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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Новый перспективный компонент для изготовления шампуня 28.08.2024 Современная косметическая индустрия активно ищет натуральные компоненты, которые могут заменить синтетические вещества, не уступая им по эффективности. Одним из таких перспективных ингредиентов стал экстракт плодов дерева Sapindus mukurossi, известного благодаря высокому содержанию сапонинов - природных поверхностно-активных веществ. Это дерево, широко распространенное в Южном Китае, уже давно используется для изготовления мыла и моющих средств. Однако традиционные методы экстракции экстракта S. mukurossi (SME) приводят к его потемнению из-за наличия примесей, таких как полифенолы и флавоноиды, что ограничивает его применение в высококачественной косметике. Группа исследователей из Китая и Германии разработала новый процесс обесцвечивания SME, который позволяет сохранить его полезные свойства, улучшая внешний вид и расширяя возможности его использования в косметической продукции. В основе нового метода лежит адсорбция полифенолов на смоле D301 и окислительное обесцвечивание. Экспериментальные исследования показали, что оптимальные условия для обесцвечивания включают pH 7,8, температуру 73°C и время обработки 5,7 часа с применением 6% перекиси водорода. Полученный в результате обесцвечивания SME не только сохраняет свои активные свойства, но и демонстрирует стабильность цвета при высоких температурах, что делает его пригодным для использования в различных косметических продуктах. Особое внимание исследователей привлекла его способность эффективно контролировать уровень кожного сала. Клинические испытания шампуня, содержащего 10% обесцвеченного SME, показали значительное снижение уровня себума на коже головы после четырех недель регулярного применения. Эти результаты открывают новые перспективы для применения обесцвеченного SME в косметической промышленности, особенно в средствах по уходу за волосами и кожей. Благодаря своей натуральности и эффективности, этот компонент может стать важным элементом в составе шампуней и других средств, направленных на поддержание здоровья и чистоты кожи головы.

Другие интересные новости:

▪ Гонка летающих автомобилей

▪ Общение с близкими помогает жить дольше

▪ Планктон в янтаре

▪ От стресса стареют

▪ Мозг в отпуске

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радио - начинающим. Подборка статей

▪ статья Фильтры, бленды и уход за оптикой. Искусство видео

▪ статья Какую роль в жизни богов и людей играли мойры? Подробный ответ

▪ статья Шагомер. Советы туристу

▪ статья Переходник S-Video на TV-IN. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Малогабаритный блок питания, 9 вольт 0,6 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025