Интегральный стабилизатор напряжения

Симисторы: принцип работы, проверка и включение, схемы

К сожалению, чаще бывает наоборот.

Как работает симистор?

Если у тиристора есть конкретные анод и катод, то электроды симистора так охарактеризовать нельзя, поскольку каждый электрод является и анодом, и катодом одновременно. Поэтому в отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Очень простой схемой, характеризующей принцип работы и область применения симистора, может служить электронный регулятор мощности. В качестве нагрузки можно использовать что угодно: лампу накаливания, паяльник или электровентилятор.

Симисторный регулятор мощности

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим, с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется, и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность, он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения, тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса. В данном случае, изменяя управляющее напряжение, мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника.

Симистор управляется как отрицательным, так и положительным током. В зависимости от полярности управляющего напряжения рассматривают четыре, так называемых, сектора или режима работы. Но этот материал достаточно сложен для одной статьи.

Если рассматривать симистор, как электронный выключатель или реле, то его достоинства неоспоримы:

• Невысокая стоимость.

• По сравнению с электромеханическими приборами (электромагнитными и герконовыми реле) большой срок службы.

• Отсутствие контактов и, как следствие, нет искрения и дребезга.

К недостаткам можно отнести:

• Симистор весьма чувствителен к перегреву и монтируется на радиаторе.

• Не работает на высоких частотах, так как просто не успевает перейти из открытого состояния в закрытое.

• Реагирует на внешние электромагнитные помехи, что вызывает ложное срабатывание.

Для защиты от ложных срабатываний между силовыми выводами симистора подключается RC-цепочка.

Величина резистораR1 от 50 до 470 ом, величина конденсатораC1 от 0,01 до 0,1 мкф. В некоторых случаях эти величины подбираются экспериментально.

Основные параметры симистора.

Основные параметры удобно рассмотреть на примере популярного отечественного симистора КУ208Г. Будучи разработан и выпущен достаточно давно, он продолжает оставаться востребованным у любителей сделать что-то своими руками. Вот его основные параметры.

• Максимальное обратное напряжение – 400V. Это означает, что он прекрасно может управлять нагрузкой в сети 220V и ещё с запасом.

• В импульсном режиме напряжение точно такое же.

• Максимальный ток в открытом состоянии – 5А.

• Максимальный ток в импульсном режиме – 10А.

• Наименьший постоянный ток, необходимый для открытия симистора – 300 мА.

• Наименьший импульсный ток – 160 мА.

• Открывающее напряжение при токе 300 мА – 2,5 V.

• Открывающее напряжение при токе 160 мА – 5 V.

• Время включения – 10 мкс.

• Время выключения – 150 мкс.

Как видим, для открывания симистора необходимым условием является совокупность тока и напряжения. Больше ток, меньше напряжение и наоборот

Следует обратить внимание на большую разницу между временем включения и выключения (10 мкс. против 150 мкс.)

Оптосимистор.

Современная и перспективная разновидность симистора – это оптосимистор. Название говорит само за себя. Вместо управляющего электрода в корпусе симистора находится светодиод, и управление осуществляется изменением напряжения на светодиоде. На изображении показан внешний вид оптосимистора MOC3023 и его внутреннее устройство.

Оптосимистор MOC3023

Устройство оптосимистора

Как видим, внутри корпуса смонтирован светодиод и симистор, который управляется за счёт излучения светодиода. Выводы, отмеченные как N/C и NC, не используются, и не подключаются к элементам схемы. NC – это сокращение от Not Connect, которое переводится с английского как «не подключается».

Самое ценное в оптосимисторе это то, что между цепью управления и силовой цепью осуществлена полная гальваническая развязка. Это повышает уровень электробезопасности и надёжности всей схемы.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Принцип работы, сильные и слабые стороны тиристорных стабилизаторов

Тиристорные стабилизаторы напряжения обладают следующими преимуществами:

• относительно высокое быстродействие – 20 мс (в сравнении с релейными приборами);
• высокий КПД, который достигается благодаря отсутствию реле и подвижных элементов;
• возможность функционирования во внешней среде с высокими или низкими температурами;
• долговечность и надежность за счёт отсутствия механических деталей;
• бесшумное функционирование;
• устойчивость к перегрузкам.

Тиристорные приборы также отличаются высокой точностью стабилизации напряжения на выходе (от 5 до 10 %) по сравнению с релейными моделями, а также широким диапазоном напряжения на входе, который позволяет их использовать в сетях с крайне некачественным напряжением.

Серьезным недостатком тиристорных стабилизаторов является дискретность (ступенчатость) коррекции напряжения. Ступенчатые скачки напряжения, которые появляются при переключении трансформаторных обмоток, ухудшают точность стабилизации, что существенно снижает скорость работы прибора. Из-за этого тиристорные стабилизаторы нельзя использовать для питания нагрузки, особо чувствительной к перепадам напряжения (например, ПК и периферийных устройств, профессиональных аудио- и видеоприборов, а также приборов с электронным управлением).

Кроме того, выходное напряжение тиристорных стабилизаторов имеет форму, отличную от синусоидальной (трапециевидную или с другими искажениями, в зависимости от конкретной модели), что делает нежелательным их использование для питания нагрузок с электродвигателями (например, насосов, систем отопления).

Виды стабилизаторов

Широко примененяются в электронике два типа интегральных стабилизаторов:

• полупроводниковый (твердотельный);
• гибридно-плёночный (с элементами изготовленными из плёнок).

Полупроводниковые стабилизаторы, в свою очередь, подразделяются ещё на несколько групп:

1. имеющие регулируемое напряжение на выходе — требуют подключения дополнительных элементов;
2. обладающие фиксированным напряжением, подаваемым на выход – являются готовым к эксплуатации изделием, не требующим необходимости дополнительных включений в схему;
3. двуполярные – используются для приборов, требующих двуполярного напряжения на выходе.

Мощный стабилизатор на полевике

Рассмотрим сборку схемы стабилизатора, предназначенного для блока питания большой мощности. Здесь улучшены свойства прибора с помощью мощного электронного ключа в виде полевого транзистора.

При разработке мощных силовых стабилизаторов любители чаще всего применяют специальные серии микросхем 142, и ей подобные, которые усилены несколькими транзисторами, подключенными по параллельной схеме. Поэтому получается силовой стабилизатор.

Схема такой модели прибора изображена на рисунке. В нем использован мощный полевик IRLR 2905. Он служит для переключения, однако в этой схеме он применен в линейном режиме. Полупроводник имеет незначительное сопротивление и обеспечивает ток до 30 ампер при нагревании до 100 градусов. Он нуждается в напряжении на затворе до 3 вольт. Его мощность достигает 110 ватт.

Полевиком управляет микросхема TL 431. Стабилизатор имеет следующий принцип действия. При подсоединении трансформатора на вторичной обмотке возникает переменное напряжение 13 вольт, которое выпрямляется выпрямительным мостом. На выравнивающем конденсаторе значительной емкости появляется постоянное напряжение 16 вольт.

Это напряжение проходит на сток полевого транзистора и по сопротивлению R1 идет на затвор, при этом открывая транзистор. Часть напряжения на выходе через делитель попадает на микросхему, при этом замыкая цепь ООС. Напряжение прибора повышается до тех пор, пока входное напряжение микросхемы не дойдет границы 2,5 вольт. В это время микросхема открывается, уменьшая напряжение затвора полевика, то есть, немного закрывая его, и прибор работает в режиме стабилизации. Емкость С3 делает быстрее выход стабилизатора на номинальный режим.

Величина напряжения выхода устанавливается 2,5-30 вольт, путем выбора переменным сопротивлением R2, его величина может меняться в больших пределах. Емкости С1, С2, С4 дают возможность стабильному действию стабилизатора.

Для такого прибора наименьшее падение напряжения на транзисторе составляет до 3 вольт, хотя он способен работать при напряжении около нуля. Такой недостаток возникает поступлением напряжения на затвор. При малом падении напряжения полупроводник не будет открываться, так как на затворе должно быть плюсовое напряжение по отношению к истоку.

Для снижения падения напряжения цепь затвора рекомендуется подключать от отдельного выпрямителя на 5 вольт выше, чем напряжение выхода прибора.

Хорошие результаты можно получить при подключении диода VD 2 к мосту выпрямления. При этом напряжение на конденсаторе С5 повысится, так как падение напряжения на VD 2 станет ниже, чем на диодах выпрямителя. Для плавного регулирования напряжения выхода постоянное сопротивление R2 нужно заменить переменным резистором.

Величину выходного напряжения определяют по формуле: U _вых = 2,5 (1+R2 / R3). Если применить транзистор IRF 840, то наименьшее значение напряжения управления на затворе станет 5 вольт. Емкости выбирают танталовые малогабаритные, сопротивления – МЛТ, С2, Р1. Выпрямительный диод с небольшим падением напряжения. Свойства трансформатора, моста выпрямления и емкости С1 подбирают по нужному напряжению выхода и тока.

Полевик рассчитан на значительные токи и мощность, для этого необходим хороший теплоотвод. Транзистор служит для монтажа на радиатор путем пайки с промежуточной пластиной из меди. К ней припаивают транзистор с остальными деталями. После монтажа пластину размещают на радиаторе. Для этого пайка не нужна, так как пластина имеет значительную площадь контакта с радиатором.

Если использовать для наружной установки микросхему П_431 С, сопротивления Р1, и чип-конденсаторы, то их располагают на печатной плате из текстолита. Плату паяют к транзистору. Настройка прибора сводится к монтажу нужного значения напряжения. Необходимо проконтролировать прибор и проверить его, имеется ли самовозбуждение на всех режимах.

Простой, мощный регулируемый стабилизатор напряжения

Watch this video on YouTube

Экскурс в теорию

Напряжение сети, предназначенное для электропитания, может иметь значительные колебания, ухудшающие работу различной техники. В сетях переменного тока встречаются перепады двух видов: краткосрочные и многочасовые. И те и другие изменения негативно сказываются на работе техники. Есть устройства, которые вообще не способны работать без стабилизации параметров, к ним относятся лампы бегущей волны, электронные вольтметры, осциллографы и т. д.

Стабилизаторы с регулировкой напряжения – это аппараты с функцией поддерживания напряжения на нагрузке с нужной точностью при изменении сопротивления нагрузки и параметров сети в заданном диапазоне.

Стабилизаторы с регулировкой тока при тех же изменениях поддерживают в нагрузке с необходимой точностью величину заданного тока. Стабилизаторы одновременно с главными своими функциями осуществляют также сглаживание пульсаций.

Сравнение с линейным стабилизатором

Чтобы сравнить два принципа преобразования, нужно вспомнить, что линейные стабилизаторы (ЛС) – это обычно делитель напряжения. У него нестабильный потенциал подаётся на вход делителя, а стабильный – снимается со второго плеча (нижнего). Принцип стабилизации заключается в постоянном изменении сопротивления верхнего плеча схемы таким образом, чтобы на нижнем оно оставалось стабильным.

К сведению. Когда отношение Uвх/Uвых велико, то КПД линейного стабилизатора очень низкий. Это связано с потерями энергии на регулирующем резисторе. Он греется, оттого часть мощности на входе теряется.

У таких сборок есть свои плюсы, а именно: простота схемы, минимум элементов и неимение помех. По сравнению с линейными, импульсные стабилизаторы (ИС) сложнее, но работают стабильнее при правильно подобранной схеме.

В ИС могут возникать автоколебания, которые приводят к частичной неработоспособности или полному выходу преобразователя из строя. Это происходит в случае, когда импеданс источника Uвх превысит значение импеданса ИС, тогда при снижении Uвх повышается ток на входе.

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.

Характеристики

Типовая схема интегрального стабилизатора состоит из следующих элементов:

• источника опорного напряжения;
• усилителя ошибки;
• включённых между источником и нагрузкой элементов регулировки;
• схему выключения устройства при подачи сигнала извне;
• транзистора для защиты от короткого замыкания или перегрузки.

Интегральные микросхемы стабилизаторов представляют собой функционально завершённые устройства и имеют всего три внешних вывода: входной, выходной и заземление. Данные микросхемы производятся для фиксированных значений напряжения от 5 до 24 В и нагрузки до 1 А.

Стабилизационные устройства на ИМС обеспечиваются встроенными схемами, ограничивающими выходной ток, а также схемой защиты от перегрузок по температуре.