Регулятор напряжения 220в: схемы на тиристоре, транзисторе, симисторе

Вопросы и ответы

Принцип работы простого регулятора напряжения

На заре электротехники инженеры пытались регулировать мощность нагрузки, изменяя напряжение на ней и силу тока в цепи с помощью реостата. Реостат и нагрузка были соединены последовательно, образуя делитель напряжения. Чем больше сопротивление реостата, тем меньше напряжение на нагрузке, и наоборот.

Этот принцип регулирования имеет существенный недостаток. Через реостат протекает ток полной нагрузки, на нем падает значительное напряжение, поэтому на нем теряется значительный ток.

По мере развития твердотельной электроники стало ясно, что регулирование мощными ключами более надежно и экономично. Ключ (это может быть мощный симистор, транзистор, тиристор и т.п.) имеет два положения — включено и выключено. В первом случае на него не падает напряжение, во втором через него не протекает ток. В обоих случаях сила не рассеивается на ключевом элементе.

В реальном элементе потери мощности все же имеют место, но они значительно меньше, чем при реостатном методе.

При регулировке ключом изменение среднего напряжения происходит за счет изменения среднего времени включенного состояния переключающего элемента. Вы можете сделать это двумя способами:

  • фаза;
  • циклический.

В первом случае крайний срок наступает в пределах каждого периода. Ключ открывается в определенное время после перехода напряжения через ноль. Участок синусоиды от нуля до момента включения «вырезается», ток через нагрузку проходит большее или меньшее время. Такой регулятор всегда будет понижающим по напряжению — напряжение можно менять от 0% до 100

Этот способ относительно прост в реализации, он позволяет избежать мигания ламп накаливания при использовании регулятора в качестве диммера. Но у него есть существенный недостаток — потребляемая мощность нагрузки становится резко несинусоидальной, из-за чего в питающей сети возникают помехи.

Циклический метод свободен от этого недостатка. Ключ включается и выключается в момент перехода сетевого напряжения через ноль, благодаря чему нагрузка отключается на один или несколько полупериодов. Среднее значение напряжения и тока зависит от количества пропущенных полупериодов.

Недостатком этого метода является наличие больших перерывов между электропитанием. Это может, например, вызвать заметное мерцание ламп накаливания, поэтому этот способ можно использовать только на приборах с большой тепловой инерцией (электрические духовки, паяльники и т д.).

В цепях постоянного тока удобно использовать метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом напряжение источника остается стабильным, а нагрузка управляется импульсами, которые следуют с одинаковой частотой и амплитудой, но разной длительности.

В зависимости от ширины импульсов изменяется среднее напряжение (а значит, и средний ток) на нагрузке. Этот метод используется, например, для управления яркостью светодиодов.

В большинстве случаев ШИМ используется в низковольтных устройствах. Но этот метод можно использовать и для построения устройств на 220 вольт — в них сетевое напряжение сначала выпрямляется, затем «нарезается» импульсами.

ШИМ-контроллеры также не создают помех в электросети. Тиристоры в цепях постоянного тока непригодны для работы в качестве ключа — их трудно отключить. Поэтому для коммутации в схемах ШИМ обычно используют транзисторы.

Способы регулировки тока

Способов регулировки тока много, и выше мы писали про вторичную и первичную обмотки. На самом деле это очень грубая классификация, так как регулировка все же делится на несколько составляющих. Мы не сможем разобрать все компоненты в рамках этой статьи, поэтому сосредоточимся на самых популярных.

Одним из наиболее часто используемых методов регулирования тока является добавление балласта на выходе вторичной обмотки. Это надежный и долговечный способ, балласт можно легко изготовить своими руками и использовать в работе без дополнительных приспособлений. Балласты часто используются исключительно для уменьшения силы тока.

В этой статье мы подробно описали принцип работы и функции использования балласта для сварочного полуавтомата. Там вы найдете подробную инструкцию, как сделать устройство в домашних условиях и как использовать его на работе.

Несмотря на множество достоинств, способ регулировки тока через вторичную обмотку при использовании совместно со сварочным трансформатором может оказаться не очень практичным, особенно для новичков.

Во-первых, балласт достаточно громоздкий и его размер может достигать метра в длину. Другой прибор часто оказывается под ногами и при этом сильно нагревается, а это серьезное нарушение техники безопасности.

Если вы не готовы мириться с этими недостатками, рекомендуем обратить внимание на способ при регулировке сварочного тока по первичной обмотке. Для этих целей часто используются электронные устройства, которые легко можно изготовить своими руками. Такое устройство плавно отрегулирует ток через первичку и не доставит неудобств сварщику во время работы.

Электронный регулятор станет незаменимым помощником дачника, вынужденного выполнять сварочные работы в условиях нестабильного напряжения. Зачастую в домах просто не предполагается использование электроприборов мощностью более 3-5 кВт, а это сильно ограничивает в работе.

С помощью регулятора можно настроить устройство так, чтобы оно могло бесперебойно работать даже при низком напряжении. Такое приспособление пригодится и мастерам, которым во время работы постоянно нужно переезжать с места на место. Ведь регулятор не нужно таскать за собой, как балласт, и он никогда не нанесет ущерба.

Теперь поговорим о том, как сделать электронный регулятор из тиристоров.

Виды источников питания

Все источники питания можно разделить на два больших класса:

  • импульс;
  • трансформатор.

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, исходя из принципа действия. Трансформаторный источник питания с линейным регулятором напряжения распределяет энергию между нагрузкой и регулирующим элементом (обычно мощным транзистором) и является делителем напряжения. Одно плечо – регулирующий элемент, другое – груз.

При падении напряжения нагрузки (например, из-за увеличения потребляемого тока) транзистор приоткрывается и поддерживает это напряжение постоянным. При увеличении напряжения на нагрузке происходит обратный процесс — транзистор закрывается. Это процесс стабилизации.

Принцип работы линейного стабилизатора. Преимущества: относительно простая и недорогая схема; выходное напряжение не содержит высокочастотных паразитных составляющих (помехи от источника питания минимальны).

Недостатки этой схемы: требуется, чтобы входное напряжение было заметно выше выходного; ток, равный току нагрузки — тратится много тока; КПД даже теоретически не может превышать отношения Uвых/Uвх.

Смена блока питания работает по другому принципу. Здесь энергия распределяется во времени. Ключевые транзисторы имеют только два состояния — они либо полностью открыты, либо полностью закрыты. Длительность открытого положения определяет средний ток через первичную обмотку трансформатора и среднее напряжение на выходных конденсаторах фильтра (соответственно на нагрузке).

Этот процесс практически контролируется методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), когда частота преобразования остается постоянной, а изменяется только длительность импульса.

В идеальном импульсном источнике со стабилизированным напряжением ключи в открытом положении имеют нулевое сопротивление, нет падения напряжения, а в закрытом положении вообще нет тока. Следовательно, на транзисторах энергия не рассеивается.

На практике не все так радужно. Идеальных транзисторов не бывает, поэтому в открытом состоянии на них падает определенное напряжение (сопротивление не равно нулю), а в закрытом состоянии возникает ток утечки (сопротивление не равно бесконечности).

Но основные потери, снижающие эффективность, происходят по другой причине. Транзисторные ключи не сразу переходят из одного состояния в противоположное. Это занимает время, зависящее от скорости элемента.

При переходе через транзистор протекает сквозной ток, напряжение на нем падает — поэтому ток выделяется. Эти потери называются потерями переключения, их величина зависит от скорости преобразования.

Но все же КПД такого источника выше, чем у линейного. И это главный плюс такой расстановки. Еще одним преимуществом является меньший размер и вес блока питания.

Это достигается за счет того, что преобразование осуществляется на достаточно высокой частоте — до нескольких десятков килогерц. Поэтому самый тяжелый и объемный элемент (силовой трансформатор) получается легким и компактным. Главный недостаток – сложность схемы.

Обычно линейные источники напряжения применяют для токов до 2 А. Ближе к токам 3 А и выше преимущества импульсных начинают перевешивать.

Основные узлы регулируемого блока питания

Питание трансформатора осуществляется в большинстве случаев по следующей блок-схеме.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Трансформаторные узлы БП.

Понижающий трансформатор снижает напряжение сети до необходимого уровня. Полученное переменное напряжение преобразуется в импульсное с помощью выпрямителя. Выбор схемы зависит от схемы вторичных обмоток трансформатора. Наиболее часто используется мостовая двухполупериодная схема.

Реже — полуволна, так как она не позволяет полностью использовать мощность трансформатора, а уровень пульсаций выше. Если вторичная обмотка имеет производную среднюю точку, можно построить двухполупериодную цепь с двумя диодами вместо четырех.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Двухполупериодные выпрямители для трансформатора центральной точки.

Если трансформатор трехфазный (и имеется трехфазная схема для возбуждения первичной обмотки), то выпрямитель можно собрать по трехфазной схеме. В этом случае уровень пульсаций самый низкий, а мощность трансформатора используется больше всего.

После выпрямителя установлен фильтр, который сглаживает импульсное напряжение до постоянного. Обычно фильтр состоит из оксидного конденсатора, соединенного параллельно с небольшим керамическим конденсатором.

Его назначение – компенсация конструктивной индуктивности оксидного конденсатора, выполненного в виде свернутой в рулон полоски фольги. В результате возникающая паразитная индуктивность такой катушки ухудшает фильтрующие свойства на высоких частотах.

Далее стабилизатор. Он может быть как линейным, так и импульсным. Импульсный сложнее и сводит на нет все преимущества трансформаторного БП в нише выходного тока до 2..3 ампера. Если вам нужен выходной ток выше этого значения, то проще весь блок питания сделать по импульсной схеме, поэтому здесь обычно используется линейный стабилизатор.

Выходной фильтр выполнен на основе относительно небольшого оксидного конденсатора.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Обобщенная блок-схема пульсирующего блока питания.

Замена блоков питания строится по другому принципу. Поскольку потребляемый ток резко несинусоидален, на входе установлен фильтр. Он никак не влияет на работоспособность блока, поэтому многие промышленные производители БП эконом-класса его не устанавливают.

В простой самодельный источник его установить нельзя, а это приведет к тому, что устройства на микроконтроллерах, питающиеся от той же сети 220 вольт, начнут глючить или работать непредсказуемо.

Кроме того, напряжение сети выпрямляется и выравнивается. Преобразователь на транзисторных ключах в первичной цепи трансформатора создает импульсы амплитудой 220 вольт и высокой частотой — до нескольких десятков килогерц, в отличие от 50 герц в сети. Благодаря этому силовой трансформатор компактен и легок. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется и фильтруется.

За счет высокой частоты преобразования здесь можно использовать конденсаторы меньшего размера, что положительно сказывается на габаритах устройства. В фильтрах высокочастотного напряжения также становится целесообразным использование дросселей — малые индуктивности эффективно сглаживают высокочастотные пульсации.

Регулирование напряжения и ограничение тока осуществляются цепями обратной связи, на которые подается напряжение с выхода источника. Если напряжение стало снижаться из-за увеличения нагрузки, схема управления увеличивает интервал открытого состояния ключей без уменьшения частоты (метод широтно-импульсного регулирования).

При необходимости снижения напряжения (в том числе для ограничения выходного тока) сокращается время открытого состояния ключей.

Модели переменного тока

Регулятор переменного тока отличается тем, что тиристоры в нем используются только триодного типа. В свою очередь транзисторы часто применяют полевого типа. Конденсаторы в схеме используются только для стабилизации.

Возможно, но редко, встретить фильтры высоких частот в устройствах этого типа. Проблемы высоких температур в моделях решает импульсный преобразователь. Он устанавливается в системе за модулятором. ФНЧ применяются в регуляторах мощностью до 5 В. Катодное управление в устройстве осуществляется путем подавления входного напряжения.

Стабилизация тока в сети происходит равномерно. Чтобы справиться с высокими нагрузками, в некоторых случаях используются обратные стабилитроны. Они соединены с транзисторами посредством дросселя. При этом регулятор тока должен выдерживать максимальную нагрузку 7 А.

При этом предельный уровень сопротивления в системе не должен превышать 9 Ом. В этом случае можно надеяться на быстрый процесс конвертации.

Как сделать регулятор для паяльника?

Самодельный регулятор тока для паяльника можно сделать с помощью триодного тиристора. Кроме того, требуются биполярные транзисторы и фильтр нижних частот. Конденсаторы в блоке используются в количестве не более двух единиц.

Уменьшение анодного тока в этом случае должно происходить быстро. Для решения проблемы отрицательной полярности устанавливаются импульсные преобразователи.

Для синусоидального напряжения они идеальны. Непосредственное управление током возможно за счет регулятора поворотного типа. Но кнопочные аналоги существуют и в наше время. Для защиты устройства крышка термостойкая. Также можно встретить резонансные преобразователи в моделях. По сравнению с обычными аналогами они отличаются дешевизной.

На рынке их часто можно встретить с маркой PP200. Проводимость тока в этом случае будет низкой, но управляющий электрод должен будет справляться со своими обязанностями.

Приборы для зарядного устройства

Чтобы сделать регулятор тока для зарядного устройства, нужны только тиристоры триодного типа. В этом случае механизм блокировки будет управлять управляющим электродом в цепи. Полевые транзисторы в устройствах применяются достаточно часто. Максимальная нагрузка для них 9 А. ФНЧ для таких регуляторов однозначно не подходят.

Это связано с тем, что амплитуда электромагнитных помех достаточно высока. Эту проблему можно решить довольно просто, используя резонансные фильтры. В этом случае они не будут мешать проводимости сигнала. Потери тепла в регуляторах также должны быть незначительными.

Применение симисторных регуляторов

Как правило, симисторные контроллеры используются в устройствах, мощность которых не превышает 15 В. При этом они выдерживают максимальное напряжение на уровне 14 А. Если говорить об устройствах освещения, то не все из них можно использовать. Они также не подходят для высоковольтных трансформаторов. Однако различное радиооборудование с ними способно работать стабильно и без проблем.

Как подобрать компоненты

Для трансформаторного источника сначала выбирается трансформатор. В большинстве случаев его доделывают из того, что есть. Этот узел должен обеспечивать необходимый ток при максимальном напряжении.

Совокупность этих параметров дает полную мощность трансформатора. Для промышленных установок параметры можно найти в справочнике. Для случайных трансформаторов мощность можно определить по размерам сердечника (в сантиметрах).

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Площадь ядра для различных типов трансформаторов.

Эффект рассчитывается по формуле:

P=S2/1,44, где:

  • P мощность в ваттах;
  • S — сечение в квадратных сантиметрах.

Экспертное мнениеСтановой АлексейИнженер-электронщик. Я работаю в мастерской по ремонту бытовой техники. Я занимаюсь схемотехникой. Задать вопрос Для практических целей мощность также должна быть умножена на эффективность.

Например, трансформатор с площадью сердечника 6 кв м при напряжении 35 вольт и выходном напряжении стабилизатора 30 вольт (общий КПД можно принять равным 0,75) способен отдавать мощность P = (36/1,44) * 0,75 = 18,75 Вт. Наибольший ток в этом случае будет I=P/U=18,75/35=0,5 А.

Если трансформатор пропускает ток, но вторичная обмотка рассчитана на другое напряжение, ее можно снять и намотать новую (если подходит). Количество витков рассчитывается следующим образом:

  • количество оборотов на вольт определяется по формуле 50/S, где S – площадь сердечника в кв.см.;
  • это значение умножается на требуемый уровень напряжения.

Так, для площади 6 см на 1 вольт это 50/6 = 8,3 витка на вольт. Для напряжения 35 вольт обмотка должна иметь 35*8,3=291 виток. Диаметр провода рассчитывается по формуле D=0,02, где I — сила тока в миллиамперах. На ток 5 ампер нужно взять провод диаметром 0,02*=70*0,02=1,4 мм.

Если для линейного регулятора выбирается мощный транзистор, то основным критерием применения является ток коллектора. Он должен с запасом покрывать ток нагрузки. Этот параметр для распространенных отечественных и зарубежных транзисторов приведен в таблице.

КТ818 (819) 10
КТ825 (827) 20
КТ805 5
СОВЕТ36 25
2Н3055 15
MJE13009 12

При работе в режимах, близких к максимальному току, транзисторы необходимо устанавливать на радиаторы.

Также нужно учитывать такой параметр, как максимальное напряжение между коллектором и эмиттером. При входном напряжении 35 вольт и выходе 1,5 разница будет 33,5 вольта, для некоторых полупроводниковых приборов это недопустимо.

Емкость оксидного конденсатора после выпрямителя подбирается исходя из нагрузки. Есть формулы расчета параметров фильтров, но на практике подход прост: чем больше, тем лучше. Сверху на контейнер накладываются два ограничения:

  • размеры конденсатора;
  • пусковой ток на одну зарядку, который может быть значительным при большой емкости.

Выходной конденсатор БП может иметь емкость около 1000 мкФ.

Схемы лабораторных блоков питания

В интернете можно найти множество схем лабораторных блоков питания. Выбор определяется исходя из поставленных задач, квалификации мастера и наличия комплектующих.

Импульсный БП на tl494

Микросхема TL494 — это культ в создании блоков питания переменного тока. Большинство настольных БП сделаны на его основе.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Распиновка и распиновка задача TL494.

На основе TL494 можно сделать и лабораторный источник по рассмотренной выше конструкции.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Заменить цепь питания на TL494.

На входе в блок установлен сетевой фильтр. После этого стоит высоковольтный выпрямитель на VDS1 (можно использовать любые сборки и диоды на соответствующее напряжение и то), который вырабатывает постоянное напряжение 220 вольт. Вспомогательный трансформатор TR3 с выпрямителем VDS2 включен параллельно выпрямителю.

Эти элементы формируют напряжение +12 вольт для питания микросхем. TL494 генерирует последовательность импульсов, частота которых определяется цепочкой C3R3. Сигнал усиливается ключами на транзисторах Т1, Т2 и подается через трансформатор ТР1 на базы Т3, Т4.

Эти мощные транзисторы генерируют импульсы высокого напряжения в первичной обмотке трансформатора TR2. Импульсы с частотой следования несколько десятков килогерц преобразуются во вторичную обмотку трансформатора, выпрямляются блоком Д5, фильтруются и поступают к потребителю.

Цепь обратной связи по напряжению образована на элементах ОР3, ОР4 операционного усилителя. Резистор R15 задает необходимый уровень выходного сигнала. Фактический ток измеряется как падение напряжения на шунтирующих резисторах R25, R26. Элементы ОР1, ОР2 создают схему ограничения максимального тока (необходимое значение устанавливается потенциометром).

Микросхема TL494 в зависимости от заданного тока и напряжения увеличивает или уменьшает длительность открытого состояния ключей. Транзисторы Т3, Т4 и диод D5 необходимо установить на радиаторы. Крайне желательно организовать принудительный обдув элементов схемы. Вентилятор можно подключить к источнику постоянного тока +12 В.

Ранги и типы предметов показаны на диаграмме. Многие комплектующие, в том числе элементы обмотки, можно взять из неисправного или ненужного компьютерного БП. Дроссель L5 намотан на желтом тороидальном сердечнике и содержит 50 витков провода диаметром 1,5 мм.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Блок питания с импульсным стабилизатором.

Другой вариант использования микросхемы TL494 — в импульсном стабилизаторе блока питания, выполненном по «трансформаторной» схеме. Этот источник выдает напряжение от 0 до 30 вольт при силе тока до 5 ампер.

Здесь микросхема управляет открытием и закрытием ключа на транзисторе VT1. В открытом состоянии энергия накапливается в индукторе L1, в закрытом — передается от индуктора к потребителю. Диод VD1 «съедает» отрицательный импульс напряжения, возникающий при коммутации цепи с большой индуктивностью.

Чем больше нагрузка, тем быстрее расходуется энергия в дросселе, тем быстрее падает напряжение на конденсаторе С4, тем дольше должен открываться транзистор. Напряжение обратной связи подается на микросхему с ползунка потенциометра R9.

Они задают необходимый уровень выходного сигнала. Ток измеряется как падение напряжения на шунте R12. Требуемое значение уровня ограничения тока устанавливается с помощью R3.

Участок схемы, содержащий операционный усилитель LM358 и микросхему логики К155ЛА3 (лучше использовать К555ЛА3), служит для индикации режима БП — стабилизация тока или стабилизация напряжения.

Резисторы R4 и R10, предназначенные для точной подстройки напряжения и тока, можно не ставить — на практике они бесполезны. При сборке необходимо обеспечить эффективное охлаждение элементов:

  • транзистор VT1;
  • диод VD1;
  • дроссель L1;
  • шунт R12.

Читайте также: Реле контроля фаз: принцип работы, конструкция, схемы подключения

На п210 транзисторе

Транзисторы П210 сохранились в запасах многих радиолюбителей. Найти им применение не так просто — появились более современные компоненты, их частотные характеристики и усиление оставляют далеко позади устаревшее устройство.

Но один параметр — максимальный ток коллектора Р210, который составляет 12 А при установке на радиатор — уже сегодня позволяет использовать их в регулируемых блоках питания.

Схема проста, но следует отметить, что транзистор подключен к отрицательному плечу (P210 имеет структуру p-n-p). Конденсатор после выпрямителя должен иметь емкость не менее 5000 мкФ, а на выходе — не менее 1000 мкФ. П210 может иметь малый коэффициент усиления, поэтому к нему добавлен транзистор VT2 — любая маломощная p-n-p структура.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Схема блока питания на транзисторе П210 или аналогичном.

В источнике можно использовать трансформатор ТН-36-127/220-50, имеющий 4 вторичные обмотки по 6,3 вольта. Соединив два из них последовательно, можно собрать самодельный блок питания с выходным напряжением до 12 В, а соединив таким же образом 4 обмотки, до 24 В. Можно использовать и другие понижающие трансформаторы подходит по току и напряжению.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Схема соединения обмоток ТН-36-127/220-50.

Аналогичные регулируемые источники напряжения могут быть построены на других транзисторах, в том числе и на npn. При этом силовой элемент включается в положительное плечо БП.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Транзистор питания КТ829.

Эти простые блоки питания не имеют защиты от короткого замыкания и перегрузки. На выходе крайне желательно установить вольтметр и амперметр для проверки режима. Транзистор необходимо установить на радиатор.

На lm317

На микросхеме LM317 можно собрать блок питания с линейным стабилизатором напряжения и регулируемым ограничением тока. Главное достоинство этой микросхемы — простая схема включения с минимумом обвязки. Стандартная схема подключения выглядит так:

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Стандартная схема подключения LM317.

Выходное напряжение задается делителем R1R2. Изменяя выходное напряжение, микросхема пытается поддерживать ток через делитель так, чтобы падение напряжения на R1 стало равным 1,25 вольта.

Следовательно, чем больше R2, тем больше выходное напряжение. Если вместо R2 поставить потенциометр, то можно регулировать выходное напряжение. Выходной уровень рассчитывается по формуле Uвых=1,25*(1+R2/R1).

Если R2=0, на выходе будет 1,25 вольта — это минимально возможное напряжение для данного включения.

В интернете много схем на LM317 с регулировкой напряжения от нуля вольт (в том числе и с отрицательным смещением, подаваемым на вывод Adjust). Большинство этих технических решений работают только на бумаге.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
В даташите на микросхему есть такая схема подключения.

Этого достаточно, чтобы построить простую регулируемую лабораторию, но есть проблема. Микросхема в этом включении не дает более 1,5 А, даже если она установлена ​​на радиатор. Другой минус заключается в том, что для получения выходного напряжения 30 В необходимо подать на вход около 35 В постоянного тока.

При необходимости достижения на выходе уровня, близкого к минимальному, вступают в силу ограничения по максимальной теряемой мощности — при разнице 35/1,25 максимальный ток может составлять 0,3..0,5 А (в зависимости от корпуса микросхемы). Это очень мало. Поэтому микросхема должна питаться от внешнего транзистора.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Такую компоновку предлагает производитель.

В качестве внешнего можно использовать отечественный транзистор p-n-p структуры КТ818 с буквенным индексом БГ (КТ818А может не пропускать напряжение коллектор-эмиттер). Если установить его на радиатор, то максимальный ток теоретически будет 10 А, но это если нет ограничений по току диодов выпрямителя и мощности трансформатора.

Более распространены силовые транзисторы npn-структуры. Если вам нужно усилить стабилизатор таким элементом, вы можете воспользоваться схемой из техпаспорта.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Использует мощный элемент npn, рекомендованный разработчиком микросхемы.

Здесь применен маломощный pnp-транзистор (можно отечественный КТ814), который управляет мощным npn-элементом (например, КТ819).

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
На практике часто используется использование мощного элемента npn.

Но чаще используется не предусмотренный разработчиком ключ — транзистор включается базой вывода микросхемы.

Каждая из предложенных схем может быть использована в качестве лабораторного блока питания на LM317, но на практике популярна схема LBP, дополненная регулировкой максимального тока.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Принципиальная схема блока питания LM317.

Питание агрегата осуществляется от сетевого трансформатора с двумя обмотками. Дополнительная обмотка используется для создания отрицательного плеча питания ОУ LM301, на котором смонтирована схема ограничения тока.

Операционный усилитель включен по схеме компаратора — на одном выходе образцовое напряжение, регулируемое с помощью Р1, на другом — напряжение, создаваемое действительным током на шунтирующем резисторе R5.

Если фактический ток превышает установленное значение, состояние на выходе компаратора меняется на противоположное. Загорается светодиод, напряжение ограничивается до уровня, поддерживающего установленное значение тока.

На основе этой схемы собран стационарный блок питания, обеспечивающий два канала напряжения с регулировкой 1,25..30 вольт и ограничением тока в пределах 5А по каждому каналу.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Внешний вид БП.

При необходимости каналы можно соединить последовательно с общей точкой — получится двухполярный источник. 90+ процентов комплектующих и материалов, включая корпус, обычно можно найти в запасах любого радиолюбителя.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Внутренняя конструкция блока питания.

Прибор собран в корпусе из неисправного измерителя частотных характеристик «Испытание». Использовались силовые трансформаторы неизвестного происхождения, подходящие по мощности и напряжению (приходилось перематывать вторичную обмотку, чтобы получить напряжение 35 вольт).

На нем не хватило места для дополнительной обмотки, поэтому отрицательное плечо одного из каналов питается от отдельного небольшого трансформатора.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Плата стабилизатора.

Большинство элементов размещено на платах, чертеж и расположение деталей можно найти в интернете. Вы можете спроектировать и изготовить собственную доску.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока
Рекомендуемый чертеж печатной платы и расположение элементов на ней.

Изменилась схема измерения — используются блоки вольтметр-амперметр, которые можно купить на торговых площадках в интернете. Элементы R8, R9, P4 и аналоговый вольтметр в этом варианте устанавливать не нужно.

Выходные транзисторы смонтированы на радиаторах, расположенных на задней стенке шкафа. Выпрямительные диоды устанавливаются на самодельные радиаторы.

Отечественным аналогом LM317 является микросхема 142ЕН12А.

При настройке БП он был нагружен автомобильными лампочками до тока 5 А, подстроечный резистор Р1 (на максимальное сопротивление Р2) был выставлен на срабатывание защиты.

Схема оказалась работоспособной, хотя ограничение тока работает не по лучшему алгоритму. Когда ток выходит за пределы, напряжение просто падает до минимума. Лучше найти схему, которая в этом случае переводит БП в режим стабилизации тока.

Если вам нужен более высоковольтный ЛБП (с выходным уровнем до 60 вольт), то его можно сделать на микросхеме LM317HV и использовать трансформаторы с соответствующим напряжением.

На lt1083

Вместо микросхемы LM317 можно использовать LT1083. Его особенности:

  • низкое падение напряжения (при максимальном токе не более 1,5 В);
  • повышенный выходной ток.

Первое преимущество приводит к тому, что на микросхеме будет рассеиваться меньший ток, следовательно, с нее можно снимать повышенный ток при малых значениях напряжения. Кроме того, выходное напряжение трансформатора можно сделать ниже (ненамного, на 1..2 вольта, но иногда это критично).

Второй плюс приводит к тому, что во многих случаях можно обойтись без внешнего мощного транзистора. Максимальный ток, обеспечиваемый стабилизаторами серии LT108X, указан в таблице.

LT1083 7,5
LT1084 5
LT1085 3

Сила тока 7,5 ампер покрывает более 90 процентов потребностей домашней лаборатории. В остальном с точки зрения обзора схема не отличается от схемы LM317.

Разводка и монтаж самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока

Нюансы расчета стабилизатора тока

Расчет стабилизатора производится исходя из напряжения стабилизации U и тока (среднего) I. Например, напряжение на входе делителя 25 В, на выходе необходимо получить 9 В. Расчеты включают:

  1. Подбор по руководству стабилитрона. Ориентируйтесь на напряжение стабилизации: D814V.
  2. Найдите средний ток I в таблице. Он равен 5 мА.
  3. Расчет напряжения питания как разницы между стабильным входным и выходным напряжением: UR1 = Uвх — Uвых, или 25-9=16 В.
  4. Разделите полученное значение по закону Ома на ток стабилизации по формуле R1 = UR1/Iст, или 16/0,005 = 3200 Ом, или 3,2 кОм. Номинал элемента будет 3,3 кОм.
  5. Расчет максимальной мощности по формуле ПР1=УР1*Iст, или 16х0,005=0,08.

Ток на стабилитрон и выход идет через резистор, поэтому мощность должна быть в 2 раза больше (0,16кВт). Исходя из таблицы, этот номинал соответствует 0,25 кВт.

Самостоятельная сборка стабилизатора для светодиодных приборов возможна только со знанием схемы. Начинающим мастерам рекомендуется использовать простые алгоритмы. Рассчитать мощность элемента можно по формулам из школьного курса физики.

Схемы регуляторов напряжения на 220в

Устройства, регулирующие напряжение на нагрузке, могут быть построены на разной элементной базе и по разным принципам. Это будет зависеть от их масштаба.

Устройство для изменения напряжения на тиристоре

Простой регулятор напряжения на нагрузке можно сделать на базе тиристора КУ202Н или другого подходящего по току и напряжению. Устройство работает по фазовому принципу. Как только конденсатор заряжается до уровня, необходимого для открытия тиристора, ключ открывается и ток поступает в нагрузку.

Цепочка резисторов R1 и R2 определяет время заряда конденсатора С1. Чем позже он заряжается до уровня, тем большая часть синусоиды «вырезается», тем меньше среднее напряжение на нагрузке.

В момент перехода напряжения через ноль тиристор закрывается, и в следующем полупериоде цикл повторяется.

В качестве нагрузки можно использовать паяльник, лампочку, электрическую плиту и другие инерционные нагрузки с небольшой реактивной составляющей. Если полный диапазон регулирования (от 0% до 100%) не требуется, можно использовать меньший конденсатор (например, 0,1 мкФ)

Это устройство не подходит для диммирования светодиодных ламп. Светодиодные светильники оснащены драйверами, задачей которых является поддержание стабильного тока через светоизлучающие элементы независимо от входного напряжения. То есть они выполняют обратную задачу стабилизатора напряжения.

Регулятор напряжения на симисторе

На симисторе можно построить более мощное устройство с меньшим количеством деталей. В отличие от тиристора, этот ключевой элемент работает в цепях переменного тока и не нуждается в выпрямительном мосту.

Принцип работы устройства такой же, как и у предыдущего устройства. Момент открытия симистора зависит от скорости заряда конденсатора С1. Динистор VS1 вырабатывает импульсы для открытия ключевого элемента.

В устройстве можно использовать, кроме указанных, любой динистор с напряжением открытия 20..35 вольт (НТ32, НТ35 и др.), симистор ВТ131-600, З0103МН5АА4 или отечественный КУ 208. Но обязательно оценивается с запасом по току полной нагрузки.

Регулятор на микросхеме

Самодельный фазорегулятор можно сделать и на специализированной микросхеме КР1182ПМ1. Интересно, что данная микросхема является отечественной разработкой, и не имеет импортных аналогов. КР1182ПМ1 «на борту» имеет два встроенных тиристора, но при необходимости увеличения мощности можно управлять внешними ключами. Вот так устроена схема регулятора мощности, показанная на рисунке.

Циклический регулятор

Устройства, работающие по циклическому принципу, встречаются не так часто, но для примера можно рассмотреть схему. На микросхеме DD1 собран генератор, импульсы которого синхронизированы с моментом перехода сетевого напряжения через ноль. Импульсы следуют с одинаковой частотой, а скважность можно регулировать резистором R1. Управление симистором осуществляется через ключи на транзисторах VT1, VT2.

Регулятор тока

Мощность на нагрузке можно регулировать, изменяя не только напряжение, но и ток в цепи. Такая конструкция устройства удобна, например, для использования в качестве зарядного устройства (также можно управлять яркостью лампы и т д.).

Этот регулятор тока легко сделать своими руками, даже не имея высокой квалификации. Резистор Rx является токоизмерительным шунтом. Операционный усилитель измеряет падение напряжения на нем, сравнивает его с заданным напряжением (устанавливается с помощью потенциометра R3).

В зависимости от разности этих напряжений ОУ открывает или закрывает транзистор VT1, поддерживая ток в нагрузке примерно одинаковым.

ШИМ-регулятор

Схемы, использующие ШИМ, более сложны. Но иногда без них не обойтись, например, если нужна плавная регулировка оборотов коллекторного двигателя. Такое устройство можно собрать на базе широко распространенного таймера серии 555 (отечественный аналог — КР1006ВИ1).

На таймере собран генератор импульсов, частота повторения которого регулируется потенциометром R1.1. Оптопара DA2 служит для гальванической развязки между токовой и сигнальной частями. На транзисторах VT1, VT2 собран драйвер ключа, представляющий собой IGBT-транзистор (все транзисторы необходимо установить на радиатор).

Принципы сборки

Перед сборкой электронного устройства нужно усвоить принцип — все соединения должны производиться только пайкой (в некоторых случаях — под зажим). Никаких перекрутов, особенно в силовых цепях! Поэтому нужно найти паяльник, расходники к нему и приобрести хотя бы базовые навыки обращения с этим хозяйством.

Лучший способ сделать регулятор напряжения на 220 вольт и стабилизатор низкого напряжения — это построить на плате. Можно пойти классическим путем и вытравить плату из фольгированной текстолитовой заготовки. Некоторые авторы включают готовую печатную схему подключения к цепи. Если нет, вы можете разработать плату самостоятельно. Для этого в сети можно найти платные и бесплатные программы.

ШИМ-контроллер собран на самодельной плате

Рисунок переносится на фольгу методом ЛУТ или с помощью фоторезиста (много информации об этих методах можно найти в Интернете). Плата травится в растворе хлорного железа, но лучше приготовить другой раствор:

  1. 100 мл перекиси водорода (продается в любой аптеке).
  2. 30 грамм лимонной кислоты (продается в продуктовых магазинах).
  3. 2-3 чайные ложки поваренной соли (есть в каждом доме).

Вода не входит в этот рецепт!

После травления защитный рисунок смывается ацетоном, просверливаются отверстия и можно собирать схему. Если нет желания или возможности заниматься печатной платой, можно собрать схему на макетной плате. От большого куска отрезается кусок нужного размера, и на нем собирается устройство. Выглядит не так презентабельно, как печатная плата, но не уступает ей по безопасности сборки.

Есть еще вариант – купить набор для самостоятельной сборки устройства. Он также включает в себя печатную плату.

Схемы устройств, регулирующих ток и напряжение в нагрузке, различаются по сложности и элементной базе. Для изготовления самодельного регулятора всегда можно найти схему по зубам. И самое главное — при сборке и проверке устройств на 220 вольт всегда нужно помнить о технике безопасности.

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector