировки. Выходное напряжение меняется не плавно,а скачкообразно с разницей в одну ступень, которая, в зависимости от точности конкретной модели, в среднем составляет 5-10В. Этот недостаток никак не воспринимается холодильником и прочей бытовой техникой, отчего электронные стабилизаторы напряжения — крайне популярный выбор для дома и квартиры.
  • Релейные стабилизаторы работают по тому же принципу, что и электронные, поэтому по большей части имеют те же достоинства и недостатки. Разница лишь в том, что коммутацию ступеней трансформатора производят не тиристоры, а электромагнитные реле, которые имеют меньше (но,тем не менее, тоже крайне большой) ресурс работы и издают характерный щелчок при каждом переключении. Их достоинством является самая низкая цена среди всех остальных типов, однако они постепенно уступают место электронным моделям.
  • Сервоприводные, они же электромеханические стабилизаторы напряжения являются достойным конкурентом электронным моделям. Подробная информация поможет выбрать нужный. Особенностью сервопривода является то, что вместо ступени он коммутирует при помощи скользящего контакта каждый виток трансформатора. Как результат — максимально плавная регулировка напряжения и высокая точность выходного сигнала. Выбранные стабилизаторы отлично подходят для сетей, которым характерно стабильно завышенное или заниженное напряжение без резких перепадов, так как сервопривод не может мгновенно подстроиться под резкое изменение входного сигнала, как это делают электронные и релейные аналоги. Это происходит ввиду того, что при сильных колебаниях сетевого напряжения сервоприводу может потребоваться целая секунда, и даже больше, чтобы установить токопроводящий контакт в требуемое положение. Другим недостатком данных стабилизаторов является звук, издаваемый сервоприводом в момент вращения, поэтому их желательно подключать в отдельном помещении, например в котельной.

  • Также существуют электронные бесступенчатые стабилизаторы, которые благодаря различным дополнительным схемам способны осуществлять стабилизацию электронного типа с высокой скоростью срабатывания, но без характерных для ступеней “шагов” регулирования. Основным недостатком данного типа стабилизаторов является высокая цена, отчего их затмили более дешевые аналоги, упомянутые выше.

4. Характеристики

С мощностью мы уже довольно легко определились, однако количество характеристик у отдельно взятого стабилизатора напряжения очень велико. Не стоит этого пугаться, ведь при выборе особо важными являются буквально несколько из них.

  • Точность стабилизации

Как выбрать нужный аппарат опираясь на данный параметр? Ответ – легко! Именно он определяет, насколько выходное напряжение может отклоняться от требуемых 220В (или 380В в случае с трехфазными моделями). Стабильно высокой точностью обладают сервоприводные модели, у которых данный показатель обычно составляет 1-3%. Это просто отличный выбор для самых чувствительных электроприборов, однако домашняя бытовая техника, такая как холодильник или газовый котел, допускают отклонения до 10%, что и объясняет огромную популярность электронных стабилизаторов. Модели электронного типа в зависимости от количества ступеней стабилизации чаще всего обладают точностью 2,5-7%, чего вполне достаточно.

Некоторые флагманские электронные стабилизаторы напряжения, например ЭЛЕКС ГЕРЦ 36-1/40 v3.0 благодаря наличию 36 ступеней достигают точности 1%, догнав, и уверенно обогнав сервоприводные аналоги.

  • Рабочий диапазон стабилизации

Стабилизаторы напряжения не могут обеспечивать выход 220В при абсолютно любом номинале на входе. У каждой модели есть свой допустимый рабочий диапазон, на который следует обращать внимание. В наличии нашего интернет-магазина также есть особые стабилизаторы со сдвинутым в ту или иную сторону рабочим диапазоном, рассчитанные на сети, для которых характерны либо сильнейшие просадки, либо регулярные скачки напряжения. При выходе за рабочий диапазон, стабилизатор чаще всего отключает нагрузку и сообщает об аварии, поэтому данная характеристика является крайне важной при выборе конкретной модели.

  • Прочие особенности и функции стабилизаторов

Каждый стабилизатор напряжения индивидуален. Поэтому, определившись с критично важными характеристиками, Вы вышли на финишную прямую и дальнейший выбор зависит от Ваших индивидуальных предпочтений в дизайне корпуса, типе монтажа, органах управления, функционале меню и так далее.

О том как выбрать стабилизатор напряжения для газового котла читайте рекомендации в нашей статье.

При покупке стабилизатора напряжения в интернет-магазине «Вольтмаркет», Вам не стоит волноваться за подключение и настройку устройства, с этим Вам с радостью помогут наши квалифицированные специалисты. Если Вы хотите разобраться как выбрать стабилизатор напряжения, лучше всего посетите одну из наших торговых точек в Киеве или Днепре, чтобы лично ознакомиться с функционалом интересующих моделей и получить ответы на все интересующие Вас вопросы.

Как выбрать стабилизатор напряжения. Вольтра

Стабильные характеристики электросети являются залогом долгой и верной службы электроприборов. Наверняка все замечали, как освещение в комнате становится более тусклым или, наоборот, более ярким. Это признаки нестабильного напряжения в электросети. Наиболее опасны для техники резкие скачки напряжения: так, изменение этого параметра на 10% способно уменьшить срок службы электроприборов в 4 раза.

Скачки напряжения случаются даже в мегалополисах, что уже говорить о более мелких городах, деревнях или дачных поселках. Ремонтные мастерские регулярно принимают технику, вышедшую из строя из-за скачков напряжения.

Почему же скачет напряжение? Изменение характеристик сети неизбежно – любое включение или выключение электроприбора уменьшает или повышает нагрузки на сеть. К примеру, при использовании сварки в гаражном кооперативе свет тускнеет в такт работе сварщика. На качество тока также влияет общая нагрузка в сет.К примеру, в жилых многоквартирных домах нагрузка на сеть заметно вырастает по вечерам, когда большинство людей находятся дома. Еще одна причина падения напряжения кроется в самих проводах: чем они длиннее, тем больше потерь происходит. По этой причине довольно часто страдают дачные поселки и деревни.

Кто покупает стабилизаторы напряжения? В первую очередь, основными покупателями являются предприятия, производства, офисы и различные учреждения – скачок напряжения не только грозит солидными растратами на ремонт или покупку всего оборудования, но и влияет на работоспособность всего производства. Трудно работать в офисе, если компьютеры выключается едва ли не каждые 10 минут. Кроме того, на предприятиях с точными и сложными приборами стабильное напряжение является обязательным фактором для работы. Покупка стабилизатора напряжения для дома – вопрос и личное дело каждого, и если в квартире без него еще можно обойтись, то в частном доме или на даче жизнь без стабилизатора становится слегка напряженной.

В электротехнике существует несколько видов преобразователей напряжения. В данном случае речь идет о корректирующих стабилизаторах переменного тока. Они призваны регулировать напряжение, которое подается на технику – холодильники, стиральные машины, компьютеры и прочее. Главной задачей стабилизаторов является приведения характеристик тока к стандартным (и самое главное – стабильным) показателям. Это обеспечит сохранить подключенное оборудование или технику и продлит срок их службы.

Если Вы задумались о покупке стабилизатора напряжения для дома, стоит понять наверняка, существует ли необходимость в его приобретении. Для этого необходимо с помощью тестера несколько раз в будний и выходной дни произвести замеры. Критическими показателями являются 198В и 242В – выход за эти пределы способен испортить технику, покупать стабилизатор стоит для защиты всей сети. В среднем электроприборы способны выдерживать колебания напряжения в пределах 10%, но срок их эксплуатации при этом сокращается. Лампочки начинают перегорать при выходе из диапазона 205-235В. Если напряжение колеблется в пределах 210-230В, имеет смысл задуматься о покупке стабилизатора напряжения для одного самого дорогого прибора.

Стабилизатор подключается к сети таким образом, что ток подается на технику только после прохождения через него. Несмотря на одну функцию, различают три вида стабилизаторов – ферромагнитный, электромеханический, электронный (цифровой). Первоначально электромагнитные стабилизаторы были распространены больше всего, но сейчас наиболее популярны цифровое и электромеханические устройства – рассмотрим их подробнее.

Виды стабилизаторов напряжения

Электромеханические стабилизаторы

В основе такого устройства находится автотрансформатор с проводами, которые автоматически переключаются. Грубо говоря, это катушка с обмоткой из медной проволоки. Вторым главным элементом стабилизатора является электромагнитный механизм с ползунком. Если входное напряжение пониженное, этот ползунок перемещается вверх и повышает напряжение на выходе, и, соответственно, наоборот. В качестве ползунка используются графитовые щетки. Они способны установить необходимое выходное напряжение с погрешностью всего до 2%, регулировка напряжения – плавная. В некоторых стабилизаторах напряжения – например «Ресанта» – используются сразу две графитовые щетки, за счет этого возрастает скорость регулировки напряжения. Некоторые особо мощные стабилизаторы (30кВт и больше) оснащаются также дополнительным трансформатором.

В работе электромеханические стабилизаторы бесшумны, даже несмотря на наличие движущихся частей. Они не вносят в сеть никаких искажений и устойчивы к помехам в сети. Точность напряжения на выходе таких стабилизаторов достаточно высока, поэтому к ним можно смело подключать чувствительную аудиоаппаратуру, медицинские и измерительные приборы.

Из недостатков стоит отметить особенность эксплуатации, связанную с наличием движущихся щеток. Они подвержены естественному износу и требуют регулировки, ухода и замены. При изменении показателей электросети возможно небольшое отставание в их реакции. Мощные стабилизаторы отличаются внушительными габаритами и весам. Устройства достаточно требовательны к условиям эксплуатации: температура в помещении не должна быть ниже -5 градусов или выше +40 градусов. И естественно, использование их во влажных помещениях недопустимо.

Электронные (цифровые) стабилизаторы

Приборы этого типа производят регулировку напряжения ступенчато – из-за этого такие стабилизаторы также называются «дискретными». Как и в электромеханических стабилизаторах, в их основе находится автотрансформатор. Но графитовых щеток нет – вместо них используются реле или полупроводники (тиристоры и симисторы).

Работа цифровых стабилизаторов осуществляется по следующему принципу: каждый виток на трансформаторе добавляет от 4 до 22В (у однофазных). Реле или электронные ключи включают необходимую обмотку. Точность регулировка в зависимости модели колеблется от 2 до 10%. Этот показатель зависит от количества обмоток. Рассмотрим на примере бытового стабилизатора напряжения с точностью 8%, каждая обмотка которого прибавляет 17,6В. Если входное напряжение составляет 195В, происходит подключение двух обмоток – выходное значение составляет 230,2В. Регулировка происходит достаточно быстро, но при этом несколько страдает точность. Если точность стабилизатора составляет 2%, то при таких же показателях на выходе будет напряжение 221,4В. При этом будет задействовано шесть обмоток, соответственно, увеличится время регулировки. Большое количество элементов системы увеличивает ее цену, надежность, при этом, остается такой же.

Разница в точности моделей не столь критична, как может показаться. Бытовая техника способна нормально функционировать при изменении напряжения в пределах +/- 10%. Таким образом, холодильники, насосы и другие приборы с электродвигателем или нагревательным элементом будут работать нормально. Что касается компьютеров, домашних кинотеатров и другой точной бытовой электроники, то для них лучше купить стабилизатор с меньшей погрешностью. Электронные стабилизаторы напряжения оснащены цифровым управлением. Все управляющие элементы размещаются на одной микросхеме, что позволило значительно уменьшить вес и габариты прибора. Стабилизаторы оснащены электронным дисплеем, который, как правило, расположен на фронтальной части корпуса. На него выводятся значения входного и выходного напряжения.

Из преимуществ цифровых стабилизаторов стоит отметить отсутствие движущихся частей – отныне можно забыть о замене графитовых щеток. Качество стабилизатора и срок его службы напрямую зависят от качества тиристоров и симисторов. Кроме того, некоторые модели можно использовать в довольно суровых условиях – при температуре от -20 и ниже.

Недостатком электронным стабилизаторов напряжения является слабая перегрузочная сопротивляемость. Электронные ключи достаточно нежные, и большие нагрузки или короткое замыкание способны быстро вывести их из строя. При покупке цифрового стабилизатора желательно иметь как можно больший запас мощности.

Виды стабилизаторов напряжения по типу сети

Однофазные стабилизаторы напряжения используются в помещениях с однофазной электросетью – 220В. Мощность однофазных стабилизаторов составляет от 0,5 до 30кВт. Такой диапазон позволяет обеспечить защиту как всей техники в доме, так и отдельных устройств или приборов.

В помещениях с трехфазной сетью 380В необходимо использовать трехфазные стабилизаторы. Они представляют собой три однофазных стабилизатора, скомпонованных между собой. Мощность трехфазных стабилизаторов составляет от 3-30кВт и больше. Существуют модели стабилизаторов, мощность которых превышает 100кВт – это три трансформатора с одним сердечником.

И однофазные, и трехфазные стабилизаторы могут быть как электромеханического, так и электронного типа.

Технические характеристики стабилизаторов

При покупке стабилизатора для дома или дачи основная информация, на которую стоит ориентироваться, – технические характеристики прибора.

Однофазные и трехфазные стабилизаторы

Об этих типах стабилизаторов мы подробно рассказывали чуть выше, но все же рассмотрим основные случаи. В быту преимущественно используется однофазная сеть с напряжением 220В, в многоквартирных жилых домах с электроплитами есть трехфазная сеть. Кроме того, трехфазные сети можно встретить на дачах и в частных домах.

В сети 220В можно применять однофазные стабилизаторы напряжения. В сети 380В возможны комбинации из трех- и однофазных моделей.

Мощность

Все электроприборы при включении создают нагрузку на сеть – при подключении к стабилизатору эта нагрузка переходит на него. Нормальная работа стабилизатора будет обеспечена только в том случае, если мощность подключенных приборов не превышает его собственную. Если это условие будет нарушено, сработает защита и стабилизатор отключится. Чем больше витков обмотки и чем больше диаметр проволоки, тем выше будет мощность прибора. Эти параметры также напрямую влияют на вес и размеры прибора.

Мощность стабилизаторов напряжения в зависимости от модели может составлять от 0,5 до 100кВт. Приборы с минимальной мощностью покупают для защиты конкретной техники. Для защиты всех устройств необходим стабилизатор большой мощности – о том, как высчитать этот параметр, мы расскажем чуть ниже.

Входное напряжение

Основой стабилизатора является автотрансформатор, который состоит из первичной и вторичной обмотки. При его создании учитываются мощность и входное напряжение. По их значениям рассчитывается сечение проволоки, а также количество витков. Как правило, каждый производитель придерживается собственных «традиций». Так, у всех однофазных приборов «Ресанты» этот показатель составляет 140-260В, трехфазных – 240-430В. У других производителей этот диапазон может равняться 160-250В для однофазных и 280-430В для трехфазных. Выбор входного напряжения стабилизатора очень прост – оно не должно выходить за пределы напряжения электросети. Так, стабилизатор с входным напряжением 160В уже не сможет работать с сетью, напряжение которой составляет 150В.

Выходное напряжение

Выходное напряжение является прямым результатом работы стабилизатора. При его покупке стоит обращать внимание не только на значения в 220 или 380В, но и на погрешность, выраженную в процентах. Она отображает допустимые отклонения от нормы.

Как мы уже говорили, более точными являются электромеханические стабилизаторы. Значение погрешности любого из них не будет превышать 3%. Погрешность у электронных стабилизаторов может составлять от 2 до 10%. Чем дороже стабилизатор, тем он точнее – на стоимость напрямую влияет количество витков обмотки и электронных ключей. Для защиты всей сети лучше выбирать стабилизатор с минимальной погрешностью.

Частота питающей сети

Напряжение сети – важный, но не единственный ее параметр. Вторым важным показателем является частота питающей сети. Отклонения до 0,2Гц считаются достаточно серьезными, до 0,4Гц – критическими. Превышение этого отклонения способны нарушить работоспособность техники. К примеру, повышенной чувствительностью к колебаниям частоты отличаются асинхронные двигатели, которые используются в отопительных котлах (смотрите стабилизаторы для котлов) и насосах. Двигатели начинают работать с переменной частотой, что приводит к его поломке. Лучшим выходом станет покупка стабилизатора напряжения. Все модели, которые доступны к покупке в Беларуси, поддерживают частоту 50Гц.

Точность и скорость стабилизации

Как мы уже писали, точность стабилизаторов напряжения колеблется в пределах 2-10%. Этого вполне достаточно для большинства бытовой домашней техники. Для более нежной и чувствительной аппаратуры необходимо выбирать стабилизатор как можно с меньшей погрешностью. Скорость стабилизации отображает время реагирования стабилизатора на изменение характеристик тока. Чем меньше будет это время – тем лучше, однако, критичным этот параметр не является.

Габариты и вес

Вес стабилизаторов напряжения может колебаться от 3 до 700 кг, габариты – от размеров ящика до внушительного шкафа. При покупке стабилизатора для дома этот параметр играет немаловажную роль. Среди устройств с мощностью до 10кВт особую популярность у покупателей завоевали цифровые стабилизаторы с дисплеем – благодаря своей компактности, аккуратному внешнему виду, простоте отображения всех показателей на дисплее, а также некоторым другим показателям.

Системы стабилизаторов.

Как и любая сложная техника, у стабилизаторов напряжения есть не только чисто технические характеристики, но и дополнительные функции, которые упрощают работу с ними.

Защита по выходному напряжению – стабилизатор, как и любой другой прибор, имеет свой рабочий диапазон. Если напряжение в сети выходит за его пределы, стабилизатор отключает нагрузку. Как только происходит выравнивание необходимых характеристик ток, подача электроэнергии на приборы возобновляется.

Защита от перегрузки следит за мощностью подключенных к стабилизатору приборов. При превышении допустимой мощности, нагрузка на прибор будет отключена.

Защита от грозовых разрядов и коротких замыканий позволит сохранить стабилизатором работоспособным при возникновении перечисленных явлений.

Тепловая защита или термозащита отключит прибор при достижении критической температуры трансформатором. Это предупредит порчу прибора.

Байпас – функция провода тока напрямую, без участия стабилизатора. Может быть полезна в случае отключенной техники – это сэкономит электроэнергию.

Фильтрация сетевых помех помогает бороться с различными искажениями на входе.

Вольтметр и амперметр позволят следить на силой тока и его напряжением. Вольметр отражает входные и выходные показатели, амперметр замеряет ток на выходе.

Кроме того, работу некоторых моделей стабилизаторов можно отслеживать с помощью компьютера. Цифровые стабилизаторы также могут оснащаться пультом дистанционного управления.

Порядок выбора бытового стабилизатора напряжения

При решении о покупке стабилизатора напряжения в первую очередь следует определиться с количеством фаз. Следующим шагом станет замер напряжения, определение которого станет основным критерием выбора рабочего диапазона стабилизатора.

Следующим важным шагом является определенность мощности стабилизатора. Для этого необходимо сложить мощность всех устройств и техники. Приблизительное энергопотребление распространенной технике можно увидеть в таблице.

Наименование техники Потребляемая мощность, Вт
Промышленное и строительное оборудование
кондиционер 1000 – 3000
компрессор 750 – 2800
дисковая пила, циркулярная пила 750 – 1600, 1800 – 2100
электромотор 550 – 3000
водяной насос, насос высокого давления 500 – 900, 2000 – 2900
дрель, перфоратор 400 – 800, 900 – 1400
электролобзик, электрорубанок 250 – 700, 400 – 1000
шлифмашинка 650 – 2200
Бытовые электроприборы
телевизор 100 – 400
стиральная машина 1800 – 3000
фен, утюг 500 – 2000
тостер, кофеварка 700 – 1500
пылесос 400 – 2000
холодильник 150 – 600
духовка, микроволновка, электрочайник 1000 – 2000
компьютер 400 – 750
накопительный водонагреватель 1200 – 1500
проточный водонагреватель 5000 – 6000
обогреватель 1000 – 2400
электролампы 20 – 250

Перечисленные характеристики являются примерными – ни в коем случайте не используйте их для конечных расчетов! Более точную информацию о своей технике необходимо искать в паспортах или инструкциях.

После того, как Вы точно узнали мощность всех электроприборов, можно приступать к подсчетам мощности бытового стабилизатора. К примеру, в квартире постоянно работают холодильник, осветительные приборы, компьютер и телевизор. Итого получается 1950Вт.

Также стоит учитывать мощность электроприборов, которые включается периодически – чайники, пылесосы, утюги, стиральные машины и др. Предположим, что к нашей основной технике периодически добавляются утюг, микроволновка и обогреватель – суммарная мощность этих приборов составит 6400Вт.

Таким образом, максимальное значение потребляемой мощности будет состоять из этих двух сумм и составит 8350Вт.

После этого необходимо определить коэффициент изменения напряжения в сети. Для этого необходимы данные, полученные при замере входного напряжения.

Коэффициент изменения представлен в таблице.

Напряжение однофазной сети 130 150 170 210 220 230 250 270
Коэффициент отклонения 1,69 1,47 1,29 1,05 1 1,05 1,29 1,47

Коэффициент отклонения трехфазной сети определяется точно также, для этого необходимо взять диапазон +/- 380 В

Предположим, что в нашем случае напряжение в сети составляет 150В – необходимый нам коэффициент равняется 0,47.

Максимальное значение потребляемой мощности умножаем на коэффициент и получаем значение 12274Вт. Значит, стабилизатор напряжения должен иметь мощность как минимум 12Вт.

Важно: электроприборы с моторами в момент включения значительно увеличивают нагрузку на сеть. Это относится к стиральным машинам, холодильникам и другим приборам. Поэтому, необходимо покупать стабилизатор с запасом мощности – 20% является необходимым минимум. Кроме того, запас мощности позволит в дальнейшем подключать дополнительные электроприборы.

При покупке стабилизатора для предприятия, расчеты можно производить аналогичным образом, но стоит помнить об одном условии: мощность устройства должна быть в 3 раза больше номинальной, если к нему планируется подключение оборудования с асинхронными двигателям, компрессоров, насосов и др.

Чтобы избежать этих расчетов, можно также воспользоваться специальными токоизмерительными клещами. Их щупы прикрепляются к проводу, а энергию продолжает поступать к потребителям. Достаточно включить все электроприборы и прибор покажет потребляемую мощность, а также силу тока и сопротивление. Такой способ более точный, чем расчет.

После определения мощности стоит определить точность стабилизации. Ее погрешность измеряется в процентах, чем они больше – тем менее точный прибор. Для большинства техники будет допустима погрешность до 10%, однако, некоторым устройствам нужен более точный параметр. Желательно узнать это значение для каждого электроприбора в доме – в паспорте, инструкции, в местах выхода силовых кабелей или на сайте производителя.

Правила работы со стабилизатором напряжения: установка и начало использования

Как правило, установку и обслуживание стабилизаторов на предприятиях доверяют специалистам. Мы же рассмотрим, как правильно работать со стабилизатором дома.

Если стабилизатор был приобретен в холодное время года, необходимо перед подключением дать простоять ему без работы в нормальных условиях. Производители рекомендуют, чтобы это время составляло не менее суток. С подключением большинства моделей способен справится человек с базовыми навыками, в противном случае некоторые работы все же придется доверить специалисту.

Место установки

Место установки прибора должно отвечать всем требованиям в паспорте стабилизатора. Для большинства бытовых однофазных стабилизаторов минимальная температура составляет +5С. Использование трехфазных стабилизаторов допускается при температуре не ниже -5С. Максимальная температура большинства моделей составляет 45 градусов, поэтому не стоит ставить прибор на места с длительным воздействием солнечных лучей.

Стабилизатор во время работы нагревается, поэтому для отвода тепла в корпусе предусмотрена естественная или принудительная вентиляция. Расстояние между корпусом с вентиляционными отверстиями и стенами должно составлять не менее 50 см.

В зависимости от крепления стабилизатора, различают напольные и настенные модели. Первые можно поставить на пол, на полку или на стол, если позволяет вес изделия. Под стабилизатором не должно быть ковра, так как последний нарушает теплообмен.

Кроме того, не стоит забывать, что, несмотря на все заверения производителей, стабилизаторы напряжения все же шумят – негромко, но тем не менее. Поэтому от установки стабилизатора в спальне лучше отказаться. Идеальным решением станет установка его в нежилые комнаты – прихожую, гардеробную или подсобку.

Правила подключения стабилизатора напряжения

Самым главным правилом при подключении стабилизатора является его заземление. Для его проводки необходимо протянуть медный провод от корпуса к шине заземления. Это мера предосторожности напрямую влияет на безопасность прибора – она защищает пользователя от удара электрическим током. Кроме того, за счет этого уменьшается электромагнитный фон, чрезмерный уровень которого также способен повлиять на здоровье человека. При отсутствии необходимых навыков монтаж заземления лучше производить с помощью квалифицированного специалиста.

Сначала рассмотрим вариант подключения стабилизатора напряжения для отдельной техники – например компьютера, домашнего кинотеатра или холодильника. Для этих целей покупают однофазные стабилизаторы напряжения с мощностью в пределах 3кВт. При подключении стабилизатор обязательно должен быть выключен. Для подключения большинства стабилизаторов с небольшой мощностью не нужно иметь специальные знания: стабилизатор включается в сеть, а уже к нему подключается техника.

Существуют модели стабилизаторов, у которых на корпусе расположены клеммы. Чтобы его подключить, необходимо приобрести и подключить к ним шнур питания с вилкой. К клеммам прикрепляются соответствующие провода шнура. После этого необходимо включить стабилизатор на несколько секунд, чтобы на вольтметре отобразилось значение 220В. После этого стабилизатор необходимо отключить. Таким образом, щетки или электронные ключи установятся на свои рабочие положения. Провод с розеткой подключаются на выходные клеммы. После этого возможно подключать бытовую технику.

Теперь рассмотрим вариант подключения стабилизатора напряжения для защиты всей техники в доме. Для этих целей используются однофазные или трехфазные стабилизаторы. В случае, когда от распределительного щитка подается напряжение 380В, можно установить трехфазный или три однофазных стабилизатора, соединенных между собой. Последний способ более надежен – если один стабилизатор выйдет из строя, остальные продолжат работать. Но этот способ также и более затратный.

Чтобы подключить стабилизатор для всего дома, необходимо соединить фазу и ноль с выхода счетчика к соответствующим клеммам стабилизатора. Перед подключением техники, необходимо привести стабилизатор в рабочее положение способом, о котором мы писали выше. После этого к нагрузке стабилизатора необходимо подключить нейтральный провод от счетчика. Фазу к нему подключают от выходных клемм стабилизатора.

Эксплуатация

После всех необходимых манипуляций с проводами, можно включать стабилизатор. После этого он будет работать в автоматическом режиме. Даже если свет пропадет во всем доме, то после возобновления его работы, стабилизатор включится сам.

Как правило, производители стабилизаторов напряжения стараются максимально защитить их от неблагоприятных воздействий. Однако не стоит ставить на прибор бутылки с жидкостью или, например, чашку с чаем. Кроме того, по правилам электробезопасности, следует исключить возможность контакта корпуса с металлическими предметами. Следует следить за тем, чтобы вентиляционные решетки не были чем-нибудь перекрыты – в противном случае, существует вероятность выхода стабилизатора из строя из-за перегрева.

Еще один важный момент в эксплуатации стабилизатора – помнить о пределах его мощности. Перед подключением новых приборов необходимо проверить, выдержит ли стабилизатор дополнительную нагрузку. Как правило, если стабилизатор изначально был куплен со значительным запасом мощности, таких проблем не возникает.

Стабилизатор практически не требует ухода – необходимо лишь изредка протирать его корпус от пыли и следить за чистотой вентиляционных отверстий. При этом нельзя использовать влажные тряпки и моющие средства. В случае поломки стабилизатора, не стоит пытаться чинить его самостоятельно – ремонт должен производиться в сервисном центре.

Дополнительные расходы на стабилизатор

Большинство стабилизаторов готовы к работе «из коробки», но в некоторых случаях к ним необходимо докупить некоторые вещи.

Провода

Если у стабилизатора для подключения есть только клеммы, в таком случае необходимо отдельно приобретать провода. Они различаются между собой по сечению, количеству жил и допустимому напряжению. Напряжение – самый простой параметр. Провод с допустимым напряжением 380В можно использовать как в трехфазной, так и в однофазной сети. Если провод рассчитан на напряжение 220В, использование его в трехфазной сети недопустимо.

Количество жил – также немаловажный параметр. Проще говоря, жила – это проводник. В зависимости от провода, в нем может быть как одна, так и несколько жил, которые скручивают и закрывают изоляционной оболочкой. Чем больше будет жил, тем надежнее будет провод. Важным фактором является материал, из которого они изготовлены. Для стабилизатора лучше всего приобретать провода с медными жилами – они прочнее алюминия, а токопроводящие свойства выше.

Самым главным параметром при покупке провода является сечение кабеля. Сечение кабеля необходимо рассчитывать отдельно. Для этого необходимо мощность стабилизатора в ВА (ВА=Вт/0,7) разделить на минимальное входное напряжение. Таким образом мы узнаем максимальную силу тока на входе. После этого полученное значение силы тока необходимо найти в таблице. В случае несовпадения силы тока с данными в таблице, выбор сечения необходимо производить в большую сторону. Так, если ток равняется 46А, то необходимое сечение провода составит 6 мм. кв.

Ток, А Сечение, мм2
11 0,5
15 0,75
17 1,0
23 1,5
26 2,0
30 2,5
41 4,0
50 6,0
80 10,0
100 16,0
140 25,0
170 35,0

Все провода, которые есть в продаже, обозначены соответствующей маркировкой. Так как нам необходим медный кабель, в маркировке не должно быть буквы А – это провод с алюминиевым жилами. Другие буквы означают вид изоляции, первая цифра – это сечение, вторая – количество жил.

Как мы уже говорили, для подключения стабилизатора необходимо заземление – сечение кабеля составляет 2,5 мм. кв. Длину проводу стоит определять исходя из места монтажа. Для подключения стабилизатора к розетке, необходим кабель с вилкой.

Монтаж проводов удобнее всего производить с помощью крепежных скоб. Их размеры зависят от диаметра кабеля. Для соединения несколько проводов лучше всего использовать пластиковые хомуты – они дешевые и надежные. Самым простым способом изоляции станет изолента.

Автоматический выключатель

Автоматический выключатель устанавливают между счетчиком и стабилизатором. Его основная задача – защита прибора от коротких замыканий и перегрузок. Его «амперы» должны превышать максимальную силу тока стабилизатора, которую мы рассчитывали выше.

Трехходовой перекидной рубильник

Это устройство позволит сделать байпасную линию, которая будет подавать электроэнергию в обход стабилизатора. К примеру, подобная линия может понадобиться для подключения сварочного аппарата.

Дополнительное оборудование

При подключении стабилизатора самостоятельно могут понадобиться мультиметр, измерительные клещи или индикаторная отвертка.

Мультиметр (проще говоря – тестер) измеряет напряжение, силу тока и сопротивление. Замеры производят с помощью щупов, результат выводится на дисплей или шкалу.

При помощи токовых клещей можно измерить ток, напряжение, сопротивление или частоту провода, проверить его изоляцию на целостность. Для этого достаточно поместить проводник между двумя щупами.

Индикаторная отвертка (отвертка-пробник) позволяет определить фазу и ноль. От обычной ее легко отличить по внешнему виду – прозрачная ручка с диодом внутри.


Выбор стабилизатора напряжения | Заметки электрика

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта http://zametkielectrika.ru.

В прошлой статье я рассказывал Вам про необходимость установки стабилизатора напряжения для дома, показатели качества электрической энергии и типы стабилизаторов. Сегодня проведем выбор стабилизатора напряжения по мощности на примере своего дома (дачи) в деревне. В конце статьи я расскажу Вам про виды крепления и установку стабилизаторов напряжения.

Пример выбора стабилизатора напряжения для однофазной сети

Вы решили приобрести стабилизатор напряжения, но не знаете, как его правильно выбрать. Привожу наглядный пример выбора стабилизатора напряжения для своего «домика в деревне».

Пока речь завели про деревянный дом, то рекомендую Вам почитать мои следующие полезные статьи:

1. Однофазная или трехфазная сеть

Для начала необходимо узнать количество фаз питающего напряжения. В моем примере это однофазная сеть, поэтому мне будет достаточно выбрать один однофазный стабилизатор напряжения.

Если у Вас трехфазная сеть, то в таком случае необходимо выбирать трехфазный стабилизатор напряжения, либо три однофазных стабилизатора, соединив их  «звездой».

2. Мощность потребителей

Теперь нам нужно определиться с мощностью потребителей, для которых будем использовать стабилизатор напряжения. Это может быть один или несколько электроприемников. Также стабилизатор напряжения можно установить на вводе для абсолютно всех потребителей. Но об этом чуть позже.

Мощность всех потребителей выписываю в один список с указанием их активной мощности. Активная мощность измеряется в ваттах (Вт). Ее можно найти в руководстве (паспорте) на прибор или на корпусе самого прибора.

Вот мой составленный список:

Подход к расчету мощности для выбора стабилизатора напряжения должен быть рациональным, ведь у Вас не всегда включены в сеть все перечисленные выше потребители. Поэтому здесь нужно точно определиться, что у нас будет включено одновременно.

Если не хотите с этим «заморачиваться», то берите всю мощность.

Например, для себя я определил потребителей, которые могут быть включены одновременно:

Далее из полученного списка необходимо выбрать те приборы, в которых содержатся электродвигатели.

Это нужно нам для того, чтобы учесть их пусковые токи, которые достигают величину в 3-5 раз больше, чем номинальные. Пусковая мощность или пусковой ток этих потребителей можно найти в паспортах. Если паспортов уже давно нет, то можно воспользоваться приблизительным расчетом, умножив их номинальную мощность на 3. Я так и сделал.

Далее рассчитаем общую полную мощность. Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА) и отличается от активной мощности на коэффициент мощности «косинус фи» (cosφ). Этот коэффициент всегда указан в паспортах на приборы. Опять же, если паспортов у Вас нет, то можно принять приближенный cosφ = 0,75.

Еще хочу заметить, что нагреватель и утюг имеют cosφ = 1, т.к. это чисто активная нагрузка, которая идет только на образование тепла.

Освещение в моем доме выполнено с помощью энергосберегающих ламп, у которых коэффициент мощности равен примерно cosφ = 0,9. Кому интересно, то можете почитать мою статью о том, почему мигают энергосберегающие лампы.

Для остальных потребителей принимаем средний коэффициент мощности, равный cosφ = 0,75.

Чтобы перевести активную мощность в полную мощность необходимо разделить активную мощность на cosφ.

В итоге получаем суммарную полную мощность наших потребителей: 12322,22 + 12600 = 24922,22 (ВА) или 24,9 (кВА).

Можно округлить до 25 (кВА).

3. Фактическое напряжение сети

После расчета потребляемой мощности необходимо измерить фактическое напряжение питающей сети. Сделать это можно самостоятельно, воспользовавшись мультиметром. Более подробно об этом я писал в статье: «Как пользоваться мультиметром при измерении напряжения».

Еще вариант, это пригласить специалистов для проведения энергоаудита, но это обойдется Вам дороже. Они установят приборы на 24 часа для анализа качества электрической энергии и в конце выдадут Вам подробный отчет.

Допустим Вы зафиксировали, что напряжение в сети в вечернее время у Вас составляет 180 (В).

4. Выбор мощности стабилизатора напряжения

Номинальная полная мощность стабилизатора напряжения всегда указывается в вольт-амперах (В) и соответствует питающему напряжению 220 (В).

При снижении питающего напряжения, соответственно, снижается его выходная мощность. Также хочу сказать Вам, что не допускается длительная работа стабилизатора напряжения при пониженном напряжении, т.к. это вызывает перегрузку и может привести к его отключению, что приведет к обесточиванию всех потребителей.

Чтобы избежать таких последствий, необходимо к полученной полной мощности наших потребителей 25 (кВА) добавить коэффициент нижнего предела напряжения стабилизатора, который равен 1,2 при 180 (В), и 1,3 — при напряжении 170 (В). В нашем случае напряжение в вечернее время составляет 180 (В), поэтому применяем коэффициент 1,2.

25 · 1,2 = 30 (кВА)

Чтобы была возможность использовать стабилизатор напряжения длительное время со всей включенной нагрузкой, необходимо к полученной выше мощности добавить коэффициент запаса по мощности, равный 1,25.

30 · 1,25 = 37,5 (кВА)

Остается только выбрать стабилизатор напряжения из предложенных моделей, зная его необходимую мощность. Например, нам подойдет стабилизатор напряжения мощностью 40 (кВА) и больше.

 

Как выбрать стабилизатор напряжения для трехфазной сети

Выбор стабилизатора напряжения для трехфазной сети практически аналогичен. Производим расчет мощности для какой-то одной фазы, желательно наиболее загруженной. По этой фазе замеряем фактическое напряжение в сети в часы пиковых нагрузок. Полную мощность в вольт-амперах, умножаем на 3 (количество фаз).

Запас по мощности делаем порядка 10%.

Полученное значение и есть полная мощность стабилизатора напряжения для трехфазной сети. По этой мощности из всего ассортимента предлагаемой продукции выбираем необходимый стабилизатор напряжения.

А вообще выбор стабилизатора напряжения лучше доверить специалистам. Так будет надежнее.

Иногда меня спрашивают, можно ли вместо трехфазного стабилизатора напряжения приобрести три однофазных? Да конечно можно, так будет даже дешевле и практичнее. Например, при обрыве одной питающей фазы, остальные фазы будут в рабочем состоянии. Но если у Вас в доме имеется хоть какая нибудь трехфазная нагрузка, то в любом случае Вам нужен трехфазный стабилизатор напряжения, потому что он ведет контроль фаз по линейному напряжению сети. И если хоть одна фаза оборвется, то стабилизатор полностью отключается.

Еще два не менее важных совета по выбору стабилизатора напряжения для трехфазной сети:

  • стабилизаторы должны быть установлены в каждой фазе (оставлять без стабилизатора напряжения хоть одну фазу запрещено)
  • нагрузка по каждому стабилизатору напряжения должна быть примерно равная, иначе в нуле пойдет большой ток, который может вывести стабилизатор из строя
  • если разница линейных напряжений сети составляет более 25%, то стабилизаторы напряжений устанавливать запрещено

Функция BYPASS

Для начала давайте определимся что это за функция BYPASS (Байпас) и нужна ли она нам?

Практически во всех стабилизаторах мощностью от 3 (кВА) имеется функция BYPASS (Байпас). Включив автомат с этой надписью, стабилизатор на выходе выдает входное напряжение. Удобна эта функция тогда, когда напряжение в сети понижается не всегда, а например, только по вечерам, как в моем случае.

 

Выбор стабилизатора напряжения. Функция задержки

Еще одна из удобных функций стабилизатора напряжения, на которую стоит обратить внимание при покупке. Это функция задержки включения выходного напряжения, когда питающее напряжение вышло за пределы входного напряжения стабилизатора или совсем пропало. Существует несколько регулировок задержки — у разных производителей по-разному.

Крепление и установка стабилизатора напряжения

Стабилизатор напряжения можно крепить двумя способами:

  • на полу
  • на стене

Установка стабилизатора напряжения на полу или на полке применима к стабилизаторам небольшой мощности. У них малые габариты и вес. Например, мой небольшой и старенький стабилизатор напряжения «Ресанта» мощностью всего 0,5 (кВА) установлен прямо на подоконнике окна.

Более мощные стабилизаторы напряжения целесообразно размещать на стене, поэтому они выпускаются немного плоскими. Хотя по желанию их тоже можно установить на полу.

 

Заключение по выбору стабилизатора напряжения

В конце данной статьи хочу сделать небольшой вывод. Я показал пример расчета и выбора стабилизатора напряжения для однофазной сети. Мы получили, что стабилизатор напряжения для наших потребителей должен быть мощностью не ниже 37,5 (кВА). Можно идти покупать, но я задумался о его стоимости. Ведь стабилизатор напряжения такой мощности стоит совсем не дешево.

Как вариант можно через него не запитывать нагреватель и утюг, ведь при понижении напряжения в сети они будут лишь медленнее нагреваться. Остальным потребителям необходима только  качественная электрическая энергия. Если воспользоваться таким вариантом, то можно немного сэкономить.

P.S. На этом я заканчиваю статью на тему выбора стабилизатора напряжения. Если у Вас есть вопросы, то спрашивайте в комментариях. Можете поделиться данной статьей с друзьями и коллегами, особенно владельцев дач и домов. Спасибо.

Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:


Как выбрать стабилизатор напряжения по мощности

При выборе стабилизатора напряжения самым насущным является вопрос определения правильной мощности. Ниже мы Вам расскажем как достаточно легко это можно сделать.

Первый способ – вызвать специалиста нашего центра.

Квалифицированные инженеры-электрики нашего центра с помощью специальной аппаратуру произведут аудит качества Вашей электросети, и на его основании, сделают рекомендации по оптимальному выбору стабилизатора напряжения для данного объекта. Звоните по телефонам нашего центра: (812) 640-52-51/50

Второй способ – по выделенной мощности на объект

Выделенная мощность на объект (дачный домик, квартира, коттедж и т. д.) определяется током вводного автомата (автомата, который обесточивает весь объект). Как правило, вводной автомат находится в электрощите объекта, рядом со счетчиком электроэнергии.

Если в настоящий момент, объект потребляет не всю выделенную мощность, не стоит экономить, т.к. как правило, со временем потребление возрастет, добавится новое оборудование. Поэтому, мощность стабилизатора, выбранного под ток вводного автомата будет всегда оптимальной.

Ниже мы приводим таблицы соответствия мощности стабилизатора, тока вводного автомата и рекомендованные модели стабилизаторов напряжения для однофазной и трехфазной сетей, причем диапазон входного напряжения на объект укладывается в рамки 180-250 В по фазе:

Для сети 220В:

ток вводного автомата

допустимая мощность

модель стабилизатора

16А

4 кВА

Vega 500 – 15

25А

6,4 кВА

Vega 700 – 15

32А

8 кВА

Vega 1000 – 15

40А

9,1 кВА

Vega 1000 – 15

50А

12 кВА

Vega 1500 – 15

63А

14 кВА

Vega 1500 – 15

 

Для сети 380В:

ток вводного автомата

допустимая мощность

модель стабилизатора

16А

12 кВА

Orion 15 – 15

25А

19,2кВА

Orion 20 – 15

32А

24 кВА

Orion 30 – 15

40А

27,3 кВА

Orion 30 – 15

50А

36 кВА

Orion 45 – 15

63А

42 кВА

Orion 45 – 15

 


В случаях, если входное напряжение опускается ниже 160 В, необходимо устанавливать другие модификации стабилизаторов напряжения, с так называемым расширенным диапазоном. У итальянской компании Ortea для таких случаев в ассортименте присутствую следующие стабилизаторы Vega 1000-10/20(15/30), Orion Y30-10/20(15/30) или Orion Y60-10/20(15/30). Но нужно помнить, что закон Ома никто не отменял: при уменьшении входного напряжения и сохранении прежней мощности нагрузки, возрастет ток. При вводном автомате меньшего значения и превышении его допустимого тока, объект будет обесточиваться, вследствие выключения этого автомата по перегрузке. Выход один – менять автомат. Но тогда, необходимо помнить о соответствии старой проводки объекта (сечения проводов) и возросшим токам.

Модель стабилизатора

максимальный входной ток

Vega 1000-10/20(15/30)

50А (сеть 220В)

Orion Y30-10/20(15/30)

50А (сеть 380В)

Orion Y60-10/20(15/30)

100А (сеть 380В)

Тут все просто: надо просуммировать мощности всех потребителей на объекте. Индивидуальную мощность каждого прибоа в киловольт-амперах (кВА) можно посмотреть в паспортных характеристиках. А далее, как уже писалось в статьях о генераторах, кВА можно перевести в киловатты (кВт). Для этого, указанную в технических характеристиках на каждое устройство мощность в кВА надо поделить на коэффициент мощности или cos ф.

Для так называемых активных( омических) нагрузок, которые потребляемую электроэнергию переводят в тепло (обогреватели, утюги, чайники, водонагреватели, лампы накаливания и т.д.):
Коэффициент мощности cos ф равен1, поэтому 1 кВА = 1 кВт.

 

Для нагрузок с индуктивной или емкостной природой, имеющие в своем составе двигатели, дроссели и т.д., коэффициент мощности варируется от 0,65 (как правило различный электроинструмент) до 0,8. Соответственно и 1 кВА может варироваться от 0,65 до 0,8 кВт.

Ниже мы приводим таблицу, которая поможет в определении потребляемой мощности некоторых бытовых электроприборов.

электроприборы

мощность в кВт

коэффициент (cos ф)

мощность в кВА

электроплитка

2000

1

2000

водонагреватель

2000

1

2000

лампа накаливания

100

1

100

погружной/скважинный насос

1000

0,8

1250

чайник

2000

1

2000

холодильник

200

0,8

250

телевизор/монитор

200

1

200

стиральная машина: тэн нагрева воды
двигатель

1500
400

1
0,8

1500
500

электрический конвектор

1500

1

1500

дрель

600

0,65

930

Как выбрать стабилизатор напряжения?

Как выбрать стабилизатор напряжения?

В этой статье рассматриваются основные вопросы, связанные с выбором стабилизатора напряжения, который лучше всего будет соответствовать вашим условиям.

Как безошибочно выбрать стабилизатор напряжения?

Основной характеристикой стабилизаторов напряжения является мощность подключаемой нагрузки. Именно на основании этого параметра осуществляется выбор той или иной модели. При этом необходимо учитывать, что мощность стабилизатора должна быть равна или немного больше мощности того прибора, для защиты которого он предназначен. Таким образом, рассчитав мощность всех приборов, защиту которых необходимо обеспечить, можно легко определить, какая модель стабилизатора напряжения необходима в данном случае. Можно, конечно, не углубляясь в длительные вычисления, приобрести стабилизатор максимальной мощности. Однако такая модель будет стоить дорого, и имеет ли смысл устанавливать этот стабилизатор, мощность которого будет использоваться лишь на 15-20%. Очень важно помнить, что некоторые электроприборы имеют пусковые токи, в несколько раз превышающие токи номинальные. Это характерно для приборов, имеющих в схеме асинхронные двигатели, например холодильники, насосы, поэтому стабилизатор для таких устройств необходимо подбирать с двух — трехкратным запасом мощности.

Как защитить одновременно большое количество электроприборов, например, у себя в офисе? Необходимо учесть несколько факторов: во-первых, как организована разводка питающего напряжения в здании, т.е. насколько удобно будет встраивать один общий однофазный или трёхфазный стабилизатор напряжения или несколько отдельных стабилизаторов в уже имеющуюся электроразводку; во-вторых, как правило, один большой стабилизатор, равный по мощности нескольким отдельным, обходится дешевле. Но индивидуальная защита эффективнее и суммарная надежность нескольких стабилизаторов гораздо выше надежности одного.

Хороший стабилизатор достаточно дорог. В каких случаях можно считать, что его приобретение оправданно? Можно уверенно сказать, что такая покупка на 100% оправдывает себя в двух случаях.

Во-первых, когда напряжение настолько низкое, что без его стабилизации бытовые приборы не работают (характерно для сельских электросетей).

Во-вторых, если стоимость приборов в 3-5. ., 10 раз выше стоимости стабилизатора.

Для того чтобы окончательно определиться с выбором стабилизатора напряжения, необходимо ответить на следующие вопросы:

Какой нужен стабилизатор напряжения — однофазный или трехфазный?

При однофазной сети (220В) вопросов не возникает.

В случае трехфазной сети (380В) возможны варианты:

Если при наличии трехфазной сети есть хотя бы один трехфазный потребитель, то необходимо установить трехфазный стабилизатор напряжения. Если же все потребители однофазные, в большинстве случаев лучше подобрать три однофазных стабилизатора. Как правило, это обходится дешевле. Но есть и еще одно серьезное преимущество. Этот вариант позволяет обойти особенность трёхфазных стабилизаторов, а именно отключение всего устройства при исчезновении напряжения на одной из фаз.

Нужно ли ставить отдельные стабилизаторы напряжения на разные потребители, или лучше поставить один на все?

Если вам необходимо защитить какой-то определенный потребитель, будет достаточно одного стабилизатора соответствующей мощности. Если же вы хотите обезопасить максимальное количество электроприборов, то можно, конечно, поставить на каждый прибор свой, отдельный стабилизатор, но это не очень удобно, а финансово — и не очень выгодно. В этом случае лучше будет установить один общий стабилизатор напряжения на все потребители. Хотя существуют и другие варианты. Например, выделить определенную группу электроприборов, которые наиболее критически относятся к перепадам напряжения.

Какой мощности нужен стабилизатор напряжения?

Для правильного выбора модели стабилизатора напряжения необходимо определить сумму мощностей (Вт) всех потребителей, нуждающихся одновременно в снабжении электроэнергией.

При подсчете мощности, потребляемой устройством, следует учитывать, так называемую, полную мощность. Полная мощность — это вся мощность, потребляемая электроприбором. Она состоит из активной мощности и реактивной мощности, в зависимости от типа нагрузки. Активная мощность всегда указывается в ваттах (Вт), полная — в вольт-амперах (ВА). Устройства — потребители электроэнергии зачастую имеют как активную, так и реактивную составляющие нагрузки.

Активная нагрузка.

У этого вида нагрузки вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. У некоторых устройств данная составляющая является основной. К таким устройствам относятся лампы накаливания, обогреватели, электроплиты, утюги и т. п. Если их указанная потребляемая мощность составляет 1 кВт, для их питания достаточно стабилизатора мощностью 1кВА.

Реактивные нагрузки.

Все остальные. Они, в свою очередь, подразделяются на индуктивные и емкостные.

Важно! Необходимо учитывать, что электродвигатели имеют пусковые токи и мощность стабилизатора при использовании асинхронных двигателей, компрессоров, насосов должна в 3-5 раз превышать номинальную мощность потребителей. Также желательно принимать во внимание, что заводы производители рекомендуют устанавливать стабилизаторы напряжения с запасом мощности 20-30%.


Как выбрать стабилизатор напряжения

К сожалению, сегодня для многих проблема

качества питающего напряжения является достаточно обыденным явлением. Следствием некачественного напряжения является выход из строя бытовых электроприборов. Решением является электромонтаж на входе в дом стабилизатора напряжения. Рассмотрим процедуру выбора, исходя из мощности подключаемых электроприемников.

1. Какой выбрать 3-х-фазный или однофазный

Выбор типа стабилизатора определяется количеством фаз питающей сети. Для частного дома обычно – это однофазная сеть.

Если у Вас к дому приходят 3-фазы, то необходимо приобрести 3-фазное оборудование, либо выбрать 3 однофазных стабилизатора, подключив их по схеме «звезды».

2. Номинальная мощность, подключаемых электроприемников

Для удобства рекомендую записать все существующие электроприемники в таблицу, с указанием установленной активной мощности каждого. Она измеряется в единицах системы СИ – Вт, и обычно ее указывают на корпусе прибора.

Подход к определению мощности должен быть обоснованным, поскольку необходимо приблизительно выяснить, какое количество потребителей будет включено в сеть одновременно. Затем из перечня выбрать те приборы, которые составляют электродвигатели (к ним относятся такие приборы, как насосы, миксеры, мясорубки и т.д.). Это обуславливается сопровождением включения таких приборов пусковыми токами, которые в 3-5 раз превышают номинальные. Выбрав их, нужно найти паспортные данные о пиковых токах или в случае отсутствия умножить номинальную на 3.

Далее определим полную мощность, разделив номинальную (посчитанную сумму мощностей выше) на соs. Его обычно (cos) выбирают исходя из типа приборов:

— для освещения – 0,9;

— для обогревательных приборов, утюгов – 0,9;

— других приемников – 0,75;

или в соответствии с информацией из паспорта.

Если нет возможности точно выяснить реактивную можность прибора (cos), то лучше воспользоваться формулой:

Рполн=Ра/cos 0.85

Таким образом, просуммировав полученные полные мощности приемников, получаем итоговое значение.

3. Производим замер фактического напряжения в электросети

Для этих целей обычно используют мультиметр. Для более качественной оценки можно пригласить специалиста энергоаудиторской организации, но это не обязательно.

4. Выбор номинальной мощности стабилизатора

Мощность всех существующих в продаже стабилизаторов указывается в ВА при напряжении 220В.

Снижение питающего напряжения приводит к уменьшению мощности прибора. Поэтому итоговую мощность потребителей умножают на коэффициент 1,2 – при 180В в питающей сети, и 1,3 — при 170В.

При длительной эксплуатации потребителей с низким напряжением необходимо результат умножить на 1,25.

Исходя из полученной величины мощности, остается лишь выбрать тип стабилизатора.

Выбор стабилизатора для 3-х-фазной системы

Процесс выбора трансформатора для 3-х-фазной сети практически аналогичен однофазному. Выполняем расчет мощности для наиболее загруженной фазы электросети. Производим замеры питающего напряжения по этой фазе, желательно в часы пиковых нагрузок. Полученную полную мощность умножаем на 3. Запас мощности принимаем 10%.

Исходя из полученной величины, выбираем тип стабилизатора.

Таков принцип выбора стабилизатора напряжения на основе определения полной мощности. В заключение можно, добавить, что для тех, кто хочет сэкономить можно при расчете не учитывать нагревательные электроприборы, утюг и пр., поскольку от пониженного напряжения качество их работы не измениться, уменьшатся только характеристики нагрева.

Калькулятор подбора стабилизатора – Volter

Подбор стабилизатора напряжения – достаточно серьезный вопрос, ведь неправильный подбор не решит проблему плохого качества сети, а возврат/замена стабилизатора принесет немало хлопот.

Подобрать стабилизатор для вашего дома/квартиры/объекта вы можете на нашем сайте.
Для удобства мы создали калькулятор подбора необходимого вам стабилизатора напряжения. При возникновении вопросов или проблем с подбором, вы всегда можете проконсультироваться с нашими менеджерами, любым удобным для вас способом.

Наши калькуляторы по подбору мощности необходимого вам стабилизатора напряжения помогут просчитать силу тока, который потребляется наиболее популярными бытовыми устройствами и помогут выбрать необходимую мощность стабилизатора напряжения.

Наша компания рекомендует выбирать стабилизатор напряжения с запасом по нужной вам мощности – около 20% Это будет резерв для подключения дополнительного оборудования в будущем.

И так, давайте более детально расскажем как выбрать стабилизатор напряжения производства VOLTER на нашем сайте:

Первый вариант:

Используйте калькулятор подбора стабилизатора «расчет по электроприборам».
Выбираете бытовую технику (например, холодильник или телевизор), которую используете на объекте (дом, квартира, завод и прочие объекты, нуждающиеся в стабильном напряжении), выбираете ее используемое количество, нажимаете кнопку «рассчитать». Просчет мощности электроприборов примерный, потому что модели техники бывают естественно разные, мы рассчитывали среднюю мощность.
Помните, что для того чтобы правильно выбрать мощность стабилизатора, нужно просчитать сумму мощностей всех устройств, подключенные к снабжению электроэнергией одновременно, учитывая пусковые токи приборов. Вот как раз эти пусковые токи могут быть более мощными, чем постоянная мощность прибора, поэтому запас мощности в 20% точно не будет лишним.

Второй вариант:

Используйте калькулятор подбора стабилизатора «расчет по мощности»
Этот вариант для тех, кто знает необходимую мощность. Узнать можно у вашего электрика, который вводил в эксплуатацию объект.
Вписываете в поле необходимую мощность в Ваттах и нажимаете кнопку «рассчитать».
Но также не забывайте, что мы рекомендуем выбирать стабилизатор с запасом (20%) по мощности, для подключения дополнительного оборудования.

Третий вариант:

Используйте калькулятор подбора стабилизатора «расчет по силе тока»

Вписываете в поле «введите номинал вводного автомата» необходимый номинал в Амперах и нажимаете кнопку «рассчитать».

Рекомендовано подбирать стабилизатор напряжения VOLTER с запасом 20% по мощности, как резерв для подключения в будущем дополнительного оборудования.
Также напоминаем, что выбрав стабилизатор напряжения производства VOLTER, вы получаете на него пожизненную гарантию.

Как правильно выбрать регулятор (ы) напряжения для вашей конструкции

В этой статье показано, как выбрать лучший тип стабилизатора напряжения для вашего конкретного электронного продукта.

Вероятно, более 90% продукции требуют регулятора напряжения того или иного типа, что делает их одними из наиболее часто используемых электрических компонентов.

Если у вас нет возможности работать напрямую от напряжения батареи или внешнего адаптера постоянного / переменного тока, требуется стабилизатор напряжения.Скорее всего, потребуется несколько регуляторов напряжения.

Эта статья – ваше руководство по выбору регулятора (ов) напряжения для вашей конструкции. Мы расскажем обо всем, от определения того, какой тип регулятора напряжения вам нужен, до выбора того, который соответствует вашим конкретным требованиям.

Выбор необходимого регулятора

Первым шагом в выборе правильного регулятора напряжения является определение входного напряжения, выходного напряжения и максимального тока нагрузки.

Хотя существует множество других спецификаций, эти три помогут вам начать работу и помогут сузить круг необходимого вам регулятора.

Регуляторы напряжения

можно разделить на две широкие классификации:

  • Понижающий : Выходное напряжение ниже входного
  • Повышающий : Выходное напряжение больше входного

Знание входного и выходного напряжения поможет вам легко решить, к какой группе относится ваш регулятор.

Регуляторы напряжения, которым требуется выходное напряжение меньше входного, являются наиболее распространенным типом регуляторов напряжения. Например, вы вводите 5 В и выдает 3,3 В, или вы вводите 12 В и выдает 5 В.

Вам необходимо рассмотреть два типа регуляторов:

  • Линейные регуляторы : простые, дешевые и бесшумные, но могут иметь низкую энергоэффективность. Линейные регуляторы способны только понижать напряжение.
  • Импульсные регуляторы : высокая энергоэффективность, но более сложная и дорогая, а на выходе больше шума.Импульсные регуляторы могут использоваться как для понижения, так и для повышения напряжения.

Если вам требуется выходное напряжение ниже входного, начните с линейного регулятора, а не импульсного регулятора.

Рисунок 1. Линейный регулятор использует транзистор и контур управления с обратной связью для регулирования выходного напряжения. Линейный регулятор может производить только выходное напряжение ниже входного.

Линейные регуляторы

намного дешевле и проще в использовании, чем импульсные регуляторы, поэтому они, как правило, должны быть вашим первым выбором.

Единственный случай, когда вы не хотите использовать линейный стабилизатор, – это если рассеиваемая мощность слишком велика или вам нужно повысить напряжение.

Определение рассеиваемой мощности

Хотя линейные регуляторы дешевы и просты в использовании, основным недостатком является то, что они могут тратить много энергии. Это может вызвать чрезмерный разряд батареи, перегрев или повреждение продукта.

Если у вас есть аккумулятор, мощность которого расходуется на тепло, аккумулятор разряжается быстрее.Если это не аккумулятор, но он по-прежнему выделяет значительное количество тепла, это может вызвать другие проблемы с вашей конструкцией.

Фактически, при определенных условиях линейный регулятор может выделять столько тепла, что фактически разрушает себя. Очевидно, вы этого не хотите.

При использовании линейного регулятора начните с определения того, сколько мощности будет рассеиваться регулятором.

Для линейных регуляторов используйте уравнение:

Мощность = (Входное напряжение – Выходное напряжение) x Ток (Уравнение 1)

Можно предположить, что выходной ток (также называемый током нагрузки) примерно такой же, как входной ток для линейных регуляторов.

На самом деле, входной ток равен выходному току плюс ток покоя, который потребляет линейный регулятор для выполнения функции регулирования.

Однако для большинства регуляторов ток покоя чрезвычайно мал по сравнению с током нагрузки, поэтому достаточно предположить, что выходной ток равен входному току.

Как видно из уравнения 1, если у вас большой перепад напряжения (Vin – Vout) на регуляторе и / или большой ток нагрузки, то ваш регулятор будет рассеивать большое количество энергии.

Например, если на входе 12 В, а на выходе 3,3 В, разность напряжений будет рассчитана как 12 В – 3,3 В = 8,7 В.

Если ток нагрузки составляет 1 ампер, это означает, что регулятор должен рассеивать 8,7 Вт мощности. Это огромная потеря мощности, с которой не справится любой линейный регулятор.

Если, с другой стороны, у вас высокий перепад напряжения, но вы используете ток нагрузки всего в несколько миллиампер, тогда мощность будет небольшой.

Например, в приведенном выше случае, если вы теперь используете ток нагрузки только 100 мА, рассеиваемая мощность упадет до 0,87 Вт, что гораздо более приемлемо для большинства линейных регуляторов.

При выборе линейного регулятора недостаточно просто убедиться, что входное напряжение, выходное напряжение и ток нагрузки соответствуют спецификациям регулятора.

Например, у вас есть линейный регулятор, рассчитанный на 15 В и ток 1 А. Вы думаете: «Хорошо, если это так, я могу подать на вход 12 В, взять 3.3 В на выходе и запустить его при 1 А, не так ли? ”

Неправильно! Вы должны убедиться, что линейный регулятор может выдерживать даже такое количество мощности. Способ сделать это – определить, насколько сильно нагреется регулятор, в зависимости от мощности, которую он должен рассеять.

Для этого сначала вычислите, сколько мощности будет рассеивать линейный регулятор, используя уравнение 1 выше.

Во-вторых, посмотрите в таблице данных регулятора в разделе «тепловые характеристики» параметр под названием «Theta-JA», выраженный в единицах ° C / Вт (° C на ватт).

Theta-JA указывает на количество градусов, на которое микросхема будет нагреваться выше температуры окружающего воздуха, на каждый ватт мощности, которую он должен рассеять.

Просто умножьте рассчитанную рассеиваемую мощность на Theta-JA, и вы узнаете, насколько сильно этот линейный регулятор будет нагреваться при такой мощности:

Мощность x Theta-JA = Температура выше окружающей (Уравнение 2)

Допустим, ваш регулятор соответствует спецификации Theta-JA 50 ° C на ватт.Это означает, что если ваш продукт рассеивает:

  • 1 ватт, он нагреется до 50 ° C.
  • 2 Вт нагреется до 100 ° С.
  • ½ ватта нагревается до 25 ° C.

Важно отметить, что рассчитанная выше температура представляет собой разницу температур выше температуры окружающего воздуха.

Допустим, вы подсчитали, что при ваших условиях питания регулятор будет рассеивать 2 Вт мощности. Вы умножаете это на Theta-JA, и вы определяете, что он нагреется до 100 ° C.

Здесь важно не забыть добавить температуру окружающего воздуха. Комнатная температура обычно составляет 25 ° C. Следовательно, вы должны добавить 25 ° C к 100 ° C. Теперь у вас температура 125 ° C.

125 ° C – это максимальная температура, на которую рассчитано большинство электронных компонентов, поэтому вы никогда не захотите намеренно превышать 125 ° C.

Обычно вы не повредите свой продукт, пока не достигнете температуры примерно от 170 ° C до 200 ° C. К счастью, у большинства регуляторов также есть тепловое отключение, которое срабатывает при температуре около 150 ° C, поэтому они отключатся до того, как вызовут какие-либо повреждения.

Однако некоторые регуляторы не имеют теплового отключения, поэтому вы можете повредить их, если они рассеивают слишком много энергии.

В любом случае, вы не хотите, чтобы ваш продукт постоянно перегревался и ему приходилось отключаться, чтобы остыть.

Также следует учитывать, что температура воздуха не всегда может быть 25 ° C.

Допустим, ваш регулятор все еще нагревается до 100 ° C под нагрузкой, но теперь температура окружающей среды составляет 50 ° C (например, в закрытой машине в жаркий летний день).

Теперь у вас 50 ° C плюс 100 ° C и температура до 150 ° C при загрузке. Вы превысили указанную максимальную температуру и находитесь на грани срабатывания теплового отключения.

Очевидно, этого следует избегать. Эксплуатация регулятора таким образом, чтобы он регулярно превышал заданную температуру 125 ° C, может не вызвать немедленного повреждения, но может сократить срок службы компонента.

Регуляторы с малым падением напряжения (LDO)

В некоторых случаях линейные регуляторы могут быть чрезвычайно эффективными, потребляя очень мало энергии.Это происходит, когда они работают с очень низким входным напряжением к выходному напряжению.

Например, если Vin – Vout составляет всего 300 мВ, то даже при токе нагрузки 3 А рассеиваемая мощность составляет всего 0,9 Вт, что является достаточно низкой мощностью, чтобы выдерживать нагрузку большинством регуляторов.

Минимальный дифференциал Vin-Vout, с которым может работать линейный регулятор, называется падением напряжения. Если разница между Vin и Vout падает ниже напряжения отключения, то регулятор находится в режиме отключения.

Регулятор в режиме отпускания просто выглядит как небольшой резистор от входа к выходу. Это означает, что выход, по сути, просто соответствует входному питанию, и на самом деле никакое регулирование не выполняется.

В большинстве случаев вы не хотите использовать линейный регулятор в режиме отключения. Это ни в коем случае не повредит чему-либо, но вы потеряете многие преимущества регулятора.

Например, если у вас много шума на входе, он обычно будет отфильтрован линейным регулятором.Однако эта фильтрация не будет происходить в режиме отключения, поэтому весь шум входного источника питания передается прямо на выходное напряжение.

Причина, по которой стабилизаторы с малым падением напряжения так полезны, заключается в том, что они позволяют управлять регулятором с очень малой рассеиваемой мощностью. Это связано с тем, что линейный регулятор наиболее эффективен, когда разница между Vin и Vout небольшая.

Многие старые линейные регуляторы имели очень высокое падение напряжения. Например, у популярных регуляторов серии 7800 значение падения напряжения составляет 2 В.Это означает, что входное напряжение должно быть как минимум на 2 В выше выходного напряжения.

Рисунок 2 – Старые трехконтактные линейные регуляторы требуют большего перепада напряжения Vin-Vout и, следовательно, расходуют больше энергии, чем более новые регуляторы LDO.

Хотя 2 В – это не слишком много, если вы пропускаете через этот регулятор ток в 1 ампер и у вас есть разница в 2 В, то это 2 ватта мощности, теряемой зря.

Регуляторы LDO нового поколения могут иметь очень низкое падение напряжения менее 200 мВ при полной нагрузке.

LDO, работающий только с перепадом напряжения 200 мВ, может пропускать в 10 раз больше тока при той же рассеиваемой мощности, что и линейный стабилизатор, работающий с перепадом напряжения 2 В. Таким образом, 1 ампер тока с дифференциалом Vin-Vout 200 мВ соответствует лишь 0,2 Вт рассеиваемой мощности.

Краткое описание линейных регуляторов

Линейные регуляторы полезны, если:

  • Разница между входным и выходным напряжением мала
  • У вас низкий ток нагрузки
  • Требуется исключительно чистое выходное напряжение
  • Дизайн должен быть максимально простым и дешевым

Как мы обсудим дальше, импульсные стабилизаторы создают много шума на выходе и могут создавать нечеткое выходное напряжение.

Это может быть приемлемо для некоторых приложений, но во многих случаях требуется очень чистое напряжение питания. Например, при генерации напряжения питания для аналого-цифрового преобразователя или какой-либо звуковой схемы.

Таким образом, линейные регуляторы не только проще в использовании, но и обеспечивают гораздо более чистое выходное напряжение по сравнению с импульсными регуляторами, без пульсаций, всплесков или шума любого типа.

Таким образом, если рассеиваемая мощность не слишком велика или вам не требуется повышающий регулятор, линейный регулятор будет вашим лучшим вариантом.

Импульсные регуляторы

Импульсные регуляторы намного сложнее для понимания, чем линейные регуляторы. Линейный регулятор основан на силовом транзисторе, который регулирует величину тока, разрешенного для подачи на выход.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Если система управления линейного регулятора определяет, что выходное напряжение ниже, чем должно быть, то от входа к выходу может проходить больший ток.И наоборот, если обнаруживается, что выходное напряжение выше, чем должно быть, регулятор позволит меньшему току течь от входа к выходу, действуя таким образом, чтобы снизить выходное напряжение.

С другой стороны, импульсные регуляторы используют катушки индуктивности и конденсаторы для временного хранения энергии перед передачей ее на выход.

В этом уроке я проектирую печатную плату с использованием простого линейного регулятора, а в этом более глубоком курсе я проектирую индивидуальную плату с использованием более сложного импульсного регулятора.

Существует два основных типа импульсных регуляторов: повышающий и понижающий.

Понижающий импульсный стабилизатор также называется понижающим стабилизатором и, как линейный регулятор, выдает выходное напряжение ниже входного.

Рис. 3. Понижающий импульсный стабилизатор использует катушку индуктивности в качестве временного накопителя энергии для эффективного создания выходного напряжения ниже входного.

Если вы начали планировать использование линейного регулятора (понижающего), но определили, что рассеиваемая мощность слишком велика, тогда вам следует использовать понижающий импульсный стабилизатор.

В то время как повышающий импульсный стабилизатор создает выходное напряжение, превышающее входное, и называется повышающим регулятором.

Импульсные регуляторы

обладают высокой эффективностью даже при очень больших перепадах между входом и выходом.

КПД равен выходной мощности, деленной на входную. Это соотношение того, какая часть мощности от входа поступает на выход.

КПД = Pout / Pin = (Vout x Iout) / (Vin x Iin) (Уравнение 3)

Уравнение эффективности такое же, как и для линейного регулятора.Однако, поскольку выходной ток равен входному току для линейного регулятора, уравнение 3 упрощается до простого:

КПД (линейный регулятор) = Vout / Vin (уравнение 4)

Например, предположим, что у вас на входе 24 В, а на выходе необходимо 3 В при токе нагрузки 1 А. Если бы это был линейный регулятор, он работал бы с чрезвычайно низким КПД, и почти вся мощность рассеивалась бы в виде тепла.

КПД линейного регулятора будет только 3 В / 24 В = 12.5%. Это означает, что только 12,5% мощности от входа поступает на выход. Остальные 87,5% передаваемой мощности теряются в виде тепла!

С другой стороны, импульсные регуляторы обычно имеют КПД 90% или больше, независимо от разницы между входным и выходным напряжениями. Для импульсного регулятора около 90% мощности передается на выход и только 10% тратится впустую.

Только когда Vin и Vout близки друг к другу, линейный регулятор может сравниться по эффективности с импульсным регулятором.

Например, если у вас входное напряжение 3,6 В (напряжение литий-полимерной батареи), а на выходе выдается 3,3 В, то линейный регулятор будет иметь КПД 3,3 В / 3,6 В = 91,7%.

Повышающие регуляторы напряжения

В большинстве случаев выходное напряжение будет ниже входного. В этом случае следует использовать линейный регулятор или понижающий импульсный стабилизатор, как обсуждалось.

Однако есть и другие случаи, когда вам может потребоваться выходное напряжение выше входного.Например, если у вас аккумулятор на 3,6 В и вам нужно питание 5 В.

Рис. 4. В повышающем импульсном стабилизаторе индуктивность используется в качестве временного накопительного элемента для эффективного создания выходного напряжения, превышающего входное.

Многие новички в электронике удивляются, узнав, что можно генерировать более высокое напряжение из более низкого напряжения. Для выполнения этой функции необходим импульсный регулятор, называемый повышающим регулятором.

В отличие от линейных регуляторов выходной ток импульсного регулятора не равен входному току. Вместо этого вы должны смотреть на входную мощность, выходную мощность и эффективность.

Рассчитаем входной ток для повышающего регулятора. Предположим, что входное напряжение – 3 В, выходное напряжение – 5 В, выходной ток – 1 А, а энергоэффективность – 90% (как указано в таблице данных).

Чтобы выяснить это, нам нужно использовать небольшую базовую алгебру для уравнения 3, чтобы найти входную мощность:

Pin = Pout / КПД (Уравнение 5)

Мы знаем, что эффективность составляет 90% (или 0.90), и мы знаем, что выходная мощность составляет 5 В x 1 А = 5 Вт. Мы можем рассчитать, что входная мощность составляет 5 Вт / 0,9 = 5,56 Вт.

Поскольку входная мощность составляет 5,56 Вт, а выходная мощность 5 Вт, это означает, что регулятор рассеивает только 0,56 Вт.

Далее, поскольку мы знаем, что мощность равна напряжению, умноженному на ток, это означает, что входной ток равен:

Входной ток = 5,56 Вт / Vin = 5,56 Вт / 3 В = 1,85 A (Уравнение 6)

Для повышающего регулятора входной ток всегда будет выше, чем выходной ток.С другой стороны, входной ток понижающего регулятора всегда будет меньше выходного тока.

Понижающие регуляторы

Допустим, вы получаете питание от двух последовательно соединенных батареек AA. При полной зарядке две батареи AA могут выдавать около 3,2 В, но когда они почти полностью разряжены, они выдают только 2,4 В.

В этом случае напряжение вашего источника питания может находиться в диапазоне от 2,4 В до 3,2 В.

Теперь предположим, что вам нужно выходное напряжение ровно 3 В независимо от состояния батарей. Когда батареи полностью заряжены (выходное напряжение 3,2 В), вам необходимо понизить напряжение батареи с 3,2 В до 3 В.

Однако, когда батареи близки к разряду (выходное напряжение 2,4 В), вам необходимо увеличить напряжение батареи с 2,4 В до 3 В.

В этом сценарии вы должны использовать так называемый повышающий-понижающий импульсный стабилизатор, который представляет собой просто комбинацию повышающего и понижающего регуляторов.

Для решения этой проблемы потенциально можно использовать отдельный понижающий регулятор, за которым следует повышающий регулятор (или наоборот).Но обычно лучше использовать одинарный понижающе-повышающий регулятор.

Импульсный регулятор + линейные регуляторы

Помните о трех преимуществах линейных регуляторов: дешевизне, простоте и чистоте выходного напряжения.

Может быть много случаев, когда вы хотите использовать линейный стабилизатор, потому что вам нужно чистое выходное напряжение, но вы не можете, потому что они тратят слишком много энергии.

В этой ситуации вы можете использовать импульсный регулятор, за которым следует линейный регулятор.

Допустим, у вас есть входное напряжение от литий-полимерной батареи, равное 3.6 В, но вам понадобится источник clean 5 В.

Для этого вы должны использовать повышающий регулятор, чтобы поднять напряжение до значения чуть выше целевого выходного напряжения. Например, вы можете использовать повышающий регулятор для повышения напряжения с 3,6 В до 5,5 В.

Затем вы следуете этому с помощью линейного регулятора, который берет 5,5 В и понижает его до 5 В, а также очищает шум и пульсации для получения чистого сигнала.

Это очень распространенный метод получения КПД импульсного регулятора и бесшумного выходного напряжения линейного регулятора.

Если вы выбрали эту опцию и специально пытаетесь отфильтровать коммутируемый шум, обязательно обратите внимание на коэффициент подавления подачи питания (PSRR) линейного регулятора.

PSSR данного линейного регулятора изменяется в зависимости от частоты. Следовательно, PSSR обычно представляется в виде графика, который показывает, как линейный регулятор подавляет любые пульсации на входном питании на различных частотах.

Рисунок 5 – Коэффициент подавления помех от источника питания (PSRR) в зависимости от частоты для TPS799 от Texas Instruments.

Чтобы использовать этот график, посмотрите на частоту переключения вашего импульсного стабилизатора (или любых других источников шума в вашей цепи). Затем посмотрите на PSSR линейного регулятора на этой конкретной частоте.

Затем вы можете рассчитать, какая часть шума импульсного регулятора будет удалена линейным регулятором.

Сводка

Чтобы выбрать регулятор напряжения для вашей системы, начните с предположения, что линейный регулятор может использоваться, если входное напряжение выше, чем выходное.

Только если при этом расходуется слишком много энергии, используйте понижающий импульсный стабилизатор.

Если вам нужно выходное напряжение выше, чем входное, используйте импульсный импульсный стабилизатор.

Если у вас есть ситуация, когда входное напряжение может быть выше или ниже выходного напряжения, вам нужен импульсный импульсный стабилизатор.

Наконец, если вам нужен чистый выходной сигнал, но требуется энергоэффективность импульсного регулятора, то используйте импульсный регулятор, а затем линейный регулятор для очистки напряжения питания.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатно PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

4.8 5 голоса

Рейтинг статьи

Назад к основам: выбор идеального регулятора

Регулятор напряжения выполняет две функции: изменение входного напряжения на другой уровень на выходе и регулирование (поддержание постоянного выходного напряжения, несмотря на изменение условий нагрузки).Регуляторы постоянного и постоянного тока являются ключевым компонентом любой энергосистемы, поэтому выбор правильного регулятора имеет решающее значение для разработки оптимального решения.

Хотя инженеры понимают функции регулятора, менее опытным инженерам часто бывает трудно выбрать лучший регулятор для своего применения. В этом сообщении в блоге определены критерии, которые может использовать любой, кто не является опытным разработчиком электроэнергии, чтобы выбрать идеальный регулятор.

Понижающий, повышающий или понижающий-повышающий регулятор?

Есть три основных категории:

  • Buck – регуляторы с выходным напряжением ниже, чем на входе
  • Boost – регуляторы с выходным напряжением выше, чем на входе
  • Понижающий-повышающий – регуляторы, которые могут обеспечивать выходное напряжение, которое выше, ниже или такое же, как входное

В большинстве приложений напряжение понижается от шины к нагрузке, поэтому обычно используются понижающие стабилизаторы.Другие приложения требуют увеличения напряжения с помощью повышающего регулятора: например, если мощность постоянного тока должна передаваться по длинному кабелю, потери I 2 R можно уменьшить, повысив напряжение перед передачей, а затем снова понизив его на Загрузка. В аккумуляторных батареях пониженно-повышающие регуляторы часто используются для обеспечения постоянного стабильного напряжения, преодолевая изменение выходного напряжения, которое проявляется как зарядка и разрядка аккумуляторов.

Номинальные входы и выходы

Многие системы предъявляют четкие требования к входному и выходному напряжению – например, вам может потребоваться понизить шину 12 В до 3.3В. Для многих приложений в наличии будет подходящий регулятор, отвечающий требованиям к напряжению.

Очевидно, что регулятор должен обеспечивать мощность, требуемую нагрузкой. Мощность регулятора обычно определяется максимальным выходным током.

Диапазоны ввода и вывода

Хотя приложениям часто требуется определенное напряжение, для других требуется регулируемый выход. Это может быть связано с изменением нагрузки – например, в части испытательного оборудования – или может быть, что нагрузка питается по длинному кабелю, и напряжение необходимо подрезать немного выше, чем требуется нагрузке, чтобы компенсировать падение напряжения на кабеле.

Диапазоны входного напряжения особенно важны для таких приложений, как системы с батарейным питанием. В автомобильном применении аккумулятор с номинальным напряжением 12 В может выдавать 12,5 В при полной зарядке и падать до 10 В или меньше по мере разрядки аккумулятора. Регулятор с узким входным диапазоном может больше не работать при падении напряжения батареи, а это означает, что полная емкость батареи не может быть использована. Поэтому обеспечение достаточно широкого диапазона входных сигналов является важным критерием при выборе регулятора.

Выбор регуляторов с широким входом также имеет еще одно преимущество: они также могут снизить затраты на складские запасы, поскольку один регулятор может использоваться в различных ситуациях.

Эффективность

Эффективность – один из критериев для большинства проектируемых сегодня энергосистем. Выбор регулятора с высокими потерями мощности может сделать практически невозможным достижение целей эффективности. Также важно помнить, что эффективность регулятора непостоянна: обычно эффективность регулятора резко падает по мере увеличения коэффициента понижения или повышения и уменьшения тока, потребляемого на выходе.

Современные регуляторы, например, на основе топологии переключения при нулевом напряжении (ZVS) Vicor, по своей сути обладают высокой эффективностью и более стабильны во всем рабочем диапазоне.

Шум

Импульсные регуляторы обеспечивают высокий КПД, но схема переключения генерирует шум. В некоторых системах, особенно с чувствительными аналоговыми компонентами, шум источника питания может ограничивать общую производительность. Излишний электронный шум также может затруднить получение сертификата ЭМС.

Как и в случае с эффективностью, топология регулятора является ключом к достижению низкого уровня шума: гораздо проще использовать компонент, который не генерирует шум, чем пытаться отфильтровать этот шум. ZVS, например, представляет собой топологию с мягким переключением, которая по своей сути является малошумной, что упрощает разработку высокопроизводительных систем.

Размер и упаковка

Сегодня электронные системы часто имеют ограниченное пространство. Даже если цель не состоит в том, чтобы сделать систему настолько маленькой, насколько это возможно, например, продукты, размещенные в стандартизированных 19-дюймовых стойках, уменьшение размера системы питания позволяет использовать сэкономленное пространство для добавления дополнительных функций.

При любом расчете размера следует также учитывать периферийные компоненты, необходимые для регулятора. За счет более высокого уровня интеграции и высокой частоты переключения размер и количество периферийных компонентов могут быть уменьшены, что потенциально может обеспечить большую экономию места, чем простой выбор регулятора в меньшем корпусе.

Доступные типы пакетов не только определяют необходимое пространство: часто пакеты меньшего размера могут быть расположены ближе к нагрузке, что обеспечивает более точное регулирование нагрузки и более быструю реакцию на переходные процессы.

Помимо размера, важным фактором может быть вес, особенно в тех случаях, когда оборудование может перемещаться. Примеры таких систем варьируются от переносного портативного оборудования до автомобильной электроники и дронов.

Рабочая температура и тепловые характеристики

Регуляторы

не могут быть эффективными на 100%, поэтому они всегда будут рассеивать тепло, которое необходимо отводить. Если требуется радиатор, это может значительно увеличить как размер, так и вес системы питания.Неспособность рассеять тепло также может повлиять на производительность системы и другими способами: например, в системах освещения или отображения, если регулятор вызывает повышение температуры светодиодов, это снизит интенсивность и изменит длину волны и, следовательно, оттенок светодиода. свет произведен.

Регулятор должен надежно работать во всем диапазоне температур, которым он может подвергаться. В целом, более эффективные регуляторы смогут работать при более высоких температурах, поскольку им не нужно рассеивать столько тепла, но продукты от разных поставщиков могут сильно различаться, поэтому важно проверять технические характеристики.

Дополнительные возможности

В дополнение к критериям, описанным выше, вашему приложению может потребоваться определенная функциональность, которая может ограничить выбор. Примеры этих дополнительных функций:

  • Возможность параллельного подключения: если регуляторы могут быть подключены параллельно, то могут быть получены более высокие выходные токи. Не все регуляторы могут иметь параллельные выходы, поскольку во многих топологиях это вызывает нестабильность.
  • Постоянный выходной ток: в аккумуляторных батареях требуется постоянное напряжение для питания нагрузки, но для зарядки требуется постоянный ток.Некоторые регуляторы предлагают выходы, которые можно настроить как на постоянный ток, так и на постоянное напряжение, что делает их идеальными для этих систем.
  • Плавный запуск: возможность медленного увеличения напряжения помогает обеспечить стабильность системы питания, даже когда к выходу регулятора подключена большая емкость.
  • Защита от перенапряжения: регуляторы, которые имеют защиту, гарантирующую, что они не могут выдавать напряжение, превышающее заданное выходное напряжение, гарантируют, что нагрузка не будет повреждена даже во время неисправности.Другая схема защиты может отключить регулятор, если входное напряжение выходит за пределы допустимого диапазона.
  • Переходный отклик: некоторые нагрузки быстро изменяют требуемый им ток. Быстрый переходный отклик гарантирует, что регулятор может выдавать необходимую мощность без больших выходных конденсаторов для хранения энергии.

Заключение

Хотя регуляторы концептуально являются простыми компонентами – они принимают напряжение на входе и подают другое напряжение на выходе – существует множество факторов, которые определяют лучший регулятор для вашего приложения.Тщательное рассмотрение критериев, изложенных выше, поможет вам выбрать идеальный регулятор для вашей системы.

Как мне найти подходящий регулятор напряжения?

Введение

Стабилизатор напряжения – это схема, которая генерирует фиксированное выходное напряжение заданной величины, которое остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или условий нагрузки. Он преобразует нестабильное постоянное напряжение в стабильное постоянное напряжение.Его источник питания, состоящий из дискретных компонентов, имеет преимущества большой выходной мощности и широкой адаптируемости. В последние годы широкое распространение получили интегрированные регулируемые источники питания. Среди них трехконтактные регуляторы серии наиболее распространены для маломощных регулируемых источников питания. Обычно используемые встроенные регуляторы напряжения в схеме в основном включают серии 78xx, серии 79xx, регулируемый интегрированный регулятор напряжения, прецизионный интегрированный регулятор напряжения опорного напряжения и т. Д.

Что такое регулятор напряжения и как он работает?

Каталог


Ⅰ Классификация регуляторов напряжения

Регуляторы напряжения обычно делятся на линейные регуляторы напряжения и импульсные регуляторы напряжения. Линейный регулятор напряжения – это схема, используемая для поддержания постоянного напряжения, которая подразделяется на тип с низким падением напряжения и тип с общим падением напряжения. Импульсный регулятор напряжения – это тип импульсной схемы источника питания, которая предназначена для эффективного снижения постоянного напряжения с более высокого напряжения до более низкого, которое делится на понижающий тип, повышающий тип и интегрированный тип с противоположным входом и выходом. полярность.
В зависимости от количества выходных клемм и использования регулятора напряжения, его можно условно разделить на трехконтактный фиксированный тип, трехконтактный регулируемый тип, многополюсный регулируемый тип и однокристальный переключатель.
Трехконтактный стабилизатор напряжения фиксированного типа объединяет в микросхеме резисторы выборки, компенсационные конденсаторы, схемы защиты, регулирующие трубки большой мощности и т. Д. Так что весь блок интегральной схемы имеет всего 3 вывода: входной, выходной и общий.Очень удобно пользоваться. Его недостатком является то, что выходное напряжение фиксировано, поэтому необходимо производить серию продуктов с различными характеристиками выходного напряжения и тока для соответствия.
Трехконтактному регулируемому встроенному стабилизатору напряжения требуется только два внешних резистора для получения различных выходных напряжений.
Многополюсный регулируемый регулятор – это ранний интегрированный стабилизатор напряжения. При небольшой выходной мощности и большом количестве выводов его неудобно использовать, но зато высокая точность и низкая цена.
Монолитный интегрированный регулируемый источник питания коммутаторного типа развивается в последние годы, и его эффективность особенно высока. Его принцип работы отличается от вышеупомянутых трех типов. Это преобразователь, который преобразует постоянный ток в переменный (высокая частота), а затем в постоянный. Обычно существует два типа широтно-импульсной модуляции и частотно-импульсной модуляции, а выходное напряжение регулируется.

Ⅱ Основные параметры

1) Коэффициент стабилизации напряжения
Это важный показатель, характеризующий характеристики регулирования напряжения встроенного регулятора напряжения, также известный как коэффициент регулирования напряжения или стабильность.Он показывает, насколько стабильно выходное напряжение V0 регулятора при изменении входного напряжения V1.

2) Коэффициент стабилизации тока
Он также известен как коэффициент стабильности тока и показывает способность регулятора подавлять колебания выходного напряжения, вызванные изменениями тока нагрузки (выходного тока), когда входное напряжение остается неизменным.

3) Коэффициент подавления пульсаций
Отражает способность регулятора подавлять пульсации напряжения сети, подаваемые на входе.

4) Температурный коэффициент выходного напряжения
Он также известен как скорость изменения температуры выходного напряжения и означает, что когда входное напряжение и выходной ток (ток нагрузки) остаются неизменными, выходное напряжение регулятора изменяется в зависимости от температуры.

5) Долговременная стабильность выходного напряжения
Это относится к величине изменения значения выходного напряжения с течением времени (когда выходной ток, входное напряжение и температура окружающей среды остаются неизменными).Обычно это максимальное изменение выходного напряжения регулятора за заданное время.

6) Выходное шумовое напряжение
Его абсолютное значение напрямую отражает шумовые характеристики регулятора. Также имеется процентное значение выходного шумового напряжения Vn и выходного напряжения V0 регулятора для характеристики шумовых характеристик.

7) Термическая стабильность
Относится к термической стабильности регулятора напряжения. Обычно это процентное значение относительного изменения выходного напряжения, вызванного его удельным энергопотреблением.

8) Температурная стабильность
Это процентное значение относительного изменения выходного напряжения регулятора в пределах указанного максимального диапазона изменения рабочей температуры.

Ⅲ Применение примечаний

① Существует много типов встроенных регуляторов напряжения. По способу регулировки бывают линейные и переключательные. В зависимости от способа вывода бывают фиксированные и регулируемые. Благодаря очевидным преимуществам трехконтактного регулятора напряжения им удобнее пользоваться и работать.
② Перед подключением к схеме необходимо различать контакты и их функции, чтобы не повредить интегрированный блок. Входной и выходной концы трехконтактного встроенного регулятора напряжения с выходным напряжением более 6В необходимо соединить с защитными диодами, чтобы предотвратить быстрый разряд выходного конденсатора, который приведет к повреждению трехконтактного встроенного регулятора напряжения при входное напряжение внезапно падает.
③ Для обеспечения стабильности выходного напряжения должна быть гарантирована минимальная разница входного напряжения.Например, минимальный перепад давления трехконтактного встроенного регулятора напряжения составляет около 2 В, и он должен быть выше 3 В при обычном использовании. При этом следует отметить, что максимальная разница напряжений на входе и выходе не превышает указанного диапазона.
④ Для увеличения выходного тока допускается параллельное использование трехконтактного встроенного регулятора напряжения.
⑤ При использовании сварка должна быть прочной и надежной. Если требуется устройство отвода тепла, оно должно соответствовать требуемым размерам.
Если у вас плохой регулятор, это может привести к неправильной работе многих компонентов, таких как топливный насос, система зажигания или другие детали, требующие минимального напряжения. Вы можете столкнуться с шумом двигателя, резким холостым ходом или просто отсутствием ускорения, когда вам это нужно.

Ⅳ Типичные примеры: LM317 и LM7805

Устройство LM317 представляет собой регулируемый трехконтактный стабилизатор положительного напряжения, способный подавать более 1,5 А в диапазоне выходного напряжения 1.От 25 до 37 В. Он обслуживает широкий спектр приложений, включая местные, по регулированию карт. Это устройство также можно использовать для создания программируемого выходного регулятора или, подключив постоянный резистор между регулировкой и выходом, LM317 можно использовать в качестве прецизионного регулятора тока.

LM317 Технические характеристики

Регулируемое выходное напряжение до 1.2В

Выходное напряжение: 1,25-37 В постоянного тока

Гарантированный выходной ток 1,5 А

Выходной ток: 5 мА-1,5 А

Типичная скорость линейной регулировки: 0,01%

Максимальная разница входного и выходного напряжения: 40 В постоянного тока

Типичный коэффициент регулирования нагрузки: 0.1%

Мин. Разница входного и выходного напряжения: 3 В постоянного тока

Коэффициент подавления пульсаций: 80 дБ

Рабочая температура: -10 ± 85 ℃

Защита от короткого замыкания на выходе

Температура хранения: -65 ± 150 ℃

Перегрузка по току, защита от перегрева

Выходное напряжение: 1.25-37 В постоянного тока

Регулировочная трубка, безопасная защита рабочей зоны

Выходной ток: 5 мА-1,5 А


Линейный регулятор напряжения LM7805 имеет функции защиты от перенапряжения, сверхтока и перегрева, что делает его работу очень стабильной. Это регулятор на 5 В, способный достигать выходного тока выше 1 А, и имеет хороший температурный коэффициент.Таким образом, продукт имеет широкий спектр применения. Более подробную информацию смотрите в следующем видео:

Почему LM7805 – очень популярный регулятор напряжения?

Как член серии фиксированных линейных регуляторов напряжения 78xx, нижеследующее является очень хорошим обзором основ линейного регулятора напряжения 7805:

Параметр

Обозначение

Условия

Мин.

Типичный

Макс

Блок

Выходное напряжение

Vo

Tj = 25 ℃

4.8

5,0

5,2

В

5,0 мА

Po <15 Вт

Vi = от 7 до 20 В

4,75

5,0

5,25

В

Линейная корректировка

△ Влайн

Tj = 25 ℃, Vi = от 7 В до 25 В

3.0

100

мВ

Tj = 25 ℃

Vi = от 8 В до 12 В

1,0

50

мВ

Скорость корректировки нагрузки

△ Загрузка

Tj = 25 ℃, lo = 5.От 0 мА до 1,5 А

100

мВ

Tj = 25 ℃

lo = от 250 мА до 750 мА

50

мВ

Статический ток

Iq

Tj = 25 ℃

8

мА

Статический ток

△ Iq

lo = от 5 мА до 1.0A

0,5

мА

Vi = от 7 В до 25 В

0,8

мА

Дрейф выходного напряжения

△ Vo / △ T

lo = 5 мА

-1.1

мВ / ℃

Выходное шумовое напряжение

EN

f = от 10 Гц до 100 кГц

Tj = 25 ℃

40

мкВ / Vo

Коэффициент подавления пульсации

СВР

f = 120 Гц, Vi = от 8 В до 18 В

62

дБ

Дифференциальное напряжение

Vd

lo = 1.0A

Tj = 25 ℃

2,0

В

Выходное сопротивление

Ro

f = 1 кГц

17

мОм

Ток короткого замыкания

Isc

Vi = 35 В

Tj = 25 ℃

750

мА

Пиковый ток

Iscp

Tj = 25 ℃

2.2

А


Если вы хотите сделать источник питания 5 В с 7805, выходные токи до 1 А могут быть получены от ИС при условии наличия надлежащего радиатора. Трансформатор на 9 В понижает основное напряжение, мост на 1 А выпрямляет его, конденсатор C1 фильтрует его, а 7805 регулирует его для получения стабильного 5 В постоянного тока. Затем вы можете проверить его, включить источник питания постоянного тока и отрегулировать выходное напряжение около 8 В или немного больше.Или, в качестве альтернативы, вы можете использовать батарею 9В-12В в качестве источника напряжения. Когда выставляете напряжение, смотрите на панель вольтметра. Подготовьте показания вольтметра постоянного тока в диапазоне напряжений 50 В для измерения выходного напряжения микросхемы IC 7805.

Часто задаваемые вопросы о регуляторе напряжения

1. Что такое регулятор напряжения и как он работает?
Регулятор напряжения генерирует фиксированное выходное напряжение заданной величины, которое остается постоянным независимо от изменений его входного напряжения или условий нагрузки…. Импульсный стабилизатор преобразует входное постоянное напряжение в коммутируемое напряжение, подаваемое на силовой MOSFET или BJT-переключатель.

2. Для чего нужен регулятор напряжения?
Регулятор напряжения, любое электрическое или электронное устройство, поддерживающее напряжение источника питания в допустимых пределах. Стабилизатор напряжения необходим для поддержания напряжения в предписанном диапазоне, который может выдерживать электрическое оборудование, использующее это напряжение.

3.Какие три основных типа регуляторов напряжения?
Существует три типа импульсных регуляторов напряжения: повышающие, понижающие и инверторные регуляторы напряжения.

4. Что происходит при выходе из строя регулятора напряжения?
Если у вас плохой регулятор, это может привести к неправильной работе многих компонентов, таких как топливный насос, система зажигания или другие детали, требующие минимального напряжения. Вы можете столкнуться с шумом двигателя, резким холостым ходом или просто отсутствием ускорения, когда вам это нужно.

5. Где используются регуляторы напряжения?
Электронные регуляторы напряжения используются в таких устройствах, как блоки питания компьютеров, где они стабилизируют постоянное напряжение, используемое процессором и другими элементами. В автомобильных генераторах переменного тока и генераторных установках центральной электростанции регуляторы напряжения управляют производительностью установки.

Альтернативные модели

Часть Сравнить Производителей Категория Описание
ПроизводительНомер детали: W25Q128FVFIG Сравнить: Текущая часть Производитель: Winbond Electronics Категория: Чип памяти Описание: Flash Serial-SPI 3V / 3.3V 128M-бит 16M x 8 7ns 16Pin SOIC
Производитель Номер детали: W25Q128FVFIG TR Сравнить: W25Q128FVFIG VS W25Q128FVFIG TR Производитель: Winbond Electronics Категория: Чип памяти Описание: NOR Flash Serial-SPI 3V / 3.3V 128M-бит 16M x 8 7ns 16Pin SOIC
Производитель № детали: N25Q128A13ESF40E Сравнить: W25Q128FVFIG против N25Q128A13ESF40E Производитель: Micron Категория: Флэш-память Описание: NOR Flash Serial-SPI 3V / 3.3V 128Mbit 128M / 64M / 32M x 1Bit / 2Bit / 4Bit 7ns 16Pin SO W Tray
Производитель Номер детали: S25FL128P0XMFI000 Сравнить: W25Q128FVFIG VS S25FL128P0XMFI000 Производители: Spansion Категория: Чип памяти Описание: IC FLASH 128 Мбит 104 МГц 16SO

Основы электроники: регулятор напряжения

Создание регулятора напряжения

Справочная теория

: как работает регулятор напряжения?


Название говорит само за себя: регулятор напряжения.Аккумулятор в вашем автомобиле, который заряжается от генератора переменного тока, розетка в вашем доме, которая обеспечивает все необходимое вам электричество, сотовый телефон , который вы, вероятно, будете держать под рукой каждую минуту дня, им всем требуется определенное напряжение, чтобы функция. Колеблющиеся выходы, превышающие ± 2 В, могут привести к неэффективной работе и, возможно, даже к повреждению ваших зарядных устройств. Колебания напряжения могут происходить по разным причинам: состояние электросети, включение и выключение других приборов, время суток, факторы окружающей среды и т. Д.Из-за необходимости постоянного постоянного напряжения введите регулятор напряжения.

Стабилизатор напряжения – это интегральная схема (ИС), которая обеспечивает постоянное фиксированное выходное напряжение независимо от изменения нагрузки или входного напряжения. Он может делать это разными способами в зависимости от топологии схемы внутри, но для того, чтобы сохранить этот проект в качестве базового, мы в основном сосредоточимся на линейном регуляторе. Линейный регулятор напряжения работает, автоматически регулируя сопротивление через контур обратной связи, учитывая изменения как нагрузки, так и входа, при этом сохраняя постоянное выходное напряжение.

Микросхема стабилизатора напряжения в корпусе ТО-220 С другой стороны, для импульсных регуляторов
, таких как понижающий (понижающий), повышающий (повышающий) и понижающий-повышающий (повышающий / понижающий), требуется несколько дополнительных компонентов, а также повышенная сложность как различные компоненты повлияют на результат. Импульсные регуляторы намного более эффективны с точки зрения преобразования энергии, где эффективность играет большую роль, но линейные регуляторы очень хорошо работают в качестве регуляторов напряжения в низковольтных приложениях.

В зависимости от приложения, стабилизатору напряжения может также потребоваться больше внимания для улучшения других параметров, таких как пульсирующее напряжение на выходе, переходная характеристика нагрузки, падение напряжения и выходной шум.Такие приложения, как аудиопроекты, более чувствительны к шуму и помехам, поэтому потребуется дополнительная фильтрация, особенно в импульсных регуляторах, где пульсации на выходе могут быть значительными. Большую часть информации, включая схемы, можно найти в техническом описании микросхемы стабилизатора напряжения, с которой вы работаете, в разделе «Примечания по применению».


Указания по применению для регулятора 7805T
Afrotechmods также имеет информативное видео о работе с популярным регулятором напряжения LM317T для получения регулируемого выхода.


Проект

Комплект регулятора напряжения макетной платы – отличный набор для пайки для любого новичка. Он выдает чистое 5 В постоянного тока с максимальным выходным током 500 мА. Он способен принимать входное напряжение в диапазоне 6-18 В постоянного тока и имеет контакты, размер которых идеально подходит для любой стандартной макетной платы с шагом 0,1 дюйма.

В комплект входит:

(1) Печатная плата
(1) Выключатель питания
(1) Разъем питания постоянного тока 2,1 мм
(1) Электролитический конденсатор 10 мкФ
(1) 0.Монолитный конденсатор 1 мкФ
(1) Резистор 1 кОм
(1) Красный светодиодный индикатор питания
(1) Разъемы контактов
(1) Руководство пользователя

Вам понадобятся:
• Паяльник
• Припой
• Резаки
• Блок питания от сетевого адаптера 6-18 В (Mean Well GS06U-3PIJ)


Комплект регулятора напряжения макетной платы Solarbotics 34020
Направление:

1. Резистор и конденсатор 0,1 мкФ:
Удалите ленту и согните выводы резистора, затем вставьте его в положение, обозначенное R1.Припаяйте его с другой стороны и отрежьте лишние выводы. Сделайте то же самое для конденсатора 0,1 мкФ в позиции C2. Неважно, как эти детали установлены – они не поляризованы .

2. Регулятор напряжения и цилиндрический домкрат:
Припаяйте регулятор напряжения в положение V-REG. Убедитесь, что сторона табуляции выровнена с жирной линией на символе – обратное направление не сработает! Затем обрежьте лишние провода. Защелкните цилиндрический домкрат в положение B1 и припаяйте его на место.

Шаг 1 Шаг 2
3. Конденсатор 10 мкФ и индикатор питания:
Установите электролитический конденсатор 10 мкФ в положение C1. Позиционирование имеет решающее значение. Убедитесь, что более длинный провод входит в площадку, отмеченную (+). Убедитесь, что он находится в правильном положении, проверив, что полоса на стороне конденсатора находится ближе всего к этикетке PWR. Сделайте то же самое со светодиодом; более длинный вывод входит в круглую площадку. Вы можете убедиться, что светодиод находится в правильном положении, заметив небольшую выемку на светодиоде на стороне символа светодиода с линией (рядом с квадратной площадкой).

4. Контакты выключателя питания и макетной платы:
Выключатель питания просто устанавливается в положение PWR. С выводами на макетной плате посложнее – они идут снизу, и их сложнее удерживать при пайке. Тщательно припаяйте их как можно ровнее вручную или, если вы уверены, вставьте длинную сторону контактов в макет так, чтобы они совпали с отверстиями в печатной плате, затем припаяйте их, пока макетная плата удерживает все выровненные.

Шаг 3 Шаг 4
5.Настройка Power Rails:
ЭТО ВАЖНО.
Если вы забудете это сделать, ваша доска не будет работать! Выберите, на какой стороне макета вы хотите установить плату (в этом примере мы используем левую сторону). Обратите внимание на полярность направляющих макетной платы «+» внизу и «-» вверху. Найдите, какой набор контактных площадок на плате соответствует этому расположению, и нанесите каплю припоя на маленькие полумесяцы.

Если вы планируете переключить полярность питания на направляющих, вы можете установить номер детали SWT7 на контактные площадки между контактными площадками. Не оставляйте капли на подушечках, если вы это сделаете. Обратите внимание, что это не рекомендуемая модификация.

Подайте питание на плату от любого источника постоянного тока диаметром 2,1 мм с номинальным напряжением 6–18 В – не превышайте максимальное значение 35 В постоянного тока! Регулятор мощности нагревается при питании от более 12 В (это нормально). Если вы не хотите использовать его на макетной плате, используйте контактные площадки с маркировкой «+ -» на конце, ближайшем к гнезду цилиндра, для регулируемой выходной мощности 5 В.


Шаг 5
SWT7 Навесной

Вопросы для обсуждения


1.Какое влияние на выход цепи окажут тепло и шум?
2. Как конденсаторы помогают отфильтровывать помехи?
3. Каковы преимущества и недостатки линейных и импульсных регуляторов?

Важные моменты, которые следует учитывать при выборе регулятора напряжения

Регулятор напряжения поддерживает стабильное выходное напряжение и может использоваться во многих коммерческих приложениях, таких как генераторы и аварийные источники питания. Они получают питание от сети переменного тока, батарей или источника постоянного тока.Вот ключевые факторы, на которые следует обратить внимание при выборе регулятора напряжения.

Функция регулятора напряжения Двумя основными типами регуляторов напряжения являются линейные и импульсные регуляторы напряжения. В то время как линейные типы снижают напряжение с помощью управления импедансом на выходе, типы переключения, также известные как преобразователи постоянного тока в постоянный, имеют возможность повышать или понижать напряжение с помощью переключателей включения / выключения. Хотя линейные регуляторы не так эффективны, они дешевле, а импульсные регуляторы считаются более качественными.

Применение регуляторов напряжения Линейные регуляторы напряжения полезны для приложений с очень низким уровнем шума. В этих регуляторах не используются переключатели, что является ключевой причиной, по которой они не производят такого большого шума, как импульсные стабилизаторы. Еще одно применение линейных регуляторов – это приложения с очень низким энергопотреблением, особенно когда выходное напряжение не сильно отличается от входного. Линейные регуляторы также подходят для более дешевых приложений.

Одна из причин того, что импульсные стабилизаторы более дорогие, заключается в том, что в них используются катушка индуктивности, конденсатор и диод Шоттки.Импульсные регуляторы гораздо более универсальны среди электронных устройств, отчасти из-за их высокой эффективности как при повышении, так и при понижении постоянного напряжения. Тот факт, что эти регуляторы включаются и выключаются, делает их более эффективными. В то время как линейные регуляторы тратят энергию впустую, импульсные регуляторы полезны, когда приоритетом являются тепловые характеристики.

Производительность и эффективность Один из наиболее важных вопросов, который следует задать, касается того, насколько производительность важна для ваших нужд.Важно понимать, насколько хорошо регулятор преобразует шумный вход в стабильный уровень напряжения. Важным показателем является точность выходного напряжения, которая указывает на изменения температуры. Он также измеряет изменения тока нагрузки, который является максимальным ожидаемым выходным током.

КПД регулятора выражается отношением выходной мощности к входной. В линейных регуляторах расстояние между выходом и входом ограничено падением напряжения. Высокая эффективность коррелирует с низким падением напряжения.

Заключение Есть два типа регуляторов напряжения: линейные и переключаемые. В то время как линейные регуляторы работают с менее дорогой электроникой, импульсные регуляторы более высокого уровня. Другие факторы, которые влияют на принятие решения о выборе регулятора напряжения, включают линейное регулирование, регулирование нагрузки и переходные характеристики.

Allied Components International

Allied Components International специализируется на разработке и производстве широкого спектра стандартных магнитных компонентов и модулей, таких как индукторы для микросхем, магнитные индукторы на заказ и трансформаторы на заказ.Мы стремимся предоставлять нашим клиентам продукцию высокого качества, обеспечивать своевременные поставки и предлагать конкурентоспособные цены.

Мы – растущее предприятие в магнитной промышленности с более чем 20-летним опытом.

AN-140: Основные понятия линейного регулятора и импульсных источников питания

Аннотация

В этой статье объясняются основные концепции линейных регуляторов и импульсных источников питания (ИИП).Он предназначен для системных инженеров, которые могут не очень хорошо разбираться в конструкции и выборе источников питания. Объясняются основные принципы работы линейных регуляторов и SMPS, а также обсуждаются преимущества и недостатки каждого решения. Понижающий понижающий преобразователь используется в качестве примера для дальнейшего объяснения конструктивных особенностей импульсного регулятора.

Введение

Современные конструкции требуют все большего количества шин питания и решений для электропитания в электронных системах с нагрузками от нескольких мА для резервных источников питания до более 100 А для стабилизаторов напряжения ASIC.Важно выбрать подходящее решение для целевого приложения и удовлетворить заданные требования к производительности, такие как высокая эффективность, ограниченное пространство на печатной плате, точное регулирование выходной мощности, быстрая переходная характеристика, низкая стоимость решения и т. Д. Конструкция управления питанием становится все более частой и сложной задачей для системных проектировщиков, многие из которых могут не иметь сильного энергетического опыта.

Преобразователь мощности генерирует выходное напряжение и ток для нагрузки от заданного источника входного питания.Он должен соответствовать требованиям регулирования напряжения или тока нагрузки в установившихся и переходных режимах. Он также должен защищать нагрузку и систему в случае отказа какого-либо компонента. В зависимости от конкретного приложения разработчик может выбрать либо линейный регулятор (LR), либо импульсный источник питания (SMPS). Чтобы сделать лучший выбор решения, дизайнерам важно знать достоинства, недостатки и конструктивные особенности каждого подхода.

Эта статья посвящена приложениям с неизолированными источниками питания и дает представление об их работе и основах проектирования.

Линейные регуляторы

Как работает линейный регулятор

Начнем с простого примера. Во встроенной системе от внешнего источника питания доступна шина 12 В. На системной плате необходимо напряжение 3,3 В для питания операционного усилителя (операционного усилителя). Самый простой способ генерировать 3,3 В – использовать резисторный делитель от шины 12 В, как показано на рисунке 1. Хорошо ли он работает? Обычно ответ отрицательный. Ток на выводах V CC операционного усилителя может изменяться в зависимости от условий эксплуатации.Если используется делитель с постоянным резистором, напряжение IC V CC зависит от нагрузки. Кроме того, вход шины 12 В может плохо регулироваться. В той же системе может быть много других нагрузок, использующих шину 12 В. Из-за импеданса шины напряжение на шине 12 В меняется в зависимости от условий нагрузки на шину. В результате резисторный делитель не может подавать стабилизированное напряжение 3,3 В на операционный усилитель, чтобы гарантировать его правильную работу. Следовательно, необходим специальный контур регулирования напряжения. Как показано на рисунке 2, контур обратной связи должен регулировать значение верхнего резистора R1 для динамического регулирования 3.3V на V CC .

Рисунок 1. Резисторный делитель вырабатывает 3,3 В постоянного тока на входе шины 12 В

Рисунок 2. Контур обратной связи регулирует значение последовательного резистора R1 для регулирования 3,3 В

Этот тип переменного резистора может быть реализован с помощью линейного регулятора, как показано на рисунке 3. Линейный регулятор управляет биполярным или полевым силовым транзистором (FET) в его линейном режиме. Таким образом, транзистор работает как переменный резистор последовательно с выходной нагрузкой.Концептуально для создания цепи обратной связи усилитель ошибки измеряет выходное напряжение постоянного тока через цепь резисторов выборки R A и R B , а затем сравнивает напряжение обратной связи V FB с опорным напряжением V REF . Выходное напряжение усилителя ошибки управляет базой последовательного силового транзистора через усилитель тока. Когда либо входное напряжение V BUS уменьшается, либо увеличивается ток нагрузки, выходное напряжение V CC падает.Напряжение обратной связи V FB также уменьшается. В результате усилитель ошибки обратной связи и усилитель тока генерируют больший ток в базе транзистора Q1. Это уменьшает падение напряжения V CE и, следовательно, возвращает выходное напряжение V CC , так что V FB равно V REF . С другой стороны, если выходное напряжение V CC повышается, аналогичным образом цепь отрицательной обратной связи увеличивает V CE , чтобы обеспечить точное регулирование 3.Выход 3 В. Таким образом, любое изменение V O поглощается напряжением V CE транзистора линейного стабилизатора. Таким образом, выходное напряжение V CC всегда постоянно и хорошо регулируется.

Рис. 3. В линейном регуляторе реализован переменный резистор для регулирования выходного напряжения

Зачем нужны линейные регуляторы?

Линейный регулятор уже очень давно широко используется в промышленности. Это было основой для отрасли электроснабжения до тех пор, пока импульсные источники питания не стали преобладать после 1960-х годов.Даже сегодня линейные регуляторы по-прежнему широко используются в широком спектре приложений.

Помимо простоты использования, линейные регуляторы имеют и другие преимущества в производительности. Поставщики систем управления питанием разработали множество интегрированных линейных регуляторов. Типичный интегрированный линейный регулятор требует только V IN , V OUT , FB и дополнительных контактов GND. На рисунке 4 показан типичный трехконтактный линейный стабилизатор LT1083, разработанный более 20 лет назад. Для установки выходного напряжения требуется только входной конденсатор, выходной конденсатор и два резистора обратной связи.Практически любой инженер-электрик может спроектировать источник питания с этими простыми линейными регуляторами.

Рис. 4. Пример встроенного линейного регулятора: линейный регулятор 7,5 А только с тремя контактами

Один недостаток – линейный регулятор может сжечь много энергии

Основным недостатком использования линейных регуляторов может быть чрезмерное рассеивание мощности последовательного транзистора Q1, работающего в линейном режиме. Как объяснялось ранее, транзистор линейного регулятора концептуально представляет собой переменный резистор.Поскольку весь ток нагрузки должен проходить через последовательный транзистор, его рассеиваемая мощность составляет P Потери = (V IN – V O ) • I O . В этом случае эффективность линейного регулятора можно быстро оценить по:

Итак, в примере на Рисунке 1, когда на входе 12 В и на выходе 3,3 В, эффективность линейного регулятора составляет всего 27,5%. В этом случае 72,5% входной мощности просто теряется и выделяет тепло в регуляторе. Это означает, что транзистор должен иметь тепловую способность, чтобы справиться с рассеянием мощности / тепла в худшем случае при максимальном напряжении IN и полной нагрузке.Таким образом, размер линейного регулятора и его радиатора может быть большим, особенно когда V O намного меньше, чем V IN . Рисунок 5 показывает, что максимальная эффективность линейного регулятора пропорциональна соотношению V O / V IN .

Рисунок 5. Максимальный КПД линейного регулятора в зависимости от соотношения V O / V IN

С другой стороны, линейный регулятор может быть очень эффективным, если V O близок к V IN .Однако линейный регулятор (LR) имеет еще одно ограничение, а именно минимальную разницу напряжений между V IN и V O . Транзистор в LR должен работать в линейном режиме. Таким образом, требуется определенное минимальное падение напряжения на коллекторе для эмиттера биполярного транзистора или от стока до истока полевого транзистора. Когда V O слишком близко к V IN , LR больше не может регулировать выходное напряжение. Линейные регуляторы, которые могут работать с малым запасом мощности (V IN – V O ), называются регуляторами с малым падением напряжения (LDO).

Также ясно, что линейный стабилизатор или LDO может обеспечить только понижающее преобразование DC / DC. В приложениях, которые требуют, чтобы напряжение V O было выше, чем напряжение V IN , или требуется отрицательное напряжение V O от положительного напряжения V IN , линейные регуляторы, очевидно, не работают.

Линейный регулятор с разделением тока для высокой мощности [8]

Для приложений, требующих большей мощности, регулятор должен быть установлен отдельно на радиаторе для отвода тепла.В системах для поверхностного монтажа это не вариант, поэтому ограничение рассеиваемой мощности (например, 1 Вт) ограничивает выходной ток. К сожалению, непросто установить прямое параллельное соединение линейных регуляторов для распределения выделяемого тепла.

Замена источника опорного напряжения, показанного на рисунке 3, на прецизионный источник тока, позволяет подключать линейный регулятор напрямую, чтобы распределять токовую нагрузку и, таким образом, рассеивать рассеиваемое тепло между ИС. Это делает возможным использование линейных регуляторов при высоком выходном токе, в любых приложениях для поверхностного монтажа, где только ограниченное количество тепла может рассеиваться в любом месте на плате.LT3080 – первый регулируемый линейный стабилизатор, который можно использовать параллельно для увеличения тока. Как показано на рисунке 6, он имеет внутренний источник тока с прецизионным нулевым TC 10 мкА, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя. С помощью внешнего резистора настройки одиночного напряжения R SET выходное напряжение линейного регулятора можно регулировать от 0 В до (V IN – V DROPOUT ).

Рисунок 6. Настройка одиночного резистора LDO LT3080 с прецизионным источником тока Ссылка

На рис. 7 показано, как легко подключить LT3080 к параллельному распределению тока.Просто свяжите контакты SET LT3080 вместе, два регулятора имеют одинаковое опорное напряжение. Поскольку операционные усилители точно настроены, напряжение смещения между регулировочным штифтом и выходом составляет менее 2 мВ. В этом случае требуется только балластное сопротивление 10 мОм, которое может быть суммой небольшого внешнего резистора и сопротивления проводов печатной платы, чтобы сбалансировать ток нагрузки с более чем 80% выравниваемым распределением. Нужна еще больше мощности? Разумно даже параллельное подключение 5-10 устройств.

Рис. 7. Параллельное подключение двух линейных регуляторов LT3080 для более высокого выходного тока

Области применения, где предпочтительны линейные регуляторы

Существует множество приложений, в которых линейные регуляторы или LDO обеспечивают превосходные решения для переключения источников питания, в том числе:

  1. Простые / недорогие решения. Решения с линейным стабилизатором или LDO просты и удобны в использовании, особенно для приложений с низким энергопотреблением и низким выходным током, где тепловая нагрузка не критична.Внешний силовой индуктор не требуется.
  2. Применения с низким уровнем шума / малой пульсации. Для чувствительных к шуму приложений, таких как устройства связи и радио, минимизация шума источника питания очень важна. Линейные регуляторы имеют очень низкую пульсацию выходного напряжения, потому что нет элементов, которые часто включаются и выключаются, а линейные регуляторы могут иметь очень широкую полосу пропускания. Так что есть небольшая проблема с EMI. Некоторые специальные LDO-стабилизаторы, такие как семейство LDO Analog Devices LT1761, имеют на выходе всего 20 мкВ RMS напряжения шума на выходе.Для SMPS практически невозможно достичь такого низкого уровня шума. SMPS обычно имеет выходную пульсацию в мВ даже с конденсаторами с очень низким ESR.
  3. Быстрые переходные приложения. Контур обратной связи линейного регулятора обычно является внутренним, поэтому никакой внешней компенсации не требуется. Как правило, линейные регуляторы имеют более широкую полосу пропускания контура управления и более быстрый переходный отклик, чем у SMPS.
  4. Приложения с низким отсевом. Для приложений, где выходное напряжение близко к входному, LDO могут быть более эффективными, чем SMPS.Существуют LDO с очень низким падением напряжения (VLDO), такие как Analog Devices LTC1844, LT3020 и LTC3025, с выпадающим напряжением от 20 до 90 мВ и током до 150 мА. Минимальное входное напряжение может составлять 0,9 В. Поскольку в LR отсутствуют коммутационные потери переменного тока, эффективность малой нагрузки LR или LDO аналогична его эффективности при полной нагрузке. SMPS обычно имеет более низкую эффективность при малой нагрузке из-за потерь на переключение переменного тока. В приложениях с батарейным питанием, в которых эффективность малой нагрузки также имеет решающее значение, LDO может предоставить лучшее решение, чем SMPS.

Таким образом, разработчики используют линейные регуляторы или LDO, потому что они просты, имеют низкий уровень шума, низкую стоимость, просты в использовании и обеспечивают быстрый переходный отклик. Если V O близок к V IN , LDO может быть более эффективным, чем SMPS.

Основы импульсного источника питания

Зачем нужен импульсный источник питания?

Быстрый ответ – высокая эффективность. В ИИП транзисторы работают в режиме переключения, а не в линейном режиме. Это означает, что когда транзистор включен и проводит ток, падение напряжения на его пути питания минимально.Когда транзистор выключен и блокирует высокое напряжение, ток через его путь питания почти отсутствует. Так что полупроводниковый транзистор похож на идеальный переключатель. Таким образом, потери мощности в транзисторе сводятся к минимуму. Высокая эффективность, низкое рассеивание мощности и высокая плотность мощности (небольшой размер) являются основными причинами, по которым разработчики используют SMPS вместо линейных регуляторов или LDO, особенно в сильноточных приложениях. Например, в настоящее время синхронный понижающий понижающий источник питания 12 В IN , 3,3 В OUT может обычно достигать КПД> 90% по сравнению с менее чем 27.5% от линейного регулятора. Это означает потерю мощности или уменьшение размеров как минимум в восемь раз.

Самый популярный импульсный блок питания – понижающий преобразователь

На рисунке 8 показан простейший и наиболее популярный импульсный стабилизатор – понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный. Он имеет два режима работы, в зависимости от того, включен или выключен транзистор Q1. Чтобы упростить обсуждение, все силовые устройства считаются идеальными. Когда переключатель (транзистор) Q1 включен, напряжение коммутационного узла V SW = V IN и ток L индуктора заряжаются на (V IN – V O ).На рисунке 8 (а) показана эквивалентная схема в этом режиме зарядки индуктора. Когда переключатель Q1 выключен, ток катушки индуктивности проходит через диод свободного хода D1, как показано на рисунке 8 (b). Напряжение коммутационного узла V SW = 0 В и ток L индуктора разряжается нагрузкой V O . Поскольку идеальная катушка индуктивности не может иметь постоянного напряжения в установившемся состоянии, среднее выходное напряжение V O может быть задано как:

, где T ON – временной интервал включения в пределах периода TS переключения.Если соотношение T ON / T S определяется как рабочий цикл D, выходное напряжение V O составляет:

Когда значения катушки индуктивности L фильтра и выходного конденсатора C O достаточно высоки, выходное напряжение V O является постоянным напряжением с пульсацией всего в мВ. В этом случае для входного понижающего источника 12 В концептуально рабочий цикл 27,5% обеспечивает выходное напряжение 3,3 В.

Рис. 8. Режимы работы понижающего преобразователя и типичные формы сигналов

Помимо описанного выше подхода к усреднению, существует другой способ вывести уравнение рабочего цикла.Идеальный индуктор не может иметь постоянное напряжение в устойчивом состоянии. Таким образом, он должен поддерживать вольт-секундный баланс катушки индуктивности в течение периода переключения. Согласно форме кривой напряжения индуктора на рисунке 8, для баланса вольт-секунд требуется:

Уравнение (5) совпадает с уравнением (3). Такой же подход балансировки вольт-секунд может быть использован для других топологий постоянного / постоянного тока для получения рабочего цикла по уравнениям V IN и V O .

Потери мощности в понижающем преобразователе

Потери проводимости постоянного тока

С идеальными компонентами (нулевое падение напряжения во включенном состоянии и нулевые потери переключения) идеальный понижающий преобразователь имеет 100% КПД.На самом деле рассеивание мощности всегда связано с каждым силовым компонентом. В ИИП есть два типа потерь: потери проводимости постоянного тока и потери переключения переменного тока.

Потери проводимости понижающего преобразователя в основном возникают из-за падений напряжения на транзисторе Q1, диоде D1 и катушке индуктивности L, когда они проводят ток. Чтобы упростить обсуждение, пульсации переменного тока тока катушки индуктивности не учитываются в следующем расчете потерь проводимости. Если MOSFET используется в качестве силового транзистора, потери проводимости MOSFET равны I O 2 • R DS (ON) • D, где R DS (ON) – сопротивление MOSFET в открытом состоянии. Q1.Потери мощности проводимости диода равны I O • V D • (1 – D), где V D – прямое падение напряжения на диоде D1. Потери проводимости индуктора равны I O 2 • R DCR , где R DCR – сопротивление меди обмотки индуктора. Следовательно, потери проводимости понижающего преобразователя примерно равны:

Например, вход 12 В, 3,3 В / 10 А MAX выходной понижающий источник питания может использовать следующие компоненты: полевой МОП-транзистор R DS (ON) = 10 мОм, индуктор R DCR = 2 мОм, прямое напряжение диода В D = 0.5В. Следовательно, потеря проводимости при полной нагрузке составляет:

Учитывая только потери проводимости, КПД преобразователя составляет:

Приведенный выше анализ показывает, что диод свободного хода потребляет 3,62 Вт потери мощности, что намного выше, чем потери проводимости полевого МОП-транзистора Q1 и катушки индуктивности L. Для дальнейшего повышения эффективности диод D1 можно заменить полевым МОП-транзистором Q2, как показано на Рисунок 9. Этот преобразователь называется синхронным понижающим преобразователем. Строб Q2 требует сигналов, дополнительных к затвору Q1, т.е.е., Q2 горит только тогда, когда Q1 выключен. Потери проводимости синхронного понижающего преобразователя:

Если полевой МОП-транзистор R DS (ON) 10 мОм также используется для Q2, потери проводимости и эффективность синхронного понижающего преобразователя будут:

Приведенный выше пример показывает, что синхронный понижающий преобразователь более эффективен, чем традиционный понижающий преобразователь, особенно для приложений с низким выходным напряжением, где рабочий цикл мал, а время проводимости диода D1 велико.

Рисунок 9.Синхронный понижающий преобразователь и его транзисторные сигналы затвора

Потери при переключении переменного тока

В дополнение к потерям проводимости постоянного тока, существуют другие потери мощности, связанные с переменным током / переключением, из-за неидеальных силовых компонентов:

  1. Коммутационные потери MOSFET. Настоящему транзистору требуется время для включения или выключения. Таким образом, во время переходных процессов при включении и выключении возникают перекрытия по напряжению и току, что приводит к коммутационным потерям переменного тока. На рисунке 10 показаны типичные формы сигналов переключения полевого МОП-транзистора Q1 в синхронном понижающем преобразователе.Зарядка и разрядка паразитного конденсатора C GD верхнего полевого транзистора Q1 с зарядом Q GD определяют большую часть времени переключения Q1 и связанных потерь. В синхронном понижающем преобразователе потери переключения нижнего полевого транзистора Q2 малы, потому что Q2 всегда включается после того, как его основной диод становится проводящим, и выключается до того, как его основной диод становится проводящим, в то время как падение напряжения на основном диоде невелико. Однако заряд обратного восстановления основного диода Q2 может также увеличить коммутационные потери верхнего полевого транзистора Q1 и вызвать звон напряжения переключения и шум электромагнитных помех.Уравнение (12) показывает, что потери переключения управляющего полевого транзистора Q1 пропорциональны частоте переключения преобразователя f S . Точный расчет потерь энергии E ON и E OFF для Q1 непрост, но его можно найти в примечаниях к применению поставщиков MOSFET.
  2. Потери в сердечнике индуктора P SW_CORE . Настоящая катушка индуктивности также имеет потери переменного тока, которые зависят от частоты переключения. Потери переменного тока в индукторе в основном связаны с потерями в магнитном сердечнике. В высокочастотном ИИП материалом сердечника может быть железный порошок или феррит.Как правило, сердечники из порошкового железа насыщаются мягко, но имеют высокие потери в сердечнике, тогда как ферритовый материал насыщается более резко, но имеет меньшие потери в сердечнике. Ферриты – это керамические ферромагнитные материалы, которые имеют кристаллическую структуру, состоящую из смесей оксида железа с оксидом марганца или цинка. Потери в сердечнике в основном связаны с потерями на магнитный гистерезис. Производитель сердечника или катушки индуктивности обычно предоставляет данные о потерях в сердечнике разработчикам источников питания для оценки потерь в катушке индуктивности переменного тока.
  3. Прочие потери, связанные с кондиционированием воздуха.Другие потери, связанные с переменным током, включают потерю драйвера затвора P SW_GATE , что равно V DRV • Q G • f S , и мертвое время (когда оба верхнего полевого транзистора Q1 и нижний полевой транзистор Q2 выключены) основной диод потери проводимости, равные (ΔT ON + ΔT OFF ) • V D (Q2) • f S . Таким образом, потери, связанные с переключением, включают: Расчет потерь, связанных с переключением, обычно непросто. Потери, связанные с переключением, пропорциональны частоте переключения f S .В синхронном понижающем преобразователе 12 В IN , 3,3 В O / 10A MAX потери переменного тока вызывают потерю эффективности от 2% до 5% при частоте переключения 200–500 кГц. Таким образом, общий КПД составляет около 93% при полной нагрузке, что намного лучше, чем у источников LR или LDO. Нагревание или уменьшение размера могут быть близки к 10x.

Рис. 10. Типичная форма сигнала переключения и потери в верхнем полевом транзисторе Q1 понижающего преобразователя

Конструктивные особенности компонентов коммутируемой мощности

Оптимизация частоты коммутации

Как правило, более высокая частота переключения означает меньшие размеры компонентов L и C выходного фильтра O .В результате размер и стоимость блока питания могут быть уменьшены. Более широкая полоса пропускания также может улучшить переходные характеристики нагрузки. Однако более высокая частота переключения также означает более высокие потери мощности, связанные с переменным током, что требует большего пространства на плате или радиатора для ограничения теплового напряжения. В настоящее время для приложений с выходным током ≥10A большинство понижающих источников работают в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц ~ 2 МГц. При токе нагрузки <10 А частота переключения может достигать нескольких МГц. Оптимальная частота для каждой конструкции является результатом тщательного компромисса по размеру, стоимости, эффективности и другим параметрам производительности.

Выбор выходного индуктора

В синхронном понижающем преобразователе пиковый ток пульсации катушки индуктивности можно рассчитать как:

При заданной частоте переключения низкая индуктивность дает большие пульсации тока и приводит к большим пульсациям выходного напряжения. Большой ток пульсации также увеличивает среднеквадратичный ток полевого МОП-транзистора и потери проводимости. С другой стороны, высокая индуктивность означает большой размер индуктора и возможные высокие DCR индуктивности и потери проводимости. Как правило, при выборе катушки индуктивности выбирается 10% ~ 60% пульсаций размаха пульсаций по отношению к максимальному коэффициенту постоянного тока.Поставщики индукторов обычно указывают номинальные значения DCR, RMS (нагрева) и тока насыщения. Важно рассчитать максимальный постоянный ток и пиковый ток катушки индуктивности в пределах максимальных характеристик производителя.

Выбор силового полевого МОП-транзистора

При выборе полевого МОП-транзистора для понижающего преобразователя сначала убедитесь, что его максимальное значение V DS выше, чем напряжение питания V IN (MAX) с достаточным запасом. Однако не выбирайте полевой транзистор с чрезмерно высоким номинальным напряжением.Например, для источника питания IN (MAX) 16 В хорошо подойдет полевой транзистор с номинальным напряжением 25 или 30 В. Полевой транзистор с номинальным напряжением 60 В может быть чрезмерным, поскольку сопротивление полевого транзистора в открытом состоянии обычно увеличивается с увеличением номинального напряжения. Далее, двумя наиболее важными параметрами являются сопротивление в открытом состоянии полевого транзистора R DS (ON) и заряд затвора Q G (или Q GD ). Обычно существует компромисс между зарядом затвора Q G и сопротивлением в открытом состоянии R DS (ON) . Как правило, полевой транзистор с небольшим кремниевым кристаллом имеет низкий Q G , но высокое сопротивление в открытом состоянии R DS (ON) , в то время как полевой транзистор с большим кремниевым кристаллом имеет низкий R DS (ON) , но большой Q . G .В понижающем преобразователе верхний полевой МОП-транзистор Q1 принимает как потери проводимости, так и потери переключения переменного тока. Для Q1 обычно требуется полевой транзистор Q G FET, особенно в приложениях с низким выходным напряжением и малым рабочим циклом. Синхронный полевой транзистор Q2 на нижней стороне имеет небольшие потери переменного тока, потому что он обычно включается или выключается, когда его напряжение V DS близко к нулю. В этом случае низкое значение R DS (ON) более важно, чем Q G для синхронного полевого транзистора Q2. Когда один полевой транзистор не может справиться с полной мощностью, несколько полевых МОП-транзисторов могут использоваться параллельно.

Выбор входного и выходного конденсатора

Во-первых, следует выбирать конденсаторы с достаточным снижением номинального напряжения.

Входной конденсатор понижающего преобразователя имеет пульсирующий ток переключения с большой пульсацией. Следовательно, входной конденсатор следует выбирать с достаточным среднеквадратичным значением пульсационного тока, чтобы обеспечить его срок службы. Обычно на входе параллельно используются алюминиевые электролитические конденсаторы и керамические конденсаторы с низким ESR.

Выходной конденсатор определяет не только пульсации выходного напряжения, но и переходные характеристики нагрузки.Пульсации выходного напряжения можно рассчитать по уравнению (15). Для высокопроизводительных приложений важны как ESR, так и общая емкость, чтобы минимизировать пульсации выходного напряжения и оптимизировать переходные характеристики нагрузки. Обычно хорошим выбором являются танталовые конденсаторы с низким ESR, полимерные конденсаторы с низким ESR и многослойные керамические конденсаторы (MLCC).

Замкнуть контур регулирования обратной связи

Существует еще один важный этап проектирования импульсного источника питания – замыкание контура регулирования с помощью схемы управления с отрицательной обратной связью.Обычно это гораздо более сложная задача, чем использование LR или LDO. Это требует хорошего понимания поведения контура и конструкции компенсации, чтобы оптимизировать динамические характеристики с помощью стабильного контура.

Малосигнальная модель понижающего преобразователя

Как объяснено выше, переключающий преобразователь меняет свой рабочий режим в зависимости от состояния переключателя ON или OFF. Это дискретная и нелинейная система. Для анализа контура обратной связи с помощью метода линейного управления необходимо линейное моделирование малых сигналов [1] [3].Из-за выходного фильтра L-C линейная передаточная функция малого сигнала от рабочего цикла D до выхода V O фактически является системой второго порядка с двумя полюсами и одним нулем, как показано в уравнении (16). На резонансной частоте выходной катушки индуктивности и конденсатора расположены двойные полюса. Есть ноль, определяемый выходной емкостью и ESR конденсатора.

Управление в режиме напряжения и управление в режиме тока

Выходное напряжение может регулироваться замкнутой системой, показанной на рисунке 11.Например, когда выходное напряжение увеличивается, напряжение обратной связи V FB увеличивается, а выходной сигнал усилителя ошибки отрицательной обратной связи уменьшается. Так рабочий цикл уменьшается. В результате выходное напряжение снижается до V FB = V REF . Схема компенсации ошибок операционного усилителя может быть схемой усилителя с обратной связью типа I, типа II или типа III [3] [4]. Есть только один контур управления для регулирования выхода. Эта схема называется контролем режима напряжения.Analog Devices LTC3775 и LTC3861 – типичные понижающие контроллеры в режиме напряжения.

Рис. 11. Блок-схема понижающего преобразователя с управлением по напряжению

На рисунке 12 показан синхронный понижающий источник питания от 5 до 26 В на входе и на выходе 1,2 В / 15 А с использованием понижающего контроллера режима напряжения LTC3775. Благодаря передовой архитектуре ШИМ-модуляции LTC3775 и очень низкому (30 нс) минимальному времени включения, источник питания хорошо работает для приложений, которые преобразуют высоковольтный автомобильный или промышленный источник питания до уровня 1.Низкое напряжение 2 В, необходимое для современных микропроцессоров и программируемых логических микросхем. Для приложений высокой мощности требуются многофазные понижающие преобразователи с разделением тока. При управлении в режиме напряжения требуется дополнительная петля распределения тока для балансировки тока между параллельными понижающими каналами. Типичным методом разделения тока для управления режимом напряжения является метод ведущего ведомого устройства. LTC3861 является таким контроллером режима напряжения PolyPhase ® . Его очень низкое (± 1,25 мВ) смещение считывания тока делает разделение тока между параллельно включенными фазами очень точным, чтобы сбалансировать тепловую нагрузку.[10]

Рис. 12. Синхронный понижающий источник питания LTC3775 в режиме напряжения обеспечивает высокий коэффициент понижения

Управление в режиме тока использует два контура обратной связи: внешний контур напряжения, аналогичный контуру управления преобразователей, управляемых в режиме напряжения, и внутренний контур тока, который возвращает сигнал тока в контур управления. На рисунке 13 показана концептуальная блок-схема понижающего преобразователя с управлением в режиме пикового тока, который непосредственно измеряет выходной ток катушки индуктивности. В режиме управления по току ток катушки индуктивности определяется ошибочным выходным напряжением операционного усилителя.Катушка индуктивности становится источником тока. Следовательно, передаточная функция от выхода операционного усилителя, V C , до подачи выходного напряжения V O становится однополюсной системой. Это значительно упрощает компенсацию петли. Компенсация контура управления меньше зависит от нулевого ESR выходного конденсатора, поэтому можно использовать все керамические выходные конденсаторы.

Рис. 13. Блок-схема понижающего преобразователя с управлением по току

Есть много других преимуществ от текущего управления режимом.Как показано на рисунке 13, поскольку пиковый ток катушки индуктивности ограничивается операционным усилителем V C по циклу, система с регулируемым режимом тока обеспечивает более точное и быстрое ограничение тока в условиях перегрузки. Пусковой ток индуктора также хорошо контролируется во время запуска. Кроме того, ток катушки индуктивности не изменяется быстро при изменении входного напряжения, поэтому источник питания имеет хорошие характеристики переходных процессов в линии. Когда несколько преобразователей подключены параллельно, с контролем режима тока, также очень легко распределять ток между источниками, что важно для надежных приложений с высоким током, использующих понижающие преобразователи PolyPhase.В общем, преобразователь, управляемый режимом тока, более надежен, чем преобразователь, управляемый режимом напряжения.

Решение схемы управления текущим режимом должно точно определять ток. Сигнал измерения тока обычно представляет собой слабый сигнал с уровнем в несколько десятков милливольт, чувствительный к шуму переключения. Следовательно, необходима правильная и тщательная разводка печатной платы. Токовая петля может быть замкнута путем измерения тока катушки индуктивности через чувствительный резистор, падения напряжения DCR на катушке индуктивности или падения напряжения проводимости полевого МОП-транзистора.Типичные контроллеры текущего режима включают в себя Analog Devices LTC3851A, LTC3855, LTC3774 и LTC3875.

Постоянная частота и постоянное время включения

Типовые схемы режима напряжения и режима тока в разделе «Управление в режиме напряжения по сравнению с управлением в режиме тока» имеют постоянную частоту переключения, генерируемую внутренними тактовыми генераторами контроллера. Эти контроллеры с постоянной частотой коммутации можно легко синхронизировать, что является важной особенностью понижающих контроллеров PolyPhase с высоким током. Однако, если переходный процесс повышения нагрузки происходит сразу после выключения затвора Q1 управляющего полевого транзистора, преобразователь должен ждать все время выключения Q1 до следующего цикла, чтобы отреагировать на переходный процесс.В приложениях с небольшими рабочими циклами задержка в наихудшем случае близка к одному циклу переключения.

В таких приложениях с малым рабочим циклом управление режимом постоянного тока впадины по времени имеет более короткую задержку, чтобы реагировать на переходные процессы повышения нагрузки. В установившемся режиме частота переключения понижающих преобразователей с постоянным временем включения практически постоянна. В случае переходного процесса частота переключения может быстро измениться, чтобы ускорить переходный процесс. В результате источник питания имеет улучшенные переходные характеристики и выходную емкость, а связанные с этим затраты могут быть снижены.

Однако при постоянном контроле по времени частота коммутации может изменяться в зависимости от линии или нагрузки. LTC3833 – это понижающий контроллер в режиме минимального тока с более сложной архитектурой с контролируемым включением по времени – вариант архитектуры управления с постоянным включением с той разницей, что время включения регулируется таким образом, что частота переключения остается постоянной в течение стабильного этапа. условия в линии и под нагрузкой. С этой архитектурой контроллер LTC3833 имеет минимальное время включения 20 нс и позволяет понижать приложения с 38V IN до 0.6В О . Контроллер можно синхронизировать с внешними часами в диапазоне частот от 200 кГц до 2 МГц. На рисунке 14 показан типичный блок питания LTC3833 с входным напряжением от 4,5 В до 14 В и выходом 1,5 В / 20 А. [11] На рис. 15 показано, что источник питания может быстро реагировать на внезапные переходные процессы нагрузки с высокой скоростью нарастания напряжения. Во время переходного процесса при повышении нагрузки частота переключения увеличивается, чтобы обеспечить более быструю переходную характеристику. Во время переходного процесса понижения нагрузки рабочий цикл падает до нуля. Поэтому только выходная катушка индуктивности ограничивает скорость нарастания тока.В дополнение к LTC3833, для нескольких выходов или приложений PolyPhase, контроллеры LTC3838 и LTC3839 обеспечивают быстрые переходные многофазные решения.

Рис. 14. Быстродействующий источник питания с контролируемым постоянным током с использованием LTC3833

Рис. 15. Блок питания LTC3833 обеспечивает быстрое реагирование во время переходных процессов с быстрым скачком нагрузки

Ширина полосы пропускания и стабильность контура

Хорошо спроектированный SMPS работает бесшумно как в электрическом, так и в акустическом отношении. Это не относится к недокомпенсированной системе, которая обычно нестабильна.Типичные симптомы недокомпенсированного источника питания включают: слышимый шум от магнитных компонентов или керамических конденсаторов, дрожание формы волны переключения, колебания выходного напряжения и т. Д. Сверхкомпенсированная система может быть очень стабильной и тихой, но за счет медленной переходной реакции. Такая система имеет частоту кроссовера контура на очень низких частотах, обычно ниже 10 кГц. Конструкции с медленными переходными процессами требуют чрезмерной выходной емкости для соответствия требованиям регулирования переходных процессов, что увеличивает общую стоимость и размер источника питания.Оптимальная конструкция компенсации контура является стабильной и бесшумной, но не требует чрезмерной компенсации, поэтому она также имеет быструю реакцию для минимизации выходной емкости. В статье Analog Devices AN149 подробно объясняются концепции и методы моделирования силовых цепей и контуров контуров [3]. Моделирование слабых сигналов и проектирование компенсации контура могут быть трудными для неопытных разработчиков источников питания. Инструмент проектирования LTpowerCAD компании Analog Devices обрабатывает сложные уравнения и делает проектирование источника питания, особенно компенсации контура, гораздо более простой задачей [5] [6].Инструмент моделирования LTspice ® объединяет все модели деталей Analog Devices и обеспечивает дополнительное моделирование во временной области для оптимизации конструкции. Однако стендовые испытания / проверка стабильности контура и переходных характеристик обычно необходимы на стадии прототипа.

В общем, производительность замкнутого контура регулирования напряжения оценивается двумя важными значениями: шириной полосы контура и запасом устойчивости контура. Полоса пропускания контура количественно определяется частотой кроссовера f C , при которой коэффициент усиления контура T (s) равен единице (0 дБ).Запас устойчивости контура обычно количественно определяется запасом по фазе или запасом по усилению. Запас по фазе контура Φ м определяется как разница между общей фазовой задержкой T (s) и –180 ° на частоте кроссовера. Запас усиления определяется разницей между усилением T (s) и 0 дБ на частоте, где общая фаза T (s) равна –180 °. Для понижающего преобразователя обычно считается достаточным запас по фазе 45 градусов и запас усиления 10 дБ. На рисунке 16 показан типичный график Боде коэффициента усиления контура для трехфазного понижающего преобразователя LTC3829 12V IN в 1V O / 60A в режиме тока.В этом примере частота кроссовера составляет 45 кГц, а запас по фазе – 64 градуса. Запас усиления близок к 20 дБ.

Рис. 16. Средство проектирования LTpowerCAD обеспечивает простой способ оптимизации компенсации контура и переходной характеристики нагрузки (трехфазный понижающий преобразователь LTC3829 с одним выходом).

Понижающий преобразователь PolyPhase для сильноточных приложений

По мере того, как системы обработки данных становятся все быстрее и крупнее, их процессорам и модулям памяти требуется больше тока при постоянно уменьшающемся напряжении.При таких высоких токах требования к источникам питания увеличиваются. В последние годы синхронные понижающие преобразователи PolyPhase (многофазные) широко используются для источников питания высокого тока и низкого напряжения благодаря их высокой эффективности и равномерному распределению тепла. Кроме того, с чередованием нескольких фаз понижающего преобразователя можно значительно снизить ток пульсаций как на входе, так и на выходе, что приведет к сокращению входных и выходных конденсаторов, а также к уменьшению пространства на плате и стоимости.

В понижающих преобразователях PolyPhase точное определение и разделение тока становятся чрезвычайно важными.Хорошее распределение тока обеспечивает равномерное распределение тепла и высокую надежность системы. Из-за присущей им возможности разделения тока в установившемся состоянии и во время переходных процессов обычно предпочтительны баксы с регулируемым режимом тока. Analog Devices LTC3856 и LTC3829 – типичные понижающие контроллеры PolyPhase с точным измерением и распределением тока. Несколько контроллеров могут быть подключены последовательно для 2-, 3-, 4-, 6- и 12-фазных систем с выходным током от 20A до более 200A.

Рисунок 17.Трехфазный понижающий преобразователь с одним напряжением питания O , использующий LTC3829

Другие требования к высокопроизводительному контроллеру

От высокопроизводительного понижающего контроллера требуется множество других важных функций. Плавный пуск обычно необходим для управления пусковым током во время пуска. Ограничение перегрузки по току и фиксация короткого замыкания могут защитить источник питания, когда выход перегружен или закорочен. Защита от перенапряжения защищает дорогостоящие нагрузочные устройства в системе.Чтобы минимизировать системные электромагнитные помехи, иногда контроллер необходимо синхронизировать с внешним тактовым сигналом. В приложениях с низким и высоким током дистанционное измерение дифференциального напряжения компенсирует падение напряжения на сопротивлении печатной платы и точно регулирует выходное напряжение на удаленной нагрузке. В сложной системе с множеством шин выходного напряжения также необходимы последовательность и отслеживание различных шин напряжения.

Схема расположения печатной платы

Выбор компонентов и схематическое проектирование – это только половина процесса проектирования поставки.Правильная разводка печатной платы импульсного источника питания всегда имеет решающее значение. На самом деле его важность невозможно переоценить. Хорошая компоновка оптимизирует эффективность питания, снижает тепловую нагрузку и, что наиболее важно, сводит к минимуму шум и взаимодействие между дорожками и компонентами. Чтобы добиться этого, разработчику важно понимать пути прохождения тока и потоки сигналов в импульсном источнике питания. Обычно для получения необходимого опыта требуются значительные усилия. См. Примечания по применению 136 и 139 Analog Devices для подробного обсуждения.[7] [9]

Выбор различных решений – дискретные, монолитные и интегрированные

На уровне интеграции системные инженеры могут решить, выбрать ли решение для дискретного, монолитного или полностью интегрированного модуля питания. На рис. 18 показаны примеры решений для дискретных модулей и модулей питания для типичных приложений с питанием от точки нагрузки. Дискретное решение использует микросхему контроллера, внешние полевые МОП-транзисторы и пассивные компоненты для создания источника питания на системной плате. Основной причиной выбора дискретного решения является низкая стоимость спецификации компонентов.Однако это требует хороших навыков проектирования источников питания и относительно длительного времени разработки. В монолитном решении используется ИС со встроенными силовыми полевыми МОП-транзисторами, чтобы еще больше уменьшить размер решения и количество компонентов. Это требует аналогичных дизайнерских навыков и времени. Полностью интегрированное решение с силовым модулем может значительно сократить усилия по проектированию, время разработки, размер решения и риски, связанные с проектированием, но обычно с более высокой стоимостью компонентов спецификации.

Рисунок 18. Примеры (а) дискретного входа IN 12 В на 3.Питание 3V / 10A LTC3778; (b) Полностью интегрированный 16V IN , двойной 13A или одиночный 26A LTM4620 µModule ® понижающий регулятор

Другие основные неизолированные топологии ИИП постоянного / постоянного тока

В этой заметке по применению понижающие преобразователи используются в качестве простого примера, демонстрирующего особенности проектирования SMPS. Однако существует как минимум пять других базовых топологий неизолированных преобразователей (повышающие, понижающие / повышающие, преобразователи Cuk, SEPIC и Zeta) и как минимум пять основных изолированных топологий преобразователей (обратноходовой, прямой, двухтактный, полумостовой и полный мост. ), которые не рассматриваются в данном примечании по применению.Каждая топология имеет уникальные свойства, которые делают ее подходящей для конкретных приложений. На рисунке 19 показаны упрощенные схемы для других неизолированных топологий SMPS.

Рис. 19. Другие основные топологии неизолированных преобразователей постоянного тока в постоянный

Существуют и другие неизолированные топологии SMPS, которые представляют собой комбинации базовых топологий. Например, на рисунке 20 показан высокоэффективный синхронный повышающий / понижающий преобразователь с 4 переключателями на основе контроллера режима тока LTC3789. Он может работать с входными напряжениями ниже, равными или выше выходного напряжения.Например, вход может быть в диапазоне от 5 В до 36 В, а выход может быть регулируемым 12 В. Эта топология представляет собой комбинацию синхронного понижающего преобразователя и синхронного повышающего преобразователя, совместно использующих одну катушку индуктивности. Когда V IN > V OUT , переключатели A и B работают как активный синхронный понижающий преобразователь, в то время как переключатель C всегда выключен, а переключатель D всегда включен. Когда V IN OUT , переключатели C и D работают как активный синхронный повышающий преобразователь, в то время как переключатель A всегда включен, а переключатель B всегда выключен.Когда V IN близок к V OUT , все четыре переключателя работают активно. В результате этот преобразователь может быть очень эффективным, с КПД до 98% для типичного приложения с выходом 12 В. [12] Контроллер LT8705 расширяет диапазон входного напряжения до 80 В. Чтобы упростить конструкцию и увеличить удельную мощность, LTM4605 / 4607/4609 дополнительно интегрируют сложный понижающий / повышающий преобразователь в простой в использовании силовой модуль высокой плотности. [13] Их можно легко использовать параллельно с распределением нагрузки для приложений большой мощности.

Рис. 20. Высокоэффективный понижающий-повышающий преобразователь с 4 переключателями работает при входном напряжении ниже, равном или выше выходного напряжения

Резюме

Таким образом, линейные регуляторы просты и удобны в использовании. Поскольку их транзисторы последовательного регулирования работают в линейном режиме, эффективность питания обычно низкая, когда выходное напряжение намного ниже входного. Как правило, линейные регуляторы (или LDO) имеют низкие пульсации напряжения и быструю переходную характеристику. С другой стороны, SMPS работают с транзистором как с переключателем и поэтому обычно намного эффективнее линейных регуляторов.Однако проектирование и оптимизация SMPS более сложны и требуют больше знаний и опыта. Каждое решение имеет свои преимущества и недостатки для конкретных приложений.

использованная литература

[1] В. Ворпериан, «Упрощенный анализ преобразователей ШИМ с использованием модели переключателя ШИМ: части I и II», IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, март 1990 г., Vol. 26, №2.

[2] Р.Б. Ридли, Б. Х. Чо, Ф. К. Ли, «Анализ и интерпретация коэффициентов усиления контуров коммутационных регуляторов с многоконтурным управлением», IEEE Transactions on Power Electronics, стр. 489-498, октябрь 1988 г.

[3] Х. Чжан, «Моделирование и конструкция с компенсацией контура импульсных источников питания», Примечания по применению линейной технологии AN149, 2015.

[4] Х. Дин Венейбл, «Оптимальная конструкция усилителя обратной связи для систем управления», Технический документ Венейбл.

[5] Х. Чжан, «Проектирование источников питания за пять простых шагов с помощью LTpowerCAD Design Tool», Примечания по применению линейных технологий AN158, 2015.

[6] Инструмент проектирования LTpowerCAD на сайте www.linear.com/LTpowerCAD.

[7] Х. Чжан, «Рекомендации по компоновке печатной платы для неизолированных импульсных источников питания», Примечание по применению 136, Linear Technology Corp., 2012.

[8] Р. Доббкин, «Регулятор с малым падением напряжения может быть напрямую подключен к источнику тепла», LT Journal of Analog Innovation, октябрь 2007 г.

[9] К. Куек, «Схема источника питания и электромагнитные помехи», Примечания по применению линейной технологии AN139, 2013.

[10] М.Субраманиан, Т. Нгуен и Т. Филлипс, «Измерение тока DCR субмиллиомом с точным распределением многофазного тока для сильноточных источников питания», LT Journal, январь 2013 г.

[11] Б. Абесинга, «Быстрый и точный понижающий DC / DC-контроллер напрямую преобразует 24 В в 1,8 В при 2 МГц», LT Journal, октябрь 2011 г.

[12] Т. Бьорклунд, «Высокоэффективный четырехконтактный понижающий-повышающий контроллер обеспечивает точное ограничение выходного тока», примечания по проектированию линейной технологии 499.

[13] Дж. Сан, С. Янг и Х.Чжан, «µModule Regulator соответствует (почти) полному решению Buck-Boost с размерами 15 мм × 15 мм × 2,8 мм для выходного напряжения от 4,5 В-36 В до 0,8 В-34 В», LT Journal, март 2009 г.

Основные принципы линейного и импульсного регулятора напряжения

Часть 1

% PDF-1.4 % 1 0 obj> поток application / pdfФундаментальная часть линейного и импульсного регулятора напряжения 1

  • Замечания по применению
  • Texas Instruments, Incorporated [SNVA558,0]
  • iText 2.1.7 by 1T3XTSNVA5582011-12-07T21: 56: 09.000Z2011-12-07T21: 56: 09.000Z конечный поток эндобдж 2 0 obj> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB / ImageC / ImageI] / Font >>> / MediaBox [0 0 540 720] / Contents [7 0 R 8 0 R 9 0 R 10 0 R] / Type / Страница / Родитель 11 0 R >> эндобдж 3 0 obj> поток

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *