Схемы стабилизаторов напряжения

Для питания устройств, не требующих высокой стабильности напряжения питания, применяют наиболее простые, надежные и дешевые стабилизаторы — параметрические. В таком стабилизаторе регулирующий элемент при воздействии на выходное напряжение не учитывает разницы между ним и заданным напряжением.

В наиболее простом и часто употребляемом виде параметрический стабилизатор представляет собой регулирующий элемент (стабилитрон), включаемый параллельно нагрузке. Обратите внимание, что стабилитрон, в отличие от диода, включается в обратном направлении, т. е. на анод подается отрицательный, а на катод — положительный потенциал напряжения. В основе действия такого стабилизатора лежит свойство стабилитрона поддерживать на своих электродах постоянное напряжение при значительных изменениях силы тока. Балластный резистор R, включенный последовательно с стабилитроном и нагрузкой, ограничивает ток через стабилитрон при отключенной нагрузке.

Для устройств, имеющих напряжение питания 5 В, в этом стабилизаторе можно использовать стабилитрон типа КС 147. Сопротивление резистора R выбирается таким, чтобы при максимальном входном напряжении и отключенной нагрузке ток через стабилитрон не превышал 55 мА. Так как в рабочем режиме через этот резистор проходит ток стабилитрона и нагрузки, его мощность должна быть 1...2 Вт. Ток нагрузки этого стабилизатора должен лежать в пределах 8...40 мА.

Если выходной ток стабилизатора недостаточен для питания устройства, увеличить его мощность можно, добавив усилитель (рис. б). Его роль в этой схеме выполняет транзистор VT1, цепь коллектор — эмиттер которого включается последовательно с нагрузкой стабилизатора. Выходное напряжение такого стабилизатора равно разности входного напряжения стабилизатора и падения напряжения в цепи коллектор — эмиттер транзистора и определяется напряжением стабилизации стабилитрона VD1. Стабилизатор обеспечивает в нагрузке ток до 1 А. В качестве VT1 можно использовать транзисторы типа КТ807, КТ815, КТ817.

Пять схем простых стабилизаторов

  Классические схемы, которые неоднократно описаны во всех учебниках и справочниках.

Рис.1. Стабилизатор по классической схеме без защиты от КЗ в нагрузке. 5В, 1А.

Рис.2. Стабилизатор по классической схеме без защиты от КЗ в нагрузке. 12В, 1А.

Рис.3. Стабилизатор по классической схеме без защиты от КЗ в нагрузке. Регулируемое напряжение 0..20В, 1А

       Стабилизатор на 5V 5A построен на основе статьи "Пятивольтовый с системой защиты", Радио №11 за 84г стр. 46-49. Схема действительно оказалась удачной, что не всегда бывает. Легко повторяема.

      Особенно хороша идея тиристорной защиты нагрузки при выходе из строя самого стабилизатора. Если ведь он (стабилизатор) погорит, то ремонтировать что он питал себе дороже. Транзистор в стабилизаторе тока VT1 германиевый для уменьшения зависимости выходного напряжения от температуры. Если это не важно можно и кремниевый применить. Остальные транзисторы подойдут любые подходящие по мощности. При выходе из строя регулирующего транзистора VT3 напряжение на выходе стабилизатора превышает порог срабатывания стабилитрона VD2 типа КС156А (5.6V) открывается тиристор и коротит вход и выход, горит предохранитель. Просто и надежно.

Назначение элементов регулировок указано на схемах.

.

Рис.4. Принципиальная схема стабилизатора с защитой от короткого замыкания в нагрузке и тиристорной схемой защитой при выходе из строя схемы самого стабилизатора.

Номинальное напряжение - 5В, ток - 5А.
RP1 - установка тока срабатывания защиты, RP2 - установка выходного напряжения

Следующая схема стабилизатора на 24V 2A

Рис.5. Принципиальная схема стабилизатора с защитой от короткого замыкания в нагрузке.

Номинальное напряжение - 24В, ток - 2А.
RP1 - установка выходного напряжения, R3 - установка тока срабатывания защиты.

