Устройство, принцип работы импульсного стабилизатора напряжения

Для нормального функционирования бытовой техники требуется стабильное напряжение. Как правило, в сети могут происходить различные сбои. Напряжение от 220 В может отклоняться, и в устройстве происходят сбои. В первую очередь под удар попадают лампы. Если рассматривать бытовую технику в доме, то могут пострадать телевизоры, аудиоаппаратура и прочие приборы, которые работают от электросети.

В данной ситуации на помощь людям приходит импульсный стабилизатор напряжения. Он в полной мере способен справиться со скачками, которые возникают ежедневно. Многих при этом волнует вопрос о том, как появляются перепады напряжения, и с чем они связаны. Зависят они главным образом от загруженности трансформатора. На сегодняшний день количество электроприборов в жилых домах все время увеличивается. Как результат, потребности в электричестве непременно растут.

Также следует учитывать, что к жилому дому могут быть проложены кабели, которые уже давно устарели. В свою очередь, квартирная проводка в большинстве случаев не рассчитана на большие нагрузки. Чтобы обезопасить свою технику в доме, следует более подробно ознакомиться с устройством стабилизаторов напряжения, а также принципом их работы.

Какие функции выполняет стабилизатор?

Главным образом импульсный стабилизатор напряжения служит контролером сети. Все скачки при этом отслеживаются им и устраняются. В результате техника получает стабильное напряжение. Электромагнитные помехи стабилизатором также учитываются, и на работу устройств не способны повлиять. Таким образом, сеть избавляется от перегрузок, и случаи коротких замыканий практически исключаются.

Видео: Импульсный Блок Питания: учимся - строим. Ч-1.

Устройство простого стабилизатора

Если рассматривать стандартный импульсный стабилизатор тока напряжения, то в нем устанавливается только один транзистор. Как правило, их используют исключительно коммутирующего типа, поскольку на сегодняшний день они считаются более эффективными. В результате коэффициент полезного действия устройства можно сильно поднять.

Вторым важным элементом импульсного стабилизатора напряжения следует назвать диоды. В обычной схеме их можно встретить не больше трех единиц. Соединяются они друг с другом с помощью дросселя. Для нормальной работы транзисторов важными являются фильтры. Устанавливаются они в начале, а также конце цепочки. При этом блок регулирования отвечает за работу конденсатора. Его неотъемлемой частью принято считать резисторный делитель.

Как это работает?

В зависимости от типа устройства, принцип действия импульсного стабилизатора напряжения может отличаться. Рассматривая стандартную модель, можно сказать, что сначала ток подается на транзистор. На данном этапе происходит его преобразование. Далее в работу включаются диоды, в обязанности которых входит передача сигнала на конденсатор. При помощи фильтров, электромагнитные помехи отсеиваются. Конденсатор в этот момент сглаживает колебания напряжения и по дросселю ток через резистивный делитель вновь возвращается к транзисторам для преобразования.

Самодельные устройства

Сделать импульсный стабилизатор напряжения своими руками можно, но они будут иметь малую мощность. При этом резисторы устанавливаются самые обычные. Если использовать в приборе более одного транзистора, можно добиться высокого коэффициента полезного действия. Важным заданием в этом плане является установка фильтров. Именно они влияют на чувствительность прибора. В свою очередь, габариты устройства совсем не важны.

Стабилизаторы с одним транзистором

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения данного типа способен похвастаться коэффициентом полезного действия на уровне 80 %. Как правило, он функционируют только в одном режиме и может справляться только с малыми помехами в сети.

Обратная связь в данном случае полностью отсутствует. Транзистор в стандартной схеме импульсного стабилизатора напряжения функционирует без коллектора. В результате на конденсатор сразу подается большое напряжение. Еще одной отличительной чертой приборов данного типа можно назвать слабый сигнал. Решить эту проблему смогут различные усилители.

В результате можно добиться лучшей работоспособности транзисторов. Резистор устройства в цепи в обязательном порядке должен находиться за делителем напряжения. В данном случае можно будет добиться более качественной работы устройства. В качестве регулировщика в цепи импульсный стабилизатор постоянного напряжения имеет блок контроля. Данный элемент способен ослаблять, а также повышать мощность транзистора. Происходит это явление при помощи дросселей, которые соединены с диодами в системе. Нагрузка на регулятор контролируется через фильтры.

Видео: Делаем сами самый простой импульсный блок питания

Стабилизаторы напряжения ключевого типа

Такого рода импульсный стабилизатор напряжения 12В коэффициент полезного действия имеет на уровне 60 %. Основной проблемой является то, что он не способен справляться с электромагнитными помехами. В данном случае приборы с мощностью более 10 Вт находятся в зоне риска. Современные модели данных стабилизаторов способны похвастаться предельным напряжением в 12 В. Нагрузка на резисторы при этом значительно ослабевает. Таким образом, на пути к конденсатору напряжение удается полностью преобразовать. Непосредственно генерация частоты тока происходит на выходе. Износ конденсатора в данном случае минимален.

Еще одна проблема связна с использованием простых конденсаторов. На деле они показали себя довольно плохо. Вся проблема заключается именно в высокочастотных выбросах, которые происходят в сети. Чтобы решить эту задачу, производители начали устанавливать на импульсный стабилизатор напряжения (12 вольт) конденсаторы электролитического типа. В результате качество работы удалось улучшить за счет увеличения емкости устройства.

Как работают фильтры?

Принцип работы стандартного фильтра построен на генерации сигнала, который поступает на преобразователь. При этом дополнительно задействуется устройство сравнения. Для того чтобы справиться с большими колебаниями в сети, фильтру необходимы блоки контроля. При этом выходное напряжение можно будет сгладить.

Чтобы решить проблемы с мелкими колебаниями, в фильтре имеется специальный разностный элемент. С его помощью напряжение проходит с предельной частотой не более 5 Гц. В данном случае это положительно влияет на сигнал, который имеется на выходе в системе.

Модифицированные модели устройств

Максимальный ток нагрузки у данного типа воспринимается до 4 А. Входное напряжение конденсатором способно обрабатываться до отметки не более 15 В. Параметр входного тока у них обычно не превышает 5 А. Пульсация в данном случае допускается минимальная с амплитудой в сети не более 50 мВ. Частоту при этом можно поддерживать на уровне 4 Гц. Все это в конечном счете благоприятно отразится на общем коэффициенте полезного действия.

Современные модели стабилизаторов вышеуказанного типа справляются с нагрузкой в районе 3 А. Еще одной отличительной чертой данной модификации можно назвать быстрый процесс преобразования. Во многом это связано с использованием мощных транзисторов, которые работают со сквозным током. В результате открывается возможность стабилизировать выходной сигнал. На выходе дополнительно задействуется диод коммутирующего типа. Устанавливается он в системе вблизи узла напряжения. Потери при нагревании значительно уменьшаются, и это является явным преимуществом стабилизаторов данного типа.

Широтно-импульсные модели

Импульсный регулируемый стабилизатор напряжения данного типа коэффициент полезного действия имеет на уровне 80 %. Номинальный ток он способен выдержать на уровне 2 А. Параметр входного напряжения в среднем составляет 15 В. Таким образом, пульсация выходного тока довольно низкая. Отличительной особенностью данных приборов можно назвать способность работы в режиме замыкания. В результате есть возможность выдерживать нагрузки до 4 А. В данном случае короткие замыкания происходят крайне редко.

Из недостатков следует отметить дроссели, которым приходится справляться с напряжением от конденсаторов. В конечном счете это приводит к быстрому износу резисторов. Чтобы справиться с этой проблемой, ученые предлагают использовать их большое количество. Конденсаторы в сети при этом обязаны контролировать рабочую частоту прибора. В таком случае открывается возможность исключить колебательный процесс, в результате которого эффективность стабилизатора резко снижается.

Сопротивление в цепи также должно быть учтено. С этой целью ученые устанавливают специальные резисторы. В свою очередь, диоды способны помочь с резкими переходами в цепи. Режим стабилизации включается только при предельном токе устройства. Чтобы решить проблему с транзисторами, некоторые используют механизмы теплоотвода. В таком случае размеры прибора значительно увеличатся. Дроссели для системы следует использовать многоканальные. Провода с этой целью обычно берут серии "ПЭВ". Помещаются они первоначально в магнитопривод, который изготовлен чашечного типа. Дополнительно в нем имеется такой элемент, как феррит. Между ними должен в конечном счете образоваться зазор не более 0.5 мм.

Видео: Импульсный стабилизатор напряжения. Принцип работы

Стабилизаторы для бытового использования больше всего подходят серии "ВД4". Ток нагрузки они способны выдерживать значительный за счет пропорционального изменения сопротивления. В это время резистор будет справляться с малым переменным током. Входное напряжение устройства целесообразно пропускать через фильтры серии ЛС.

Как стабилизатор справляется с малыми пульсациями?

В первую очередь импульсный стабилизатор напряжения 5В задействуется узел запуска, который соединен с конденсатором. Источник опорного тока при этом должен посылать сигнал на устройство сравнения. Чтобы решить проблему с преобразованием, в работу включается усилитель постоянного тока. Таким образом, можно сразу вычислить максимальную амплитуду скачков.

