Feszültségszabályozó

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2018. március 2-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 29 szerkesztést igényelnek .

A feszültségszabályozó egy elektromechanikus [1] vagy elektromos ( elektronikus ) eszköz, amelynek bemeneti és kimeneti feszültsége van, és a kimeneti feszültség szűk határok között tartható, a bemeneti feszültség és a kimeneti terhelési áram jelentős változása mellett.

A stabilizált áramforrás ( eng. Power Condicioner ) olyan berendezés, amelyet arra használnak, hogy az elektromos energiát későbbi használatra alkalmas formává alakítsák. [2]

A kimeneti feszültség típusa szerint a stabilizátorokat egyenfeszültségű és váltakozó feszültségű stabilizátorokra osztják . A feszültség típusa a stabilizátor bemenetén és a kimenetén általában azonos (állandó vagy változó), de bizonyos típusú stabilizátoroknál eltérőek a típusok.

DC feszültség stabilizátorok

Lineáris stabilizátor

A lineáris feszültségszabályozó egy feszültségosztó , amelynek bemenetét bemeneti (instabil) feszültséggel látják el, a kimeneti (stabilizált) feszültséget pedig az osztó alsó karjáról veszik. A stabilizálást az egyik osztókar ellenállásának megváltoztatásával hajtják végre: az ellenállást folyamatosan fenntartják, hogy a stabilizátor kimenetén a feszültség a megállapított határokon belül legyen.

A bemeneti / kimeneti feszültségek nagy arányával a lineáris szabályozó alacsony hatásfokkal rendelkezik, mivel a bemeneti teljesítmény nagy része hő formájában disszipálódik a vezérlőelemen, a teljesítményveszteség a soros szabályozóban : $P_{L}$

P_{L}=(U_{in}-U_{out})\cdot I_{out},

hol van a stabilizátor bemeneti feszültsége,

U_{in}

U_{out}

- stabilizátor kimeneti feszültsége,

I_{out}

- a stabilizátor kimeneti árama.

Ezért az ilyen típusú és megnövelt teljesítményű stabilizátorokban lévő szabályozóelemnek jelentős teljesítményt kell elvezetnie, vagyis a kívánt területű radiátorra kell felszerelni.

A lineáris szabályozó előnye az egyszerűség, az interferencia hiánya és a kevés elektronikai alkatrész.

A változó ellenállású elem beépítésétől függően a lineáris stabilizátorok két típusra oszthatók:

Sorozat: A szabályozó elem sorba van kötve a terheléssel.
Párhuzamos : A szabályozó elem a terheléssel párhuzamosan van csatlakoztatva.

A stabilizációs módszertől függően:

Paraméteres : egy ilyen stabilizátorban az eszköz I–V karakterisztikáját alkalmazzák, ahol a készüléken átfolyó áramok széles tartományában kicsi az eszköz differenciálellenállása.
Kompenzáló : van visszajelzése . Ebben a stabilizátor kimenetén lévő feszültséget összehasonlítják a referencia feszültséggel, a köztük lévő különbségből vezérlőjelet képeznek a szabályozóelem számára.

Párhuzamos parametrikus stabilizátor félvezető zener-diódán

Ebben az áramkörben félvezető zener-dióda és gázkisüléses izzítókisülésű zener-dióda egyaránt használható .

Az ilyen stabilizátorokat az alacsony áramfelvételű áramkörök feszültségének stabilizálására használják, mivel a feszültség stabilizálása érdekében a zener-diódán átmenő áramnak többszörösen (3-10) nagyobbnak kell lennie, mint a stabilizátor áramfelvétele a csatlakoztatott terhelésben. . Általában egy ilyen lineáris szabályozó áramkört feszültségreferenciaként használnak bonyolultabb vezérlő szabályozó áramkörökben. $D1$ $R_{L}$

A bemeneti feszültség változása okozta kimenő feszültség instabilitásának csökkentése érdekében az ellenállás helyett az I–V szakaszban az üzemi áram tartományában egy kétkapocs, nagy differenciálellenállású eszköz szerepel , amely áramforrásként működik. . Ez az intézkedés azonban nem csökkenti a kimeneti feszültség instabilitását, amelyet a terhelési ellenállás változása okoz. $R_{V}$

Sorozat stabilizátor bipoláris tranzisztor

Ebben az áramkörben a szabályozó tranzisztor alján lévő feszültség megegyezik a zener dióda feszültségével, és a kimeneti feszültség a következő lesz: - a tranzisztor alapja és emittere közötti feszültség. Mivel ez kevéssé függ az emitter áramától, a stabilizátor kimeneti áramától, és kicsi (germánium tranzisztoroknál 0,4 V, szilícium tranzisztoroknál 0,6-0,65 V), a fenti áramkör stabilizálja a feszültséget. ${\displaystyle U_{z))$ $U_{out}=U_{z}-U_{be},\$ $U_{{be}}$ $U_{{be}}$

Valójában az áramkör a fentebb tárgyalt Zener dióda párhuzamos parametrikus stabilizátor , amely az emitter követő bemenetére van csatlakoztatva . Nem rendelkezik önszabályozó áramkörrel, amely szinte teljes kompenzációt biztosít a kimeneti feszültség változásai és a kimeneti áram változásai esetén.

A kimeneti feszültség kisebb, mint a zener-dióda stabilizáló feszültsége, olyan mértékben , ami kevéssé függ a tranzisztoron átfolyó áram mennyiségétől. Az áramerősségtől és a hőmérséklettől való bizonyos függés rontja a kimeneti feszültség stabilitását, összehasonlítva a zener-diódán lévő párhuzamos parametrikus stabilizátorral. $U_{{be}}$ $U_{{be}}$

Az emitterkövető itt egy áramerősítő, és lehetővé teszi a stabilizátor maximális kimeneti áramának növelését a zener-diódán lévő párhuzamos parametrikus stabilizátorral összehasonlítva a tranzisztor statikus áramátviteli tényezőjével közös kollektor módban . Mivel ez több tízszer nagyobb, mint 1, a parametrikus stabilizátorból vett kis áram egy tényezővel felerősödik. Ha egy ilyen áramerősítés nem elegendő egy adott kimeneti áram biztosításához, akkor kompozit tranzisztort használnak , például egy Darlington-párt. ${\displaystyle B_{st))$ ${\displaystyle B_{st))$ ${\displaystyle B_{st))$ ${\displaystyle B_{st))$

Nagyon alacsony terhelési áram mellett, több tíz mikroamper nagyságrendben, egy ilyen stabilizátor kimeneti feszültsége ( nyílt áramköri feszültség ) körülbelül 0,6 V-tal nő, mivel ilyen áramoknál közel nulla lesz. Egyes alkalmazásokban ez nem kívánatos, ekkor a stabilizátor kimenetére egy további terhelési ellenállást csatlakoztatnak, amely minden esetben a stabilizátor minimális terhelési áramát biztosítja néhány milliamperben. $U_{{be}}$

Sorozatkompenzációs szabályozó automatikus szabályozó áramkörrel

Az ilyen stabilizátorokban a kimeneti feszültséget összehasonlítják a referenciafeszültséggel, ezen feszültségek közötti különbséget a hibajel-erősítő erősíti, a hibajel-erősítő kimenete vezérli a szabályozóelemet.

Az ábrán látható diagram példaként látható. A potenciométerből és rögzített ellenállásokból álló rezisztív feszültségosztóból vett kimeneti feszültség egy részét összehasonlítjuk a parametrikus stabilizátor-zener dióda referenciafeszültségével . Ezen feszültségek közötti különbséget egy műveleti erősítőn (op amp) alapuló differenciálerősítő erősíti fel , melynek kimenete az emitter követő áramkörnek megfelelően megváltoztatja a rákapcsolt tranzisztor bázisáramát [3] . $U_{out}$ $R2$ $R1,\ R3$ ${\displaystyle U_{z))$ $D1$ $U1$

Ennek az áramkörnek van egy automatikus szabályozó hurok, egy negatív visszacsatoló hurok . Ha a kimeneti feszültség kisebb, mint a megadott érték, akkor a visszacsatoláson keresztül a szabályozó tranzisztor többet nyit, ha a kimeneti feszültség nagyobb, mint a megadott érték, akkor fordítva.

Az automatikus szabályozási hurok stabilitása érdekében a hurok fáziseltolásának közel 180°-nak kell lennie. Mivel a kimeneti feszültség egy része a műveleti erősítő invertáló bemenetére kerül , amely 180°-kal eltolja a fázist, és a vezérlőtranzisztor az emitter követő áramkör szerint van bekötve, amely nem tolja el a fázist alacsony frekvencián, ez biztosítja az autoregulációs áramkör stabilitása, mivel a hurok fáziseltolása közel 180°. $U_{out}$ $U1$

A referenciafeszültség a zener-diódán átfolyó áram nagyságától függ. A referenciafeszültség instabilitásának fő forrása a bemeneti feszültség változása, mivel ilyen változásokkal a zener-dióda árama megváltozik. Az áram stabilizálása érdekében a változtatások során néha áramforrást alkalmaznak az ellenállás helyett . $Us$ $U_{in}$ $R_{V}$

Ebben a stabilizátorban az op-amp egy nem invertáló erősítő séma szerint van csatlakoztatva (egy emitter követővel a kimeneti áram növelésére). A visszacsatoló áramkörben lévő ellenállások ellenállásának aránya határozza meg annak erősítését, amely meghatározza, hogy a kimeneti feszültség hányszor lesz nagyobb, mint a bemeneti feszültség (vagyis az op-amp nem invertáló bemenetére alkalmazott referenciafeszültség) . Mivel a nem invertáló erősítő erősítése mindig nagyobb egynél, ezért a referenciafeszültség értékét (zener-dióda stabilizáló feszültség) kisebbnek kell választani , mint , vagy a referenciafeszültséget eltávolítani a zener-diódára csatlakoztatott ellenállásosztóról. ${\displaystyle U_{z))$ $U_{out}$

Egy ilyen stabilizátor kimeneti feszültségének instabilitását szinte teljesen meghatározza a referenciafeszültség instabilitása, mivel a modern op-erősítők nagy, 10 5 ... 10 6 -ot elérő erősítése miatt a fennmaradó instabilitási források a a kimeneti feszültség kompenzálva van.

Egy ilyen stabilizátor paraméterei számos gyakorlati igényre alkalmasnak bizonyultak. Ezért közel fél évszázada gyártják őket, és ma már a legszélesebb körben alkalmazhatók, ilyen stabilizátorok integrált kialakításban: KR142EN5A , 7805 és még sokan mások. mások

Kapcsoló stabilizátor

A kapcsolási szabályozóban egy nem stabilizált külső forrásból származó feszültség egy energiatároló eszközre (általában egy kondenzátorra vagy induktorra ) jut elektromos kulcs által generált rövid impulzusok formájában. A kulcs zárt állapotában a hajtásban energia tárolódik, amely ezután a terhelésre kerül. A fojtó tárolóelemként való használata lehetővé teszi a stabilizátor kimeneti feszültségének a bemenethez viszonyított megváltoztatását transzformátorok használata nélkül: növelheti, csökkentheti vagy invertálja. A stabilizálás az impulzusok időtartamának és a közöttük lévő szünetek megfelelő szabályozásával történik, impulzusszélesség-moduláció , impulzus- frekvencia-moduláció vagy mindkettő kombinációja segítségével.

Az impulzusstabilizátor a lineárishoz képest lényegesen nagyobb hatásfokú, mivel a vezérlőelem kulcsos üzemmódban működik. A kapcsolási szabályozó hátrányai az impulzuszaj a kimeneti feszültségben és a relatív bonyolultság.

A lineáris szabályozótól eltérően a kapcsolószabályzó tetszőleges módon átalakíthatja a bemeneti feszültséget, a szabályozó áramkörétől és a gombjainak vezérlési módjától függően:

Buck Regulator: A kimeneti stabilizált feszültség mindig alacsonyabb, mint a bemeneti feszültség, és azonos polaritású.
Boost Regulator: A stabilizált kimeneti feszültség mindig nagyobb, mint a bemeneti feszültség, és azonos polaritással.
Leléptető stabilizátor: a kimeneti feszültség a kulcsvezérlési módtól függően lehet magasabb vagy alacsonyabb, mint a bemeneti feszültség, és azonos polaritással. Ilyen stabilizátort olyan esetekben használnak, amikor a bemeneti feszültség bármely irányban eltérhet a kimeneti feszültségtől.
Invertáló stabilizátor: a kimeneti stabilizált feszültség a bemenethez képest fordított polaritású, a bemeneti feszültség abszolút értéke tetszőleges lehet.
Univerzális – a fent felsorolt összes funkciót ellátja.

AC feszültség stabilizátorok

Két fő típusra oszlik

1) Egyfázisú feszültségszabályozók 220-230 V-hoz, kis kapacitású háztartási, irodai és ipari terhelésekhez.

2) Háromfázisú feszültségstabilizátorok 380-400 V-hoz, közepes és nagy teljesítményű ipari terhelésekhez.

Ferro-rezonáns stabilizátorok

A szovjet időkben a háztartási ferrorezonáns feszültségstabilizátorokat széles körben használták . Általában televíziók táplálására használták őket . Az első generációs tévék lineáris feszültségstabilizátorokkal ellátott hálózati tápegységeket használtak (és egyes TV-áramkörök, például az anódfeszültségű áramkörök és az izzószálas elektromos vákuumkészülékek nem stabilizált feszültséggel működtek), amelyek napi ingadozásokkal és éles feszültséglökésekkel, különösen vidéken területeken, ami a képminőség romlásához vezetett, és megkövetelte a hálózati feszültség előzetes stabilizálását.

A későbbi generációk tévéinek megjelenésével, például a 4UPITST és az USST kapcsolóüzemű tápegységgel , megszűnt a hálózati feszültség külső további stabilizálásának szükségessége.

A ferrorezonáns stabilizátor két fojtóból áll: egy telítetlen maggal (mágneses réssel) és egy telített maggal, valamint egy kondenzátorból. A telített tekercs jellemzője, hogy a rajta áthaladó feszültség keveset változik, amikor a rajta áthaladó áram változik, mivel ferromágneses magja periodikusan telítődik. A fojtótekercsek és kondenzátorok paramétereinek kiválasztásával biztosítható a feszültség stabilizálása, ha a bemeneti feszültség meglehetősen széles tartományon belül változik. Az ilyen stabilizátorok hátránya a hálózati feszültség frekvenciájára való érzékenység. A hálózati frekvencia enyhe eltérése jelentősen befolyásolja a ferrorezonáns stabilizátor kimeneti feszültségét.

Modern stabilizátorok

Jelenleg a stabilizátorok fő típusai a következők:

elektrodinamikus
egy vezérlőelem elektromechanikus szervomotorjával, például egy autotranszformátorral
ferrorezonáns
különböző típusú elektronikus
- lépcsős (elektronikus elektromos kulcsok, triac, tirisztor)
- lépésrelé (teljesítményrelé kulcsai)
- kompenzáció (elektronikus sima)
- kombinált (hibrid)

Az ipar számos modellt gyárt egyfázisú hálózat bemeneti feszültségével (220/230 V) és háromfázisú (380/400 V) változattal, amelyek kimeneti teljesítménye több watttól több megawatig terjed. A háromfázisú modellek két változatban állnak rendelkezésre: minden fázis független beállításával vagy a stabilizátor bemenetén a középfázisú feszültség beállításával.

A legyártott modellek a megengedett bemeneti feszültségtartományban is különböznek, ami például a következő lehet: ±15%, ±20%, ±25%, ±30%, ±50%, -25% / +15%, -35% /+15% vagy -45%/+15%. Minél szélesebb a tartomány (különösen a bemeneti feszültség csökkentésének irányában), annál nagyobb a stabilizátor mérete és annál magasabb a költsége azonos kimeneti teljesítmény mellett. Jelenleg vannak olyan feszültségstabilizátorok, amelyek alacsonyabb, 90 voltos bemeneti feszültséggel rendelkeznek.

A feszültségstabilizátor fontos jellemzője a sebesség - a zavarokra adott válasz sebessége. Minél nagyobb a fordulatszám, annál gyorsabban reagál a szabályozó a bemeneti feszültség változásaira. A sebességet úgy definiálják, mint az az idő, ameddig a szabályozó a kimeneti feszültséget egy volttal megváltoztatja. A különböző típusú stabilizátorok eltérő sebességgel rendelkeznek. -->

Fontos paraméter az AC hálózati feszültségstabilizátor kimeneti feszültségének stabilizálásának pontossága. A GOST 13109-97 szerint a kimeneti feszültség legnagyobb megengedett eltérése a névleges érték ± 10% -a. A modern feszültségstabilizátorok stabilizációs pontossága 0,5% és 8% között van.

A beépített inverteres és kapcsolóüzemű tápegységekkel rendelkező modern háztartási és ipari elektromos készülékek túlnyomó többségének megfelelő működéséhez 8%-os pontosság elegendő. Az összetett (orvosi, csúcstechnológiai stb.) berendezések tápellátásához szigorúbb követelmények (1%-nál jobb stabilizálási pontosság) szükségesek. Fontos fogyasztói paraméter a stabilizátor azon képessége, hogy a teljes bemeneti feszültségtartományban névleges teljesítményt adjon le, de nem minden stabilizátor rendelkezik ezzel a tulajdonsággal.

A nagy teljesítményű szervo stabilizátorok hatékonysága több mint 98%, a nagy teljesítményű elektronikus stabilizátorok pedig 96%.

Lásd még

78xx sorozatú mikroáramkörök - közös lineáris szabályozók sorozata
teljesítményszabályozó
Feszültség inverterek

Jegyzetek

↑ Például egy vibrációs típusú relé-szabályozó egy autó generátor feszültségének stabilizálására .
↑ GOST R 55993-2014/IEC/TS 1836:2007 Fotovoltaikus rendszerek. Kifejezések, definíciók és szimbólumok 3.2.22
↑ Áramkörök. Műveleti erősítők. feszültségszabályozó . Hozzáférés dátuma: 2011. január 15. Az eredetiből archiválva : 2011. február 24. (határozatlan)

Irodalom

Veresov G. P. Háztartási rádióelektronikai berendezések tápellátása. - M . : Rádió és kommunikáció, 1983. - 128 p.
Kitaev VV et al. Kommunikációs eszközök tápellátása. - M . : Kommunikáció, 1975. - 328 p. — 24.000 példány.
Kostikov VG, Parfenov EM, Shakhnov VA Áramforrások elektronikai eszközökhöz. Áramkör és tervezés: Tankönyv középiskolák számára. - 2. - M . : Forródrót - Telecom, 2001. - 344 p. - 3000 példányban. — ISBN 5-93517-052-3 .
Shtilman V. I. Mikroelektronikus feszültségstabilizátorok. - Kijev: Technika, 1976.
Lepaev D. A. Elektromos készülékek háztartási használatra. - M . : Legprombytizdat, 1991. - 272 p. — 20.000 példány.

Linkek

Elektromos stabilizátor - cikk a Great Soviet Encyclopedia- ból .
GOST R 52907-2008 „Tápegységek rádióelektronikai berendezésekhez. Kifejezések és meghatározások"

Szótárak és enciklopédiák	Nagy orosz Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4182086-1 J9U : 987007546192405171 LCCN : sh85144319 NKC : ph136800