Теоретическая часть по источникам питания

Все существующие источники питания относят к одной из двух групп: первичного и вторичного электропитания. К источникам первичного электропитания относят системы, перерабатывающие химическую, световую, тепловую, механическую или ядерную энергию в электрическую. Например, химическую энергию преобразует в электрическую солевой элемент или батарея элементов, а световую энергию — солнечная батарея.

В состав источника первичного электропитания может входить не только сам преобразователь энергии, но и устройства и системы, обеспечивающие нормальное функционирование преобразователя. Зачастую непосредственное преобразование энергии затруднено, и тогда вводят промежуточное, вспомогательное преобразование энергии. Например, энергия внутриатомного распада на атомной электростанции может быть преобразована в энергию перегретого пара, вращающего турбину электромашинного генератора, механическую энергию которого преобразуют в электрическую энергию.

К источникам вторичного электропитания относят такие системы, которые из электрической энергии одного вида вырабатывают электрическую энергию другого вида. Так, например, источниками вторичного электропитания являются инверторы и конверторы, выпрямители и умножители напряжения, фильтры и стабилизаторы.

Классифицируют источники вторичного электропитания по номинальному рабочему выходному напряжению. При этом различают низковольтные источники питания с напряжением до 100 В, высоковольтные с напряжением более 1 кВ и источники питания со средним выходным напряжением от 100 В до 1 кВ.

Любые источники вторичного электропитания классифицируют по мощности Рн, которую они способны отдать в нагрузку. При этом выделяют пять категорий:

• • • • микромощные (Рн < 1 Вт);

      • маломощные (1 Вт < Рн < 10 Вт);

      • средней мощности (10 Вт < Рн < 100 Вт);

      • повышенной мощности (100 Вт < Рн < 1 кВт);

      • большой мощности (Рн > 1 кВт)

Источники питания могут быть стабилизированными и нестабилизированными. При наличии цепи стабилизации выходного напряжения стабилизированные источники обладают меньшей флюктуацией данного параметра, относительно нестабили-зированных. Поддержание неизменным выходного напряжения может быть достигнуто различными способами, однако все эти способы можно свести к параметрическому или компенсационному принципу стабилизации. В компенсационных стабилизаторах присутствует цепь обратной связи для отслеживания изменений регулируемого параметра, а в параметрических стабилизаторах такая обратная связь отсутствует.

Любой источник питания по отношению к сети обладает следующими основными параметрами: минимальное, номинальное и максимальное питающее напряжение или относительное изменение номинального напряжения в сторону повышения или понижения;

вид питающего тока: переменный или постоянный;

• • • число фаз переменного тока;

    • частота переменного тока и диапазон ее флюктуации от минимума до максимума;

    • коэффициент потребляемой от сети мощности;

    • коэффициент формы потребляемого от сети тока, равный отношению первой гармоники тока к его действующему значению;

    • постоянство питающего напряжения, которое характеризуется неизменностью параметров во времени.

По отношению к нагрузке источник питания может обладать теми же параметрами, что и по отношению к питающей сети, и дополнительно характеризоваться следующими параметрами:

• • • амплитуда пульсации выходного напряжения или коэффициент пульсации;

    • величина тока нагрузки;

    • тип регулировок выходных тока и напряжения;

    • частота пульсации выходного напряжения источника питания, в общем случае не равная частоте переменного тока питающей сети;

    • нестабильность выходных тока и напряжения под воздействием любых факторов, ухудшающих стабильность.

Кроме того, источники питания характеризуются:

• • • КПД;

    • массой;

    • габаритными размерами;

    • диапазоном температур окружающей среды и влажности;

    • уровнем генерируемого шума при использовании вентилятора в системе охлаждения;

    • устойчивостью к перегрузкам и к ударам с ускорением;

    • 0 надежностью;

    • длительностью наработки на отказ;

    • временем готовности к работе;

    • устойчивостью к перегрузкам в нагрузках, и, как частный случай, коротким замыканиям;

    • наличием гальванической развязки между входом и выходом;

    • наличием регулировок и эргономичностью;

    • ремонтопригодностью.