Стабилизатор напряжения на микроконтроллере: » Shemotehnik.ru — . .

alexxlab

Содержание

Стабилизатор напряжения сети 1,8 кВт на PIC12F675

В последнее время мощности бытовых нагрузок возросли: появились фены, обогреватели, утюги, СВЧ печи и другие приборы, а электрические сети остались прежними. Из-за перекоса фаз напряжение в квартирах меняется в значительных пределах (у меня в квартире от 195 до 247 Вольт). При этом приборы, которые включены постоянно (электронные часы, адаптер радиотелефона) сильно греются или сгорают, радиоаппаратуру нельзя оставлять в дежурном режиме.

Я собрал довольно простой релейный стабилизатор переменного напряжения, который переключается по входу и по выходу. Этим удалось уменьшить габаритную мощность трансформатора до минимальной. Обмотки переключаются с помощью реле, которые управляются микроконтроллером PIC12F675.

Содержание / Contents

состоит из автотрансформатора переключаемого как по входу так и по выходу при помощи реле. Не выходе стабилизатора установлен узел (R13, D5, C9, D3, R9, R5, R6, R7, C6) измерения выходного напряжения, которое поступает на вход АЦП U1. Стабилитрон D3 перемещает диапазон измерений в область более высоких напряжений, что повышает точность измерений. Питание реле и микросхемы осуществляется через диод D1 и микросхему U2. Кнопка S1 совместно с резистором R5 служат для калибровки стабилизатора. Транзисторы Q1, Q2 — ключи реле.
На входе стабилизатора стоит помехоподавляющий конденсатор C1, на выходе установлен варистор VAR1. Конденсатор C2 — искрогасящий.
Трехцветный светодиод индицирует уровни напряжения на входе стабилизатора:
Красный — низкое (напряжение меньше 210V),
Зеленый — норма (напряжение в пределах 210 — 230V),
Синий — высокое (напряжение более 230V).
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества.
Читай условия доступа.
Программа написана на mikroC v8.2 и обильно снабжена комментариями. Пороговые напряжения выбраны 210V и 230V (20V от номинала 220V) и поскольку напряжение вторичной обмотки около 15V, то образуется гистерезис, который предотвращает многократные переключения реле.
Программатор – ExtraPIC, программа IC-Prog 105d, биты конфигурации — intOSC GP4, WDT, BODENПри изменении входного напряжения в пределах 195-245 Вольт выходное напряжение поддерживается с точностью 5%.
При изменении входного напряжения в пределах 185-255 Вольт выходное напряжение поддерживается с точностью 10%
Выходной ток в длительном режиме 8,3 А.
Ток холостого хода составляет 10-15 ма (устройство без нагрузки практически не греется, а при нагрузке током 6-7 А нагревается примерно до 40-45 градусов)При сборке использован трансформатор ТПП 301-220-50 135 вт. Обмотки его соединены на 240 Вольт, что позволило уменьшить ток холостого хода.

Реле TIANBO HJQ-15F-1 24VDC, резистор R9 МЛТ 1W, остальные 0,125W.
Рабочее напряжение C1 и C2 — 275V, C9 – 400V.
Светодиод для индикации уровня входного напряжения применен трехцветный с 4-мя выводами.
Все детали установлены на односторонней печатной плате, которая крепиться к трансформатору. Трансформатор с платой закрыт кожухом из оцинкованной жести из которого выходит трехжильный кабель длиной 40 — 50см (подключенный к входному щитку (после счетчика). Габариты получились 85х110х150 мм. ▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте. Налаживание устройства заключается в установке номинального напряжения сети с помощью построечного резистора R5 и кнопки S1. Необходимо подать на вход напряжение от ЛАТР’а 220 Вольт и удерживая кнопку добиться зеленого свечения, вращая построечный резистор. После этого кнопку отпустить, вольтметр подключить к выходу устройства и вращая ЛАТР проверить пороги переключения: нижний 210 Вольт и верхний 230 Вольт.
При напряжении на выходе меньше 187V горит красный диод, а зеленый мигает.
При напряжении на выходе больше 242V горит синий диод, а зеленый мигает.Стабилизатор работает у меня 2-й год, показал себя очень хорошо.
Недостатки – иногда не хватает мощности (приходится включать бак для нагрева воды и пылесос по очереди) и щелчки реле.
При разработке использована Инструкция по эксплуатации на «Автоматический стабилизатор напряжения Powercom TCA 1200»
• Форум по статье

Иван Внуковский, г. Днепропетровск

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

 

Релейный стабилизатор со среднеквадратичным вольтметром.

РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

Релейный стабилизатор со среднеквадратичным вольтметром.

2010

Несмотря на то что на дворе 21 век есть еще места, где напряжение изменяется в широких пределах в зависимости от времени суток и подключенной нагрузки. Вот для таких мест и предназначен этот стабилизатор.
Принцип действия релейного стабилизатора основан на добавлении с помощью трансформатора (автотрансформатора) дополнительного напряжения на выход. При слишком высоком напряжении необходимо наоборот убрать излишки. Стабилизатор может быть реализован в виде автотрансформатора с одним выходом и несколькими входами. В зависимости от величины входного напряжения с помощью реле происходит переключение входного напряжения между входами автотрансформатора.

Схема, на основании которой решено было разрабатывать устройство, содержала компараторы для принятия решения о включении реле. Но для увеличения сервисных возможностей устройство было решено создавать с использованием микроконтроллера. Наиболее массово используемыми контроллерами на постсоветском пространстве можно считать контроллеры Atmel. Из них был выбран наиболее распространенный atmega8.
С помощью встроенного АЦП он измеряет входное напряжение и принимает решение о включении необходимого реле. За основу был взят проект вольтметра среднеквадратичных значений по ссылке https://arv.radioliga.com/component/option,com_remository/Itemid,27/func,fileinfo/id,85/ . Схему пришлось изрядно доработать.

Во-первых, для обеспечения безопасности устройства измеряемое напряжение должно подаваться на вход устройства с помощью трансформатора. Для точного измерения напряжения после трансформатора не годится обычный диодный мостик из-за падения в 0,6 вольта на каждом диоде. Поэтому должен был быть использован выпрямитель без ошибки.
Во-вторых, необходимо было доработать схему на предмет дополнительных выходов для управления реле.
И наконец, в-третьих, необходимо было разработать заново программу измерения напряжения (в исходном проекте отсутствуют исходники) и принятия решения о включении того или иного реле.
Первоначально схема была составлена в симуляторе для проверки работоспособности идеи:

Описание схемы
Измеряемое напряжение через трансформатор TR1 подается на активный выпрямитель на операционном усилителе LM358 (U2). Активный выпрямитель работает следующим образом. При положительной волне напряжение подается на делитель, состоящий из последовательного соединения R1, R2 и R3. На инвертирующий вход ОУ подается положительное напряжение. ОУ в насыщении. Выход ОУ близок к уровню земли. При отрицательной полуволне напряжения ОУ работает как инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления R2/R1. Сопротивление R3 выступает в качестве дополнительной нагрузки ОУ. Для симметричного выпрямления и согласования напряжения с входным диапазоном АЦП значения сопротивлений должны быть точно подогнаны и подчиняться следующим формулам:

R1 = R2*Uout*1024/Uin/2.5
R3 = (R1 + R2)/(R1/R2 — 1)
После активного выпрямителя через фильтр R5-C2, убирающий высокочастотные помехи, выпрямленное напряжение подается на вход АЦП PC0 контроллера. Значение выпрямленного напряжения отображается на светодиодном индикаторе. Для управления служат 3 кнопки. 4 выхода микроконтроллера используются для управления реле. Три из них переключают напряжение, а четвертое отключает нагрузку в случае перенапряжения или слишком низкого напряжения.

Описание работы
Напряжение с точностью до вольта отображается на светодиодном 3 разрядном индикаторе. Обновление показаний производится с частотой приблизительно 3 раза в секунду. Такое замедление выполнено специально, поскольку обновление показаний каждый период иногда приводило к мельтешению последнего разряда. В нормальном режиме на индикатор выводится усредненное по 16 периодам среднеквадратичное значение напряжения.
После каждого периода производится расчет напряжения. Это напряжение сравнивается с заданными порогами включения реле. Для обеспечения более редкого переключения реле применен программный гистерезис и фильтрация. Фильтрация заключается в задержке переключения на несколько периодов. Если за это время напряжение пришло в норму, переключения не осуществляется. Время фильтрации оперативно подстраивается программно.

Если входное напряжение превышает заданный верхний порог или падает до нижнего порога, отключается главное реле и нагрузка обесточивается. Верхний и нижний пороги отключения можно оперативно изменять.
После того как напряжение вошло в диапазон регулирования стабилизатора, нужным образом коммутируются входы автотрансформатора, и подключается нагрузка. Это подключение происходит не мгновенно, а с некоторой задержкой. Величина задержки подстраивается оперативно.
Все оперативно подстраиваемые параметры (верхний и нижний порог, время фильтра, задержка включения) сохраняются в энергонезависимой памяти.
При любом переключении реле мгновенное среднеквадратичное значение (на последнем перед переключением периоде) в течение 2 секунд отображается на индикаторе. Признаком отображения мгновенного значения является завершающая дополнительная точка. По окончании отображения мгновенного напряжения прибор переходит в предыдущий режим отображения.

Управление прибором.
Прибор имеет 2 основных режима отображения: режим среднеквадратичного значения напряжения и режим отображения частоты сети и 3 кнопки:UP, DOWN и ENTER. В режиме напряжения отображается среднеквадратичное значение напряжения без десятичных точек. При отображении частоты горит десятичная точка в среднем разряде. Переключение в режим частотомера осуществляется нажатием кнопки ENTER, обратно — по любой. Нажатие клавиш UP, DOWN в режиме измерения напряжения включает меню настройки. Меню имеет 5 настроек, каждая из которых отображается 2 стилизованными буквами:
rE — return — возврат из режима настроек в режим отображения напряжения
Hi — hight — верхний порог отключения
Lo — low — нижний порог отключения
dE — delay — задержка включения нагрузки ( периодов)
Fi — filter — время фильтра (периодов)
Перемещение в меню осуществляется по кругу клавишами UP, DOWN. Настройка активизируется нажатием клавиши ENTER. При этом отображается текущее значение параметра. Значение может быть увеличено или уменьшено клавишами UP, DOWN соответственно. При удержании клавиши через некоторое время происходит автоматическое изменение параметра с частотой примерно 5 раз в секунду. Значение задержки включения в этом случае изменяется на 10, остальные — на 1. Клавишей ENTER значение сохраняется, после чего происходит возврат в меню настройки. Причем короткое нажатие производит только оперативное изменение параметра. Длинное нажатие сохраняет параметр в энергонезависимую память. После сохранения в энергонезависимой памяти на дисплее некоторое время (4 сек) отображается надпись SA (saved). Выход из меню настройки осуществляется выбором пункта rE (return).
Внимание! При работе в любом режиме может отображаться текущее напряжение, вызвавшее переключение. В течение до 2 секунд после этого нажатия клавиш отрабатываются, но изменения могут не отображаться на индикаторе. Возврат к отображению текущего параметра происходит автоматически через 2 секунды.

Схема
После успешного апробирования основных принципов в симуляторе был собран прибор по следующей схеме.

По сравнению с симулятором произведены некоторые изменения. Роль инверторов выполняют транзисторы, добавлен разъем программирования и стабилизатор питания.
В этой схеме на вход Uin подается измерительный сигнал с трансформатора. Действующее значение этого сигнала 1.8В при 220В входного напряжения. Резисторы R3 и R6 используются для подстройки отображаемого значения под реальное входное напряжение. Разъем J2 подает сигналы на модуль управления реле.

Конструкция и детали
Основная схема собрана на печатной плате, остальное выполнено навесным монтажом.
В качестве транзисторов управления индикатором могут быть использованы любые маломощные npn. В качестве ОУ — любой у которого диапазон входа и выхода достигает уровня земли. Транзисторы управления реле — обязательно дарлингтоны. В авторской конструкции применены КТ829 с резисторами 5,6к в базе. Реле — на 24 вольта с током около 70мА. Автотрансформатор изготовлен из ЛАТРа с подпайкой к нему дополнительных выводов и исключения подвижного контакта. Отводы подобраны таким образом, что бы между ними было напряжение около 22В. Контроллер заменить без исправления программного обеспечения нельзя. Fuses настроены на работу контроллера от внутреннего RC генератора на 8 МГц. Вся конструкция помещена в корпус от компьютера. Плата с контроллером вставляется на место CD привода и прикреплена к пластмассовой заглушке.

Настройка
Настройке подлежит, прежде всего, активный выпрямитель. Для его настройки необходимо измерить входное и выходное напряжение измерительного трансформатора ( коэффициент трансформации). Потом по известному значению R4 согласно формулам рассчитать значения остальных двух резисторов. Эти сопротивления выставить построечными резисторами.
После этого подать сетевое напряжение на вход трансформатора и подстроить верхний резистор R3 таким образом, чтобы отображаемое напряжение соответствовало реальному напряжению в сети. Потом отключить устройство от трансформатора и подать отрицательное напряжение на вход. Запомнить показания прибора. Потом подать на вход положительное напряжение и подстроить нижним резистором R6 показания, что бы они совпадали с запомненными. Таким образом настраивается симметрия выпрямления обеих полуволн. Процедуру настройки нужно повторить несколько раз до тех пор пока после нее показания не будут соответствовать входному напряжению.

Параметры
Интервал входного напряжения при выходном напряжении 220В+-20% — 160В — 260В.
Разрешающая способность вольтметра среднеквадратичных значений — 1В
Диапазон измеряемых напряжений — 0 — 700В
Диапазон частот вольтметра — 0 — 200 Гц
Разрешающая способность частотомера — 0.1 Гц
Диапазон измерения частоты — 38 — 70 Гц
Интервал задержки включения — 0 — 32000 периодов ( 0 — 10 мин)
Время фильтрации — 0 — 999 периодов
Верхний порог отключения — 220 — 500В
Нижний порог отключения — 100 — 179В

Алгоритмы
Далее идет описание математической обработки сигнала для получения среднеквадратичного значения. Для простого повторения конструкции оно может быть опущено при прочтении. При разработке устройств обычно уделяется мало внимания описанию алгоритма. Но в устройствах на контроллерах именно он представляет главную ценность.
Микроконтроллер с частотой около 9500Гц (192 выборки на периоде) производит выборки входного сигнала. В обработчике прерывания АЦП каждая выборка возводится в квадрат и добавляется к значению накопителя квадратов напряжений. По окончании каждого периода значение накопителя квадратов передается на обработку в основной цикл программы.
Для нахождения минимума используется 8 последних отсчетов сигнала. Высчитывается их взвешенная сумма. При минимальном значении суммы, или вернее, как только это значение начало увеличиваться по сравнению с предыдущим значением, считаем, что сигнал прошел минимум. Так как может быть некоторая несимметричность при настройке выпрямителя, то измерение производится по периоду, хотя вполне можно было бы считать и каждые полпериода.
В основном цикле программы обнаруживается, что сумма квадратов напряжений на периоде посчитана и производится вычисление напряжения. Для этого суммы квадратов и количество отсчетов подвергаются усреднению по 16 точкам методом скользящего среднего. После этого усредненное значение суммы квадратов делится на усредненное значение количества отсчетов и из частного извлекается корень. Полученное значение масштабируется и выводится на индикатор.
Для индикации применен светодиодный индикатор на 3 цифры и динамическая индикация. Индикатор обновляется в том же обработчике прерывания от АЦП.

Файлы:
Файл проекта Proteus.
Прошивка МК с исходником.

Вопросы, как обычно, складываем тут.

Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

Ремонт релейного стабилизатора напряжения Uniel RS-1/500. — Схемы&Ремонт — Статьи — Каталог статей

Автоматические стабилизаторы переменного напряжения электронного типа с цифровой индикацией Uniel RS-1/500 — RS-1/12000
предназначены для питания устройств однофазным напряжением синусоидальной формы. Применяются для защиты подключённых
к ним приборов различной мощности от колебаний напряжения электросети в диапазоне от 125В до 270 В.
За последнее время пришлось ремонтировать несколько таких приборов, неисправность на выходе стабилизатора отсутствует выходное напряжения.
На индикаторе отсутствует показания напряжения выхода, появляется знак «L». 
 Чтобы разобраться в причинах отказа  работы стабилизаторов, пришлось нарисовать схему, которую предлагаю для ознакомления.
Схема чертилась по компонентам установленной на плате и в корпусе прибора. 
Краткое описание схемы. 
Переменное напряжение 18В  с обмотки трансформатора Т2 подается на диодный мост VD5,VD7,VD11,VD12 фильтр С5,С8. Стабилизатор напряжения 12В
выполнен по линейной схеме VT2,C10,U1,R10,R11,C13. Функциональное назначение радиоэлементов UO1,R14,R17 установленные на плате не понятно. 
Стабилизированное напряжение 12В предназначено для питания реле К1-К4 и стабилизаторов 5В- U2,U3.
U2,С20 — питания светодиодного индикатора и зуммера.
U3,С21 – питания микроконтроллера.
Контроль, сигнализация, управления выполнен на микроконтроллере, наклейка на корпусе H8215D20A.
Контроль входного переменного напряжения сети снимается с трансформатора Т3. Выпрямленный диодным мостом VD9,VD10,VD13,VD14, фильтра С4,С3
постоянное напряжение со среднего вывода R3, R2,R1 подается на АЦП  микроконтроллера вывод 16.
Схема позволяет контролировать потребляемый ток стабилизатором и нагрузкой при превышении заданного порога потребитель отключается.
Датчиком тока является трансформатор Т1 включенный последовательно нагрузке, с вторичной обмотки которого снимается переменное напряжение
пропорционально току нагрузки. Для подачи на выводы АЦП  переменное напряжение преобразовывается в постоянное VD19-VD22,С17,С19 
которое с среднего вывода подстроечного резистора R20 через R15,R18 подаются на микроконтроллер.
Чтобы поддерживать на выходе стабилизатора переменное напряжение в районе 220В необходимо его контролировать, для этого параллельно
розетки подключен трансформатор Т4. 
С вторичной обмотки снимается контрольное напряжение,  которое выпрямляется диодами VD3,VD4,VD6,VD8 сглаживается фильтром C6,C7
с вывода R6 и R9,R19 подается на вывод 18 микросхемы. 
VD1,VD2,VD15,VD16,VD17,VD18 – защита от превышения напряжения более 5В поступает на выводы микроконтроллера.
 Микроконтроллер измеряет по заданному алгоритму работы данные входного/выходного напряжения и тока потребления по   результатам
обработки информации будет включено соответствующие  реле. Каждый ключ реле VT1,VT3,VT4,VT5 подключен к соответствующему порту
управления микроконтроллера.
 Поддержания напряжения на выходе прибора в районе 220В производится коммутированием обмоток трансформатора Т2 контактами реле К1-К4. 

 

№ Метка Значение
1 С1,С3,С7,С8,С13,С15,С16,С19,С20,С21 0,1
2 С2 430pF
3 C4,C6,C10,C17 10/50v
4 C9,C11,C12,C14 100/50v
5 C18 220/25v
6 C5 1000/35
7 R1,R2,R5,R7,R9,R10,R15,R17,R18,R19 1k0
8 R3,R6,R8,R12,R13,R16,R20,R21 2k2
9 R4,R22 470R
10 R11,R14 39k
11 RK1 1k0
12 U1 TL431
13 U2,U3 7805
14 UO1 PC817
15 VD1,VD3,VD4,VD6,VD8,VD9,VD10,VD13,VD14,VD15,VD17,VD19,VD20,VD21,VD22 1N4148
16 VD2,VD16,VD18 BZX6V2
17 VD5,VD7,VD11,VD12 1N4001
18 VT1,VT3,VT4,VT5,VT6 S8050
19 VT2 TIP41C
20 K1,K2,K3,K4 SRU-12DC-SL

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Что нужно сделать  для надежной работы стабилизатора?
1.Заменить электролитические конденсаторы, имеют большой ток утечки, проверено на всех аппаратах, поступивших в ремонт.
 Желательны замена на  такой же емкости, но 105⁰ градусные.
2.Желательно вместо конденсаторов С9,С11,С12,С14 установить диоды. Объясняется тем, что при уменьшении емкости или обрыве выводов конденсатора
пробивается транзистор управления реле. Был в ремонте такой стабилизатор с таким дефектом.
3. Плата управления имеет большую плотность установки радиоэлементов, небольшие радиаторы на  VT2, U2, при работе нагревается трансформатор,  все это
увеличивает температуру внутри корпуса стабилизатора, что приводит к выше перечисленным дефектам. Частично понизить температуру возможно увеличением
размеров радиаторов VT2, U2.  

Похожие темы: 

  Устройство зарядно-пусковое «ИМПУЛЬС ЗП-02»      Сигнализатор газа Лелека.

  Регулятор скорости двигателя постоянного тока   VILALS RSA 52K схема

 Ремонт стабилизаторов серии LPS-хххrv

При использовании материалов сайта, обязательна ссылка на сайт http://vinratel.at.ua 

st-dkavg

Стабилизатор с микроконтроллерным управлением 120-270 вольт               (6 ступеней) с точностью на выходе 205-235 Вольт для активно-индуктивной нагрузки до 6 кВт.

Рабочий диапазон входного напряжения , В . . . . . . . . . . . . . . . . .120…270
Выходное напряжение стабилизатора, В . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205…235
Максимальная мощность нагрузки, кВт. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6,0
Время переключения (отключения) нагрузки, мс . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Работоспособность контроллера при напряжении в сети, B . . . . . .95…380 

Стабилизатор работает по принципу ступенчатой коррекции напряжения, осуществляемой переключением отводов обмотки автотрансформатора Т3 с помощью симисторных ключей VS1—VS6 под управлением микроконтроллера AT mega 8535-16PI, следящего за уровнем напряжения в сети.
После включения автомата QF1 напряжение сети поступает на трансформатор Т1 и микроконтроллер начинает работать по заданной программе.

Загорается подсветка дисплея и спустя 3 секунды на дисплее появляется надпись «ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ». Последующие 7 секунд микропроцессор анализирует напряжение сети, и если оно находится в пределах 120…270 В, в зависимости от результатов измерения открывает один из симисторов VS1…VS6, тем самым подключая один из шести отводов автотрансформатора.

Нагрузка подключается к пятому (снизу по схеме) отводу автотрансформатора через автоматический выключатель QF2, который служит для ограничения мощности потребления.
При этом два «внутренних» вольтметра индуцируют в верхней строке ЖК дисплея действующее напряжение в сети, а в нижней строке напряжение на нагрузке.

Если напряжение ниже 120 В или выше 270 Вольт, нагрузка обесточивается. На дисплее в этот момент в верхней строке индуцируется действующее напряжение сети, а в нижней строке мигает надпись «РЕЖИМ ЗАЩИТЫ».

Как только напряжение войдет в диапазон 120…270В, нагрузка вновь будет подключена.

В случае пропадания напряжения сети и последующего появления, микропроцессор автоматически перезагружается и через 10 секунд вновь подключает нагрузку.

В силовом узле применен метод непосредственного управления симисторами постоянным током. Такой метод не создает помех и искажений в форме сетевой синусоиды, которые могут иметь место, при использовании оптосимисторной развязки.

Силовой автотрансформатор Т3 подключен по схеме коммутации «по входу», что позволяет использовать низковольтные симисторы и экономить на меди и габаритах сердечника.

Алгоритм работы контроллера:

Для контроля состояния ключей использован узел, описанный в Приложении к авторскому варианту статьи Компенсатор отклонения напряжения сети, опубликованной в журнале РадиоХобби №1 за 2004 год. После включения стабилизатора в сеть, в первый момент все симисторы закрыты. Левый вывод датчика управления VD10 через обмотку трансформатора подключен к нулю. Микроконтроллер в течении 5 секунд анализирует состояние сети. Поскольку все симисторы закрыты, то на коллекторе VT10 присутствуют импульсы высокого уровня, которые совпадают по фазе с напряжением. По истечении 5 секунд происходит включение одной из ступеней стабилизатора в зависимости от состояния сети. Оно происходит по фронту импульса, который сдвигается по фазе, если стабилизатор в момент переключения нагружен на комплексную активно-реактивную нагрузку, таким образом переключение происходит в точке перехода тока через ноль. Если открыт хотя бы один симистор, то напряжение на правой стороне VD10 DF10 выше (или равно) напряжения на левой стороне, и на коллекторе VT 10 стабильно низкий уровень сигнализирует, что какой-то из симисторов открыт и запрещает переключение со ступени на ступень до момента закрытия всех симисторов.

Если напряжение в сети меняется, то контроллер снимает управляющее напряжение с работающего симистора. На коллекторе VT10 появляются импульсы высокого уровня и по фронту первого импульса микроконтроллер разрешает включение другого симистора. И так каждый раз при изменении сетевого напряжения. Таким образом осуществляется контроль за состоянием симисторов, исключающий одновременное включение ступеней и межобмоточных замыканий автотрансформатора.

Конструкция и детали:

Контроллер стабилизатора собран на печатной плате 80 x 155 мм. из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5-2 мм.

Как вариант, светодиоды HL1—HL8 можно смонтировать со стороны печатных проводников, чтобы при установке печатной платы в корпус они вставлялись в отверстия диаметром 5 мм, просверленные в передней панели устройства.
Контролер в этом случае устанавливается (печатью к передней панели) на стойки соответствующей высоты, прикрученные к передней панели корпуса стабилизатора винтами в потай.
Номинал токоограничительного резистора R 14 необходимо подобрать так, чтобы ток протекающий через светодиоды оптотранзисторов U1.1…U6.1 был в пределах 9…10мА.
Подстроечные резисторы R2, R12 проволочные многооборотные СП5-2 или СП5-3.
Постоянные резисторы R6…R11 желательно использовать типа С2-23 (металлодиэлектрические) c мощностью рассеивания не менее той, что указана в схеме. Остальные — могут быть любого типа.
Конденсаторы C1,C2,С4,С5,С7,С11,С13 могут быть любыми, с емкостью, указанной на схеме, и напряжением не ниже для них указанных. Конденсаторы C3,С6,C9,С10,С12 — любые пленочные или керамические. Конденсаторы C14-C19 — пленочные на напряжение не ниже 630В.
Транзисторные оптроны РС817 (U1…U6) служат для гальванической развязки логического контроллера от силовой части стабилизатора. Мощные симисторы VS1…VS6  ТС142-80 не ниже 8 класса.
Все симисторы VS1…VS6 устанавливаются на один теплоотвод с площадью охлаждающей поверхности не менее 1600 кв.см. с использованием изолирующих керамических или слюдяных прокладок, желательно с использованием термопасты для обеспечения надежного теплоотвода.
Каждую из микросхем стабилизаторов (DA1) L7905CV и (DA2) L7805CV необходимо установить на отдельный теплоотвод не менее 100 см2.


Трансформатор T1 самодельный, рассчитанный на габаритную мощность 20 Вт, имеющий площадь сечения магнитопровода 5,5 см2. Его сетевая обмотка I, рассчитана на максимальное аварийное напряжение сети 380 В, содержит 8669 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,1 мм. Обмотки II и III содержат 650 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,25 мм, обмотка IV содержит 200 витков провода диаметром 0,1 мм. При номинальном напряжении сети 220 В напряжение выходных обмоток II и III должно составлять 15 Вольт при токе в нагрузке 400 мА, а обмотки IV — 5 Вольт при токе 50 мА.

Трансформатор Т2 типа ТПК (ТПГ) 2 с вторичной обмоткой на 5 вольт - измерительный, и служит для гальванической развязки сети от микроконтроллера.

Автотрансформатор T3 на 6 кВт, также самодельный, намотанный на тороидальном ленточном сердечнике габаритной мощностью 4 кВт. Общее число витков автотрансформатора, состоящего из частей, составляет 255 витков.
Первая часть обмотки 0-1 мотается проводом (шиной) сечением 10 кв.мм. Части обмоток 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6 мотаются шиной сечением 25,0 кв.мм. Часть обмотки 6-7 мотается проводом сечением 12,5 кв.мм. Такое сечение необходимо, для того чтобы автотрансформатор не грелся в процессе длительной эксплуатации.
Части обмоток имеют соответственно 130, 19, 21, 25, 28, 32 витков, начиная снизу по схеме. Напряжение на нагрузку снимается с точки соединения частей обмоток 5-6 и 6-7.

Для правильной работы схемы НЕОБХОДИМО, в точности соблюсти все межсхемные подключения. В частности катоды всех симисторов объединяют общей шиной и подключаются к общему проводнику схемы контроллера.

Настройка:

После сборки платы контроллера в первую очередь необходимо проверить работоспособность блока питания во всем рабочем диапазоне стабилизатора. Для этого необходимо нагрузить микросхемы стабилизаторов DA1, DA2 сопротивлениями 24 Ом на 2 Вт и меняя ЛАТРом входное напряжение на Т1 с 220 до 110 Вольт убедиться в наличии стабильного напряжения +5В на выходе DA2 и -5B на выходе DA1. Если напряжение просаживается, то необходимо заменить трансформатор Т1 на более сильноточный. Блок питания во всем рабочем диапазоне должен надежно выдавать 200 мА.
Настройка сводится к следующему:
К сети подключается эталонный вольтметр (цифровой тестер). Схема контроллера без силовой части и автотрансформатора включается в сеть.
Подстроечным резистором R2 внутренний вольтметр входного напряжения (верхняя строка ЖК дисплея) настраивается на показания эталонного вольтметра. От этой настройки зависит точность переключния стабилизатора со ступени на ступень по заданным порогам.
По завершению с помощью ЛАТРа можно убедиться в последовательном переключении светодиодов HL2-HL7 при пересечении порогов 120,137,157,179,205,235 и 270 Вольт. Внутренний вольтметр выходного напряжения настраивается резистором R12 на показания эталонного вольтметра в самом конце, когда к контроллеру будет присоединена силовая часть и автотрансформатор Т3.

Т.к для отечественных симисторов характерен большой разброс тока управления, то для настройки силовой части необходимо подобрать ток управления резисторами R36-R41 для соответствующего силового симистора по минимальному падению напряжения на переходе анод/катод в открытом состоянии. Для этого к аноду симистора и нулю нужно подключить лампу накаливания мощностью 100-200 Вт и цифровым тестером контролировать наименьшие показания напряжения между анодом и катодом симистора.

После окончания вышеуказанных процедур можно подключать автотрансформатор к силовым симисторам. Не забудьте настроить внутренний вольтметр выходного напряжения (нижняя строка ЖК дисплея), который настраивается резистором R12 на показания эталонного вольтметра. Они нужны только для контроля выходного напряжения стабилизатора и никак не влияют на его работу.

Интегральные стабилизаторы для микроконтроллеров, схемы

Компенсационные стабилизаторы положительного напряжения популярной серии «78хх» были разработаны в 1976 г. на фирме Texas Instruments.

В дальнейшем появились их модификации (Табл. 1) и аналогичные разработки других фирм. Выходные напряжения стандартизованы согласно ряду: 1.5; 1.8; 2.5; 2.7; 2.8; 3.0; 3.3; 4; 5; 6; 8; 9; 12; 15; 18; 24 В.

Обзор интегральных стабилизаторов

Изготовители различаются по первым буквам в названии, например, L7812 (STMicroelectronics), КА7805 (Samsung), NJM78L03 (NJRCorporation), LM7805 (Fairchild), UTC7805 (UnisonicTechnologies). Встранах СНГ эти стабилизаторы известны по микросхемам серии КР142ЕНхх.

Важный нюанс. Допустимое падение напряжения между входом и выходом стабилизатора (£/Вх-вых) зависит от тока нагрузки. Так, например, для микросхем серии «7805» оно составляет 1 В при токе 20 мА и 2 В при токе 1 А.

В кратких справочных данных обычно указывают только последний параметр (2 В/1 А), а полные нагрузочные характеристики приводятся только в графиках даташитов. Следовательно, внимательно их изучая, можно избежать ненужной перестраховки.

Таблица 1. Параметры интегральных стабилизаторов напряжения.

Все современные интегральные стабилизаторы имеют защиту от короткого замыкания в нагрузке, от температурного перегрева кристалла и от выхода рабочей точки из зоны безопасной работы [6-17].

Кроме стабилизаторов фиксированного напряжения существуют интегральные регулируемые стабилизаторы. Первые их образцы разработал Роберт Добкин (Robert Dobkin) в 1977 г. на фирме National Semiconductor.

Типичными представителями этого направления являются микросхемы серии «317», выходное напряжение которых определяется делителем на двух резисторах.

Схемы стабилизаторов напряжения для МК

На Рис. 1, а…р показаны схемы регулируемых и нерегулируемых интегральных стабилизаторов положительного напряжения.

Рис. 1. Схемы компенсационных интегральных стабилизаторов положительного напряжения.

Рисунок 1, а. Типовая схема включения интегрального стабилизатора DAL Серия микросхем «78Lxx» идеально подходит для несложных любительских конструкций, содержащих МК и имеющих ток потребления до 100 мА.

Встроенная в DA1 защита от короткого замыкания ограничивает выходной ток на уровне 0.1…0.2 А, что во многих случаях спасает МК при аварии.

Входное напряжение фильтруют элементы L1, C1, С2, причём катушка индуктивности может отсутствовать. Конденсаторы C1, С4 устанавливают вблизи (0…70 мм) от выводов стабилизатора DA1, чтобы предотвратить самовозбуждение последнего. Ёмкость конденсатора С2 должна быть в несколько раз больше, чем ёмкость конденсатора C3, иначе надо ставить защитный диод VD1 (показан пунктиром).

Главное, чтобы при выключении питания выходное напряжение +5 В снижалось по времени быстрее, чем входное +6.5…+15 В (для этого и увеличивают ёмкость конденсатора С2), иначе может выйти из строя микросхема DA1. Если нет уверенности, то подобный диод рекомендуется ставить и в других аналогичных схемах.

Рисунок 1, б. Стабилизатор DA1 (фирма Maxim/Dallas) не относится к серии «78хх». Он отличается названием и функциональностью.

В частности, в микросхеме DA1 имеется вход для выключения стабилизатора (вывод 4) и вход для плавного регулирования напряжения (вывод 5). Микросхемы МАХ603 и МАХ604 взаимозаменяемые и обеспечивают соответственно +5 и +3.3 В на выходе.

Рисунок 1, в. LDO-стабилизатор на микросхеме DA1 с максимальным током нагрузки 1 А (аналог К1184ЕН1). В семействе LM2940 существуют микросхемы с выходным напряжением 5; 8; 9; 10; 12; 15 В, а в семействе LP2950 — с напряжением 3.0; 3.3; 5 В.

Рисунок 1, г. UltraLDO-стабилизатор на микросхеме DA1 в SMD-корпусе. Напряжение UВХ-вых не более 0.12 В при токе нагрузки 50 мА и не более 7 мВ при токе нагрузки 1 мА.

Существуют модификации данного стабилизатора с выходным напряжением согласно ряду: 1.5; 1.8; 2.5; 2.85; 3.0; 3.2; 3.3; 3.6; 3.8; 4.0; 4.7; 4.85; 5.0 В.

Рис. 2. Схемы компенсационных интегральных стабилизаторов положительного напряжения (продолжение).

Рисунок 2, д. Регулируемый стабилизатор напряжения на микросхеме DAI серии «317». 

Рисунок 2, е. Напряжение +13 В получается сложением двух напряжений стабилизаторов DAI и DA2.

Рисунок 2, ж. Индикатор HL1 светится зелёным цветом при нормальном напряжении батареи/аккумулятора GB1 в пределах 6.8…9 В. Ниже 6.8 В его свечение прекращается, что является сигналом к замене батареи или подзарядке аккумулятора.

Рисунок 2, з. Стандартный приём увеличения выходного напряжения стабилизатора DA1 на 0.1…0.3 В. Это может потребоваться при некондиционных параметрах микросхемы DA1 или для тестирования работы МК при повышенном питании.

Резистором R1 в небольших пределах регулируется выходное напряжение на линейном участке ВАХ диода VD1 (ток 5… 10 мА). Резистор RI не обязателен, если микросхему DAI серии «78LC05», «78-L05» заменить аналогичной из серии «7805», имеющей потребление тока через вывод GND в пределах 3…8 мА.

Рис. 3. Схема стабилизатора напряжения на микросхемах 78L05, TDA2030.

Рисунок 3. Стабилизатор напряжения DA1 дополнен усилителем тока на звуковой микросхеме DA2, которая используется как повторитель напряжения с нагрузкой до 3 А. Питание микросхемы DA2 должно быть повышенным +9…+12 В, хотя и не обязательно стабилизированным.

 

Рис. 4. Компенсационные стабилизаторы напряжения на микросхемах.

Рисунок 4, к. Высокое входное напряжение 60 В сначала понижается до 23 В (DA1), а затем до 5 В (DA2). Разность напряжений между входом и выходом микросхемы DAI не должна превышать 40 В. При большом токе нагрузки может потребоваться установка микросхем DAI, DA2 на радиаторы.

Рисунок 4, л. Резистором RI плавно подстраивается напряжение в верхнем, более мощном канале. Если средний вывод резистора RI в результате вращения его движка электрически соединится с общим проводом, то в двух каналах будут идентичные напряжения +5 В. Стабилизаторы DAI, DA2 могут иметь как одинаковые, так и разные выходные напряжения.

Рисунок 4, м. Блок питания с условным названием «Ступенька» состоит из последовательно включённых стабилизаторов напряжения DA1…DA3. Ток нагрузки, просуммированный по трём цепям + 12, +9 и +5 В, не должен превышать максимально допустимого тока для микросхемы DA1.

Рисунок 4, н. Получение двух одинаковых напряжений от одного общего источника +7…+15 В. Это полезно, например, для развязки аналоговых и цифровых цепей МК или для отдельного питания высокочувствительного входного усилителя.

Рис. 5. Схемы интегральных стабилизаторов положительного напряжения для питания микроконтроллеров.

Рисунок 5, о. Получение трёх разных стабилизированных напряжений для питания процессорного ядра, а также внутренней и внешней периферии у новых современных МК. Помехозащитный фильтр FBI (фирма Murata Manufacturing) имеет малые габариты. Он может быть заменён однозвенным LC-фильтром на дискретных элементах.

Рисунок 5, п. Получение хорошо стабилизированного напряжения +5 В и «квазистабилизированного» напряжения +2.8…+3.2 В. Диоды VD1…VD3 снижают выходное напряжение, но оно будет зависеть от протекающего через них тока и температуры окружающей среды.

Диодов может быть не три, а два, причем как обычных, так и диодов Шоттки. Резистор R1 служит для начальной нагрузки потоку, чтобы зафиксировать рабочую точку диодов на крутой вертикальной ветви ВАХ, начиная с 10 мА;

Рисунок 5, р. Двухканальный стабилизатор напряжения DA1 (фирма STMicroelectronics) обеспечивает питанием сразу два выходных тракта +5.1 и +12 В. Ток нагрузки в каждом канале может составлять 0.75… 1 А.

Источник: Рюмик С.М. — 1000 и одна микроконтроллерная схема.

Параметрические стабилизаторы напряжения для микроконтроллеров

Стабилизатор напряжения является важным звеном в любом источнике питания. От устойчивости и стабильности питающего напряжения во многом зависит надёжность работы и долговечность всего устройства.

Для питания МК обычно применяют стабилизаторы двух видов: параметрические на стабилитронах и компенсационные на интегральных микросхемах. Многочисленные разновидности транзисторных стабилизаторов напряжения, которые публиковались в 1980-х годах, сейчас уже не актуальны. Причина банальная — если нужно максимально дешёвое изделие, то ставят стабилитрон, а если нужен высокий коэффициент стабилизации и защита от перегрузок, то ставят малогабаритную интегральную микросхему.

Несмотря на простоту параметрических стабилизаторов напряжения, именно они хорошо отводят излишний ток, попадающий в цепь питания через входные диоды в стандартных схемах защиты линий портов МК (например, Рис. ЗЛО, б).

Следует учитывать, что низковольтные стабилитроны общего применения имеют «тестированный» ряд напряжений — 3.0; 3.3; 3.6; 3.9; 4.3; 4.7; 5.1; 5.6; 6.2; 7.5; 8.2; 9.1; 12 В при точности ±5 или ±10%. Минимальный ток стабилизации согласно даташитам может составлять 1; 3; 5 мА. Мощность рассеяния стабилитронов бывает 0.5; 1; 3; 5 Вт, что зависит от их габаритных размеров и материала корпуса (металл или пластмасса). У поверхностно монтируемых стабилитронов в SMD-корпусе мощность рассеяния составляет 0.м диа» пазоне входных напряжений, температур и токов нагрузки;

б) светодиод HL1 одновременно является индикатором наличия питания и частью стабилизатора напряжения. По яркости его свечения можно приблизительно судить о токе нагрузки. Важно, чтобы ток через индикатор HL1 всегда был меньше 20 мА, иначе следует увеличить сопротивление резистора R1 или поставить параллельно светодиоду резистивный шунт;

Рис. 6.5. Схемы параметрических стабилизаторов напряжения (окончание):

в) повышение коэффициента стабилизации за счёт генератора тока на полевом транзисторе VT1. Транзистор VT2 увеличивает отдаваемую в нагрузку мощность. Выходное напряжение +5 В меньше напряжения стабилизации VD1 на 0.6…0.7 В из-за падения напряжения между базой и эмиттером транзистора VT2.

г) базовая схема включения трёхвыводного стабилитрона VDI. Его достоинства — повышенный до 800… 1000 коэффициент стабилизации и широкий диапазон тока нагрузки 1…100 мА. При полном замыкании резистора R2 выходное напряжение равняется внутреннему опорному напряжению стабилитрона VD1 (2.5 В). Замена VD1 — любой трёхвыводной стабилитрон из серии «431» разных фирм-изготовителей;

д) стабилизатор напряжения с транзисторным усилителем тока. Выходное напряжение определяется по формуле = 1-25-(1 + R2 ,[кОм]/(R2 2[кОм] + /?3[кОм])) + 0.7, где R2, (R2 2) — это сопротивление между верхним и средним (нижним и средним) отводами резистора R2 после регулирования. Число «0.7» означает.напряжение Ub7) транзистора VTI в вольтах. Число «1.25» означает внутреннее опорное напряжение стабилитрона VD1 в вольтах. В качестве замены подойдут любые трёхвыводные стабилитроны из серии «1431». Также можно использовать стабилитроны с опорным напряжением 2.5 В из серии «431», заменив число «1.25» числом «2.5» в расчётной формуле для ишх;

е) мощный «параллельный» стабилизатор напряжения с балластным резистором R1 и шунтирующим транзистором VT1. Выходное напряжение устанавливается резистором R2.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.

Двухполярные стабилизаторы напряжения для микроконтроллеров

Если имеются стабилизаторы положительного напряжения, то по логике вещей должны быть и стабилизаторы отрицательного напряжения. Строятся они по комплементарным симметричным схемам, т.е. с другой структурой проводимости транзисторов и с противоположной полярностью включения диодов, стабилитронов, электролитических конденсаторов.

Классификация стабилизаторов отрицательного и положительного напряжения одинакова: параметрические на стабилитронах и компенсационные на интегральных микросхемах. В последнем случае выручает схожесть названий. Например, эквивалентом для «положительной» серии 78хх является «отрицательная» серия 79хх.

Сам по себе стабилизатор отрицательного напряжения интереса не представляет (всё в мире относительно!). Эффект от его применения наблюдается только при двухполярном питании. Такая необходимость возникает, в частности, если в устройстве кроме МК используются внешние ОУ, коммутаторы, АЦП.

На выходах стабилизаторов положительного и отрицательного напряжения ставят сглаживающие электролитические конденсаторы. В малогабаритной аппаратуре удобно применять «SMD-столбики» ёмкостью 1…10000 мкФ, рассчитанные на рабочее напряжение 6.3… 100 В. Кроме того, при выборе типа электролитического конденсатора надо учитывать динамические параметры. Наиболее показательными из них являются предельный ток пульсаций RIPPLE (Ripple Current) — чем он больше, тем лучше, а также эквивалентное последовательное сопротивление ESR (Equivalent Series Resistance, по-русски ЭПС) — чем оно меньше, тем лучше. Динамические параметры для зарубежных конденсаторов нормируются на частоте 120 Гц или в диапазоне 100…300 кГц.

Конденсатор, рассчитанный на большее напряжение, имеет меньшее сопротивление ESR. Например, у конденсатора 1000 мкФхб.З В по даташиту ESR = 53 мОм, а у конденсатора 1000 мкФх1б В по даташиту ESR = 23 мОм. Дальнейшее увеличение напряжения с 16 В до 35… 100 В не приводит к заметному снижению ESR. Следовательно, при питании МК от 5 В лучше поставить между Усс и GND конденсаторы с напряжением 16 В, а не на 6.3 В (заодно повышается надёжность работы).

ESR одного «большого» конденсатора обычно выше, чем ESR двух параллельных конденсаторов вдвое меньшей ёмкости, что видно из Табл. 6.4, поэтому выгодно по питанию запаять много «мелких» конденсаторов, равномерно распределяя их на печатной плате.

На Рис. 6.7, а…е показаны схемы параметрических, а Рис. 6.8, а…г — компенсационных двухполярных стабилизаторов напряжения.

Рис. 6.7. Схемы параметрических двухполярных стабилизаторов напряжения {начало)’.

а) два однополупериодных выпрямителя на элементах VDI, C1 и VD2, С2обеспечивают двух-полярное питание. Одинаковые стабилитроны VD3, VD4 создают примерно равную нагрузку на трансформатор 77 при положительной и отрицательной полуволнах сетевого напряжения. Это необходимо для устранения подмагничивания сердечника трансформатора 77. С той же целью применяется двухцветный (а не одноцветный) индикатор питания HL1, который проводит ток попеременно в обоих направлениях и светится суммарным жёлтым цветом;

б) двухполупериодный мостовой выпрямитель со средней точкой во вторичной обмотке трансформатора 77. Два стабилизатора напряжения выполнены по симметричным схемам. Они содержат стабилитроны VD2, VD3 и усилители тока на транзисторах VTI, VT2. Частота пульсаций двухполупериодной схемы — 100 Гц, что пригодится при расчёте необходимой ёмкости конденсаторов С1…С4

в) источник несимметричного двухполярного питания на батареях GBI, GB2. Эффект стабилизации создают сами батареи, поскольку они длительное время поддерживают на своих зажимах почти не изменяющееся напряжение; О

Рис. 6.7. Схемы параметрических двухполярных стабилизаторов напряжения (окончание):

г) получение двухполярного стабилизированного напряжения от трёхфазной сети 380 В. Конденсаторы C1…СЗбалластные. Снижение пульсаций на входе осуществляется фильтрами L1, С4, L2, С5, а на выходе — конденсаторами С6, С7. Транзисторы VTI, VT2 применяются одинаковой проводимости, поскольку не существует трёхвыводных стабилитронов VD7, VD8 обратной, т.е. «отрицательной», полярности. Аналогичную схемотехнику можно использовать и в сети 220 В, подавая переменное напряжение с диодного моста прямо на катушки индуктивности L1, L2. Ёмкости всех электролитических конденсаторов фильтра придётся увеличить, поскольку в трёхфазном выпрямителе частота пульсаций выше;

д) двухполярное питание от батареи GB1 с искусственной средней точкой на низкоомном делителе RI, R2. Собственно стабилизатором является сама батарея, которая поддерживает мало изменяющееся напряжение на своих зажимах вплоть до момента полного разряда. Конденсаторы C1…С5 снижают импеданс источника питания на низких и высоких частотах. Все электро-литтические конденсаторы в целях унификации можно выбрать одинаковыми на 16 В, несмотря на то, что рабочее напряжение конденсаторов С2, СЗ может быть меньше, чем у C1;

е) двухполярное питание обеспечивают два трёхвыводных стабилитрона VDI, VD2. Если не требуется двухполярное питание, то можно использовать однополярное 5 В, подключив общий провод GND к цепи -2.5 В, а положительный вывод Vcc — к цепи +2.5 В.

Рис. 6.8. Схемы компенсационных двухполярных стабилизаторов напряжения:

а) организация искусственной средней точки от одного источника питания. Компенсационный стабилизатор DA 1 находится в канале положительного напряжения, а параметрический стабилизатор на диодах VD2… VD4 — в канале отрицательного напряжения;

б) микросхема DAJ понижает входное напряжение до +5 В, а преобразователь DA2 (фирма Calogic Corporation) инвертирует полярность с сохранением абсолютного значения. Суммарный ток нагрузки по цепям +5 и -5 В не должен превышать 100 мА (максимально допустимый ток для DA1). Напряжение в канале -5 В зависит оттока нагрузки больше, чем в канале +5 В;

в)двухполярный стабилизатор напряжения на комплементарных микросхемах DAI, DA2. Диоды VD2, VD3 защищают радиоэлементы в каналах +5 и -5 В от подачи обратного напряжения. Такое может случиться при аварии или переходных процессах, когда одно из напряжений временно отсутствует. Если сопротивление Rn очень велико, то диоды VD2, VD3 не нужны;

г) стабилизаторы DAI, DA2 такого же типа, но в «перевёрнутом» включении.

Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.

Что такое регулятор напряжения? | EAGLE

Регуляторы

, монтаж:


Регулятор напряжения и как он защищает вашу схему

Будь то ваш автомобиль, ноутбук или смартфон, каждое электронное устройство нуждается в защите от скачков напряжения. В наши дни, когда устройства становятся плотнее, чем когда-либо, с такими чувствительными компонентами, как микропроцессоры и интегральные схемы (ИС), даже малейшее изменение напряжения может нанести ущерб вашей тщательно спроектированной схеме. Итак, что может сделать чувствительный компонент, когда он требует защиты? Ему нужен регулятор, чтобы поддерживать стабильное и плавное напряжение от входа к выходу.

Краткий обзор регуляторов напряжения

В мире электронных компонентов регулятор напряжения — один из наиболее широко используемых, но что делает эта ИС? Он обеспечивает схему 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 разработчика. Некоторое напряжение можно контролировать с помощью более простого стабилитрона, в то время как для других приложений требуется продвинутая топология линейных или импульсных стабилизаторов.В конце концов, у каждого регулятора напряжения есть первичная и вторичная цель:

.

Первичный: Для создания постоянного выходного напряжения цепи в ответ на изменения условий входного напряжения. У вас может быть 9 В на входе, но если вам нужно только 5 В на выходе, вам нужно будет понизить его (Бак) с помощью регулятора напряжения.

Вторичный : Регуляторы напряжения также служат для экранирования и защиты вашей электронной схемы от любого потенциального повреждения. Меньше всего вам нужно сжечь микроконтроллер, потому что он не справляется с 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 работают.

Линейные регуляторы напряжения

Этот тип регулятора действует как делитель напряжения в вашей цепи и представляет собой тип регулятора, обычно используемый при разработке маломощных и недорогих приложений. С линейным регулятором вы получите преимущество силового транзистора (BJT или MOSFET), который играет роль переменного резистора, повышая и понижая выходное напряжение вашей схемы при изменении входного питания.

Независимо от того, какая нагрузка находится в вашей цепи, линейный регулятор напряжения всегда будет идти в ногу, чтобы обеспечить вам постоянное стабильное выходное напряжение. Например, трехконтактный линейный стабилизатор напряжения, такой как LM7805, обеспечивает стабильный выходной сигнал 5 вольт на 1 ампер, пока входное напряжение не превышает 36 вольт.

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

Обратной стороной этого типа регулятора в конечном итоге является принцип его работы.Поскольку он ведет себя как резистор для стабилизации напряжения, он в конечном итоге тратит массу энергии на преобразование тока сопротивления в тепло. Вот почему линейные регуляторы напряжения идеально подходят для приложений, в которых требования к мощности невысоки, а разница между входным и выходным напряжениями минимальна. Давайте сравним две разные ситуации регулирования напряжения, чтобы увидеть, как складывается линейный регулятор:

С входным источником 10 В, который понижается до 5 В с помощью LM7805, вы в конечном итоге потратите 5 Вт и получите только 50% эффективности от ваших усилий.

Возьмите тот же регулятор LM7805 и подайте на него входное напряжение 7 В, пониженное до 5 В, и в итоге вы потратите только 2 Вт и получите КПД 71%.

Как видите, чем ниже начальная потребляемая мощность, тем эффективнее может быть линейный стабилизатор напряжения. При работе с этими регуляторами в вашей собственной схеме вы обычно столкнетесь с двумя вариантами: последовательным или шунтирующим.

Стабилизатор напряжения серии

В этом стандартном стабилизаторе последовательно с нагрузкой установлен транзистор, управляемый стабилитроном.Здесь стабилизатор использует в качестве переменного элемента (в данном случае транзистор), плавно увеличивая и уменьшая сопротивление в зависимости от переменного входного напряжения, чтобы обеспечить стабильное и стабильное выходное напряжение.

Простая схема последовательного регулятора напряжения, обеспечивающая регулируемый выход постоянного тока. (Источник изображения)

Шунтирующий регулятор напряжения

Это приложение работает аналогично последовательному регулятору напряжения, но не подключено последовательно. Все избыточное напряжение по-прежнему отправляется на землю через тот же процесс переменного сопротивления, что снова приводит к потере энергии.Чаще всего шунтирующие регуляторы используются в:

  • Прецизионные ограничители тока
  • Контроль напряжения
  • Источники питания с регулируемым напряжением
  • Усилители ошибок
  • Цепи источника и потребителя тока
  • Импульсные источники питания с низким выходным напряжением

Шунтирующий регулятор напряжения не подключен последовательно, но по-прежнему посылает избыточный ток на землю. (Источник изображения)

В целом, если вы работаете с маломощным и недорогим приложением, в котором эффективность преобразования энергии не является основным приоритетом, то линейный стабилизатор напряжения будет вашим выбором.Вот некоторые последние преимущества и недостатки, о которых следует помнить перед выбором линейного регулятора для вашего следующего проекта:

Преимущества Недостатки
  • Имеет более низкие электромагнитные помехи и шум, чем импульсные регуляторы
  • Вариант с очень низким энергопотреблением, если разница между входным и выходным напряжением велика
  • Быстро реагирует на изменения нагрузки или напряжения сети
  • Часто требуется установка радиатора для рассеивания всей потраченной впустую энергии
  • Обеспечивает стабильное и стабильное низкое выходное напряжение, идеально подходит для приложений с низким энергопотреблением.
  • У вас нет возможности получить выходное напряжение выше входного

Импульсные регуляторы напряжения

Импульсные регуляторы

идеально подходят, когда у вас большая разница между входным и выходным напряжениями.По сравнению с линейными регуляторами напряжения переключение выигрывает в эффективности преобразования энергии. Однако вся эта дополнительная эффективность также делает вашу схему более сложной.

Вы обнаружите, что импульсные регуляторы имеют совершенно другую внутреннюю схему, в которой для регулирования напряжения используется управляемый переключатель. Вот почему он называется импульсным регулятором.

Как работает импульсный регулятор? Вместо того, чтобы постоянно сопротивляться входному напряжению и посылать его на землю в качестве приемника, импульсные регуляторы вместо этого накапливают, а затем доставляют заряд меньшими частями к выходному напряжению на основе обратной связи.Подавая выходное напряжение обратно в переключатель, регулятор постоянно проверяет, нужно ли ему увеличивать или уменьшать синхронизацию порций напряжения для вывода.

Переключение регуляторов становится немного сложнее. (Источник изображения)

Импульсный стабилизатор поддерживает уровень заряда с помощью транзистора, который включается, когда для его накопителя требуется больше энергии, и выключается, когда он достигает желаемого выходного напряжения. Это помогает обеспечить гораздо более энергоэффективный метод управления уровнями выходного напряжения с помощью своего рода плотиноподобной системы, которая не просто сопротивляется потоку входного напряжения, но вместо этого реагирует на изменения напряжения и включение / выключение как нужный.

Однако у этого процесса включения / выключения есть некоторые недостатки. Чем быстрее ваш импульсный регулятор переключается, тем больше времени он потратит на переход из проводящего в непроводящее состояние, что приводит к общему снижению эффективности преобразования. Вы также получите намного больше шума в своей цепи с импульсным стабилизатором, чем с линейным регулятором напряжения.

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

Повышающий (повышающий)

Этот метод обеспечивает более высокое регулируемое выходное напряжение за счет увеличения входного напряжения.

Эта схема увеличивает входное напряжение 5 В до 12 В на выходе. (Источник изображения)

Подкатывающий (понижающий)

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

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

Повышение / понижение (инвертор)

Этот метод представляет собой своего рода гибрид, предоставляющий 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 разница между входным и выходным напряжениями велика, тогда вам подойдут импульсные стабилизаторы.Вот некоторые окончательные преимущества и недостатки, о которых следует помнить, прежде чем выбирать этот регулятор для вашего следующего проекта:

Преимущества Недостатки
  • Достигает гораздо более высокой эффективности преобразования мощности, чем линейные регуляторы, 85% +
  • Производит больше электромагнитных помех и шума, чем линейные регуляторы
  • Не требует добавления радиатора на вашу плату, экономя место
  • Требуется большая сложность и дополнительные компоненты на вашем макете
  • Может легко работать с силовыми приложениями, где есть широкий диапазон входных и выходных напряжений.
  • Дополнительные компоненты увеличивают общую стоимость проекта, что не идеально для низкозатратных или бюджетных проектов.

Оставаясь простым — стабилитрон

Многим разработчикам может не понадобиться иметь дело со сложными линейными или импульсными регуляторами напряжения. В этих ситуациях мы можем полагаться на еще более простое решение для регулирования напряжения с помощью стабилитрона. Один только этот компонент в некоторых случаях может обеспечить все необходимое регулирование напряжения, не требуя каких-либо специальных деталей.

Стабилитрон выполняет свою работу, шунтируя все избыточное напряжение выше его порогового значения на землю.Однако вся эта простота имеет ограниченные возможности, и вы обычно будете использовать 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 удовлетворит потребности каждого инженера. Лучше оценивать каждый новый проект в индивидуальном порядке и задавать себе следующие вопросы:

  • Требует ли ваша конструкция низкого уровня шума на выходе и низкого уровня электромагнитных помех? Если это так, то линейные регуляторы и — это то, что вам нужно.
  • Требуется ли ваша конструкция максимально быстрого реагирования на помехи на входе и выходе? Линейные регуляторы снова побеждают.
  • Есть ли у вашего проекта строгие ограничения по стоимости, и вам нужно учитывать каждый доллар? Линейные регуляторы — это экономичный выбор.
  • Ваша конструкция работает на уровне мощности выше нескольких ватт? В этой ситуации импульсные стабилизаторы обходятся дешевле, поскольку не требуют радиатора.
  • Требуется ли для вашей конструкции высокий КПД преобразования мощности? Импульсные регуляторы — это лучший выбор, предлагающий КПД 85% + для повышающих и понижающих приложений.
  • Ваше устройство работает только от источника постоянного тока, и вам нужно увеличить выходное напряжение? Регуляторы переключения справятся с этим.

Все еще не уверены, какого риэлтора выбрать? Вот некоторые другие детали, которые следует учитывать в разделе Как выбрать лучший стабилизатор напряжения для моей схемы? от Силовой Электроники.

Регуляторы, монтаж вверх

Какое бы устройство вы ни проектировали, ему потребуется серьезная защита от колебаний напряжения.Стабилизаторы напряжения — идеальный инструмент для решения этой задачи, способный обеспечить стабильное выходное напряжение для обеспечения правильной работы вашей схемы. В конечном итоге, выбор регулятора напряжения зависит от требований вашей конструкции. Работаете с малопотребляющим и недорогим приложением, где преобразование энергоэффективности не имеет значения? Возможно, вам подойдут линейные регуляторы. Или, может быть, вы работаете над более сложной конструкцией, требующей повышения и понижения напряжения по мере необходимости. Если это так, подумайте о переключении регуляторов.Какой бы регулятор вы ни выбрали, вы защитите свою электрическую цепь от опасностей, связанных с этими напряжениями в дикой природе.

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

Лучший способ питания микроконтроллера, SMPS против линейного регулятора

  1. Чем отличается понижающий преобразователь от линейного линейного регулятора

Очень минималистичное объяснение:

SMPS

A SMPS (импульсный источник питания, e.грамм. Buck) в основном сравнивает выходное напряжение с заданным эталоном. Если выходное напряжение выше опорного, регулятор в основном разрывает соединение между входом и выходом. Если выходное напряжение ниже опорного, вход и выход подключаются. Выходная емкость и индуктивность используются для хранения энергии на выходной стороне и сглаживания выходного напряжения.

преимущества : Эффективность и, следовательно, рассеиваемая мощность (-> тепло), потому что переключатели либо замкнуты (нет тока -> нет рассеяния мощности), либо разомкнуты (состояние наименьшего сопротивления -> минимальное рассеивание мощности).

Минусы : дополнительные детали (обычно делитель напряжения, индуктивность, емкость и, возможно, ферритовый шарик для шумоподавления) и повышенная цена (само устройство и дополнительные детали).

линейный

В отличие от SMPS, линейный регулятор не использует транзистор в качестве переключателя (вкл. / Выкл.), А работает в линейном режиме (также допускается любое состояние между включением и выключением). Это приводит к увеличению рассеиваемой мощности, поскольку вы можете представить транзистор как регулируемый резистор, который настраивается на падение напряжения Vin-Vout.

преимущества : дешево; легкий; меньше / нет шума из-за отсутствия переключения, может потребоваться только емкость минусы : экономичность, особенно при высоких нагрузках;

  1. Будет ли линейный регулятор (маленькие корпуса) плохой идеей, потому что он будет сильно нагреваться из-за большой разницы в напряжении (12–3,3 = 8,7, 8,7 * 0,15 = 1,3 Вт)?

Я бы ответил утвердительно. Если вы посмотрите здесь и рассмотрите ценности, подобные тем, что указаны в главе 6.4 дюйма, например В этом техническом описании вы увидите, что тепловое сопротивление легко превышает 100 ° C / Вт (что означает: повышение температуры на 100 ° C для рассеиваемой мощности 1 Вт). Я думаю, что это в маленьком корпусе не сработает, даже с радиатором (маленьким, потому что маленький корпус) и большим количеством медных участков на вашей печатной плате, предназначенных для охлаждения (так что вы вообще не сможете извлечь выгоду из маленького корпуса. ).

Как правило, я обычно использую линейный регулятор, если мне нужны очень низкие токи (всего несколько мА при максимуме) или очень небольшое падение напряжения (1..2V) и / или сверхчистое напряжение питания для АЦП или других аналоговых компонентов. Значит, в большинстве случаев я предпочитаю использовать SMPS. Обычно для этого требуется больше деталей (больше конденсаторов, резисторов, индуктивности), поэтому это более дорогое и «сложное» решение.

  1. Будет ли частота переключения или пульсации (шум) выходного напряжения иметь большое влияние на нормальную работу MCU?

Если вы проектируете SMPS на основе технических данных устройств, обычно приводятся расчеты ожидаемого шума пульсаций.Обычно они находятся в пределах 1% от выходного напряжения, что не является проблемой для цифровых систем. Я создал таблицу Excel, не помогая ограничить размеры и т. Д., Но я не знаю, как добавить сюда вложение …

Также вы, вероятно, захотите добавить конденсатор 10..100 нФ к каждому входу питания MCU и сделать трассы от Cap до MCU короткими, чтобы минимизировать пульсации, наблюдаемые на выводах питания.

  1. Заключение, как лучше всего запитать его при входном напряжении от 6В до 12В?

Так как вам нужен большой скачок напряжения, более нескольких мА, и я не упомянул о каких-либо особых требованиях относительно шума (для аналоговых устройств), я бы выбрал SMPS.

Отключение по низкому напряжению с помощью регулятора с помощью микроконтроллера

Отключение по низкому напряжению с помощью регулятора с помощью микроконтроллера
Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 177 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  2. 0
  3. +0
  6. Авторизоваться Зарегистрироваться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 563 раза

\ $ \ begingroup \ $

Я использую литий-полимерный аккумулятор с регулятором LDO.Я хочу, чтобы регулятор отключился, когда напряжение батареи станет слишком низким. Я бы предпочел контролировать напряжение батареи с помощью микроконтроллера, который уже есть в моей схеме, а не добавлять отдельный супервизор напряжения или компаратор для управления выводом Enable регулятора.

Проблема в том, что микроконтроллер питается от выхода VDD регулятора, поэтому до включения регулятора микроконтроллер выключен, и его вывод GPIO не может управлять выводом Enable. Выключатель батареи является переключателем SPDT, а не мгновенным.Есть ли решение, которое «стоило бы меньше», чем добавление супервизора / компаратора напряжения для управления выводом включения регулятора? А не добавить мгновенный переключатель? Я знаю, что это не сработает:

задан 21 мая ’19 в 21:50

пончик

15322 серебряных знака1212 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ 3 \ $ \ begingroup \ $

Контроллер / компаратор или схема требуется, если вы хотите управлять включением LDO.Еще один вариант — это LDO с блокировкой минимального напряжения, которые, по сути, имеют встроенный компаратор. Как тот, что в этом вопросе.

LDO с низковольтной отсечкой?

Ваше право, вы не можете использовать микроконтроллер для контроля пониженного напряжения, потому что ему нужно напряжение для работы. Вам нужна внешняя цепь. Другой вариант — использовать pmosfet для управления, для чего не требуется компаратор.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *