Конструктивные особенности и принцип работы стабилизаторов напряжения

Назначение и принцип работы

Что такое преобразователь напряжения. Так называют электронный прибор, изменяющий величину входного сигнала. Он может использоваться в качестве устройства, повышающего или понижающего его значение. Входное напряжение после преобразования может изменить как свою величину, так и частоту. Такие устройства, изменяющие постоянное напряжение (преобразовывающие его) в выходной сигнал переменного тока, получили название инверторов.

Преобразователи напряжения находят применение как в виде автономного устройства, питающего потребителей энергией переменного тока, так и могут входить в состав других изделий: систем и источников бесперебойного питания, устройств повышения постоянного напряжения до необходимой величины.

Инверторы представляют собой генераторы напряжения гармонических колебаний. Источнику постоянного тока с помощью специальной схемы управления создается режим периодического переключения полярности. В результате на выходных контактах устройства, к которым подключена нагрузка, формируется сигнал переменного напряжения. Его величину (амплитуду) и частоту определяют элементы схемы преобразователя.

Управляющее устройство (контроллер) задает частоту переключения источника и форму выходного сигнала, а его амплитуду определяют элементы выходного каскада схемы. Они рассчитаны на максимальную мощность, которую потребляет нагрузка в цепи переменного тока.

Контроллер используется и для регулирования величины выходного сигнала, которое достигается управлением длительностью импульсов (увеличение или уменьшение их ширины). Информация об изменениях величины выходного сигнала на нагрузке поступает в контроллер по цепи обратной связи, на основании которой в нем формируется управляющий сигнал на сохранение необходимых параметров. Этот метод называется ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) сигналов.

В схемах силовых выходных ключей преобразователя напряжения 12В могут использоваться мощные составные биполярные транзисторы, полупроводниковые тиристоры, полевые транзисторы. Схемы контроллеров выполняются на микросхемах, представляющих собой уже готовые к работе устройства с необходимыми функциями (микроконтроллеры), специально разработанных для таких преобразователей.

Схема управления обеспечивает последовательность работы ключей для обеспечения на выходе инвертора сигнала, необходимого для нормальной работы устройств потребителя. Кроме того, управляющая схема должна обеспечивать симметрию полуволн выходного напряжения

Это особенно важно для схем, в которых на выходе используются повышающие импульсные трансформаторы. Для них недопустимо появление постоянной составляющей напряжения, которая может появиться при нарушении симметрии. Существует много вариантов построения схем инверторов напряжения (ИН), но выделяют из них 3 основные:

Существует много вариантов построения схем инверторов напряжения (ИН), но выделяют из них 3 основные:

  • ИН бестрансформаторный мостовой;
  • трансформаторный ИН с нулевым проводом;
  • мостовая схема с трансформатором.

Каждая из них находит применение в своей области в зависимости от примененного в нем источника питания и требуемой выходной мощности для питания потребителей. В каждой из них должны быть предусмотрены элементы защиты и сигнализации.

Защита от понижения и повышения напряжения источника постоянного тока определяет диапазон работы инверторов «по входу». Защита от повышенного и пониженного выходного переменного напряжения необходима для нормальной работы оборудования потребителя. Диапазон срабатывания устанавливается в соответствии с требованиями используемой нагрузки. Эти виды защиты обратимые, то есть при восстановлении параметров оборудования до нормы работа может быть восстановлена.

При срабатывании защиты вследствие короткого замыкания в нагрузке или чрезмерного возрастания выходного тока перед тем, как продолжить эксплуатацию оборудования, необходим тщательный анализ причин этого события.

Преобразователь 12В является наиболее приемлемым для создания локальной электросети. Наличие большого количества автомобилей и аккумуляторных батарей 12В постоянного тока позволяет их использовать для обеспечения запросов пользователей. Такие сети можно создавать в самых различных местах, начиная от собственного авто. Они мобильны и не зависят от места стоянки.

Мощные аналоги LM317T — LM350 и LM338

Правда, это честно показано на диаграмме Ripple Rejection. Теперь — о самом неприятном, а именно о несоответствии реальных электрических характеристик заявленным.
Это типовая схема стабилизатора напряжения с выходным напряжением 12 В.
Рекомендации по применению защитных диодов для LM носят обще-теоретический характер и рассматривают ситуации, которых не бывает на практике. Самым эффективный способ, это собрать простой стенд используя макетную плату для проверки и запитать все от батарейки,. Для этого в управляющую цепь включаем цепочки из транзисторов и резисторов, как показано на рисунке ниже.
Микросхема LM в корпусе ТО способна стабильно работать при максимальном токе нагрузки до 1,5 ампер. А схемы и данные в его datasheet все те же … Итак, недостатки LM, как микросхемы и ошибки в рекомендациях по ее использованию.
Также легко сделать на этой микросхеме источник с несколькими фиксированными напряжениями, которые можно переключать программно, с помощью микроконтроллера. Конфигурация выводов Типовая схема включения LM Схема регулируемого блока питания на LM будет выглядеть так: Мощность трансформатора Вт, напряжение вторичной обмотки вольт. Следовательно, на вход Vin надо подать больше чем 5 вольт.

Технические характеристики:

Это максимальные значения, которые могут привести к повреждению устройства или повлиять на стабильность его работы. Что увеличивает уровень пульсаций на нагрузке с повышением частоты. А для LM она фактически означает степень собственной ущербности и показывает, как же хорошо LM борется с пульсациями, которые сама же берет с выхода и опять загоняет внутрь самой себя. Тогда схема нашего регулируемого двуполярного источника может выглядеть например так: Здесь дополнительные мощные транзисторы VT1 и VT2 позволяют увеличить выходной ток стабилизаторов. Кроме отечественной интегральной схемы КРЕН12, выпускаются более мощные импортные аналоги, выходные токи которых в раза больше.

Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. Схема стабилизатора тока на lm Плюс данного стабилизатора в том, что он является линейным и не вносит высокочастотные помехи, например как некоторые импульсные стабилизаторы. Стабилизация и защита схемы Емкость С2 и диод D1 не обязательны. Аналоги lm Иногда найти конкретно требуемую микросхему на рынке не удается возможным, тогда можно воспользоваться подобными ей. Поскольку мы хотим 5 вольт на выходе, мы подадим к регулятору 7 вольт.

Что довольно часто наблюдается при изготовлении мощного светильника на светодиодах. Можно упростить себе жизнь, если использовать микросхему LM — аналог микросхемы LM, но на отрицательное напряжение. Что увеличивает уровень пульсаций на нагрузке с повышением частоты. Схема стабилизатора тока на lm Плюс данного стабилизатора в том, что он является линейным и не вносит высокочастотные помехи, например как некоторые импульсные стабилизаторы. Поэтому вам даже не придется переделывать схему готового устройства с целью подгонки параметров регулятора напряжения или неизменяемого стабилизатора.
Блок питания на LM338T part 1

Увеличение тока потребления при работе с малыми входными напряжениями

Если схема питается от аккумулятора, то величина собственного потребления стабилизатора имеет большое значение. Нагрузка может находиться в активном состоянии в течение краткого интервала времени, а потом надолго переходить в режим ожидания, экономя энергию. В этом случае время автономной работы будет в значительной степени определяться собственным потреблением регулятора. Если это так, вы, скорее всего, выберете линейный регулятор с минимальным питающим током.

Теперь представьте, что ваша аккумуляторная батарея разряжена до такой степени, что разница между входным и выходным напряжением стабилизатора становится минимальной. При работе в таком режиме стабилизатор старается как можно сильнее открыть внутренний силовой транзистор, чтобы обеспечить минимальное падение напряжения, даже если выходной ток нагрузки очень мал. Проблема заключается в том, что «усиленное» открывание транзистора приведет к увеличению потребления схемы управления затвором (рисунок 2). В результате режим ожидания превращается в режим быстрой разрядки батареи.

Рис. 2. Увеличение тока потребления при работе с малыми входными напряжениями из-за роста потребления схемы управления затвором силового транзистора

Подобное увеличение тока при работе с малыми входными напряжениями – не редкость даже для самых лучших стабилизаторов. Двукратный рост потребления не является чем-то необычным, а некоторые регуляторы характеризуются увеличением потребления в 10 раз и более. Иногда информация об увеличении потребляемого тока при работе с малыми входными напряжениями приводится в документации в виде таблиц и графиков. Однако чаще всего эта информация отсутствует.

Если в конкретном приложении величина тока потребления имеет большое значение, следует выбирать стабилизатор, для которого в документации приведена подробная информация об этом параметре или самостоятельно измерять уровень тока, чтобы убедиться, что регулятор отвечает предъявляемым требованиям.

Модифицированные модели устройств

Максимальный ток нагрузки у данного типа воспринимается до 4 А. Входное напряжение конденсатором способно обрабатываться до отметки не более 15 В. Параметр входного тока у них обычно не превышает 5 А. Пульсация в данном случае допускается минимальная с амплитудой в сети не более 50 мВ. Частоту при этом можно поддерживать на уровне 4 Гц. Все это в конечном счете благоприятно отразится на общем коэффициенте полезного действия.

Современные модели стабилизаторов вышеуказанного типа справляются с нагрузкой в районе 3 А. Еще одной отличительной чертой данной модификации можно назвать быстрый процесс преобразования. Во многом это связано с использованием мощных транзисторов, которые работают со сквозным током. В результате открывается возможность стабилизировать выходной сигнал. На выходе дополнительно задействуется диод коммутирующего типа. Устанавливается он в системе вблизи узла напряжения. Потери при нагревании значительно уменьшаются, и это является явным преимуществом стабилизаторов данного типа.

Выбор для вас

Встраиваемая модель

На сегодняшний день светильники модели Армстронг 4х18 разделяются по способу монтажа на следующие типы:

встраиваемые. Такие лампы получили свое название из-за того, что монтируются в поверхность потолка, не выступая над ним. Встраиваемые модели активно используются в офисах, поэтому их еще называют «офисные светильники». Потолочные конструкции подвесного типа могут удерживать на себе большое количество подобного рода осветительных приборов;

накладные. Особенностью подобных ламп является то, что она может устанавливаться на любые типы потолка (обычный или подвесной). Также могут встречаться в офисах, но гораздо реже.

Помимо этого, Армстронг 4х18 может различаться в зависимости от осветительного элемента:

Светодиодный тип

  • светодиодный. Считается более современным вариантом. Такие лампы могут объединяться параллельно или последовательно, формируя линии. Им присущи все те преимущества, которые были описаны выше;
  • люминесцентный. Такие лампы имеют модульное строение. В стандартных светильниках обычно используется четыре лампы. Обязательным элементом изделия является наличие пускорегулирующей аппаратуры. Эта аппаратура может быть электронной или электромеханической. Но у последних имеется существенный недостаток, заключающийся в наличии стробоскопического (пульсирующего) эффекта. Он возникает в момент включения светильника и со временем приводит к утомлению глаз.

Офисные помещения сегодня зачастую оборудуются светодиодными моделями. Благодаря им с потолка идет хороший световой поток, абсолютно безвредный и приятный для глаз человека.
Как видим, наиболее популярными моделями для потолка в офисе являются встраиваемые светодиодные светильники типа Армстронг 4х18.

Расчёт простого стабилизатора тока

Необходимо рассчитать источник тока, обеспечивающий IС = 10 мА, напряжение источника питания ЕПИТ = 10 В.

  1. Выберем транзистор типа КТ315 со следующими параметрами: UCEmax = 30 В, ICmax = 100 mA, ICBO = 1 mkA, fh21e = 250 МГц, h21e = 20…90 (примем h21e = 50).
  2. Рассчитаем сопротивление эмиттера R3

    R3 = \frac{U_{E}}{I_{E}} = \frac{U_{B} — U_{BE}}{I_{E}}

    где UBE = 0,6 – 0,8 B,

    U_{B}=(0,3…0,5)*E_{PIT} = (0,3…0,5)*10 = 3…5 B

    Примем UB = 3 В, тогда

    R3 = \frac{3 — 0,7}{0,01} = 230 Om

  3. Расчитаем сопротивление резисторов R1 и R2.

    I_{R1R2} \ge (5…10)*I_{B} = \frac{(5..10)*I_{E}}{1 + h_{21e}} = \frac{(5..10)*0,01}{1 + 50} \approx 0,98…1,96 mA

    Примем IR1R2 = 1 мА

    R1 + R2 = \frac{E_{PIT}}{I_{R1R2}} = \frac{10}{0,001} = 10 kOm

    \frac{R2}{R1 + R2} = \frac{U_{B}}{E_{PIT}} = \frac{3}{10} = 0,3

    R2 = 10 * 0,3 = 3 kOm

    R1 = 10 — 3 = 7 kOm

    Примем R1 = 6,8 кОм, R2 = 3,3 кОм

LM317 и LM337. Особенности применения. | РадиоГазета

В радиолюбительской практике широкое применение находят микросхемы регулируемых стабилизаторов LM317 и LM337. Свою популярность они заслужили благодаря низкой стоимости, доступности, удобного для монтажа исполнению, хорошим параметрам. При минимальном наборе дополнительных деталей эти микросхемы позволяют построить стабилизированный блок питания с регулируемым выходным напряжением от 1,2 до 37 В при максимальном токе нагрузки до 1,5А.

Но! Часто бывает,  при неграмотном или неумелом подходе радиолюбителям не удаётся добиться качественной работы микросхем, получить заявленные производителем параметры. Некоторые умудряются вогнать микросхемы в генерацию.

Как получить от этих микросхем максимум и избежать типовых ошибок?

Об этом по-порядку:

Микросхема LM317 является регулируемым стабилизатором ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО напряжения, а микросхема LM337  – регулируемым стабилизатором ОТРИЦАТЕЛЬНОГО напряжения.

Обращаю особое внимание, что цоколёвки у этих микросхем различные!

Даташит производителя: datasheet LM317 (pdf-формат 1041 кб),  datasheet lm337 (pdf-формат 43кб).

Цоколёвка LM317 и LM337:

Типовая схема включения LM317

Увеличение по клику

Выходное напряжение схемы зависит от номинала резистора R1 и рассчитывается по формуле:

Uвых=1,25*(1+R1/R2)+Iadj*R1

где Iadj ток управляющего вывода. По даташиту составляет 100мкА, как показывает практика реальное значение 500 мкА.

Для микросхемы LM337 нужно изменить полярность выпрямителя, конденсаторов и выходного разъёма.

Но скудное даташитовское описание не раскрывает всех тонкостей применения данных микросхем.

Итак, что нужно знать радиолюбителю, чтобы получить от этих микросхем МАКСИМУМ!1. Чтобы получить максимальное подавление пульсаций входного напряжения необходимо:

  • Увеличить (в разумных пределах, но минимум до 1000 мкФ) емкость входного конденсатора C1. Максимально подавив пульсации на входе, мы получим минимум пульсаций на выходе.
  • Зашунтировать управляющий вывод микросхемы конденсатором на 10мкФ . Это увеличивает подавление пульсаций на 15-20дБ.  Установка емкости больше указанного значения ощутимого эффекта не даёт.

Схема примет вид:

Увеличение по клику

2. При выходном напряжении больше 25В в целях защиты микросхемы, для быстрого и безопасного разряда конденсаторов необходимо подключить защитные диоды:

увеличение по клику

Важно: для микросхем LM337 полярность включения диодов следует поменять!

3. Для защиты от высокочастотных помех электролитические конденсаторы в схеме необходимо зашунтировать плёночными конденсаторами небольшой ёмкости.

Получаем итоговый вариант схемы:

Увеличение по клику

4. Если посмотреть внутреннюю структуру микросхем, можно увидеть, что внутри в некоторых узлах применены стабилитроны на 6,3В. Так что нормальная работа микросхемы возможна при входном напряжении не ниже 8В!

Хотя в даташите и написано, что разница между входным и выходным напряжениями должна составлять минимум 2,5-3 В, как происходит стабилизация при входном напряжении менее 8В, остаётся только догадываться.

5

Особое внимание следует уделить монтажу микросхемы. Ниже приведена схема с учётом разводки проводников:

Увеличение по клику

Пояснения к схеме:

  1. длинна проводников (проводов) от входного конденсатора C1 до входа микросхемы (А-В) не должна превышать 5-7 см. Если по каким-то причинам конденсатор удалён от платы стабилизатора, в непосредственной близости от микросхемы рекомендуется установить конденсатор на 100 мкФ.
  2. для снижения влияния выходного тока на выходное напряжение (повышение стабильности по току) резистор R2 (точка D) необходимо подсоединять непосредственно к выходному выводу микросхемы или отдельной дорожкой/проводником ( участок C-D). Подсоединение резистора R2 (точка D) к нагрузке (точка Е) снижает стабильность выходного напряжения.
  3. проводники до выходного конденсатора (С-E) также не следует делать слишком длинными. Если нагрузка удалена от стабилизатора, то на стороне  нагрузки необходимо подключить байпасный конденсатор (электролит на 100-200 мкФ).
  4. так же с целью снижения влияния тока нагрузки на стабильность выходного напряжения «земляной» (общий) провод необходимо развести «звездой» от общего вывода входного конденсатора (точка F).

Выполнив эти нехитрые рекомендации, Вы получите стабильно работающее устройство, с теми параметрами, которые ожидались.

Удачного творчества!

Стабилизатор напряжения 12 Вольт

В ситуациях, когда использование полноценного блока питания на 12 Вольт бессмысленно, гораздо проще понизить основное напряжение схемы локально в какой-то её части, используется интегральный стабилизатор напряжения 12 Вольт. Такие стабилизаторы производятся на основе отечественной серии КР142ЕН или популярных микросхемах линейки 78ХХ.

Такие стабилизаторы обеспечены защитами по току и перегреву, что делает блоки питания с их использованием практически неуязвимыми. Данные свойства делают стабилизатор полезным для целого ряда электронных устройств:

  • бытовые электроприборы;
  • измерительная, лабораторная техника;
  • радиоэлектроника и пр.

Стабилизатор обладает такими характеристиками, как наличие внутренней системы терморегуляции, схемы защиты выходного транзистора, самозащита от импульсов коротких замыканий. Ток прибора на выходе равняется 1 А – 1,5 А, наибольшее значение напряжения 30 — 35 В.

Важные моменты

Используя интегральные стабилизаторы напряжения импортные, стоит учитывать некоторые особенности:

  • на вход и выход устройства следует подключать конденсатор с ёмкостью 47 — 220 нФ для предупреждения самовозбуждения;
  • при большой ёмкости подключенного на выход конденсатора и малом токе нагрузки между входом и выходом должен быть включен диод. Это обеспечит быстрое уменьшение выходного напряжения до значения входного;
  • для стабильной работы устройства значение входного напряжения должно быть выбрано выше выходного как минимум на 3В;
  • устройства линейки «law-drop», характеризующиеся небольшим перепадом напряжений от входа до выхода, для устойчивой стабилизации должны быть обеспечены входным напряжением, которое превышает выходное на 0,1 – 0,5 В.

Защита входа

Обычно в линейных регуляторах присутствует обратный диод, встроенный в силовой МОП-транзистор. Из-за этого диода выходное напряжение не может превышать входное напряжение больше, чем на 0,7 В. В большинстве случаев этот диод не влияет на работу стабилизатора, но есть два случая, когда он может создать проблемы.

Защита от обратного напряжения

Иногда возникают ситуации, когда на вход устройства подается напряжение питания обратной полярности, например, при использовании стандартных батареек. Хотя разъем для установки батареек в отсеке питания имеет особую формовку выводов и защищает от неправильного подключения, тем не менее, он не гарантирует полную защиту и допускает возможность ошибки с возникновением кратковременных обратных напряжений.

Защита от обратной полярности позволяет напряжению на входе быть меньше напряжения на выводе земли без существенного увеличения тока. Для этого необходимо отключить встроенный диод силового транзистора с помощью дополнительного последовательного ключа. У большинства регуляторов на входе есть диоды, защищающие от обратной полярности и электростатических разрядов (ESD). Их также необходимо исключить и использовать специализированную схему защиты (рисунок 6).

Рис. 6. Защита от обратного напряжения

Примером стабилизатора с защитой от обратной полярности является MAX1725, который способен выдерживать обратные напряжения до -12 В без значительного увеличения входного тока.

Защита от обратного тока

Очень часто защиту от обратного тока в линейных регуляторах путают с защитой от обратного напряжения. Хотя для ее реализации также требуется блокировка встроенного диода силового транзистора, тем не менее, механизм защиты имеет значительные отличия. На рисунке 7 показано как работает схема защиты от обратного тока.

Рис. 7. Защита от обратного тока

Рассмотрим случай, когда значительная емкостная нагрузка, например, аудиосистема со множеством развязывающих конденсаторов, питается от линейного регулятора. Предположим также, что линейный регулятор, в свою очередь, питается от мощного понижающего преобразователя. Кроме того, при выключении выход импульсного преобразователя замыкается на землю. Вполне ожидаемо, что при первом же выключении линейный регулятор выйдет из строя, так как конденсаторы нагрузки начнут одновременно разряжаться, и ток будет протекать через встроенный диод силового транзистора стабилизатора.

В линейных регуляторах с защитой от обратного тока эта проблема решена. В них внутренний диод отключается, если уровень входного напряжения падает ниже выходного. Если до этого стабилизатор находился в рабочем состоянии, то силовой транзистор отключится не сразу, и некоторое время ток будет течь в обратном направлении. Стоит отметить, что данная функция защищает от протекания тока от выхода ко входу, и не ограничивает входной ток при приложении входного напряжения обратной полярности.

Примером стабилизатора с защитой от обратного тока является MAX8902, который блокирует обратный разрядный ток выходных конденсаторов нагрузки, если вход закорочен на землю.

Запуск

Многие стабилизаторы имеют вход разрешения, с помощью которого можно включать и выключать регулятор при необходимости экономии энергии. Обычно в таких стабилизаторах есть также функция плавного запуска (Soft Start). Плавный запуск предотвращает перегрузку регулятора при включении. Данная функция может быть реализована двумя способами.

Плавный запуск с ограничением тока

Первый способ – плавный запуск с ограничением тока (Current Soft Start). В большинстве регуляторов существует ограничение выходного тока. Функция плавного запуска заключается в плавном или пошаговом увеличении тока ограничения при запуске (рисунок 1). При этом выходное напряжение будет плавно нарастать, так как ток заряда выходного конденсатора оказывается меньше, чем максимально допустимый нагрузочный ток стабилизатора. Преимущество данного подхода заключается в том, что входной ток регулятора будет плавно увеличиваться согласно заданному шаблону, и помехи от пускового тока нагрузки не будут передаваться на вход стабилизатора.

Рис. 1. Временные диаграммы режимов плавного запуска с ограничением тока и напряжения

Анализируя переходные процессы при включении стабилизатора, можно обнаружить, что на осциллограмме выходного напряжения есть точки перелома, в которых напряжение начинает уменьшаться. Рассмотрим эту особенность подробнее. После включения линейного регулятора происходит заряд выходного конденсатора и питание нагрузки. Если выходной ток превышает значение тока ограничения, напряжение на нагрузке падает ниже определенного уровня и происходит его возврат в состояние сброса. Далее цикл повторяется, и нагрузка то включается, то выключается. В конце концов, значение тока ограничения становится достаточно высоким, чтобы обеспечить необходимый ток, и схема начинает работать в штатном режиме.

Плавный запуск с ограничением напряжения

Второй способ – плавный запуск с ограничением напряжения (Voltage Soft Start). При таком подходе выходное напряжение увеличивается плавно и линейно, без каких-либо скачков при включении (рисунок 1). Подобное поведение также защищает нагрузку от повторных сбросов, так как напряжение пересекает пороговую точку сброса один раз.

В данном случае пусковой ток определяется выходной емкостью, скоростью нарастания выходного напряжения и током, потребляемым нагрузкой. Как правило, скорость нарастания выходного напряжения устанавливается на уровне, который обеспечивает пусковой ток в диапазоне 1…10% от максимального выходного тока (при использовании рекомендованного минимального выходного конденсатора). Установка пускового тока на уровне менее 10% позволяет использовать выходные конденсаторы большей емкости и компенсировать повышенный ток нагрузки. Недостатком системы запуска с ограничением напряжения является то, что входной ток зависит от нагрузки и не контролируется напрямую. А ее преимущество заключается в отсутствии множественных переходов нагрузки в состояние сброса.

На рисунке 1 представлено сравнение временных диаграмм режимов плавного запуска с ограничением тока и с ограничением напряжения.

Простой СН, сделанный своими руками

Параметрический стабилизатор напряжения

Стабилизатор напряжения 12 вольт для светодиодов, подсветок автомобильных бортовых систем быстро и удобно выполнять, используя для этого микросхемы: LM317, LD1084, L7812, КРЕН 8Б и им подобные устройства. Несколько диодов, сопротивление и сама микросхема – вот составляющие такого СН.

Стабилизатор на LM317

В зависимости от варианта изготовления корпуса LM317 подбирают расположение деталей на плате.

LM317 с креплением на теплоотвод

Изготовление стабилизатора сводится к следующему:

  • к выходу (Vout) припаивают сопротивление с номинальным значением 130 Ом;
  • к контакту входа (Vin) присоединяют провод, подающий напряжение для стабилизации;
  • регулировочный вход (Adj) подключают ко второму выводу резистора.

При подключении в качестве нагрузки светодиодных фонарей, лент и т.д. радиатор не требуется. Сборка занимает 15-20 минут при минимуме деталей. Используя несложную формулу, можно рассчитывать величину сопротивления R для получения определённой величины допустимого тока нагрузки.

Схема СН на LM317

Схема на микросхеме LD1084

Поддержанию напряжения 12 В неизменным для устройств светодиодной иллюминации, подключённой к бортовой сети автомобиля, поможет применение данной микросборки.

Даташит LD1084

Здесь для сборки самодельного СН в цепь обвязки микросхемы включаются:

  • два электролитических конденсатора по 10 мкФ * 25 В;
  • резисторы: 1 кОм (2 шт.), 120 Ом, 4,7 кОм (можно постоянный);
  • диодный мост RS407.

Устройство собирается следующим образом:

  • напряжение, снимаемое с диодного моста выпрямителя, подаётся на вход LD1084;
  • на контакт, управляющий режимом стабилизации (Adj), присоединяют эмиттер транзистора КТ818, база которого соединена через два одноколонных сопротивления с цепями питания света фар (ближнего и дальнего);
  • выходная цепь микросхемы соединена с резисторами R1 и R2, а также с конденсатором.

Кстати. Резистор R2 можно брать не переменный, а подстроечный, выставив с его помощью величину выходного напряжения 12 В.

СН для бортовой сети

Стабилизатор на диодах и сборке L7812

Подобная микросхема в связке с диодом и конденсаторами может снабжать светодиоды стабильным напряжением 12 В.

Схема построена по ниже изложенному принципу:

  • диод Шоттки 1N401 пропускает через себя ток от плюсовой клеммы аккумулятора и подаёт его на вход микросхемы. При этом «+» электролита (конденсатора на 330 мкФ) также соединён с катодом диода;
  • на выход L7812 присоединяют цепь нагрузки и «+» конденсатора ёмкостью 100 мкФ;
  • все минусовые клеммы (от аккумулятора и обоих электролитических конденсаторов) соединяются с управляющим входом микросхемы.

Электролитические конденсаторы подбирают на напряжение не ниже 25 В.

Схема стабилизатора 12 В на ИМС L7812

Самый простой стабилизатор – плата КРЕН

Схемы с использованием крен довольно популярны. Так называют ИМС, в маркировку которых входят сочетания букв КР и ЕН. Это мощные СН, позволяющие выдавать на нагрузку ток до 1,5 А. Они имеют на выходе стабильные 12 В при подаче на вход напряжения до 35 В.

Схема с использованием этой микросхемы собирается так:

  • напряжение с плюсовой клеммы АКБ (аккумуляторной батареи) на вход крен подаётся через диод 1N4007, он защищает цепь аккумулятора от обратных напряжений;
  • минусовая клемма АКБ соединяется с управляющим электродом КРЕН;
  • напряжение с выхода подаётся на нагрузку.

При необходимости микросхему прикручивают к радиатору.

КР142ЕН8Б, схема подключения

Сборка своими руками стабилизаторов напряжения на 12 В с использованием схем линейных и интегральных СН не составляет особого труда. При этом необходимо следить за температурой нагрева корпуса элементов и при Т0С выше допустимой устанавливать их на теплоотводы (радиаторы).

Линейные стабилизаторы напряжения

Стабилизация напряжения в современных электронных устройствах очень важный элемент. Цифровые схемы требуют стабильного и надежного питания.

Самая простая схема стабилизации напряжения, которую мы можем встретить на практике – это система на основе стабилитрона. Базовый режим работы стабилитрона показан на следующем рисунке:

Эта система использует эффект стабилитрона, который происходит во время пробоя p-n перехода при обратном смещении. Это приводит к протеканию тока, и весь избыток напряжения гасится на балластном резисторе. Величина падения напряжения определяется силой тока, протекающего через него.

Поэтому фиксированный тока через стабилитрон фиксирует падение напряжения на резисторе и тем самым стабилизируется выходное напряжение. Стабилитроны изготавливаются на различные напряжения в диапазоне от 1,5В до 200В.

Цифровой мультиметр AN8009

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS…

Подробнее

Но, часто для стабилизации напряжения на практике применяются специализированные микросхемы, которые можно разделить на две группы:

  • с возможностью регулировки напряжения — положительная полярность — отрицательная полярность
  • без возможности регулировки напряжения — положительная полярность — отрицательная полярность

Интегральные стабилизаторы напряжения имеют три основные характеристики:

  • выходное напряжение
  • максимальный ток
  • минимальное входное напряжение

На вход стабилизатора напряжения, необходимо подавать большее напряжение, чем то, которые должно быть на выходе.

В самых распространенных стабилизаторах разница между входным и выходным напряжением составляет около 2В. Но также существуют стабилизаторы LDO стабилизаторы, в которых эта разница намного ниже. Это напряжение часто обозначается как VDO

Среди популярных не регулируемых стабилизаторов можно отметить: 78xx – самый известный из всех стабилизаторов положительного напряжения. Выпускается в различных версиях на напряжения: 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24 вольт, VDO = 2В. 79xx – самый популярный из всех стабилизаторов отрицательного напряжения. Производятся в версиях на напряжения: 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24 вольт, VDO = 2В.

LM2940x – LDO стабилизатор положительного напряжения. На напряжение: 5, 8, 9, 10, 12, 15 вольт, VDO = 0,5В.

Среди регулируемых стабилизаторов напряжения наиболее известны: LM317 – диапазон выходных напряжений от 1,25 до 37 вольт, VDO = 3В. LM337 – диапазон выходных напряжений от -1,25 – 37 вольт, VDO = 5В.

Современные стабилизаторы напряжения имеют различного рода тепловую защиту и защиту по току, что обеспечивает безопасность работы и снижает шансы на «сгорание» схем.

Кроме линейных стабилизаторов существует также группа импульсных стабилизаторов. Отличаются они, безусловно, больший КПД (меньше энергии уходит на тепловые потери). Интересной особенностью является то, что они позволяют поднимать и снижать напряжения, что очень полезно во время питания микросхем от батареи.

Пример типовой схемы подключения

Для всех нерегулируемых однополярных стабилизаторов типовая схема одинакова:

С1 должен иметь ёмкость от 0,33 мкФ, С2 – от 0,1. В качестве С1 может быть использован фильтрующий конденсатор выпрямителя, если проводники от него до входа стабилизатора имеют длину не более 70 мм.

Двуполярный стабилизатор К142ЕН6 обычно включается так:

Для микросхем К142ЕН12 и ЕН18 напряжение на выходе устанавливается резисторами R1 и R2.

Для К142ЕН1(2) типовая схема включения выглядит сложнее:

Кроме типовых схем включения интегральные для стабилизаторов серии 142 существуют и другие варианты, позволяющие расширить область применения микросхем.