Увеличение мощности стабилизаторов напряжения

Как увеличить напряжения стабилизации интегрального стабилизатора

Всем хороши стабилизаторы напряжения, собранные на микросхеме-стабилизаторе фиксированного напряжения. Такие схемы просты в повторении, имеют минимум элементов, отличаются хорошим коэффициентом стабилизации. Единственная беда, пожалуй, в том, что набор фиксированных напряжений серии достаточно ограничен. Обычно это 5, 6 12, 14, 16 и т.д. Но что делать, если необходимо получить, скажем, 5.7 В? Собирать схему на дискретных элементах? Совершенно не обязательно. Достаточно внести в типовую схему включения стабилизатора небольшое изменение (отмечено красным):

Благодаря диоду, включенному в прямом направлении, напряжение на выходе стабилизатора несколько увеличится, но остальные характеристики стабилизатора останутся прежними. На сколько поднимется выходное напряжение? Если использовать кремниевый диод, то на 0.6 – 0.7 В, если германиевый, то на 0.3 – 0.4 В.

Таким образом, если использовать микросхему К142ЕН5А (КРЕН5А) (выходное напряжение 5 В) и кремниевый диод, то напряжение на выходе приведенной выше схеме будет составлять 5.6 – 5.7 В.

Интересный момент: если использовать несколько последовательно соединенных диодов, напряжение на выходе стабилизатора увеличится на сумму падений напряжений на этих диодах. 2 кремниевых – на выходе 6.4 В, кремниевый и германиевый – 6 В и т.д.

Таким же образом можно увеличить напряжения практически всех интегральных непрерывных стабилизаторов.

Источник

«Умощнение» стабилизатора на КРЕНКе

Стабилизаторы напряжения, собранные на интегральных микросхемах (ИМС) типа КРЕН имеют ограничение по максимальному току в нагрузке. Для отечественных микросхем максимально допустимый ток составляет 1,5 ампер, импортные в некоторых случаях способны выдерживать 3 ампера. Но если требуется сделать блок питания для более мощной нагрузки, то эта задача вполне разрешима и достигается это путём добавления в схему всего нескольких дополнительных элементов.

На схеме показан пример, как это можно сделать:

При указанных на схеме деталях, блок питания способен выдавать напряжение 12 вольт при максимальном токе в нагрузке до 7 ампер. Если использовать в этой схеме другие элементы (микросхему на другое напряжение стабилизации и транзистор большей мощности) то, соответственно, параметры стабилизатора можно изменить в сторону увеличения/уменьшения напряжения и тока.

ИМС КРЕН8Б включена по типовой схеме и работает в своём обычном режиме. При увеличении тока в нагрузке, растёт и ток, потребляемый от трансформатора и выпрямителя. Соответственно увеличивается и ток через резистор R1 и падение напряжения на нём. Как только это напряжение достигнет значения открывания транзистора, ток начинает течь уже через него, «разгружая» микросхему. Сопротивление этого резистора может быть и меньше, порядка нескольких Ом. Это зависит от того, какой максимальный ток вы хотите получить на выходе.

При этом ИМС выполняет свою основную функцию — обеспечивает стабильность выходного напряжения. Резистор можно подобрать такого номинала, при котором транзистор будет открываться при необходимом вам значении тока нагрузки. Мощность этого резистора, в зависимости от максимального тока через него, может быть 0,5. 2 Вт.

Микросхему и транзистор можно, конечно, поставить и другие, с нужными вам значениями напряжения и тока. Их обязательно нужно закрепить на радиаторы, площадь охлаждения которых зависит от выходной мощности всей схемы. Трансформатор и диодный мост нужно брать тоже соответствующей мощности, с запасом не менее 20% для корректной работы схемы.

