Стабилизатор напряжения в квартиру какой выбрать: Как выбрать стабилизатор напряжения для квартиры?

Какой стабилизатор напряжения выбрать для квартиры?

Автор:
Сергей Куртов

Время прочтения: 5 мин

Дата публикации: 18-02-2022

Содержание

Наверное, многие слышали о том, что во время серьезной непогоды рекомендуется отключать компьютер и прочую технику. Это связано с тем, что из-за физического воздействия на ЛЭП или проводку могут наблюдаться серьезные скачки напряжения. На деле же скачки происходят по разным причинам, не только при “оранжевом уровне опасности”, и каждое резкое колебание может навредить работающему в данный момент электрооборудованию.

Вышедшее из строя по причине перепадов напряжения оборудование не подлежит гарантийному обслуживанию, так как было нарушено требование по эксплуатации, связанное с допустимым напряжением питания. Чтобы избежать издержек, связанных с ремонтом или заменой техники, требуется установить защитное оборудование. Вот для чего нужен стабилизатор напряжения в квартире. Он позволит компенсировать резкие колебания в электросети, а в случае их чрезмерно высокой амплитуды своевременно обесточить потребителя. Это эффективное решение в перспективе позволит сэкономить за счет более долгого срока службы бытовой техники и электроники.

Какой мощности выбрать стабилизатор

Самое важное при выборе стабилизатора напряжения — это рассчитать его мощность. Если сэкономить и установить на дом, дачу или квартиру стабилизатор малой мощности, при включении большого количество оборудования одновременно он будет уходить в защиту по перегрузке. Если же не пытаться подсчитать суммарное потребление всех потребителей и просто взять слишком мощный стабилизатор, все будет замечательно, только вот мощность — это один из главных ценообразующих факторов, и переплата за ненужные киловатты будет значительной.

И так, что нужно делать. В математической точности расчеты не нуждаются, требуется довольно грубо прикинуть суммарную мощность оборудования, которое может работать одновременно. После этого рекомендуется обеспечить запас до 30%. Запас нужен по двум причинам. Во-первых, стабилизатор пусть и рассчитан на работу под высокой нагрузкой, постоянно грузить оборудование на максимум не рекомендуется. Во-вторых, ввиду особенностей конструкции максимальная мощность потребительского стабилизатора зависит от амплитуды входных колебаний. Чем больше стабилизатор компенсирует, тем ниже его мгновенная мощность. Это тоже стоит брать в расчет.

Рабочим решением является сумма мощности всей техники, даже если одновременное использование нереалистично, и подбор стабилизатора под полученный результат. Учитывая, что все электроприборы одновременно никогда не работают, выключенное оборудование будет создавать необходимый запас.

Как бы там ни было, к расчету мощности не стоит относиться легкомысленно. От этого может зависеть эффективность защиты.

Выбираем тип стабилизатора

Стабилизаторы напряжения — устройства разнообразные, посему для выбора подходящей модели знать необходимую мощность недостаточно. Требуется углубиться в конструкцию прибора. Не просто чтобы знать, как он работает, а чтобы подобрать модель подходящего типа. То есть основные свойства стабилизатора определяет его тип, а уже производитель вкладывает те или иные количественные характеристики (мощность, точность и прочее).

Рассмотрим, какой стабилизатор напряжения выбрать для квартиры, чтобы его свойства соответствовали требованиям потребителя. Традиционно можно не задумываясь взять флагманскую модель, которая 100% справится со своей задачей, только зачем платить за ненужные характеристики?

И так, какие требования к электропитанию предъявляет бытовая техника и электроника, установленные в квартире или на даче? Сертифицированная в Украине бытовая техника должна корректно работать при отклонениях питающего напряжения от 220В на 10%. Это значит, что желательно обеспечить как минимум эту точность стабилизации. Также нам нужно, чтобы устройство могло быстро реагировать на любые изменения, чтобы даже лавинообразные скачки не навредили оборудованию.

Под первое условие (точность не менее 10%) подходит любой бытовой стабилизатор. Даже самая бюджетная модель обеспечивает эту точность. Поэтому если мы говорим о защите бытового электрооборудования, с точки зрения точности стабилизации подойдет абсолютно любая модель. А что насчет скорости стабилизации? Здесь уже есть различия.

Сервоприводные (электромеханические) стабилизаторы напряжения, например, не подходят для нестабильных сетей. Устройства данного типа по принципу работы похожи на ЛАТР, но автоматизированные при помощи сервомотора. Сервомотор постоянно старается перемещать токосъемную щетку на ту часть обмотки автотрансформатора, с которой снимается близкое к 220В значение. Классическая схема прекрасно себя зарекомендовала, но не там, где нужна частая регулировка из-за постоянных колебаний.

Для быстрой защиты подойдут три типа стабилизаторов: релейные и электронные ступенчатые, а также инверторные. Инверторные можно исключить сразу, так как это профессиональные и дорогостоящие решения, обеспечивающие идеальный выход при любых колебаниях на входе. Широкий рабочий диапазон и ни мельчайших выходных колебаний. Цена соответствующая. Поэтому рассматриваем два оптимальных варианта — релейные и электронные ступенчатые.

