Схемы стабилизаторов напряжения — разновидности и устройство

Схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Всем известно, что светодиодным лампочкам необходимо питание двенадцать вольт. В сети авто это значение может доходить до 15 В. Светодиодные элементы очень чувствительны, на них такие скачки отражаются отрицательно. Светодиодные лампы могут перегореть либо некачественно светить (мигать, терять яркость и т.д.).

Чтобы светодиоды служили дольше, в электросеть автомобиля включаются драйвера (резисторы). При нестабильности в сети устанавливаются устройства, которые поддерживают постоянное значение. Существует несколько простых микросхем, по которым можно сделать стабилизатор напряжения своими руками. Все компоненты, входящие в цепь, можно приобрести в специализированных магазинах. Обладая начальными знаниями по электротехнике сделать приборы будет несложно.

На КРЕНке

Для того, чтобы сконструировать простейший стабилизатор напряжения 12 вольт своими руками, понадобится микросхема с потреблением 12 В. В этом случае подойдет регулируемый стабилизатор напряжения 12 В LM317. Он может функционировать в электросети, где входной параметр составляет до 40 В. Чтобы прибор стабильно работал, необходимого обеспечивать охлаждение.

Крены для микросхем

Стабилизатор тока на LM317требует для работы небольшой ток до 8 мА, и данное значение обычно остается неизменным, даже при большом токе, протекающем через крен LM317, или при изменении входного значения. Это реализуется с помощью компоненты R3.

Можно применять элемент R2, но пределы при этом будут небольшими. При неизменном сопротивлении LM317 ток, идущий через прибор, будет также стабильным (автор видео — Создано в Гараже).

Входное значение для кренки LM317 может составлять до 8 мА и выше. Пользуясь этой микросхемой, можно придумать стабилизатор тока для ДХО. Это устройство может выступать нагрузкой в бортовой сети или источником электричества при подзарядке аккумуляторной батареи. Сделать простой стабилизатор напряжения LM317 не составляет труда.

На двух транзисторах

На сегодняшний момент пользуются популярностью стабилизирующие устройства для бортовой сети машины на 12 В, разработанные с использованием двух транзисторов. Данную микросхему используют как стабилизатор напряжения для ДХО.

Резистор R2 является токораздающим элементом. При возрастании тока в сети увеличивается напряжение. Если оно достигает значения от 0,5 до 0,6 В, открывается элемент VT1. Открытие компонента VT1 закрывает элемент VT2. В итоге, ток, проходящий через VT2, начинает снижаться. Можно вместе с VT2 применять полевой транзистор Мосфет.

Элемент VD1 включается в цепь, когда значения находится в пределах от 8 до 15 В и настолько велики, что транзистор может выйти из строя. При мощном транзисторе допустимы показания в бортовой сети около 20 В. Не стоит забывать о том, что транзистор Мосфет откроется, если показания на затворе будут 2 В.

На операционном усилителе (на ОУ)

Стабилизатор напряжения для светодиодов на основе ОУ собирается при необходимости создания устройства, которое будет работать в расширенном диапазоне. В рассматриваемом случае в качестве элемента, который будет задавать выпрямляемый ток, является R7. С помощью операционного усилителя DA2.2 можно увеличить уровень напряжения в токозадающем компоненте. Задачей компонента DA 2.1 является контроль опорного напряжения.

При создании схемы следует учесть, что она рассчитана на 3А, поэтому необходим больший ток, который должен поступать на разъем ХР2. Кроме того, следует обеспечивать работоспособность всех составляющих данного устройства.

Сделанный стабилизирующий прибор для автомобиля должен иметь генератор, роль которого выполняет REF198. Чтобы правильно настроить прибор, ползунок резистора R1 нужно установить в верхнее положение, а резистором R3 задавать необходимое значение выпрямленного тока 3А. Для погашения возможных возбуждений, используются элементы R,2 R4 и C2.

На микросхеме импульсного стабилизатора

Если выпрямитель для автомобиля должен обеспечивать высокий КПД в сети, целесообразно использовать импульсные компоненты, создавая импульсный стабилизатор напряжения. Популярной является схема МАХ771.

Схема выпрямителя с импульсным выпрямителем

Импульсный стабилизатор тока характеризуется выходной мощностью 15 Вт. Элементы R1 и R2 делят показатели схемы на выходе. Если делимое напряжение превышает по показателям опорное, выпрямитель автоматически уменьшает выходное значение. В противном случае устройство будет увеличивать выходной параметр.

Сборка данного устройства целесообразна, если уровень превышает 16 В. Компоненты R3 являются токовыми. Для устранения высокого падения нагрузки на данном резисторе в схему следует включить ОУ.

Регулируемый блок питания своими руками

Блок питания необходимая вещь для каждого радиолюбителя, потому, что для питания электронных самоделок нужен регулируемый источник питания со стабилизированным выходным напряжением от 1.2 до 30 вольт и силой тока до 10А, а также встроенной защитой от короткого замыкания. Схема изображенная на этом рисунке построена из минимального количества доступных и недорогих деталей.

Схема регулируемого блока питания на стабилизаторе LM317 с защитой от КЗ

Микросхема LM317 является регулируемым стабилизатором напряжения со встроенной защитой от короткого замыкания. Стабилизатор напряжения LM317 рассчитан на ток не более 1.5А, поэтому в схему добавлен мощный транзистор MJE13009 способный пропускать через себя реально большой ток до 10А, если верить даташиту максимум 12А. При вращении ручки переменного резистора Р1 на 5К изменяется напряжения на выходе блока питания.

Так же имеется два шунтирующих резистора R1 и R2 сопротивлением 200 Ом, через них микросхема определяет напряжение на выходе и сравнивает с напряжением на входе. Резистор R3 на 10К разряжает конденсатор С1 после отключения блока питания. Схема питается напряжением от 12 до 35 вольт. Сила тока будет зависеть от мощности трансформатора или импульсного источника питания.

А эту схему я нарисовал по просьбе начинающих радиолюбителей, которые собирают схемы навесным монтажом.

Схема регулируемого блока питания с защитой от КЗ на LM317

Сборку желательно выполнять на печатной плате, так будет красиво и аккуратно.

Печатная плата регулируемого блока питания на регуляторе напряжения LM317

Печатная плата сделана под импортные транзисторы, поэтому если надо поставить советский, транзистор придется развернуть и соединить проводами. Транзистор MJE13009 можно заменить на MJE13007 из советских КТ805, КТ808, КТ819 и другие транзисторы структуры n-p-n, все зависит от тока, который вам нужен. Силовые дорожки печатной платы желательно усилить припоем или тонкой медной проволокой. Стабилизатор напряжения LM317 и транзистор надо установить на радиатор с достаточной для охлаждения площадью, хороший вариант это, конечно радиатор от компьютерного процессора.

Желательно прикрутить туда и диодный мост. Не забудьте изолировать LM317 от радиатора пластиковой шайбой и тепло проводящей прокладкой, иначе произойдет большой бум. Диодный мост можно ставить практически любой на ток не менее 10А. Лично я поставил GBJ2510 на 25А с двойным запасом по мощности, будет в два раза холоднее и надёжнее.

А теперь самое интересное… Испытания блока питания на прочность.

Регулятор напряжения я подключил к источнику питания с напряжением 32 вольта и выходным током 10А. Без нагрузки падение напряжения на выходе регулятора всего 3В. Потом подключил две последовательно соединенные галогеновые лампы H4 55 Вт 12В, нити ламп соединил вместе для создания максимальной нагрузки в итоге получилось 220 Вт. Напряжение просело на 7В, номинальное напряжение источника питания было 32В. Сила тока потребляемая четырьмя нитями галогеновых ламп составила 9А.

Радиатор начал быстро нагреваться, через 5 минут температура поднялась до 65С°. Поэтому при снятии больших нагрузок рекомендую поставить вентилятор. Подключить его можно по этой схеме. Диодный мост и конденсатор можно не ставить, а подключить стабилизатор напряжения L7812CV напрямую к конденсатору С1 регулируемого блока питания.

Схема подключения вентилятора к блоку питания

Что будет с блоком питания при коротком замыкании?

При коротком замыкании напряжение на выходе регулятора снижается до 1 вольта, а сила тока равна силе тока источника питания в моем случае 10А. В таком состоянии при хорошем охлаждении блок может находится длительное время, после устранения короткого замыкания напряжение автоматически восстанавливается до заданного переменным резистором Р1 предела. Во время 10 минутных испытаний в режиме короткого замыкания ни одна деталь блока питания не пострадала.

Радиодетали для сборки регулируемого блока питания на LM317

• Стабилизатор напряжения LM317
• Диодный мост GBJ2501, 2502, 2504, 2506, 2508, 2510 и другие аналогичные рассчитанные на ток не менее 10А
• Конденсатор С1 4700mf 50V
• Резисторы R1, R2 200 Ом, R3 10K все резисторы мощностью 0.25 Вт
• Переменный резистор Р1 5К
• Транзистор MJE13007, MJE13009, КТ805, КТ808, КТ819 и другие структуры n-p-n

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать регулируемый блок питания своими руками

Простейший стабилизатор напряжения своими руками

Рассмотрим, каким образом можно изготовить самостоятельно стабилизатор на 220 вольт собственными руками, имея под рукой несколько простых деталей. Если в вашей электрической сети напряжение значительно снижено, то такой прибор подойдет вам как нельзя кстати. Чтобы его изготовить, понадобится готовый трансформатор, и несколько простых деталей. Лучше взять такой пример прибора себе на заметку, так как получается неплохое устройство, обладающее достаточной мощностью, например, для микроволновки.

Для холодильников и различных других бытовых устройств понижение напряжения сети очень вредно, больше чем повышение. Если поднять величину напряжения сети, применяя автотрансформатор, то во время уменьшения напряжения сети на выходе прибора напряжение будет нормальной величины. А если в сети напряжение станет в норме, то на выходе мы получим повышенное значение напряжения. Например, возьмем трансформатор на 24 В. При напряжении на линии 190 В на выходе устройства получится 210 В, при значении сети 220 В на выходе получится 244 В. Это вполне допустимо и нормально для работы бытовых устройств.

Для изготовления нам понадобится основная деталь – это простой трансформатор, но не электронный. Его можно найти готовый, либо изменить данные на уже имеющемся трансформаторе, например, от сломанного телевизора. Трансформатор будем соединять по схеме автотрансформатора. Напряжение на выходе будет получаться примерно на 11% выше напряжения сети.

При этом нужно соблюдать осторожность, так как во время значительного перепада напряжения в сети в большую сторону, на выходе устройства получится напряжение, которое значительно превышает допустимую величину. Автотрансформатор будет добавлять к напряжению линии сети всего 11%. Это значит, что мощность автотрансформатора берется также на 11% от мощности потребителя

Например, мощность микроволновки равна 700 Вт, значит трансформатор берем 80 Вт. Но лучше брать мощность с запасом

Это значит, что мощность автотрансформатора берется также на 11% от мощности потребителя. Например, мощность микроволновки равна 700 Вт, значит трансформатор берем 80 Вт. Но лучше брать мощность с запасом

Автотрансформатор будет добавлять к напряжению линии сети всего 11%. Это значит, что мощность автотрансформатора берется также на 11% от мощности потребителя. Например, мощность микроволновки равна 700 Вт, значит трансформатор берем 80 Вт. Но лучше брать мощность с запасом.

Регулятор SA1 дает возможность, если нужно, подсоединять нагрузку потребителя без автотрансформатора. Конечно, это не полноценный стабилизатор, но зато для его изготовления не требуется больших вложений и много времени.

Самодельный стабилизатор напряжения

Особенности регулировки

Речь о том или ином регуляторе 12 вольт имеет смысл вести только при указании дополнительных данных:

• постоянное или переменное напряжение надо регулировать;
• какова максимальная величина тока в нагрузке;
• величина разности потенциалов перед регулятором;
• параметры напряжения на нагрузке в диапазоне регулирования.

Каждый из перечисленных параметров связан с определенными техническими решениями, которые отражаются в схеме. Общая схема регулятора – это нагрузка, которая соединена с некоторым устройством. Оно условно обозначено прямоугольником на схеме, показанной далее. Внутри этого прямоугольника может быть та или иная схема, которая соответствует дополнительным данным, упомянутым выше. Простейшим регулятором является переменный резистор. Он позволяет без искажений регулировать переменное напряжение. Также такой резистор применим и при постоянном токе.

Схема с переменным резистором.

Элементарная схема регулятора

Схема с переменным резистором

Если разность потенциалов на входе значительно больше 12 вольт на выходе, в регуляторе будет теряться энергия. На переменном резисторе будет выделяться тепло. Чтобы избежать потерь тепла, на переменном токе надо применить переменную индуктивность, которой может стать ЛАТР. Его пропускная способность ограничивается, как и в переменном резисторе, конструкцией подвижного контакта. Но если допустимо переключение путем переставления между витками перемычки с надежными контактами, можно получать значительную силу тока.

Индуктивный регулятор

Другим способом регулирования своими руками переменного напряжения 12 вольт может быть изменение индуктивности регулятора. Для этого вручную изменяется либо зазор, либо число витков, специально предназначенных для этого. По такому принципу устроен регулируемый сварочный трансформатор, используемый для электропитания вольтовой дуги. Если регулятор напряжения 12 вольт не обладает свойствами стабилизатора и управляется своими руками, разность потенциалов на нагрузке необходимо контролировать вольтметром.

Переменный резистор и переменная индуктивность могут быть использованы и как регулятор тока. В этом случае необходимо контролировать ток в нагрузке амперметром. Если параметры напряжения на нагрузке не оговорены, за исключением его величины в 12 В, регулировать можно диммером. Это может быть мощный регулятор, поскольку он обычно выполнен на основе тиристора. А современные тиристоры выпускаются для очень широкого диапазона разности потенциалов и тока.

Как будет работать этот аппарат?

После включения в сеть накопителя узла с отложенной нагрузкой (С1) еще разряжен. Транзистор VT1 включается, а 2 и 3 – закрываются. Через последний впоследствии пойдет ток на светодиоды и оптронные симисторы. Но пока транзистор закрыт, диоды не дают сигнал, и симисторы еще закрыты: нагрузки нет. Но ток уже идет через первый резистор к накопителю, который начинает накапливать энергию.

Описанный выше процесс занимает 3 секунды, после чего срабатывает триггер Шмитта, основанный на транзисторах VT 1 и 2, после чего включается транзистор 3. Теперь можно считать нагрузку открытой.

Выходящее напряжение с третьей обвивки трансформатора на блоке питания выравнивается вторыми диодом и конденсатором. Затем ток направляет к R13, проходит по R14. На данный момент напряжение пропорционально вольтажу в сети. Затем ток подается компараторам не инвертирующим. Тут же на инвертирующие сравнивающие устройства входит уже выровненный ток, который подается на сопротивления от 15 до 23. Затем подключается контроллер, обрабатывающие входные сигналы на устройствах для сравнения.

Самодельный аппарат

А какую можно реализовать схему стабилизатора напряжения 220В своими руками? Самый простой вариант стабилизатора состоит из минимального количества комплектующих:

• трансформатор;
• конденсатор;
• диоды;
• резистор;
• провода (для соединения микросхем).

Используя простейшие навыки, собрать устройство не так сложно, как может показаться. Но при наличии старого сварочного аппарата все упрощается, поскольку он практически уже собран. Однако проблема в том, что не у каждого человека найдется такой сварочный аппарата, а поэтому лучше подыскать другой способ для самодельного устройства.

По этой причине рассмотрим, как можно изготовить некоторый аналог симисторного стабилизатора. Данный прибор будет рассчитан на входной рабочий диапазон 130-270 В, а на выход будет подаваться от 205 до 230 В. Большая разница входного тока это скорее плюс, а вот для выходного – это уже минус. Но для многих бытовых приборов эта разница допустима.

Что касается мощности, то схема тиристорного стабилизатора напряжения 220В, своими руками изготавливаемого, допускает подключение электроприборов до 6 кВт. Переключение нагрузки производится в течение 10 миллисекунд.

Выбор устройства по основным параметрам

Для того чтобы правильно выбрать устройство, необходимо ориентироваться на определённые показатели основных параметров. К таким показателям относятся:

• мощность;
• быстродействие;
• точность напряжения на выходе;
• разброс напряжения на входе.

Не стоит забывать при выборе стабилизатора о количестве фаз, предохранителей от перегрева и дисплея для контроля. Если нужно подключить один потребитель для стабилизации, к примеру, стиральную машину, то не стоит покупать дорогие модели, а лучше отдать преимущество маломощным устройствам.

Мощность прибора

При выборе устройства исходя из такого параметра стоит учитывать мощность всех потребителей, которые будут к нему подключаться. В первую очередь нужно узнать разницу между реактивной и активной нагрузкой.

Активная нагрузка не сохраняется и не накапливается, а сразу же поглощается и преобразовывается в тепло. Таким образом работает утюг, обыкновенная лампочка, электрические плиты и т. п. К примеру, если сумма мощности всех приборов 5 кВт, то такого же стабилизатора (желательно с небольшим запасом) будет достаточно для полноценной работы.

Реактивная нагрузка существенно отличается от предыдущей. Хорошим примером работы реактивной нагрузки будут электромоторы от холодильников, насосы и т. п.

Скорость срабатывания и выходное напряжение

Этот параметр отвечает за то, насколько быстро устройство среагирует на изменение входящего напряжения. Если сравнивать электронные и электромеханические устройства, то первые будут иметь значительные преимущества по этому параметру, поэтому они являются очень надёжными. Вариант стабилизатора напряжения 220 В для дома электронного типа является лучшим решением.

Точность выходного напряжения стабилизатора можно измерить в процентах. К примеру, если этот показатель равен 6%, то можно посчитать, что на выходе будет получаться около 207−233 вольт. Практически вся бытовая техника нетребовательна по этому показателю. В связи с этим она может нормально работать и при 8−9% точности выходного напряжения.

Диапазон входного тока

Такой параметр, как допустимый диапазон входного напряжения, считается самым важным. Как правило, в большинстве современных устройств этот диапазон варьируется от 190 до 240 вольт. Некоторые модели могут быть оборудованы электронными предохранителями. Они выключают устройство при максимально допустимом уровне напряжения. Такие комплектующие позволяют сохранить сам стабилизатор и все подключённые потребители от перегрузок и выхода их из строя.

В большинстве случаев все бытовые устройства работают на частоте 50 Гц с напряжением 220 вольт. Но если в доме установлена трёхфазная сеть, то и устройство для стабилизации напряжения должно быть соответствующим. Это уже не обычный стабилизатор в розетку. Как правило, конструкция имеет общий корпус, в котором установлены три стабилизатора с общими силовыми элементами. Также может применяться три отдельных стабилизатора на каждую фазу.

Кроме вышеуказанных параметров, домашние стабилизаторы напряжения могут иметь и другие дополнительные характеристики, на которые следует обращать внимание при выборе устройства. К таким параметрам можно отнести наличие дисплея для индикации параметров. Тажке большинство современных устройств имеют системы защиты от перегрузки и систему охлаждения, все необходимые предохранители и т

п

Тажке большинство современных устройств имеют системы защиты от перегрузки и систему охлаждения, все необходимые предохранители и т. п

Наличие системы охлаждения очень важно для электронных устройств, поскольку они чувствительны к перегреву

К таким параметрам можно отнести наличие дисплея для индикации параметров. Тажке большинство современных устройств имеют системы защиты от перегрузки и систему охлаждения, все необходимые предохранители и т. п

Наличие системы охлаждения очень важно для электронных устройств, поскольку они чувствительны к перегреву

Исходя из этого, при выборе стабилизатора нужно учитывать такие дополнительные параметры:

• быстродействие и точность работы;
• коэффициент трансформации;
• входное напряжение;
• мощность (реактивная и активная).

Пример стабилизации напряжения на LM317

Допустим надо подать на микросхему 12 вольт и отрегулировать его до 5. Исходя из формулы, приведенной выше, для того, чтобы LM317 выдал 5 вольт и выступал в роли регулятора напряжения, значение R₂ должно быть 720 Ом.

Соберите указанную выше схему. Затем с помощью мультиметра проверьте выходное напряжение, поместив его щупы на конденсатор емкостью 1 мкФ. Если схема собрана правильно, то на её выходе будет около 5 вольт.

Теперь замените резистор R₂ и установите на его место номинал со значением 1,5 кОм. Теперь на выходе должно быть около 10 В. Это преимущество этих миросхем. Вы можете настроить их на любое напряжение в пределах диапазона, указанного в его характеристиках.

Принцип работы

Соберем простой стабилизатор напряжения используя LM317 согласно схеме.

Подключим на вход V_in источник постоянного питания. Как уже было написано ранее, к этим контактам надо подать входное напряжение, которое микросхема затем понизит в зависимости от нагрузки. Оно должно быть больше, чем на выходе.

Допустим используя эту схему надо получить 5 В нагрузке. Следовательно, на вход V_in надо подать больше чем 5 вольт. Как правило, если микросхема LM317, не является регулятором с малым падением надо, чтобы входное напряжение примерно на 2 вольта было выше выходного. Поскольку мы хотим 5 вольт на выходе, мы подадим к регулятору 7 вольт.

Контакт Adj позволяет отрегулировать напряжение на выходе до уровня, который мы хотим.Рассчитаем, какое значение сопротивления R₂ даст на выходе устройства 5 вольт. Используя формулу для выходного напряжения можно узнать значение сопротивления R₂.

Так как сопротивление R₁ равно 240 Ом, а выходное напряжение равно 5 В, то R₂ согласно формуле будет равно 720 Ом.  Таким образом, при значении R₂ =720 Ом, LM317 будет выдавать 5 В, при подаче на её вход более 5 Вольт.

Драйвер тока

Драйвер тока (LED Driver) поддерживает ток и напряжение в цепи нагрузки в независимости от поданного на него постоянного питания. Известно, что светодиод является полупроводниковым прибором, который следует запитать током, указанным в характеристиках светодиода.

Используя схему стабилизации как показано в DataSheet  можно собрать на LM317 простую схему драйвера тока.

Для ее работы зная потребляемый светодиодом ток, необходимо подобрать сопротивление подстроечного резистора R₁. У маломощных светодиодов ток потребления составляет порядка 20 мА или 0,02 А. Для подбора необходимого сопротивления используют формулу, где I_out это ток на выходе микросхемы, необходимый для питания светодиодов.

Используя формулу, получаем значение номинала резистора с сопротивлением 62.5 Ома. Для избежания перегрева микросхемы подбирают необходимую мощности резистора по формуле.

Собрав схему и подав питание, получают простейший драйвер стабилизации тока для светодиодов.  Светодиод будет включаться, с требуемой яркостью, которая не будет зависеть от поданного постоянного питания на вход микросхемы.

Номинал необходимого резистора R₁, можно подобрать, используя обычный подстроечный проволочный резистор на сопротивление 0.5 кОм. Для этого сначала проверяют его сопротивление между среднем и любым из крайних выводов. С помощью мультиметра, вращая регулирующий стержень,  добиваемся значения сопротивления 500 Ом, чтобы не сжечь подключенный светодиод при включении.

Затем подключают в схему со светодиодом. Чтобывыбрать подходящий номинал резистора, после подачи питания изменяют сопротивление подстроечного резистора до требуемого тока светодиода.

Онлайн-калькулятор

Для расчета параметров радиоэлементов в схемах с LM317 в сети интернет существует множество онлайн-калькуляторов:

• для расчета резистора R2, при известном выходном напряжении и сопротивлении резистора R1;
• для вычисления напряжения на выходе стабилизатора, при известном сопротивлении двух резисторов (R1 и R2);
• для расчета сопротивления и мощности резистора, при известном значении силы тока на выходе микросхемы и др.