Стабилизатор напряжения 12 вольт. Схемы стабилизатора
Сложно представить навороченный тюнинг современных автомашин без светодиодного оформления. Отдельным доработкам нужно приложить немало усилий, к примеру, монтаж светодиодных лент в фары. И часто случается неприятный казус, если светодиоды вдруг сгорают или выходят из строя. Обычно, причина заключается в том, что схема подключения не оснащена стабилизатором.
Если в сети автомашины имеются светодиодная техника до 300 мА, то для увеличения их срока службы требуется установка ограничителя тока (резистора). При нестабильном напряжении в сети автомашины рекомендовано применять стабилизатор.
Итак, для обеспечения электрооборудования автомобиля качественным напряжением нужно использовать автономный стабилизатор. Даже такие модные сегодня элементы тюнинга, как светодиоды, лучше запитывать через стабилизатор 12 вольт.
Стабилизатор напряжения 12 вольт: как он работает?
Сегодня у нас есть некоторые замечательные электронные микросхемы, специально разработанные для применения регулирования напряжения. Такими микросхемами обеспечивается качественная стабилизация. Проектируются они на базе автопереключения секций применяемого трансформатора с помощью электронных ключей (тиристоров, симисторов и реле). Аппараты обладают быстродействием, широким диапазоном входных параметров и высоким КПД.
Имеется вариант — применить в качестве стабилизирующего ограничителя тока микросхему LM317. Принципиальная схема ниже показывает довольно простую конфигурацию, где СК 317 используется в стандартном режиме регулятора напряжения.
В предлагаемом устройстве включена микросхема LM317, которая ограничивает его от таких возможных опасностей, как перегрузка по току, перепады напряжения и короткие замыкания, обеспечивая идеальные условия для создания комфортного интерьера в автомобиле. Схема настроена на поддерживание 12 вольт на выходе. В системе предусмотрена тепловая защита (изоляция из слюды) и защита от короткого замыкания (пожарная опасность).
Упрощенный вариант стабилизатора напряжения 12 вольт
С использованием микросхемы LM196 и минимумом компонентов, как приведено ниже, конфигурация стабилизатора будет чрезвычайно простой.где Р3 = 240 Ом, Д1, Д2 = 15 А, ІС1 = LM196.
Резисторами ограничивается ток на светодиоды, дабы они не сгорели. Мощность их должна быть не менее 0,05 Вт, поскольку при работе она находится в зависимости от разницы значений входного и выходного напряжения.
Однако два рассмотренных варианта имеют один довольно существенный недостаток – собранные по ним устройства греются. Потому что это линейные регуляторы. Импульсный же аппарат отличается от тех, что описаны выше, наряду с другими своими функциями тем, что практически не греется (лишь в случае, если очень перегрузить).
Импульсные стабилизаторы напряжения
Устройства в себе включают все что нужно. Исходя из их качеств, в большинстве случаев их и ставят для светодиодов.
Стабилизация осуществляется благодаря чередованию импульсов и пауз. Импульсные устройства обладают лучшим КПД по сравнению с линейными. Иными словами, они способны преобразовывать входное напряжение по параметрам, заданным заранее. Регулировка этих параметров легко выполняется благодаря различным вариантам электрических схем. Импульсные устройства бывают повышающие, понижающие либо инвертирующие.
Сеть автомашины довольно уязвима для всяких помех, скачков напряжения. Для защиты электросети в автомашинах применяют импульсный стабилизатор напряжения 12 вольт.
Благодаря ему нестабильное напряжение входной сети питает сеть стабильными 12 вольтами и током, около 0,3-0,4 ампера. Штатные электрические узлы автомашины, как правило, надежно защищены при установке.
Преимущества применения стабилизаторов
Стабилизаторы имеют ряд достоинств, среди которых:
- cглаживание небольших скачков и колебаний сети;
- защита электроприёмников внутренней сети от недонапряжения или перенапряжения;
- надёжная защита чувствительной электронной системы от неполадок из-за сетевых перепадов;
- исключение такого эффекта, как мерцание лампочек. И как следствие, существенное увеличение срока их службы.
Заключение
Электрическая система любого транспортного средства, вероятно, более изменчива, чем электрика в нашем доме, просто потому, что она создается из источника под названием автомобильный генератор. Выходные параметры последнего претерпевают существенные изменения в зависимости от скорости транспортного средства.
Это означает, что резкие изменения скорости или частое применение тормоза, генерируют изменение энергетических параметров на выходе генератора. Поскольку в настоящее время интерьеры нашего автомобиля или другого транспортного средства сильно наполнены сложными электронными устройствами, то нестабильные условия могут привести к нежелательным последствиям в работе этой техники, а именно повлиять на их производительность и срок службы.
Остаётся один выход: установить в автоматический стабилизатор напряжения или стабилизатор тока. Но что из них выбрать для установки?
- Если электроприёмник устанавливается в автомашину с нестабильным напряжением – без стабилизатора напряжения не обойтись.
- