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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Лазерные перехватчики защитят Землю от астероидов 02.04.2012 Инженеры из Университета Стратклайд в Глазго разрабатывают инновационную лазерную технологию, предназначенную для борьбы с астероидной угрозой. Исследователи обнаружили возможность использования группы относительно небольших спутников, вооруженных лазерами, для отклонения астероидов, траектория которых пересекается с Землей. Звено лазерных перехватчиков решает проблему мощного воздействия на малый или средний астероид без использования огромного космического корабля. Ученые предлагают отправить к астероиду небольшой спутник с высокоэнергетическим лазером, питающимся от солнечных панелей. В зависимости от скорости и размера астероида можно использовать от одного до десятков спутников, что делает систему противоастероидной защиты довольно гибкой. Пока разработка мощных космических лазеров находится в зачаточном состоянии. Наибольший опыт здесь накопили военные, хотя до сих пор мощные высокоэнергетические лазеры в качестве космического оружия не использовались. Долгое время считалось, что эффективное изменение траектории астероида с помощью лазерного луча невозможно. Да, поначалу мощный луч нагревает поверхность астероида, в результате чего образуется газопылевой шлейф, создающий реактивную тягу. Однако этот шлейф должен рассеивать луч и снижать его эффективность. Тем не менее, лабораторные тесты в Университете Стратклайд показали, что помехи от газопылевого шлейфа меньше, чем ожидалось, и лазер способен продолжать работу длительное время. Небольшие лазерные перехватчики гораздо проще и быстрее изготовить, чем один огромный корабль с лазером мощностью в несколько мегаватт. При этом использование флотилии спутников, оснащенных высокоэнергетическими лазерами, - это более надежное решение. Даже если один или несколько спутников выйдут из строя, остальные продолжат работу, а численность группировки можно быстро восстановить. Другим не менее важным применением лазерных перехватчиков может стать очистка околоземной орбиты от мусора, количество которого постоянно растет. Сегодня мусора на орбите так много, что в обозримом будущем мы можем столкнуться с эффектом Кесслера, когда плотность загрязнения в космосе становится настолько высокой, что столкновения между обломками экспоненциально увеличивают количество мусора и новых столкновений. В результате это может на многие годы закрыть человечеству дорогу в космос. Сегодня, несмотря на непрерывное отслеживание крупных обломков, нет технологии по их уничтожению. Лазерные перехватчики могли бы взять на себя эту функцию.

Другие интересные новости:

▪ Робот впервые напал на человека

▪ Спам через телевизоры и холодильники

▪ Биометрическая аутентификация для ПК

▪ Причины музыкальных предпочтений

▪ Часы на ремнях вместо шестеренок

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Личный транспорт: наземный, водный, воздушный. Подборка статей

▪ статья Защита от энергетических воздействий. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Откуда появляются и куда исчезают кометы? Подробный ответ

▪ статья Барбадосская вишня. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Автозапуск дизель-генератора при прекращении подачи электроэнергии на микроконтроллере PIC16F84A. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Индуктивности. Цветовая маркировка. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026