Napájení nízkoenergetických zařízení OZE s malým limitem změny odběru proudu je obvykle realizováno z parametrických stabilizátorů napětí (PSN). Kromě toho jsou tyto stabilizátory široce používány jako zdroje referenčního napětí (VR) v kompenzačních stabilizátorech napětí a proudu.

Parametrický stabilizátor provádí stabilizaci výstupního napětí díky vlastnostem proudově-napěťové charakteristiky nelineárního prvku, například zenerovy diody, stabis-torusu, saturační tlumivky. Blokové schéma parametrického stabilizátoru je na Obr. 15.1. V něm je nelineární NE prvek připojen ke vstupnímu napájecímu napětí? / 0 přes zhášecí odpor /? „ a zátěž je připojena paralelně k NE. V. S nárůstem vstupního napětí ? / 0 se zvyšuje proud nelineárním NE prvkem, v důsledku čehož se zvyšuje úbytek napětí na zhášecím odporu, takže výstupní napětí na zátěži zůstává konstantní. Stabilita výstupního napětí v parametrickém stabilizátoru je určena strmostí proudově-napěťové charakteristiky NO a je nízká. V parametrickém stabilizátoru není možnost plynulé úpravy výstupního napětí a přesného nastavení jeho jmenovité hodnoty.

Jak bylo uvedeno, prvky s nelineárním CVC se používají ke stabilizaci stejnosměrného napětí v PSN. Jedním z těchto prvků je křemíková zenerova dioda. Hlavní schéma jednostupňového PSN je znázorněno na Obr. 15.2.

Rýže. 15.1

Rýže. 15.2. Schéma jednostupňového parametrického stabilizátoru

V tomto obvodu, když se změní vstupní napětí a t na ±D C/t proud zenerovou diodou vi) změny o A / st, což vede k menším změnám napětí na zenerově diodě (o ± D? / „), a tím i na zátěži. Hodnota D (/ n závisí na D? / in, odporu omezovacího rezistoru To A

di st

diferenciální odpor zenerovy diody g st =--.

d1 st

Na Obr. 15.3 je uveden příklad statické charakteristiky stabilizátoru pro vysvětlení principu stabilizace a stanovení stabilizačního koeficientu.

Koeficient stabilizace (vstupním napětím) obvodu PSN Obr. 15.2 a charakteristika na Obr. 15.3 se zobrazí jako

A a k a t

A,"" G

Vnitřní odpor stabilizátoru je určen především rozdílovým odporem zenerovy diody. Na Obr. Jsou uvedeny závislosti 15.4 g st nízkopříkonové zenerovy diody ze stabilizačního napětí pro různé stabilizační proudy / cx. Z grafů je vidět, že s nárůstem / st se diferenciální odpor snižuje a dosahuje

minimální hodnota pro stabilizaci 6-8V.

zenerovy diody s napětím

Rýže. 15.4.

Rýže. 15.5.

Teplotní koeficient napětí an zenerovy diody určuje velikost odchylky výstupního napětí PSN se změnou teploty. Na Obr. 15.5 je znázorněna závislost a n na stabilizačním napětí. Pro spotřebiče s a st > 5,5 V s rostoucí teplotou roste napětí na zenerově diodě. Teplotní kompenzaci lze tedy v tomto případě dosáhnout zapojením diod do série se zenerovou diodou v propustném směru (Y0 2, K/) 3 na Obr. 15.6, A).

V tomto případě se však vnitřní odpor PSN zvyšuje díky rozdílovým odporům termokompenzačních diod v propustném směru rdif, což závisí na zvoleném typu diody a jejím režimu činnosti. Jako příklad na Obr. 15.7 ukazuje závislost g diff na stejnosměrném proudu pro ne

Rýže. 15.6.

A- s termokompenzačními diodami К/) 2 , К/) 3 ; b - dvoustupňový stabilizátor; V - můstkový stabilizátor s jednou zenerovou diodou; g - stabilizátor můstku se dvěma zenerovými diodami; d - stabilizátor s emitorovým sledovačem; e - s proudově stabilizující dvousvorkovou sítí; a - s proudově stabilizujícími tranzistory různé vodivosti p-r-p A r-p-r

jaké typy diod a zenerových diod zapojených v propustném směru. Je třeba poznamenat, že termokompenzovaný PSN má zvýšenou hodnotu g st a snížený stabilizační koeficient. Na Obr. 15.8 jsou uvedeny závislosti teplotního koeficientu na velikosti propustného proudu u Zenerových diod typu D814 a diody DZ10, které lze použít pro teplotní kompenzaci.

