Схема стабилизатора напряжения сети
Стабилизатор представляет собой сетевой автотрансформатор, отводы обмотки которого переключаются автоматически в зависимости от величины напряжения в электросети.
Стабилизатор позволяет поддерживать выходное напряжение на уровне 220V при изменении входного от 180 до 270 V. Точность стабилизации 10V.
Принципиальную схему можно разделить на слаботоковую схему (или схему управления) и сильнотоковую (или схему автотрансформатора).
Схема управления показана на рисунке 1. Роль измерителя напряжения возложена на поликомпараторную микросхему с линейной индикацией напряжения, — А1 (LM3914).
Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку маломощного трансформатора Т1. У этого трансформатора есть две вторичные обмотки, по 12V на каждой, имеющие один общий вывод (или одна обмотка на 24V с отводом от середины).
Выпрямитель на диоде VD1 служит для получения питающего напряжения. Напряжение с конденсатора С1 поступает на цепь питания микросхемы А1 и светодиодов оптопар Н1.1-Н9.1. А так же, он служит для получения образцовых стабильных напряжений минимальной и максимальной отметки шкалы. Для их получения используется параметрический стабилизатор на УЗ и Р1. Предельные значения измерения устанавливаются подстроечными резисторами R2 и R3 (резистором R2 — верхнее значение, резистором RЗ -нижнее).
Измеряемое напряжение берется с другой вторичной обмотки трансформатора Т1. Оно выпрямляется диодом VD2 и поступает на резистор R5. Именно по уровню постоянного напряжения на резисторе R5 производится оценка степени отклонения сетевого напряжения от номинального значения. В процессе налаживания резистор R5 предварительно устанавливают в среднее положение, а резистор RЗ в нижнее по схеме.
Затем, на первичную обмотку Т1 от автотрансформатора типа ЛАТР подают повышенное напряжение (около 270V) и резистором R2 выводят шкалу микросхемы на значение, при котором горит светодиод, подключенный к выводу 11 (временно вместо светодиодов оптопар можно подключить обычные свето-диоды). Затем входное переменное напряжение уменьшают до 190V и резистором RЗ выводят шкалу на значение когда горит светодиод, подключенный к выводу 18 А1.
Если вышеуказанные настройки сделать не удается, нужно подстроить немного R5 и повторить их снова. Так, путем последовательных приближений добиваются результата, когда изменению входного напряжения на 10V соответствует переключение выходов микросхемы А1.
Всего получается девять пороговых значений, — 270V, 260V, 250V, 240V, 230V, 220V, 210V, 200V, 190V.
Принципиальная схема автотрансформатора показана на рисунке 2. В его основе лежит переделанный трансформатор типа ЛАТР. Корпус трансформатора разбирают и удаляют ползунковый контакт, который служит для переключения отводов. Затем по результатам предварительных измерений напряжений от отводов делают выводы (от 180 до 260V с шагом в 10V), которые, в дальнейшем переключают при помощи симисторных ключей VS1-VS9, управляемых системой управления посредством оптопар Н1-Н9. Оптопары подключены так, что при снижении показания микросхемы А1 на одно деление (на 10V) происходит переключение на повышающий (на очередные 10V) отвод автотрансформатора. И наоборот, — увеличение показаний микросхемы А1 приводит к переключению на понижающий отвод автотрансформатора. Подбором сопротивления резистора R4 (рис. 1) устанавливают ток через светодиоды оптопар, при котором симис-торные ключи переключаются уверенно. Схема на транзисторах VТ1 и VT2 (рис. 1) служит для задержки включения нагрузки автотрансформатора на время, необходимое на завершение переходных процессов в схеме после включения. Эта схема задерживает подключение светодиодов оптопар к питанию.
Вместо микросхемы LM3914 нельзя использовать аналогичные микросхемы LM3915 или LM3916, из-за того, что они работают по логарифмическому закону, а здесь нужен линейный, как у LM3914. Трансформатор Т1 — малогабаритный китайский трансформатор типа TLG, на первичное напряжение 220V и два вторичных по 12V (12-0-12V) и ток 300mА. Можно использовать и другой аналогичный трансформатор.
