1 из имеющейся элементной базы выполнить разработку устройства стабилизатор напряжения

Делаем стабилизатор напряжения на 220В своими руками

Электропроводка, особенно в старых многоэтажных домах, поселках и деревнях оставляет желать лучшего, из-за этого возникают частые скачки напряжения. Печальным последствием может быть выход из строя бытовых приборов. При этом даже гарантия на такие устройства не действует. Но решить проблему можно, достаточно потратить немного времени на изучение материала, закупку необходимых деталей и изготовление стабилизатора напряжения на 220 В.

Общее устройство стабилизатора напряжения

Стабилизаторы напряжения выпускаются в большом количестве по всему миру. В зависимости от ценовой политики производителя меняются только их технические характеристики, срок эксплуатации и гарантийный срок.

Итак, чтобы изготовить стабилизатор напряжения на 220 В своими руками, необходимо узнать его устройство:

  1. Основным силовым элементом стабилизирующего устройства является трансформатор или автотрансформатор. Вариант с автотрансформатором проще, так как последний имеет только одну обмотку, с множеством отводов. Подключая выход к разным отводам можно менять коэффициент автотрансформации, поддерживая напряжение на выходе.
  2. Узел коммутации отводов автотрансформации. Состоит из множества симисторов, подключенных в отводам автотрансформатора, которые непосредственно и подключают нужный отвод к выводу.
  3. Схема измерения и управления. Определяет уровень входного напряжения и высчитывает какой вывод автотрансформатора необходимо закомутировать, подает управляющий сигнал на узел коммутации, включая соответствующий симистор.
  4. Блок питания. Состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и стабилизатора напряжения. Цель — обеспечить узлы схемы питающим напряжением.

Также для каждого устройства должна быть предусмотрена защита от короткого замыкания в виде автоматического выключателя или более дешёвого простого предохранителя.

Как работает стабилизатор напряжения

Автотрансформатор — это устройство, которое может менять коэффициент трансформации, таким образом компенсируя просадки или скачки входного напряжения. Например, если напряжение опустилось до 180 В, то схема управления должна подключить обмотку автотрансформатора, обеспечивающую коэффициент усиления в 1.22 раза. Тода выходное напряжение составит 220 В.

В приведенной ниже в этой статье схеме, которую предлагается собрать, применено 4 повышающих и 2 понижающих отвода. Понятно, что при таком принципе работы всегда будет какая-то погрешность установки выходного напряжения. Но это не страшно, и более того абсолютно нормально, так как согласно требованиям к сетевому напряжению, оно может меняться в диапазоне 220 В+10%–5%, а конкретно 198–242 В. Таким образом, любой выпускаемый и имеющийся в продаже прибор, обязан работать в таком диапазоне питающих напряжений.

Таким образом, задача-минимум стабилизатора заключается в том, чтобы обеспечить выходное напряжение в указанном диапазоне. Устройство, выполненное по указанному выше принципу легко справится с этой задачей.

Существующая современная элементная база позволяет использовать для создания узла управления большой перечень программируемых микроконтроллеров, например, производства Atmel, MicroChip и так далее. Схема такого устройства получится небольшой и гарантированно рабочей. Однако, использование, программирование таких микроконтроллеров требует специальных знаний и поэтому в этой статье мы остановимся на более простом варианте стабилизатора, собрав который, вы получите готовое устройство, не требующее программирования.

Мы предлагаем собрать схему, включающую в свой состав операционные усилители и логические микросхемы типа «исключающее ИЛИ».

Алгоритм работы простого стабилизатора напряжения электронного типа:

  1. Напряжение на входе в стабилизатора попадает на схему измерения уровня (схему сравнения), выполненную на множестве операционных усилителей LM339N. Результатом работы схемы будут множество сигналов, соответствующих возможному правильному решению выбора отвода автотрансформатора.
  2. Далее эти сигналы поступают на логическую часть, выполненную на ИС К1554ЛП5 (SN74АС86), после которой остается только один сигнал выбора отвода, соответствующий ближайшему, правильному выводу автотрансформатора.
  3. Затем выбранный сигнал проивзодит включение конкретного оптосимистора MOC3061, который уже непосредственно подключает симистор BTA41-800B, соединяющий вывод автотрансформатора с выходом устройства.

Читайте также: Бытовой стабилизатор напряжения 500 вт

Последовательность изготовления стабилизатора напряжения своими руками

Прежде чем приступать к самостоятельному изготовлению стабилизирующего устройства, необходимо приобрести некоторые инструменты. Перечень их следующий:

  • Паяльник. Так как работа будет проходить с чувствительными электронными элементами, то мощность паяльника должна быть в пределах 40 Вт. Диоды, транзисторы и прочие радиоэлектронные элементы достаточно чувствительны к высоким температурам, и воздействие паяльника мощностью в 80 или 100 Вт может их повредить.
  • Пинцет. Чтобы элемент надёжно припаять к другому элементы, их следует предварительно нагреть. А удерживать горячий провод голыми руками не очень удобно и комфортно.
  • Монтажный или канцелярский нож. Идеально подходит для снятия изоляции с проводов. Покупать для этого дорогостоящие специализированные клещи нет никакого смысла.
  • Канифоль и олово. Расходные материалы для пайки. Для начинающих радиотехников можно приобрести дополнительно паяльную кислоту.

Необходимые инструменты собраны, и можно приступать к монтажу схемы.

Приступаем непосредственно к сборке стабилизатора

Создание печатной платы слишком дорогое и долгое удовольствие, хотя при желании, вы можете последовать и по этому пути, но мы предлагаем поступить проще и выполнить монтаж устройства на обычной макетной плате, которую легко найти в продаже. Таким образом выполнить схему стабилизатора напряжения 220 В своими руками будет намного проще.

Современная база электронных компонентов очень широкая и предполагает множество вариантов замен:

Также следует обратить внимание, что в электронной схеме есть 2 элемента, которые обязательно необходимо охлаждать: стабилизатор КР1158ЕН6А и симисторы. Первый рекомендуется установить на охладитель площадью не менее 15–20 см², можно специализированный под корпус ТО-220. Второй — на охладитель 800–1000 см².

Изготовление силового трансформатора

Силовой питающий трансформатор T1, как было сказано выше, является одним из основных элементов стабилизатора напряжения, поэтому к его изготовлению следует отнестись ответственно. Но самостоятельное изготовление весьма проблематично.

Поэтому для большей простоты можно приобрести 2 готовых изделия марки ТПК-2-2. Выходное напряжение каждого преобразователя составляет 12 В, чтобы получить 24 В, трансформаторы следует соединить последовательно. Схема соединения приведена ниже (рисунок 3).

К сожалению, трансформатор Т2 нельзя приобрести, а только сделать самостоятельно. Для этого потребуется:

  • тороидальный магнитопровод (в качестве которого можно использовать статор двигателя на 10 кВт);
  • Провод ПЭВ-2 диаметром не менее 4.2 мм.

Выводы автотрансформатора, начиная от нижнего делаются от: 150, 164, 180, 196, 218 и 246 витка.

Основные этапы сборки

Правильная сборка стабилизатора напряжения обеспечит его долговечную и бесперебойную работу. Поэтому все элементы должны быть спаяны согласно схеме, иначе возможно возникновение короткого замыкания.

Последовательность сборки стабилизатора:

  1. Последовательно к одному из проводов, поступающих на вход в устройство, должен быть впаян предохранитель. Это поможет избежать чрезмерных нагрузок, а также короткого замыкания.
  2. Далее на макетную плату устанавливаются компоненты схемы, за исключением силовых, которые будет установлены отдельно.
  3. Затем необходимо выполнить соединения и пайку проводом для монтажа.
  4. После запайки логической части схема, блока питания необходимо проверить логику работы, не подключая управления оптосимисторами и симисторами. С помощью ЛАТРа, подавая на вход напряжение разного уровня убедитесь, что срабатывают верные светодиоды.
  5. После этого, можно завершать сборку устройства и выполнять окончательную проверку, предварительно еще раз убедившись в правильности выполненного монтажа.

Читайте также: Стабилизатор инверторный однофазный 220в 550ва инстаб is550 штиль

Стабилизатор напряжения на 220 В, изготовленный своими руками, прослужит долгое время, с одним важным условием — если все элементы схемы собраны правильно.

Подводя итоги

Такое устройство, как стабилизатор напряжения, является надёжным защитником всей бытовой техники в доме. Поэтому к его изготовлению следует отнестись со всей ответственностью, так от качества его работы зависит долговечность всех подключенных к нему электронных приборов. Важным преимуществом сборки своими руками подобного стабилизатора является то, что в случае возникновения какой-либо неисправности, её можно будет очень быстро исправить.

Но следует помнить: если нет уверенности в собственных силах, то стабилизатор напряжения всегда можно приобрести в соответствующем торговом заведении. Это будет дороже, но практически на все электронные устройства действует гарантия. Также важно то, что качество заводских моделей намного выше стабилизаторов, собранных самостоятельно.

Видео по теме

Часть 1. Инверторный стабилизатор

Часть 2. Корректор мощности

Схемы простых стабилизаторов напряжения

Чаще всего радиотехнические устройства для своего функционирования нуждаются в стабильном напряжении, не зависящем от изменений сетевого питания и от тока нагрузки. Для решения этих задач используются компенсационные и параметрические устройства стабилизации.

Параметрический стабилизатор

Его принцип работы заключается в свойствах полупроводниковых приборов. Вольтамперная характеристика полупроводника – стабилитрона показана на графике.

Во время включения стабилитрона свойства подобны характеристике простого диода на основе кремния. Если стабилитрон включить в обратном направлении, то электрический ток сначала будет расти медленно, но при достижении некоторой величины напряжения наступает пробой. Это режим, когда малый прирост напряжения создает большой ток стабилитрона. Пробойное напряжение называют напряжением стабилизации. Во избежание выхода из строя стабилитрона, течение тока ограничивают сопротивлением. При колебании тока стабилитрона от наименьшего до наибольшего значения, напряжение не изменяется.

На схеме показан делитель напряжения, который состоит из балластного сопротивления и стабилитрона. К нему параллельно подключена нагрузка. Во время изменения величины питания меняется и ток резистора. Стабилитрон берет изменения на себя: меняется ток, а напряжение остается постоянным. При изменении резистора нагрузки ток изменится, а напряжение останется постоянным.

Компенсационный стабилизатор

Прибор, рассмотренный ранее очень простой по конструкции, но дает возможность подключать питание прибора с током, который не превышает наибольшего тока стабилитрона. Вследствие этого используют приборы, стабилизирующие напряжение, и получившие название компенсационных. Они состоят из двух видов: параллельные и последовательные.

Называется прибор по методу подключения элементу регулировки. Обычно используются компенсационные стабилизаторы, относящиеся к последовательному виду. Его схема:

Элементом регулировки выступает транзистор, соединенный последовательно с нагрузкой. Напряжение выхода равняется разности значения стабилитрона и эмиттера, которое составляет несколько долей вольта, поэтому считается, что выходное напряжение равно стабилизирующему напряжению.

Рассмотренные приборы обоих типов имеют недостатки: невозможно получить точную величину напряжения выхода и производить регулировку во время работы. Если нужно создать возможность регулирования, то стабилизатор компенсационного вида изготавливают по схеме:

В этом приборе регулировка осуществляется транзистором. Основное напряжение выдает стабилитрон. Если напряжение выхода повышается, база транзистора получается отрицательной в отличие от эмиттера, транзистор откроется на большую величину и ток возрастет. Вследствие этого, напряжение отрицательного значения на коллекторе станет ниже, так же как и на транзисторе. Второй транзистор закроется, его сопротивление повысится, напряжение выводов повысится. Это приводит к снижению напряжения выхода и возвращению к бывшему значению.

Читайте также: Трехфазный стабилизатор ресанта 20 квт асн 20000 3 эм

При снижении напряжения выхода проходят подобные процессы. Отрегулировать точное напряжение выхода можно резистором настройки.

Стабилизаторы на микросхемах

Такие устройства в интегральном варианте имею повышенные характеристики параметров и свойств, которые отличаются от подобных приборов на полупроводниках. Также они обладают повышенной надежностью, небольшими габаритами и весом, а также небольшой стоимостью.