Стабилизаторы со ступенчатым принципом регулирования похожи на сервоприводные — здесь тоже выход регулируется путем снятия напряжения из разных частей обмотки автотрансформатора. Только чтобы избавиться от перемещения токосъемника в ступенчатых стабилизаторах обмотка изначально разделена на несколько выводов. Автоматике остается лишь подключать нагрузку к тому выводу, с которого снимается 220В или ближайшее значение. Релейные и электронные стабилизаторы со ступенчатым принципом регулирования отличаются типом силовых ключей. В первом случае это электромагнитные реле, а во втором — полупроводниковые симисторы. Очевидно, что реле менее надежны (наличие подвижных элементов и физического контакта), издают щелчок при коммутации и не столь быстры (доли секунды уходят на перемещение якоря намагничивающей катушкой). Несмотря на это релейные стабилизаторы считаются очень надежными и достаточно быстродействующими для защиты от резких колебаний. Поэтому основным недостатком, на который стоит обращать внимание, считайте щелчок при коммутации. Если звук может доставлять дискомфорт, обратите внимание на более быстрые, надежные и бесшумные электронные стабилизаторы. Именно они являются наиболее популярными на рынке Украины благодаря своей сбалансированности.

Как выбрать стабилизатор напряжения? Советы по выбору.

Если перед Вами стоит задача приобрести стабилизатор напряжения (для дома, для офиса, для машины и т.д.), Вы сталкиваетесь с серьезной проблемой выбора — сейчас на рынке Украины представлено такое количество товаров в этой области, что глаза разбегаются даже у профессионалов! Эта статья поможет Вам определиться с выбором и найти оптимальное решение задач любой сложности.

Для начала, нужно определиться, для каких целей Вам нужен стабилизатор напряжения. Существуют стабилизаторы для локальных сетей (например, для котлов, стиральных машин, насосов, холодильников, компьютеров, телевизоров и др.) и для стационарных (стабилизаторы на весь дом, квартиру или офис).

Если Вас интересует стабилизатор напряжения локального типа, то в этой группе стабилизаторов тоже можно выделить несколько направлений.

Выбирая стабилизатор для котла, компьютера, телевизора или холодильника, лучше всего обратить внимание на таких производителей, как LVT, Диа-Н или SinPro.

Мощность должна варьироваться в пределах от 300 до 600 Вт, что вполне достаточно для поддержания напряжения в этих электроприборах.

Находясь в поиске стабилизатора для стиральной машины и насосной станции, нужно выбирать аппараты мощностью 2-4 кВт. Это, например, Диа-Н, CH (изготовляются во Львове) или SinPro (Харьков).

Если Вы ищете стабилизатор напряжения во всем доме, прежде всего, нужно выяснить несколько важных фактов:

1. Входное напряжение повышено (более 235 Вт) или понижено (менее 200 Вт)? Возможно, напряжение нестабильно, т.е. «скачет», опускаясь до 150 Вт и поднимаясь до 270 Вт в считанные минуты. Эта информация очень важна для специалистов, которые будут оказывать Вам помощь при выборе стабилизатора.

Чаще всего встречается пониженное входное напряжение, возникающее из-за изношенных электрических сетей или в домах, слишком удаленных от трансформатора (порядка 150-200 Вт).

1. Необходимо тщательно проверить рабочий диапазон выбранного стабилизатора, для того, чтобы Ваше входящее напряжение в доме точно ему соответствовало.

Например, если рабочее напряжение стабилизатора 120 Вт — 260 Вт, он подойдет и для 120 Вт, и для 150 Вт, и на выходе будет давать стабильные 220 Вт.

1. Определите мощность стабилизатора. Как это сделать? Предположите, какие электроприборы могут работать в Вашем доме одновременно и подсчитайте общую электроэнергию, потребляемую ими. Например:

— Прибавляем потребляемую электроприборами энергию.

Стиральная машина (2кВт) + котел (150 Вт) + телевизор (120 Вт) +конвектор (1,5 кВт) + чайник (2 кВт) = 5, 77

— Накидываем 20% к полученной цифре, т.к. для долгой и надежной работы стабилизатора необходим запас:

5,77 + 5,77 *20% = 6,92 кВт. Узнайте, сколько ампер у входного автомата (можно посмотреть на щитке). Если, например, стоит 25 ампер, то максимально возможно давать нагрузку в 5,5 кВт (220 Вт*25 А*1 = 5,5 кВт).

(!) Кратковременно стабилизатор может выдержать нагрузку в 5 раз больше для запуска электроприборов: пылесос, насос.

(!) Следует учитывать тот факт, что при пониженном напряжении мощность стабилизатора также падает.

(!) Некоторые производители стабилизаторов указывают мощность в Ваттах (Прочан, Volter или РЭТА), а некоторые — в Вольт-Амперах (Укртехнология и Элекс). Последние нужно переводить в Ватты!

4. Определить, какого типа выбранный Вами стабилизатор напряжения. Оптимальный выбор — симисторный или тиристорный электронный стабилизатор украинского производства. Почему именно украинского производства? Потому что в случае каких-либо вопросов по работе стабилизатора можно напрямую обратиться на завод производителя. К тому же, не рекомендуется использовать сервоприводный или релейный стабилизаторы (Китай), т.к. на практике они не оправдывают доверия (бывали даже случаи возгорания домов).

Преимущество симистерного стабилизатора перед сервоприводным и релейным в скорости срабатывания (20 миллисекунд), более длительном сроке эксплуатации (украинские производители — более 10 лет) и бесшумности (релейные — щелкают, в сервоприводных — гудит моторчик).

Если Ваш бюджет ограничен (мы будем предельно с Вами откровенны), ориентируйтесь на фирмы Maxxter или LogicPower — это китайские стабилизаторы, на которые практически не поступает жалоб. Хотя все же, если Вы приобретаете для себя, лучше заплатить один раз за проверенное украинское качество.

5. Выбрать количество фаз в стабилизаторе. Существуют однофазные (если в доме 220 Вт) и трехфазные (если в доме 380 Вт) стабилизаторы. Трехфазные стабилизаторы чаще всего используются на производстве.

Для частного дома лучше объединить три однофазных стабилизатора в одной коробке, т.к. их мощностью можно манипулировать по отдельности (например, один — на 5кВт, другой на 8 кВт и т.д.). Украинский производитель Элекс предлагает стабилизатор Гибрид, который рассчитан на 5000 Вт, 7000 Вт. и 9000 Вт, благодаря чему он на сегодня является хитом продаж.

6. Выберите вид стабилизатора — напольный или настенный. Практически все стабилизаторы украинских производителей универсальны — их можно и крепить на стену, и ставить на пол. В среднем, температура внутри помещения должна быть в диапазоне от 0 до +40°C, а относительная влажность — не больше 80% (при 25 °C), давление — от 630 до 800 мм.рт.ст.

Некоторые из наших клиентов вешали стабилизаторы напряжения даже в неотапливаемых гаражах, и они успешно функционировали. Главное, чтобы помещение было сухое и не было резких перепадов температур.

Большинство производителей занимаются изготовлением стабилизаторов внутреннего исполнения, но существуют еще уличные стабилизаторы. Например, фирма Прочан (Запорожье) изготавливает стабилизаторы во влагозащитном корпусе, со степенью IP56, что означает его стойкость к сырости и атмосферным осадкам.

Надеемся, что эта статья о том, как выбрать стабилизатор напряжения, была Вам полезна, и Вы получили ответы на все интересующие вопросы. Если что-то осталось неразрешенным, наши менеджеры с удовольствием дадут экспертную консультацию и помогут сделать правильный выбор. Звоните и пишите, оставляйте свои комментарии и задавайте вопросы — мы будем очень рады помочь!

LVT АСН-600

Цена: 3000 Грн.

Элекс Гибрид У 9-1-40 v2.0

Цена: 13400 Грн.

Элекс Гибрид У 9-1-16 v2.0

Цена: 6190 Грн.

Voltok SRK 500

Цена: 2150 Грн.

Как правильно выбрать стабилизатор(ы) напряжения для вашей конструкции

В этой статье показано, как выбрать лучший тип стабилизатора напряжения для вашего конкретного электронного продукта.

Вероятно, более чем для 90% продуктов требуется какой-либо регулятор напряжения, что делает их одним из наиболее часто используемых электрических компонентов.

Если вы не можете работать напрямую от аккумулятора или от внешнего адаптера переменного/постоянного тока, вам потребуется регулятор напряжения. Скорее всего, потребуется несколько регуляторов напряжения.

Эта статья поможет вам правильно выбрать стабилизатор(ы) напряжения для вашей конструкции. Мы рассмотрим все, от определения типа регулятора напряжения, который вам нужен, до выбора того, который соответствует вашим конкретным требованиям.

Получите БЕСПЛАТНОЕ полное руководство по разработке нового электронного оборудования

Содержание

Выбор типа стабилизатора, который необходимо использовать

Первым шагом в выборе правильного регулятора напряжения является определение входного напряжения, выходного напряжения и максимального тока нагрузки.

Несмотря на то, что существует множество других спецификаций, эти три помогут вам начать работу и сузить круг выбора нужного вам типа регулятора.

Регуляторы напряжения можно разделить на две большие категории:

• Понижающие : Выходное напряжение ниже входного
• Повышение : Выходное напряжение больше, чем входное напряжение

Знание ваших входных и выходных напряжений поможет вам легко решить, к какой группе относится ваш регулятор.

Регуляторы напряжения, для которых выходное напряжение меньше входного, являются наиболее распространенным типом регуляторов напряжения. Например, вы вводите 5 В, а на выходе 3,3 В, или вы вводите 12 В, а на выходе 5 В.

Необходимо рассмотреть два типа регуляторов:

• Линейные регуляторы : простые, дешевые и бесшумный, но может иметь низкую энергоэффективность. Линейные регуляторы способны только понижать напряжение.
• Импульсные регуляторы : Высокая энергоэффективность, но более сложная и дорогая, и больше шума на выходе. Импульсные стабилизаторы могут использоваться как для понижения, так и для повышения напряжения.

Если вам требуется выходное напряжение, которое меньше входного напряжения, начните с выбора линейного стабилизатора, а не импульсного стабилизатора.

Рисунок 1. Линейный регулятор использует транзистор и контур управления с обратной связью для регулирования выходного напряжения. Линейный регулятор может только производить выходное напряжение ниже, чем входное напряжение.

 

Линейные стабилизаторы намного дешевле и проще в использовании, чем импульсные регуляторы, поэтому они, как правило, должны быть вашим первым выбором.

Единственные случаи, когда вы не хотите использовать линейный стабилизатор, это если рассеиваемая мощность слишком велика или вам нужно повысить напряжение.

Определение рассеиваемой мощности

Несмотря на то, что линейные регуляторы дешевы и просты в использовании, их основным недостатком является то, что они могут тратить много энергии впустую. Это может привести к чрезмерному разряду батареи, перегреву или повреждению устройства.

Если у вас есть аккумуляторный продукт, в котором энергия расходуется в виде тепла, батарея будет разряжаться быстрее. Если это не аккумуляторный продукт, но он по-прежнему выделяет значительное количество тепла, это все равно может вызвать другие проблемы с вашей конструкцией.

Фактически, при определенных условиях линейный регулятор может выделять столько тепла, что фактически разрушает сам себя. Очевидно, это не то, чем вы хотите заниматься.

При использовании линейного стабилизатора начните с определения того, какая мощность будет рассеиваться регулятором.

Для линейных регуляторов используйте уравнение:

Мощность = (Входное напряжение – Выходное напряжение) x Ток          (Уравнение 1)

Можно предположить, что выходной ток (также называемый током нагрузки) приблизительно одинаков как входной ток для линейных регуляторов.

На самом деле входной ток равен сумме выходного тока и тока покоя, потребляемого линейным регулятором для выполнения функции регулирования.

Однако для большинства стабилизаторов ток покоя чрезвычайно мал по сравнению с током нагрузки, поэтому достаточно предположить, что выходной ток равен входному току.

Как видно из уравнения 1, если у вас большой перепад напряжения (Vin – Vout) на стабилизаторе и/или высокий ток нагрузки, то ваш стабилизатор будет рассеивать большое количество энергии.

Например, если на входе 12 В, а на выходе 3,3 В, разность напряжений будет рассчитываться как 12 В – 3,3 В = 8,7 В.

Если ток нагрузки равен 1 А, это означает, что регулятор должен рассеивать 8,7 Вт мощности. Это огромное количество энергии, которое тратится впустую, и это больше, чем может выдержать любой линейный регулятор.

Если, с другой стороны, у вас высокая разность напряжений, но ток нагрузки составляет всего несколько миллиампер, то мощность будет небольшой.

Например, в приведенном выше случае, если вы теперь используете только 100 мА тока нагрузки, тогда рассеиваемая мощность падает до 0,87 Вт, что намного удобнее для большинства линейных регуляторов.

При выборе линейного стабилизатора недостаточно просто убедиться, что входное напряжение, выходное напряжение и ток нагрузки соответствуют спецификациям регулятора.

Например, у вас есть линейный стабилизатор, рассчитанный на 15 В и ток 1 А. Вы думаете: «Хорошо, если это так, я могу подать 12 В на вход, получить 3,3 В на выходе и запустить его на 1 А, верно?»

Неправильно! Вы должны убедиться, что линейный регулятор может справиться даже с такой мощностью. Способ сделать это состоит в том, чтобы определить, насколько регулятор будет нагреваться в зависимости от мощности, которую он должен рассеять.

Для этого сначала рассчитайте, сколько мощности будет рассеивать линейный регулятор, используя уравнение 1 выше.

Во-вторых, посмотрите в таблице данных регулятора в разделе «Тепловые характеристики» параметр под названием «Theta-JA», выраженный в единицах °C/Вт (°C на ватт).

Theta-JA показывает, на сколько градусов чип нагреется выше температуры окружающего воздуха, на каждый ватт мощности, который он должен рассеять.

Просто умножьте расчетную рассеиваемую мощность на Theta-JA, и это покажет вам, насколько линейный регулятор будет нагреваться при такой мощности:

Мощность x Theta-JA = температура выше температуры окружающей среды          (уравнение 2)

Допустим, ваш регулятор имеет спецификацию Theta-JA, равную 50°C на ватт. Это означает, что если ваш продукт рассеивает:

• 1 Вт, он нагреется на 50°C.
• 2 Вт нагреется до 100°C.
• ½ ватта нагреется до 25°C.

Важно отметить, что температура, рассчитанная выше, представляет собой разницу температур выше температуры окружающего воздуха.

Допустим, вы подсчитали, что при ваших условиях питания регулятор будет рассеивать 2 Вт мощности. Вы умножаете это на Theta-JA и определяете, что он нагреется до 100°C.

Здесь важно не забыть добавить температуру окружающего воздуха. Комнатная температура обычно составляет 25°C. Следовательно, вы должны добавить 25°C к 100°C. Теперь у вас до 125°C.

125°C — это максимальная температура, на которую рассчитано большинство электронных компонентов, поэтому никогда не следует намеренно превышать 125°C.

Как правило, вы не повредите свой продукт, пока не достигнете температуры от 170°C до 200°C. К счастью, большинство регуляторов также имеют функцию отключения при перегреве, которая срабатывает при температуре около 150°C, поэтому они просто отключаются, прежде чем причинят какой-либо ущерб.

Однако некоторые регуляторы не имеют защиты от перегрева, поэтому вы можете повредить их, если они будут рассеивать слишком много энергии.

Получите БЕСПЛАТНОЕ полное руководство по разработке нового электронного оборудования

В любом случае, вы не хотите проектировать свой продукт таким образом, чтобы он постоянно перегревался и должен был выключаться для охлаждения.

Следует также учитывать, что температура воздуха не всегда может быть 25°C.

Допустим, ваш регулятор по-прежнему нагревается до 100°C под нагрузкой, но теперь температура окружающей среды составляет 50°C (например, в закрытом автомобиле в жаркий летний день).

Теперь у вас есть 50°C плюс 100°C и до 150°C под нагрузкой. Вы превысили указанную максимальную температуру и находитесь на грани срабатывания теплового отключения.

Очевидно, этого следует избегать. Эксплуатация регулятора, при котором он регулярно превышает указанную температуру 125°C, может не привести к немедленному повреждению, но может сократить срок службы компонента.

Регуляторы с малым падением напряжения (LDO)

В некоторых случаях линейные регуляторы могут быть очень эффективными, потребляя очень мало энергии. Это происходит, когда они работают с очень низким перепадом входного напряжения и выходного напряжения.

Например, если Vin – Vout составляет всего 300 мВ, то даже при токе нагрузки 3 А рассеиваемая мощность составляет всего 0,9 Вт, что достаточно мало для большинства регуляторов.

Минимальный дифференциал Vin-Vout, с которым может работать линейный регулятор, называется падением напряжения. Если разница между Vin и Vout падает ниже напряжения отключения, то регулятор находится в режиме отключения.

Регулятор в режиме отключения выглядит просто как небольшой резистор от входа до выхода. Это означает, что выход, по сути, просто отслеживает входное питание, и на самом деле никакое регулирование не выполняется.

В большинстве случаев вы хотите избежать работы линейного регулятора в режиме отключения. Ни в коем случае это ничего не повредит, но вы потеряете многие преимущества наличия регулятора.

Например, если на вашем входном источнике есть много шума сигнала, он обычно отфильтровывается линейным регулятором. Однако эта фильтрация не будет выполняться в режиме отключения, поэтому весь шум входного питания напрямую передается выходному напряжению.

Причина, по которой стабилизаторы с малым падением напряжения так полезны, заключается в том, что они позволяют управлять регулятором с очень небольшой рассеиваемой мощностью. Это связано с тем, что линейный регулятор наиболее эффективен, когда разница между Vin и Vout мала.

Многие старые линейные стабилизаторы имели очень высокое падение напряжения. Например, популярная серия стабилизаторов 7800 имеет спецификацию падения напряжения 2 В. Это означает, что входное напряжение должно быть как минимум на 2 В выше, чем выходное напряжение.

Рисунок 2. Старые 3-выводные линейные стабилизаторы требуют большего перепада напряжения Vin-Vout и, следовательно, потребляют больше энергии, чем более новые стабилизаторы LDO.

 

Несмотря на то, что 2 В не очень много, если вы пропускаете 1 ампер тока через этот регулятор и у вас есть разница в 2 В, то 2 ватта мощности тратятся впустую.

Более новые стабилизаторы LDO могут иметь очень низкое падение напряжения менее 200 мВ при полной нагрузке.

LDO, работающий с перепадом напряжения всего 200 мВ, может пропускать в 10 раз больший ток при той же рассеиваемой мощности, что и линейный регулятор, работающий с перепадом напряжения 2 В. Таким образом, 1 ампер тока с дифференциалом Vin-Vout 200 мВ соответствует рассеиваемой мощности всего 0,2 Вт.

Краткий обзор линейных регуляторов

Линейные регуляторы полезны, если:

• Разница входного и выходного напряжения мала
• У вас низкий ток нагрузки
• Вам требуется очень чистое выходное напряжение
• Дизайн должен быть как можно более простым и дешевым

Как мы обсудим далее, импульсные регуляторы производят много шума на выходе и могут создавать неряшливое выходное напряжение.

Это может быть приемлемо для некоторых приложений, но во многих случаях требуется очень чистое напряжение питания. Например, при формировании напряжения питания для аналого-цифрового преобразователя или какой-либо звуковой схемы.

Таким образом, линейные стабилизаторы не только проще в использовании, но и обеспечивают гораздо более чистое выходное напряжение по сравнению с импульсными стабилизаторами, без пульсаций, пиков или шума любого типа.

Таким образом, если рассеиваемая мощность не слишком велика или вам не требуется повышающий регулятор, линейный регулятор будет лучшим вариантом.

Импульсные регуляторы

Импульсные регуляторы гораздо сложнее понять, чем линейные регуляторы. Линейный регулятор основан на силовом транзисторе, который управляет величиной тока, подаваемого на выход.

Если система управления линейного регулятора определяет, что выходное напряжение ниже, чем должно быть, то от входа к выходу может течь больший ток. И наоборот, если обнаружено, что выходное напряжение выше, чем должно быть, регулятор позволит меньшему току течь от входа к выходу, тем самым снижая выходное напряжение.

С другой стороны, импульсные стабилизаторы используют катушки индуктивности и конденсаторы для временного накопления энергии перед передачей ее на выход.

В этом уроке я разрабатываю печатную плату с использованием простого линейного стабилизатора, а в этом более подробном курсе я разрабатываю пользовательскую плату с использованием более сложного импульсного стабилизатора.

Существует два основных типа импульсных регуляторов: повышающий и понижающий.

Понижающий импульсный стабилизатор также называется понижающим регулятором, и, как и линейный стабилизатор, выходное напряжение ниже входного.

Рисунок 3. В понижающем импульсном регуляторе используется индуктор в качестве элемента временного накопления энергии для эффективного создания выходного напряжения ниже входного.

 

Если вы изначально планировали использовать линейный стабилизатор (понижающий), но определили, что рассеиваемая мощность слишком высока, тогда вам следует использовать импульсный понижающий регулятор.

В то время как повышающий импульсный стабилизатор создает выходное напряжение выше входного и называется повышающим стабилизатором.

Импульсные регуляторы очень эффективны даже при очень больших перепадах между входом и выходом.

Эффективность равна выходной мощности, деленной на входную мощность. Это отношение того, сколько мощности от входа переходит к выходу.

КПД = Pвых / Вывод = (Vвых x Iвых) / (Vin x Iвх)          (Уравнение 3)

Уравнение эффективности такое же, как и для линейного регулятора. Однако, поскольку выходной ток равен входному току для линейного регулятора, уравнение 3 упрощается до простого:

Эффективность (линейный регулятор) = Vout / Vin на входе 24 В, а на выходе 3 В при токе нагрузки 1 А. Если бы это был линейный регулятор, он работал бы с чрезвычайно низкой эффективностью, и почти вся мощность рассеивалась бы в виде тепла.

Эффективность линейного регулятора будет только 3 В / 24 В = 12,5%. Это означает, что только 12,5% мощности от входа доходит до выхода. Остальные 87,5% передаваемой мощности теряются в виде тепла!

Получите БЕСПЛАТНОЕ полное руководство по разработке нового электронного оборудования

С другой стороны, импульсные стабилизаторы обычно имеют КПД 90% или выше, независимо от разницы между входным и выходным напряжениями. Для импульсного регулятора около 9На выходе передается 0% мощности и только 10% тратится впустую.

Только когда Vin и Vout близки друг к другу, эффективность линейного регулятора можно сравнить с импульсным регулятором.

Например, если входное напряжение 3,6 В (напряжение литий-полимерной батареи), а выходное 3,3 В, то линейный стабилизатор будет иметь энергоэффективность 3,3 В / 3,6 В = 91,7%.

Повышающие регуляторы напряжения

В большинстве случаев выходное напряжение будет ниже входного. В этом случае следует использовать линейный стабилизатор или понижающий импульсный регулятор, как обсуждалось выше.

Однако есть и другие случаи, когда вам может потребоваться более высокое выходное напряжение, чем входное. Например, если у вас есть батарея на 3,6 В, а вам нужен источник питания на 5 В.

Рисунок 4. Импульсный импульсный стабилизатор использует катушку индуктивности в качестве временного накопительного элемента для эффективного создания выходного напряжения, превышающего входное напряжение.

 

Многие новички в электронике с удивлением узнают, что можно получить более высокое напряжение из более низкого напряжения. Для выполнения этой функции необходим импульсный регулятор, называемый повышающим регулятором.

В отличие от линейных стабилизаторов, выходной ток импульсного стабилизатора не равен входному току. Вместо этого вы должны смотреть на входную мощность, выходную мощность и эффективность.

Рассчитаем входной ток для повышающего регулятора. Предположим, что входное напряжение равно 3 В, выходное напряжение равно 5 В, выходной ток равен 1 А, а энергоэффективность составляет 90 % (как указано в техническом описании).

Чтобы понять это, нам нужно использовать немного базовой алгебры в уравнении 3, чтобы найти входную мощность:

Pin = Pout / Efficiency          (уравнение 5)

Мы знаем, что эффективность составляет 90 % (или 0,90), и мы знаем, что выходная мощность составляет 5 В x 1 A = 5 Вт. Мы можем рассчитать, что входная мощность составляет 5 Вт / 0,9 = 5,56 Вт.

Поскольку входная мощность составляет 5,56 Вт, а выходная мощность составляет 5 Вт, это означает, что регулятор рассеивает только 0,56 Вт.

Далее, поскольку мы знаем, что мощность равна произведению напряжения на ток, это означает, что входной ток равен:

Входной ток = 5,56 Вт / Vin = 5,56 Вт / 3 В = 1,85 А          (уравнение 6)

Для повышающего регулятора входной ток всегда будет выше, чем выходной ток. С другой стороны, входной ток понижающего стабилизатора всегда будет меньше выходного тока.

Понижающе-повышающие регуляторы

Предположим, вы питаете свой продукт от двух последовательно соединенных батареек типа АА. При полной зарядке две батареи AA могут выдавать около 3,2 В, но когда они близки к разрядке, они выдают только 2,4 В.

В этом случае ваше напряжение питания может варьироваться от 2,4 В до 3,2 В.

Теперь предположим, что вам нужно выходное напряжение ровно 3 В независимо от состояния батарей. Когда аккумуляторы полностью заряжены (выход 3,2 В), необходимо понизить напряжение аккумуляторов с 3,2 В до 3 В.

Однако, когда аккумуляторы близки к разрядке (выход 2,4 В), необходимо для повышения напряжения батареи с 2,4 В до 3 В.

В этом сценарии вы должны использовать так называемый повышающе-понижающий импульсный стабилизатор, который представляет собой просто комбинацию повышающего и понижающего регуляторов.

Для решения этой проблемы потенциально можно использовать отдельный понижающий регулятор, за которым следует повышающий регулятор (или наоборот). Но обычно лучше использовать один повышающе-понижающий регулятор.

Импульсный регулятор + Линейные регуляторы

Помните о трех преимуществах линейных регуляторов: дешевизна, простота и чистое выходное напряжение.

Может быть много случаев, когда вы хотите использовать линейный стабилизатор, потому что вам нужно чистое выходное напряжение, но вы не можете, потому что они тратят слишком много энергии.

В этой ситуации вы можете использовать импульсный регулятор, а затем линейный регулятор.

Допустим, у вас есть входное напряжение от литий-полимерной батареи 3,6 В, но вам нужен источник питания чистый 5 В.

Для этого вы должны использовать повышающий стабилизатор, чтобы повысить напряжение до значения, чуть превышающего целевое выходное напряжение. Например, вы можете использовать повышающий стабилизатор для повышения напряжения с 3,6 В до 5,5 В.

Затем вы используете линейный регулятор, который берет 5,5 В и понижает его до 5 В, а также устраняет шумы и помехи. пульсации для получения чистого сигнала.

Это очень распространенный метод получения эффективности импульсного стабилизатора и бесшумного выходного напряжения линейного стабилизатора.

Если вы выбрали этот вариант и хотите специально отфильтровать помехи переключения, обязательно обратите внимание на коэффициент ослабления питания (PSRR) линейного регулятора.

PSSR заданного линейного регулятора зависит от частоты. Поэтому PSSR обычно представляют в виде графика, показывающего, как линейный регулятор подавляет любые пульсации на входе на различных частотах.

Рис. 5. Коэффициент ослабления источника питания (PSRR) в зависимости от частоты для TPS799 от Texas Instruments.

 

Чтобы использовать этот график, посмотрите на частоту переключения вашего импульсного стабилизатора (или любых других источников шума в вашей цепи). Затем посмотрите на PSSR линейного регулятора на этой конкретной частоте.

Затем можно рассчитать, какая часть шума импульсного регулятора будет удалена линейным регулятором.

Резюме

Чтобы выбрать стабилизатор напряжения для вашей системы, начните с предположения, что можно использовать линейный стабилизатор, если входное напряжение выше выходного.

Только если при этом расходуется слишком много энергии, используйте импульсный понижающий регулятор.

Если вам нужно, чтобы выходное напряжение было выше входного, используйте повышающий импульсный стабилизатор.

Если у вас есть ситуация, когда входное напряжение может быть выше или ниже выходного напряжения, то вам нужен импульсный стабилизатор.

Наконец, если вам нужен чистый выход, но нужна энергоэффективность импульсного стабилизатора, используйте импульсный стабилизатор, а затем линейный стабилизатор для очистки напряжения питания.

Другой контент, который может вам понравиться:

4.9 8 голосов

Рейтинг статьи

Руководство по ресурсам и покупателям | Sinalda UK

1. Почему важно качество электроэнергии?

Чтобы электрические системы функционировали должным образом, необходимо убедиться, что качество питающей их энергии достаточно, чтобы гарантировать, что производительность не ухудшится, а ожидаемый срок службы системы не уменьшится.

Без надлежащего питания электрическое устройство или нагрузка могут работать со сбоями, преждевременно выходить из строя или вообще не работать. Есть много способов, по которым электроэнергия может быть плохого качества, и еще много причин такого низкого качества.

2. Знаете ли вы на самом деле проблемы с электропитанием, с которыми вы сталкиваетесь?

Для определения наиболее подходящего решения всегда рекомендуется сначала точно определить проблемы, с которыми вы столкнулись. Конечно, у вас уже может быть хорошее представление о проблемах, с которыми вы сталкиваетесь. Если нет, необходимо будет контролировать подачу в течение определенного периода времени, чтобы определить типы, продолжительность и масштабы возникших проблем с питанием.

Проблемы с электроснабжением вызваны различными причинами, например, неисправностями распределительной сети, переключением системы, погодными условиями и условиями окружающей среды, тяжелыми установками и оборудованием или просто неисправным оборудованием.

Независимо от причины проблемы, возникающая в результате проблема с качеством электроэнергии будет включать одну или несколько из следующих проблем с электропитанием: проверка – Проблемы с электропитанием – Симптомы, причины и решения

3. Как определить мощность оборудования, которое вы хотите защитить?

Вам нужно будет проверить рейтинг защищаемого оборудования. Такие номиналы обычно указываются в амперах или кВА, независимо от того, являются ли они однофазными или трехфазными. Вам также потребуется определить номинальное напряжение между фазой и нейтралью, а также между фазами, а также частоту и коэффициент мощности.

Такая информация обычно указана на паспортной табличке, прикрепленной к оборудованию, в противном случае вам необходимо проконсультироваться с производителями оборудования или провести измерения. Всегда рекомендуется измерять истинное среднеквадратичное значение нагрузки.

При определении общей номинальной мощности для требуемого решения не забудьте учесть возможное будущее расширение нагрузки, которую вы хотите защитить в среднесрочной и долгосрочной перспективе.

4. Какое наилучшее решение для вас?

Если у вас есть хорошее представление о проблемах с сетью, с которыми вы сталкиваетесь, и о требованиях к питанию оборудования, которое вы хотите защитить, вы в очень сильной позиции, чтобы четко определить лучшее и наиболее экономичное решение.

Если вы столкнулись со всеми проблемами с качеством электроэнергии, указанными в вопросе 2, то онлайн-ИБП (источник бесперебойного питания) часто будет рассматриваться как очевидный выбор. Но имейте в виду, что они обычно дороги в покупке и требуют высоких затрат на текущее обслуживание и поддержку. Во многих менее развитых странах высокотехнологичные навыки, необходимые для обслуживания таких систем, недоступны и недороги.

Для большинства приложений, где потеря сети не является серьезной проблемой или может быть решена с помощью резервного генератора, развертывание стабилизатора напряжения или кондиционера линии электропередач будет гораздо более экономичным решением как с точки зрения первоначальных затрат, текущего обслуживания, затрат на поддержку и необходимых местных навыков, необходимых для установки, обслуживания и поддержки решения.

Предупреждаем! Чрезмерная разработка решения из-за непонимания возникающих проблем с качеством электроэнергии является слишком распространенной ошибкой, которая может сильно ударить по вашему кошельку!

5. В чем разница между стабилизатором напряжения и стабилизатором напряжения?

Один из наиболее частых вопросов, которые нам задают, заключается в том, в чем именно разница между стабилизатором напряжения и стабилизатором напряжения переменного тока. По сути, оба устройства защищают от переходных процессов, скачков, провалов и провалов напряжения, но кондиционер переменного тока также предлагает дополнительную защиту от электрических помех и более высокий уровень защиты от переходных процессов и скачков напряжения. В большинстве случаев кондиционер переменного тока (стабилизатор линии электропередач) представляет собой просто стабилизатор напряжения с включенным изолирующим трансформатором. Когда хорошее заземление не может быть обеспечено, «синфазный» шум (от E до L и от E до N) может быть проблемой. С включением экранированного разделительного трансформатора в стабилизатор напряжения эти помехи будут подавлены до безвредного уровня. Выход кондиционера переменного тока обычно называют «чистым» источником питания. Как и следовало ожидать, кондиционер переменного тока обычно дороже стабилизатора/регулятора напряжения.

6. Почему важно определить наблюдаемые колебания входного напряжения и точность выходного напряжения?

Важно выбрать стабилизатор с правильной возможностью изменения входного напряжения, потому что, если его диапазон входного напряжения будет превышен, его выходное напряжение увеличится или уменьшится на ту же величину, на которую он вышел «за пределы».

В ситуациях, где есть хорошее электроснабжение, стабилизатор, предлагающий размах входного сигнала ±15 % (наши модели S15), как правило, будет более чем приемлемым, но в более отдаленных местах или в странах, где национальная инфраструктура электроснабжения меньше могут потребоваться отклонения ±20 % или больше, чтобы стабилизатор мог их учесть.

Как правило, чем больше размах входного напряжения, который стабилизатор/кондиционер должен корректировать, тем выше цена.

Выходное напряжение в пределах ± 1 % / ± 1,5 % от заданного выходного напряжения является нормой при выборе стабилизатора напряжения или стабилизатора напряжения. Однако, если нагрузочное оборудование может обеспечить более низкую точность выходного напряжения, то диапазон входного напряжения может быть пропорционально расширен. Поскольку стоимость стабилизатора связана с диапазоном входного напряжения, с которым он должен работать, принятие более низкой выходной точности может оказаться более экономичным решением.

7. Важна ли частота подачи?

Поскольку большинство источников питания работает на частоте 50 или 60 Гц, нормальная частота сети вряд ли будет отличаться более чем на +/- 2 %, и это находится в пределах возможностей большинства стабилизаторов и кондиционеров. Но если питание подается от местного генератора, возможно, что частота может отклоняться за пределы этого диапазона, и следует предусмотреть подходящую защиту для защиты как нагрузки, так и системы защиты электропитания.

8. Есть ли другие факторы, которые следует учитывать при выборе стабилизатора напряжения/стабилизатора напряжения?

Входной выходной автоматический выключатель: Мы рекомендуем указать входной или выходной автоматический выключатель, который, в дополнение к защите от перегрузки по току, сработает, если выход/вход отклонится выше или ниже заданного уровня. Некоторые модели из нашей линейки в стандартной комплектации поставляются с входными автоматическими выключателями, а для других такое оборудование доступно в качестве опции.

Устройство байпаса: Вы также можете рассмотреть возможность установки переключателя байпаса, который облегчит осмотр и техническое обслуживание, изолируя стабилизатор и подключая нагрузку напрямую к сети. Некоторые модели из нашей линейки в стандартной комплектации поставляются со встроенным байпасом, а для других мы можем поставить подходящие встроенные или настенные внешние переключатели в соответствии с требованиями.

9. Каковы отличия и преимущества различных технологий проектирования, используемых в стабилизаторах напряжения и стабилизаторах напряжения?

Для неспециалиста различение различных технологий, используемых для стабилизации напряжения, часто может быть сложной задачей, и не всегда ясно, какая технология лучше всего подходит для конкретного применения.

Являясь ведущим производителем и поставщиком стабилизаторов напряжения и стабилизаторов напряжения, мы предлагаем широкий выбор альтернативных типов конструкции.