Видео: Импульсный стабилизатор на AP1507

Далее через индуктивный накопитель ток проходит до коммутирующего диода. Чтобы входное напряжение было стабильным, имеется фильтр на выходе. Предельная частота при этом может значительно изменяться. Нагрузка транзистором максимум способна выдерживаться до 14 кГц. Катушка индуктивности отвечает за напряжение в обмотке. Благодаря ферриту ток можно стабилизировать на первоначальном этапе.

Отличие стабилизаторов повышающего типа

Импульсный повышающий стабилизатор напряжения отличается мощными конденсаторами. Во время обратной связи они принимают всю нагрузку на себя. В сети при этом должна быть расположена гальваническая развязка. Отвечает она только за повышение предельной частоты в системе.

Дополнительно важным элементом можно назвать затвор, который находится за транзистором. Ток он получает от источника питания. На выходе процесс преобразования происходит от дросселя. На данном этапе в конденсаторе образуется электромагнитное поле. В транзисторе, таким образом, получается опирающее напряжение. Процесс самоиндукции начинается последовательно.

Диоды на этом этапе не задействуются. Первым делом дроссель отдает напряжение на конденсатор, и далее транзистор направляет его на фильтр и также снова на дроссель. В результате образуется обратная связь. Происходит она до тех пор, пока не стабилизируется напряжение на блоке контроля. В этом ему помогут установленные диоды, которые получают сигнал от транзисторов, а также конденсатора стабилизатора.

Принцип действия инвертирующих приборов

Весь процесс инвертирования связан с активацией преобразователя. Импульсный стабилизатор переменного напряжения транзисторы имеет закрытого типа серии "ВТ". Еще одним элементом системы можно назвать резистор, который следит за колебательным процессом. Непосредственно индукция заключается в снижении предельной частоты. На входе она имеется на уровне 3 Гц. После преобразовательных процессов транзистор посылает сигнал на конденсатор. В конечно счете предельная частота способна увеличиться вдвое. Для того чтобы скачки стали менее заметны, необходим мощный преобразователь.

Сопротивление в колебательном процессе также учитывается. Данный параметр максимум допускается на уровне 10 Ом. В противном случае диоды на транзистор сигнал будут не способны передавать. Еще одна проблема кроется в магнитных помехах, которые имеются на выходе. Для того чтобы установить множество фильтров, применяют дроссели серии "НМ". Нагрузка на транзисторы напрямую зависит от загруженности конденсатора. На выходе задействуется магнитопривод, который помогает стабилизатору понизить сопротивление до нужной отметки.

Как устроены понижающие стабилизаторы?

Импульсный понижающий стабилизатор напряжения обычно оснащается конденсаторами серии "КЛ". В этом случае они способны значительно помочь с внутренним сопротивлением устройства. Источники питания при этом воспринимаются самые разнообразные. В среднем параметр сопротивления колеблется в районе 2 Ом. За показателем рабочей частоты следят резисторы, которые соединяются с блоком контроля, посылающим сигнал на преобразователь.

Частично нагрузка при этом уходит за счет процесса самоиндукции. Возникает она первоначально в конденсаторе. Благодаря процессу обратной связи предельная частота в некоторых моделях способна достигнуть 3 Гц. В данном случае электромагнитное поле на электрическую цепь никакого влияния не оказывает.

Источники питания

Как правило, в сети используются источники питания 220 В. В таком случае от импульсного стабилизатора напряжения можно ждать высокого коэффициента полезного действия. Для преобразования постоянного тока учитывается количество транзисторов в системе. Сетевые трансформаторы в источниках питания используются редко. Во многом это связано с большими скачками. Однако вместо них часто устанавливают выпрямители. В источнике питания он имеет свою систему фильтрации, которая стабилизирует предельное напряжение.

Видео: Компенсационный стабилизатор напряжения

Зачем устанавливать компенсаторы?

Компенсаторы в большинстве случаев играют в стабилизаторе второстепенную роль. Связана она с регулировкой импульсов. Главным образом с этим справляются транзисторы. Однако свои преимущества у компенсаторов все же имеются. В данном случае многое зависит от того, какие приборы подключены к источнику питания.

Если говорить о радиооборудовании, то тут необходим особый подход. Связан он с различными колебаниями, которые воспринимаются таким прибором иначе. В этом случае компенсаторы способны помочь транзисторам в стабилизации напряжения. Установка дополнительных фильтров в цепи, как правило, ситуацию не улучшает. При этом они сильно влияют на коэффициент полезного действия.

Недостатки гальванических развязок

Гальванические развязки устанавливаются для передачи сигнала между важными элементами системы. Основной их проблемой можно назвать неверную оценку входного напряжения. Происходит это чаще всего с устаревшими моделями стабилизаторов. Контроллеры в них не способны быстро обрабатывать информацию и подключать в работу конденсаторы. В результаты диоды страдают в первую очередь. Если система фильтрации устанавливается за резисторами в электрической цепи, то они просто сгорают.