В настоящее время в электронике широко применяются стабилизационные устройства, выполненные на микросхемах. Интегральный стабилизатор напряжения — устройство, в котором все входящие в конструкцию элементы скомпонованы на кремниевом кристалле таким путём, что последовательность этих соединений и компонентов представляет из себя схему стабилизатора.
Такие стабилизаторы можно встретить в разных видах электронной аппаратуры: в усилителях, в питающих блоках телевизоров, телефонов, аудиосистем.
Виды стабилизаторов
Широко примененяются в электронике два типа интегральных стабилизаторов:
- полупроводниковый (твердотельный);
- гибридно-плёночный (с элементами изготовленными из плёнок).
Полупроводниковые стабилизаторы, в свою очередь, подразделяются ещё на несколько групп:
- имеющие регулируемое напряжение на выходе — требуют подключения дополнительных элементов;
- обладающие фиксированным напряжением, подаваемым на выход – являются готовым к эксплуатации изделием, не требующим необходимости дополнительных включений в схему;
- двуполярные – используются для приборов, требующих двуполярного напряжения на выходе.
Критерии выбора электронного стабилизатора
При выборе электронного стабилизатора следует руководствоваться следующими техническими характеристиками устройства.
| Характеристика | Описание |
| Мощность стабилизатора | Одна из важнейших характеристик устройства независимо от его типа, которая определяется в соответствии с суммарной мощностью потребления подключаемой нагрузки. Для активной нагрузки мощность стабилизатора рекомендуется выбирать с небольшим резервом в 20-30%, для нагрузок с высокой реактивной составляющей запас по мощности рекомендуется взять большим. |
| Скорость стабилизации | Не менее важный параметр стабилизатора. Время коррекции практически одинаково у всех моделей этого типа. По скорости стабилизации электронные стабилизаторы безусловно являются лидерами среди устройств, использующих для преобразования напряжения автотрансформатор. |
| Точность стабилизации | Показатели данной характеристики во многом определяются количеством дискретных ступеней регулирования – установленных полупроводниковых ключей (мощных тиристоров или симисторов). Чем их в схеме больше, тем меньше проявляется ступенчатость регулирования и на выходе устройство будет способно выдавать напряжение со значением, более приближенным к номинальному. |
| Диапазон входного напряжения | Нижним и верхним его порогами определяются минимальное и максимальное напряжения питающей сети, при которых устройство сможет работать, сохраняя заявленную точность стабилизации, а также защитное срабатывание – отключение стабилизатора при выходе значений входного напряжения за пределы рабочего диапазона. |
| Рабочая температура | В стабилизаторах электронного типа отсутствуют механически коммутируемые контакты, поэтому устройства неплохо переносят резкие перепады температур окружающей среды. Выбор устройства необходимо делать в соответствии этой характеристики с условиями эксплуатации. |
| Исполнения корпуса | Требуемое исполнение зависит от площади, геометрии помещения, близости расположения отопительных и нагревательных приборов. По типу корпуса стабилизаторы можно разделить на:
|
| Средства мониторинга | Довольно востребованными опциями является возможность мониторинга состояния сети и параметров работы стабилизатора, реализованного выводом данных на ЖК-дисплей или светодиодов индикации. При необходимости организации удаленного мониторинга и управления следует учитывать наличие коммуникационных интерфейсов и используемых соответствующих протоколов передачи данных. |
Характеристики
Типовая схема интегрального стабилизатора состоит из следующих элементов:
- источника опорного напряжения;
- усилителя ошибки;
- включённых между источником и нагрузкой элементов регулировки;
- схему выключения устройства при подачи сигнала извне;
- транзистора для защиты от короткого замыкания или перегрузки.
Интегральные микросхемы стабилизаторов представляют собой функционально завершённые устройства и имеют всего три внешних вывода: входной, выходной и заземление. Данные микросхемы производятся для фиксированных значений напряжения от 5 до 24 В и нагрузки до 1 А.
Стабилизационные устройства на ИМС обеспечиваются встроенными схемами, ограничивающими выходной ток, а также схемой защиты от перегрузок по температуре.
Достоинства и недостатки электронных стабилизаторов
Ниже представлены основные достоинства и недостатки электронных стабилизаторов по сравнению с релейными приборами. Они обусловлены, в первую очередь, строением и особенностями метода преобразования напряжения электронных стабилизаторов.
| Достоинства | Недостатки |
|
|
Значение ИОН в схеме стабилизатора
Источник опорного напряжения является одним из ключевых элементов, поскольку выполняет задачу поддержания стабильного напряжения номинального значения на выходе при меняющихся значениях напряжения на входе. Простейшим вариантом этого источника является параметрический стабилизатор на стабилитроне. С их помощью можно получить напряжение от 2,5 В.
При необходимости получить меньшие значения опорного напряжения используются последовательные включения кремниевых диодов.
Также интегральные стабилизаторы могут использовать в качестве источника напряжение эмиттерного перехода биполярных транзисторов.
Плюсы и минусы
К достоинствам интегральных линейных стабилизаторов напряжения можно отнести:
- высокий стабилизирующий коэффициэнт;
- высокий коэффициэнт сглаживания значения напряжения на нагрузке;
- низкое значение выходного сопротивление;
- не производят собственных помех.
Однако коэффициэнт полезного действия таких стабилизаторов невысок и снижается при малых значениях выходных напряжений. Увеличение КПД возможно за счёт прибавки размеров и габаритов устройства, что не всегда является удобным и выгодным вариантом.
Стабилизатор напряжения 12 Вольт
В ситуациях, когда использование полноценного блока питания на 12 Вольт бессмысленно, гораздо проще понизить основное напряжение схемы локально в какой-то её части, используется интегральный стабилизатор напряжения 12 Вольт. Такие стабилизаторы производятся на основе отечественной серии КР142ЕН или популярных микросхемах линейки 78ХХ.
Такие стабилизаторы обеспечены защитами по току и перегреву, что делает блоки питания с их использованием практически неуязвимыми. Данные свойства делают стабилизатор полезным для целого ряда электронных устройств:
- бытовые электроприборы;
- измерительная, лабораторная техника;
- радиоэлектроника и пр.
Стабилизатор обладает такими характеристиками, как наличие внутренней системы терморегуляции, схемы защиты выходного транзистора, самозащита от импульсов коротких замыканий. Ток прибора на выходе равняется 1 А – 1,5 А, наибольшее значение напряжения 30 — 35 В.
Инверторный стабилизатор напряжения как альтернатива электронным
В связи с описанными выше недостатками электронные стабилизаторы постепенно уходят в прошлое. Они стоят дороже, чем релейные приборы, но при этом все равно не обеспечивают достаточной точности и качества выходного напряжения. В качестве альтернативы для бытового применения многие все чаще используют инверторные стабилизаторы. Они построены на основе более современного метода преобразования, который позволяет избавиться от недостатков, свойственных устройствам на симисторах и тиристорах. В инверторном стабилизаторе напряжение, поступающее на вход, преобразуется в постоянное, а затем снова в переменное, но уже с нужными параметрами. Благодаря этому обеспечивается форма идеальной синусоиды и достигается высокая точность стабилизации (2%).
Инверторные стабилизаторы работают практически бесшумно и имеют полный набор защит – от перегрузок, перегрева, коротких замыканий, аварий в сети. Они являются оптимальным вариантом, если нужно обеспечить питание дорогостоящих устройств, чувствительных к перебоям в электропитании – компьютерной техники, систем отопления, котлов с электронным управлением, систем безопасности загородного дома.
Купив инверторный стабилизатор, вы сможете обеспечить надежную подачу электроэнергии на все электроприборы, которые используются в доме – от мелкой бытовой техники до систем водоснабжения и отопления. Технические особенности инверторного стабилизатора делают его сферу применения намного шире, чем у электронных моделей.
Стабилизатор 12 В 5 А
Интегральный стабилизатор напряжения 12 Вольт 5 Ампер может основываться на микросхеме LM 338 и обладать следующими характеристиками:
- входное напряжение – от 3 до 35 Вольт;
- напряжение на выходе – от 1,2 до 32 Вольт;
- выходной ток – 5 Ампер;
- допустимый температурный режим – от 0 до 125 градусов Цельсия;
- погрешность напряжения на выходе не более 0,1 %.
Такой интегральный стабилизатор импортного производства является универсальной микросхемой, на основе которой можно получить цепи питания высокого качества путём её подключения различными способами.
Зарубежные интегральные стабилизаторы
Известная линейка 78ХХ компенсационных стабилизационных устройств положительного напряжения была успешно создана специалистами фирмы Texas Instruments. Данные стабилизаторы обеспечены защитой по токам КЗ, от превышения рабочего температурного режима кристалла, а также от перехода рабочей точки за границы допустимого для безопасности работы режима.
Помимо стабилизаторов фиксированного напряжения, за рубежом также производятся регулируемые модификации интегральных стабилизационных устройств. Яркими представителями таких устройств считается линейка микросхем «317». Подаваемое на выход напряжение у этих микросхем определяет делитель на двух резисторах.
Важные моменты
Используя интегральные стабилизаторы напряжения импортные, стоит учитывать некоторые особенности:
- на вход и выход устройства следует подключать конденсатор с ёмкостью 47 — 220 нФ для предупреждения самовозбуждения;
- при большой ёмкости подключенного на выход конденсатора и малом токе нагрузки между входом и выходом должен быть включен диод. Это обеспечит быстрое уменьшение выходного напряжения до значения входного;
- для стабильной работы устройства значение входного напряжения должно быть выбрано выше выходного как минимум на 3В;
- устройства линейки «law-drop», характеризующиеся небольшим перепадом напряжений от входа до выхода, для устойчивой стабилизации должны быть обеспечены входным напряжением, которое превышает выходное на 0,1 – 0,5 В.
Сферы применения электронных стабилизаторов напряжения
Такие преимущества электронных стабилизаторов перед релейными устройствами, как более высокая скорость и точность регулирования напряжения, бесшумность в работе, надежность и длительность ресурса работы, благодаря отсутствию механических элементов коммутации, обеспечивают их широкое применение в домашних условиях для защиты бытовой нагрузки, не имеющей в своем составе электромоторов, например, телевизионной и кухонной техники, а также приборов освещения.
Серьезным ограничением области применения электронных стабилизаторов является отличие формы выходного напряжения от синусоидальной, а также недостаточно высокая точность стабилизации.
Крайне не рекомендуется подключать высокоточное чувствительное оборудование к электронным стабилизаторам. Например, определенные проблемы могут возникнуть при работе c:
- устройствами, в составе которых есть электродвигатель (насосами, системами отопления) – выходное напряжение стабилизатора, имеющее неправильную форму кривой, может привести к выходу двигателя из строя;
- профессиональным аудио- и видеооборудованием – помехи, создаваемые при ступенчатом переключении, отрицательно скажутся на качестве картинки и звука;
- компьютерной техникой – точности, которую дает ступенчатая регулировка напряжения, может оказаться недостаточно.
Таким образом, полностью обеспечить электропитание загородного дома или коттеджа с помощью электронного стабилизатора не получится, поскольку через него нельзя будет запитать часть чувствительного оборудования с электродвигателями, например, насосы системы водоснабжения.
