Меню

Стабилизатор напряжения модуль с схема

Виды и схемы стабилизаторов напряжения

Приборы для стабилизации напряжения сети применяются уже не одно десятилетие. Многие модели давно не используются, а другие пока не нашли широкого распространения, несмотря на высокие характеристики. Схема стабилизатора напряжения не является чем-то слишком сложным. Принцип работы и основные параметры различных стабилизаторов следует знать тем, кто ещё не определился с выбором.

Виды стабилизаторов напряжения

В настоящее время применяются следующие виды стабилизаторов:

  • Феррорезонансные;
  • Сервоприводные;
  • Релейные;
  • Электронные;
  • Двойного преобразования.

Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

Феррорезонансные стабилизаторы конструктивно являются самыми простыми устройствами. Они состоят из двух дросселей и конденсатора и работают на принципе магнитного резонанса. Стабилизаторы такого типа отличаются высокой скоростью срабатывания, очень большим сроком эксплуатации и могут работать в широком диапазоне напряжения на входе. В настоящее время их можно встретить в медицинских учреждениях. В быту практически не применяются.

Принцип действия сервоприводного или электромеханического стабилизатора основан на изменении величины напряжения с помощью автотрансформатора. Устройство отличается исключительно высокой точностью установки напряжения. Вместе с тем скорость стабилизации самая низкая. Электромеханический стабилизатор может работать с очень большими нагрузками.

Релейный стабилизатор так же имеет в своей конструкции трансформатор с секционированной обмоткой. Выравнивание напряжения осуществляется с помощью группы реле, которые срабатывают по командам с платы контроля напряжения. Прибор имеет относительно высокую скорость стабилизации, но точность установки заметно ниже за счёт дискретного переключения обмоток.

Электронный стабилизатор работает по такому же принципу, только секции обмотки регулирующего трансформатора переключаются не с помощью реле, а силовыми ключами на полупроводниковых приборах. Точность электронного и релейного стабилизатора приблизительно одинаковая, но скорость электронного устройства заметно выше.

Стабилизаторы двойного преобразования, в отличие от других моделей, не имеют в своей конструкции силового трансформатора. Коррекция напряжения осуществляется на электронном уровне. Устройства этого типа отличаются высокой скоростью и точностью, но их стоимость намного выше, чем у других моделей. Стабилизатор напряжения 220 вольт своими руками, несмотря на кажущуюся сложность, может быть реализован именно на инверторном принципе.

Электромеханический стабилизатор

Сервоприводный стабилизатор состоит из следующих узлов:

  • Входной фильтр;
  • Плата измерения напряжения;
  • Автотрансформатор;
  • Серводвигатель;
  • Графитовый скользящий контакт;
  • Плата индикации.

В основе работы электромеханического стабилизатора лежит принцип регулировки напряжения путём изменения коэффициента трансформации. Это изменение осуществляется перемещением графитового контакта по свободной от изоляции обмотке трансформатора. Перемещение контакта осуществляется серводвигателем.

Напряжение сети поступает на фильтр, состоящий из конденсаторов и ферритовых дросселей. Его задача максимально очистить приходящее напряжение от высокочастотных и импульсных помех. В плате измерения напряжения заложен определённый допуск. Если напряжение сети в него укладывается, то оно сразу поступает на нагрузку.

При отклонении напряжения сверх допустимого, плата измерения напряжения подаёт команду на узел управления серводвигателем, который перемещает контакт в сторону увеличения или уменьшения напряжения. Как только величина напряжения придёт в норму, серводвигатель останавливается. Если напряжение сети нестабильно и часто изменяется, сервопривод может отрабатывать процесс регулирования практически постоянно.

Схема подключения стабилизатора напряжения малой мощности не представляет ничего сложного, поскольку на корпусе установлены розетки, а включение в сеть осуществляется шнуром с вилкой. На более мощных устройствах сеть и нагрузка подключаются с помощью винтовой колодки.

Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

Релейный стабилизатор

В релейном стабилизаторе имеется почти такой же набор основных узлов:

  • Сетевой фильтр;
  • Плата контроля и управления;
  • Трансформатор;
  • Блок электромеханических реле;
  • Устройство индикации.

В этой конструкции коррекция напряжения осуществляется ступенчато, с помощью реле. Обмотка трансформатора разделена на несколько отдельных секций, каждая из которых имеет отвод. Релейный стабилизатор напряжения имеет несколько ступеней регулирования, число которых определяется количеством установленных реле.

Подключение секций обмотки, а, следовательно, и изменение напряжения может осуществляться либо аналоговым, либо цифровым способом. Плата управления, в зависимости от изменения напряжения на входе, подключает необходимое количество реле для обеспечения напряжения на выходе, соответствующего допуску. Стабилизаторы релейного типа имеют самую низкую цену среди этих приборов.

Пример схемы релейного стабилизатора

Еще одна схема стабилизатора релейного типа

Электронный стабилизатор

Принципиальная схема стабилизатора напряжения этого типа имеет лишь небольшие отличия от конструкции с электромагнитными реле:

  • Фильтр сети;
  • Плата измерения напряжения и управления;
  • Трансформатор;
  • Блок силовых электронных ключей;
  • Плата индикации.

Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

Принцип работы электронного стабилизатора не отличается от принципа работы релейного устройства. Единственное отличие заключается в применении электронных ключей вместо реле. Ключи представляют собой управляемые полупроводниковые вентили – тиристоры и симисторы. Каждый из них имеет управляющий электрод, подачей напряжения на который вентиль можно открыть. В этот момент и происходит коммутация обмоток и изменение напряжения на выходе стабилизатора. Стабилизатор отличается хорошими параметрами и высокой надёжностью. Широкому распространению мешает высокая стоимость прибора.

Читайте также:  Исследование стабилизаторов постоянного напряжения

Стабилизатор двойного преобразования

Это устройство, называемое так же инверторный стабилизатор, по своей конструкции и техническим решениям, полностью отличается от всех других моделей. В нем отсутствует трансформатор и элементы коммутации. В основу его работы положен принцип двойного преобразования напряжения. Из переменного напряжения в постоянное, и обратно в переменное.

Схема инверторного стабилизатора напряжения 220в состоит из следующих узлов:

  • Фильтр сетевых помех;
  • Корректор мощности – выпрямитель;
  • Блок конденсаторов;
  • Инвертор;
  • Узел микропроцессора.

Напряжение сети, пройдя через фильтр, поступает на корректор – выпрямитель, где осуществляется первое преобразование. В блоке конденсаторов запасается энергия, которая будет необходима при пониженном напряжении.

Обычно инвертор выполняется по схеме с использованием ШИМ контроллера. Дополнительное питание необходимо для питания микропроцессора, который управляет всей работой стабилизатора.

Большой выбор стабилизаторов напряжения отечественного производства от компании «Энергия», вы найдете на сайте официального представителя ВольтМаркет.ру.

Это устройство отличается уникальными параметрами, поскольку инверторный стабилизатор не изменяет величину напряжения сети, а заново его генерирует. Это позволяет получить напряжение высокого качества со стабильной частотой.

На базе инверторного принципа может быть реализована схема регулируемого стабилизатора напряжения. В этом случае можно на схемном уровне рассчитать величину напряжения на входе, которая может быть практически любой, а стабилизатор будет выдавать 220В.

Источник

LM2596: Характеристики, виды и схемы

LM2596 — это преобразователь напряжения. С его помощью входное значение снижается до 40 В, выходное — корректируется. При этом сохраняется одно значение тока — 3 А. Модуль отлично подходит для автомобильных светодиодов. Цена самых дешевых из этих устройств — около 40 рублей.

Производством надежных, доступных и удобных в эксплуатации контроллеров занимается фирма Texas Instruments. На их основе китайские предприятия изготавливают самые недорогие импульсные преобразователи, которые понижают напряжение.