Pokud je požadována zvýšená stabilita výstupního napětí PSN, pak se používají obvody dvoustupňového nebo můstkového stabilizátoru, znázorněné na Obr. 15.6, b, v, Mr. Předběžná stabilizace napětí ve dvoustupňovém PSN (obr. 15.6, b) prováděné pomocí prvků já g, ty) a Г/) 2, umožňuje získat dostatečně vysoký koeficient stabilizace výstupního napětí

I G I r2

Na = k k ~-1L__ g| _

st2k K st1 K st2 y,)(y

^ nx"st1" *st2 / "st3" "st4" "st5 /

Kde do st, do st2- stabilizační koeficienty prvního a druhého stupně; g stb g st2 - diferenční odpory zenerových diod -CT> 3; a*st4, ^st5 - diferenční odpory

diody Páni 4, D/) 5. Teplotní drift napětí na zátěži a vnitřní odpor dvoustupňového PSN jsou stejné jako v zapojení na Obr. 15.6, A.

Rýže. 15.7.

ze stejnosměrného proudu

Rýže. 15.8.

ze stejnosměrného proudu

Zvýšení stabilizačního faktoru v můstkových obvodech (obr. 15.6, Obr. PROTI, G) dosaženo kompenzací napětí na rezistoru R2 nebo zenerova dioda VD při změně vstupního napětí. Koeficient stabilizace při R H = const:

pro schéma na Obr. 15.6, PROTI

A"

U, Ar„/R3-R2/R, y

Kde U H- zátěžové napětí R";

pro obvod na obr. 15,6, g

Kde G st i a g st 2 - diferenční odpory zenerových diod yb A wow 2.

V parametrických mostních stabilizátorech může být teoreticky stabilizační koeficient nekonečně velký, pokud jsou prvky vybrány na základě podmínek: pro Obr. 15.6, v g st / I 3 = R2/R a pro schéma na obr. 15,6, g g st2 /I 2 = g st /I. Vnitřní odpor pro obvod na Obr. 15.6, v g n \u003d g C1 + jsou mi 2, a pro schéma na obr. 15,6, g

Pan. Gst1+ G-t2-

Je třeba si uvědomit, že poměrně vysoká stabilita výstupního napětí v obvodech PSN na Obr. 15.6, b-d je dosaženo v důsledku výrazného zhoršení účinnosti ve srovnání s obvodem na obr. 15.3. Schéma na Obr. 15.6, E kvůli použití zdroje proudu v něm, vyrobeného na tranzistoru ut, Zenerova dioda U[)(místo kterých lze zařadit dvě diody zapojené do série v propustném směru) a rezistory Já uh A /? b. To umožňuje stabilizovat proud protékající zenerovou diodou. U1) 2 a tím drasticky snížit kolísání napětí na zátěži s velkými změnami vstupního napětí. Teplotní drift a vnitřní odpor tohoto obvodu PSN jsou prakticky stejné jako v obvodu na Obr. 15.2.

Maximální výstupní výkon uvažovaných obvodů PSN je omezen mezními hodnotami stabilizačního proudu a ztrátovým výkonem zenerovy diody. Pokud použijete tranzistor v režimu emitorového sledovače se zenerovou diodou v základním obvodu (obr. 15.6, d), pak lze výkon zátěže zvýšit. Koeficient stabilizace PSN na Obr. 15.6, d

• (15.5)
• (15.6)

Komu -*A -

"(1 + cg st / A 0)? / a '

a vnitřní odpor

/?(/)« p(r e +/* b /L 21e);

g b, g e, já 2 e - respektive odpor báze, emitoru, kolektoru a koeficient přenosu proudu v obvodu OE tranzistoru.

Nicméně takové PSN at 1/st > 5,5 V z hlediska teplotní péče je horší než stabilizátory zobrazené na obr. 15.6, a-g.

Na Obr. 15.6, a je znázorněno schéma PSN s přídavnými tranzistory různé vodivosti. Vyznačuje se vysokou stabilitou výstupního napětí a schopností současně připojit dvě zátěže /? H | A I h2 na různé vstupní napětí. Z hlediska stabilizačního koeficientu a teplotního driftu toto schéma mírně převyšuje schéma na Obr. 15.6, E a vnitřní odpory G st ] a g st 2 jsou určeny zenerovými diodami SD a E/) 2, v tomto pořadí.

Kalkulačka výkonu regulátoru napětí
Pro správnou volbu výkonu stabilizátoru je nutné určit součet kapacit všech spotřebitelů, které je třeba současně zásobovat elektřinou, s ohledem na startovací proudy zařízení.

DŮLEŽITÉ:
Kalkulačka výkonu umožňuje vypočítat aktuální spotřebu oblíbených domácích zařízení a odhadovaný výkon stabilizátoru napětí. Elektromotory mají rozběhové proudy mnohem vyšší než jmenovité. Provozní výkon stabilizátoru při použití asynchronních motorů, kompresorů, čerpadel by měl být 3-5krát vyšší než jmenovitý výkon spotřebitelů.

Online kalkulačka výkonu

Online kalkulačka výkonu stabilizátoru napětí

Pro výpočet aktuální spotřeby každého domácího spotřebiče použijte online kalkulátor výkonu stabilizátoru napětí. U vybavení můžete vidět spotřebu energie v pasu a tyto informace jsou také duplikovány na samotném zařízení (na zadní straně zařízení). Je také nutné počítat s různými druhy zátěže. Zátěž existuje jak aktivní, tak reaktivní.

co to je?

Online kalkulačka výkonu umožňuje správně zohlednit aktivní zatížení. Aktivní zátěž se proto nazývá aktivní, protože veškerá spotřebovaná elektřina se přeměňuje na jiné druhy energie (tepelnou, světelnou atd.). Mnoho zařízení a zařízení má pouze aktivní zátěž. Mezi taková zařízení a zařízení patří žárovky, ohřívače, elektrické sporáky, žehličky atd. Pokud je jejich udávaný příkon 1 kW, stačí k napájení 1 kW stabilizátor. reaktivní zátěže. Mezi taková zařízení patří zařízení a výrobky s elektromotorem. Mezi domácími spotřebiči existuje spousta takových zařízení - téměř všechny elektronické a domácí spotřebiče. Mají plnou sílu a jsou aktivní.

Zdánlivý výkon se počítá ve VA (voltampérech), činný výkon se počítá ve W (wattech). Zdánlivý výkon (voltampéry) a činný výkon (watty) jsou vzájemně propojeny koeficientem cosf. Na elektrických spotřebičích s jalovou složkou zátěže často udávají svůj činný příkon ve wattech a cos f. Abyste mohli vypočítat zdánlivý výkon ve VA, musíte činný výkon ve W vydělit cos f.

Výpočet výkonu stabilizátoru napětí
Výpočet výkonu stabilizátoru napětí je velmi zodpovědná záležitost a musíte k tomu přistupovat opatrně, jinak riskujete, že se ocitnete v situaci, kdy regulátor napětí bude neustále vypínat vaše spotřebiče (takto funguje proudová ochrana).

Výpočet výkonu stabilizátoru napětí

Vypočítejme výkon stabilizátoru napětí na příkladu.

Příklad: pokud vrtačka říká „700 W“ a „cos f = 0,7“, znamená to, že celkový výkon skutečně spotřebovaný nástrojem bude 700 / 0,7 = 1000 VA. Pokud cos f není specifikováno, pak lze průměrný činný výkon vydělit 0,7.

Vysoké startovací proudy. Mnoho zařízení může v době spuštění spotřebovat několikrát více energie, než je jejich jmenovitý výkon. Mezi taková zařízení patří všechna zařízení obsahující motor.

Například hluboká pumpa, lednička atd. Spotřeba energie uvedená v pasu se musí vynásobit 3-5krát, jinak nebudete moci tato zařízení zapnout přes stabilizátor, protože bude fungovat ochrana proti přetížení.

Poté, co jste obdrželi celkový výkon všech zařízení, musíte vypočítat, která zařízení se zapnou ve stejnou dobu a která zařízení mají startovací proudy. Pouze v tomto případě správně spočítáte správný výkon stabilizátoru napětí potřebného k napájení vašich domácích spotřebičů.

Doporučuje se vybrat model stabilizátoru s 20% rezervou výkonu. Za prvé zajistíte „šetřící“ režim provozu stabilizátoru, čímž zvýšíte jeho životnost, a za druhé vytvoříte výkonovou rezervu pro dodatečné připojení nového zařízení.

Jak víte, žádné elektronické zařízení nefunguje bez vhodného zdroje energie. V nejjednodušším případě může jako zdroj energie fungovat konvenční transformátor a diodový můstek (usměrňovač) s vyhlazovacím kondenzátorem. Ne vždy je však po ruce mít transformátor pro požadované napětí. A ještě více, takový zdroj nelze nazvat stabilizovaným, protože napětí na jeho výstupu bude záviset na napětí v síti.
Řešením těchto dvou problémů je použití hotových stabilizátorů, například 78L05, 78L12. Jsou pohodlné na používání, ale zase nejsou vždy po ruce. Další možností je použití parametrického stabilizátoru na zenerově diodě a tranzistoru. Jeho schéma je uvedeno níže.

Stabilizační obvod

VD1-VD4 v tomto schématu je konvenční diodový můstek, který převádí střídavé napětí z transformátoru na stejnosměrné. Kondenzátor C1 vyhlazuje zvlnění napětí a mění napětí z pulzujícího na konstantní. Paralelně s tímto kondenzátorem stojí za to umístit malý filmový nebo keramický kondenzátor pro filtrování vysokofrekvenčního zvlnění, protože. při vysoké frekvenci elektrolytický kondenzátor nedělá dobře svou práci. Elektrolytické kondenzátory C2 a C3 v tomto obvodu slouží ke stejnému účelu - vyhlazení případných zvlnění. Řetězec R1 - VD5 slouží k vytvoření stabilizovaného napětí, rezistor R1 v něm nastavuje stabilizační proud zenerovy diody. Rezistor R2 je zátěžový. Tranzistor v tomto obvodu pohltí celý rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím, takže se na něm odvádí slušné množství tepla. Tento obvod není určen pro připojení výkonné zátěže, ale přesto by měl být tranzistor přišroubován k radiátoru pomocí teplovodivé pasty.
Napětí na výstupu obvodu závisí na volbě zenerovy diody a hodnotě rezistorů. Níže uvedená tabulka ukazuje hodnoty prvků pro získání 5, 6, 9, 12, 15 voltů na výstupu.

Místo tranzistoru KT829A můžete použít importované analogy, například TIP41 nebo BDX53. Je přípustné instalovat jakýkoli diodový můstek vhodný pro proud a napětí. Navíc jej můžete sestavit z jednotlivých diod. Při použití minima dílů se tak získá funkční regulátor napětí, ze kterého lze napájet další elektronická zařízení spotřebovávající malý proud.

Foto mnou sestaveného stabilizátoru:

Donedávna se parametrické stabilizátory napětí používaly k napájení nízkopříkonových kaskád elektronických zařízení. Nyní je mnohem levnější a efektivnější používat nízkošumové kompenzační regulátory jako ADP3330 nebo ADM7154. Parametrické stabilizátory však již byly použity v řadě již vyráběných zařízení, takže je nutné je umět spočítat. Nejběžnější obvod parametrického stabilizátoru je znázorněn na obrázku 1.

Obrázek 1. Schéma parametrického stabilizátoru

Tento obrázek ukazuje obvod kladného regulátoru napětí. Pokud chcete stabilizovat záporné napětí, pak je zenerova dioda umístěna v opačném směru. Stabilizační napětí je zcela určeno typem zenerovy diody.

Výpočet stabilizátoru tímto způsobem je redukován na výpočet odporu R 0 Před zahájením výpočtu je nutné určit hlavní destabilizační faktor:

• vstupní napětí;
• odběrový proud.

Nestabilní vstupní napětí se stabilním odběrem proudu je obvykle přítomno v napěťových referenčních zdrojích pro analogově-digitální a digitálně-analogové převodníky. U parametrického stabilizátoru, který napájí určité zařízení, je nutné počítat se změnou výstupního proudu. V obvodu znázorněném na obrázku 1, s konstantním vstupním napětím, proud já bude vždy stabilní. Pokud zátěž spotřebuje méně proudu, pak její přebytek půjde do zenerovy diody.

já = já st + já n (1)

Maximální zatěžovací proud proto nemůže překročit maximální proud zenerovy diody. Pokud vstupní napětí není konstantní (a tato situace je velmi častá), pak se povolený rozsah kolísání zátěžového proudu dále snižuje. Odpor rezistoru R 0 se počítá podle Ohmova zákona. Výpočet využívá minimální hodnotu vstupního napětí.

(2)

Maximální rozsah vstupního napětí lze určit Kirchhoffovým zákonem. Po drobných úpravách jej lze zredukovat na následující vzorec:

(3)

Výpočet parametrického stabilizátoru je tedy vcelku jednoduchý. Díky tomu je atraktivní. Při výběru typu stabilizátoru je však třeba mít na paměti, že zdrojem šumu je zenerova dioda (nikoli však stabistor). Proto by se popsaný stabilizátor neměl používat v kritických jednotkách rádiových zařízení. Ještě jednou zdůrazňuji, že při navrhování nových zařízení se jako sekundární zdroj lépe hodí malé nízkošumové kompenzační stabilizátory, jako je ADP7142.

Literatura:

1. Sazhnev A.M., Rogulina L.G., Abramov S.S. „Napájení zařízení a komunikačních systémů“: Učebnice / GOU VPO SibGUTI. Novosibirsk, 2008 - 112 str.
2. Aliev I.I. Elektrotechnická referenční kniha. - 4. vyd. opravit - M.: IP Radio Soft, 2006. - 384 s.
3. Geytenko E.N. Zdroje sekundárního napájení. Obvod a výpočet. Tutorial. - M., 2008. - 448 s.
4. Napájení přístrojů a telekomunikačních systémů: Učebnice pro vysoké školy / V.M. Bushuev, V.A. Deminský, L.F. Zacharov a další - M., 2009. – 384 str.
5. Parametrické stabilizátory napětí. Výpočet nejjednoduššího parametrického stabilizátoru na zenerově diodě (http://www.radiohlam.ru/)

Pro mnoho elektrických obvodů a obvodů stačí jednoduchý napájecí zdroj, který nemá stabilizovaný napěťový výstup. Mezi takové zdroje patří nejčastěji nízkonapěťový transformátor, diodový usměrňovací můstek a kondenzátor fungující jako filtr.

Napětí na výstupu zdroje je závislé na počtu závitů sekundární cívky transformátoru. Napětí domácí sítě má obvykle průměrnou stabilitu a síť nevyrábí požadovaných 220 voltů. Hodnota napětí se může pohybovat v rozmezí od 200 do 235 V. To znamená, že napětí na výstupu transformátoru také nebude stabilní a místo standardních 12 V bude 10 až 14 voltů.

Činnost obvodu stabilizátoru

Elektrická zařízení, která nejsou citlivá na malé poklesy napětí, si vystačí s klasickým napájecím zdrojem. A rozmarnější zařízení již nebudou moci fungovat bez stabilního napájení a mohou jednoduše shořet. Proto je potřeba na výstupu pomocný obvod pro vyrovnávání napětí.

Uvažujme pracovní schéma, které vyrovnává konstantní napětí na tranzistoru a zenerova dioda, která hraje roli hlavního prvku, určuje, zda vyrovnává napětí na výstupu napájecího zdroje.

Přejděme ke konkrétní úvaze o elektrickém obvodu běžného stabilizátoru pro vyrovnání stejnosměrného napětí.

• K dispozici je redukční transformátor s výstupem 12V AC.
• Takové napětí je přiváděno na vstup obvodu a konkrétněji na můstek diodového usměrňovače, stejně jako filtr vyrobený na kondenzátoru.
• Usměrňovač, vyrobený na bázi diodového můstku, převádí střídavý proud na stejnosměrný proud, je však získána náhlá hodnota napětí.
• Polovodičové diody by měly pracovat na nejvyšší proud s rezervou 25 %. Takový proud může vytvořit napájecí zdroj.
• Zpětné napětí nesmí klesnout méně než výstupní napětí.
• Kondenzátor, fungující jako druh filtru, vyrovnává tyto poklesy výkonu a převádí průběh napětí do téměř ideálního tvaru grafu. Kapacita kondenzátoru by se měla pohybovat v rozmezí 1-10 tisíc mikrofaradů. Napětí musí být také vyšší než vstupní hodnota.

Nesmíme zapomenout na následující efekt, že po elektrolytickém kondenzátoru (filtru) a diodovém usměrňovacím můstku stoupne střídavé napětí asi o 18 %. To znamená, že výsledkem není 12 V na výstupu, ale asi 14,5 V.

Zenerova akce

Další fází práce je provoz zenerovy diody pro stabilizaci konstantního napětí v konstrukci stabilizátoru. Je to hlavní funkční článek. Nesmíme zapomenout, že zenerovy diody dokážou v určitých mezích vydržet stabilitu při určitém konstantním napětí při obráceném zapojení. Pokud přivedete napětí na zenerovu diodu z nuly na stabilní hodnotu, pak se zvýší.

Když dosáhne stabilní úrovně, zůstane konstantní s mírným nárůstem. Tím se zvýší proud, který jím protéká.

V uvažovaném zapojení běžného stabilizátoru, jehož výstupní napětí by mělo být 12 V, je zenerova dioda definována pro hodnotu napětí 12,6 V, protože 0,6 V bude úbytek napětí na přechodu emitor-báze tranzistoru. Výstupní napětí na zařízení bude přesně 12 V. A protože jsme zenerovu diodu nastavili na 13 V, výstup jednotky bude přibližně 12,4 V.

Zenerova dioda vyžaduje omezení proudu, které ji chrání před nadměrným zahříváním. Soudě podle diagramu tuto funkci plní odpor R1. Je zapojena do série se Zenerovou diodou VD2. Paralelně se zenerovou diodou je zapojen další kondenzátor, který funguje jako filtr. Musí vyrovnat výsledné napěťové impulsy. I když se bez toho obejdete.

Schéma ukazuje tranzistor VT1 připojený ke společnému kolektoru. Takové obvody se vyznačují výrazným proudovým zesílením, ale nedochází k zesílení napětí. Z toho vyplývá, že na výstupu tranzistoru se tvoří konstantní napětí, které je k dispozici na vstupu. Protože přechod emitoru nabírá 0,6 V, výstup tranzistoru je pouze 12,4 V.

Aby se tranzistor otevřel, je potřeba rezistor k vytvoření předpětí. Tuto funkci plní odpor R1. Pokud změníte jeho hodnotu, můžete změnit výstupní proud tranzistoru a následně výstupní proud stabilizátoru. Jako experiment můžete místo R1 připojit proměnný odpor 47 kΩ. Jeho úpravou můžete změnit výstupní proud napájecího zdroje.

Na konec obvodu stabilizátoru napětí je připojen další malý elektrolytický kondenzátor C3, který vyrovnává napěťové impulsy na výstupu stabilizovaného zařízení. K němu je v paralelním obvodu připájen rezistor R2, který uzavírá emitor VT1 k zápornému pólu obvodu.

Závěr

Tento obvod je nejjednodušší, zahrnuje nejmenší počet prvků, vytváří stabilní napětí na výstupu. Pro provoz mnoha elektrických zařízení je tento stabilizátor zcela dostačující. Takový tranzistor a zenerova dioda jsou dimenzovány na maximální proud 8 A. To znamená, že pro takový proud je potřeba chladicí radiátor, který odvádí teplo z polovodičů.

Pro nejčastěji používané zenerovy diody, tranzistory a stabistory. Mají sníženou účinnost, proto se používají pouze v obvodech s nízkým výkonem. Nejčastěji se používají jako zdroje hlavního napětí v kompenzačních obvodech pro stabilizátory napětí. Takovými parametrickými stabilizátory jsou můstkové, vícestupňové a jednostupňové. Jedná se o nejjednodušší obvody stabilizátoru postavené na bázi zenerovy diody a dalších polovodičových prvků.