Лирическое отступление (можно не читать)

Часто в комментариях на статьи мне пишут, мол — зачем ты пишешь про то, что давно и всем известно? Но, как оказалось, далеко не всем. Моё поколение выросло в условиях, когда не было ещё никаких гаджетов и великого множества готовых и дешёвых «штучек» с Алиэкспрессов. Я, учась в 6 классе в г. Душанбе, записался и ходил в радиокружок при клубе пилотов гражданской авиации. Мой отец был лётчик и мы жили тогда в столице Таджикской ССР (хотя родом мы все — из Ленинграда)

Да, для меня все эти простые схемы, конечно — как два пальца об асфальт. Но. Кто сейчас сможет найти хоть один радиокружок? Да ещё и бесплатный…Поэтому мои статьи на Дзене рассчитаны на начинающих радиолюбителей, у которых есть желание учиться думать головой и делать что-то своими руками. Это интересно, знаю по себе с детства…

Если вас не затруднит, прошу ставить лайки и оставлять комментарии, а можете даже подписаться на мой канал. У меня иногда «проскакивают» статьи и про более сложные и интересные электронные самоделки.

Благодарю за внимание и уделённое время!

Источник

Повышаем напряжение в электросети: советы специалистов

Часто люди сталкиваются с такой проблемой, как в сети понижается напряжение, и уже не работают бытовые электрические приборы. Несведущие люди впадают в панику и звонят в разные инстанции, чтобы вызвать специалиста. Но чтобы приборы нормально работали, нужно знать, как самостоятельно это сделать.

Причины снижения напряжения

Если в электрической сети низкое напряжение, не выходящее за границы допустимых норм, то это вполне нормально, так как при транспортировке энергии на линии теряется ее некоторая часть. При обычных условиях уровень этих потерь должен иметь допустимые значения. Но со временем оборудование изнашивается, и потребление электричества увеличивается.

Повышение расхода энергии заметно в своих домах при увеличении количества электрических устройств. Постепенно возникает такая ситуация, когда сеть не может нормально функционировать и обеспечивать энергией потребителей. При увеличении нагрузки толщина проводов, кабелей и мощность оборудования не изменяется.

Многие электрические устройства должны функционировать при нормальном напряжении 220-230 В. Если эта величина уменьшается, и становится ниже, то эффект от приборов значительно уменьшается, и большинство из них совсем не работают, либо выходят из строя.

Как повысить напряжение в сети

Для увеличения напряжения можно использовать несколько вариантов. Для начала нужно купить стабилизатор напряжения, а другим вариантом является повышающий трансформатор, который способен увеличить низкое напряжение. Также существует много других методов, которые рассмотрим подробнее.

Стабилизатор напряжения

Это наиболее приемлемый метод. Стабилизатор может быть с ручным или автоматическим управлением. Стабилизатор с системой автоматики самостоятельно удерживает необходимую мощность, а ручной приходится настраивать своими руками. Раньше такие приборы были во многих домах, так как электричество в сети имело большие перепады, да и в настоящее время подача электроэнергии часто изменяется. Когда люди на работе, то напряжение нормальное, а вечером, когда все дома, и работают многие устройства, то напряжение может давать сбои.

В таких случаях стабилизатор выполняет две задачи – во-первых, он увеличивает неожиданно уменьшившееся напряжение, позволяя приборам непрерывно функционировать, а во-вторых, он создает безопасность, и предотвращает появление замыканий из-за перепадов питания. Стабилизатор является необходимым устройством, но достаточно дорогостоящим, поэтому если у вас нет в доме старого стабилизатора, то лучше его не приобретать, а воспользоваться другим методом.

Чаще всего стабилизатор постоянно находится в подключенном состоянии, защищая устройства. Многие из них имеют световую индикацию, указывающую на уровень напряжения и режима работы.

Принцип работы стабилизатора

Действие этого прибора основывается на изменении числа витков трансформатора, при помощи тиристоров, реле или щеток. Защитная схема от пониженного напряжения очень простая. При нормальной величине напряжения, указанного в руководстве к прибору, стабилизатор может сгладить перепады, выдавая на выходе 220 вольт с допуском не более 8%. При снижении напряжения за допустимые границы, стабилизатор отключает питание, и выдает звуковой и световой сигнал.

Необходимо выяснить, как работает алгоритм действия стабилизатора при низком напряжении. При значительном падении напряжения менее 150 вольт напряжение на выходе может достигать 130% от значения питающей величины. При уменьшении U на выходе стабилизатора до 180 вольт он обесточивает сеть, делая напряжение равным нулю.

При увеличении наибольшего напряжения сети более 260 вольт устройство может поддерживать выходную величину около 90% от значения питания. При увеличении напряжения до 255 вольт, нагрузка также отключается от электрической сети.

