El suministro de energía de dispositivos RES de baja potencia con un pequeño límite de cambio en el consumo de corriente generalmente se realiza desde estabilizadores de voltaje paramétricos (PSN). Además, estos estabilizadores se utilizan ampliamente como fuentes de voltaje de referencia (VR) en la compensación de estabilizadores de voltaje y corriente.

Estabilizador paramétrico realiza la estabilización del voltaje de salida debido a las propiedades de las características corriente-voltaje de un elemento no lineal, por ejemplo, un diodo zener, un estabistoro, un estrangulador de saturación. El diagrama de bloques del estabilizador paramétrico se muestra en la fig. 15.1. En él, el elemento NE no lineal está conectado a la tensión de alimentación de entrada? / 0 a través de una resistencia de extinción /? „ y la carga está conectada en paralelo al NE En. Con un aumento en el voltaje de entrada? / 0, la corriente a través del elemento NE no lineal aumenta, como resultado de lo cual la caída de voltaje a través de la resistencia de extinción aumenta de modo que el voltaje de salida en la carga permanece constante. La estabilidad del voltaje de salida en el estabilizador paramétrico está determinada por la pendiente de la característica corriente-voltaje del NO y es baja. En un estabilizador paramétrico no existe la posibilidad de un ajuste suave del voltaje de salida y un ajuste preciso de su valor nominal.

Como se señaló, se utilizan elementos con un CVC no lineal para estabilizar el voltaje de CC en el PSN. Uno de estos elementos es un diodo zener de silicio. El esquema principal de una PSN de una sola etapa se muestra en la fig. 15.2.

Arroz. 15.1

Arroz. 15.2. Esquema de un estabilizador paramétrico de una sola etapa.

En este circuito, cuando el voltaje de entrada cambia y T a ±D Connecticut corriente a través del diodo zener vi) cambia en A / st, lo que conduce a cambios menores en el voltaje en el diodo zener (en ± D? / „) y, en consecuencia, en la carga. El valor de D (/ n depende de D? / in, la resistencia de la resistencia limitadora Él Y

di st

resistencia diferencial del diodo zener g st =--.

d1 punto

En la fig. 15.3 muestra un ejemplo de una característica estática de un estabilizador para explicar el principio de estabilización y determinar el coeficiente de estabilización.

Coeficiente de estabilización (por voltaje de entrada) del circuito PSN fig. 15.2 y características en la fig. 15.3 aparece como

A y k y t

Y," "G

La resistencia interna del estabilizador está determinada principalmente por la resistencia diferencial del diodo Zener. En la fig. Se dan 15.4 dependencias g st diodos zener de baja potencia de tensión de estabilización para diversas corrientes de estabilización / cx. Se puede ver en los gráficos que con un aumento en / st, la resistencia diferencial disminuye y alcanza

Valor mínimo para estabilización 6-8 V.

diodos zener con voltaje

Arroz. 15.4.

Arroz. 15.5.

El coeficiente de temperatura de voltaje an del diodo zener determina la magnitud de la desviación del voltaje de salida del PSN con un cambio de temperatura. En la fig. 15.5 muestra la dependencia de an del voltaje de estabilización. Para dispositivos con y st > 5,5 V Al aumentar la temperatura, aumenta la tensión en el diodo Zener. Por lo tanto, la compensación de temperatura en este caso se puede lograr conectando diodos en serie con el diodo Zener en la dirección de avance. (Y0 2 , K/) 3 en la fig. 15.6, A).

Sin embargo, en este caso, la resistencia interna del PSN aumenta debido a las resistencias diferenciales de los diodos termocompensadores en la dirección de avance rdif, lo que depende del tipo de diodo seleccionado y su modo de funcionamiento. Como ejemplo, en la fig. 15.7 muestra la dependencia de g diff de la corriente continua para no

Arroz. 15.6.

A- con diodos termocompensadores К/) 2 , К/) 3 ; b - estabilizador de dos etapas; V - estabilizador de puente con un diodo zener; g - puente estabilizador con dos diodos zener; d - estabilizador con seguidor de emisor; mi- con red de dos terminales estabilizadora de corriente; y - con transistores estabilizadores de corriente de diversa conductividad p-r-p Y r-p-r

qué tipos de diodos y diodos zener se conectan en dirección directa. Cabe señalar que el PSN termocompensado tiene un valor aumentado de g st y un coeficiente de estabilización reducido. En la fig. 15.8 muestra las dependencias del coeficiente de temperatura de la magnitud de la corriente directa para diodos Zener del tipo D814 y el diodo DZ10, que se pueden utilizar para compensación de temperatura.

Si se requiere una mayor estabilidad del voltaje de salida del PSN, entonces se utilizan circuitos estabilizadores de puente o de dos etapas, como se muestra en la Fig. 15.6, b, en, Sr. Estabilización de voltaje preliminar en PSN de dos etapas (Fig. 15.6, b) realizado con la ayuda de elementos Yo g, sí) y Г/) 2, le permite obtener un coeficiente de estabilización del voltaje de salida suficientemente alto

yo yo r2

A = k k ~-1L__g| _

st2k K st1 K st2 y,)(y

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

Dónde a st, a st2- coeficientes de estabilización de la primera y segunda etapa; g stb g st2 - resistencias diferenciales de diodos zener -CT> 3; a*st4, ^st5 - resistencias diferenciales

diodos Guau 4, D/) 5 . La variación de temperatura del voltaje en la carga y la resistencia interna del PSN de dos etapas son las mismas que en el circuito de la Fig. 15.6, A.

Arroz. 15.7.

de corriente continua

Arroz. 15.8.

de corriente continua

Aumento del factor de estabilización en circuitos puente (Fig. 15.6, V, GRAMO) logrado compensando el voltaje a través de la resistencia R2 o diodo zener enfermedad venérea cuando cambia el voltaje de entrada. Coeficiente de estabilización en RH = constante:

para el esquema de la fig. 15.6, V

Y"

U, Arn / R 3 -R 2 / R, y

Dónde OH- voltaje de carga R";

para el circuito de la fig. 15,6 gramos

Dónde GRAMO st i y g st 2 - resistencias diferenciales de diodos zener yb Y guau 2.

En los estabilizadores de puente paramétricos, teóricamente, el coeficiente de estabilización puede ser infinitamente grande si los elementos se seleccionan en función de las condiciones: para la Fig. 15.6, en g st / I 3 = R2/R y para el diagrama de la Fig. 15,6 gramos g st2 /yo 2 = g st /I. La resistencia interna del circuito de la fig. 15.6, en g n \u003d g c1 + tengo 2, y para el diagrama de la Fig. 15,6 gramos

Señor. Gst1+ GRAMO-t2-

Cabe señalar que la estabilidad relativamente alta del voltaje de salida en los circuitos PSN de la Fig. 15.6, b-d se logra debido a un deterioro significativo en la eficiencia en comparación con el circuito de la fig. 15.3. El esquema de la fig. 15.6, mi debido al uso de una fuente de corriente hecha en un transistor Utah, diodo Zener U[)(en lugar de los cuales se pueden incluir dos diodos conectados en serie en la dirección de avance) y resistencias yo eh Y /? b. Esto le permite estabilizar la corriente que fluye a través del diodo Zener. U1) 2 y así reducir drásticamente las fluctuaciones de voltaje en la carga con grandes cambios en el voltaje de entrada. La variación de temperatura y la resistencia interna de este circuito PSN son prácticamente las mismas que en el circuito de la Fig. 15.2.

La potencia máxima de salida de los circuitos PSN considerados está limitada por los valores límite de la corriente de estabilización y la disipación de potencia del diodo Zener. Si usa un transistor en modo seguidor de emisor con un diodo zener en el circuito base (Fig. 15.6, d), entonces se puede aumentar la potencia de carga. El coeficiente de estabilización del PSN en la fig. 15.6, d

• (15.5)
• (15.6)

A -*Y -

"(1 + cg st / A 0)? / y ’

y la resistencia interna

/?(/)« p(r e +/* b /L 21e);

gb, g mi, yo 2 mi - respectivamente, la resistencia de la base, emisor, colector y el coeficiente de transferencia de corriente en el circuito del transistor OE.

Sin embargo, tal PSN en 1/o > 5,5 V en términos de mantenimiento de temperatura es inferior a los estabilizadores que se muestran en la fig. 15.6, a-g.

En la fig. 15.6, y Se muestra un diagrama del PSN con transistores adicionales de diversa conductividad. Se caracteriza por una alta estabilidad del voltaje de salida y la capacidad de conectar simultáneamente dos cargas /? H | Y yo h2 a varios rieles de voltaje de entrada. En términos del coeficiente de estabilización y la deriva de temperatura, este esquema excede ligeramente al esquema de la Fig. 15.6, mi, y las resistencias internas GRAMO st ] y g st 2 están determinados por los diodos zener SD y E/) 2, respectivamente.

Calculadora de potencia del regulador de voltaje
Para la elección correcta de la potencia del estabilizador, es necesario determinar la suma de las capacidades de todos los consumidores que deben recibir electricidad simultáneamente, teniendo en cuenta las corrientes de arranque de los dispositivos.

IMPORTANTE:
La calculadora de potencia le permite calcular el consumo actual de dispositivos domésticos populares y la potencia estimada del estabilizador de voltaje. Los motores eléctricos tienen corrientes de arranque muy superiores a las nominales. La potencia operativa del estabilizador cuando se utilizan motores asíncronos, compresores y bombas debe ser de 3 a 5 veces mayor que la potencia nominal de los consumidores.

Calculadora de potencia en línea

Calculadora de potencia del estabilizador de voltaje en línea

Utilice la calculadora de potencia del estabilizador de voltaje en línea para calcular el consumo actual de cada electrodoméstico. Para el equipo, puede ver el consumo de energía en el pasaporte, y esta información también está duplicada en el propio dispositivo (en la parte posterior del dispositivo). También es necesario tener en cuenta los diferentes tipos de carga. La carga existe tanto activa como reactiva.

¿Lo que es?

La calculadora de potencia en línea le permite tener en cuenta correctamente la carga activa. Una carga activa, por tanto, se denomina activa, porque toda la electricidad consumida se convierte en otro tipo de energía (térmica, luminosa, etc.). Muchos dispositivos y dispositivos solo tienen una carga activa. Dichos dispositivos y dispositivos incluyen lámparas incandescentes, calentadores, estufas eléctricas, planchas, etc. Si su consumo de energía especificado es de 1 kW, un estabilizador de 1 kW es suficiente para alimentarlos. cargas reactivas. Dichos dispositivos incluyen dispositivos y productos con motor eléctrico. Entre los electrodomésticos, hay muchos de estos dispositivos, casi todos los electrodomésticos y electrónicos. Tienen plena potencia y actividad.

La potencia aparente se calcula en VA (voltiamperios), la potencia activa se calcula en W (vatios). La potencia aparente (voltiamperios) y la potencia activa (vatios) están interconectadas por el coeficiente cos f. En los aparatos eléctricos con un componente reactivo de la carga, a menudo se indica su consumo de potencia activa en vatios y cos f. Para poder calcular la potencia aparente en VA, es necesario dividir la potencia activa en W por cos f.

Cálculo de potencia del estabilizador de voltaje.
Calcular la potencia de un estabilizador de voltaje es un asunto muy responsable y debe abordarlo con cuidado; de lo contrario, corre el riesgo de encontrarse en una situación en la que el regulador de voltaje apagará a sus consumidores todo el tiempo (así es como funciona la protección actual).

Cálculo de potencia del estabilizador de voltaje.

Calculemos la potencia del estabilizador de voltaje usando un ejemplo.

Ejemplo: si el taladro dice "700 W" y "cos f = 0,7", esto significa que la potencia total realmente consumida por la herramienta será 700 / 0,7 = 1000 VA. Si no se especifica cos f, entonces la potencia activa promedio se puede dividir por 0,7.

Altas corrientes de arranque. Muchos dispositivos en el momento del arranque pueden consumir varias veces más energía que su potencia nominal. Estos dispositivos incluyen todos los dispositivos que contienen el motor.

Por ejemplo, una bomba profunda, un refrigerador, etc. El consumo de energía indicado en el pasaporte debe multiplicarse por 3-5 veces; de lo contrario, no podrá encender estos dispositivos a través del estabilizador, porque la protección contra sobrecarga funcionará.

Una vez que haya recibido la potencia total de todos los dispositivos, debe calcular qué dispositivos se encenderán al mismo tiempo y qué dispositivos tienen corrientes de arranque. Solo en este caso podrá calcular correctamente la potencia correcta del estabilizador de voltaje necesaria para alimentar sus electrodomésticos.

Se recomienda elegir un modelo de estabilizador con un margen de potencia del 20%. En primer lugar, proporcionará un modo de funcionamiento "ahorro" del estabilizador, aumentando así su vida útil y, en segundo lugar, creará una reserva de marcha para la conexión adicional de nuevos equipos.

Como sabes, ningún dispositivo electrónico funciona sin una fuente de alimentación adecuada. En el caso más simple, un transformador convencional y un puente de diodos (rectificador) con un condensador de alisado pueden actuar como fuente de energía. Sin embargo, no siempre es posible disponer de un transformador para la tensión deseada. Y más aún, dicha fuente de alimentación no puede considerarse estabilizada, porque el voltaje en su salida dependerá del voltaje en la red.
Una solución a estos dos problemas es utilizar estabilizadores ya preparados, por ejemplo, 78L05, 78L12. Son cómodos de usar, pero nuevamente, no siempre están a mano. Otra opción es utilizar un estabilizador paramétrico sobre un diodo Zener y un transistor. Su diagrama se muestra a continuación.

Circuito estabilizador

VD1-VD4 en este diagrama es un puente de diodos convencional que convierte el voltaje de CA de un transformador a CC. El condensador C1 suaviza las ondulaciones de voltaje, convirtiendo el voltaje de pulsante a constante. En paralelo con este condensador, vale la pena poner un pequeño condensador de película o cerámico para filtrar las ondulaciones de alta frecuencia, es decir. A alta frecuencia, el condensador electrolítico no hace bien su trabajo. Los condensadores electrolíticos C2 y C3 de este circuito tienen el mismo propósito: suavizar las ondulaciones. La cadena R1 - VD5 sirve para formar un voltaje estabilizado, la resistencia R1 en ella establece la corriente de estabilización del diodo zener. La resistencia R2 está cargada. El transistor en este circuito absorbe toda la diferencia entre el voltaje de entrada y salida, por lo que se disipa una cantidad decente de calor. Este circuito no está diseñado para conectar una carga potente, pero, sin embargo, el transistor debe atornillarse al radiador con pasta termoconductora.
El voltaje a la salida del circuito depende de la elección del diodo Zener y del valor de las resistencias. La siguiente tabla muestra los valores de los elementos para obtener 5, 6, 9, 12, 15 voltios en la salida.

En lugar del transistor KT829A, puede utilizar análogos importados, por ejemplo, TIP41 o BDX53. Está permitido instalar un puente de diodos adecuado para corriente y voltaje. Además, puedes montarlo a partir de diodos individuales. Así, utilizando un mínimo de piezas, se obtiene un regulador de voltaje viable, desde el cual se pueden alimentar otros dispositivos electrónicos que consumen poca corriente.

Foto del estabilizador que monté:

Hasta hace poco, los estabilizadores de voltaje paramétricos se utilizaban para alimentar cascadas de equipos electrónicos de baja potencia. Ahora es mucho más económico y eficiente utilizar reguladores de compensación de bajo ruido como el ADP3330 o el ADM7154. Sin embargo, los estabilizadores paramétricos ya se han utilizado en varios equipos que ya se están produciendo, por lo que es necesario poder calcularlos. El circuito estabilizador paramétrico más común se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Esquema de un estabilizador paramétrico.

Esta figura muestra un circuito regulador de voltaje positivo. Si desea estabilizar el voltaje negativo, entonces el diodo Zener se coloca en la dirección opuesta. El voltaje de estabilización está completamente determinado por el tipo de diodo zener.

