Стабилизация Uвых конденсаторного выпрямителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

Судя по последним публикациям [1...5], интерес радиолюбителей к маломощным бестрансформаторным выпрямителям с гасящим конденсатором не ослабевает.

Действительно, при мощностях нагрузки в доли и единицы ватт они более эффективны, чем устройства с сетевым трансформатором или с высокочастотным преобразователем. Недостатком опубликованных конструкций конденсаторных выпрямителей является резкая зависимость их выходного напряжения от наличия или отключения нагрузки и ее величины. Эту зависимость обычно устраняют, включив на выход выпрямителя стабилитрон, который одновременно является как стабилизатором напряжения, так и нежелательным нагрузочным балластом, т.к. потребляет ток, соизмеримый с током нагрузки. На нем бесполезно рассеивается заметная мощность, и его приходится ставить на радиатор. В [2] для него потребовался радиатор площадью 25см2. Радиатор увеличивает габариты и вес выпрямительного устройства, что является вторым недостатком. В [4] автор частично решил первую проблему за счет применения во входной цепи не одного, а двух сетевых конденсаторов, включенных в виде конденсаторного делителя. Это привело к увеличению величины емкости гасящих конденсаторов и, соответственно, габаритов и веса. Кроме того, увеличилась доля реактивного тока в сети, что также нежелательно.

Предлагаю бестрансформаторный конденсаторный выпрямитель с автостабилизацией выходного напряжения во всех возможных режимах работы (от холостого хода до номинальной нагрузки), лишенный перечисленных недостатков.

Это достигнуто за счет кардинального изменения принципа формирования выходного напряжения - не за счет падения напряжения от импульсов тока выпрямленных полуволн сетевого напряжения на сопротивлении стабилитрона, как в описанных устройствах (рис.1), а за счет изменения времени подключения диодного моста к накопительному конденсатору С2 (рис.2).

Рис.1

Рис.2

В описанных устройствах это время постоянно и равно полному периоду сетевого напряжения. Если же выход моста закорачивать ключом К на часть длительности полупериода сети, а в оставшуюся часть полупериода ключ К размыкать, и заряжать в это время выходным током моста конденсатор С2, то напряжение на нем будет зависеть от доли этой оставшейся части по отношению ко всему полупериоду сети. И если, как при ШИМ, автоматически менять время открытого состояния ключа в зависимости от напряжения на С2, можно получить автостабилизацию выходного напряжения конденсаторного выпрямителя.

Схема стабилизированного конденсаторного выпрямителя приведена на рис.3. Параллельно выходу диодного моста включен транзистор VT1, работающий в ключевом режиме (ключ К на рис.2).

Рис.3

База ключевого транзистора VT1 через пороговый элемент (стабилитрон VD3) соединена с накопительным конденсатором С2, отделенным по постоянному току от выхода моста диодом VD2 для исключения быстрого разряда при открытом VT1. Пока напряжение на С2 меньше напряжения стабилизации VD3, выпрямитель работает известным образом. При увеличении напряжения на С2 и открывании VD3 транзистор VT1 также отрывается и шунтирует выход выпрямительного моста. Вследствие этого напряжение на выходе моста скачкообразно уменьшается практически до нуля, что приводит к уменьшению напряжения на С2 и последующему выключению стабилитрона и ключевого транзистора. Далее напряжение на конденсаторе С2 снова увеличивается до момента включения стабилитрона и.транзистора и т.д. Эти процессы обеспечивают автоматическую стабилизацию выходного напряжения.

В режиме холостого хода выпрямителя ключевой транзистор VT1 открыт большую часть полупериода сетевого напряжения, и на накопительный конденсатор С2 поступают узкие импульсы тока с большой паузой (рис.4а). При подключении нагрузки длительность открытого состояния транзистора уменьшается (рис.4б). Это приводит к увеличению длительности импульса тока, поступающего через VD2 на С2, и увеличению напряжения на нем, т.е. к поддержанию выходного напряжения на прежнем уровне. Процесс автостабилизации выходного напряжения очень похож на функционирование импульсного стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием. Только в предлагаемом устройстве частота следования импульсов равна частоте пульсации напряжения на С2 (в схеме на рис.3 эта частота равна 100 Гц).

Ключевой транзистор VT1 для уменьшения потерь должен быть с большим коэффициентом усиления, например составной КТ972А, КТ829А, КТ827А и др.

Стабилизированный выпрямитель, собранный по схеме рис.3, обеспечивает выходное напряжение: - на холостом ходу - 11,68 В; - на нагрузке 290 Ом - 11,6В-

Такая небольшая разница выходных напряжений (всего 0,08 В) является подтверждением хорошей стабилизации выходного напряжения и правильности выбора величины емкости гасящего конденсатора С1 для данной нагрузки. С уменьшением его емкости до 0,5 мкФ эта разница достигает 0,16 В. Напряжение пульсации на нагрузке 290 Ом не превышает 40 мВ. Эта величина определяется емкостью сглаживающего конденсатора С2 и чувствительностью базовой цепи VT1.

Увеличить выходное напряжение выпрямителя можно применив более высоковольтный стабилитрон или два низковольтных, соединенных последовательно. При двух стабилитронах Д814В и Д814Д и емкости конденсатора С1 2 мкФ выходное напряжение на нагрузке сопротивлением 250 Ом может составлять 23...24 В.

Приведенные примеры показывают, как экспериментальным путем подобрать элементы бестрансформаторного конденсаторного выпрямителя на требуемое стабилизированное напряжение при заданной нагрузке.

По предложенной методике можно застабилизировать выходное напряжение однополупериодного диодно-конденсаторного выпрямителя, выполненного, например, по схеме рис.5. Для выпрямителя с плюсовым выходным напряжением параллельно диоду VD1 включен n-p-n транзистор КТ972А или КТ829А, управляемый с выхода выпрямителя через стабилитрон VD3.

Рис.5

При достижении на конденсаторе С2 напряжения, соответствующего моменту открывания стабилитрона, транзистор VT1 тоже открывается. В результате амплитуда положительной полуволны напряжения, поступающего на С2 через диод VD2, уменьшается почти до нуля. При уменьшении же напряжения на С2 транзистор VT1, благодаря стабилитрону, закрывается, что приводит к увеличению выходного напряжения.

Процесс сопровождается широтно-импульсным регулированием длительности импульсов на входе VD2, аналогично тому как это происходит в выпрямителе по схеме рис.3. Следовательно, напряжение на конденсаторе С2 остается стабилизированным как на холостом ходу, так и под нагрузкой.

В выпрямителе с отрицательным выходным напряжением параллельно диоду VD1 нужно включить р-п-р транзистор КТ973А или КТ825А. Выходное стабилизированное напряжение на нагрузке сопротивлением 470 Ом - около 11В, напряжение пульсации - 0,3...0,4 В.

В обоих предложенных вариантах бестрансформаторного выпрямителя стабилитрон работает в импульсном режиме при токе в единицы миллиампер, который никак не связан с током нагрузки выпрямителя, с разбросом емкости гасящего конденсатора и колебаниями напряжения сети. Поэтому потери в нем существенно уменьшены, и теплоотвод ему не требуется. Ключевому транзистору радиатор также не требуется.

Резисторы R1, R2 на рис.3 и 5 ограничивают входной ток при переходных процессах в момент включения устройства в сеть. Из-за неизбежного "дребезга" контактов сетевых вилки и розетки, процесс включения сопровождается серией кратковременных замыканий и разрывов цепи. При одном из таких замыканий гасящий конденсатор С1 может зарядиться до полного амплитудного значения напряжения сети, т.е. примерно до 300 В. После разрыва и последующего замыкания цепи из-за "дребезга" это и сетевое напряжения могут сложиться и составить в сумме около 600 В. Это наихудший случай, который необходимо учитывать для обеспечения надежной работы устройства.

Конкретный пример: максимальный коллекторный ток транзистора КТ972А равен 4 А, поэтому суммарное сопротивление ограничительных резисторов должно составлять

600В/4А=150 Ом.

С целью уменьшения потерь сопротивление резистора R1 можно выбрать 51 Ом, а резистора R2 - 100 Ом. Их мощность рассеяния - не менее 0,5 Вт. Допустимый коллекторный ток транзистора КТ827А составляет 20 А, поэтому для него резистор R2 необязателен.

Литература

1. Дорофеев М. Бестрансформаторный с гасящим конденсатором. - Радио, 1995, N1, С.41,42; #2, С.36,37.
2. Хухтиков Н. Зарядное устройство. -Радио, 1993, N5, С.37.
3. Бирюков С. Расчет сетевого источника питания с гасящим конденсатором. -Радио, 1997.#5.C.48-50.
4.Ховайко О. Источник питания с конденсаторным делителем напряжения.- Радио, 1997.#11.C.56.
5. Банников В. Упрощенный расчет бестрансформаторного блока питания. - Радиолюбитель, 1998, #1, С.14-16; N2,C16,17.
6. Радиоежегодник, 1991, С.80.

Автор: Н.Цесарук, г.Тула; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Выращены томаты без косточек 19.07.2025

Современное сельское хозяйство все чаще обращается к молекулярной биологии, чтобы преодолеть вызовы, связанные с климатом, сроками хранения и требованиями рынка. Один из таких прорывов связан с выращиванием плодов без семян - давно востребованных как в пищевой промышленности, так и среди потребителей. Пока обезкосточенные бананы и виноград стали привычными, новое внимание ученых сосредоточено на других культурах. Индийские исследователи уверенно двигаются в этом направлении, предложив инновационный подход к созданию томатов без косточек. Исследование было проведено на кафедре ботаники факультета естественных наук Университета Маунтин-Си в индийском городе Вадодара. Руководство проектом осуществлял профессор Сунил Сингх, а финансирование обеспечивал Совет по научным и инженерным исследованиям. Ученые сосредоточились на изучении так называемых каспазоподобных генов, которые играют ключевую роль в развитии растений, в частности - в вегетативных и репродуктивных функциях. По словам п ...>>

Сахар из углекислого газа 19.07.2025

Новая разработка китайских исследователей в этой области может радикально изменить подход к производству сахара и других органических соединений. В условиях, когда Китай, несмотря на подходящий климат, ежегодно вынужден импортировать до пяти миллионов тонн сахара - около трети от общего объема потребления - поиск альтернативных способов получения этого ресурса становится особенно актуальным. Расширение посевных площадей под сахарную свеклу и тростник приводит к деградации почв и нарушению экосистем, а значит, необходимо искать более экологически безопасные решения. Ответ на этот вызов предложили ученые Тяньцзинского института промышленной биотехнологии при Китайской академии наук. Им удалось разработать метод, позволяющий превращать углекислый газ в сложные углеводы - такие как фруктоза, глюкоза, амилоза и другие сахара, пригодные для пищевой и химической промышленности. Как подчеркивает издание South China Morning Post, эта технология может одновременно снизить выбросы парниковы ...>>

Умные очки для плаванья Form Smart Swim 2 18.07.2025

Новое поколение умных очков от компании Form обещает превратить каждую тренировку в интеллектуальный и высокоточный процесс, совмещая комфорт, аналитику и навигацию в одном устройстве. На рынок поступили обновленные умные очки для плавания Smart Swim 2. Очки Smart Swim 2 стали развитием предыдущей модели, получив целый ряд усовершенствований. Устройство не только стало на 15% компактнее и легче, но и обзавелось новыми функциями, среди которых - встроенный пульсометр и цифровой компас. Миниатюрный электронный блок с аккумулятором, оптическим датчиком и прочими компонентами теперь можно закрепить как с левой, так и с правой стороны, что добавляет гибкости в использовании. Одной из наиболее примечательных функций стала возможность измерения частоты сердечных сокращений в режиме реального времени. Для профессионалов это дает возможность максимально точно контролировать нагрузку, не выходя из воды. А те, кто предпочитает плавание в открытых водоемах, смогут оценить встроенный компас, ...>>

Случайная новость из Архива Стволовые клетки вылечили мозг 23.10.2012 Ученые и нейрохирурги из Университета Калифорнии (UCSF), Сан-Франциско, провели операцию с использованием стволовых клеток, которая помогла вылечить тяжелейшее доселе неизлечимое заболевание мозга. Операции были проведены на четверых мальчиках с редким смертельным заболеванием мозга - болезнью Пелицеуса-Мерцбахера. В мозге человека находится особое вещество - миелин, которое окружает нервные волокна. Без миелина невозможна передача электрических импульсов по нервным волокнам, и сигналы в мозге становятся рассеянными и дезорганизованными. Большинство детей рождаются с очень малым количеством миелина, который развивается в течение жизни. У детей с болезнью Пелицеус-Мерцбахера генетическая мутация препятствует производству миелина, в результате чего электрические сигналы затухают до того, как доберутся до места назначения. Это приводит к серьезным последствиям для развития ребенка: он не может научиться ходить, говорить и, в конечном итоге, наступает преждевременная смерть. Американские ученые впервые попытались вылечить эту болезнь с помощью новейших технологий. Ученые благополучно пересадили человеческие нервные стволовые клетки в белое вещество глубоко в лобных долях мозга. Через двенадцать месяцев после операции у мальчиков наблюдалось увеличение количества миелина, в результате чего заметно улучшились функции мозга. У трех из четырех мальчиков стали наблюдаться сдвиги в развитии, например самый старший, 5-летний, впервые смог самостоятельно поесть и идти с минимальной помощью взрослых. При этом ни в одном случае не наблюдалось никаких серьезных побочных эффектов, таких как развитие опухолей. Пока это лишь эксперимент, который требует дальнейшего развития. Однако громкий успех по успешной пересадке нейронных стволовых клеток в головной мозг открывает путь для разработки новых сверхэффектвиных методик лечения тяжелейших врожденных заболеваний и очень распространенных недугов, таких как болезнь Паркинсона и рассеянный склероз.

Другие интересные новости:

▪ Оцифрованные границы

▪ Дроны будут отгонять стаи птиц от аэропортов

▪ Опреснение морской воды с помощью солнечной энергии

▪ Китайские безымянные смартфоны подешевели

▪ Намечена олимпиада для киборгов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Автомобиль. Подборка статей

▪ статья Как яблочко румян. Крылатое выражение

▪ статья Может ли слепой человек использовать для ориентации в пространстве эхолокацию? Подробный ответ

▪ статья Африканский лисохвост. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Проектируем устройства на микроконтроллерах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Молния в кармане. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025