Восстановление характеристик напряжения питания дает возможность возобновить подключение питания на нагрузку, однако происходит это при условии, позволяющем предотвратить вредное для потребителя внезапное изменение питания.

Также, стабилизатор обладает определенной заданной эксплуатационной температурой (до 120 градусов). Если этот параметр отклоняется более, чем на 10 градусов, то питание также может отключиться. Когда температура понизится, то допустимой величины (около 85 градусов), то питание автоматически восстановится. Многие регуляторы напряжения сети имеют автоматические системы, производящие аварийное выключение питания, если напряжение превысило допустимую величину тока. Это достигается путем применения регулятора для подсоединения нагрузки, больше разрешенной величины.

Отсюда можно сделать вывод, что увеличить напряжение в сети не настолько трудно, необходимо лишь вникнуть в эту проблему более глубоко.

Повышающий трансформатор

Вторым методом является покупка трансформатора, который способен увеличить напряжение. Но для правильного выбора трансформатора, необходимо ознакомиться с определенными расчетами. Первичная обмотка должна быть рассчитана на 220 вольт, а вторичная – должна выдавать недостающую часть напряжения.

Для определения нужного числа витков следует пользоваться формулами:

В первом выражении можно определить ток вторичной обмотки. Далее, используя второе выражение, можно определить мощность Р. По таким данным можно узнать, какие параметры трансформатора необходимы. Основными характеристиками при подборе трансформатора являются мощность и напряжение на выходе.

Перед повышением напряжения и монтажа трансформатора, нужно спланировать место установки. Обычно их устанавливаю в подвалах. Если вы живете в квартире, то лучше установить его в кладовке или подсобном помещении, где нет людей.

Электрический генератор

Другим вариантом решения задачи стало применение электрогенератора. Но при этом есть вопросы частых остановок и запусков, так как автоматические системы, когда низкое напряжение, сразу обесточивают сеть и включают в работу генератор. Далее напряжение восстанавливается, так как сеть разгружается, и генератор снова выключается. В момент запуска генератора дом на какое-то время остается без питания, электрические устройства также отключаются, а затем включаются вместе с генератором.

Другие способы повышения напряжения

Для того, чтобы увеличить низкое напряжение, существует много разных способов, которыми пользуются многие жильцы квартир и загородных домов.

1. Применение автотрансформаторов. Их устройство дает возможность увеличить напряжение на 50 вольт. Они применяются чаще всего в электрических сетях с низким напряжением, в деревне, где напряжение падает часто, и считается обычным явлением. Используя автотрансформатор можно также и уменьшать напряжение. При их выборе следует учитывать мощность, в противном случае они будут сильно нагреваться.
2. Низкое напряжение можно привести в норму путем использования умножителя, который является особым устройством, собранным из конденсаторов и диодов. Такие умножители используются для питания кинескопов, увеличивая напряжение до 27 тысяч вольт.
3. С помощью электродвижущей силы. Если в источнике энергии можно настраивать ЭДС специальным регулятором, то можно увеличить значение ЭДС этого источника. Повышение напряжения произойдет на столько, на сколько повысится ЭДС.
4. Низкое напряжение можно повысить, изменяя сопротивление. Зависимость напряжения от сопротивления, следующая: во сколько уменьшится сопротивление, во столько и увеличится напряжение.
5. Если нельзя повысить напряжение одним из этих способов, то можно использовать их совместно. Например, для увеличения напряжения в цепи в 12 раз, нужно повысить ЭДС источника в два раза, снизить длину проводов в два раза, и повысить площадь их сечения в три раза.

Источник

Увеличение мощности стабилизаторов напряжения

Микросхемы (далее ИМС) линейных стабилизаторов напряжения очень удобны для применения в различных схемотехнических проектах, не требующих высоких КПД и больших мощностей. При использовании правильных схемотехнических решений, они обеспечивают более высокую надёжность (за счёт меньшего числа компонентов, даже с учётом интегральных) и меньший уровень шумов, кроме того такие источники питания проще в проектировании и реализации. Дополнительным плюсом также являтся то, что многие ИМС стабилизаторов обеспечивают встроенную защиту от перенапряжения, от превышения тока и от переполюсовки входного напряжения — всё это позволяет в большинстве случаев обойтись без дополнительных элементов в схеме.

Из недостатков данных решений следует отметить два основных:

• Низкий КПД — «лишнее» напряжение такие схемы фактически сбрасывают в тепло, что, соответственно, в большинстве случаев требует применения дополнительного охлаждения.
• Необходимость положительной разницы напряжений между входом и выходом — даже самые лучшие модели линейных стабилизаторов имеют падение напряжения около 0.4В, а большинство перестаёт работать уже при разнице 0.5В.

Несмотря на все недостатки, такие схемы часто вполне уместно использовать в своих проектах. В данной статье пойдёт речь о различных схемотехнических особенностях применения данных микросхем.

Стабилизаторы с фиксированным напряжением

Интегральные линейные стабилизаторы могут иметь фиксированное выходное напряжение, либо же иметь возможность выбора выходного напряжения. Начнём с рассмотрения базовых схем включения большинства фиксированных интегральных стабилиазторов напряжения:

Конденсатор C₁ рекомендуется ставить для предотвращения возникновения «генерации на входе», если микросхема стабилизатора находится дальше 10 см от источника напряжения — по сути это просто фильтрующий конденсатор. Мы в своих проектах ставим на вход конденсатор в любом случае. Рекомендуется использовать керамику или тантал, ёмкостью не менее 0.1 мкФ. При выборе номинала ёмкости керамики помните, что при повышении температуры у большинства керамических кондёров сильно падает ёмкость.

Назначение конденсатора C₂ различается в зависимости от внутренней схемы стабилизатора. Например в микросхемах серии КР1158ЕН, данный элемент обеспечивает отсутствие возбуждения выходного напряжения. А производитель LM317 отмечает, что выходной конденсатор служит лишь для улучшения переходной характеристики и на стабильность не влияет. Так или иначе, при использовании конденсатора малой ёмкости (1-2 мкФ) на выходе многих линейных стабилизаторов наблюдаются небольшие колебания выходного напряжения с частотой несколько кГц и амплитудой порядка 0.2-0.4 вольт. Увеличение выходного конденсатора до 10 мкФ полностью данные колебания убирает.

Оба конденсатора необходимо размещать как можно ближе к корпусу микросхемы.

Диод Д₁ ставить не обязательно, в большинстве типовых схем его не используют, но если вы используете конденсатор C₂ или выходные напряжения превышают 25 В, диод Д₁ рекомендуется всё-таки оставлять, поэтому я оставил его на схемах. Также, данный диод рекомендуется использовать если нагрузка носит индуктивный характер. Он обеспечивает путь для разрядки C₂, а в случае индуктивной нагрузки ограничивает броски тока через стабилизатор.

Стабилизаторы с регулируемым напряжением

В схемах с регулируемым выходным напряжением добавляются дополнительные элементы:

Конденсатор C₃ уменьшает пульсации выходного напряжения. Рекомендуемый номинал C₃ — от 1 до 10 мкФ, большее значение ёмкости значимых улучшений не даёт.

Диод Д₂ нужен при использовании C₃ — он обеспечивает его разрядку при выключении питания. При отсутствии C₃ достаточно диода Д₁.

Резисторы R₁ и R₂ используются для задания выходного напряжения. Регулируемый стабилизатор стремится поддерживать опорное напряжение (V_ref) между выводом подстройки и выходом. Поскольку значение опорного напряжения является постоянным, величина тока, протекающего через делитель R₁ и R₂ определяется только резистором R₂. Величина опорного напряжения может меняться от экземпляра к экземпляру от 1.2 до 1.3 В, и в среднем составляет 1.25 В. Напряжение на выходе фактически является суммой падения напряжения на R₁ и V_ref, т.о., чем больше будет падение напряжения на R₁, тем больше будет напряжения на выходе.

Рекомендуемый номинал резистора R₂ 240 Ом, но допустимо его варьировать в пределах 100-1000 Ом. Выходное напряжение рассчитывается по следующей формуле:

Согласно спецификации значение I_adj лежит в диапазоне 50-100 мкА, поэтому при малых R₁ им можно пренебречь.

Повышение напряжения стабилизации регуляторов с фиксированным выходным напряжением

Выходное напряжение фиксированных линейных регуляторов можно повысить, включив в цепь подстройки стабилитрон:

В этой схеме выходное напряжение повысится на величину напряжения стабилизации V_стаб стабилитрона Д₂. Резистор R служит для установки тока через стабилитрон и выбирается исходя из параметров стабилитрона. Для большинства стабилитронов подходит R = 200 Ом.

Если поднять напряжение нужно на небольшую величину (0.5 — 1.5 В) вместо стабилитрона Д₂ можно использовать практически любой диод в прямом включении (катод на землю). Тогда выходное напряжение будет увеличено на величину падения напряжения на диоде, а резистор R нужно исключить, потому что колебания тока из вывода подстройки невелики и падение напряжения на диоде будет практически постоянным.

Ограничитель тока на линейном стабилизаторе

На микросхемах линейных стабилизаторов типа LM317 (и аналогичных) удобно собирать схему ограничителя тока, для этого требуется всего один дополнительный резистор.

Выходное напряжение зависит от входного напряжение и падения напряжения на стабилизаторе. В данной схеме регулируемые стабилизаторы стремятся поддерживать на выходе напряжение V_ref

1.25В, поэтому выходной ток определяется соотношением:

Для ИМС с фиксированным напряжением V_ref заменяется на V_ном., и ток через резистор получается слишком большим (как если бы микросхемы не было), поэтому применение стабилизаторов с фиксированным напряжением в данной схеме нецелесообразно.

Рассеиваемая резистором мощность вычисляется по формуле:

Данная схема будет работать также на всей серии LM340 и аналогичных ИМС.

Увеличение максимального тока ИМС линейных регуляторов

Есть способ увеличить максимальный ток линейного линейного стабилизатора тока.

В данной схеме R₁ определяет напряжение открытия транзистора T₁:

Здесь V_откр. — напряжение открытия T₁, а I_стаб.max максимальный ток протекающий через стабилизатор (ток, при котором откроется T₁). Рекомендуется выбирать I_стаб.max меньше максимального тока микросхемы по спецификации, чтобы был некоторый запас.

Микросхема поддерживает падение напряжения между выходом и выводом подстройки и в случае превышения тока через R₂ уменьшает ток через себя, что вызывает уменьшение падения напряжения на R₁ и последующее закрытие транзистора. Таким образом, максимальный выходной ток определяется резистором R₂ и опорным напряжением микросхемы:

Следует помнить, что при быстрых бросках тока T₁ может не успеть закрыться, что вызовет повреждения элементов, поэтому следует использовать дополнительные компоненты для защиты транзистора (здесь не показаны).

Повысить ток можно и для стабилизатора напряжения, включив его по аналогичной схеме (но без R₂), однако следует помнить, что в этом случае схема лишится автоматического ограничения по току и превышение максимального значения повлечёт за собой повреждение элементов.

Стабилизатор с плавным нарастанием выходного напряжения

При включении питания напряжение на конденсаторе C₂ начинает возрастать, вместе с ним возрастает и выходное напряжение. PNP транзистор выключается когда выходное напряжение достигает значения, определяемого резисторами R₁ и R₂ (как в обычной схеме регулируемого стабилизатора). Начальное выходное напряжение складывается из начального напряжения на конденсаторе, падения на база-эммитерном переходе и опорного напряжения микросхемы. Скорость нарастания напряжения можно регулировать изменяя номиналы R₃ и C₂.

Управляемый стабилизатор напряжения с дискретными уровнями выходного напряжения

На регулируемом стабилизаторе можно собрать простой управляемый стабилизатор напряжения, добавивь несколько резисторов и транзисторов. Данное решение удобно, если требуется собрать простой регулируемый стабилизатор с несколькими фиксированными уровнями напряжения.

Резистор R₂ рассчитывается на максимальное требуемое напряжение. Включение транзистора будет добавлять в параллель к проводимости резистора R₂ дополнительную проводимость и напряжение на выходе будет снижаться. Не забывайте подтягивать базы транзисторов через высокоомные резисторы к питанию, либо к земле (в зависимости о того закрыт или открыт должен быть транзистор без управляющего сигнала).

Конденсатор C₂ в данной схеме допустимо не использовать, так как транзисторы обладают некоторой собственной ёмкостью.

Источник