Мощный стабилизатор напряжения своими руками: схема + инструктаж по сборке

Стабилизация напряжения бытовой сети

Стремления обеспечить стабилизированное напряжение бытовой сети – явление очевидное. Такой подход обеспечивает сохранность эксплуатируемой техники, зачастую дорогостоящей, постоянно необходимой в хозяйстве. Да и в целом, фактор стабилизации – это залог повышенной безопасности эксплуатации электрических сетей.

Для бытовых целей чаще всего приобретают стабилизатор для газового котла, автоматика которого требует подключения к электропитанию, для холодильника, насосного оборудования, сплит систем и подобных потребителей.

Промышленная конструкция стабилизатора сетевого напряжения, которую несложно приобрести на рынке. Ассортимент подобного оборудования огромен, но всегда остаётся возможность сделать собственную конструкцию

Решить подобную задачу можно разными способами, самый простой из которых – купить мощный стабилизатор напряжения, изготовленный промышленным способом.

Предложений стабилизаторов напряжения на коммерческом рынке масса. Однако нередко возможности приобретения ограничиваются стоимостью устройств или другими моментами. Соответственно, альтернативой покупке становится сборка стабилизатора напряжения своими руками из доступных электронных компонентов.

При условии обладания соответствующими навыками и знаниями электромонтажа, теории электротехники (электроники), разводки схем и пайки элементов самодельный стабилизатор напряжения можно реализовать и успешно применять на практике. Такие примеры есть.

Примерно так может выглядеть оборудование стабилизации, изготовленное своими руками из доступных и недорогих радиодеталей. Шасси и корпус можно подобрать от старого промышленного оборудования (например, от осциллографа)

Обзор популярных схем

Стабильный источник питания для LED (и другой нагрузки) можно собрать по разным схемам. Все зависит от требуемых характеристик и квалификации мастера.

Импульсный стабилизатор для светодиодов

Несложный, но мощный стабилизатор тока можно собрать на недорогой и доступной микросхеме 555 (NE555, КР1006ВИ1). Микросхема представляет собой таймер с двумя входами:

• по одному входу можно регулировать частоту импульсов;
• по второму – их длительность.

Таким способом можно организовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для регулирования и стабилизации яркости светодиодов. Метод ШИМ состоит в питании LED импульсами постоянного напряжения, постоянной частоты, но разной длительности. Чем больше длительность импульсов, тем выше средний ток через светоизлучающие диоды, а чем короче импульсы – тем ниже средний ток.

Принцип ШИМ-регулирования

Схема стабилизатора тока построена так, что частота следования импульсов на выходе остается постоянной, а длительность можно регулировать потенциометром. Если регулировка не нужна, можно вместо потенциометра впаять постоянный резистор нужного номинала. Частота следования импульсов практически не зависит от напряжения питания, а их размах – зависит. И это является недостатком схемы, потому что для стабильного свечения требуется стабильное входное напряжение.

Схема драйвера на таймер 555

Устройство питается от постоянного напряжения от 13,5 до 27 вольт (ограничения заданы диапазоном входного напряжения LM7812). Для питания пониженным напряжением надо удалить из схемы входной стабилизатор. Для питания повышенным – изменить схему стабилизации.

Стабилизатор на КРЕН

Популярные линейные интегральные стабилизаторы КРЕН (зарубежные аналоги – LM78XX, где XX – напряжение стабилизации) можно использовать для стабилизации тока в стандартном включении – путем получения стабильного напряжения. Но изменив включение микросхемы можно заставить ее стабилизировать ток.

Источник тока на КРЕН

Для стабилизации тока используется свойство микросхемы повышать уровень напряжения на выходе (вывод Out) если повышается уровень на выводе GND. Если ток в цепи по какой-либо причине уменьшается, то изменяется распределение Uвходного между нагрузкой и регулирующим элементом микросхемы. Напряжение на нагрузке увеличивается, и интегральный стабилизатор повышает напряжение на выходе, удерживая при этом ток стабильным.

Микросхему надо выбирать так, чтобы ее Uвых хватило для открывания цепочки светодиодов. Для одного LED хватит и КРЕН5А (LM7805). Для большего количества светодиодов надо применять стабилизатор с большим выходным уровнем, соответственно увеличивая напряжение питания. Резистор R1 задает ток в цепи по закону I=Vстаб/R1+i0, где:

• I — ток стабилизации, А;
• Vстаб – выходное напряжение микросхемы;
• R1 – сопротивление резистора, Ом;
• i0 – ок покоя микросхемы, для большинства экземпляров около 8 мА.

Максимальный ток ограничивается возможностями микросхемы и не превышает 1 А, но для этого стабилизатор надо установить на радиаторе. Окончательно выходной ток устанавливается подбором резистора R1 в процессе наладки.

Для нормальной работы микросхемы на входе надо установить оксидный конденсатор (на схеме не показан) так, чтобы длина проводников между КРЕН и конденсатором была не больше 7 см.

Точно такой же стабилизатор можно построить на микросхеме LM311. Она включается по аналогичному принципу, и ток стабилизации рассчитывается по той же формуле.

Окно онлайн-калькулятора

Для расчета параметров стабилизатора можно использовать онлайн-калькуляторы. Найти их можно в интернете.

Стабилизатор тока на транзисторе

Стабилизатор для светодиодов можно построить на биполярном транзисторе, включенном по схеме эмиттерного повторителя. Напряжение на базе стабилизировано стабилитроном VD, резистор R1 ограничивает ток через стабилитрон.

Схема стабилизатора на биполярном транзисторе

Если напряжение на базе транзистора неизменно, то оно неизменно и на эмиттере, а значит, стабилен и ток через R2. Так как ток коллектора практически совпадает с током эмиттера, то и ток через светоизлучающие диоды будет относительно неизменен.

Другой вариант схемы стабилизатора на транзисторе

Стабилитрон должен иметь как можно более низкое напряжение стабилизации, в противном случае будет теряться большая часть выходного уровня источника питания. Но низковольтный стабилитрон найти не так легко, поэтому хороший вариант – заменить его двумя (или более) обычными диодами в прямом включении.

Диоды задают напряжение на базе полупроводникового прибора, но надо учитывать, что примерно 0,6 вольта упадет на эмиттерном переходе транзистора. Поэтому диодов должно быть не меньше двух.

Еще один вариант схемы – использование в качестве источника опорного напряжения «программируемый стабилитрон» TL431. При включении, указанном на схеме, на эмиттере транзистора всегда будет 2,5 вольта, и ток в цепи коллектора будет равен Iколлектора=2,5/R2+Iбазы. Ток базы невелик, поэтому можно считать, что ток коллектора достаточно стабилен и задается резистором R2.

Недостатком этой схемы является зависимость тока от входного напряжения. Улучшить параметры можно получить, запитав схему стабильным напряжением, добавив стабилизатор, собранный, например, на КРЕН.

Лучшие характеристики имеет стабилизатор на полевом транзисторе.

Схема драйвера на мощном MOSFET

Преимущество такой схемы в том, что стабилизатор представляет собой двухполюсник и может быть легко подключен в любую существующую цепь. Ток задается резистором R1 и имеет сложную зависимость от сопротивления и характеристик полевого транзистора. Ток стабилизации придется подбирать экспериментально из-за большого разброса параметров полупроводниковых приборов – и это недостаток данной схемы.

В самом простом варианте резистор отсутствует совсем. Затвор и исток соединяются вместе.

Такой вариант – без резистора – является, пожалуй, оптимальной схемой драйвера светодиодных приборов системы освещения авто. В этой ситуации требует решения проблема стабильного напряжения (выбросы в бортсети намного уменьшают срок службы LED). Линейные стабилизаторы (LM7812) работают плохо. Для нормальной работы им нужно на входе не менее 14 вольт, а в бортовой сети такое напряжение бывает не всегда. Работа с пониженным же напряжением питания ведет к падению яркости свечения световых устройств. А в приведенной схеме эти недостатки минимизированы.

Стабилизаторы на микросхемах

Источник стабильного тока можно построить на операционном усилителе. Выходной каскад ОУ в большинстве случаев не рассчитан на подключение мощной нагрузки, поэтому к нему в качестве усилителя подключается мощный полевой или биполярный транзистор. Приведенная схема имеет особенность – нагрузка подключена к общему проводу. Во многих случаях это удобно.

Иной вариант схемы – когда нагрузка подключается к плюсу питания.

Другой вариант драйвера на ОУ

Для обеих вариантов характерен общий недостаток – ток в цепи нагрузки зависит от входного напряжения. В совокупности с другими минусами (необходимость организации цепей смещения ОУ или питание от двуполярного источника и т.п.) схемы получаются громоздкими и особого распространения не получили.

Изготовление простого преобразователя для светодиодов

Опытные мастера согласятся, что собрать качественный и долговечный стабилизатор не так уж и сложно. Главная особенность состоит в том, что на блок может быть установлена целая система низковольтных конденсаторов на 20 вольт, а импульсная микросхема может иметь вход до 35 В. Наиболее простой светодиодный стабилизатор, выполненный своими руками — это вариант LM317. Потребуется только правильно рассчитать резистор для используемого светодиода с помощью специализированного онлайн-калькулятора.

