Statinis įtampos stabilizatorius yra elektroninis įtaisas, naudojamas elektros ir elektroninės įrangos įtampai reguliuoti ir stabilizuoti. Jis užtikrina pastovią ir patikimą įtampos išvestį, apsaugodamas jautrius įrenginius nuo įtampos svyravimų, viršįtampių ir kritimų. Įtampos stabilizatorius stabilizuoja arba reguliuoja įtampą, jei maitinimo įtampa kinta arba svyruoja tam tikrame diapazone. Tai elektrinis prietaisas, kuris tiekia pastovią įtampą į apkrovą, esant padidėjusiai ar sumažėjusiai įtampai. Šis prietaisas aptinka šias įtampos sąlygas ir atitinkamai pakelia ar sumažina įtampą iki norimo diapazono.
Įtampos stabilizatoriai suteikia galimybę reguliuoti apkrovos maitinimo įtampą. Jie nėra skirti nuolatinei įtampai užtikrinti; vietoj to, jie palaiko apkrovą arba sistemą priimtinu įtampos diapazonu. Labai dažnai įtampos stabilizatoriai naudojami su šaldytuvais, oro kondicionieriais, televizoriais, krosnių įranga, mikrobangų krosnelėmis, muzikos sistemomis, skalbimo mašinomis ir kitais prietaisais. Pagrindinis įtampos stabilizatorių naudojimo tikslas yra apsaugoti įrenginius nuo įtampos svyravimų, kadangi kiekvienas elektros prietaisas yra sukurtas veikti esant tam tikrai įtampai. Jei ši įtampa yra mažesnė arba didesnė už tam tikrą vertę, prietaisas gali sugesti, veikti blogiau arba net būti pažeistas.
Įtampos stabilizatorių veikimo principai
Statinio įtampos stabilizatoriaus veikimo principas yra grindžiamas keliais pagrindiniais etapais:
- Įtampos jutimas: Elektroninis įtampos stabilizatorius per jutimo grandinę nuolat stebi iš maitinimo šaltinio gaunamą įtampą. Ši grandinė aptinka bet kokius įvesties įtampos pokyčius.
- Palyginimas ir kontrolė: Juntama įtampa lyginama su etalonine įtampa stabilizatoriaus valdymo grandinėje. Jei įėjimo įtampa nukrypsta nuo norimos atskaitos įtampos, valdymo grandinė pradeda taisomuosius veiksmus.
- Įtampos reguliavimas: Valdymo grandinė suaktyvina galios elektroninius prietaisus, tokius kaip tiristoriai (SCR) arba izoliuotų vartų dvipoliai tranzistoriai (IGBT), kad reguliuotų išėjimo įtampą. Šie įrenginiai gali greitai įsijungti ir išjungti, kad būtų galima valdyti elektros srautą.
- Įtampos korekcija: Priklausomai nuo to, ar įvesties įtampa yra per aukšta ar per žema, galios elektroniniai prietaisai atitinkamai reguliuoja išėjimo įtampą. Jei įėjimo įtampa aukšta, statinis stabilizatorius sumažina ją iki norimo lygio. Ir atvirkščiai, jei įėjimo įtampa žema, elektroninis stabilizatorius ją padidina iki norimo lygio.
- Nuolatinis stebėjimas: Kietojo kūno įtampos stabilizatorius nuolat stebi įėjimo įtampą, realiuoju laiku koreguodamas, kad išlaikytų stabilią ir reguliuojamą išėjimo įtampą.
Pagrindiniai komponentai
Vidinė stabilizatoriaus grandinė susideda iš automatinio transformatoriaus/transformatoriaus, lygintuvo bloko, lygintuvų, perjungimo grandinės ir relių. Šiuolaikinių skaitmeninio tipo stabilizatorių atveju kaip centrinis valdymo blokas naudojamas mikrovaldiklis arba mikroprocesorius.