Трансформатор Т2 можно сделать из ЛАТРа, как описано выше, или намотать его самостоятельно.
Симисторы можно использовать другие, — все зависит от мощности нагрузки. Можно даже использовать в качестве элементов коммутации элекромагнитные реле.
Сделав другие настройки резисторами R2, RЗ, R5 (рис. 1) и, соответственно, другие отводы Т2 (рис. 2) можно изменить шаг переключения напряжения.
Кривошеим Н. Радиоконструктор. 2006г. №6.
- Андреев С. Универсальный логический пробник, ж. Радиоконструктор 09-2005.
- Годин А. Стабилизатор переменного напряжения, ж. Радио, №8, 2005
Источник
Описание и руководство по применению ИМС LM3914, LM3915 и LM3916
Десятиуровневые светодиодные индикаторы постоянного и переменного напряжений.
Характеристики, схемы включения, области применения, онлайн расчёт элементов.
Микросхемы LM3914, LM3915 и LM3916 производства компании National Semiconductors позволяют проектировать светодиодные индикаторы уровней постоянного и переменного напряжений с различными характеристиками – соответственно: линейной, логарифмической и специальной для контроля уровня аудиосигнала.
Области применения ИМС достаточно широки: от индикаторов уровня зарядки аккумуляторов и батарей, до контроля выходной мощности усилителей звука, а по большому счёту – любые задачи, где использование стрелочных индикаторов по каким-то причинам является нежелательным.
Микросхемы имеют абсолютно одинаковую внутреннюю начинку, идентичную цоколёвку и отличаются лишь номиналами резисторов внутреннего делителя.
Рассмотрим блок-схему LM3914 (Рис.1).
Назначение выводов LM3914:
1, 10…18 – выходы;
2 – минус питания;
3 – плюс источника питания (3. 18В);
4 – напряжение на этом выводе опре- деляет нижний уровень индикации;
5 – вывод для входного сигнала;
6 – напряжение на этом выводе опре- деляет верхний уровень индикации;
7, 8 – выводы для регулировки тока светодиодов;
9 – управление режимом индикации («точка» или «столбик»).
Особенностью ИМС LM3914. LM3916 является то, что значение выходных токов задаётся при помощи внешнего резистора и является одинаковым для всех выходов формирователя, независимо от уровней прямых падений напряжений на светодиодах.
Основу микросхем LM3914. LM3916 составляют десять компараторов, на инверсные входы которых через буферный ОУ подаётся входной сигнал, а прямые входы подключены к отводам резистивного делителя напряжения. Выходы компараторов являются генераторами тока, что позволяет подключать светодиоды без ограничительных резисторов.
Индикация может производиться как одним светодиодом (режим «точка»), так и линейкой из светящихся светодиодов, высота которой пропорциональна уровню входного сигнала (режим «столбик»).
«Цена деления» индикатора, т. е. величина прироста входного напряжения, вызывающая включение очередного светодиода, составляет 1/10 от разности напряжений Uв (6 вывод) – Uн (4 вывод).
Некоторые наиболее существенные характеристики ИМС:
На Рис.2 приведена более привычная для восприятия электрическая схема LM3914. 
Переключение между режимами «точка» и «столбик» производится управлением по выводу 9. При подключении этого вывода к плюсу источника питания реализуется режим «столбик», если же вывод оставить свободным или подключить к общему проводу – «точка».
Номинал резистора R1 согласно datasheet-ам рассчитывается исходя из формул:
R1(кОм) = 12,5/ Iled(мА) – для LM3914 и
R1(кОм) = 27,5/[2,2*Iled(мА) – + Uref]
– для LM3915 и LM3916.
Номинал резистора R2 – по формуле:
R2 ≈ R1*(+Uref/1,25 — 1) .
Из этой формулы следует, что минимальное значение, которое может принимать +Uref , составляет величину 1,25 В. В этом случае R2 равно 0, т. е. 8 вывод ИМС следует заземлить.
Рис.2 Типовая схема включения LM3914, LM3915 и LM3916
Поскольку вывод +Uref у нас подключён к Uв (т. е. к верхней части резистивного делителя), то уровень постоянного напряжения на нём определяет напряжение включения последнего компаратора, а соответственно и входное напряжение, при котором начинает светиться верхний по шкале светодиод.
Момент же включения нижнего светодиода зависит от величины напряжения на выводе Uн. Если этот вывод заземлить, то порог его зажигания будет соответствовать уровню входного сигнала +Uref / 10.
В общем случае эта величина для LM3914 составляет: Uпор = Uн + (+Uref — Uн) / 10 .
Напряжение на вывод Uн можно подавать от внешнего источника, но проще это сделать посредством включения резистора R3. Номинал этого резистора для LM3914 и LM3916 (исходя из заданной величины Uн) можно рассчитать по формуле: R3(кОм) ≈ 10*Uн / (+Uref — Uн) ,
для LM3915 – по формуле: R3(кОм) ≈ 22,6*Uн / (+Uref — Uн) .
Поскольку компараторы, входящие в состав LM3914. 3916, обладают не самым высоким параметром крутизны преобразования, то для минимизации эффекта плавного переключения светодиодов из одного состояния в другое не следует выбирать величину верхнего уровня индицируемого напряжения Uв менее минимального выходного напряжения встроенного стабилизатора – 1,25 В. Хотя это и можно сделать, включением между выводами 6 и 7 микросхемы резистора соответствующего номинала.
Сдобрим пройденный материал онлайн калькулятором. Uв ≥ 1.25В, Uн < Uв.
РАСЧЁТ ВНЕШНИХ ЭЛЕМЕНТОВ LM3914, LM3915 и LM3916
А на следующей странице рассмотрим примеры применения микросхем LM3914. LM3916 в виде нескольких схем: индикатора уровня заряда аккумуляторов или батарей питания, индикатора уровня аудиосигнала, а также универсального экономичного индикатора, позволяющего оценивать уровни напряжений как постоянного, так и переменного токов для широкого перечня практических задач.
Источник
Примеры применения микросхем LM3914. LM3916
Схемы: индикатора уровня заряда аккумулятора или батареи питания, индикатора
уровня аудиосигнала, универсального светодиодного индикатора для широкого
спектра задач.
Продолжаем тему применения микросхем LM3914, LM3915 и LM3916 производства компании National Semiconductors, начатую на предыдущей странице (ссылка на страницу), где мы довольно подробно рассмотрели структурную схему ИМС, назначение выводов, а также привели калькулятор для расчёта внешних элементов.
На очереди – примеры и схемы конкретных устройств, использующих данные микросхемы для индикации каких либо физических величин.
А начнём мы с простой схемы светодиодного индикатора уровня заряда (разряда) чего-либо, будь то: аккумулятор, батарея питания, либо какой иной источник постоянного напряжения.
Рис.1 Схема светодиодного индикатора уровня заряда (разряда) элемента питания
Здесь ничего мудрить не надо! LM3914 включена в полном соответствии с типовой схемой включения. В качестве источника питания Еп используется исследуемый аккумулятор, а на 5-вывод микросхемы (вывод для входного сигнала) подаётся уровень напряжения, сформированный делителем Rд1 – Rд2 и равный 1/2 от Еп.
Если подать на 6 вывод микросхемы стабилизированное напряжение равное половине Еп (выбором R1 и R2), то при полностью заряженной батарее индикатор будет индицировать нам: либо свечением всех светодиодов в режиме «столбик», либо свечением верхнего светодиода в режиме «точка». Отсутствие свечения светодиодов будет свидетельствовать о напряжении источника питания близком к нулю.
Понятно, что отслеживая уровень заряда/разряда батарейки или аккумулятора, нет необходимости индикации уровней напряжения ниже определённого порога, после которого аккумулятор может выйти из строя, либо запитываемое устройство теряет работоспособность. По этой причине на 4 вывод LM3914 следует также подать напряжение, соответствующее нижнему порогу индикации уровня разряда, делённому пополам. Сделать это можно выбором номинала резистора R3.
Учитывая специфику, встроенного в микросхему стабилизатора и максимально допустимое значение напряжения питания микросхемы – приведённый индикатор сохраняет корректную работоспособность для источников с номинальными напряжениями полного заряда 6. 20В.
Перенесём сюда подкорректированный калькулятор с предыдущей страницы.
РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ ИНДИКАТОРА ЗАРЯДА/РАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРА НА ИМС LM3914
Светодиодные индикаторы уровня или мощности аудио сигнала обычно строятся на ИМС LM3915 и LM3916, которые имеют аналогичную LM3914 цоколёвку, схему включения и отличаются лишь номиналами резисторов внутреннего делителя.
LM3915 обеспечивает логарифмическую шкалу индикации, что позволяет её использовать в индикаторах мощности, подаваемой на акустическую систему (подключается к выходу УМЗЧ).
LM3916 имеет характеристику, оптимизированную для контроля уровня аудиосигнала, и подключается к выходу предварительного усилителя, т. е. ко входу УМЗЧ.
Типовая схема включения LM3914. 3916 для использования в составе светодиодных индикаторов уровня и мощности аудиосигнала приведена на Рис.2 слева, а возможные варианты пиковых детекторов, осуществляющих выпрямление переменного входного напряжения, перекочевали из datasheet-ов на микросхемы (Рис.2 справа).
Рис.2 Схема светодиодного индикатора уровня сигнала и пиковых детекторов из datasheet
Схема однополупериодного выпрямителя с использованием ОУ (Рис.2 справа) обеспечивает большую точность детектирования в широком диапазоне входных напряжений. Однако и простого пикового детектора на транзисторе вполне достаточно, чтобы обеспечить удовлетворительную линейность в диапазоне входных напряжений до 30 дБ. При отсутствии входного сигнала транзисторный детектор имеет на выходе напряжение близкое к нулю, так как зону нечувствительности диода компенсирует напряжение Uбэ транзистора VT1.
Дополнительным преимуществом транзисторной схемы является однополярный источник питания, а также возможность работы не только с переменными входными напряжениями, но и с постоянными.
Все эти преимущества транзисторного детектора дают возможность построить на LM3914. 3916 универсальный индикатор, пригодный для индикации любых напряжений (как переменного, так и постоянного тока) и работающий от однополярного источника питания, к примеру – от батарейки «Крона» (Рис.3).
Рис.3 Схема универсального индикатора уровня сигналов постоянного и переменного токов
Подобный индикатор может найти применение не только в аудио приложениях, но и любых других, где требуется зафиксировать изменение уровня напряжения или тока и где использование стрелочных приборов по какой-либо причине – нежелательно.
Конденсатор фильтра С2 заряжается через резистор R5 и разряжается через R6. Коэффициент передачи детектора близок к 1.
Поскольку компараторы, входящие в состав LM3914. 3916, обладают не самыми выдающимися характеристиками по крутизне преобразования, то для повышения резкости переключения светодиодов из одного состояния в другое имеет смысл обеспечить максимально возможный размах напряжения на входе данных ИМС – в идеале : Еп-3 (В).
Давайте сдобрим калькулятором и индикаторы уровня, приведённые на Рис.2 и Рис.3. Выбираем значение Uмакс – не менее 1,25В.
РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ СВЕТОДИОДНЫХ ИНДИКАТОРОВ УРОВНЯ НА ИМС LM3914. 3916
Если индикатор призван работать только с сигналами переменного тока, то на входе детектора имеет смысл поставить разделительный конденсатор ёмкостью 1 МкФ.
Источник