El cálculo del estabilizador de esta manera se reduce al cálculo de la resistencia. R 0. Antes de iniciar su cálculo, es necesario determinar el principal factor desestabilizador:

• voltaje de entrada;
• corriente de consumo.

Un voltaje de entrada inestable con un consumo de corriente estable generalmente está presente en fuentes de referencia de voltaje para convertidores analógico-digital y digital-analógico. Para un estabilizador paramétrico que alimenta un determinado equipo, es necesario tener en cuenta el cambio en la corriente de salida. En el circuito que se muestra en la Figura 1, con un voltaje de entrada constante, la corriente I siempre será estable. Si la carga consume menos corriente, su exceso irá al diodo zener.

I = I st + I norte (1)

Por lo tanto, la corriente máxima de carga no puede exceder la corriente máxima del diodo zener. Si el voltaje de entrada no es constante (y esta situación es muy común), entonces el rango permitido de variación de la corriente de carga se reduce aún más. Resistencia de resistencia R 0 se calcula según la ley de Ohm. El cálculo utiliza el valor mínimo del voltaje de entrada.

(2)

El rango máximo de voltaje de entrada puede determinarse mediante la ley de Kirchhoff. Después de ligeras transformaciones, se puede reducir a la siguiente fórmula:

(3)

Por tanto, el cálculo del estabilizador paramétrico es bastante sencillo. Esto es lo que lo hace atractivo. Sin embargo, al elegir el tipo de estabilizador, se debe tener en cuenta el hecho de que el diodo Zener (pero no el estabistor) es una fuente de ruido. Por lo tanto, el estabilizador descrito no debe utilizarse en unidades críticas de equipos de radio. Una vez más enfatizo que al diseñar nuevos equipos, los estabilizadores de compensación de bajo ruido de tamaño pequeño, como el ADP7142, son más adecuados como fuente de energía secundaria.

Literatura:

1. Sazhnev A.M., Rogulina L.G., Abramov S.S. “Fuente de alimentación de dispositivos y sistemas de comunicación”: Libro de texto / GOU VPO SibGUTI. Novosibirsk, 2008 - 112 p.
2. Aliyev I.I. Libro de referencia electrotécnica. - 4ª ed. correcto - M.: IP Radio Soft, 2006. - 384 p.
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5. Estabilizadores de tensión paramétricos. Cálculo del estabilizador paramétrico más simple en un diodo Zener (http://www.radiohlam.ru/)

Para muchos circuitos y circuitos eléctricos, es suficiente una fuente de alimentación simple, que no tenga una salida de voltaje estabilizada. Estas fuentes suelen incluir un transformador de bajo voltaje, un puente rectificador de diodos y un condensador que actúa como filtro.

El voltaje en la salida de la fuente de alimentación depende del número de vueltas de la bobina secundaria del transformador. Por lo general, el voltaje de la red doméstica tiene una estabilidad mediocre y la red no produce los 220 voltios necesarios. El valor del voltaje puede fluctuar en el rango de 200 a 235 V. Esto significa que el voltaje en la salida del transformador tampoco será estable y, en lugar de los 12 V estándar, resultará de 10 a 14 voltios.

Funcionamiento del circuito estabilizador.

Los dispositivos eléctricos que no son sensibles a pequeñas caídas de tensión pueden funcionar con una fuente de alimentación convencional. Y los dispositivos más caprichosos ya no podrán funcionar sin una fuente de alimentación estable y simplemente pueden quemarse. Por lo tanto, existe la necesidad de un circuito de ecualización de tensión auxiliar en la salida.

Consideremos un esquema de trabajo que iguala un voltaje constante en un transistor y un diodo Zener, que desempeña el papel del elemento principal, determina si iguala el voltaje en la salida de la fuente de alimentación.

Pasemos a una consideración específica del circuito eléctrico de un estabilizador convencional para igualar el voltaje CC.

• Hay un transformador reductor con salida de 12 V CA.
• Dicho voltaje se suministra a la entrada del circuito, y más específicamente, al puente rectificador de diodos, así como a un filtro fabricado en un condensador.
• El rectificador, fabricado sobre la base de un puente de diodos, convierte la corriente alterna en corriente continua, sin embargo, se obtiene un valor de voltaje abrupto.
• Los diodos semiconductores deben funcionar a la corriente más alta con una reserva del 25%. Una corriente de este tipo puede crear una fuente de alimentación.
• El voltaje inverso no debe disminuir menos que el voltaje de salida.
• El condensador, que actúa como una especie de filtro, ecualiza estas caídas de potencia, convirtiendo la forma de onda de voltaje en una forma gráfica casi ideal. La capacitancia del condensador debe estar en el rango de 1 a 10 mil microfaradios. El voltaje también debe ser mayor que el valor de entrada.

No debemos olvidar el siguiente efecto, que después de un condensador electrolítico (filtro) y un puente rectificador de diodos, la tensión alterna aumenta aproximadamente un 18%. Esto significa que el resultado no son 12 V en la salida, sino aproximadamente 14,5 V.

acción zener

La siguiente etapa de trabajo es la operación de un diodo zener para estabilizar el voltaje constante en el diseño del estabilizador. Es el principal vínculo funcional. No debemos olvidar que los diodos Zener pueden, dentro de ciertos límites, resistir la estabilidad a un cierto voltaje constante cuando se conectan al revés. Si aplica voltaje al diodo zener desde cero hasta un valor estable, aumentará.

Cuando alcance un nivel estable, se mantendrá constante, con un ligero aumento. Esto aumentará la corriente que fluye a través de él.

En el circuito considerado de un estabilizador convencional, cuyo voltaje de salida debe ser de 12 V, el diodo Zener se define para un valor de voltaje de 12,6 V, ya que 0,6 V será una pérdida de voltaje en la unión del transistor emisor-base. El voltaje de salida en el dispositivo será exactamente de 12 V. Y como configuramos el diodo Zener a 13 V, la salida de la unidad será de aproximadamente 12,4 voltios.

El diodo Zener requiere limitación de corriente, lo que lo protege del calentamiento excesivo. A juzgar por el diagrama, esta función la realiza la resistencia R1. Está conectado en serie con el diodo Zener VD2. En paralelo al diodo Zener se conecta otro condensador que actúa como filtro. Debe igualar los pulsos de voltaje resultantes. Aunque puedes prescindir de él.

El diagrama muestra un transistor VT1 conectado a un colector común. Estos circuitos se caracterizan por una amplificación de corriente significativa, pero no hay amplificación de voltaje. De ello se deduce que en la salida del transistor se forma un voltaje constante, que está disponible en la entrada. Como la unión del emisor toma 0,6 V, la salida del transistor es sólo 12,4 V.

Para que el transistor se abra, se necesita una resistencia para formar una polarización. Esta función la realiza la resistencia R1. Si cambia su valor, puede cambiar la corriente de salida del transistor y, en consecuencia, la corriente de salida del estabilizador. Como experimento, puedes conectar una resistencia variable de 47 kΩ en lugar de R1. Al ajustarlo, puede cambiar la corriente de salida de la fuente de alimentación.

Al final del circuito estabilizador de voltaje, se conecta otro pequeño condensador electrolítico C3, que ecualiza los pulsos de voltaje en la salida del dispositivo estabilizado. Se le suelda una resistencia R2 en un circuito paralelo, que cierra el emisor VT1 al polo negativo del circuito.

Conclusión

Este circuito es el más simple, incluye la menor cantidad de elementos y crea un voltaje estable en la salida. Para el funcionamiento de muchos dispositivos eléctricos, este estabilizador es suficiente. Un transistor de este tipo y un diodo Zener están diseñados para una corriente máxima de 8 A. Esto significa que para tal corriente se necesita un radiador de refrigeración para eliminar el calor de los semiconductores.

Para los diodos Zener, transistores y stabistores más utilizados. Tienen una eficiencia reducida, por lo que se utilizan únicamente en circuitos de baja potencia. La mayoría de las veces se utilizan como fuentes de tensión principal en los circuitos de compensación de estabilizadores de tensión. Estos estabilizadores paramétricos son de puente, multietapa y monoetapa. Estos son los circuitos estabilizadores más simples construidos sobre la base de un diodo Zener y otros elementos semiconductores.