Įtampos stabilizatoriaus veikimas
Įtampos reguliavimas reikalingas dviem skirtingais tikslais: viršįtampio ir sumažėjusios įtampos sąlygomis. Įtampos didinimo nuo žemos įtampos procesas vadinamas padidinimo operacijomis (Boost Operation), o įtampos mažinimas dėl viršįtampio - mažinimo operacijomis (Buck Operation). Šios dvi pagrindinės operacijos yra būtinos kiekviename įtampos stabilizatoriuje.
Boost veikimas
Įtampos stabilizatoriaus padidinimo veikimo principas yra toks: maitinimo įtampa suteikiama transformatoriui, kuris paprastai yra žeminamasis transformatorius. Šis transformatorius prijungtas taip, kad antrinis išėjimas būtų pridedamas prie pirminės maitinimo įtampos. Esant žemai įtampai, elektroninė grandinė stabilizatoriuje perjungia atitinkamą relę taip, kad šis papildomas maitinimas (įeinantis maitinimas + transformatoriaus antrinis išėjimas) taikomas apkrovai.
Buck veikimas
Vykstant mažinimo veikimui, transformatoriaus antrinė jungtis yra prijungta taip, kad antrinė išėjimo įtampa būtų atimama iš gaunamos įtampos. Todėl, kylant įeinamajai įtampai, elektroninė grandinė perjungia relę, kuri perjungia išskaičiuotą maitinimo įtampą (t.y. įeinančią įtampą - transformatoriaus antrinę įtampą) į apkrovos grandinę. Esant normaliai įtampos veikimo sąlygai, elektroninė grandinė apkrovą visiškai perjungia į įeinantį maitinimą be jokios transformatoriaus įtampos.
Šios padidinimo, sumažinimo ir įprastinės operacijos yra vienodos visiems stabilizatoriams, nesvarbu, ar jie normalūs, ar servo mechanizmo tipo stabilizatoriai. Be šių dviejų pagrindinių operacijų, įtampos stabilizatorius taip pat atlieka žemesnės ir aukštesnės įtampos išjungimo operacijas.
Šiuolaikiniai įtampos stabilizatoriai
Šiuolaikiniuose įrenginiuose yra įvairių tipų įtampos stabilizatorių, kuriuos siūlo skirtingi gamintojai. Stabilizatoriai turi skirtingą KVA galią ir veikimo diapazonus. Pavyzdžiui, jie gali gaminti 200-240 V išvestį su 20-35 V didinimo įtampa, kai įvesties diapazonas yra 180-270 V, arba plačiam diapazonui (190-240 V išvestis su 50-55 V didinimo-mažinimo įtampa 140-300 V įvesties diapazono programoms). Juos galima įsigyti kaip specialius stabilizatorius įvairiems buitiniams ir pramoniniams prietaisams, pavyzdžiui, oro kondicionieriams, LCD/LED televizoriams, šaldytuvams, muzikos sistemoms, skalbimo mašinoms, taip pat kaip vieną didelį vienetą visiems prietaisams.
Stabilizatoriai sunaudoja labai mažai energijos, paprastai apie 2-5 % didžiausios apkrovos (t.y., stabilizatoriaus nominalios galios). Tai didelio efektyvumo įrenginiai, paprastai nuo 95 iki 98 %. Jie gali būti vienfaziai arba trifaziai. Šiuolaikiniuose stabilizatoriuose yra keletas papildomų funkcijų, įskaitant apsaugą nuo aukštos įtampos, apsaugą nuo perkrovos, nulinės įtampos perjungimą, apsaugą nuo dažnio svyravimų, įtampos atjungimo ekraną ir kt.
Kodėl reikalingi įtampos stabilizatoriai?
Įtampos svyravimai yra įtampos dydžio pokyčiai, kurie paprastai viršija arba yra mažesni už kai kurių standartų nustatytą pastovios būsenos įtampos diapazoną. Daugelis elektros prietaisų yra suprojektuoti veikti nuo 220 iki 240 V įtampos diapazone. Tačiau daugumoje vietų įtampos svyravimai yra gana dažni ir paprastai svyruoja nuo 170 iki 270 V. Šie įtampos svyravimai gali turėti didelį neigiamą poveikį prietaisams:
- Apšvietimo įranga: Žemos įtampos kritimas sumažina šviesos srautą (apšvietimą) ir lempos tarnavimo laiką.
- Kintamosios srovės varikliai: Žema įtampa sukuria mažesnį sukimo momentą ir greitį, o viršįtampio metu jie sukuria didesnį greitį nei pageidaujama. Tai sumažina variklio tarnavimo laiką ir sukelia izoliacijos pažeidimus esant aukštai įtampai.
- Indukcinis šildymas: Žema įtampa sumažina šilumos išeigą, todėl apkrova veikia netinkamoje temperatūroje.
- Televizijos ir radijo transliacijos: Įtampos kritimas pablogins perdavimo kokybę ir gali sukelti kitų elektroninių komponentų gedimą.
- Šaldytuvai: Tai kintamosios srovės varikliais varomi prietaisai, kurie sunaudoja dideles sroves esant įtampos kritimui, todėl apvijos gali perkaisti.
Kad būtų pašalintas aukščiau minėtas įtampos svyravimų poveikis, reikalingi įtampos stabilizatoriai.
Servo valdomi įtampos stabilizatoriai
Kaip veikia servo stabilizatorius?
Esant automatiniams įtampos stabilizatoriams, įtampos korekcijos greitis yra labai mažas. Didelės spartos įtampos korekcija su didesniu tikslumu pasiekiama naudojant servo valdomus stabilizatorius. Servo valdomuose stabilizatoriuose įtampos korekcija atliekama labai tiksliai, t.y., arčiau bazinės įtampos vertės.
Pagrindiniai servo stabilizatoriaus komponentai yra nuolat kintamas servo variklis, automatinis transformatorius, pastiprinimo transformatorius ir kietojo kūno valdymo grandinė. Šiame stabilizatoriuje kietojo kūno valdymo grandinė jaučia įtampos kritimą ir kilimą nuo iš anksto nustatytos vertės ir atitinkamai valdo servo variklį. Didinimo-mažinimo keitiklis yra prijungtas prie motorizuoto automatinio transformatoriaus, o jo antrinė įtampa yra nuosekliai sujungta su įeinančiu maitinimu. Kai variklis veikia automatinį transformatorių, atitinkama įtampa tiekiama į pagrindinį transformatoriaus bloką, todėl atitinkama antrinė įtampa koreguoja maitinimo įtampą į apkrovą.
Čia komparatoriai (operaciniai stiprintuvai) kietojo kūno valdymo grandinėje nustato įtampos pokyčius ir įjungia servo variklį į norimą vietą, kad kintamasis transformatorius padidintų arba sumažintų apkrovos išėjimo įtampą. Kai valdymo grandinė nustato išėjimo įtampą, didesnę už etaloninę įtampą, ji perduoda teigiamą signalą į servo variklio valdiklį, taigi svirtis sukasi tol, kol abi įtampos yra lygios. Jei išėjimo įtampa nukrenta žemiau pamatinės vertės, neigiamas signalas patenka į servo variklį, kad svirtis pasuka kontaktą kitu būdu, kad sumažintų įtampą. Servo stabilizatoriai gali užtikrinti ±0.5 % išėjimo reguliavimą ir aukštą efektyvumą apie 98 %.
Kaip pasirinkti tinkamą įtampos stabilizatorių namų reikmėms?
Įtampos stabilizatoriaus dydis priklauso nuo įrangos, kuriai turi būti naudojamas stabilizavimas, įvertinimo. Renkantis įtampos stabilizatorių, svarbu atsižvelgti į kelis pagrindinius veiksnius:
- Galia: Stabilizatorius turi būti pakankamai galingas, kad galėtų tiekti stabilų maitinimą visai Jūsų prijungtai įrangai. Rekomenduojama turėti bent 20-30 % daugiau galios nei bendra apkrova, kad būtų užtikrinta tinkama veikimo atsarga. Taip pat reikia atsižvelgti į tai, ar tai vienfazė ar trifazė galia. Prietaisų galia paprastai nurodoma to prietaiso vardinėje lentelėje; jei nėra galios, tiesiog apskaičiuokite tos įrangos įtampos ir srovės sandaugą, kad gautumėte galios reitingą.
- Veikimo diapazonas: Jis rodo, kokiu diapazonu stabilizatorius gali koreguoti įtampą. Svarbu žinoti, kad skirtingose aplinkose gali pasireikšti įvairūs įtampos svyravimų tipai, pavyzdžiui, staigieji įtampos pokyčiai, trumpieji tiekiamosios įtampos pertrūkiai ir net periodiški svyravimai.
- Apsauga nuo perkrovų: Ši funkcija reiškia, kad įtampos stabilizatorius turi sugebėti aptikti ir apsaugoti elektros įrangą nuo per didelės apkrovos ar trumpųjų jungčių. Kai kurie stabilizatoriai turi automatinio išsijungimo funkciją. Šiuolaikiniai stabilizatoriai taip pat gali turėti integruotą apsaugą nuo viršįtampių, kurie dažnai atsiranda dėl žaibo smūgių ar kitų išorinių veiksnių.
- Reagavimo greitis: Tai reiškia, kaip greitai stabilizatorius gali reaguoti į įtampos pokyčius. Geros kokybės stabilizatoriai gali reaguoti per kelias milisekundes. Pavyzdžiui, Ortea GEMINI įtampos stabilizatorius išsiskiria savo itin greitu reagavimo laiku - jis gali reaguoti į įtampos pokyčius vos per 20 milisekundžių.
- Efektyvumas: Kuo efektyvesnis stabilizatorius, tuo mažiau energijos jis naudos. Geros kokybės stabilizatoriai pasižymi aukštu efektyvumo lygiu, siekiančiu iki 98-99 %. Kai kurie stabilizatoriai turi papildomas funkcijas, pavyzdžiui, automatinį išsijungimą, kai elektros prietaisai nėra naudojami, arba energijos taupymo režimus.
- Gamintojo reputacija ir patikimumas: Patikimi gamintojai taip pat siūlo techninę pagalbą ir atsargines dalis.
- Dydis ir montavimo galimybės: Kai kurie stabilizatoriai gali būti montuojami ant sienos, o kiti - tiesiog padedami ant grindų ar stalo.
- Kaina ir garantija: Ilgesnė garantija yra papildoma apsauga, kuri leidžia jaustis saugiau naudojant įtampos stabilizatorių.
Visada rekomenduojama atsižvelgti į tikrąją apkrovos RMS įtampą ir į būsimą apkrovos išplėtimą. Taigi, norint nustatyti bendrą galios nominalią galią, reikia ateityje padidinti galią, paprastai 20 % daugiau nei faktinis galios poreikis, kad būtų galima prijungti apkrovas ilgainiui. Namų reikmėms tinka 200 VA, 300 VA, 500 VA, 1 KVA, 2 KVA, 3 KVA, 4 KVA, 5 KVA, 8 KVA ir 10 KVA vardinės įtampos stabilizatoriai. Pramoniniams ir komerciniams tikslams reikalingi didelės galios servo stabilizatoriai.
Įtampos stabilizatoriaus komponentai
Nuolatinės srovės stabilizatorius daugiausia susideda iš galios transformatoriaus, tiesiosios srovės grandinės, filtro grandinės ir stabilizuotosios grandinės. Kiekvienos dalies funkcijos yra tokios:
- Galios transformatorius: Kadangi įvairiai elektroninei įrangai reikia nuolatinės srovės stabilizuotų maitinimo šaltinių, kad būtų galima užtikrinti skirtingas amplitudės įtampas, o elektros tinklo teikiama kintamosios srovės įtampa paprastai yra 220V arba 380V, būtina naudoti transformatorių, kad elektros tinklo įtampa būtų paversta reikiama kintamosios srovės įtampa. Tada ištaisykite, filtruokite ir stabilizuokite transformuotą kintamąją įtampą ir galiausiai gaukite reikiamą nuolatinės srovės įtampą.
- Tiesiosios srovės grandinė: Įtampos stabilizatoriaus lygintuvo grandinėje naudojami vienkrypčiai laidūs lygintuvo elementai, tokie kaip lygintuvo diodai ir tiristoriai, sinusoidinei kintamai srovei su įvairaus dydžio ir krypties transformuoti į vienkryptę pulsuojančią nuolatinę srovę. Tačiau tokia vienakryptė pulsuojanti įtampa turi didelį pulsacijos komponentą ir paprastai negali būti naudojama.
- Filtro grandinė: Pagrindinis įtampos stabilizatoriaus filtro grandinės uždavinys yra kiek įmanoma filtruoti ištaisytos vienkrypčio pulsuojančios nuolatinės srovės įtampos pulsacijos komponentus, kad ji taptų lygia nuolatine srove. Filtro grandinę paprastai sudaro energijos kaupimo elementai, tokie kaip kondensatoriai ir induktoriai.
- Įtampos reguliatoriaus grandinė: Įtampos stabilizatoriaus išlyginta nuolatinės srovės stabilizatorius negali atitikti nuolatinės srovės maitinimo elektronikos įrangos reikalavimų. Pagrindinės priežastys yra šios: pirma, kai apkrova pasikeičia, atitinkamai pasikeis lygintuvo filtro išėjimo įtampa; antra, kai keičiasi elektros tinklo įtampa ir ± 10%, atitinkamai keičiasi ir išėjimo įtampa. Tai turi neigiamą poveikį elektroninės įrangos darbui.
Specifiniai parametrinių stabilizatorių pavyzdžiai
Valdymo tinklelio įtampos stabilizatorius
Valdymo tinklelio įtampos stabilizatorius turi būti lygiagretaus tipo. Dažnai tai realizuojama paprastu stabilitronu. Tačiau padavus per didelę lempos žadinimo įtampą valdymo tinklelio grandinėje atsiranda gana didelė srovė, kuri gali sugadinti stabilitronus. Supaprastintoje schemoje panaudotas stabilitronu D1 valdomas tranzistorius Q1. Kai jungiklis S1 atviras, į lempos valdymo tinklelį paduota įtampa (Ug1) lygi maitinimo šaltinio įtampai (duotu atveju tai bus -100V). Lempa uždaryta. Kai jungiklis S1 uždaras, šią įtampą apsprendžia stabilitrono D1 stabilizavimo įtampa. Lempa veikia darbo režimu. Tarp tranzistoriaus kolektoriaus ir stabilitrono įjungtas rezistorius R1. Jis yra kaip srovės daviklis. Tai galima panaudoti stiprintuvo ALC ar stiprintuvo apsaugos nuo per didelio įėjimo signalo realizacijai. Esant normaliam darbo režimui optoporos diodas uždarytas -1V. Jei valdymo tinklelyje atsiras maždaug 2 mA srovė, optoporos diodas pradės atsidarinėti ir tranzistoriaus grandinėje vyks reguliavimas. Keičiant R1 varžą galima reguliuoti srovę, prie kurios sudirba optopora.
Sudėtingesnėje schemoje U4 yra valdomas stabilitronas, prie esančių rezistorių R4 ir R5 nominalų rezistoriumi R5 jo įtampą galima keisti nuo 2,5V iki 30V. Sumoje su 30V stabilitronu D1 išėjimo įtampa bus keičiama nuo -30 iki -60V. Optopora U3 skirta stabilizatoriaus valdymui. Jei diodu teka srovė, stabilizatorius įjungtas. Jei srovės per optoporos diodą nėra, išėjime arba maitinimo šaltinio įtampa, arba stabilizavimo įtampa plius stabilitrono D2 stabilizavimo įtampa. Optoporos tranzistoriaus maksimali leidžiama įtampa turi būti ne mažesnė už stabilitrono D2 stabilizacijos įtampą. Optoporos valdymui reikalinga nedidelė srovė, valdymą galima organizuoti loginių mikroschemų pagalba. Optopora U1 skirta ALC reguliavimui, U2 apsaugos nuo per didelės žadinimo galios valdymui. Apsauga gali būti tokia - viršijus maksimalią valdymo tinklelio srovę stiprintuvas atsijungia, pvz., 5 sekundėms.
Ekraninio tinklelio srovė dažniausiai būna teigiama, tačiau tam tikrame režime gali būti neigiama. Tai apsprendžia ekraninio tinklelio įtampos stabilizatoriaus schemą. Dažniausiai stabilizatoriai daromi nuoseklaus tipo su apkrova. Apkrova turi kompensuoti neigiamą tinklelio srovę.
350V įtampos stabilizatorius su lauko tranzistoriumi
Gerų parametrų 350V įtampos stabilizatorių galima realizuoti panaudojant lauko tranzistorių, o jį valdyti optoporos pagalba. P-kanalo MOSFET tranzistorius turi turėti didelę leidžiamą įtampą (šiuo atveju 500V) tarp ištakos (Source) ir santakos (Drain). Jis turi būti sumontuotas ant nedidelio radiatoriaus.
Optoporos U1 tranzistorius reguliuoja įtampą tarp Q1 ištakos (Source) ir užtūros (Gate). Kai jungiklis PTT įjungtas, srovė, tekanti rezistoriumi R1, per PTT jungiklį teka į žemę. Stabilizatoriaus išėjime atsiradus didesniai nei stabilitronų D3 ir D4 stabilizavimo įtampai pradeda tekėti srovė per optoporos diodą, optoporos tranzistorius prasidaro ir mažina įtampą tarp valdančio tranzistoriaus ištakos ir užtūros. Srovė, tekanti valdymo tranzistoriumi Q1, sumažėja, tuo pačiu sumažėja ir stabilizatoriaus išėjimo įtampa.
Priėmimo režime lempos ekraninio tinklelio įtampa nereikalinga. Stabilizatorių galima išjungti atjungus jungiklį PTT. Srovė, tekanti rezistoriais R1, R3 ir U1 diodu, atidaro optoporos tranzistorių ir sumažina įtampą tarp tranzistoriaus Q1 ištakos ir užtūros. Tranzistorius Q1 užsidaro ir išėjimo įtampa sumažėja iki nulio. Šiame režime stabilizatorius beveik nenaudoja energijos. Rezistorius R6 kartu su mažos galios 6,8V stabilitronu D1 apriboja srovės impulsus komutavimo metu. Diodas D2 apsaugo stabilizatorių lempos pramušimo atveju. Rezistorius R2 apsaugo optoporos diodą. Jis stabilizacijos įtampai didelės įtakos neturi. Rezistorius R3 skirtas palaikyti stabilitronų darbui reikalingą minimalią srovę (apie 1 mA). Optopora bet kokia mažos galios su perdavimo koeficientu >100%. Apkrovos rezistorius R4 sudarytas iš trijų lygiagrečiai sujungtų 2W 100kOm rezistorių. Darant plokštę reikia atkreipti dėmesį į tai, kad tarp optoporos diodo ir tranzistoriaus bus apie 400V įtampa.
Panašioje stabilizatoriaus schemoje reguliavimas realizuotas maitinimo šaltinio minusiniame išvade. D5 ir C2 čia 400V ekraninės įtampos šaltinio lygintuvo elementai. Šioje schemoje reguliuojantis tranzistorius Q1 N-kanalo. Jam keliami reikalavimai tokie pat kaip ir Q1 pirmoje schemoje. Esant įjungtam stabilizatoriui per apkrovos rezistorių R4 tekanti srovė apkrauna stabilizatoriaus tranzistorių.
tags: #parametrinis #itampos #stabilizatorius