Как работают импульсные преобразователи напряжения (27 схем)

Стабилизаторы тока на микросхемах

Применение такой элементной базы несколько увеличивает себестоимость проекта. Однако использование качественных микросхем обеспечивает хорошие стабилизационные характеристики в широком диапазоне входных параметров. С учетом хороших показателей эффективности можно рассчитывать на небольшое потребление электроэнергии.

TL431

В левой части рисунка показана схема типового подключения микросхемы TL 431 (DA1). Отмечена главная функция – поддержание напряжения 2,5 V на контрольном резисторе.

Применение микросхемы TL 4310

Такая конструкция пригодна для последовательного подключения нескольких десятков светодиодов суммарной мощностью 12-14 Вт. Силовые компоненты подбирают с учетом реальных потребностей. В представленном примере падение напряжения на транзисторе составит 25-35V. Рассеивается не более 1,75 Вт. В таком варианте радиатор не требуется.

Резистор на входе (R3) предотвращает повреждение конденсатора при включении блока в сеть. Ток в нагрузке ограничивает безопасным уровнем сопротивление R3. При выборе светодиодов специалисты рекомендуют делать запас по мощности, чтобы продлить срок службы одновременно с уменьшением тепловыделения.

LM7805, LM7812

В представленном ниже варианте схемотехники следует повысить входное напряжение. Его уровень должен быть больше на 2,5-3V, чем номинал стабилизации данной микросхемы.

Подключение LM78**

В примере показан стабилизатор напряжения постоянного тока, который рассчитан на 9-11 Вт подключаемой нагрузки.

LM317

При подключении нагрузки 28-30 Вт эта микросхема обеспечивает стабилизацию тока 100 мА. Диапазон входного напряжения – от 207 до 240 V.

Стабилизатор и схема подключения светильника

В таблице на рисунке представлены значения регулировочного резистора, соответствующие определенным выходным параметрам.

При выборе подходящей схемы следует учесть в комплексе:

• минимальные и максимальные напряжения в цепи питания;
• точность стабилизации;
• эффективность устройства;
• сложность изготовления определенной конструкции собственными руками;
• стоимость комплектующих деталей, расходных материалов.

Заранее рекомендуется подготовить перечень инструментов, приспособлений, измерительных приборов. Аккуратное выполнение рассмотренных выше инструкций поможет создать функциональный стабилизатор без ошибок и лишних затрат.

Общее устройство и принцип работы стабилизаторов тока

Знание основных принципов работы стабилизаторов тока способствует наиболее эффективному использованию этих устройств. Электрические сети буквально насыщены различными помехами, негативно влияющими на работу бытовых приборов и электрооборудования. Для преодоления отрицательных воздействий используется схема простого стабилизатора напряжения и тока.

В каждом стабилизаторе имеется основной элемент – трансформатор, обеспечивающий работу всей системы. Самая простая схема включает в свой состав выпрямительный мост, соединенный с различными типами конденсаторов и резисторов. Их основными параметрами считаются индивидуальная емкость и предельное сопротивление. Сам стабилизатор тока работает по очень простой схеме. Когда ток поступает на трансформатор, его предельная частота изменяется. На входе она будет совпадать с частотой электрической сети и составит 50 Гц. После того как будут выполнены все преобразования тока, предельная частота на выходе снизится до 30 Гц. В схеме преобразования участвуют высоковольтные выпрямители, с помощью которых определяется полярность напряжения. Конденсаторы непосредственно участвуют в стабилизации тока, а резисторы снижают помехи.

Работа понижающего преобразователя в режиме непрерывных токов дросселя

Цикличность работы импульсного понижающего преобразователя в режиме непрерывных токов дросселя можно описать с помощью следующей диаграммы токов и напряжений

Диаграмма изменений токов и напряжений в импульсном преобразователе напряжения понижающего типа в режиме непрерывных токов дросселя.

При поступлении импульса напряжения со схемы управления СУ происходит открытие транзистора VT (на диаграмме точка t₁). Из-за не идеальности диода VD, он не может мгновенно закрыться, поэтому входное напряжение оказывается полностью приложено между выводами коллектор – эмиттер транзистора. Поэтому ток через транзистор возрастает до своего максимального значения I_VTMAX. Скорость увеличения данного тока зависит от следующих параметров: скорость роста тока базы транзистора I_Б, коэффициента усиления по току h_21e и частотных свойств транзистора VT. Существенное влияние оказывают также частотные свойства диода VD, в частности, время рассасывания его неосновных носителей t_РАС.VD.

В момент времени t₂ начинается уменьшение обратного тока диода до значения I_ОБР, происходит восстановление обратного сопротивления диода, а ток, протекающий через транзистор I_CVT, уменьшается до значения I_Lmin, а напряжение между выводами коллектор-эмиттер U_CE – до напряжения насыщения

В течении длительности импульса напряжения от схемы управления (от точки t₂ до точки t₃), происходит возрастание тока, протекающего через дроссель от минимального значения

I_Lmin до максимального I_Lmax. При этом напряжение на диоде U_VD составит

После того как закончится импульс происходит закрытие транзистора через время рассасывания неосновных носителей в базе t_РАС, при этом ток дросселя уменьшается из-за открытия диода VD. При этом ток через дроссель L уменьшается до значения I_Lmin. Напряжение на транзисторе составит

где U_ПР – падение напряжения на диоде в открытом состоянии.

Далее цикл работы преобразователя повторяется.

Методы регулировки

Преобразователь частоты

Существуют три вида регулирования в системах импульсных преобразователей:

1. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) Распространённый метод, который применяется в массовом производстве управляющих микросхем;
2. Частотно-импульсное регулирование (ЧИМ). Здесь продолжительность когда ключ находится во включенном режиме должна быть согласована с периодом колебаний в контуре, обеспечивающем малые значения тока и напряжения на ключе в момент переключения. Используется там, где реализованы резонансные схемы.
3. Комбинированный вид. Метод свойственен системам, в которых используется автоколебательный процесс, а частота переключения находится в зависимости и от напряжений на входе, и выходе преобразователя, и от величины тока в цепи потребителя;
4. Триггерный метод. Используем исключительно в схеме понижающего регулятора, в котором необходимо, чтобы при закрытом состояния ключа, то есть транзистора, величина напряжения в нагрузке увеличивалась.

Зарубежные и российские аналоги

Чем можно заменить lm317 ? Полными аналогами микросхемы являются GL317, SG317, UPC317, ECG1900. Очень известным отечественным аналогом lm317t c фиксированным напряжением является микросхема KP142ЕН12. Если нужен регулируемый линейный стабилизатор, то подойдет КРЕН12А (можно и Б).

Безопасность при эксплуатации

Максимальное напряжение между входом и выходом не должно превышать 40 В. Мощность рассеивания не более 20 Вт. Температура пайки не должна превышать 260 °С, при соблюдении расстоянии от корпуса микросхемы более 1,6 мм и времени нагревания до 10 секунд. Температура хранения устройства должна находится в пределах от -65 до + 150 °С, рабочая температура не более + 150 °С.

Это максимальные значения, которые могут привести к повреждению устройства или повлиять на стабильность его работы. Микросхема хорошо защищена от тепловой перегрузки и короткого замыкания контактов. Однако не стоит превышать допустимые параметры при эксплуатации, для избежания выхода её из строя и достижения максимально надежной работы.

Насколько выходное напряжение может быть идеальным?

Преобразование электрической энергии в импульсных схемах имеет ярко выраженный «порционный» характер. Большинство импульсных преобразователей работает по принципу «взял-сохранил-отдал» с накоплением энергии в реактивных элементах: дросселях и конденсаторах. Например, в самом простейшем случае цикл преобразования обратноходовой схемы состоит из двух этапов (Рисунок 1). На первом, когда ключ S1 замкнут, а S2 разомкнут, дроссель L1 обменивается энергией с элементами, подключенными к входу: источником электрической энергии и конденсатором C1; а на втором, когда ключ S1 разомкнут, а S2 замкнут – к выходу: конденсатором C2 и нагрузкой. Это значит, что обмен энергией между преобразователем и внешними цепями носит неравномерный характер, и напряжение на конденсаторах C1 и C2 всегда будет пульсировать с частотой преобразования.

Рисунок 1.	Электрические процессы в обратноходовом преобразователе.

Это является одним из принципиально неустранимых недостатков технологии импульсного преобразования. В отличие от компенсационных стабилизаторов, у которых точность установки выходного напряжения при отсутствии возмущений на входе или выходе ограничивается лишь шумовыми характеристиками использованных компонентов и может быть сколь угодно малой, в импульсных преобразователях пульсации напряжения на входе и выходе будут всегда. Конечно, можно увеличить емкости конденсаторов C1 и C2 или установить дополнительные сглаживающие фильтры, тем самым снизив амплитуду нежелательных колебаний до приемлемого уровня, однако полностью избавиться от них невозможно.

Однако наличие высокочастотных пульсаций особо не ограничивает область применения импульсных преобразователей. Более опасным является выход питающего напряжения за пределы области устойчивой работы, ведь в этом случае дальнейшее развитие событий непредсказуемо. Например, при кратковременных «просадках» питающего напряжения может произойти перезагрузка микроконтроллеров, а если напряжение питания превысит максимально допустимое значение, то питаемый узел может даже физически выйти из строя. Но может ли такое быть на практике, ведь импульсные стабилизаторы напряжения успешно используются уже не один десяток лет? Продолжаем разбираться.

Зарубежные и российские аналоги

Чем можно заменить lm317 ? Полными аналогами микросхемы являются GL317, SG317, UPC317, ECG1900. Очень известным отечественным аналогом lm317t c фиксированным напряжением является микросхема KP142ЕН12. Если нужен регулируемый линейный стабилизатор, то подойдет КРЕН12А (можно и Б).

Безопасность при эксплуатации

Максимальное напряжение между входом и выходом не должно превышать 40 В. Мощность рассеивания не более 20 Вт. Температура пайки не должна превышать 260 °С, при соблюдении расстоянии от корпуса микросхемы более 1,6 мм и времени нагревания до 10 секунд. Температура хранения устройства должна находится в пределах от -65 до + 150 °С, рабочая температура не более + 150 °С.

Это максимальные значения, которые могут привести к повреждению устройства или повлиять на стабильность его работы. Микросхема хорошо защищена от тепловой перегрузки и короткого замыкания контактов. Однако не стоит превышать допустимые параметры при эксплуатации, для избежания выхода её из строя и достижения максимально надежной работы.

Предельная непрерывная модель ИИП

Полагая частоту коммутации F = 1/T ключа К достаточно высокой, анализ свойств стабилизатора напряжения переменного тока удобно проводить, используя предельную непрерывную модель ИИП .

Рис. 2. Эквивалентная схема инвертирующего импульсного преобразователя при ключе К в положении «1»

При обычных допущениях эквивалентные схемы ИИП в первой 0 < t < τ и второй τ < t < T части периода переключений К, представленные на рис. 2 и 3 соответственно, описываются системами трех дифференциальных уравнений (ДУ), записанными по уравнениям Кирхгофа и преобразованными к нормальной форме:

Рис. 3. Эквивалентная схема инвертирующего импульсного преобразователя при ключе К в положении «2»

при 0 < t < τ:

или

при τ < t < T:

или

Запись систем ДУ в векторно-матричном виде дает соответственно:

где

Согласно , предельная непрерывная модель ИИП описывается векторно-матричным уравнением:

где

или системой трех ДУ:

Разновидности импульсных стабилизаторов

Все стабилизирующие устройства импульсного типа по типу управления можно поделить на такие группы:

• Ключевой с триггером Шмитта;
• Ключевой с широтно-импульсной модуляцией;
• С частотно-импульсной модуляцией.

С триггером Шмитта

Импульсный стабилизатор напряжения, схема которого приведена ниже, содержит в себе инвертирующий триггер Шмитта, и еще известен как релейный, или стабилизатор с двухпозиционным регулированием.

Триггер содержит в себе компаратор, который сравнивает значение напряжения в емкости с максимально и минимально допустимыми значениями. Если показатель находится в допустимых пределах – положение ключа неизменно, как только достигается критическое значение – ключ изменяет положение. Этот процесс протекает циклично.

С ШИМ-модуляцией

Все работает так же, как и в предыдущей схеме, однако есть еще усилитель, генератор и модулятор. Модулятор сравнивает данные накопителя с опорным вольтажом, и при необходимости усиливает разность, поступающую на модулятор. Таким образом, регулируется время открытия или закрытия ключа (продолжительность импульса).

В подобной схеме частота преобразования не зависит от тока и напряжения на входе, а определяется лишь частотами на тактовом генераторе.

С частотно-импульсной модуляцией

В таком варианте исполнения прибора, импульс открытия ключа имеет постоянную длительность, а вот частота следования самих импульсов уже зависит от разности между опорным выходным напряжением. Допустим, вырос ток на потребителе, или наоборот – упало входное напряжение – в таком случае вырастет и частота импульсов стабилизации.

В таких приборах ключ зачастую управляется мультивибратором с управляемой частотой.

По разновидностям силовой части стабилизатора выделяют такие схемы импульсных стабилизаторов:

• Понижающий;
• Повышающий;
• Инвертирующий.

Понижающий

Это довольно надежные устройства, постоянно имеющие на выходе вольтаж меньше, чем на входе. Простейшая схема импульсного стабилизатора напряжения на на 12 В показана ниже:

При подаче управляющего напряжения, транзистор переходит в режим насыщения, ток движется по цепи от плюса по дросселю к нагрузке. При отключении управляющего сигнала – транзистор закрывается, и переходит в режим отсечки. И снова при подаче отпирающего напряжения открывается ключ – весь цикл повторяется.

Повышающий

Данная схема используется там, где разность потенциалов нагрузки значительно выше, чем вольтаж на входе. Когда транзистор включен в режим насыщения, так идет от плюса по дросселю к транзистору. При отключении управляющего напряжения на транзисторе, и на дросселе возникает ЭДС самоиндукции.

Получится, что она подключена последовательно с входящим током, и через диод коммутирована с нагрузкой. Таким образом, получается, что магнитное поле дросселя продуцирует энергию, а емкость накапливает заряд для выдачи тока на потребителя, когда транзистор перейдет в режим насыщения. Выходит, что в данной схеме дроссель служит резервной емкостью для сглаживания скачков и просадок.

Инвертирующий

Как понятно из названия, этот тип стабилизатора может, как понижать, так и повышать показатели сети относительно входящих значений. Схема, по сути, повторяет предыдущую, за тем отличием, что диод с сопротивлением и емкостью подключаются параллельно дросселю, а не ключу. Амплитуда пульсаций в таком варианте устройства зависит от емкости конденсатора, а дроссель в данной схеме уже не является частью фильтра.

Есть еще один вид устройств – регулируемый импульсный стабилизатор напряжения. В таком приборе выходящий ток обычно регулируется при помощи изменяемого сопротивления, или реостата. Благодаря возможности настройки, такой тип стабилизаторов можно использовать для питания потребителей с разным напряжением – достаточно лишь правильно подобрать номинал резистора.

Важно знать, что все перечисленные выше устройства призваны стабилизировать показатели сети только при работе с постоянным током, к примеру, такой импульсный стабилизатор напряжения на 12 Вольт отлично подойдет для бортовой сети автомобиля. Но если прибор планируется применять в бытовой сети с переменным током, то в схему обязательно нужно вносить изменения – ставить выпрямитель, а также фильтр сглаживания. Еще один нюанс – возникновение высокочастотных помех при стабилизации

Чтобы минимизировать этот эффект, необходимо использовать фильтры, причем как на входе, так и на выходе стабилизирующего прибора

Еще один нюанс – возникновение высокочастотных помех при стабилизации. Чтобы минимизировать этот эффект, необходимо использовать фильтры, причем как на входе, так и на выходе стабилизирующего прибора.

Список источников

1. Кобзев А.В., Лебедев Ю.М., Михайличенко Г.Я., Семенов В.Д., Сидонский И.Б., Тараскин А.В. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием. – Москва: Энергоатомиздат. – 1986 г. – 152 с.
2. Кадацкий А.Ф., Русу А.П. Анализ энергетических процессов в импульсных преобразователях электрической энергии переменного тока // Технология и конструирование в электронной аппаратуре (ТКЭА) – 2015. – №1. – С.22 – 32.
3. Кадацкий А.Ф., Русу А.П. Анализ принципов построения и режимов работы импульсных преобразователей электрической энергии // Практическая силовая электроника. – 2016. – №2 (62). – С.10 – 24.
4. Кадацкий А.Ф., Русу А.П. Анализ электрических и магнитных процессов в дросселях импульсных преобразователей электрической энергии // Технология и конструирование в электронной аппаратуре (ТКЭА) – 2016. – №6. – С.17 – 29.
5. Климов В., Климова С. Двунаправленные ключи в матричных структурах преобразователей переменного тока // Силовая электроника. – 2008. – № 4. – С.58–61.

Что это такое

Упрощённо трансформаторный БП можно представить в виде схемы, состоящей из собственно трансформатора, выпрямителя, фильтра для сглаживания параметров выходного напряжения и стабилизатора. Такие устройства обладают достаточно простой схемотехникой, недорогие и обеспечивают низкий уровень помех выходного сигнала.

Но у них есть серьёзные конструктивные недостатки – большой вес и невысокий КПД. Значительная часть энергии преобразовывается в тепловую, поэтому проблема перегрева для таких устройств, особенно мощных – одна из самых актуальных.

Принцип работы импульсных БП для начинающих тоже можно объяснить довольно просто: он также основан на использовании трансформатора, однако работает он на очень больших частотах, порядка 1-100 КГц и обладает гораздо меньшими габаритами и массой. Это, в свою очередь, делает задачу отвода тепла легко выполнимой. Функция фильтрации/стабилизации выходного напряжения упрощается, поскольку для этой задачи используются конденсаторы малой ёмкости.

Но и у инверторных оков питания имеются недостатки – сложная схемотехника, чувствительность к электромагнитным помехам. Что касается стоимости, то она вполне сравнима с трансформаторными устройствами.

Двуполярный источник напряжения на основе преобразователя SEPIC

На основе импульсного преобразователя напряжения с топологией SEPIC путем добавления нескольких пассивных компонентов можно получить двуполярный симметричный источник напряжения.

Для получения отрицательного напряжения из положительного существует схема преобразователя Чука (рис. 5).

Рис. 5. Схема преобразователя Чука

Если сравнить эту схему со схемой преобразователя SEPIC, приведенной на рис. 2, то можно увидеть, что левые части этих схем одинаковы до разделительного конденсатора включительно. Выходное напряжение преобразователя SEPIC рассчитывается (если пренебречь малыми величинами) по формуле:

А формула для выходного напряжения преобразователя Чука имеет вид:

Таким образом, подключив компоненты D1, L2 и Cout с рис. 5 к стыку L1, L2, Sw и Cp схемы преобразователя SEPIC (рис. 2) через разделительный конденсатор Cp2, мы получим симметричный двуполярный источник напряжения (рис. 6), в котором используется только один ключ и, следовательно, только одна микросхема контроллера или конвертера.

Рис. 6. Двуполярный источник напряжения на основе преобразователя SEPIC

Эта схема была предложена в Интернете участником форума rod.

Расчет элементов такой схемы проводится аналогично описанному выше расчету преобразователя SEPIC. Отличие состоит в том, что номиналы индуктивностей L2 и L3 должны быть удвоены по сравнению с расчетными, так как ток, поступающий через L1, распределяется на два выхода.

Импульсный стабилизатор напряжения с КПД преобразования 69…72%

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6) состоит из узла запуска (R3, VD1, ѴТ1, VD2), источника опорного напряжения и устройства сравнения (DD1.1, R1), усилителя постоянного тока (ѴТ2, DD1.2, ѴТ5), транзисторного ключа (ѴТЗ, ѴТ4), индуктивного накопителя энергии с коммутирующим диодом (VD3, L2) и фильтров — входного (L1, С1, С2) и выходного (С4, С5, L3, С6). Частота переключения индуктивного накопителя энергии в зависимости от тока нагрузки находится в пределах 1,3…48 кГц.

Рис. 6. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД преобразования 69…72%.

Все катушки индуктивности L1 — L3 одинаковы и намотаны в броневых магнитопроводах Б20 из феррита 2000НМ с зазором между чашками около 0,2 мм.

Обмотки содержат по 20 витков жгута из четырех проводов ПЭВ-2 0,41. Можно применить также кольцевые ферритовые магнитопроводы с зазором.

Номинальное выходное напряжение 5 В при изменении входного от 8 до 60 б и КПД преобразования 69…72%. Коэффициент стабилизации — 500.

Амплитуда пульсаций выходного напряжения при токе нагрузки 0,7 А — не более 5 мВ. Выходное сопротивление — 20 мОм. Максимальный ток нагрузки (без теплоотводов для транзистора VT4 и диода VD3) — 2 А.

Что делает импульсный блок питания (ИБП)

В сети напряжение имеет синусоидальную форму. Для некоторых устройств это то что нужно, другим надо постоянное или импульсное напряжение. Вот этим и занимаются источники питания — преобразуют синусоидальную форму в нужную и, чаще всего, это постоянное напряжение. Независимо от формы выходного напряжения блок питания называют импульсным, потому что одна из стадий преобразования — формирование импульсов, которые затем выпрямляются.

Примеры импульсных блоков питания:

• Зарядное устройство для телефона или смартфона;
• Внешний блок питания ноутбука;
• Блок питания компьютера;
• Блок питания для светодиодной ленты.

Импульсный блок питания Robiton EN5000S. Предназначен для питания от источника переменного тока 100-240В приборов с напряжением 6,0 / 7,5 / 9,0 / 12,0 / 13,5 / 15 / 16В и максимальным входным током 5000 мА

Есть импульсные источники питания выдающие постоянное напряжение одного номинала. Наиболее распространенные на — 5 В, 12 В или  24 В. Есть устройства, выдающие сразу несколько уровней. Такие, например, стоят в компьютерах. На выходе они формируют сразу 5 В и 12 В. Есть — регулируемые ИИП, при помощи переключателей в них можно задавать выходные параметры (в определенных рамках). Импульсный блок питания может быть в виде отдельного устройства или являться частью какого-то более сложного прибора.

Путь преобразования синусоиды в постоянное напряжение при помощи источника импульсного питания

Если говорить об отдельных ИБП, то самыми распространенными, пожалуй, являются зарядные устройства для телефонов, ноутбуков. Они имеют компактные размеры, так как требуется небольшая мощность. Встроенный импульсный блок питания есть в телевизорах, компьютерах и другой сложной электронике, в некоторых бытовых приборах. Блоки питания бывают линейные (трансформаторные) или импульсные (инверторные).

Оба типа блоков питания преобразуют синусоиду в постоянный ток, но вот путь преобразования разный, да и результаты несколько отличаются. Импульсный блок питания отличается высокой стабильностью работы. Тем не менее трансформаторные источники еще в ходу. Почему? Стоит разобраться.

Подключение LED по простой схеме с резистором и диодом — вариант 2

Другая простая схема показывает, как подключить светодиоды к 220 В переменного напряжения не намного сложнее и ее также можно отнести к простым схемам.

Рассмотрим принцип работы. При положительной полуволне ток идет сквозь резисторы 1 и 2, а также сам светодиод. В данном случае стоит помнить, что падение напряжения на светодиоде будет обратным для обычного диода — VD1. Как только в схему «попадает» отрицательная полуволна 220 В, ток пойдет через обычный диод и резисторы. В этом случае уже прямое падение напряжение на VD1 будет обратным по отношению к светодиоду. Все просто.

При положительной полуволне сетевого напряжения ток протекает через резисторы R1, R2 и светодиод LED1 (при этом прямое падение напряжения на светодиоде LED1 является обратным напряжением для диода VD1). При отрицательной полуволне сетевого напряжения ток протекает через диод VD1 и резисторы R1, R2 (при этом прямое падение напряжения на диоде VD1 является обратным напряжением для светодиода LED1).

Расчетная часть схемы

Номинальное напряжение сети:

UС.НОМ = 220 В

Принимается минимальное и максимальное напряжение сети (опытные данные):

UС.МИН = 170 В UС.МАКС = 250 В

Принимается к установке светодиод LED1, имеющий максимально допустимый ток:

ILED1.ДОП = 20 мА

Максимальный расчетный амплитудный ток светодиода LED1:

ILED1.АМПЛ.МАКС = 0,7*ILED1.ДОП = 0,7*20 = 14 мА

Падение напряжения на светодиоде LED1(опытные данные):

ULED1 = 2 В

Минимальное и максимальное действующее напряжение на резисторах R1, R2:

UR.ДЕЙСТВ.МИН = UС.МИН = 170 В UR.ДЕЙСТВ.МАКС = UС.МАКС = 250 В

Расчетное эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:

RЭКВ.РАСЧ = UR.АМПЛ.МАКС/ILED1.АМПЛ.МАКС = 350/14 = 25 кОм

Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:

PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ.РАСЧ = 2502/25 = 2500 мВт = 2,5 Вт

Расчетная суммарная мощность резисторов R1, R2:

PR.РАСЧ = PR.МАКС/0,7 = 2,5/0,7 = 3,6 Вт

Принимается параллельное соединение двух резисторов типа МЛТ-2, имеющих суммарную максимально допустимую мощность:

PR.ДОП = 2·2 = 4 Вт

Расчетное сопротивление каждого резистора:

RРАСЧ = 2*RЭКВ.РАСЧ = 2*25 = 50 кОм

Принимается ближайшее большее стандартное сопротивление каждого резистора:

R1 = R2 = 51 кОм

Эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:

RЭКВ = R1/2 = 51/2 = 26 кОм

Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:

PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ = 2502/26 = 2400 мВт = 2,4 Вт

Минимальный и максимальный амплитудный ток светодиода HL1 и диода VD1:

ILED1.АМПЛ.МИН = IVD1.АМПЛ.МИН = UR.АМПЛ.МИН/RЭКВ = 240/26 = 9,2 мА ILED1.АМПЛ.МАКС = IVD1.АМПЛ.МАКС = UR.АМПЛ.МАКС/RЭКВ = 350/26 = 13 мА

Минимальный и максимальный средний ток светодиода HL1 и диода VD1:

ILED1.СР.МИН = IVD1.СР.МИН = ILED1.ДЕЙСТВ.МИН/КФ = 3,3/1,1 = 3,0 мА ILED1.СР.МАКС = IVD1.СР.МАКС = ILED1.ДЕЙСТВ.МАКС/КФ = 4,8/1,1 = 4,4 мА

Обратное напряжение диода VD1:

UVD1.ОБР = ULED1.ПР = 2 В

Расчетные параметры диода VD1:

UVD1.РАСЧ = UVD1.ОБР/0,7 = 2/0,7 = 2,9 В IVD1.РАСЧ = UVD1.АМПЛ.МАКС/0,7 = 13/0,7 = 19 мА

Принимается диод VD1 типа Д9В, имеющий следующие основные параметры:

UVD1.ДОП = 30 В IVD1.ДОП = 20 мА I0.МАКС = 250 мкА

Минусы использования схемы подключения светодиодов к 220 В по варианту 2

Главные недостатки подключения светодиодов по этой схеме — малая яркость светодиодов, за счет малого тока. ILED1.СР = (3,0-4,4) мА и большая мощность на резисторах: R1, R2: PR.МАКС = 2,4 Вт.

