При разработке регулируемого источника питания без высокочастотного преобразователя разработчик сталкивается с такой проблемой, что при минимальном выходном напряжении и большом токе нагрузки на регулирующем элементе стабилизатор рассеивается большая мощность. До настоящего времени в большинстве случаев эту проблему решали так: делали несколько отводов у вторичной обмотки силового трансформатора и разбивали весь диапазон регулировки выходного напряжения на несколько поддиапазонов. Такой принцип использован во многих серийных источниках питания, например, УИП-2 и более современных. Понятно, что использование источника питания с несколькими поддиапазонами усложняется, усложняется также дистанционное управление таким источником питания, например, от ЭВМ.
Выходом мне показалось использование управляемого выпрямителя на тиристоре т. к. появляется возможность создания источника питания, управляемого одной ручкой установки выходного напряжения или одним управляющим сигналом с диапазоном регулировки выходного напряжения от нуля (или почти от нуля) до максимального значения. Такой источник питания можно будет изготовить из готовых деталей, имеющихся в продаже.
К настоящему моменту управляемые выпрямители с тиристорами описаны и весьма подробно в книгах по источникам питания, но практически в лабораторных источниках питания применяются редко. В любительских конструкциях они также редко встречаются (кроме, конечно, зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов). Надеюсь, что настоящая работа поможет изменить это положение дел.
В принципе, описанные здесь схемы могут быть применены для стабилизации входного напряжения высокочастотного преобразователя, например, как это сделано в телевизорах “Электроника Ц432”. Приведенные здесь схемы могут также быть использованы для изготовления лабораторных источников питания или зарядных устройств.
Описание своих работ я привожу не в том порядке как я их проводил, а более или менее упорядочено. Сначала рассмотрим общие вопросы, затем “низковольтные” конструкции типа источников питания для транзисторных схем или зарядки аккумуляторов и затем “высоковольтные” выпрямители для питания схем на электронных лампах.
Работа тиристорного выпрямителя на емкостную нагрузку
В литературе описано большое количество тиристорных регуляторов мощности, работающих на переменном или пульсирующем токе с активной (например, лампы накаливания) или индуктивной (например, электродвигатель) нагрузкой. Нагрузкой же выпрямителя обычно является фильтр в котором для сглаживания пульсаций применяются конденсаторы, поэтому нагрузка выпрямителя может иметь емкостный характер.
Рассмотрим работу выпрямителя с тиристорным регулятором на резистивно-емкостную нагрузку. Схема подобного регулятора приведена на рис. 1.
Рис. 1.
Здесь для примера показан двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, однако он может быть выполнен и по другой схеме, например, мостовой. Иногда тиристоры кроме регулирования напряжения на нагрузке U
Принцип работы тиристорного регулятора напряжения поясняет рис. 2. На выходе выпрямителя (точка соединения катодов диодов на рис. 1) получаются импульсы напряжения (нижняя полуволна синусоиды “вывернута” вверх), обозначенные U
Рис. 2.
Рисунок 2 выполнен для случая, когда задержка tз превышает половину периода пульсаций. В этом случае схема работает на падающем участке волны синусоиды. Чем больше задержка момента включения тиристора, тем меньше получится выпрямленное напряжение U
Теперь представим, что задержка момента включения тиристора tз равна половине периода пульсаций (см. рис. 3). Тогда тиристор будет включаться, когда напряжение на выходе выпрямителя проходит через максимум.
Рис. 3.
В этом случае напряжение на нагрузке Uн также будет наибольшим, примерно таким же, как если бы тиристорного регулятора в схеме не было (пренебрегаем падением напряжения на открытом тиристоре).
Здесь мы и сталкиваемся с проблемой. Предположим, что мы хотим регулировать напряжение на нагрузке почти от нуля до наибольшего значения, которое можно получить от имеющегося силового трансформатора. Для этого с учетом сделанных ранее допущения потребуется подавать на тиристор запускающие импульсы ТОЧНО в момент, когда U
Предположим, что так мы и поступили, т. е. установили время задержки tз намного меньшее Т
Рис. 4.
Оказывается, что при малом времени задержки tз возможно возникновение колебаний выходного напряжения регулятора. Они возникают в том случае, если в момент подачи на тиристор запускающего импульса напряжение на нагрузке Uн оказывается больше напряжения на выходе выпрямителя U
Вероятно, наиболее опасным является случай, когда оказывается пропущен каждый второй импульс. В этом случае через обмотку силового трансформатора будет проходить постоянный ток, под действием которого трансформатор может выйти из строя.
Для того чтобы избежать появления колебательного процесса в схеме тиристорного регулятора вероятно можно отказаться от импульсного управления тиристором, но в этом случае схема управления усложняется или становится неэкономичной. Поэтому автор разработал схему тиристорного регулятора в которой тиристор нормально запускается управляющими импульсами и колебательного процесса не возникает. Такая схема приведена на рис. 5.
Рис. 5.
Здесь тиристор нагружен на пусковое сопротивление Rп, а конденсатор фильтра Cф и нагрузка Rн подключены через пусковой диод VDп. В такой схеме запуск тиристора происходит независимо от напряжения на конденсаторе фильтра C
Схема на рис. 5 имеет тот недостаток, что ток нагрузки проходит через дополнительный диод VDп, на котором бесполезно теряется часть выпрямленного напряжения. Этот недостаток можно устранить, если подключить пусковое сопротивление Rп к отдельному выпрямителю. Схема с отдельным выпрямителем управления, от которого питается схема запуска и пусковое сопротивление Rп приведена на рис. 6. В этой схеме диоды выпрямителя управления могут быть маломощными т. к. ток нагрузки протекает только через силовой выпрямитель.
Рис. 6.
Низковольтные источники питания с тиристорным регулятором
Ниже приводится описание нескольких конструкций низковольтных выпрямителей с тиристорным регулятором. При их изготовлении я взял за основу схему тиристорного регулятора, применяемого в устройствах для заряда автомобильных аккумуляторов (см. рис. 7). Эта схема успешно применялась моим покойным товарищем А. Г. Спиридоновым.
Рис. 7.
Элементы, обведенные на схеме (рис. 7), устанавливались на небольшой печатной плате. В литературе описано несколько подобных схем, отличия между ними минимальны, в основном, типами и номиналами деталей. В основном отличия такие:
1. Применяют времязадающие конденсаторы разной емкости, т. е. вместо 0.5mF ставят 1mF, и, соответственно, переменное сопротивление другой величины. Для надежности запуска тиристора в своих схемах я применял конденсатор на 1mF.
2. Параллельно времязадающему конденсатору можно не ставить сопротивление (3kW на рис. 7). Понятно, что при этом может потребоваться переменное сопротивление не на 15kW, а другой величины. Влияние сопротивления, параллельного времязадающему конденсатору на устойчивость работы схемы я пока не выяснил.
3. В большинстве описанных в литературе схем применяются транзисторы типов КТ315 и КТ361. Порою они выходят из строя, поэтому в своих схемах я применял более мощные транзисторы типов КТ816 и КТ817.
4. К точке соединения базы pnp и коллектора npn транзисторов может быть подключен делитель из сопротивлений другой величины (10kW и 12kW на рис. 7).
5. В цепи управляющего электрода тиристора можно установить диод (см. на схемах, приведенных ниже). Этот диод устраняет влияние тиристора на схему управления.
Схема (рис. 7) приведена для примера, несколько подобных схем с описаниями можно найти в книге “Зарядные и пуско-зарядные устройства: Информационный обзор для автолюбителей / Сост. А. Г. Ходасевич, Т. И. Ходасевич -М.:НТ Пресс, 2005”. Книга состоит из трех частей, в ней собраны чуть ли не все зарядные устройства за историю человечества.
Простейшая схема выпрямителя с тиристорным регулятором напряжения приведена на рис. 8.
Рис. 8.
Рис. 9.
Достоинством данной схемы является меньшее число силовых диодов, требующих установки на радиаторы. Заметим, что диоды Д242 силового выпрямителя соединены катодами и могут быть установлены на общий радиатор. Анод тиристора соединенный с его корпусом подключен к “минусу” нагрузки.
Монтажная схема этого варианта управляемого выпрямителя приведена на рис. 10.
Рис. 10.
Для сглаживания пульсаций выходного напряжения может быть применен LC-фильтр. Схема управляемого выпрямителя с таким фильтром приведена на рис. 11.
Рис. 11.
Я применил именно LC-фильтр по следующим соображениям:
1. Он более устойчив к перегрузкам. Я разрабатывал схему для лабораторного источника питания, поэтому перегрузки его вполне возможны. Замечу, что даже если сделать какую-либо схему защиты, то у нее будет некоторое время срабатывания. За это время источник питания не должен выходить из строя.
2. Если сделать транзисторный фильтр, то на транзисторе обязательно будет падать некоторое напряжение, поэтому КПД будет низкий, а транзистору может потребоваться радиатор.
В фильтре использован серийный дроссель Д255В.
Рассмотрим возможные модификации схемы управления тиристором. Первая из них показана на рис. 12.
Рис. 12.
Обычно времязадающую цепь тиристорного регулятора делают из включенных последовательно времязадающего конденсатора и переменного сопротивления. Иногда удобно построить схему так, чтобы один из выводов переменного сопротивления был подключен к “минусу” выпрямителя. Тогда можно включить переменное сопротивление параллельно конденсатору, как сделано на рисунке 12. Когда движок находится в нижнем по схеме положении, основная часть тока, проходящего через сопротивление 1.1kW поступает во времязадающий конденсатор 1mF и быстро заряжает его. При этом тиристор запускается на “макушках” пульсаций выпрямленного напряжения или немного раньше и выходное напряжение регулятора получается наибольшим. Если движок находится в верхнем по схеме положении, то времязадающий конденсатор закорочен и напряжение на нем никогда не откроет транзисторы. При этом выходное напряжение будет равно нулю. Меняя положение движка переменного сопротивления, можно изменять силу тока, заряжающего времязадающий конденсатор и, таким образом, время задержки запускающих импульсов.
Иногда требуется производить управление тиристорным регулятором не при помощи переменного сопротивления, а от какой-нибудь другой схемы (дистанционное управление, управление от вычислительной машины). Бывает, что детали тиристорного регулятора находятся под большим напряжением и непосредственное присоединение к ним опасно. В этих случаях вместо переменного сопротивления можно использовать оптрон.
Рис. 13.
Пример включения оптрона в схему тиристорного регулятора показан на рис. 13. Здесь используется транзисторный оптрон типа 4N35. База его фототранзистора (вывод 6) соединена через сопротивление с эмиттером (вывод 4). Это сопротивление определяет коэффициент передачи оптрона, его быстродействие и устойчивость к изменениям температуры. Автор испытал регулятор с указанным на схеме сопротивлением 100kW, при этом зависимость выходного напряжения от температуры оказалась ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ, т. е. при очень сильном нагреве оптрона (оплавилась полихлорвиниловая изоляция проводов) выходное напряжение уменьшалось. Вероятно, это связано с уменьшением отдачи светодиода при нагреве. Автор благодарит С. Балашова за советы по использованию транзисторных оптронов.
Рис. 14.
Рассмотрим также пример схемы с тиристорным регулятором на большее напряжение (см. рис. 15). Схема питается от вторичной обмотки силового трансформатора ТСА-270-1, дающей переменное напряжение 32V. Номиналы деталей, указанные на схеме, подобраны под это напряжение.
Рис. 15.
Схема на рис. 15 позволяет плавно регулировать выходное напряжение от 5V до 40V, что достаточно для большинства устройств на полупроводниковых приборах, таким образом, эту схему можно взять за основу при изготовлении лабораторного источника питания.
Недостатком этой схемы является необходимость рассеивать достаточно большую мощность на пусковом сопротивлении R7. Понятно, что чем меньше ток удержания тиристора, тем больше может быть величина и меньше мощность пускового сопротивления R7. Поэтому здесь предпочтительно использовать тиристоры с малым током удержания.
Заметим также следующее. Часто в схемах тиристорных регуляторов применяют пороговые элементы с неизменным порогом срабатывания. При макетировании схемы автор решил так поступить чтобы обеспечить подачу в управляющий электрод тиристора импульсов постоянной амплитуды. Попытка стабилизировать порог срабатывания транзисторной схемы управления привела к ухудшению стабильности ее работы. Поэтому от стабилизации напряжения на конденсаторе C1, при котором открываются транзисторы было решено отказаться; к точке соединения базы VT1 и коллектора VT2 подключен делитель R4R5, питающийся пульсирующим напряжением с выпрямителя на диодах VD1-VD4. В этом случае схема работает устойчиво и в ней не замечено паразитных колебаний.
Кроме обычных тиристоров в схеме тиристорного регулятора может быть использован оптотиристор. На рис. 16. приведена схема с оптотиристором ТО125-10.
Рис. 16.
Здесь оптотиристор просто включен вместо обычного, но т.к. его фототиристор и светодиод изолированы друг от друга, схемы его применения в тиристорных регуляторах могут быть и другими. Заметим, что благодаря малому току удержания тиристоров ТО125 пусковое сопротивление R7 требуется менее мощное, чем в схеме на рис. 15. Поскольку автор опасался повредить светодиод оптотиристора большими импульсными токами, в схему было включено сопротивление R6. Как оказалось, схема работает и без этого сопротивления, причем без него схема лучше работает при низких напряжениях на выходе.
Высоковольтные источники питания с тиристорным регулятором
При разработке высоковольтных источников питания с тиристорным регулятором за основу была взята схема управления оптотиристором, разработанная В. П. Буренковым (ПРЗ) для сварочных аппаратов. Для этой схемы разработаны и выпускаются печатные платы. Автор выражает благодарность В. П. Буренкову за образец такой платы. Схема одного из макетов регулируемого выпрямителя с использованием платы конструкции Буренкова приведена на рис. 17.
Рис. 17.
Детали, установленные на печатной плате обведены на схеме пунктиром. Как видно из рис. 16, на плате установлены гасящие сопротивления R1 и R2, выпрямительный мост VD1 и стабилитроны VD2 и VD3. Эти детали предназначены для питания от сети 220V. Чтобы испытать схему тиристорного регулятора без переделок в печатной плате, использован силовой трансформатор ТБС3-0,25У3, вторичная обмотка которого подключена таким образом, что с нее снимается переменное напряжение 200V, т. е. близкое к нормальному питающему напряжению платы. Схема управления работает аналогично описанным выше, т. е. конденсатор С1 заряжается через подстроечное сопротивление R5 и переменное сопротивление (установлено вне платы) до того момента, пока напряжение на нем не превысит напряжение на базе транзистора VT2, после чего транзисторы VT1 и VT2 открываются и происходит разряд конденсатора С1 через открывшиеся транзисторы и светодиод оптронного тиристора.
Достоинством данной схемы является возможность подстройки напряжения, при котором открываются транзисторы (при помощи R4), а также минимального сопротивления во времязадающей цепи (при помощи R5). Как показывает практика, иметь возможность такой подстройки весьма полезно, особенно если схема собирается в любительских условиях из случайных деталей. При помощи подстроечных сопротивлений R4 и R5 можно добиться регулировки напряжения в широких пределах и устойчивой работы регулятора.
С этой схемы я начинал свои ОКР по разработке тиристорного регулятора. В ней же и был обнаружен пропуск запускающих импульсов при работе тиристора на емкостную нагрузку (см. рис. 4). Желание повысить стабильность работы регулятора привело к появлению схемы рис. 18. В ней автор опробовал работу тиристора с пусковым сопротивлением (см. рис 5.
Рис. 18.
В схеме рис. 18. использована та же плата, что и в схеме рис. 17, только с нее удален диодный мост, т.к. здесь используется один общий для нагрузки и схемы управления выпрямитель. Заметим, что в схеме на рис. 17 пусковое сопротивление подобрано из нескольких параллельно включенных чтобы определить максимально возможное значение этого сопротивления, при котором схема начинает устойчиво работать. Между катодом оптотиристора и конденсатором фильтра включено проволочное сопротивление 10W. Оно нужно для ограничения бросков тока через опторитистор. Пока это сопротивление не было установлено, после поворота ручки переменного сопротивления оптотиристор пропускал в нагрузку одну или несколько целых полуволн выпрямленного напряжения.
На основании проведенных опытов была разработана схема выпрямителя с тиристорным регулятором, пригодная для практического использования. Она приведена на рис. 19.
Рис. 19.
Рис. 20.
Печатная плата SCR1M0 (рис. 20) разработана для установки на нее современных малогабаритных электролитических конденсаторов и проволочных сопротивлений в керамическом корпусе типа SQP. Автор выражает благодарность Р. Пеплову за помощь с изготовлением и испытанием этой печатной платы.
Поскольку автор разрабатывал выпрямитель с наибольшим выходным напряжением 500V, потребовалось иметь некоторый запас по выходному напряжению на случай снижения напряжения сети. Увеличить выходное напряжение оказалось возможным если пересоединить обмотки силового трансформатора, как показано на рис. 21.
Рис. 21.
Замечу также, что схема рис. 19 и плата рис. 20 разработаны с учетом возможности их дальнейшего развития. Для этого на плате SCR1M0 имеются дополнительные выводы от общего провода GND1 и GND2, от выпрямителя DC1
Разработка и налаживание выпрямителя с тиристорным регулятором SCR1M0 проводились совместно со студентом Р. Пеловым в ПГУ. C его помощью были сделаны фотографии модуля SCR1M0 и осциллограмм.
Рис. 22. Вид модуля SCR1M0 со стороны деталей
Рис. 23. Вид модуля SCR1M0 со стороны пайки
Рис. 24. Вид модуля SCR1M0 сбоку
Таблица 1. Осциллограммы при малом напряжении
|
№ п/п |
Минимальное положение регулятора напряжения |
По схеме |
Примечания |
|
1 |
На катоде VD5 |
5 В/дел 2 мс/дел |
|
|
2 |
|
На конденсаторе C1 |
2 В/дел 2 мс/дел |
|
3 |
|
т.соединения R2 и R3 |
2 В/дел 2 мс/дел |
|
4 |
|
На аноде тиристора |
100 В/дел 2 мс/дел |
|
5 |
|
На катоде тиристора |
50 В/дел 2 мс/де |
Таблица 2. Осциллограммы при среднем напряжении
|
№ п/п |
Среднее положение регулятора напряжения |
По схеме |
Примечания |
|
1 |
|
На катоде VD5 |
5 В/дел 2 мс/дел |
|
2 |
|
На конденсаторе C1 |
2 В/дел 2 мс/дел |
|
3 |
|
т.соединения R2 и R3 |
2 В/дел 2 мс/дел |
Испытанная временем схема регулирования тока мощных потребителей отличается простотой в наладке, надежностью в эксплуатации и широкими потребительскими возможностями. Она хорошо подходит для управления режимом сварки, для пуско-зарядных устройств и для мощных узлов автоматики.
Принципиальная схема
При питании мощных нагрузок постоянным током часто применяется схема (рис.1) выпрямителя на четырех силовых вентилях. Переменное напряжение подводится к одной диагонали «моста», выходное постоянное (пульсирующее) напряжение снимается с другой диагонали. В каждом полупериоде работает одна пара диодов (VD1-VD4 или VD2-VD3).
Это свойство выпрямительного «моста» существенно: суммарная величина выпрямленного тока может достигать удвоенной величины предельного тока для каждого диода. Предельное напряжение диода не должно быть ниже амплитудного входного напряжения.
Поскольку класс напряжения силовых вентилей доходит до четырнадцатого (1400 В), с этим для бытовой электросети проблем нет. Существующий запас по обратному напряжению позволяет использовать вентили с некоторым перегревом, с малыми радиаторами (не злоупотреблять!).
Рис. 1. Схема выпрямителя на четырех силовых вентилях.
Внимание! Силовые диоды с маркировкой «В» проводят ток, «подобно» диодам Д226 (от гибкого вывода к корпусу), диоды с маркировкой «ВЛ» — от корпуса к гибкому выводу.
Использование вентилей различной проводимости позволяет выполнить монтаж всего на двух двойных радиаторах. Если же с корпусом устройства соединить «корпуса» вентилей «ВЛ» (выход «минус»), то останется изолировать всего один радиатор, на котором установлены диоды с маркировкой «В». Такая схема проста в монтаже и «наладке», но возникают трудности, если приходится регулировать ток нагрузки.
Если со сварочным процессом все понятно (присоединять «балласт»), то с пусковым устройством возникают огромные проблемы. После пуска двигателя огромный ток не нужен и вреден, поэтому необходимо его быстро отключить, так как каждое промедление укорачивает срок службы батареи (нередко батареи взрываются!).
Очень удобна для практического исполнения схема, показанная на рис.2, в которой функции регулирования тока выполняют тиристоры VS1, VS2, в этот же выпрямительный мост включены силовые вентили VD1, VD2. Монтаж облегчается тем, что каждая пара «диод-тиристор» крепится на своем радиаторе. Радиаторы можно применить стандартные (промышленного изготовления).
Другой путь — самостоятельное изготовление радиаторов из меди, алюминия толщиной свыше 10 мм. Для подбора размеров радиаторов необходимо собрать макет устройства и «погонять» его в тяжелом режиме. Неплохо, если после 15-минутной нагрузки корпуса тиристоров и диодов не будут «обжигать» руку (напряжение в этот момент отключить!).
Корпус устройства необходимо выполнить так, чтобы обеспечивалась хорошая циркуляция нагретого устройством воздуха. Не помешает установка вентилятора, который «помогает» прогонять воздух снизу вверх. Удобны вентиляторы, устанавливаемые в стойках с компьютерными платами либо в «советских» игровых автоматах.
Рис. 2. Схема регулятора тока на тиристорах.
Возможно выполнение схемы регулируемого выпрямителя полностью на тиристорах (рис.3). Нижняя (по схеме) пара тиристоров VS3, VS4 запускается импульсами от блока управления.
Импульсы приходят одновременно на управляющие электроды обоих тиристоров. Такое построение схемы «диссонирует» с принципами надежности, но время подтвердило работоспособность схемы («сжечь» тиристоры бытовая электросеть не может, поскольку они выдерживают импульсный ток 1600 А).
Тиристор VS1 (VS2) включен как диод — при положительном напряжении на аноде тиристора через диод VD1 (или VD2) и резистор R1 (или R2) на управляющий электрод тиристора будет подан отпирающий ток. Уже при напряжении в несколько вольт тиристор откроется и до окончания полуволны тока будет проводить ток.
Второй тиристор, на аноде которого было отрицательное напряжение, не будет запускаться (это и не нужно). На тиристоры VS3 и VS4 из схемы управления приходит импульс тока. Величина среднего тока в нагрузке зависит от моментов открывания тиристоров — чем раньше приходит открывающий импульс, тем большую часть периода соответствующий тиристор будет открыт.
Рис. 3. Схемы регулируемого выпрямителя полностью на тиристорах.
Открывание тиристоров VS1, VS2 через резисторы несколько «притупляет» схему: при низких входных напряжениях угол открытого состояния тиристоров оказывается малым — в нагрузку проходит заметно меньший ток, чем в схеме с диодами (рис.2).
Таким образом, данная схема вполне пригодна для регулировки сварочного тока по «вторичке» и выпрямления сетевого напряжения, где потеря нескольких вольт несущественна.
Эффективно использовать тиристорный мост для регулирования тока в широком диапазоне питающих напряжений позволяет схема, показанная на рис.4,
Устройство состоит из трех блоков:
- силового;
- схемы фазоимпульсного регулирования;
- двухпредельного вольтметра.
Трансформатор Т1 мощностью 20 Вт обеспечивает питание блока управления тиристорами VS3 и VS4 и открывание «диодов» VS1 и VS2. Открывание тиристоров внешним блоком питания эффективно при низком (автомобильном) напряжении в силовой цепи, а также при питании индуктивной нагрузки.
Рис. 4. Тиристорный мост для регулировки тока в широком диапазоне.
|
С амплитуднофазовым управлением В регуляторе, схема которого показана на рис. 1, использованы два тринистора, открывающиеся один в положительный, а другой — в отрицательный полуперноды сетевого напряжения. Действующее напряжение на нагрузке Rн регулируют переменным резистором R3. Регулятор работает следующим образом. В начале положительного полупериода (плюс на верхнем по схеме проводе) тринисторы закрыты. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор. С1 заряжается через резисторы R2 и R3. Увеличение напряжения на конденсаторе отстает (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов R2 и R3 и емкости конденсатора С1. Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога открывания тринистора Д1. Когда тринистор откроется, через нагрузку Rн потечет ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого тринистора и Rн. Тринистор Д1 остается открытым до конца полупериода. Подбором резистора R1 устанавливают желаемые пределы регулирования. При указанных на схеме номиналах резисторов и конденсаторов напряжение на нагрузке можно изменять в пределах 40- 220 В. В течение отрицательного полупериода аналогично работает тринистор Д4. Однако, конденсатор С2, частично заряженный в течение положительного полупериода (через резисторы R4 и R5 и диод Д6), должен перезаряжаться, а значит и время задержки включения тринистора должно быть большим. Чем дольше был закрыт тринистор Д1 в течение положительного полупериода, тем большее напряжение будет на конденсаторе С2 к началу отрицательного и тем дольше будет закрыт тринистор Д4. Синфазность работы тринисторов зависит от правильного подбора номиналов элементов R4, R5, С2. Мощность нагрузки может быть любой в пределах от 50 до 1000 Вт. И.ЧУШАНОК г. Гродно С фазоимпульсным управлением Регулятор, схема которого показана на рис. 2, управляется автоматически сигналом Uynp. В регуляторе использованы два тиристора — тринистор Д5 и динистор Д7. Тринистор открывается импульсами, которые формируются цепочкой, состоящей из динистора Д7 и конденсатора С1. В начале каждого полупериода тринистор и динистор закрыты и конденсатор С1 заряжается током коллектора транзистора Т1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет порога открывания динистора, он откроется и конденсатор быстро разрядится через резистор R2 и первичную обмотку трансформатора Тр1. Импульс тока со вторичной обмотки трансформатора откроет тринистор. При этом управляющее устройство будет обесточено (так как падение напряжения на открытом тринисторе очень мало), динистор закроется. По окончании полупериода триннстор выключится и с началом следующего полупериода начнется новый цикл работы регулятора. Время задержки импульса, открывающего тринистор, относительно начала полупериода определяется скоростью заряда конденсатора С1, которая пропорциональна току коллектора транзистора Т1. Изменяя управляющее напряжение Uynp, можно управлять этим током и, в конечном итоге, регулировать напряжение на нагрузке. Источником сигнала Uynp может быть полосовой фильтр (с выпрямителем) цветомузыкальнои установки, программное устройство. В системах автоматического регулирования в качестве Uупр используют напряжение обратной связи. Резистор R5 необходимо подобрать таким, чтобы при Uynp=0 тринистор открывался в каждый полупериод в момент времени, близкий к окончанию полупериода. Для того, чтобы перейти на ручное регулирование, достаточно заменить резистор R5 последовательной цепочкой из переменного резистора и постоянного сопротивлением 10- 12 кОм. Напряжение стабилизации стабилитрона Д6 должно быть на 5-10 В больше максимального напряжения включения динистора. Транзистор Т1. может быть любым из серий МП21, МП25, МП26. Динистор можно применить типов КН102Б, Д227А, Д227Б, Д228А, Д228Б. Резистор R1 составлен из двух мощностью по 2 Вт. Импульсный трансформатор Тр1 намотан на кольцевом сердечнике, имеющем размеры 26Х18Х4 мм, из пермаллоя 79НМА (или такого же сечения из феррита М2000НМ1). Обмотка I содержит 70 витков, а обмотка II — 50 витков провода ПЭВ-2 0,33 мм. Межобмоточная изоляция должна выдерживать напряжение, близкое к сетевому. Вместо динистора в регуляторе можно использовать транзистор, работающий в лавинном режиме. О работе транзисторов, в этом режиме подробно рассказывалось в «Радио», 1974, № 5, С. 38-41. Схема одного из таких регуляторов показана на рис. 3. По принципу работы регулятор с транзистором, работающим в лавинном режиме, не отличается от предыдущего. Используемый транзистор типа ГТ311И имеет напряжение лавинного пробоя около 30 В (при сопротивлении резистора R3 равном 1 кОм). В случае применения других транзисторов — номиналы элементов R4, R5, С1 потребуется изменить. В регуляторе (рис. 3) могут быть использованы и другие транзисторы, в том числе и структуры р-n-р, например П416. В этом случае нужно у транзистора Т1 (см. рис. 3) поменять местами выводы эмиттера и коллектора. Резистор R3 во всех случаях должен быть включен между базой и эмиттером. Напряжение на нагрузке регулируют переменным резистором R4. Инж. Е. ФУРМАНСКИЙ Москва С аналогом однопереходного транзистора В регуляторе, схема которого показана на рис. 4, применен фазоимпульсный метод управления тринистором. В управляющем устройстве регулятора использован транзисторный аналог однопереходного транзистора (двухбазового диода). О работе однопереходных транзисторов можно прочитать в «Радио», 1972, № 7, с. 56. Силовая цепь регулятора построена так же, как у регулятора, опубликованного в «Радио», 1972, № 9, с. 55. При разомкнутых контактах выключателя В’2 действующее значение напряжения на нагрузке можно изменять в пределах от нескольких вольт до 110 В, а при замкнутых — от 110 до 220 В. По принципу работы управляющее устройство описываемого регулятора не отличается от устройств на динисторе или лавинном транзисторе (рис. 2 и 3). Мощность, подводимую к нагрузке, регулируют переменным резистором R5. Тринистор ДЗ и диод Д1 установлены на общем радиаторе площадью 50-80 см2. Резистор R1 составлен из двух резисторов мощностью 2 Вт. Инж. В. ПОПОВИЧ г. Ижевск. На симисторе Описываемый регулятор построен по схеме фазоимпульсного регулирования с использованием симистора (симметричного тирнстора). Схема регулятора показана на рис. 5. В управляющем устройстве применен транзисторный аналог однопереходного транзистора n-типа. При включении регулятора (выключателем В1) транзисторы Т1 ч Т2 закрыты и конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R4 (с помощью которого регулируют мощность, выделяемую на нагрузке Rн). Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не превысит порог открывания транзистора Т1. В этот момент транзисторы открываются и переходят в режим насыщения. Конденсатор быстро разряжается через них на первичную обмотку импульсного трансформатора Тр1. Импульс тока со вторичной обмотки открывает симистор Д5. Порог открывания транзисторов определяется сопротивлениями резисторов делителя R2R3. Импульсный трансформатор Тр1 намотан на кольце из феррита М2000НМ1-15 типоразмера К20х 12х6. Обмотка I содержит 50 витков, а II — 30 витков провода ПЭЛШО 0,25 мм. Конденсатор С1 — МБМ с рабочим напряжением 160 В. Максимально допустимый ток нагрузки регулятора 5 А. Пределы регулирования напряжения от нескольких вольт до 215 В. Инж. В. ПОНОМАРЕНКО. инж. В. ФРОЛОВ г. Воронеж C улучшенной регулировочной характеристикой В тиристорных регуляторах с фазоимпульсным управлением напряжение на конденсаторе RС-цепи во время его заряда увеличивается по экспоненциальному закону. При синусоидальной форме сетевого напряжения регулировочная характеристика, выражающая зависимость напряжения на нагрузке от сопротивления переменного резистора, оказывается резко нелинейной, что затрудняет плавную регулировку напряжения на нагрузке. Тиристорный регулятор, схема которого показана на рис. 6, в значительной степени свободен от этого недостатка. В регуляторе использован однопереходный транзистор. Улучшение линейности регулировочной характеристики достигается тем, что конденсатор С1 заряжается от напряжения сети (через резистор R4) и одновременно от источника постоянного стабилизированного напряжения (через делитель R5R6 и диод Д6}. Изменяя резистором R6 уровень постоянного напряжения, можно управлять моментом открывания тринистора и, следовательно, напряжением на нагрузке. Диод Д6 исключает возможность разряда конденсатора через резистор R6. Сопротивление резистора R4 выбирают таким, чтобы при замкнутом накоротко резисторе R6 напряжение на нагрузке было минимальным. Тогда при крайнем нижнем (по схеме) положении движка резистора R6 напряжение на нагрузке будет максимальным. Особенностью описываемого регулятора является способность стабилизировать напряжение на нагрузке при изменении напряжения питающей сети. Управляющее устройство построено на однопереходном транзисторе по схеме фазоимпульсного регулирования. Источник: shems.h2.ru |
Многие потребители постоянно используют стабилизаторы напряжения для защиты электросети. Перепады напряжения могут значительно повлиять на работу бытовых приборов. Если вы желаете избежать подобных проблем, тогда следует использовать тирристорные стабилизаторы.
Эти устройства позволяют значительно нормализовать скачки напряжения. Теперь они не повлияют на работоспособность вашей бытовой техники. Они способны обеспечить значительную нормализацию электроэнергии и позволяют защитить приборы. Если вам интересно, тогда читайте про релейные стабилизаторы напряжения.
Тирристорные стабилизаторы и их строение
Теперь мы решили рассмотреть устройство тирристорного стабилизатора. Этот прибор имеет простой принцип работы, и если вы откроете крышку, тогда сможете увидеть следующие компоненты:
- Автоматических трансформаторов.
- Схемы, которые обеспечивают нормальную работу.
- Тирристорные ключи.
- Светодиодные лампы.
Это основные компоненты, из которых состоит тирристорный стабилизатор.
Принцип работы
Главным элементом этого устройства считается автоматический трансформатор. Именно это устройство будет отвечать за нормализацию электроэнергии. Теперь вам следует рассмотреть его строение. После поступления ток проходит через первичную обмотку. Затем он поступает через вторичную обмотку и проходит к бытовым приборам. Обмотка состоит из огромного количества витков. Обычно на второй обмотке витков будет больше, чем в первичной обмотке.
Количество витков может быть разным, и поэтому после прохождения обмоток ток будет поступать на тирристорные ключи. Они позволяют снизить напряжение до определенного уровня. Во время роста или уменьшения напряжения тирристорные стабилизаторы будут подключать или отключать обмотки.
Если во время работы вы увидите, что лампа будет мерцать, это не означает, что устройство сломалось. Процесс мерцания ламп будет происходить во время подключения обмоток.
Работа тиристоров
Для стабилизации напряжения эти устройства защиты используют тиристорные ключи. Их работа будет иметь определенные особенности. Их включение или отключение может произвести к искажению синусоидальной формы тока. Также тиристор необходим, чтобы контролировать процесс нормализации напряжения. Тиристоры бояться перегрузок и поэтому часто могут перегорать или выходить из строя. Еще одной особенностью считается то, что эти устройства могут значительно перегреваться во время работы. Их необходимо регулярно проверять и контролировать процесс работы. При необходимости вы можете выбрать настенный стабилизатор напряжения.
Типы тирристорных стабилизаторов
Тирристорные стабилизаторы могут быть однокаскадными или двухкаскадными. Однокаскадное устройство способно контролировать работы в один этап. Двухкаскадные соответственно проводят работы по нормализации в два этапа. После второго этапа ток станет идеальным.
Если вы желаете получить надежное устройство, тогда вам следует выбрать двухкаскадное устройство. Оно способно обеспечить надежную защиту, которая вас порадует.
Преимущества и недостатки
Это устройство может иметь не только преимущества, но и недостатки. К основным преимуществам на сегодняшний день можно отнести:
- Отсутствие шума во время нормализации напряжения.
- Один тиристор может сработать более 1 млрд. раз.
- Имеет небольшие размеры.
- Высокая скорость выравнивания напряжения.
- Возможность работы при низком уровне напряжения.
Это основные преимущества, которые вы можете получить. Теперь следует изучить недостатки, к которым относят:
- Ступенчатая стабилизация напряжения.
- Микроконтроллер может подвисать.
- Цена устройства считается высокой.
Подключение тирристорного стабилизатора
Монтаж тирристорного стабилизатора можно выполнить самостоятельно. Если вы планируете их применять, тогда сможете получить высокую нормализацию напряжения. Подключать их необходимо сразу после счетчика или распределительного щитка. При необходимости использовать их можно и для одного бытового прибора.
Если вы планируете подключить тирристорный стабилизатор самостоятельно, тогда помните, что он имеет высокую мощность и подключение необходимо проводить через клеммы. Многие модели этого устройства в комплекте имеют кабели и розетки.
Читайте также: виды однофазных стабилизаторов.
Лабораторный источник питания с тиристорным предрегулятором
Всем известно, что сделать блок питания — легко. А вот сделать хороший блок питания — не очень.
Линейные источники питания сильно нагреваются, рассеивая огромную мощность на регулирующих элементах. Отводы от обмотки трансформатора плюс реле, у которых со временем подгорает от условий работы… Не просто найти подходящий трансформатор… Громоздкие схемы измерения и управления этими реле… А если ИП двухполярный?
Импульсный ИП — это выход, но довольно сложно собрать самому схему, которая будет выдавать напряжение вплоть от нуля, со стабилизацией тока, при этом преобразуя сетевое напряжение 220 вольт.
Существует интересный вариант со схемой Трансформатор — Импульсный предрегулятор — Линейный стабилизатор со своими достоинствами и недостатками, но на котором хотелось бы остановиться.
Мне попал в руки модуль питания от аппаратуры BEAG, из которого я сразу решил сделать двухполярный блок питания по вышеописанному принципу.
Начнем со схемы линейного стабилизатора — это LM317 с PNP транзистором (выход снимается с коллектора, без просадки напряжения на резисторе).
Отрицательное смещение задается микросхемой 431.
Также можно видеть, что вместо традиционного потенциометра в регулирующей цепи 317 стоит еще один «управляемый стабилитрон» на 431. Он там нужен для того, чтобы можно было поставить любой потенциометр с любым сопротивлением. Помимо этого, изменяется характеристика регулировки напряжения, она становится более удобной, похожей на экспоненциальную — удобно выставлять маленькие напряжения до 1 В.
Защита устроена крайне примитивно — датчик тока 0,01 Ом, с которого сигнал идет на переходы кремниевого и германиевого транзисторов, напряжения открывания которых 0,6 и 0,2 вольт соответственно.
В цепи коллектора кремниевого транзистора — симисторная оптопара, при токе 6 А она открывается и блокирует выход, закорачивая 431. Триггерная защита, сбрасывается кнопкой.
В цепи коллектора германиевого транзистора — обычная оптопара, при токе 2 А она открывается и ограничивает ток на уровне 2 А. Она отключаемая.
При нажатой кнопке выходное напряжение практически равно нулю, поэтому она используется и для коммутации нагрузки.
Итак, теперь самое интересное — нам нужно, чтобы на входе линейного регулятора напряжение было на 3 вольта больше, чем на выходе, чтобы минимизировать нагрев. В этом нам поможет т.н. предрегулятор.
https://electronics.stackexchange.com/questions/183316/setting-a-step-down-regulator-to-provide-constant-drop-on-the-following-linear-r
Это распространенная схема, которая существует во множестве вариантов, также вместо составного транзистора частенько используется и полевой. Компаратор сравнивает напряжение на входе и выходе, открывает и закрывает транзистор в ключевом режиме, таким образом разность на входе и выходе не составляет больше 3,7 вольт (задается стабилитронами).
Следующим этапом эволюции стал управляемый ШИМ. Много теории есть в описании к отечественной разработке.
http://www.radioradar.net/radiofan/power_supply/pclab.html
Я остановился на следующем варианте. Был интерес использовать именно симисторы.
Экономичный блок питания
Автор Кудинов Г., Савчук Г. Год 1986 Номер 05
Данный вариант, на мой взгляд, куда грамотнее и изящнее. Вкратце принцип работы таков — на транзисторе кт117 выполнен генератор, синхронизированный с сетевой частотой 50 Гц. В начале полупериода генератор запускается и выдает импульс через некоторый промежуток времени. Данный промежуток зависит от разности входа и выхода линейного стабилизатора. Чем она больше, тем больше и данный промежуток. Чем больше разность, тем позже откроется тиристор, тем меньшая амплитуда окажется на входе стабилизатора. Если входное напряжение мало, тиристор открывается раньше. Более подробно написано в журнале.
Я переделал эту схему, используя таймер 555.
Принцип тот же, но вместо транзистора — таймер 555.
Ниже по графикам станет яснее принцип работы. В точке А синхроимпульсы 50 Гц. В точке С заряжается конденсатор. Чем больше открыта оптопара (читай — разность напряжений), тем медленнее он заряжается. Симистор открывается по спаду сигнала в точке D.
Дроссель необходим для того, чтобы сгладить импульс тока в момент открывания симистора. Дроссели намотал пока временные на кольцах невыясненного происхождения, индуктивность 0,28mH проводом МГТФ 1мм, возможно придется подбирать другой сердечник.
Осциллограмма после диодного моста, без дросселя. 5в/дел
С дросселем
На конденсаторе фильтра, 5в/дел.
Пульсации на выходе, 5 вольт 4 А , 0,05В/дел
Пульсации на выходе, 5 В 2 А 0,05 В/дел
Несколько фото получившейся конструкции.
Панель сделана из разделочной доски цвета белый мрамор. Амперметры с напечатанной шкалой. Вольтметры китайские.
Вместо кнопок применены выключатели в виде замочков с ключами — это те самые кнопки, которые закорачивают управляющий вход LM317. Если надо включить питание, поворачивается ключ. Ими же и сбрасывается защита.
Отдельных переключателей на выход нет — для них нет места, к тому же лишнее падение напряжения на подгоревших контактах нам ни к чему.
Два тумблера коммутируют защиту на 2 А, напряжение регулируется двумя проволочными потенциометрами на 10 кОм (сбоку справа).
Слева размещены предрегуляторы, дроссели и диодные мосты.
Применение предрегулятора дало результат, были проведены измерения температур радиатора и трансформатора при следующих условиях: Выходное напряжение 5 вольт, ток 2 А в течении 30 мин. Начальная температура трансформатора 40°.
Без предрегулятора Температура радиатора 64°, трансформатора 48°.
С предрегулятором — соответственно, 47° и 50°.
Еще одно измерение проведено при напряжении 5 вольт, ток 3,5 А, время 20 мин. Начальная температура трансформатора 43°.
Без предрегулятора температура радиатора 79°, трансформатора 58°.
С предрегулятором — соответственно, 60° и 62°.
Соответственно, вывод таков — нагрев радиатора существенно меньше, нагрев трансформатора незначительно больше.
Учитываем то, что трансформатор может выдать всего 17 вольт. А если бы он выдавал 30? На радиаторе можно было бы кулинарить вовсю. В то время как для предрегулятора ничего бы существенно не изменилось — падение на транзисторе осталось бы тем же.
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Предварительный стабилизатор на тиристорах
Предварительный стабилизатор собран на двух тиристорах, окончательную стабилизацию осуществляет МС LT1086.
Напряжение стабилизации: 15В, ток -1А
ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ
П О П У Л Я Р Н О Е:
- Стабилизаторы 5 и 15В / 5А на LM340.
- Характеристики: U-5В, J-5A
- Характеристики: U-15В, J-5A Подробнее…
- Резервный источник питания на 5В
- ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ С ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКОЙ на LT1070.
Два стабилизатора на LM340
Ниже представлены две схемы на МС LM340:
Подробнее…
Существуют схемы усилителей НЧ, передатчиков, других устройств, которые требуют питания не только от двуполярного источника, но и от двух гальванически развязанных источников, не имеющих соединения с «землей» или общих связанных цепей. Организовать питание такого устройства в стационарных условиях весьма просто, так как источником питания служит электросеть, а значит будет силовой или импульсный трансформатор. Достаточно сделать две вторичные обмотки, не соединенные с другими цепями, и переменные напряжения с них подать на отдельные независимые выпрямители. Подробнее…
Популярность: 3 956 просм.
Данный пост посвящен созданию устройства для регулировки мощности бытовых приборов (лампочки, паяльники, обогреватели, электроплитки). Конструкция устройства очень простая, количество элементов минимальное, его способен собрать даже начинающий. Без радиаторов мощность нагрузки до 1 кВт, с использованием радиаторов можно увеличить до 1,5 кВт. Мной устройство было собрано за один вечер. Ниже видео, демонстрирующее работу.
Подробности:
Девайс был размещен в корпусе от старого CD-ROM-а. Для передней и задней стороны корпуса необходимо вырезать пластмассовые стороны 4х14,5 см., и либо прикрутить либо приклеить к корпусу. Девайс в сборе выгладит так:
Перечень элементов, принципиальная схема и описание работы:
Нам понадобится:
- Тиристоры: КУ-202Н, М — 2 шт.
- Динисторы: КН-102А, Б — 2 шт
- Резисторы: Любые, R=220 Ом, мощностью 0,5 Вт
- Конденсаторы: 0,1 мкФ, 400 В — 2 шт.
- Любой переменный резистор сопротивлением 220 — 330 кОм (в случае с 220 кОм нижний предел регулировки будет выше чем 330 кОм)
- Провод с вилкой для подключения к сети и розетка для подключения нагрузки
- Для защиты можно добавить предохранитель
Принципиальная электрическая схема выглядит так:
Данный регулятор использует принцип фазового управления. Он основан на изменении момента включения тиристора относительно перехода сетевого напряжения через ноль. На начало полу периода тиристор закрыт, ток через него не идет. Через некоторое время (в зависимости от текущего сопротивления переменного резистора) напряжение на конденсаторе достигает уровня необходимого для открытия динистора, он открывается и в свою очередь открывает тиристор. Для второго полу периода все аналогично.
График прохождения тока через нагрузку:
Подробности сборки и окончательный вид:
На момент сборки устройства в моем арсенале не было приспособлений для изготовления печатных плат, поэтому сборка делалась на куске старой платы, на которой до этого был какой то прибор. После соединения всех деталей и упаковки всего внутрь корпуса от CD-ROM-а готовое изделие внутри выглядит вот так:
Итоги:
За очень короткое время собрана полезная вещь из старых деталей. Но есть и некоторые недостатки, это то что пределы регулировки немного изменяются в зависимости от нагрузки, наличие радиопомех и некоторая нестабильность на небольшом участке регулировки.90000 Thyristor Electronic Voltage Regulator 4000w Ac220v Input 0-220v Output 12v Voltage Regulator Circuit 90001 90002 90003 Thyristor electronic voltage regulator 4000W AC220V input 0-220V output 12v voltage regulator circuit 90004 90005 90002 90005 90002 90003 Main Function: 90004 90005 90002 The thyristor electronic voltage regulator is mainly used for resistive loads (Incandescent lamps, etc.), single- phase AC brushless motor, adjustable pressure range from 20V-220V, more suitable for low voltage drive heating wire Factory use: such as cutting styrofoam, pearl cotton, raincoats make it to adjust the voltage, reduce power and so on.With the new bi-directional high-power thyristor, the current is up to 40 amps, which solves the over-current problem caused by the electric resistance of the electric furnace wire when cooling is too small; it can easily adjust the output voltage of the mains at 10V- Continuously adjustable between 220V, zero delay, zero hysteresis. Use case: Heat regulation of electric stove and water heater, dimming of lamps and lanterns, small motor speed adjustment, electric iron thermostat and so on, so as to achieve the effer of temperature adjustment, dimming, speed regulation, and pressure regulation.90005 90002 90005 90002 90003 Main Spefidication: 90004 90005 90020 90021 90022 90023 Product name 90024 90023 Thyristor electronic regulator 90024 90027 90022 90023 Product number 90024 90023 WBT-4000W 90024 90027 90022 90023 Input voltage 90024 90023 AC220V 90024 90027 90022 90023 Output voltage 90024 90023 10 -220V adjustable (the output voltage is less than the input voltage) 90024 90027 90022 90023 Maximum power 90024 90023 4000W (at 220V) 90024 90027 90022 90023 Voltage regulation range 90024 90023 0-220V stepless adjustable (with load conditions) step-down can be 0, boost starting 20V or so.90024 90027 90022 90023 Rated current 90024 90023 9A 90024 90027 90022 90023 Maximum current 90024 90023 18A 90024 90027 90022 90023 Product Features 90024 90023 Zero hysteresis, zero delay, with a peak voltage to attract the circuit to effectively protect high-power thyristor against surge, anti-spike, RC absorption of multiple protection 90024 90027 90076 90077 90002 90005 90002 90003 Main application: 90004 90005 90002 Electric furnace, water heater, the lamps and laterns that move light, small motor, solder iron temperature control and so on (Inductive or capacity load power should be reduced, the voltage regulator is equipped with two-way high-power thyrister, do not add any component can use, very convenient and practical.) 90005 90002 90005 90002 90005 90002 90005 90002 12v voltage regulator circuit 90005 90002 90005 90002 90005 90002 12v voltage regulator circuit 90099 90005 90002 90005 90002 90005 90002 90005 90002 12v voltage regulator circuit 90005 90002 90005 90002 90005 90002 90114 90003 Should you have any question, just feel free to me! 90004 90117 90005 90002 12v voltage regulator circuit 90005 90002 90005 .90000 Voltage Regulator Circuits — Linear Voltage Regulator, Zener Voltage Regulator & Switching Voltage Regulator 90001 90002 Voltage Regulator, as name suggests, is a circuit which is used to regulate the voltage. Regulated voltage is smooth supply of voltage, free from any noise or disturbance. The output from voltage regulator is independent of load current, temperature and AC line variation. Voltage regulators are present in almost every electronics or house hold appliances like TV, Fridge, computer etc, to stabilize the supply voltage.90003 90002 Basically, voltage regulator 90005 minimizes the variation in voltage 90006 to protect the device. In electrical distribution system, the voltage regulators are either in feeder lines or at substation. There are two types of regulators used in this line, one is step regulator, in which switches regulate the current supply. Another one is induction regulator, which is an alternating electrical machine similar to an induction motor supplies power as a secondary source. It minimizes the voltage variation and provide stable output.90003 90002 There are different types of voltage regulators which are explained below. 90003 90002 90003 90012 90005 Types of Voltage Regulator Circuit 90006 90015 90002 Linear Voltage Regulator Circuit 90003 90018 90019 Series Voltage Regulator 90020 90019 Shunt Voltage Regulator 90020 90023 90002 Zener Voltage Regulator Circuit 90003 90002 Switching Voltage Regulator Circuit 90003 90018 90019 Buck type 90020 90019 Boost type 90020 90019 Buck / Boost type 90020 90023 90002 90003 90012 90005 Linear Voltage Regulator Circuit 90006 90015 90002 These are the most common regulators used in electronics to maintain the steady output voltage.Linear voltage regulators acts like a voltage divider circuit, in this regulator resistance varies with respect to change in load and gives constant output voltage. Some advantages and disadvantages of linear voltage regulator are given below: 90003 90002 90005 Advantages 90006 90003 90018 90019 Output ripple voltage is low 90020 90019 Response is fast 90020 90019 Less noise 90020 90023 90002 90005 Disadvantages 90006 90003 90018 90019 Low efficiency 90020 90019 Large space required 90020 90019 Output voltage will always be less than input voltage 90020 90023 90002 90003 90012 90005 1.Series Voltage Regulator 90006 90015 90002 Series Voltage Regulator is a part of Linear Voltage Regulator and also called as Series Pass Regulator. A variable element connected in series, used for maintaining constant output voltage. As you change the resistance of series element voltage drop across it can be varied to ensure that the voltage across output is constant. 90003 90002 90077 90003 90002 90003 90002 As you can see the circuit diagram for Series Voltage Regulator, NPN transistor T1 is the series element and a zener diode is used to provide the reference voltage.90003 90002 90084 90003 90002 90003 90002 When the output voltage increases the base-emitter voltage decreases, due to this transistor T1 conduct less. As T1 conducts less it reduce the output voltage hence maintains the output voltage constant. 90003 90002 When the output voltage decreases the base-emitter voltage increases, due to this transistor T1 conduct more. As T1 conducts more it increase the output voltage hence maintains the output voltage constant. 90003 90002 The output voltage is defined as: 90003 90094 90005 V 90096 O 90097 = V 90096 Z 90097 — V 90096 BE 90097 90006 Where, V 90096 O 90097 is the output voltage V 90096 Z 90097 is Zener breakdown voltage V 90096 BE 90097 is base-emitter voltage 90109 90002 90003 90012 90005 2.Shunt Voltage Regulator 90006 90015 90002 90117 90003 90002 90003 90002 The unregulated voltage is directly proportional to the voltage drop across the resistance connected in series and this voltage drop depends upon the current consumed by the load. If the current consumption of load increases the base current will also decrease and due to this less collector current will flow through the collector emitter terminal and hence the current through load will increase and vice versa. 90003 90002 The regulated output voltage of shunt voltage regulator is defined as: 90003 90094 90005 V 90096 OUT 90097 = V 90096 Z 90097 + V 90096 BE 90097 90006 90109 90002 90003 90012 90005 Zener Voltage Regulator 90006 90015 90002 90142 90003 90002 90003 90002 Zener Voltage Regulators are cheaper and only suitable for low power circuits.It can be used in applications where the amount of power wasted during regulation is not of major concern. 90003 90002 A resistor, is connected in series with the zener diode to limit the amount of current flowing through the diode and the 90005 input voltage Vin (Which must be greater than the zener voltage) 90006 is connected across as shown in the image and the output voltage Vout, is taken across the zener diode with Vout = Vz (Zener Voltage). As we know Zener diode starts conducting in reverse direction when the applied voltage is higher than the breakdown voltage of Zener.So when its start conducting, it maintains the same voltage across it and flow back the extra current, thus provide the stable output voltage. 90003 90002 Learn more about Zener Diode working here. 90003 90002 90003 90012 90005 Switching Voltage Regulator 90006 90015 90002 There are three types of switching voltage regulator: 90003 90018 90019 Buck or Step-Down Switching Voltage Regulator 90020 90019 Boost or Step-Up Switching Voltage Regulator 90020 90019 Buck / Boost Switching Voltage Regulator 90020 90023 90002 90003 90012 90005 Buck or Step-Down Switching Voltage Regulator 90006 90015 90002 A Buck Regulator is used to step down the voltage at the output, we can even use the voltage divider circuit to reduce the output voltage but the efficiency of voltage divider circuit is low, because resistors dissipates energy as heat.We use capacitor, diode, inductor and switch in the circuit. The circuit diagram for Buck Switching Voltage Regulator is given below: 90003 90002 90179 90003 90002 90003 90002 When the switch in ON the diode remain reversed biased and power supply is connected to the inductor. When the switch is open the polarity of inductor get reverse and the diode become forward biased and connect the inductor to the ground. Then the current through the inductor decreases with slope: 90003 90094 90005 d I 90096 L 90097 / dt = (0-V 90096 OUT 90097) / L 90006 90109 90002 90003 90002 The Capacitor is used to prevent the voltage from dropping to zero across the load.If we keep opening and closing switch the average voltage across the load will be less than the supplied input voltage. You can control the output voltage by varying the duty cycle of the switching device. 90003 90094 90005 Output Voltage = (Input Voltage) * (percentage of time that the switch is ON) 90006 90109 90002 90003 90002 If you want to learn more about Buck converter than follow the link. 90003 90002 90003 90012 90005 Boost or Step-Up Switching Voltage Regulator 90006 90015 90002 The Boost Regulator is used to step-up the voltage across the load.The circuit diagram for boost regulator is given below: 90003 90002 90214 90003 90002 90003 90002 When the switch is closed the diode behaves as reversed biased and the current across the inductor keeps increasing. Now when the switch is opened, the inductor will create a force causing the current to continue flowing and capacitor starts charging. By continuous turning the switch ON and OFF we will receive the voltage at the load higher than the input voltage. We can control the output voltage by controlling the turn ON (Ton) time of the switch.90003 90094 90005 Output Voltage = Input Voltage / Percentage of time that the switch is open 90006 90109 90002 90003 90002 If you want to learn more about Boost converter than follow the link. 90003 90002 90003 90012 90005 Buck-Boost Switching Voltage Regulator 90006 90015 90002 Buck-Boost Switching Regulator is the combination of both Buck and Boost Regulator, it gives inverted output which can be greater or less than the supplied input voltage. 90003 90002 90237 90003 90002 90003 90002 When the switch is ON the diode behaves as reversed biased and inductor stores energy and when the switch is OFF inductor start releasing the energy with the reverse polarity, which charges the capacitor.When the energy stored in inductor becomes zero the capacitor starts discharging into the load with reverse polarity. Due to this buck-boost regulator also called as 90005 inverting regulator 90006. 90003 90002 The output voltage is defined as 90003 90094 90005 Vout = Vin (D / 1-D) 90006 90005 Where, D is the Duty cycle 90006 90109 90002 90003 90002 Hence, if the Duty Cycle is low the regulator behaves as the Buck Regulator and when the Duty Cycle is high the regulator behaves as the Boost Regulator.90003 90002 90003 90012 90005 Practical Example for Regulator Circuits 90006 90015 90002 90005 Positive Linear Voltage Regulator Circuit 90006 90003 90002 90268 90003 90002 90003 90002 We have designed a positive linear voltage regulator circuit using 90005 7805 IC 90006. This IC has all the circuitry to provide the 5volt regulated supply. The input voltage should be atleast more than 2v from the rated value like for LM7805 we should atleast provide 7v. 90003 90002 Unregulated input voltage is supplied to the IC and we get regulated voltage at the output terminal.The name of the IC defines its function, 78 represent the positive sign and 05 represents the value of the regulated output voltage. As you see in the circuit diagram we are giving 9V to the 7805IC and getting regulated + 5V at the output. The capacitor C1 and C2 are used for filtration. 90003 90002 90279 90003 90002 90003 90002 90005 Zener Voltage Regulator Circuit 90006 90003 90002 90288 90003 90002 90003 90002 Here, we have designed a Zener Voltage Regulator using 5.1V of Zener diode.The Zener diode works as the sensing element. When the supply voltage exceeds its breakdown voltage, its start conducting in reverse direction and maintains the same voltage across it and flow back the extra current, thus provide the stable output voltage. In this circuit we are giving 9V of input voltage and getting nearly 5.1 voltage of regulated output. 90003 90002 90295 90003 90002 90003 .90000 How to Test Your Alternator’s Voltage Regulator 90001 90002 Symptoms of a bad 90003 voltage regulator 90004 may include: 90005 90006 90007 High voltage output 90008 90007 Low voltage output, sometimes 90008 90007 No voltage output 90008 90007 Lights dim or flicker 90008 90007 Faulty high-beam headlamp bulbs 90008 90007 Engine working erratically (weak or flickering ignition system) 90008 90007 Adding water to the battery frequently 90008 90007 Growing corrosion around battery terminals and top 90008 90007 Dead battery 90008 90007 Battery or check engine light indicator lit on dashboard 90008 90027 90002 Some of these symptoms may come from loose or corroded charging system connections.90005 90030 I. What Does a Voltage Regulator Do? 90031 90002 A voltage regulator controls the alternator voltage output to maintain a preset charging voltage for the battery. It also controls electrical power to the vehicle’s different electrical systems. 90005 90002 Without a voltage regulator, an alternator may put out up to 250 volts. This is enough to destroy the car’s battery and electrical system. 90005 90002 The voltage regulator is usually found inside or on the back of the alternator case.Increasingly, though, late-model vehicle have the engine control module (ECM) regulating alternator voltage output through a special circuit. 90005 90002 Older models used an electromechanical, external voltage regulator, mounted somewhere in the engine compartment. 90005 90002 On a computer controlled charging system, the electronic or powertrain control module can monitor system operation, cut off charging output if voltage levels are too high, and trigger diagnostic trouble codes. This is part of a fail-safe-circuit in the computer, and can greatly help you diagnose system problems and describe potential faults.90005 90030 II. Voltage Regulator Test 90031 90002 This test is a simple procedure to check alternator voltage regulator output. You need a digital multimeter for this test. 90005 90046 90007 Set the parking brake and shift the transmission to Neutral (manual) or Park (automatic). 90008 90007 Set your multimeter to DC Voltage and select the 20 Volts in the scale. 90008 90007 Connect the meter’s red lead to the battery’s positive (+) post and the meter’s black lead to the battery’s negative (-) post.90008 90007 Notice the open-circuit voltage of the battery. Your battery should be at about 12.6 volts, 12.4 volts minimum; otherwise, charge the battery and continue with this test. 90008 90007 Now, ask an assistant to start the engine and run it at +1500 rpm. 90008 90007 Take a note of your voltmeter reading. 90008 90059 90002 A good output voltage should be about 2 volts higher than your battery open-circuit voltage. Consult your vehicle repair manual, if necessary, to check the correct specifications for your particular model.90005 90006 90007 If you noticed an output voltage reading below 13 volts right after starting the engine, there could be a charging system problem. 90008 90007 If the output voltage reading is 16 volts or higher, there’s an overcharging problem. This usually indicates a bad voltage regulator. 90008 90007 If voltage seems to fluctuate during your test, switch your voltmeter to the AC voltage scale and take another output voltage reading with the engine still running. 90006 90007 This time, connect your meter’s red lead to the B + terminal on the back of the alternator, and the meter’s black lead to battery negative (-).90008 90007 Usually, the presence of 0.25 AC volts means a leaking diode that requires replacing the alternator. But some manufacturers recommend replacing the alternator if 0.50 AC volts is detected. 90008 90007 However, if you have noticed engine performance issues, this might be the problem. Consult your vehicle repair manual for acceptable diode leak rate, if necessary. 90008 90027 90008 90027 90002 If your output voltage is within specifications, continue with this test: 90005 90046 90007 With the engine running, increase engine speed to 2000 rpm.90008 90007 Turn on the headlights, AC, defogger, and other high current accessories you may have. 90008 90007 Take a note of your voltmeter reading. 90008 90059 90002 The voltage output reading should be about 0.5 volts higher than your battery’s open circuit voltage. 90005 90002 Most voltage regulators are calibrated to output between 13.5 and 15.5 charging volts on a fully charged battery at normal temperature with no accessories or lights on. Consult the specifications in your vehicle repair manual for your particular application.90005 90002 Keep in mind that a worn or loose drive belt and other vehicle operating conditions like high temperatures can affect how the voltage regulator operates. 90005 90002 When your test shows a steady or intermittent high or low voltage output, the voltage regulator is possibly bad. Most voltage regulators fail by allowing a high voltage output, though. However, before going any further, check that all the connections to the alternator and battery are good and clean as described in the next section.90005 90096 1. Checking Wires Using Voltage Drop 90097 90002 A quick way to examine the wires and connections in the charging system is to check for voltage drops. 90005 90046 90007 Set your voltmeter to 2 volts. 90008 90007 Start the engine and let it idle. 90008 90007 Measure for voltage across individual wires and connections in the charging system. 90008 90007 If there’s voltage over 0.2 volts in any wire or connection, check for corroded, damaged or loose wires. 90008 90007 When fixing wires and connections, aim for a voltage drop of less than 0.1 volts or 0. 90008 90059 90002 Check voltage drop around engine grounds as well, if necessary. 90005 90002 If the charging circuit connections are good, continue with the following tests. You can check whether your voltage regulator is at fault through a regulator bypass test, as described in the following section. 90005 90002 The following video gives you a charging system check overview that you can follow as well to test your charging system, if necessary. 90005 90096 2. Voltage Regulator Bypass Test 90097 90002 On many alternators (except those with computer voltage regulation), you can bypass the voltage regulator to test whether your voltage regulator or some other component (alternator or charging circuit) is at fault.90005 90002 There could be several ways to bypass the voltage regulator, depending on the charging system configuration for your particular vehicle model. 90005 90006 90007 If the rear of your alternator has a ‘test tab’, you need to short this tab to the alternator frame using a screwdriver while checking voltage output at the battery with the engine running. 90008 90007 On other systems, you may need to connect the battery and field terminals using a jumper wire while checking voltage output at the battery with the engine running.90008 90027 90002 Consult the vehicle repair manual for your particular model to conduct this test, if necessary. 90005 90006 90007 When the voltage regulator is bypassed, you should see maximum voltage output. 90008 90007 If voltage output is at a normal level, most likely the voltage regulator is faulty. 90008 90007 If voltage output remains at the same level as in your initial test, most likely you have a faulty alternator. 90008 90027 90002 The next video shows you how to test an external voltage regulator and how to bypass it.90005 90096 3. Voltage Regulator Adjustment 90097 90002 Some alternators with an old configuration allow adjusting of the voltage regulator. On these units, you can find a small adjusting screw on the voltage regulator. 90005 90046 90007 Connect your voltmeter across the battery posts. 90008 90007 Set the Parking brake. 90008 90007 Shift the transmission to Neutral (manual) or to Park (automatic). 90008 90007 Start the engine and let it idle. Turn off any accessories, if necessary. 90008 90007 Check battery charging voltage.90008 90007 Turn the adjusting screw using a small screwdriver to adjust charging voltage to specifications. 90008 90059 90002 Refer to your vehicle repair manual to make sure you have an adjustable voltage regulator, locate the adjusting screw, and set voltage output to specifications. 90005 90096 4. Testing a Contact-point Voltage Regulator 90097 90002 Old type DC generators and early vehicle charging systems used a contact-point type voltage regulator. Basically, it consisted of a coil, a set of points and resistors to control alternator voltage and current output.These regulators were replaced by electronic or solid-state voltage regulators. 90005 90002 Still, there might be some vehicles on the road today fitted with this type of regulator. 90005 90002 Usually, the contact points in the regulator are the ones to cause trouble after many miles of service due to wear or pitting. 90005 90002 To repair a contact-point voltage regulator: 90005 90006 90007 File, test and adjust the regulator points, as necessary. 90008 90007 If still, voltage output is out of specifications, replace the regulator.90008 90027 90002 Refer to the repair manual for your particular vehicle make and model. 90005 90030 III. Voltage Regulator Replacement 90031 90002 To replace it, remove the voltage regulator from the back or inside the alternator. Consult your vehicle repair manual for the procedure for your particular model. 90005 90002 If you do not have the manual yet, you can buy a relatively inexpensive copy online through Amazon. Haynes manuals come with step-by-step procedures for many maintenance, troubleshooting and component replacement projects you can do at home.So you’ll recoup your small investment soon. 90005 90002 Some vehicle models use alternators with internal voltage regulation, most likely you’ll need to replace the alternator, if voltage regulation has failed. 90005 90002 Also, models with computer-controlled voltage regulation, problems with this circuit means you need to replace the powertrain control module (PCM) has to be replaced. 90005 90002 If you suspect a charging system problem, other than the voltage regulator, you may want to check the charging system.90005 .90000 LM317 Variable Voltage Regulator Circuit Diagram 90001 90002 Whenever we need a constant and specific value of voltage without fluctuation we use voltage regulator IC. They provide a fixed regulated power supply. We have 78XX (7805, 7806, 7812 etc) series voltage regulators for positive power supply and 79XX for negative power supply. But what if need to vary the power supply voltage, so here we have 90003 Variable Voltage Regulator IC LM317. 90004 In this tutorial we will show you how to get the variable regulated Voltage from the LM317 IC.With a small circuitry attached with LM317 we can get variable voltage up to 37v with 1.5A max current. The output voltage is varied by varying the resistor connected to LM317’s adjustable pin. 90005 90002 90005 90008 90003 Required Components 90004 90011 90012 90013 LM317 voltage regulator IC 90014 90013 Resistor (240ohm) 90014 90013 Capacitor (1uf and 0.1uf) 90014 90013 Potentiometer (10k) 90014 90013 Battery (9v) 90014 90023 90002 90005 90008 90003 Circuit Diagram 90004 90011 90002 90031 90005 90002 90034 90005 90002 90005 90008 90003 LM317 Voltage regulator IC 90004 90011 90002 It’s an adjustable three-terminal voltage regulator IC, with a high output current value of 1.5A. The LM317 IC helps in current limiting, thermal overload protection and safe operating area protection. It can also provide float operation for High voltage application. If we disconnect the adjustable terminal still LM317 will helpful in Overload protection. It’s having a typical line and load regulation of 0.1%. This is also a Pb-free device. 90005 90002 Its operating and storage temperature is in range of -55 to 150 ° C, and provide a maximum output current of 2.2A. We can provide input voltage in the range of 3v-40v DC and i 90003 t can give output voltage of 1.25 v to 37v 90004 which we can vary according to the need by using two external resistors on adjustable PIN of LM317. These two resistors works as voltage divider circuit used to increase or decrease the output voltage. Check here the 12v Battery Charger Circuit using LM317 90005 90002 90005 90002 90003 PIN Diagram of LM317 90004 90005 90002 90055 90005 90002 90003 Pin Configuration 90004 90005 90061 90062 90063 90064 90002 90003 PIN NO. 90004 90005 90069 90064 90002 90003 PIN Name 90004 90005 90069 90064 90002 90003 PIN Description 90004 90005 90069 90082 90063 90064 90002 1 90005 90069 90064 90002 Adjust 90005 90069 90064 90002 We can adjust the Vout through this pin, by connecting to resistor divider circuit.90005 90069 90082 90063 90064 90002 2 90005 90069 90064 90002 Output 90005 90069 90064 90002 Output voltage pin (Vout) 90005 90069 90082 90063 90064 90002 3 90005 90069 90064 90002 Input 90005 90069 90064 90002 Input voltage pin (Vin) 90005 90069 90082 90125 90126 90002 90005 90008 90003 Voltage Calculation for LM317 90004 90011 90002 Firstly, you have to decide what output you want. As the LM317 having an 90003 output voltage 90004 range of 90003 1.25v to 37v DC. 90004 We can adjust the output voltage by two external resistor connected through the adjustable pin of the IC. If we talk about the 90003 input voltage 90004 it can be in range of 90003 3 to 40v DC. 90004 90005 90002 90144 «Output will depend on the external resistor only, but the input voltage should always be greater than (minimum of 3v) the needed output voltage». 90145 Generally the recommended value of resistor R1 is 240ohms (but not fixed you can change it too as per your requirement), we can vary the resistor R2.90005 90002 You can directly find the value of the output voltage or resistor R2 by using the formula below: 90005 90149 90003 Vout = 1.25 {1 + (R 90151 2 90152 / R 90151 1 90152)} 90004 90003 R 90151 2 90152 = R 90151 1 90152 {(Vout / 1.25) — 1} 90004 90162 90002 You can directly use LM317 Calculator for fast calculation of resistor R2 and output voltage. 90005 90002 Let’s take an example, the value of R1 will be the recommended value 240ohm and R2 we are taking of 300ohms, so what will be the output voltage: 90005 90149 Vout = 1.25 * {1+ (300/240)} = 2.8125v 90162 90002 You can check the live demonstration Video below. 90005 90002 90005 90008 Working of LM317 Voltage Regulator Circuit 90011 90002 90176 90005 90002 This voltage regulator circuit is very simple. The capacitor C1 used for the filtering of DC input voltage and further fed to the Vin pin of the LM317 voltage regulator IC. The adjustable pin is connected with the two external resistor, and connected with the Vout pin of the IC. The capacitor C2 is used for the filtering the output voltage received from the Vout pin.And then the output voltage received across the capacitor C2. Check the full working Video below. 90005 .