Важным фактом остаётся то, что для слаженной работы такого агрегата отлично подходит подручное питание:

• Стандартный блок на 19 вольт от ноутбука.
• На 24 В.
• Более мощный агрегат на 32 вольт от обычного принтера.
• Либо на 9 или на 12 вольт от какой-либо бытовой электроники.

К основным преимуществам такого преобразователя всегда относят его доступность, минимальное количество элементов, высокую степень надёжности, а также наличие в магазинах. Собирать самостоятельно более сложную схему весьма нерационально. Если мастер не обладает необходимым опытом, тогда импульсный стабилизатор тока лучше купить в готовом виде. При необходимости его всегда можно усовершенствовать.

Продолжительность работы светодиода без потери яркости зависит от режима. Главное достоинство простейших стабилизаторов (драйверов), таких как микросхема-стабилизатор LM317, — их довольно трудно сжечь. Схема подключения LM317 требует всего двух деталей: самой микросхемы, включаемой в режим стабилизации, и резистора. Сам процесс сборки состоит из нескольких основных этапов:

1. Потребуется купить переменный резистор сопротивлением в 0.5 кОм (имеет три вывода и ручку регулировки). Заказать его можно через интернет или купить в «Радиолюбителе».
2. Провода припаиваются к среднему выводу, а также к одному из крайних.
3. С помощью мультиметра, включённого в режиме измерения сопротивления, замеряется сопротивление резистора. Нужно добиться максимального показания в 500 Ом (чтобы светодиод не перегорел при низком сопротивлении резистора).
4. После внимательной проверки правильности соединений перед подключением собирается цепь.

Для любого устройства можно добиться подачи 10 А (задаётся низкоомным сопротивлением). Для этих целей можно использовать транзистор КТ825 или установить аналог с лучшими техническими характеристиками и системой охлаждения. Максимальная мощность LM317 — 1.5 ампер. Если есть необходимость увеличить ток, то в схему можно добавить полевой или обычный транзистор.

Блок-схема LM317

Здесь представлена внутренняя схема LM317:

Схемные решения стабилизации электросети 220В

Рассматривая возможные схемные решения под стабилизацию напряжения с учётом относительно высокой мощности (не менее 1-2 кВт), следует иметь в виду разнообразие технологий.

Существует несколько схемных решений, которыми определяются технологические способности приборов:

• феррорезонансные;
• сервоприводные;
• электронные;
• инверторные.

Какой вариант выбрать, зависит от ваших предпочтения, имеющихся материалов для сборки и навыков работы с электротехническим оборудованием.

Вариант #1 — феррорезонансная схема

Для самостоятельного изготовления самым простым вариантом схемы видится первый пункт списка — феррорезонансная схема. Она работает на использовании эффекта магнитного резонанса.

Структурная схема простого стабилизатора, выполненного на основе дросселей: 1 – первый дроссельный элемент; 2 – второй дроссельный элемент; 3 – конденсатор; 4 – сторона входного напряжения; 5 – сторона выходного напряжения

Конструкцию достаточно мощного феррорезонансного стабилизатора допустимо собрать всего на трёх элементах:

1. Дроссель 1.
2. Дроссель 2.
3. Конденсатор.

Однако простота в данном варианте сопровождается массой неудобств. Конструкция мощного стабилизатора, собранная по феррорезонансной схеме, получается массивной, громоздкой, тяжелой.

Вариант #2 — автотрансформатор или сервопривод

Фактически речь идет о схеме, где используется принцип автотрансформатора. Трансформация напряжения автоматически осуществляется за счет управления реостатом, ползунок которого перемещает сервопривод.

В свою очередь сервопривод управляется сигналом, получаемым, к примеру, от датчика уровня напряжения.

Принципиальная схема сервоприводного аппарата, сборка которой позволит создать мощный стабилизатор напряжения для дома или на дачу. Однако этот вариант считается технологически устаревшим

Примерно по такой же схеме действует устройство релейного типа с той лишь разницей, что коэффициент трансформации меняется, в случае надобности, подключением или отключением соответствующих обмоток с помощью реле.

Схемы подобного рода выглядят уже более сложными технически, но при этом не обеспечивают достаточной линейности изменения напряжения. Собрать вручную прибор релейный или на сервоприводе допустимо. Однако разумнее выбрать электронный вариант. Затраты сил и средств практически одинаковые.

Вариант #3 — электронная схема

Сборка мощного стабилизатора по схеме электронного управления при обширном ассортименте радиодеталей в продаже становится вполне возможной. Как правило, такие схемы собираются на электронных компонентах – симисторах (тиристорах, транзисторах).

Также разработан целый ряд схем стабилизаторов напряжения, где в качестве ключей используются силовые полевые транзисторы.

Структурная схема модуля электронной стабилизации: 1 – входные клеммы устройства; 2 – симисторный блок управления трансформаторными обмотками; 3 – микропроцессорный блок; 4 – выходные клеммы на подключение нагрузки

Изготовить мощный аппарат полностью под электронным управлением руками неспециалиста достаточно сложно, лучше купить готовое устройство. В этом деле без опыта и знаний в сфере электротехники не обойтись.

Под самостоятельное производство рассматривать этот вариант целесообразно, если имеется сильное желание построить стабилизатор, плюс наработанный опыт электронщика. Далее в статье рассмотрим конструкцию электронного исполнения, пригодную для изготовления своими руками.

Незаменимое устройство постоянного тока

Даже начинающий мастер знает, что такой агрегат работает по принципу двойного интегрирования. Абсолютно во всех моделях за этот процесс отвечают преобразователи. Универсальные двухканальные транзисторы предназначены для увеличения существующих динамических характеристик. Важно помнить, что для устранения тепловых потерь нужно использовать конденсаторы с большой ёмкостью.

Сделать показатель выпрямления можно только благодаря точному расчёту необходимого значения. Как показывает практика, если при выходном напряжении постоянного тока получается 12 ампер, то предельное значение должно составлять 5 В. Устройство сможет стабильно поддерживать рабочую частоту на отметке 30 Гц. Относительно порогового напряжения — всё зависит от блокировки сигнала, который поступает от трансформатора. Но фронт импульсов не должен превышать 2 МКС.

Только качественное преобразование тока позволяет обеспечить слаженную работу главных транзисторов. В этой схеме допускается использование исключительно полупроводниковых диодов. Если резисторы балластные, то это чревато большими тепловыми потерями. Именно поэтому коэффициент рассевания существенно увеличивается. Мастер может увидеть, что амплитуда колебаний возросла, а процесс индуктивности не произошёл.

Разновидности токовых стабилизаторов

Светодиод загорается при достижении порогового значения тока. Для маломощных устройств этот показатель равняется 20 мА, для сверхъярких – от 350 мА. Разброс порогового напряжения объясняет наличие различных видов стабилизаторов.

Резисторные стабилизаторы

Стабилизатор КРЕН

Для регулируемого стабилизатора параметров тока для маломощных светодиодов применяется схема КРЕН. Она предусматривает наличие элементов КР142ЕН12 либо LM317. Процесс выравнивания осуществляется при силе тока 1,5 А и напряжении на входе 40 В. В условиях нормального теплового режима резисторы рассеивают мощность до 10 т. Собственное энергопотребление составляет около 8 мА.

Узел LM317 удерживает на главном резисторе постоянную величину напряжения, регулируемую подстроечным элементом. Основной, или токораздающий элемент может стабилизировать ток, пропущенный через него. По этой причине стабилизаторы на КРЕН применяются для зарядки аккумуляторов.

Величина в 8 мА не изменяется даже при колебаниях тока и напряжения на входе.

Транзисторные устройства

Схема транзисторного стабилизатора напряжения

Регулятор на транзисторах предусматривает использование одного или двух элементов. Несмотря на простоту схемы при колебаниях напряжения не всегда бывает стабильный ток нагрузки. При его увеличении на одном транзисторе повышается напряжение резистора до 0,5-0,6 В. после этого начинает работать второй транзистор. В момент его открытия первый элемент закрывается, а сила и величина тока, проходящие через него, понижается.

Второй транзистор должен быть биполярным.

Две схемы для транзисторов разной проводимости, в которых стабилитроны заменены двумя обычными диодами VD1, VD2

Для реализации схемы с заменой стабилитронов на диоды применяются:

• диоды VD1 и VD2;
• резистор R1;
• резистор R2.

Подача тока через светодиодный элемент задается резистором R2. Для выхода на линейный участок ВАХ-диодов с привязкой к току базового транзистора используется резистор R1. Чтобы транзистор сохранял устойчивость, напряжение питания не должно быть меньше суммарного напряжения диодов + 2-2,5 В.

Для получения тока 30 мА через 3 последовательно подключенных диода с напряжением 3,1 В по прямой производится запитка 12 В. Резисторное сопротивление должно равняться 20 Ом при мощности рассеивания 18 мВт.

Схема нормализует режим работы элементов, снижает токовые пульсации.

Схема с советскими транзисторами. Допустимое напряжение советских КТ940 или КТ969 – до 300 В, что подходит, если источник света – мощный SMD-элемент. Параметры тока задаются резистором. Напряжение стабилитрона составляет при этом 5,1 В, а мощность – 0,5 В.

Минус схемы – падение напряжения при повышении силы тока. Его можно устранить, заменив биполярный транзистор на MOSFET с низкими параметрами сопротивления. Мощный диод заменяется элементом IRF7210 на 12 А или IRLML6402 на 3,7 А.

Стабилизаторы тока на полевике

Стабилизатор напряжения на полевом транзисторе

Полевой элемент отличается закороченным истоком и затвором, а также встроенным каналом. При использовании полевика (IRLZ 24) с 3-мя выводами на вход подается напряжение 50 В, на выходе получается 15,7 В.

Для подачи напряжения задействуется потенциал заземления. Параметры тока на выходе зависят от начального тока стока, и не привязываются к истоку.

Линейные устройства

Стабилизатор, или делитель постоянного показателя тока принимает нестабильное напряжение. На выходе линейный прибор его выравнивает. Он функционирует по принципу постоянного изменения параметров сопротивления для выравнивания питания на выходе.

К преимуществам эксплуатации относятся минимальное число деталей, отсутствие помех. Недостатком является малый КПД при разнице питания на входе и выходе.

Феррорезонансное устройство

Стабилизатор для переменного тока устаревшей модели, схема которого представлена конденсатором и двумя катушками – с ненасыщенным и насыщенным сердечником. К насыщенному (индуктивному) сердечнику подается напряжение постоянного типа, не зависимое от параметров тока. Это облегчает подбор данных для второй катушки и емкостный диапазон стабилизации питания.

Устройство работает по принципу качелей, которые сразу сложно остановить или раскачать сильнее. Подача напряжения происходит по инерции, поэтому возможны падения нагрузки или разрыв цепи питания.

Особенности схемы токового зеркала

Классическая схема токового зеркала

Токовое зеркало, или отражатель выстраивается на паре транзисторов согласованного типа, т.е. с одинаковыми параметрами. Для их производства используется один светодиодный кристалл полупроводника.

Схема токового зеркала по уравнению Эберса-Молла. Принцип работы заключается в том, что транзисторные базы объединяются, а эмиттеры подкидываются на одну шину питания. В итоге параметры переходного напряжения сцепки «база – транзистор-эмиттер» равны.

Преимущества схемы заключаются в равном диапазоне устойчивости и отсутствии падения напряжение на резисторе-эмиттере. Параметры легче задаются при помощи тока. Недостаток заключается в эффекте Эрли – привязке напряжения на выходе к коллекторному и его колебания.

Схема токового зеркала Уилсона. Токовое зеркало может стабилизировать постоянную величину выходного тока и реализуется так:

1. Транзисторы № 1 и № 1 включены по принципу стандартного токового зеркала.
2. Транзистор № 3 фиксирует потенциал коллектора элемента № 1 на удвоенный параметр падения диодного напряжения.
3. Оно будет меньше, чем напряжение питания, что подавляет эффект Эрли.
4. Коллектор транзистора № 1 задействуется для установления режима схемы.
5. Ток на выходе зависит от транзистора № 2.
6. Транзистор № 3 трансформирует выходной ток в нагрузку с переменным напряжением.

Транзистор № 3 можно не согласовывать с остальными.

Стабилизатор компенсационного напряжения

Компенсационный стабилизатор напряжения

Выпрямитель работает по принципу обратной связи цепи для напряжения. Полное или частичное напряжение приравнивает к опоре. В результате стабилизатор генерирует параметры напряжения ошибки, устраняя колебания яркости для светодиодов. Прибор состоит из следующих элементов:

• Регулирующий элемент или транзистор, который совместно с сопротивлением нагрузки образует делитель напряжения. Эмиттерный показатель транзистора должен превышать ток нагрузки в 1,2 раза.
• Усилитель – управляет РЭ, выполняется на базе транзистора №2. Маломощный элемент согласуется с мощным по составному принципу.
• Источник напряжения опоры – в схеме задействуется стабилизатор параметрического типа. Он выравнивает напряжение стабилитрона и резистора.
• Дополнительные источники.
• Конденсаторы – для сглаживания пульсаций, устранения паразитного возбуждения.

Стабилизаторы компенсационного напряжения работают по принципу увеличения входного напряжения с дальнейшим возрастанием токов. Закрытие первого транзистора увеличивает сопротивление и напряжение зоны коллектор-эмиттер. После подачи нагрузки оно выравнивается до номинала.

Устройства на микросхемах

Микросхема 142ЕН5

Для стабилизующих приборов применяется микросхема 142ЕН5 или LМ317. Она позволяет выровнять напряжение, принимая по цепи обратной связи сигнал от датчика, подключенного к сети тока нагрузки.

В качестве датчика задействует сопротивление, при котором регулятор может поддерживать постоянное напряжение и ток нагрузки. Сопротивление датчика будет меньше сопротивления по нагрузке. Схему задействуют для зарядных устройств, по ней же проектируется ЛЕД-лампа.

Импульсные стабилизаторы

Импульсный прибор отличается высоким КПД и при минимальных параметрах входного напряжения создают высокое напряжение потребителей. Для сборки используется микросхема МАХ 771.

Регулировать силу тока будут один или два преобразователя. Делитель выпрямительного типа выравнивает магнитное поле, понижая допустимую частоту напряжения. Для подачи тока на обмотку светодиодный элемент передает сигнал транзисторам. Стабилизация на выходе осуществляется посредством вторичной обмотки.

DC стабилизатор напряжения с ШИМ

Стабилизатор с широтно-импульсным управлением (рис. 5) по принципу действия близок к стабилизатору, описанному в, но, в отличие от него, имеет две цепи обратной связи, соединенные таким образом, что ключевой элемент закрывается при превышении напряжения на нагрузке или увеличении тока, потребляемого нагрузкой.

При подаче питания на вход устройства ток, текущий через резистор R3, открывает ключевой элемент, образованный транзисторами VT.1, VT2, в результате чего в цепи транзистор VT1 — дроссель L1 — нагрузка — резистор R9 возникает ток. Происходит заряд конденсатора С4 и накопление энергии дросселем L1.

Если сопротивление нагрузки достаточно большое, то напряжение на ней достигает 12 Б, и стабилитрон VD4 открывается. Это приводит к открыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и закрыванию ключевого элемента, а благодаря наличию диода VD3 дроссель L1 отдает накопленную энергию нагрузке.

Рис. 5. Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%.

Технические характеристики стабилизатора:

• Входное напряжение — 15…25 В.
• Выходное напряжение — 12 В.
• Номинальный ток загрузки — 1 А.
• Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 1 А — 0,2 В. КПД (при UBX =18 6, Ін=1 А) — 89%.
• Потребляемый ток при UBX=18 В в режиме замыкания цепи нагрузки — 0,4 А.
• Выходной ток короткого замыкания (при UBX =18 6) — 2,5 А.

По мере уменьшения тока через дроссель и разряда конденсатора С4 напряжение на нагрузке также уменьшится, что приведет к закрыванию транзисторов VT5, ѴТЗ и открыванию ключевого элемента. Далее процесс работы стабилизатора повторяется.

Конденсатор С3, снижающий частоту колебательного процесса, повышает эффективность стабилизатора.

При малом сопротивлении нагрузки колебательный процесс в стабилизаторе происходит иначе. Нарастание тока нагрузки приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R9, открыванию транзистора ѴТ4 и закрыванию ключевого элемента.

Далее процесс протекает аналогично описанному выше. Диоды VD1 и VD2 способствуют более резкому переходу устройства из режима стабилизации напряжения в режим ограничения тока.

Во всех режимах работы стабилизатора потребляемый им ток меньше тока нагрузки. Транзистор ѴТ1 следует установить на теплоотводе размерами 40×25 мм.

Дроссель L1 представляет собой 20 витков жгута из трех проводов ПЭВ-2 0,47, помещенных в чашечный магнитопровод Б22 из феррита 1500НМЗ. Магнитопровод имеет зазор толщиной 0,5 мм из немагнитного материала.

Стабилизатор несложно перестроить на другое выходное напряжение и ток нагрузки. Выходное напряжение устанавливают выбором типа стабилитрона VD4, а максимальный ток нагрузки — пропорциональным изменением сопротивления резистора R9 или подачей на базу транзистора ѴТ4 небольшого тока от отдельного параметрического стабилизатора через переменный резистор.

Для снижения уровня пульсаций выходного напряжения целесообразно применить LC-фильтр, аналогичный используемому в схеме на рис. 2.

Преимущества и недостатки

Все плюсы и минусы для импульсных стабилизаторов можно свести в одну таблицу.

Достоинства и недостатки ИСН

Функциональные схемы по типу цепи управления

По виду управляющей цепи можно выделить несколько рабочих схем, включающих в себя:

• триггер Шмитта;
• ШИМ – широтно-импульсную модуляцию;
• ЧИМ – частотно-импульсную модуляцию.

Электромагнитный пускатель 220В

Важно! Импульсные стабилизаторы – это устройство с автоматическим регулированием, ориентирующееся на опорное напряжение, которое служит эталонным параметром для схемы регулирования.

Блок-схемы ИПН с триггером Шмитта и ШИМ

С триггером Шмитта

При таком построении схемы стабилизации верхний и нижний пороги срабатывания триггера сравниваются с Uвх. Для этой цели используется компаратор – устройство сравнения. Ключ размыкается в момент, когда выходное напряжение сравняется с напряжением срабатывания триггера (Umax). Энергия, накопившаяся за это время, выдаётся на нагрузку, и Uвых после этого спадает. Как только её величина достигнет Umin (нижнего порога), триггер переключается, замыкая ключ.

Такой способ называется стабилизацией с двухпозиционной регулировкой или релейной. Схемы с триггером Шмитта имеют на выходе устройства напряжения с величиной пульсации, обусловленной разностью порогов срабатывания. Эту пульсацию практически устранить невозможно.

В ИС с триггером Шмитта частотное преобразование зависит от Uвх и Iн (тока нагрузки) и является переменным.

С широтно-импульсной модуляцией

На выходе таких схем получают Uср (среднее), на которое влияют скважность импульсов и Uвх. Операционный усилитель (ОУ) представляет собой схему сравнения Uвых и Uоп (опорного) путём вычитания и последующего усиления. Результат поступает на модулятор, который подстраивает свои параметры в зависимости от этого результата.

Модулятор изменяет (в сторону увеличения) отношение времени, при котором ключ открыт, к периоду тактового импульса генератора, если Uвых < Uоп.

Схема добивается такого управления ключом, чтобы разность между Uвых и Uоп сводилась к минимуму, когда происходит изменение Uвх или ток через нагрузку (Iн).

Внимание! В ИС с ШИМ частотное преобразование не имеет зависимости от Uвх и Iн.

С частотно-импульсной модуляцией

Подобные сборки отличаются тем, что скважность импульсов (частота) напрямую зависит от понижения Uвх или увеличения Iн. При этом длительность отпирающего ключ импульса неизменна. Частота подачи импульсов подчинена сигналу разности Uвых и Uоп. Моностабильный мультивибратор, имеющий управляемую запускающую частоту, может смело справиться с подачей команд на ключ.

Моностабильный мультивибратор на транзисторах

Схема преобразователя со стабильным напряжением смещения

Для получения стабильного напряжения смещения стабилизатор надо доработать (рис. 4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке I определяется из выражения: U1=UBыx + U VD1.

Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незначительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабильно. После выпрямления его подают на эмиттер транзистора VT2 (и VT1).

Рис. 4. Схема модифицированного импульсного стабилизатора напряжения.

Потери на нагрев снизились в первом варианте доработанного стабилизатора на 14,7%, а во втором — на 24,2%, что позволяет им работать при токе нагрузки до 4 А без установки ключевого транзистора на теплоотвод.

В стабилизаторе варианта 1 (рис. 3) дроссель L1 содержит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводов ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из феррита 2000НМ.

Между чашками нужно заложить прокладку из текстолита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 (рис. 4) трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дросселя L1 двух витков провода ПЭВ-1 0,35.

Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.

Подробные инструкции по сборке

Рассматриваемая под самостоятельное изготовление схема, скорее является гибридным вариантом, так как предполагает использование силового трансформатора совместно с электроникой. Трансформатор в данном случае применяется из числа тех, что устанавливались в телевизорах старых моделей.

Вот такой примерно силовой трансформатор потребуется под изготовление самодельной конструкции стабилизатора. Однако не исключается подбор других вариантов или же намотка своими руками

Правда в ТВ приёмниках, как правило, ставились трансформаторы ТС-180, тогда как для стабилизатора требуется как минимум ТС-320 чтобы обеспечить выходную нагрузку до 2 кВт.

Шаг #1 — изготовление корпуса стабилизатора

Для изготовления корпуса аппарата подойдёт любой подходящий короб на основе изолирующего материала – пластмассы, текстолита и т.п. Главный критерий – достаточность места под размещение силового трансформатора, электронной платы и других компонентов.

Также корпус допустимо изготовить из листового стеклотекстолита, скрепив отдельные листы с помощью уголков или иным способом.

Допустимо подобрать корпус от любой электроники, подходящий под размещение всех рабочих компонентов схемы самодельного стабилизатора. Также корпус можно собрать своими руками, к примеру, из листов стеклотекстолита

Короб стабилизатора необходимо оснастить пазами под установку выключателя, входного и выходного интерфейсов, а также других аксессуаров, предусмотренных схемой в качестве контрольных или коммутационных элементов.

Под изготовленный корпус нужна плита-основание, на которую «ляжет» электронная плата и будет закреплён трансформатор. Плиту можно сделать из алюминия, но следует предусмотреть изоляторы под крепёж электронной платы.

Шаг #2 — изготовление печатной платы

Здесь потребуется изначально спроектировать макет на размещение и связку всех электронных деталей согласно принципиальной схеме, кроме трансформатора. Затем по макету размечают лист фольгированного текстолита и рисуют (отпечатывают) на стороне фольги созданную трассировку.

Далее вытравливают плату при помощи соответствующего раствора (электронщикам метод травления плат должен быть знаком).

Изготовить печатную плату стабилизатора вполне доступными способами можно непосредственно в домашних условиях. Для этого нужно приготовить трафарет и набор средств для травления на фольгированном текстолите

Полученный таким способом печатный экземпляр разводки зачищают, облуживают оловом и производят монтаж всех радиодеталей схемы с последующей пайкой. Так выполняется изготовление электронной платы мощного стабилизатора напряжения.

В принципе, можно воспользоваться сторонними услугами по травлению печатных плат. Этот сервис вполне приемлем по цене, а качество изготовления «печатки» существенно выше, чем в домашнем варианте.

Шаг #3 — сборка стабилизатора напряжения

Укомплектованная радиодеталями плата подготавливается для внешней обвязки. В частности, от платы выводятся линии внешней связи (проводники) с другими элементами — трансформатором, выключателем, интерфейсами и т.д.

На опорную плиту корпуса устанавливают трансформатор, соединяют с трансформатором цепи электронной платы, закрепляют плату на изоляторах.

Пример самодельного стабилизатора напряжения релейного типа, изготовленного в домашней обстановке, помещённого в корпус от пришедшего в негодность промышленного измерительного прибора

Останется только подключить к схеме внешние элементы, смонтированные на корпусе, установить ключевой транзистор на радиатор, после чего корпусом закрывают собранную электронную конструкцию. Стабилизатор напряжения готов. Можно приступать к настройке с дальнейшими испытаниями.

Примеры применения стабилизатора LM317

Далее приведем несколько схем включения LM317, которые могут пригодиться в повседневной жизни радиолюбителя.

Регулируемый блок питания на lm317

Эта схема линейного блока питания с регулировкой от 1,5 В до 30 В. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора сначала выпрямляется диодным мостом, далее поступает на вход стабилизатора LM317.

Изменяя сопротивление переменного резистора R1 производиться регулировка выходного напряжения. Конденсаторы в данной схеме являются фильтрующими.

Источник питания на 5 Вольт с электронным включением

Блока питания на 15 вольт с плавным пуском

Ниже приведена схема блока питания на 15 вольт с плавным запуском. Конденсатор C2 в сочетании с транзистором VT1 обеспечивает плавную подачу питания.

В начале конденсатор не заряжен, поэтому начальное выходное напряжение будет равно:

Vвых = VC1 + VBE + 1,25 В = 0 В + 0,65 В + 1,25 В = 1,9 В.

По мере увеличения напряжения на конденсаторе Vвых возрастает с той же скоростью. Когда выходное напряжение достигает значения, определяемого резисторами R1 и R2, транзистор VT1 отключается. Конечно же выходное напряжение можно установить любое, подобрав соответствующее сопротивление резистора R1.

Схема регулятора переменного напряжения

Два стабилизатора LM317 могут регулировать как положительные, так и отрицательные полупериоды синусоидального входного напряжения:

Схема зарядного устройства на 6 В с ограничением по току

По мере увеличения зарядного тока напряжение на резисторе R3 увеличивается до тех пор, пока транзистор VT1 не начнет потреблять ток от регулировочного вывода ADJ стабилизатора LM317.

Напряжение на выводе ADJ падает, и, следовательно, выходное напряжение уменьшается до тех пор, пока транзистор VT1 не перестанет проводить ток.

Схема параллельного подключения нескольких LM317 с током 4 А

Данная схема параллельного соединения LM317 обеспечивает выходной ток на уровне 4 А, имея при этом возможность регулировать выходное напряжение с помощью переменного резистора R8 (1,5 кОм на схеме).

Схема сильноточного регулятора LM317 с внешним транзистором

Транзистор VT1 (TIP73) в верхней части схемы обеспечивает более высокие токи на выходе стабилизатора, чем это может обеспечить LM317. При этом схема сохраняет выходное напряжение на уровне, которое определяется резисторным делителем R5 и R3.

[spoiler title=»Источники»]

• https://sovet-ingenera.com/elektrika/uzo-schet/moshhnyj-stabilizator-napryazheniya-svoimi-rukami.html
• https://Svetilov.ru/svetovye-pribory/svetodiody/stabilizator-toka
• https://220v.guru/fizicheskie-ponyatiya-i-pribory/tok/izgotovlenie-prostogo-stabilizatora-toka-i-napryazheniya.html
• https://www.joyta.ru/3799-lm317-reguliruemyj-stabilizator-napryazheniya-i-toka/
• https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/kak-sdelat-stabilizatory-toka-dlya-svetodiodov-svoimi-rukami/
• https://RadioStorage.net/2782-7-skhem-impulsnyh-stabilizatorov-napryazheniya.html
• https://amperof.ru/teoriya/impulsnyj-stabilizator-napryazheniya.html

[/spoiler]