Стабилизатор напряжения как выбрать: Как выбрать стабилизатор напряжения (2018) | Стабилизаторы напряжения | Блог

Здесь речь пойдет о стабилизаторах напряжения в квартиру. Если же вы проживаете в частном доме (в коттедже, на даче), то ознакомьтесь лучше вот с этой статьей, так как электрическая сеть в загородной местности все-таки имеет свою специфику.

Прежде чем приступать к выбору конкретной модели, неплохо было бы задать себе вопрос: а нужен ли стабилизатор напряжения в квартире? Может, достаточно сетевого фильтра или реле напряжения?

Так нужен стабилизатор или нет?

Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно померять напряжение в розетке в разное время суток. Особенно в вечернее, когда большинство жителей вашего дома приходят с работы и включают свои чайники, микроволновки и сварочные инверторы.

В соответствии с требованиями Международной электротехнической комиссии IEC 60038:2009 (ГОСТ 29322-2014), напряжение бытовой сети должно лежать в диапазоне 230В±10%. Но так как на данный момент во многих регионах до сих пор действуют устаревшие нормы (220В±10%), то фактически «разрешенным» является интервал 198…253 Вольта.

Для получения достоверной картины необходимо проводить замеры напряжения в течении длительного времени. Измерения обязательно должны попадать во все части суток — утро, день, вечер и ночь. Если есть возможность, лучше пригласить специалиста из компании, проводящей энергоаудит. Он установит специальное оборудование, которое соберет и проанализирует информацию за сутки.

В подавляющем большинстве случаев напряжение в квартире находится в допустимых пределах и в стабилизации не нуждается.

Однако, если результаты наблюдений показали наличие продолжительных периодов, когда напряжение превышает 253В или находится ниже 198В, то проблема действительно существует. Но не следует сразу же отправляться в магазин за стабилизатором.

Во-первых, имеет смысл написать жалобу в вашу местную энергоснабжающую организацию, сославшись на несоответствие напряжения стандартам (ГОСТ 29322-2014).

Во-вторых, конкретно ваша бытовая техника, возможно, совсем не критична к величине питающего напряжения.

Бытовая техника, которой все равно

Примерный перечень оборудования, которое без проблем переносит серьезные отклонения сетевого напряжения, представлен ниже.

• Современные холодильники. Почему так можно узнать здесь.
• Современные телевизоры. Об этом мы подробно говорили в этой статье.
• Компьютеры и мониторы. Наличие собственного преобразователя напряжения (импульсного блока питания) сводит к минимуму влияние сетевого напряжения на их работоспособность. Подробнее тут.
• Активная нагрузка: утюги, щипцы и фены, обогреватели, проточные водонагреватели, электроплиты, сушилки для обуви и т.п. Работать будет в любом случае, правда количество выделяемого тепла находится в квадратичной зависимости от напряжения.
• Звуковоспроизводящая аппаратура: музыкальные центры, домашние кинотеатры, усилители, электрические звонки и прочее. Аудиофилы со мной, конечно же, не согласятся. На эту тему даже есть отдельная статья.
• Светодиодные лампы. Благодаря встроенному в лампу драйверу тока, яркость свечения не зависит от питающего напряжения.

Приборы, чувствительные к питающему напряжению

А эта бытовая техника плохо реагирует на колебания напряжения в сети. В запущенных случаях возможен выход из строя.

• Кондиционеры и пылесосы. В этих приборах стоят асинхронные двигатели, которые при пониженном напряжении* начинают жрать ток больше положенного, из-за чего обмотки двигателя сильно разогреваются. В таких случаях вся надежда ложится на тепловое реле. Если оно не обесточит схему, то из-за сильного перегрева возможна поломка. А если двигатель все-таки стартанет, то работать будет не на полную мощность.
• Старые холодильники. Имеют точно такой же недостаток, как и кондиционеры. При низком напряжении в сети двигатель гудит и перегревается.
• Древние телевизоры. От перепадов сетевого напряжения меняется размер растра и яркость изображения. Но таких телевизоров сейчас почти не осталось.
• Люминесцентные и энергосберегающие лампы. При пониженном напряжении могут не зажжеться.
• Лампы накаливания. Яркость свечения очень сильно зависит от величины напряжения в сети: снижение напряжения всего на 10% приводит к 25%-ому снижению яркости, а при 180 вольтах 60-ваттная лампочка превращается в 25-ваттную.
• Микроволновые печки. При понижении напряжении питания мощность СВЧ-излучения падает настолько, что микроволновкой фактически становится невозможно пользоваться.
• Стиральные машины. При понижении напряжении ниже критичного уровня, контроллер останавливает программу стирки и выводит соответствующую ошибку на индикатор. В старых стиралках «без мозгов» может сгореть двигатель.
• Посудомоечные машины. При «неправильном» напряжении в розетке просто не включатся.
• Навороченные бойлеры. Напичканные электроникой бойлеры просто отключаются при выходе напряжения за допустимые пределы.

*под «пониженным напряжением» понимается напряжение 180В или ниже.

Выбор стабилизатора

Если стабилизатор все-таки необходим, то прежде, чем отправляться в магазин следует хотя бы немного изучить матчасть. Не стоит полагаться на слащавых продавцов, которым, по сути, плевать, как оно потом будет работать. Гораздо надежнее будет самому во всем разобраться и сделать осознанный выбор. Ниже представлена вся необходимая информация о том, как выбрать стабилизатор напряжения для квартиры.

Итак, подбор конкретной модели квартирного стабилизатора напряжения можно разбить на три этапа — выбор типа устройства и количества фаз, а также нахождение минимально необходимой мощности. Остановимся на этих этапах подробнее.

Тип стабилизатора

Современные стабилизаторы бывают 4 типов*:

1. Релейные. Наиболее дешевые приборы, имеющие ступенчатую регулировку. Явный недостаток только один — щелкает во время работы (подробнее см. здесь).
2. Электромеханические (они же сервоприводные или «латерные»). Работают по принципу ЛАТРа, имеют плавную регулировку, но наименьшую скорость реакции. Требуют тех. обслуживания раз в год-полтора.
3. Электронные (они же симисторные или тиристорные). Бесшумные и быстрые, но дорогие и не слишком надежные. Регулировка выходного напряжения — ступенчатая.
4. Двойного преобразования. Наиболее дорогостоящие, но обладающие максимальной точностью стабилизации и фильтрации от входных помех. Подходит для лабораторного и медицинского оборудования. Применение в быту нецелесообразно.

*Раньше, в советские времена, были еще феррорезонансные стабилизаторы, но такую экзотику мы даже не будем рассматривать. Их время безвозвратно прошло.

Электромеханические стабилизаторы всем хороши: недорогие, свет не моргает во время переключения, надежные и простые как три копейки. Но я бы все равно не стал их рекомендовать, т.к. они требуют периодического обслуживания (замена токосъемных щеток), а это дополнительные временнЫе и финансовые затраты. В электродинамических стабилизаторах проблема износа графитовых щеток решена их заменой на износостойкий ролик, но и цена на устройства такого типа существенно возросла.

В стабилизаторах с двойным преобразованием выходное напряжение формируется схемой стабилизатора. Благодаря такому схемотехническому решению обеспечивается максимальная точность стабилизации — 1% и даже выше. У сетевых помех также нет шансов просочиться к защищаемой нагрузке. Отличные стабилизаторы, но цена… Покупать такой для дома — это все равно, что стрелять из пушки по воробьям.

Стабилизаторы электронного типа, в принципе, годятся для домашнего применения. Быстрые, бесшумные, не требуют никакого оперативного вмешательства. Но, на мой взгляд, пока все-таки дороговаты. Думаю, лучше подождать, пока мощные симисторы существенно подешевеют.

Исходя из своего опыта работы, могу сказать, что наиболее подходящим вариантом для квартирной техники является стабилизатор релейного типа. Качественные реле обеспечивают хорошую наработку на отказ и очень высокую скорость переключения (порядка 20 мс), что ничуть не хуже, чем у электронных стабилизаторов. Несомненный плюс стабилизаторов на реле — полное отсутствие каких-либо искажений входного синуса, что очень ценится аудиофилами и прочими эстетами.

При этом схемотехника релейных стабилизаторов проще, чем у электронных, так как исключаются дополнительные схемы защиты и теплоотвода нежных тиристоров/симисторов. В конечном итоге это положительным образом сказывается на надежности устройства в целом и его цене.

Чтобы не быть голословным, привожу сравнительную стоимость одного киловатта выходного (стабилизированного) напряжения для стабилизаторов разного типа:

Учитывая вышесказанное, вывод очевиден — идеальным вариантом для квартиры является релейный стабилизатор.

Количество фаз

С принципом действия определились, теперь надо решить, сколько должно быть фаз у стабилизатора напряжения 220В для квартиры.

Тут вообще все просто: для бытовой техники однозначно нужен однофазный стабилизатор. В нормальных квартирах просто не бывает трехфазных потребителей.

По правде говоря, в негазифицированных домах иногда можно увидеть большую мощную 4-х конфорочную плиту, рассчитанную на 3-фазное подключение. Под нее в квартиру делают отдельный вводной кабель и монтируют специальную нестандартную розетку на кухне. Но, понятное дело, такую электроплиту нет смысла питать стабилизированным напряжением.

Какая мощность нужна?

Итак, теперь самый главный вопрос: какой мощности покупать стабилизатор в квартиру?

В целом тут все очень индивидуально и зависит от вашей бытовой техники, ее мощности и количества. Если вы хотели бы поставить стабилизатор только на освещение, то хватит каких-нибудь 500-600 Вт. А если есть необходимость запитать через стабилизатор всю квартиру, то тут уже понадобится прибор мощностью 10-15 или даже 20 кВт.

Чтобы не переплачивать за лишние киловатты, придется немного потрудиться и произвести некоторые вычисления.

Алгоритм расчета мощности стабилизатора напряжения в квартиру следующий:

1. Необходимо просуммировать номинальные мощности всех устройств в квартире. Точные значения мощности можно взять из паспорта к устройству или поискать на корпусе. Ориентировочные значения мощностей приведены в таблице 1 (см. ниже).
2. Определить прибор, обладающий наибольшей пусковой мощностью (скорее им окажется кондиционер или электромясорубка). Вычислить для этого прибора разницу между пиковой и номинальной мощностью. Прибавить полученную разницу к значению, полученную в п.1.
3. Полученное в предыдущем пункте значение необходимо умножить на 1.2.

Таблица 1. Приблизительные значения потребляемой мощности для современной бытовой техники.

Если имеются взаимоисключающие устройства, которые никогда не будут включаться одновременно, то при расчете общей потребляемой мощности необходимо учитывать только один из них, — тот, у которого мощность больше.

Таким образом, чтобы рассчитать мощность стабилизатора, необходимую для любой квартиры, надо сделать всего три шага.

Пример расчета мощности

В качестве примера привожу расчеты мощности стабилизатора для моей собственной квартиры.

1. Вычисляю суммарную номинальную мощность всех электрических приборов:
   

   Тип потребителя	Номинальная мощность, Вт	Пусковая мощность, Вт
   Все лампочки	400	400
   Телевизор Sony KDL-48W705C	92	92
   Настольный компьютер	200	200
   Apple MacBook Pro 13 MGX72	65	65
   Пылесос	1800	2180
   Болгарка Bosch GWS 13-125	1300	1690
   Перфоратор Bosch GBH 2-28	880	1090
   Холодильник Wirlpool ARC4020	200	1000
   Стиральная машина LG F1096TD	2100	3500
   Обогреватель	1500	1800
   Микроволновая печь	800	1600
   Утюг	2200	2600

   Итак, суммарная номинальная мощность всего электрического в моей квартире равна 10657 Вт.

   Как видите, перфоратор был исключен из расчетов, так как я совершенно точно уверен, что болгарка и перфоратор никогда не будут работать вместе. Так что из этих двух инструментов была оставлена только болгарка (как обладающая наибольшей мощностью).

2. Теперь надо найти тот прибор, который обладает самой большой пусковой мощностью. В моем случае это стиральная машинка. Разница между номинальной и пусковой мощностью равна:

   3500 — 2100 = 1400 Вт

   Таким образом, максимальная потребляемая мощность всей бытовой техники составляет:

   10657 + 1400 = 12057 Вт

3. Осталось найти необходимую мощность стабилизатора с учетом 20%-ного запаса:

   12057 · 1,2 = 14468 Вт (округляем до 15 кВт)

Как видите, даже для моей небольшой квартирки нужен как минимум 15-киловаттный стабилизатор напряжения. Поэтому люди, умеющие считать деньги, подключают через стабилизатор только то оборудование, для которого действительно критично питающее напряжение.

Внимание! Производители стабилизаторов, которым есть что скрывать, вместо активной мощности (Ватты, Вт) стараются на самом видном месте указать реактивную (Вольт·Амперы, ВА). Имейте в виду, что реактивная мощность всегда выше — иногда в три раза. Поэтому всегда уточняйте именно активную составляющую мощности, которую долговременно обеспечивает заинтересовавшая вас модель.

Готовые решения

Меня часто просят посоветовать какой-нибудь хороший стабилизатор напряжения в квартиру, поэтому привожу список надежных и проверенных временем моделей, которые с 90%-ной вероятностью вам подойдут.

Все стабилизаторы — релейного типа, кроме последнего (он электромеханический со щетками).

Все перечисленные стабилизаторы имеют функцию «BYPASS« — это когда вход соединяется с выходом напрямую, стабилизатор, по сути, вообще исключается из электрической цепи. Очень удобная вещь, если вам не требуется постоянная стабилизация напряжения. Или вы хотели бы временно подключить очень мощную нагрузку, которую ваш стабилизатор гарантированно не потянет (например, сварочный аппарат).

РЕСАНТА ACH-10000/1-Ц

РЕСАНТА ACH-10000/1-Ц — недорогой однофазный релейный стабилизатор на 10000 Вт. Представляет собой небольшой металлический ящик с ручками для переноски (ручки очень кстати, так как весит он под 20 кг).

Очень быстро реагирует на изменение напряжения в сети (скорость реакции всего 7 мс). Надежная модель, наблюдаю за двумя экземплярами вот уже третий год и никаких нареканий. Вся информация выводится на цифровой дисплей на передней панели. Единственное, что удручает, это громкие щелчки в момент переключения обмоток. Поэтому у изголовья кровати в спальне ставить не рекомендуется. Да и подсветка у экрана очень яркая, будет освещать спальню.

Есть точно такая же модель, только в навесном исполнении (РЕСАНТА ACH-10000Н/1-Ц), все характеристики совпадают, но стоит почти на тысячу дешевле. На фото ниже представлены сразу обе модификации.

Обе модели имеют встроенный сетевой фильтр для защиты от высокочастотных и импульсных помех. Имеется защита от короткого замыкания в нагрузке, а также от превышения мощности и перегрева.

Кстати, охлаждение сделано при помощи вмонтированного внутрь вентилятора, который включается под нагрузкой. Как и любые другие силовые приборы, эти не рекомендуется длительное время держать под 100%-ной нагрузкой, поэтому при выборе стабилизатора обязательно предусматривайте некоторый запас по мощности (процентов 20-30).

RUCELF SRWII-12000-L

RUCELF SRWII-12000-L — этот бытовой стабилизатор напряжения хорошо себя зарекомендовал из-за длительной бесперебойной работы. За время моей практики ни разу не слышал, чтобы эта модель сломалась.

В отличие от предыдущих моделей, имеет прочный корпус и приятный дизайн, поэтому хорошо вписывается в любую квартиру.

ЖК-экран, установленный спереди прибора, отображает не только входное и выходное напряжение, но и шкалу загрузки по мощности. Удобно контролировать параметры сети.

Многие предпочитают настенное крепление стабилизаторов, т.к. при этом он не занимает лишнее место в квартире, можно уложить всю проводку в кабель-каналы, дети не достают до кнопок и прочих органов управления. Крепеж этого прибора должен быть надежным, потому что весит этот ящик почти 25 кг. Вообще, большая масса релейного стабилизатора — это признак большой мощности.

REAL-EL WM-10/130-320V

REAL-EL WM-10/130-320V — настенный стабилизатор украинского производства, рассчитанный на серьезные колебания в электросети. На мой взгляд, является недооцененной моделью, и этим нужно пользоваться. Правда, сейчас уже трудно найти в продаже.

Имеет принудительное охлаждение, которое включается по мере необходимости (по умолчанию вентилятор не шумит). Легко справляется с повышенным напряжением (до 320 Вольт). Немного щелкает во время стабилизации, так что лучше всего устанавливать в коридоре.

Имеет встроенную защиту от перегрузки, повышенного напряжения, перегрева и импульсных помех. Отличный стабилизатор для бытовой техники.

Возможно, черный цвет корпуса для кого-то будет дополнительным плюсом. На рынке не так много стабилизаторов нестандартной расцветки.

ЭНЕРГИЯ АСН-15000

ЭНЕРГИЯ АСН-15000 — напольный однофазный релейный стабилизатор с широким диапазоном входных напряжений. Последние несколько лет производится на базе российского завода ЭТК Энергия.

Имеет несколько ступеней защиты: автомат от перегрузки, защита от перегрева (120°С), от повышенного напряжения (280В), от слишком низкого напряжения (120В). Есть встроенные вольтметры и амперметры.

Не искажает форму выходного напряжения. Имеет 5 ступеней регулировки. Немного шумный в моменты переключения.

Вход и выход выполнен в виде клемм, что намекает на стационарное размещение. Да его и не потаскаешь особо — масса прибора около 19 кг.

Требует надежного заземления. Конечно же, будет работать и без заземляющего проводника, но тогда необходимо обеспечить абсолютную недосягаемость стабилизатора от прикосновения (что на практике вряд ли достижимо).

SUNTEK СНЭТ 16000

SUNTEK СНЭТ 16000 — мощный релейный стабилизатор напряжения для бытовой техники. Способен работать на полную мощность уже от 140В на входе. В течении нескольких секунд выдерживает 50%-ную перегрузку, что очень важно при работе на потребителя с высокими пусковыми токами (пылесос, кондиционер, холодильник).

Имеет более высокую точность стабилизации по сравнению с вышеперечисленными моделями — порядка 5%. Встроенная система управления сама переключает способ охлаждения с естественной циркуляции на принудительный обдув.

С 25%-ным снижением мощности способен работать уже при 120 Вольтах. Дальнейшее уменьшение входного напряжения приводит к обесточиванию нагрузки, чтобы защитить ее от выхода из строя. Как и все релейные стабилизаторы совершенно не влияет на синусоидальность выходного напряжения.

Размещение возможно как напольное, так и навесное (настенное). Имеет клеммные колодки на входе и выходе. Без проблем переносит сильные броски напряжения от работающего рядом сварочного инвертора. Имеет варисторную защиту от высоковольтных импульсов (например, близкого разряда молнии).

Рассчитан на круглосуточную бесперебойную работу и показал прекрасную надежность.

SUNTEK СНЭТ 15000-ЭМ

SUNTEK СНЭТ 15000-ЭМ — напольный однофазный электромеханический стабилизатор. Обладает высоким КПД (более 97%), пониженным уровнем шума и повышенной перегрузочной способностью.

Здесь в полной мере реализуется главное достоинство всех электромеханических стабилизаторов — плавность регулировки. Так что можно забыть о скачкообразном изменении яркости светильников, которое неизбежно при использовании стабилизаторов со ступенчатой регулировкой (релейные, тиристорные).

Второе преимущество перед релейными — это высокая точность стабилизации, которая в данной модели достигает 2%.

Рабочий диапазон стабилизатора — от 140 до 270 Вольт. При эксплуатации в неполную мощность рабочий диапазон расширяется до 120-285В.

Ящик снабжен роликами, чтобы катать его с места на место. Поднять его далеко не каждому под силу (все-таки 54 кг живого веса!).

Отличная модель бытового стабилизатора напряжения 220 Вольт! Я бы всем его советовал, если бы не достаточно высокая стоимость и необходимость периодического обслуживания. Но если вас это не смущает, то берите и пользуйтесь. Не пожалеете.

Выводы

Итак, подведем краткие итоги.

1. В подавляющем большинстве случаев напряжение сети укладывается в допустимые рамки и стабилизатор не нужен. И с вашей розеткой, наверняка, тоже все в порядке.
2. Если с напряжением действительно беда, то берем однофазный релейный стабилизатор мощностью 10-15 кВт. В 90% случаев этого будет достаточно. Более точные расчеты можно сделать по приведенной выше методике.
3. Если вас раздражают громкие щелкающие звуки и моргающий свет в моменты переключения стабилизатора, тогда вместо релейного покупаем электромеханический, у которого плавная регулировка.

Что такое регулятор напряжения? | ОРЕЛ

Регуляторы, крепление:
Регулятор напряжения и как он защищает вашу цепь

. Будь то ваш автомобиль, ноутбук или смартфон, каждое электронное устройство нуждается в защите от колебаний напряжения. В наши дни, когда устройства становятся более плотными, чем когда-либо, с такими чувствительными компонентами, как микропроцессоры и интегральные схемы (ИС), даже малейшее изменение напряжения может нанести ущерб вашей тщательно спроектированной схеме. Так, что может сделать чувствительный компонент, когда он требует защиты? Для поддержания стабильного и плавного напряжения от входа к выходу необходим регулятор.

регуляторы напряжения с первого взгляда

В мире электронных компонентов регулятор напряжения является одним из наиболее широко используемых, но что делает эта ИС? Он обеспечивает цепь с предсказуемым и фиксированным выходным напряжением в любое время, независимо от входного напряжения.

LM7805 — один из самых популярных линейных регуляторов напряжения. (Источник изображения)

Как регулятор напряжения решает эту задачу, в конечном итоге зависит от дизайнера.Некоторым напряжением можно управлять с помощью более простого стабилитрона, в то время как для других применений требуется усовершенствованная топология линейных или импульсных регуляторов. В конце концов, каждый регулятор напряжения имеет первичную и вторичную цель:

Primary: Для создания постоянного выходного напряжения цепи в ответ на изменения условий входного напряжения. Возможно, у вас есть 9 В, но если вы хотите только 5 В, то вам придется снизить его (Buck) с помощью регулятора напряжения.

Вторичный : Регуляторы напряжения также защищают ваши электронные схемы от любых возможных повреждений.Последнее, что вам нужно, это поджарить ваш микроконтроллер, потому что он не может справиться с резким скачком напряжения.

Когда дело доходит до добавления регулятора напряжения в вашу схему, вы обычно работаете с одним из двух типов — линейными регуляторами напряжения или импульсными регуляторами напряжения. Давайте посмотрим, как они оба работают.

Линейные регуляторы напряжения

Этот тип регулятора действует как делитель напряжения в вашей цепи и является типом регулятора, обычно используемого, когда вы разрабатываете маломощные и недорогие приложения.Благодаря линейному стабилизатору вы получите преимущество от силового транзистора (BJT или MOSFET), который играет роль переменного резистора, повышая и понижая выходное напряжение вашей цепи при изменении входного питания.

Независимо от того, какая нагрузка установлена ​​в вашей цепи, линейный регулятор напряжения всегда будет идти в ногу с тем, чтобы обеспечить вам постоянное и стабильное выходное напряжение. Например, 3-контактный линейный стабилизатор напряжения, такой как LM7805, обеспечивает постоянный выходной сигнал 5 Вольт на 1 А, если входное напряжение не превышает 36 Вольт.

LM705 подключен последовательно для обеспечения стабильного выходного напряжения. (Источник изображения)

Недостаток этого типа регулятора в конечном итоге сводится к тому, как он функционирует. Поскольку он ведет себя как резистор для стабилизации напряжения, он теряет тонну энергии, превращая сопротивляемый ток в тепло. Вот почему линейные регуляторы напряжения идеально подходят для приложений, где требования к мощности низки, а разница между входным и выходным напряжениями минимальна.Давайте сравним две разные ситуации регулирования напряжения, чтобы увидеть, как складывается линейный регулятор:

С источником входного сигнала 10 В, который снижается до 5 В с помощью LM7805, вы в конечном итоге теряете 5 Вт и получаете только 50% эффективности от ваших усилий.

Возьмите тот же регулятор LM7805 и дайте ему 7-вольтный вход, понизив его до 5 вольт, и в итоге вы потеряете всего 2 ватта и достигните эффективности 71%.

Как видите, чем ниже исходные требования к входной мощности, тем эффективнее может быть линейный стабилизатор напряжения.При работе с этими регуляторами в вашей собственной цепи, вы обычно сталкиваетесь с двумя вариантами, будь то серия или шунт.

Этот традиционный регулятор имеет транзистор с стабилитроном, последовательно включенный с нагрузкой. Здесь регулятор использует как переменный элемент (в данном случае транзистор), увеличивая и уменьшая сопротивление в зависимости от переменного входного напряжения для обеспечения постоянного и постоянного выходного напряжения.

Простая последовательная схема стабилизатора напряжения, обеспечивающая регулируемый выход постоянного тока.(Источник изображения)

Шунт Регулятор Напряжения

Это приложение работает аналогично последовательному стабилизатору напряжения, но не подключено последовательно. Все избыточное напряжение все еще посылается на землю через тот же процесс переменного сопротивления, который снова тратит энергию. Вы чаще всего увидите, что шунтирующие регуляторы используются в:

• Прецизионные ограничители тока
• Контроль напряжения
• Источники питания с регулируемым напряжением
• Усилители ошибок
• Цепи источника и приемника тока
• Импульсные источники питания низкого выходного напряжения

Шунтирующий регулятор напряжения не подключен последовательно, но все же передает избыточный ток на землю.(Источник изображения)

В целом, если вы работаете с маломощными и недорогими приложениями, где эффективность преобразования энергии не является основной задачей, то линейный стабилизатор напряжения будет вашим выбором. Вот некоторые заключительные преимущества и недостатки, о которых следует помнить, прежде чем выбирать линейный регулятор для своего следующего проекта:

Импульсные регуляторы напряжения

Импульсные регуляторы идеальны, когда у вас большая разница между входным и выходным напряжением.По сравнению с линейными регуляторами напряжения переключение выигрывает в эффективности преобразования мощности. Тем не менее, вся эта дополнительная эффективность также увеличивает сложность схемы.

Вы обнаружите, что переключающие регуляторы имеют совершенно иную внутреннюю схему, используя управляемый переключатель для регулирования напряжения. Вот почему он называется регулятором переключения.

Как работает регулятор переключения? Вместо того, чтобы постоянно сопротивляться входному напряжению и посылать его на землю в качестве поглотителя, переключающие регуляторы вместо этого сохраняют, а затем доставляют заряд небольшими частями к выходному напряжению на основе обратной связи.Подавая выходное напряжение обратно в коммутатор, регулятор получает постоянную проверку того, нужно ли ему увеличивать или уменьшать синхронизацию порций напряжения для вывода.

Импульсные регуляторы становятся немного сложнее. (Источник изображения)

Импульсный регулятор поддерживает уровень своего заряда с помощью транзистора, который включается, когда для его накопления требуется больше энергии, и выключается, когда он находится на требуемом выходном напряжении. Это помогает обеспечить гораздо более энергоэффективный метод управления уровнями выходного напряжения с помощью подобной дамбе системы, которая не просто сопротивляется потоку входного напряжения, но вместо этого реагирует на изменения напряжения и включает / выключает, как необходимо.

Есть некоторые недостатки этого процесса включения / выключения. Чем быстрее переключается ваш импульсный регулятор, тем больше времени он будет тратить на переход из проводящего в непроводящее состояние, что приводит к общему снижению эффективности преобразования. Вы также получите намного больше шума в вашей цепи с помощью переключающего регулятора, чем с линейным стабилизатором напряжения.

Однако, в отличие от линейных регуляторов напряжения, переключающие регуляторы намного более разнообразны в своих доступных приложениях.Эти регуляторы не просто понижают или повышают ваше напряжение, но также могут инвертировать его. Вот три метода, которыми известны переключающие регуляторы напряжения:

Повышение (повышение)

Этот метод обеспечивает более высокое регулируемое выходное напряжение путем повышения входного напряжения.

Эта схема повышает напряжение на входе 5 В до 12 В. (Источник изображения)

Bucking (Step-Down)

Этот метод создает более низкое регулируемое выходное напряжение на основе переменного входного напряжения, аналогично тому, как работает линейный регулятор.

Эта схема понижает входа 8-40 В до 5 В на его выходе. (Источник изображения)

Повышение / раскрутка (инвертор)

Этот метод является своего рода гибридом, предоставляя разработчику возможность повышать, понижать или инвертировать выходное напряжение по мере необходимости.

В целом, если вы работаете со сложной конструкцией, в которой важна эффективность преобразования мощности, а различия между входным и выходным напряжениями велики, то переключающие регуляторы — это то, что нужно.Вот некоторые заключительные преимущества и недостатки, о которых следует помнить, прежде чем выбирать этот регулятор для своего следующего проекта:

, оставаясь простым — стабилитрон

Многим разработчикам, возможно, не придется сталкиваться со сложностью линейных или импульсных стабилизаторов напряжения. В этих ситуациях мы можем положиться на еще более простое решение для регулирования напряжения с помощью стабилитрона. Один только этот компонент может в некоторых случаях обеспечить все необходимое регулирование напряжения, не требуя каких-либо специальных частей.

Стабилитрон выполняет свою работу, подавая все избыточное напряжение выше порогового значения на землю.Однако вся эта простота имеет ограниченные возможности, и вы обычно используете стабилитроны только в качестве регуляторов напряжения для приложений с очень низким энергопотреблением.

Какой регулятор вам нужен?

Все конструкции уникальны, и нет ни одного универсального регулятора, который бы удовлетворял потребности каждого инженера. Скорее, вы захотите оценить каждый новый проект в индивидуальном порядке и задать себе следующие вопросы:

• Требует ли ваше проектное решение низкий уровень шума на выходе и низкие электромагнитные помехи? Если так, то линейных регуляторов — путь.
• Требует ли ваша конструкция максимально быстрого реагирования на входные и выходные помехи? Линейные регуляторы снова выигрывают.
• Есть ли у вашего дизайна строгие ограничения по стоимости, и вам нужно учитывать каждый доллар? Линейные регуляторы — это экономичный выбор.
• Ваш проект работает на уровне мощности выше нескольких ватт? В этой ситуации переключающих регуляторов дешевле, поскольку они не требуют радиатора.
• Требует ли ваша конструкция высокой эффективности преобразования энергии? Импульсные регуляторы — это путь, обеспечивающий эффективность на уровне 85% и более для повышающих и понижающих применений.
• Ваше устройство работает исключительно от источника постоянного тока, и вам нужно увеличить выходное напряжение? Переключающие регуляторы справятся с этим.

Все еще не уверены, какого риэлтора выбрать? Вот некоторые другие детали, которые следует рассмотреть в разделе Как выбрать лучший регулятор напряжения для моей схемы? от силовой электроники.

Регуляторы, Mount Up

Какое бы устройство вы ни проектировали, ему потребуется серьезная защита от колебаний напряжения.Регуляторы напряжения — это идеальный инструмент для этой задачи, способный обеспечить стабильное выходное напряжение, чтобы обеспечить правильную работу схемы. Какой регулятор напряжения вам нужен, в конечном счете, зависит от требований вашей конструкции. Работа с маломощными и недорогими приложениями, где преобразование энергоэффективности не является проблемой? Линейные регуляторы могут быть способом пойти. Или, может быть, вы работаете над более сложным проектом, требующим напряжения, которые можно увеличивать или уменьшать по мере необходимости. Рассмотрите возможность переключения регуляторов, если это так.Какой бы регулятор вы ни выбрали, вы будете защищать свою цепь от опасностей этих напряжений в дикой природе.

Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE включает в себя множество бесплатных библиотек стабилизаторов напряжения, готовых для использования в вашем следующем проекте? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

Как выбрать эталон напряжения

Почему ссылки на напряжение?

Это аналоговый мир. Все электронные устройства должны каким-то образом взаимодействовать с «реальным» миром, будь то автомобиль, микроволновая печь или мобильный телефон. Для этого электроника должна иметь возможность отображать измерения в реальном мире (скорость, давление, длина, температура) в измеряемую величину в мире электроники (напряжение). Конечно, чтобы измерить напряжение, вам нужен стандарт для измерения.Этот стандарт является эталоном напряжения. Вопрос для любого дизайнера системы не нуждается ли он опорное напряжение, а, какой из них?

Напряжение просто, что-цепь или элемент цепи, что обеспечивает известный потенциал для тех пор, пока схема требует его. Это могут быть минуты, часы или годы. Если для продукта требуется информация о мире, такая как напряжение или ток батареи, энергопотребление, размер или характеристики сигнала или идентификация неисправности, соответствующий сигнал должен сравниваться со стандартом.Каждый компаратор, АЦП, ЦАП, или схема обнаружения должна быть опорным напряжением для того, чтобы выполнить свою работу (рисунок 1). Сравнивая интересующий сигнал с известным значением, можно точно определить любой сигнал.

Рисунок 1. Типичное использование опорного напряжения для АЦП

Справочные характеристики

ссылок напряжения во многих формах и предлагают различные функции, но в конце концов, точности и стабильности являются наиболее важными функциями опорного напряжения,, поскольку основные целью ссылки является предоставление известного выходного напряжения.Отклонение от этого известного значения является ошибкой. Спецификации эталона напряжения обычно предсказывают неопределенность эталона при определенных условиях, используя следующие определения.

Начальная точность

Дисперсия выходного напряжения, измеренная при данной температуре, обычно 25 ° C. Хотя начальное выходное напряжение может варьироваться от единицы к единице, если оно постоянное для данной единицы, его можно легко откалибровать.

Температурный дрейф

Эта спецификация является наиболее широко используется для оценки опорного напряжения производительности, как это показано изменение выходного напряжения при изменении температуры. Температурный дрейф вызван несовершенствами и нелинейностями в элементах схемы и часто является нелинейным в результате.

Для многих частей температурный дрейф, TC, указанный в ppm / ° C, является основным источником ошибок. Для деталей с постоянным смещением возможна калибровка. Распространенным заблуждением относительно температурного дрейфа является то, что оно является линейным.Это приводит к предположениям, таким как «деталь будет дрейфовать в меньшем количестве в меньшем температурном диапазоне». Часто верно обратное. TC обычно указывается с помощью «метода коробки», чтобы дать представление о вероятной ошибке во всем диапазоне рабочих температур. Это расчетное значение, основанное только на минимальных и максимальных значениях напряжения, и не учитывает температуры, при которых возникают эти экстремумы.

Для эталонов напряжения, которые являются очень линейными в указанном температурном диапазоне, или для тех, которые не были тщательно настроены, ошибка наихудшего случая может считаться пропорциональной температурному диапазону.Это связано с тем, что максимальное и минимальное выходное напряжение очень вероятно можно найти при максимальной и минимальной рабочих температурах. Однако для очень тщательно настроенных эталонов, часто определяемых по их очень низкому температурному дрейфу, нелинейный характер эталона может доминировать.

Например, задание, определенное как 100ppm / ° C, имеет тенденцию казаться довольно линейным в любом температурном диапазоне, поскольку дрейф из-за несовпадения компонентов полностью скрывает внутреннюю нелинейность. Напротив, температурный дрейф эталона, заданного как 5ppm / ° C, будет зависеть от нелинейностей.

Это можно легко увидеть в зависимости выходного напряжения от температуры на рисунке 2. Обратите внимание, что представлены две возможные температурные характеристики. Некомпенсированная запрещенная зона появляется в виде параболы с минимумами при экстремальных температурах и максимумами в середине. Температурно-компенсированная запрещенная зона, такая как LT1019, показанная здесь, выглядит как S-образная кривая с наибольшим наклоном вблизи центра температурного диапазона. В последнем случае нелинейность усугубляется, так что совокупная неопределенность по температуре уменьшается.

Рисунок 2. Характеристики эталонной температуры напряжения

Лучшее использование спецификации температурного дрейфа — это расчет максимальной суммарной погрешности в указанном температурном диапазоне. Как правило, нецелесообразно рассчитывать погрешности в неуказанных диапазонах температур, если только характеристики температурного дрейфа не поняты.

Долгосрочная стабильность

Это мера тенденции опорного напряжения меняется с течением времени, независимо от других переменных.Начальные сдвиги в значительной степени вызваны изменениями механического напряжения, обычно из-за разницы в скоростях расширения свинцовой рамы, матрицы и состава пресс-формы. Этот стрессовый эффект имеет тенденцию иметь большое начальное смещение, которое быстро уменьшается со временем. Начальный дрейф также включает в себя изменения электрических характеристик элементов схемы, в том числе установление характеристик устройства на атомном уровне. Долгосрочные сдвиги вызваны электрическими изменениями в элементах схемы, которые часто называют «старением».«Этот дрейф имеет тенденцию происходить с пониженной скоростью по сравнению с первоначальным дрейфом и дополнительно уменьшаться со временем. Поэтому его часто определяют как дрейф / √kHr. Опоры напряжения имеют тенденцию стареть быстрее при более высоких температурах.

Тепловой гистерезис

Эта часто пропускаемая спецификация также может быть основным источником ошибок. Он является механическим по своей природе и является результатом изменения напряжения в фильере из-за термоциклирования. Гистерезис можно наблюдать как изменение выходного напряжения при заданной температуре после большого температурного цикла.Он не зависит от температурного коэффициента и временного дрейфа и снижает эффективность начальной калибровки напряжения.

Большинство эталонов имеют тенденцию варьироваться вокруг номинального выходного напряжения во время последующих температурных циклов, поэтому термический гистерезис обычно ограничивается предсказуемым максимальным значением. Каждый производитель имеет свой собственный метод для указания этого параметра, поэтому типичные значения могут вводить в заблуждение. Данные о распределении, представленные в технических паспортах, таких как LT1790 и LTC6652, гораздо полезнее при оценке ошибки выходного напряжения.

Прочие технические характеристики

Дополнительные технические характеристики, которые могут быть важны, в зависимости от требований к применению, включают:

• Voltage Noise
• Линейное регулирование / PSRR
• Регулировка нагрузки
• Выходное напряжение
• Диапазон поставок
• Ток Питания

Типы ссылок

Два основных типа опорного напряжения являются шунта и серии. В таблице 2 приведен список серий линейных технологий и опорных напряжений шунта.

Шунт Ссылки

Шунтирующий эталон представляет собой 2-контактный тип, обычно предназначенный для работы в определенном диапазоне токов.Хотя большинство шунтов относятся к типу запрещенной зоны и имеют различное напряжение, их можно продумать и так же просто использовать, как и стабилитрон.

Наиболее распространенная цепь связывает одну клемму задания с землей, а другую — с резистором. Оставшаяся клемма резистора затем подключается к источнику питания. По сути, это трехконтактная схема. Общая клемма задания / резистора является выходом. Резистор должен быть выбран таким образом, чтобы минимальный и максимальный токи через задание находились в указанном диапазоне во всем диапазоне питания и диапазоне тока нагрузки.Эти ссылки довольно легко конструировать при условии, что напряжение питания и ток нагрузки не сильно различаются. Если один или оба могут существенно измениться, тогда резистор должен быть выбран, чтобы учесть это отклонение, часто вынуждая схему рассеивать значительно больше энергии, чем требуется для номинального случая. В этом смысле он может функционировать как усилитель класса А.

Преимущества шунтирующих ссылок включают простую конструкцию, небольшие пакеты и хорошую стабильность в широком диапазоне токов и нагрузок.Кроме того, они легко проектируются как отрицательные опорные напряжения и могут использоваться с очень высокими напряжениями питания, поскольку внешний резистор удерживает большую часть потенциала, или очень низкими источниками питания, поскольку выходной сигнал может быть всего на несколько милливольт ниже поставка. Linear Technology предлагает шунтирующие продукты, включая LT1004, LT1009, LT1389, LT1634, LM399 и LTZ1000. Типичная шунтирующая схема показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Шунт

Серия Ссылки

— это три (или более) оконечных устройства.Они больше похожи на регуляторы с низким уровнем отсева (LDO), поэтому они имеют много одинаковых преимуществ. В частности, они потребляют относительно фиксированную величину тока питания в широком диапазоне напряжений питания и проводят ток нагрузки только тогда, когда этого требует нагрузка. Это делает их идеальными для цепей с большими изменениями напряжения питания или тока нагрузки. Они особенно полезны в цепях с очень большими токами нагрузки, поскольку между опорным источником и источником питания отсутствует последовательный резистор.

, доступные от Linear Technology, включают в себя LT1460, LT1790, LT1461, LT1021, LT1236, LT1027, LTC6652, LT6660 и многие другие.Такие продукты, как LT1021 и LT1019, могут работать как в качестве шунта, так и в качестве эталонного напряжения. Последовательная эталонная схема показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Серия

Опорные цепи

Существует много способов создания эталонной интегральной схемы напряжения. У каждого есть свои преимущества и недостатки.

Ссылка на стабилитроны

Эталон типа захороненного стабилитрона — это относительно простая конструкция. Стабилитрон (или лавинный) диод имеет предсказуемое обратное напряжение, которое является довольно постоянным по температуре и очень постоянным по времени.Эти диоды часто имеют очень низкий уровень шума и очень стабильны во времени, если их удерживать в небольшом температурном диапазоне, что делает их полезными в приложениях, где изменения эталонного напряжения должны быть как можно меньше.

Эту стабильность можно объяснить относительно небольшим количеством компонентов и площадью кристалла по сравнению с другими типами опорных цепей, а также тщательной конструкцией элемента Зенера. Тем не менее, относительно высокие отклонения в начальном напряжении и температурном дрейфе распространены.Дополнительная схема может быть добавлена ​​для компенсации этих недостатков или для обеспечения диапазона выходных напряжений. Как в шунтовых, так и в серийных образцах используются стабилитроны.

Устройства, такие как LT1021, LT1236 и LT1027, используют внутренние источники тока и усилители для регулирования напряжения Зенера и тока для повышения стабильности, а также для обеспечения различных выходных напряжений, таких как 5В, 7В и 10В. Эта дополнительная схема делает стабилитрон более совместимым с широким спектром применения, но требует некоторого дополнительного запаса питания и может вызвать дополнительную ошибку.

В качестве альтернативы, LM399 и LTZ1000 используют внутренние нагревательные элементы и дополнительные транзисторы для стабилизации температурного дрейфа стабилитрона, обеспечивая наилучшее сочетание температурной и временной стабильности. Кроме того, эти продукты на основе Zener имеют чрезвычайно низкий уровень шума, обеспечивая наилучшую производительность. LTZ1000 обладает температурным дрейфом 0,05 ppm / ° C, долговременной стабильностью 2 мкВ / √кч и шумом 1,2 мкВ _P-P . Чтобы дать некоторую перспективу, в лабораторном приборе, общая неопределенность в опорном напряжении в LTZ1000 в связи с шумом и температурой будет только около 1.7ppm плюс фракция 1ppm в месяц из-за старения.

Bandgap References

Несмотря на то, что стабилитроны можно использовать для создания эталонов очень высокой производительности, им не хватает гибкости. В частности, они требуют напряжения питания выше 7 В и предлагают относительно небольшое выходное напряжение. Напротив, эталоны с запрещенной зоной могут создавать широкий спектр выходных напряжений с небольшим запасом питания — часто менее 100 мВ. Контрольные значения запрещенной зоны могут быть разработаны для обеспечения очень точных начальных выходных напряжений и низкотемпературного дрейфа, что устраняет необходимость в длительной калибровке при применении.

Работа с запрещенной зоной основана на базовой характеристике транзисторов с биполярным переходом. На рисунке 5 показана упрощенная версия схемы LT1004, базовая запрещенная зона. Можно показать, что несоответствующая пара транзисторов с биполярным переходом имеет разницу в V _BE , которая пропорциональна температуре. Эта разница может быть использована для создания тока, который растет линейно с температурой. Когда этот ток пропускается через резистор и транзистор, изменение температуры напряжения базового эмиттера транзистора отменяет изменение напряжения на резисторе, если он имеет правильный размер.Хотя это подавление не является полностью линейным, оно может быть компенсировано дополнительными схемами для получения очень низкого температурного дрейфа.

Рисунок 5. Схема запрещенной зоны рассчитана на теоретически нулевой температурный коэффициент.

Математика позади основного зонного опорного напряжения интересен тем, что он сочетает в себе известные температурные коэффициенты с уникальными соотношением резисторов для получения опорного напряжения с теоретически нулевой температурный дрейф. На рисунке 5 показаны два транзистора, масштабированные таким образом, что площадь эмиттера Q10 в 10 раз больше, чем у Q11, в то время как Q12 и Q13 поддерживают токи своих коллекторов одинаковыми.Это создает известное напряжение между базами двух транзисторов:

, где k — постоянная Больцмана в Дж / Кельвин (1,38 × 10 ^-23 ), T — температура в Кельвинах (273 + T (° C)) и q — заряд электрона в кулонах (1,6×10 ^{— 19} ). При 25 ° C kT / q имеет значение 25,7 мВ с положительным температурным коэффициентом 86 мкВ / ° C. ΔV _BE — это напряжение, умноженное на ln (10) или 2,3, при напряжении 25 ° C, равном приблизительно 60 мВ, при температуре 0,2 мВ / ° C.

Применение этого напряжения к резистору 50 кОм, подключенному между основаниями, создает ток, который пропорционален температуре.Этот ток смещает диод Q14 с напряжением 25 ° C 575 мВ с температурным коэффициентом -2,2 мВ / ° C. Резисторы используются для создания падения напряжения с положительным tempcos, которые добавляются к напряжению В14 диода, создав тем самый потенциал опорного напряжения приблизительно 1.235V с теоретически 0mV ° / коэффициентом температурного С. Эти падения напряжения показаны на рисунке 5. Баланс цепи обеспечивает токи смещения и выходной привод.

производит широкий спектр эталонов с запрещенной зоной, включая LT1460, небольшой и недорогой прецизионный эталонный ряд, LT1389, шунтирующий эталон сверхнизкой мощности, и LT1461 и LTC6652, которые являются очень высокоточными эталонами с низким дрейфом.Доступные выходные напряжения: 1,2 В, 1,25 В, 2,048 В, 2,5 В, 3,0 В, 3,3 В, 4,096 В, 4,5 В, 5 В и 10 В. Эти опорные напряжения могут подаваться в широком диапазоне источников питания и условий нагрузки с минимальными затратами напряжения и тока. Продукты могут быть очень точными, как с LT1461, LT1019, LTC6652 и LT1790; очень маленький, как у LT1790 и LT1460 (SOT23) или LT6660 в корпусе DFN 2 × 2 мм; или очень низкое энергопотребление, такое как LT1389, для которого требуется только 800 нА. В то время как эталоны Зенера часто имеют лучшую производительность с точки зрения шума и долгосрочной стабильности, новые эталоны с запрещенной зоной, такие как LTC6652, с пиковым шумом 2 промилле (0.1 Гц до 10 Гц) сокращают разрыв.

Дробная ссылка запрещенной зоны

Это ссылки, основанные на температурных характеристиках биполярных транзисторов, но с выходными напряжениями, которые могут составлять всего несколько милливольт. Они полезны для цепей с очень низким напряжением, особенно в компараторах, где пороговое значение должно быть меньше, чем обычное напряжение запрещенной зоны (приблизительно 1,2 В).

На рисунке 6 показана схема ядра от LM10, которая объединяет элементы, которые пропорциональны и обратно пропорциональны температуре, аналогично нормальному эталону запрещенной зоны, чтобы получить постоянный эталон 200 мВ.Дробная запрещенная зона обычно использует ΔV _BE для генерации тока, который пропорционален температуре, и V _BE для генерации тока, который обратно пропорционален. Они объединены в соответствующем соотношении в резисторном элементе для генерации температурно-инвариантного напряжения. Размер резистора может варьироваться для изменения опорного напряжения, не влияя на температурную характеристику. Это отличается от традиционной схемы запрещенной зоны в том, что дробная схема запрещенной зоны объединяет токи, в то время как традиционные схемы имеют тенденцию объединять напряжения, обычно напряжение базового эмиттера и I • R с противоположным TC.

Рисунок 6. Опорная цепь 200 мВ

Дробные запрещенные зоны, такие как схема LM10, также частично основаны на вычитании. LT6650 имеет ссылку 400mV этого типа, в сочетании с усилителем. Это позволяет опорное напряжение, чтобы быть изменено путем изменения коэффициента усиления усилителя, и дает буферизованный вывод. Любое выходное напряжение от 0,4 В до нескольких милливольт ниже напряжения питания может быть создано с помощью этой простой схемы. В более интегрированном решении, то LT6700 (рисунок 7) и LT6703 сочетают ссылку 400mV с компараторами, и могут быть использован в качестве мониторов напряжения или оконных компараторов.Справочник 400mV позволяет осуществлять мониторинг малых входных сигналов, что снижает сложность схем монитора и позволяет осуществлять мониторинг элементов схемы, работающие на очень низкие поставках, а также. Для больших порогов можно добавить простой резисторный делитель (рисунок 8). Каждый из этих продуктов доступен в небольшом корпусе (SOT23), потребляет мало энергии (менее 10 мкА) и работает в широком диапазоне напряжений (от 1,4 до 18 В). Кроме того, LT6700 доступен в упаковке DFN 2 мм × 3 мм, а LT6703 доступен в упаковке DFN 2 мм × 2 мм.

Рисунок 7. LT6700 позволяет сравнивать с пороговыми значениями до 400 мВ.

Рисунок 8. Более высокие пороги устанавливаются путем деления входного напряжения.

Выбор ссылки

Итак, теперь, со всеми этими опциями, как выбрать правильную ссылку для своего приложения? Вот несколько советов, которые могут сузить диапазон вариантов:

• Напряжение питания очень высокое? Выберите шунт.
• Напряжение питания или ток нагрузки широко варьируются? Выберите серию.
• Требуется высокая энергоэффективность? Выберите серию.
• Оцените свой реальный температурный диапазон. Линейная технология обеспечивает гарантированные характеристики и работу в различных температурных диапазонах, включая от 0 ° C до 70 ° C, от -40 ° C до 85 ° C и от -40 ° C до 125 ° C.
• Будьте реалистичны в отношении требуемой точности. Важно понимать точность, требуемую приложением. Это поможет определить критические характеристики.Учитывая это требование, умножьте температурный дрейф на указанный температурный диапазон. Добавьте начальную погрешность, термический гистерезис и длительный дрейф в течение предполагаемого срока службы продукта. Удалите все термины, которые будут откалиброваны на заводе или периодически перекалиброваны. Это дает представление о полной точности. Для наиболее требовательных применений также могут быть добавлены шум, ошибки регулирования линии и нагрузки. Например, эталон с погрешностью начальной точности 0,1% (1000 ppm), дрейфом температуры 25 ppm / ° C выше –40 ° C до 85 ° C, тепловым гистерезисом 200 ppm, пиковым шумом 2 ppm и дрейфом времени 50 ppm / √kHr будет иметь общую неопределенность более 4300ppm на момент построения схемы.Эта неопределенность увеличивается на 50 частей на миллион в первые 1000 часов работы схемы. Начальная точность может быть откалибрована, уменьшив ошибку до 3300ppm + 50ppm • √ (t / 1000hours).
• Каков реальный диапазон поставок? Какое максимальное ожидаемое напряжение питания? Будут ли возникать неисправности, такие как разряд батареи или скачки индуктивного питания в режиме горячей замены, которые должна выдерживать эталонная ИС? Это может значительно сократить количество жизнеспособных вариантов.
• Сколько энергии может потреблять эталон? Ссылки обычно делятся на несколько категорий: более 1 мА, ~ 500 мкА, <300 мкА, <50 мкА, <10 мкА, <1 мкА.
• Сколько тока нагрузки? Будет ли нагрузка потреблять значительный ток или производить ток, который должен опускаться эталон? Многие ссылки могут обеспечить только небольшие токи для нагрузки, и лишь немногие могут потреблять существенный ток. Спецификация регулирования нагрузки является хорошим руководством.
• Сколько у вас места? Список литературы представлен в широком ассортименте, включая металлические банки, пластиковые пакеты (DIP, SOIC, SOT) и очень маленькие упаковки, в том числе LT6660 в DFN размером 2 × 2 мм.Широко распространено мнение, что ссылки на большие размеры упаковки имеют меньшую ошибку из-за механического напряжения, чем меньшие упаковки. Хотя это правда, что некоторые ссылки могут дать лучшую производительность в больших пакетах, есть свидетельства того, что разница в производительности не имеет непосредственного отношения к размеру пакета. Более вероятно, что поскольку меньшие кубики используются для продуктов, предлагаемых в меньших упаковках, должны быть достигнуты некоторые компромиссы производительности, чтобы соответствовать схеме на кристалле. Как правило, метод установки пакета имеет более существенное различие в производительности, чем фактический пакет — тщательное внимание к методам и местам монтажа может максимизировать производительность.Кроме того, устройства с меньшими размерами следов могут демонстрировать меньшую нагрузку при изгибе печатной платы по сравнению с устройствами с более высокими размерами следов. Это подробно обсуждается в примечании по применению AN82 «Понимание и применение ссылок на напряжение», доступном в Linear Technology.

Заключение

Linear Technology предлагает широкий спектр эталонных продуктов напряжения. К ним относятся как серии, так и шунты, разработанные с использованием стабилитронов, запрещенных зон и других типов. Справочные материалы доступны в нескольких классах производительности и температуры и почти во всех возможных типах упаковки.Продукция варьируется от высочайшей точности до небольших и недорогих альтернатив. Благодаря обширному арсеналу эталонных продуктов напряжения, эталонные напряжения Linear Technology отвечают потребностям практически любого применения.

См. Также примечание по применению Linear Technology AN82 «Понимание и применение ссылок на напряжение», доступное для загрузки здесь.

Понимание того, как работает регулятор напряжения

Регулятор напряжения генерирует фиксированное выходное напряжение заданной величины, которое остается постоянным независимо от изменений его входного напряжения или условий нагрузки. Существует два типа регуляторов напряжения: линейный и импульсный.

Линейный регулятор использует активное (BJT или MOSFET) проходное устройство (последовательное или шунтирующее), управляемое дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Он сравнивает выходное напряжение с точным опорным напряжением и регулирует проходное устройство для поддержания постоянного выходного напряжения.

Импульсный регулятор преобразует входное напряжение постоянного тока в коммутируемое напряжение, подаваемое на силовой переключатель MOSFET или BJT. Отфильтрованное выходное напряжение выключателя питания подается обратно в цепь, которая управляет временем включения и выключения питания, так что выходное напряжение остается постоянным независимо от изменений входного напряжения или тока нагрузки.

Каковы некоторые из топологий импульсного регулятора?

Существует три распространенные топологии: доллар (понижение), повышение (повышение) и усиление (повышение / понижение).Другие топологии включают топологии обратного хода, SEPIC, Cuk, двухтактный, прямой, полумостовой и полумостовой.

Как частота переключения влияет на конструкцию регулятора?

Более высокие частоты переключения означают, что регулятор напряжения может использовать меньшие катушки индуктивности и конденсаторы. Это также означает более высокие потери на переключение и больший шум в цепи.

Какие потери возникают при переключении регулятора?

Потери происходят в результате питания, необходимого для включения и выключения MOSFET, которые связаны с драйвером затвора MOSFET.Кроме того, потери мощности MOSFET возникают из-за того, что для переключения из состояния проводимости в состояние непроводимости требуется определенное время. Потери также связаны с энергией, необходимой для зарядки и разрядки емкости затвора MOSFET между пороговым напряжением и напряжением затвора.

Каковы обычные применения для линейных и импульсных регуляторов?

Рассеиваемая мощность линейного регулятора прямо пропорциональна его выходному току для данного входного и выходного напряжения, поэтому типичные КПД могут быть 50% или даже ниже.Используя оптимальные компоненты, импульсный регулятор может достичь эффективности в диапазоне 90%. Однако выходной шум от линейного регулятора намного ниже, чем у импульсного регулятора с такими же требованиями к выходному напряжению и току. Как правило, импульсный регулятор может управлять более высокими токовыми нагрузками, чем линейный регулятор.

Как переключающий регулятор управляет своим выходом?

Импульсные регуляторы требуют средства для изменения их выходного напряжения в ответ на изменения входного и выходного напряжения.Один из подходов заключается в использовании ШИМ, который управляет входом соответствующего выключателя питания, который контролирует время его включения и выключения (рабочий цикл). Во время работы отфильтрованное выходное напряжение регулятора подается обратно в ШИМ-контроллер для управления рабочим циклом. Если фильтруемый выход имеет тенденцию изменяться, обратная связь, применяемая к ШИМ-контроллеру, изменяет рабочий цикл для поддержания постоянного выходного напряжения.

Какие технические характеристики важны для ИС регулятора напряжения?

Среди основных параметров: входное напряжение, выходное напряжение и выходной ток.В зависимости от применения могут быть важны другие параметры, такие как пульсация выходного напряжения, переходная характеристика нагрузки, выходной шум и эффективность. Важными параметрами для линейного регулятора являются падение напряжения, PSRR (коэффициент подавления питания) и выходной шум.

Ссылки

Загрузить Средства проектирования управления питанием

ADIsimPower ™ Средство разработки регулятора напряжения

,

Основы электроники: регулятор напряжения

Построение регулятора напряжения

Теория фона

: Как работает регулятор напряжения?

Название говорит само за себя: регулятор напряжения. Аккумулятор в вашем автомобиле, который заряжается от генератора, розетка в вашем доме, которая обеспечивает все необходимое электричество, сотовый телефон , который вы, вероятно, держите под рукой каждую минуту дня, когда все они требуют определенного напряжения для того, чтобы функция. Колеблющиеся выходы, которые скачут от ± 2 В, могут привести к неэффективной работе и даже к повреждению ваших зарядных устройств.Существует множество причин, по которым могут возникать колебания напряжения: состояние энергосистемы, выключение и включение других приборов, время суток, факторы окружающей среды и т. Д. В связи с необходимостью постоянного, постоянного напряжения, введите регулятор напряжения.

Регулятор напряжения — это интегральная схема (ИС), которая обеспечивает постоянное фиксированное выходное напряжение независимо от изменения нагрузки или входного напряжения. Это может быть сделано разными способами в зависимости от топологии схемы внутри, но с целью сохранения базовости этого проекта мы сосредоточимся в основном на линейном регуляторе.Линейный регулятор напряжения работает путем автоматической регулировки сопротивления через контур обратной связи, учитывая изменения как нагрузки, так и входа, сохраняя постоянным выходное напряжение.

ИС регулятора напряжения в упаковке ТО-220
Переключающие регуляторы, с другой стороны, такие как понижающий (понижающий), повышающий (повышающий) и понижающий повышающий (повышающий / понижающий), требуют еще нескольких компонентов, а также повышенной сложности как различные компоненты будут влиять на результат. Импульсные регуляторы намного более эффективны с точки зрения преобразования мощности, где эффективность играет большую роль, но линейные регуляторы работают очень хорошо в качестве регуляторов напряжения в низковольтных приложениях.

В зависимости от применения, регулятор напряжения может также нуждаться в большей фокусировке, улучшая другие параметры, такие как выходное пульсационное напряжение, переходная характеристика нагрузки, падение напряжения и выходной шум. Такие приложения, как аудиопроекты, более чувствительны к шуму и помехам, поэтому потребуется дополнительная фильтрация, особенно в переключающих регуляторах, где пульсации на выходе могут быть значительными. Большую часть информации, включая схемы, можно найти в техническом описании интегральной схемы регулятора напряжения, с которой вы работаете, в разделе «Замечания по применению».

Указание по применению регулятора 7805T
Afrotechmods также имеет информативное видео о работе с популярным стабилизатором напряжения LM317T для получения регулируемого выхода.

Проект

Набор регуляторов напряжения макета — отличный набор для пайки для любого новичка. Он выдает чистый 5 В постоянного тока с максимальным выходным током 500 мА. Он может принимать входное напряжение в диапазоне 6-18 В пост. Тока и имеет контакты, идеально подходящие по размеру для размещения на любом стандартном макете с 0.Интервал 1 дюйм.

Комплект включает в себя:

(1) Печатная плата
(1) Выключатель питания
(1) Разъем питания постоянного тока 2,1 мм
(1) Электролитический конденсатор 10 мкФ
(1) Монолитный конденсатор 0,1 мкФ
(1) Резистор 1 кОм
(1) Красный источник питания индикаторный светодиод
(1) Штыревые разъемы
(1) Руководство пользователя

Вам понадобится:
• Паяльник
• Припой
• Резцы
• Блок питания для настенного адаптера 6-18 В (Mean Well GS06U-3PIJ)

Комплект регулятора напряжения Solarbotics 34020
Направления:

1.Резистор и конденсатор 0,1 мкФ:
Снимите ленту и согните провода резистора, затем вставьте ее в положение, обозначенное R1. Припой с другой стороны и отрежь лишние провода. Сделайте то же самое для конденсатора 0,1 мкФ в положение C2. Неважно, каким образом эти детали установлены — они не поляризованы .

2. Регулятор напряжения и штекерный разъем:
Припаяйте регулятор напряжения в положение V-REG. Убедитесь, что сторона табуляции совпадает с жирной линией на символе — назад не будет работать! Затем отрежьте лишние провода.Зафиксируйте домкрат в положении B1 и припаяйте его на место.

Шаг 1 Шаг 2
3. 10 мкФ конденсатор и индикатор питания:
Установите 10 мкФ электролитический конденсатор в положение C1. Позиционирование имеет решающее значение. Удостоверьтесь, что более длинный провод идет в подушку, отмеченную (+). Убедитесь, что он находится в правильном положении, убедившись, что полоса на стороне конденсатора находится ближе всего к метке PWR. Сделайте то же самое со светодиодом; Чем длиннее лидерство идет в круглую площадку.Вы можете убедиться, что светодиод находится в правильном положении, отметив маленькую выемку на светодиоде на стороне символа светодиода с линией (около квадратной площадки).

4. Штырьки выключателя питания и макета:
Выключатель питания просто устанавливается в положение PWR. Булавки макета немного сложнее — они идут на нижней стороне и их труднее удерживать во время пайки. Осторожно припаяйте их как можно более прямыми руками или, если вы уверены, вставьте длинную сторону штифтов в макет, чтобы они совпали с отверстиями в печатной плате, а затем впаяйте их, пока макет удерживает все на одной линии.

Шаг 3 Шаг 4
5. Настройка силовых шин:
ЭТО ВАЖНО. Если вы забудете это сделать, ваша доска не будет работать! Выберите, с какой стороны макета вы хотите установить вашу доску (в этом примере мы используем левую сторону). Обратите внимание на полярность направляющих «+» внизу и «-» вверху. Найдите, какой набор колодок на доске соответствует этому расположению, и положите шарик припоя на маленькие полумесяцы.

Если вы планируете изменить полярность питания на направляющих, вы можете установить номер детали SWT7 на контактные площадки между контактными площадками. Не кладите капли на колодки, если вы делаете это. Обратите внимание, что это не рекомендуемая модификация.

Подайте питание на плату любым источником питания постоянного тока 2,1 мм с номинальным напряжением 6-18 В — не превышайте максимальное значение 35 В постоянного тока! Регулятор мощности нагревается при питании свыше 12 В (это нормально). Если вы не хотите использовать его на макете, используйте контактные площадки с надписью «+ -» на конце, ближайшем к гнезду цилиндра, для регулируемой выходной мощности 5 В.

Шаг 5
SWT7 Установлен

Вопросы для обсуждения

1.Какое влияние окажут тепло и шум на выход цепи?
2. Как конденсаторы помогают отфильтровать проблемы помех?
3. Каковы некоторые преимущества и недостатки как линейных, так и импульсных регуляторов? ,

Стабилизатор напряжения как выбрать: Как выбрать стабилизатор напряжения (2018) | Стабилизаторы напряжения | Блог