Последовательный стабилизатор

  • 1 – источник напряжения;
  • 2 – Элемент регулировки;
  • 3 – усилитель;
  • 4 – источник основного напряжения;
  • 5 – определитель напряжения выхода;
  • 6 – сопротивление нагрузки.

Элемент регулировки выступает в качестве изменяемого сопротивления, подключенного по последовательной схеме с нагрузкой. При колебании напряжения меняется сопротивление элемента регулировки так, что происходит компенсация таких колебаний. Воздействие на элемент регулировки производится по обратной связи, которая содержит элемент управления, источник основного напряжения и измеритель напряжения. Этот измеритель является потенциометром, с которого приходит часть напряжения выхода.

Обратная связь регулирует напряжение выхода, использующееся для нагрузки, напряжение выхода потенциометра становится равным основному напряжению. Колебания напряжения от основного создает некоторое падение напряжения на регулировке. Вследствие этого, измеряющим элементом в определенных границах можно осуществлять регулировку напряжения выхода. Если стабилизатор планируется изготовить на определенную величину напряжения, то измеряющий элемент создается внутри микросхемы с компенсацией температуры. При наличии большого интервала напряжения выхода, измеряющий элемент выполняется за микросхемой.

Параллельный стабилизатор

  • 1 – источник напряжения;
  • 2 –элемент регулирующий;
  • 3 – усилитель;
  • 4 – источник основного напряжения;
  • 5 – измерительный элемент;
  • 6 – сопротивление нагрузки.

Если сравнить схемы стабилизаторов, то прибор последовательного вида имеет повышенный КПД при неполной загрузке. Прибор параллельного вида расходует неизменную мощность от источника и выдает ее на элемент регулировки и нагрузку. Стабилизаторы параллельные рекомендуется использовать при неизменных нагрузках при полной загруженности. Стабилизатор параллельный не создает опасности при КЗ, последовательный вид при холостом ходе. При неизменной нагрузке оба прибора создают высокий КПД.

Стабилизатор на микросхеме с 3-мя выводами

Инновационные варианты схем стабилизаторов последовательного вида выполнены на 3-выводной микросхеме. Вследствие того, что есть всего лишь три вывода, их проще использовать в практическом применении, так как они вытесняют остальные виды стабилизаторов в интервале 0,1-3 ампера.

  1. U вх – необработанное напряжение входа;
  2. U вых –напряжение выхода.

Можно не использовать емкости С1 и С2, однако они позволяют оптимизировать свойства стабилизатора. Емкость С1 применяется для создание стабильности системы, емкость С2 нужна по той причине, что внезапное повышение нагрузки нельзя отследить стабилизатором. В таком случае поддержка тока осуществляется емкостью С2. Практически часто применяются микросхемы серии 7900 от компании Моторола, которые стабилизируют положительную величину напряжения, а 7900 – величину со знаком минус.

Для увеличения надежности и создания охлаждения стабилизатор монтируют на радиатор.

Стабилизаторы на транзисторах

На 1-м рисунке схема на транзисторе 2SC1061.

На выходе прибора получают 12 вольт, на напряжение выхода зависит прямо от напряжения стабилитрона. Наибольший допустимый ток 1 ампер.

При применении транзистора 2N 3055 наибольший допускаемый ток выхода можно повысить до 2 ампер. На 2-м рисунке схема стабилизатора на транзисторе 2N 3055, напряжение выхода, как и на рисунке 1 зависит от напряжения стабилитрона.

  • 6 В — напряжение выхода, R1=330, VD=6,6 вольт
  • 7,5 В — напряжение выхода, R1=270, VD = 8,2 вольт
  • 9 В — напряжение выхода, R1=180, Vd=10

На 3-м рисунке – адаптер для автомобиля – аккумуляторное напряжение в автомобиле равно 12 В. Для создания напряжения меньшего значения применяют такую схему.

  • Свежие записи
    • Датчик положения педали газа 1: принцип работы и особенности
    • Что произойдет, если датчик кислорода на автомобиле перестанет работать?
    • Как очистить датчик массового расхода воздуха: эффективные средства
    • Причины выхода из строя датчика абсолютного давления
    • Где находится масляный датчик на ВАЗ 2112 с 16 клапанами?