Будову, принцип роботи імпульсного стабілізатора напруги

Для нормального функціонування побутової техніки потрібно стабільну напругу. Як правило, в мережі можуть відбуватися різні збої. Напруга від 220 В може відхилятися, і в пристрої відбуваються збої. У першу чергу під удар потрапляють лампи. Якщо розглядати побутову техніку в будинку, то можуть постраждати телевізори, аудіоапаратура та інші прилади, які працюють від електромережі.

У даній ситуації на допомогу людям приходить імпульсний стабілізатор напруги. Він повною мірою здатний впоратися зі стрибками, які виникають щодня. Багатьох при цьому хвилює питання про те, як з`являються перепади напруги, і з чим вони пов`язані. Залежать вони головним чином від завантаженості трансформатора. На сьогоднішній день кількість електроприладів в житлових будинках весь час збільшується. Як результат, потреби в електриці неодмінно ростуть.

Також слід враховувати, що до житлового будинку можуть бути прокладені кабелі, які вже давно застаріли. У свою чергу, квартирна проводка в більшості випадків не розрахована на великі навантаження. Щоб убезпечити свою техніку в будинку, слід більш докладно ознайомитися з пристроєм стабілізаторів напруги, а також принципом їх роботи.

Які функції виконує стабілізатор?

Головним чином імпульсний стабілізатор напруги служить контролером мережі. Всі скачки при цьому відслідковуються їм і усуваються. У результаті техніка отримує стабільну напругу. Електромагнітні перешкоди стабілізатором також враховуються, і на роботу пристроїв не здатні вплинути. Таким чином, мережа позбавляється від перевантажень, і випадки коротких замикань практично виключаються.

Пристрій простого стабілізатора

Якщо розглядати стандартний імпульсний стабілізатор струму напруги, то в ньому встановлюється тільки один транзистор. Як правило, їх використовують виключно комутуючого типу, оскільки на сьогоднішній день вони вважаються більш ефективними. У результаті коефіцієнт корисної дії пристрою можна сильно підняти.

Другим важливим елементом імпульсного стабілізатора напруги слід назвати діоди. У звичайній схемі їх можна зустріти не більше трьох одиниць. З`єднуються вони один з одним за допомогою дроселя. Для нормальної роботи транзисторів важливими є фільтри. Встановлюються вони на початку, а також кінці ланцюжка. При цьому блок регулювання відповідає за роботу конденсатора. Його невід`ємною частиною прийнято вважати резисторний дільник.

Як це працює?

Залежно від типу пристрою, принцип дії імпульсного стабілізатора напруги може відрізнятися. Розглядаючи стандартну модель, можна сказати, що спочатку струм подається на транзистор. На даному етапі відбувається його перетворення. Далі в роботу включаються діоди, в обов`язки яких входить передача сигналу на конденсатор. За допомогою фільтрів, електромагнітні перешкоди відсіваються. Конденсатор в цей момент згладжує коливання напруги і по дроселю струм через резистивний дільник знову повертається до транзисторів для перетворення.

Саморобні пристрої

Зробити імпульсний стабілізатор напруги своїми руками можна, але вони будуть мати малу потужність. При цьому резистори встановлюються найзвичайніші. Якщо використовувати в приладі більше одного транзистора, можна домогтися високого коефіцієнта корисної дії. Важливим завданням у цьому плані є установка фільтрів. Саме вони впливають на чутливість приладу. У свою чергу, габарити пристрою зовсім не важливі.

Стабілізатори з одним транзистором

Імпульсний стабілізатор постійної напруги даного типу здатний похвалитися коефіцієнтом корисної дії на рівні 80%. Як правило, він функціонують тільки в одному режимі і може справлятися тільки з малими перешкодами в мережі.

Зворотній зв`язок в даному випадку повністю відсутня. Транзистор в стандартній схемі імпульсного стабілізатора напруги функціонує без колектора. У результаті на конденсатор відразу подається велика напруга. Ще однією відмінною рисою приладів даного типу можна назвати слабкий сигнал. Вирішити цю проблему зможуть різні підсилювачі.

В результаті можна домогтися кращої працездатності транзисторів. Резистор пристрою в ланцюзі в обов`язковому порядку повинен знаходитися за дільником напруги. У даному випадку можна буде добитися більш якісної роботи пристрою. В якості регулювальника в ланцюзі імпульсний стабілізатор постійної напруги має блок контролю. Даний елемент здатний послаблювати, а також підвищувати потужність транзистора. Відбувається це явище за допомогою дроселів, які з`єднані з діодами в системі. Навантаження на регулятор контролюється через фільтри.

Стабілізатори напруги ключового типу

Такого роду імпульсний стабілізатор напруги 12В коефіцієнт корисної дії має на рівні 60%. Основною проблемою є те, що він не здатний справлятися з електромагнітними перешкодами. У даному випадку прилади з потужністю понад 10 Вт знаходяться в зоні ризику. Сучасні моделі даних стабілізаторів здатні похвалитися граничним напруженням в 12 В. Навантаження на резистори при цьому значно слабшає. Таким чином, на шляху до конденсатора напруга вдається повністю перетворити. Безпосередньо генерація частоти струму відбувається на виході. Знос конденсатора в даному випадку мінімальний.

Ще одна проблема связна з використанням простих конденсаторів. На ділі вони показали себе досить погано. Вся проблема полягає саме в високочастотних викидах, які відбуваються в мережі. Щоб вирішити це завдання, виробники почали встановлювати на імпульсний стабілізатор напруги (12 вольт) конденсатори електролітичного типу. У результаті якість роботи вдалося поліпшити за рахунок збільшення ємності пристрою.

Як працюють фільтри?

Принцип роботи стандартного фільтра побудований на генерації сигналу, який поступає на перетворювач. При цьому додатково задіюється пристрій порівняння. Для того щоб впоратися з великими коливаннями в мережі, фільтру необхідні блоки контролю. При цьому вихідна напруга можна буде згладити.

Щоб вирішити проблеми з дрібними коливаннями, у фільтрі є спеціальний різницевий елемент. З його допомогою напруження минає з граничною частотою не більше 5 Гц. В даному випадку це позитивно впливає на сигнал, який є на виході в системі.

Модифіковані моделі пристроїв

Максимальний струм навантаження у даного типу сприймається до 4 А. Вхідна напруга конденсатором здатне оброблятися до позначки не більше 15 В. Параметр вхідного струму у них зазвичай не перевищує 5 А. Пульсація в даному випадку допускається мінімальна з амплітудою в мережі не більше 50 мВ. Частоту при цьому можна підтримувати на рівні 4 Гц. Все це в кінцевому рахунку сприятливо відіб`ється на загальному коефіцієнті корисної дії.

Сучасні моделі стабілізаторів вищевказаного типу справляються з навантаженням в районі 3 А. Ще однією відмінною рисою даної модифікації можна назвати швидкий процес перетворення. Багато в чому це пов`язано з використанням потужних транзисторів, які працюють з наскрізним струмом. У результаті відкривається можливість стабілізувати вихідний сигнал. На виході додатково задіюється діод комутуючого типу. Встановлюється він в системі поблизу вузла напруги. Втрати при нагріванні значно зменшуються, і це є явною перевагою стабілізаторів даного типу.

Широтно-імпульсні моделі

Імпульсний регульований стабілізатор напруги даного типу коефіцієнт корисної дії має на рівні 80%. Номінальний струм він здатний витримати на рівні 2 А. Параметр вхідної напруги в середньому становить 15 В. Таким чином, пульсація вихідної струму досить низька. Відмінною особливістю даних приладів можна назвати здатність роботи в режимі замикання. В результаті є можливість витримувати навантаження до 4 А. В даному випадку короткі замикання відбуваються вкрай рідко.

З недоліків слід зазначити дроселі, яким доводиться справлятися з напругою від конденсаторів. У кінцевому рахунку це призводить до швидкого зносу резисторів. Щоб справитися з цією проблемою, вчені пропонують використовувати їх велика кількість. Конденсатори в мережі при цьому зобов`язані контролювати робочу частоту приладу. У такому випадку відкривається можливість виключити коливальний процес, в результаті якого ефективність стабілізатора різко знижується.

Опір в ланцюзі також має бути врахована. З цією метою вчені встановлюють спеціальні резистори. У свою чергу, діоди здатні допомогти з різкими переходами в ланцюзі. Режим стабілізації включається тільки при граничному струмі пристрою. Щоб вирішити проблему з транзисторами, деякі використовують механізми тепловідведення. У такому випадку розміри приладу значно збільшаться. Дроселі для системи слід використовувати багатоканальні. Провід з цією метою зазвичай беруть серії "ПЕВ". Поміщаються вони спочатку в магнітопрівод, який виготовлений чашкового типу. Додатково в ньому є такий елемент, як ферит. Між ними має в кінцевому рахунку утворитися зазор не більше 0.5 мм.

Стабілізатори для побутового використання найбільше підходять серії "ВД4". Струм навантаження вони здатні витримувати значний за рахунок пропорційного зміни опору. У цей час резистор буде справлятися з малим змінним струмом. Вхідна напруга устрою доцільно пропускати через фільтри серії ЛЗ.

Як стабілізатор справляється з малими пульсаціями?

У першу чергу імпульсний стабілізатор напруги 5В задіюється вузол запуску, який з`єднаний з конденсатором. Джерело опорної струму при цьому повинен посилати сигнал на пристрій порівняння. Щоб вирішити проблему з перетворенням, в роботу включається підсилювач постійного струму. Таким чином, можна відразу обчислити максимальну амплітуду викидів.

Далі через індуктивний накопичувач струм проходить до комутуючого діода. Щоб вхідна напруга було стабільним, є фільтр на виході. Гранична частота при цьому може значно змінюватися. Навантаження транзистором максимум здатна витримуватися до 14 кГц. Котушка індуктивності відповідає за напруга в обмотці. Завдяки фериту струм можна стабілізувати на первинному етапі.

Відмінність стабілізаторів підвищувального типу

Імпульсний підвищувальний стабілізатор напруги відрізняється потужними конденсаторами. Під час зворотного зв`язку вони приймають все навантаження на себе. У мережі при цьому повинна бути розташована гальванічна розв`язка. Відповідає вона тільки за підвищення граничної частоти в системі.

Додатково важливим елементом можна назвати затвор, який знаходиться за транзистором. Струм він отримує від джерела живлення. На виході процес перетворення відбувається від дроселя. На даному етапі в конденсаторі утворюється електромагнітне поле. У транзисторі, таким чином, виходить спирається напругу. Процес самоіндукції починається послідовно.

Діоди на цьому етапі не задіюються. Першим ділом дросель віддає напруга на конденсатор, і далі транзистор направляє його на фільтр і також знову на дросель. У результаті утворюється зворотній зв`язок. Відбувається вона до тих пір, поки не стабілізується напруга на блоці контролю. У цьому йому допоможуть встановлені діоди, які отримують сигнал від транзисторів, а також конденсатора стабілізатора.

Принцип дії инвертирующих приладів

Весь процес інвертування пов`язаний з активацією перетворювача. Імпульсний стабілізатор змінної напруги транзистори має закритого типу серії "ВТ". Ще одним елементом системи можна назвати резистор, який стежить за коливальним процесом. Безпосередньо індукція полягає в зниженні граничної частоти. На вході вона є на рівні 3 Гц. Після перетворювальних процесів транзистор посилає сигнал на конденсатор. У звичайно рахунку гранична частота здатна збільшитися вдвічі. Для того щоб скачки стали менш помітні, необхідний потужний перетворювач.

Опір в коливальному процесі також враховується. Даний параметр максимум допускається на рівні 10 Ом. В іншому випадку діоди на транзистор сигнал будуть не здатні передавати. Ще одна проблема криється в магнітних перешкодах, які є на виході. Для того щоб встановити безліч фільтрів, застосовують дроселі серії "НМ". Навантаження на транзистори безпосередньо залежить від завантаженості конденсатора. На виході задіюється магнітопрівод, який допомагає стабілізатору понизити опір до потрібної позначки.

Як влаштовані понижуючі стабілізатори?

Імпульсний понижуючий стабілізатор напруги зазвичай оснащується конденсаторами серії "КЛ". У цьому випадку вони здатні значно допомогти з внутрішнім опором пристрою. Джерела живлення при цьому сприймаються найрізноманітніші. У середньому параметр опору коливається в районі 2 Ом. За показником робочої частоти стежать резистори, які з`єднуються з блоком контролю, що посилає сигнал на перетворювач.

Частково навантаження при цьому йде за рахунок процесу самоіндукції. Виникає вона спочатку в конденсаторі. Завдяки процесу зворотного зв`язку гранична частота в деяких моделях здатна досягти 3 Гц. В даному випадку електромагнітне поле на електричний ланцюг ніякого впливу не робить.

Джерела живлення

Як правило, в мережі використовуються джерела живлення 220 В. У такому випадку від імпульсного стабілізатора напруги можна чекати високого коефіцієнта корисної дії. Для перетворення постійного струму враховується кількість транзисторів в системі. Мережеві трансформатори в джерелах живлення використовуються рідко. Багато в чому це пов`язано з великими стрибками. Однак замість них часто встановлюють випрямлячі. У джерелі живлення він має свою систему фільтрації, яка стабілізує максимальне напруження.

Навіщо встановлювати компенсатори?

Компенсатори в більшості випадків грають у стабілізаторі другорядну роль. Пов`язана вона з регулюванням імпульсів. Головним чином з цим справляються транзистори. Однак свої переваги біля компенсаторів все ж є. У даному випадку багато залежить від того, які прилади підключені до джерела живлення.

Якщо говорити про радіоустаткуванні, то тут необхідний особливий підхід. Пов`язаний він з різними коливаннями, які сприймаються таким приладом інакше. У цьому випадку компенсатори здатні допомогти транзисторам в стабілізації напруги. Встановлення додаткових фільтрів в ланцюзі, як правило, ситуацію не покращує. При цьому вони сильно впливають на коефіцієнт корисної дії.

Недоліки гальванічних розв`язок

Гальванічні розв`язки встановлюються для передачі сигналу між важливими елементами системи. Основною їх проблемою можна назвати невірну оцінку вхідної напруги. Відбувається це найчастіше із застарілими моделями стабілізаторів. Контролери в них не здатні швидко обробляти інформацію і підключати в роботу конденсатори. У результати діоди страждають в першу чергу. Якщо система фільтрації встановлюється за резисторами в електричному ланцюзі, то вони просто згорають.