Особенности преобразователей LM2596

Самый популярный вариант применения устройства — источник напряжения на основе стабилитрона. Из него получается качественный импульсный БП, который выдерживает воздействие короткого замыкания. LM2596 — полностью соответствует даташит и всем описанным параметрам.

Еще один вариант использования преобразователей — стабилизатор силы тока. Модуль данной микросхемы подключает светодиодную автомобильную матрицу LM2596 с мощностью 10 Вт, в дополнение обеспечивая предотвращение КЗ.

Эти устройства имеют свою уникальность. Они обеспечивают снижение выходного напряжения до 40 В, необходимо всего 5 внешних элементов. Напряжение шины питания “умного дома” таким образом поднимается до 36 В, а сечение кабелей — уменьшается. В районе точек потребления нужно поставить такой модуль и настроить его на необходимый вольтаж (5,9,12).

Параметры устройства

Микросхема обладает следующими характеристиками:

  1. Напряжение входа — от 2,4 до 40 В.
  2. Напряжение выхода — от 1,2 до 37 В, его можно регулировать и фиксировать.
  3. Ток выхода — максимум 3 А.
  4. Преобразовательная частота — 150 кГц.
  5. КПД при низком давлении — 75%, при большом — до 95%.

Корпуса

Есть 2 вида корпусов. Для одного из них применяется установка внутрь отверстия (ТО-220). Мне больше нравится планарный вариант, так как там радиатор — это и есть плата, и отпадает потребность в приобретении еще одного внешнего радиатора. Механически он гораздо устойчивее, чем TO-220, которая в обязательном порядке должна быть к чему-то привинчена, например, к плате. В этом случае установка планарной версии — гораздо проще.

Размеры LM2596

Как появились стабилизаторы линейного типа

Сначала нужно разобраться, в чем главный минус стандартных линейных преобразователей наподобие LM78XX. Основной элемент такого устройства — сильный двухполярный транзистор, который изначально был управляемым резистором.

Читайте также:  Стабилизаторы напряжения с низким выходным напряжением

Устройство включено в пару Дарлингтона. Основной ток задает операционный усилитель. Он увеличивает разницу между напряжением выхода и тем, которое задается ИОН, — источником опорного напряжения. Он подключается по стандартной схеме усилителя ошибки.

Схема подключения первых преобразователей

Итак, резистор включается с помощью преобразователя по последовательной схеме, при наличии нагрузки. Он контролирует сопротивление для гашения на нагрузке определенного количества Вольт. При подсчете можно установить, что, если напряжение снижается, например, с 12 до 5 В, происходит распределение входных 12 В на нагрузку и стабилизатор с отношением 7:5.

Происходит гашение “избыточных” 7 В и их превращение в тепло. Это приводит к проблемам с охлаждением, и на это тратится большое количество энергии ИП. Если питание поступает от розетки, в этом нет ничего опасного, но если от батареи или аккумулятора, данный фактор нужно учитывать.

Описанным способом вряд ли получилось бы изготовить преобразователь, увеличивающий напряжение. Лет 30 назад рассчитать такие схемы было крайне сложно. Простейшая схема этого типа — 2-тактный преобразователь с 5 до 15 В.

Такое устройство дает гальваническую развязку, но эффективность использования им трансформатора — крайне мала. Активно используется только 1⁄2 первичной обмотки.

Но это, скажем так, прототип. А теперь поговорим о современных устройствах.

Схема современного преобразователя

Микросхему удобно использовать как конвертерный step–down. сильный двухполярный ключ размещен внутри, нужно только дополнить регулятор еще несколькими компонентами — быстрым диодом, выходным и входным конденсаторами и т.д.

В вариации LM2596ADJ необходима схема обеспечения напряжения выхода: 2 резистора, либо 1 плазморезистор.

LM2596 изнутри выглядит примерно так:

ШИМ-сигнал управляется мощным ключом изнутри прибора. Точка А х% времени обладает полным напряжением, при (1–x)% — нулевое напряжение. Колебания сглаживаются LC-фильтром. Он выделяет неизменный компонент напряжения питания.

Как работает LM2596

Индуктивность не позволяет проходить через нее изменению тока. Создается высокое отрицательное напряжение самоиндукции, нагрузочное напряжение идентично разнице этого параметра для самоиндукции.

Индуктивный ток и нагрузочное напряжение поэтапно возрастают. Он замыкается на землю посредством диода и уменьшается. Значит, нагрузочное напряжение имеет меньшее значение, чем входное, и на него влияет скважность импульсов.

Напряжение выхода

Модуль производят в 4 вариантах:

  1. С напряжением — 3,3 В.
  2. 5 В.
  3. 12 В.
  4. LM2596ADJ — регулируемый вариант.

Повсеместно применяется настраиваемая версия, так как ее много на складах электронных фирм. Она не в дефиците, а дополнения к ней — самые простые, это всего лишь 2 дешевых резистора. Разумеется, популярен и вариант на 5 В.

Как сгладить пульсации напряжения вход

Получается, что если использовать LM2596 как понижающий преобразователь, конденсатор входа, стоящий сразу за диодным мостом, обладает небольшой емкостью от 50 до 100 мкФ.

Конденсатор выхода

Если частота преобразования высока, конденсатор входа тоже должен обладать большой емкостью. Потребитель с высокой мощностью не сможет серьезно снизить работоспособность данного конденсатора в ходе одного цикла.

КПД, уровень эффективности и потери тепла

Коэффициент полезного действия — не самый высокий, так как мощным ключом является двухполярный транзистор. Его падение напряжения не равно нулю, оно составляет 1,2 В. Поэтому эффективность падает и при маленьких напряжениях.

Наибольшая эффективность становится возможной при разнице между напряжением входа и выхода на уровне 12 В. Иными словами, если его снизить на 12 В, большая часть энергии уйдет на тепло.

Будем считать, что когда 12 В преобразуются в 5 В, потери при токе выхода в микросхеме равны 1,3 Вт, ток входа составляет 0,52 А. Это эффективнее преобразователя линейного типа, дающего, как минимум, потерю в 7 Вт. Потребление из сети входа — вдвое больше.

У LM2577 — втрое меньшая частота. Она намного эффективнее, так как потери во время переходных процессов не так высоки. Но устройству требуется повышенные параметры дросселя и конденсатора выхода, что приводит к лишним затратам.

Возрастание тока выхода

Ток микросхемы довольно высок, но иногда требуется еще больше.

Запараллельте преобразователи, настроенные на одинаковое напряжение выхода. При таких обстоятельствах нельзя использовать простые резисторы smd в цепи, задающей напряжение, Feedback. Применяйте резисторы с точностью до 1% или задавайте напряжение самостоятельно с помощью переменного резистора.

Если вы не уверены, что разброс напряжения мал, параллельте преобразователи с помощью небольшого шунта с сопротивлением несколько десятков мОм. Тогда всю нагрузку возьмет на себя преобразователь с наибольшим напряжением, и не факт, что он выдержит.

Читайте также:  Передние стойки стабилизаторов рено флюенс

Можно воспользоваться высоким уровнем охлаждения с помощью большого радиатора или многослойной печатной платы крупной площади. Это помогает повысить ток.

Есть еще вариант — вынесение мощного ключа за корпус микросхемы. Поэтому есть возможность использования полевого резистора с небольшим падением напряжения, повысить КПД и ток выхода.

Как регулируется выходной ток

Это возможно только в том случае, если мы имеем дело с настраиваемым напряжением выхода в варианте LM2596ADJ. В Китае производится именно такая плата, где есть всевозможная индикация. Такой модуль можно приобрести под наименованием xw026fr4.

xw026fr4

Если у вас нет желания использовать готовый модуль, сделайте устройство своими руками. Это не сложно. Есть только одна проблема — микросхема не управляет током, но это можно изменить.

Преобразователь тока — актуальное устройство, применяемое в световых и лазерных диодах, гальванических элементах, зарядках. Приобрести его можно в популярных интернет-магазинах.

Зарядное usb-устройство на LM2596

Можно соорудить качественный переносной зарядник. Настройте регулятор на уровень напряжения 5В, добавить к нему USB-порт и обеспечьте питание зарядного устройства. например, мне встречался аккумулятор из литий-полимера, который обеспечивает 5 ампер-часов, когда напряжение составляет 11,1 В. Этого хватит для восьмикратной разрядки обычного смартфона без учета КПД. Если его учесть, выйдет около 6 раз, не менее.

Обязательно замкните два контакта — D+ и D- usb-гнезда для сообщения телефону о его подключении к зарядному устройству и неограниченности передаваемого тока. Если же это не сделать, в “мозгу” устройства сложится информация о его подключении к ПК и зарядке током около 500 мА, то есть очень слабым. Но таким током не компенсируется энергопотребление телефона, и зарядка аккумулятора невозможна.

Предусмотрите наличие отдельного входа 12 В от машинного аккумулятора с гнездом для прикуривателя и используйте переключатель для переключения источников. Установите светодиод, сигнализирующий о включении устройства. Иначе вы забудете о выключении батареи, когда она полностью зарядится, и из-за потерь в преобразователе она полностью сядет в течение нескольких дней.

Этот аккумулятор — не лучший вариант, он работает при высоком токе. Найдите батарею с более или менее сильным током, с меньшими размерами или массой.

lm2596 hw 411

Рассмотрим еще один понижающий модуль. Его эффективность составляет 80-92%. Он применяется в разных приборах, снижающих напряжение. Он может быть блоком питания, зарядкой, контрольным преобразователем сигналов. Применяется в автомобилях для зарядки оборудования.

Напряжение входа постоянного тока составляет 4-40 В, выхода — 1,5-35 В. Самое высокое значение тока — 3 А, если он больше 1 А, нужно воспользоваться дополнительным охлаждением.

Dc Dc преобразователь

Питание электроаппаратуры успешно обеспечивается с помощью dc dc преобразователей. Это устройство применяется в вычислительной технике, приборах связи, разных контролирующих системах, автоматике.

Это довольно простая идея: происходит преобразование постоянного напряжения в переменное, обычно, с частотой не в одну сотню килогерц. Оно увеличивается, а затем выпрямляется и поступает в нагрузку. Такое устройство — это импульсный преобразователь.

Главный плюс устройства — в его высоком КПД, от 60 до 90%. Также удобно то, что разброс входных напряжений довольно широк.

Светодиодный драйвер

Чтобы обеспечить стабильное электропитание, нужна специальная электросхема в виде блока или драйвера питания. Он называется led driver.

За счет электронной схемы обеспечивается стабилизация напряжения и тока, которые подводятся к кристаллу.

Данная схема автоматически не поддерживает ток. Он увеличивается при росте напряжения. Когда его допустимое значение будет превышено, кристалл разрушится от перегревания.

Этот вариант подходит для led-источников света с небольшой мощностью, но для мощных светоизлучателей он не годится категорически. Не путайте светодиодный драйвер с люминесцентной лампой, их принципы работы сильно отличаются.

Где приобрести LM2596

Купить этот преобразователь напряжения можно где угодно. Хоть на рынке, хоть в специализированном магазине радиоэлектроники. У нас например в городе продают в магазине «Радиомаркет», может и у Вас такие есть. Но я проштудировал интернет и нашел самые дешевые цены, они в Китае в магазине АлиЭкспресс. Можете купить по ссылке.

Если Вы мало что поняли из этой статьи, предлагаю посмотреть видео:

Источник