Достоинства и недостатки линейных стабилизаторов

Мы уже рассмотрели линейные стабилизаторы ранее в нашей статье. Однако, прежде чем мы продолжим, давайте сделаем небольшую поправку. Линейные стабилизаторы поддерживают постоянное выходное напряжение благодаря элементу (например, транзистору), на котором создается избыточное напряжение. Схема управления постоянно контролирует выходное напряжение и корректирует падение напряжения на этом элементе. Здесь есть некоторые преимущества:

• отсутствие помех от стабилизатора к источнику питания,
• невысокая цена и простота эксплуатации.

К сожалению, есть и заметные недостатки:

• теряется избыточное напряжение (превращается в тепло),
• такая схема не может поднять напряжение.

Линейный стабилизатор LM7805 в корпусе ТО-220

Альтернативным решением линейного стабилизатора является использование импульсного преобразователя. Как следует из названия, он использует импульс для своей работы. Мы не будем здесь подробно обсуждать различные типы самих преобразователей, мы сосредоточимся на параметрах и использовании готовых модулей.

Возможно, вам также будет интересно

О чем же, собственно, пойдет речь? В техническую литературу и журнальные статьи прокралась калька с английского языка regulated output, и DC/DC-преобразователи стали разделять на просто DC/DC-преобразователи и «регулируемые» DC/DC-преобразователи, или DC/DC-преобразователи «с регулируемым выходом» (в буквальном переводе). Так вот, под ошибочно используемым термином «регулируемые» скрываются DC/DC-преобразователи с петлей, или, правильнее, с контуром регулирующей обратной связи,

Распределение тока нагрузки между ИБП Для того чтобы два или более ИБП с двойным преобразованием энергии, включенные на общую нагрузку, были загружены в равной степени, необходимо синхронизировать их выходные напряжения по частоте, начальной фазе и амплитуде. Поддержание амплитудного и, как следствие, действующего значения выходного напряжения в современных ИБП обеспечивается с высокой точностью (±1%) этого параметра

Простой стабилизатор тока на транзисторе

Схема стабилизатора тока на полевом транзисторе

Параметры компонентов и рабочие характеристики схемы:

• R1 выбирают 1-15 Ом;
• R2 – от 150 до 250 Ом;
• D1 – стабилитрон или резистор подходящего номинала;
• Q1 – КТ 818 или аналог;
• напряжение источника питания – от 8 до 40 V;
• ток на выходе – 0,5-4,5А.

Стабилизатор тока на одном транзисторе

Пояснения:

• R2 и D2 формируют стандартный делитель напряжения;
• изменением потенциала на базе корректируется ток в цепи коллектора;
• при подключении мощной нагрузки R1 сильно нагревается;
• для точной регулировки выходных параметров устанавливают переменное сопротивление R2 (изменяют порог насыщения на соответствующем полупроводниковом переходе);
• при необходимости увеличивают выходной ток с применением составного транзистора.

Если расчет сделан точно, в рабочем диапазоне стабилизация тока выполняется с минимальными потерями. Простую схему несложно изготовить собственными руками даже без предыдущего опыта сборки.

Контроллер

Спецификой AC/AC конверторов является функционирование с постоянно изменяющимися уровнями входного и выходного напряжения. Для преобразователей промышленной сети условия работы дополнительно усложняются всеми возможными формами помех и нестабильности входного напряжения. Поэтому использование классического метода формирования ШИМ на основе сигнала отрицательной обратной связи постоянного напряжения приведет к тому, что точность и стабильность выходного напряжения будут невелики.

Если высокая точность стабилизации не требуется, например, при создании импульсного ЛАТРа, то схемы управления преобразователями переменного напряжения можно построить на основе ШИМ-контроллеров синхронных DC/DC конверторов, подавая в цепь обратной связи выпрямленное и гальванически развязанное выходное напряжение.

Для точной и быстрой стабилизации, а также обеспечения быстродействующей защиты при аварии, необходимо использовать цифровые контуры управления, способные анализировать каждый цикл преобразования. Такие схемы управления можно построить на основе современных микроконтроллеров, например, STM32 c ядром Cortex M3. При их использовании напряжения на входе и выходе, ток нагрузки, температура транзисторов и другие необходимые параметры оцифровываются с помощью интегрированных АЦП микроконтроллера, и далее программным способом рассчитывается необходимое время включения ключей силовой части.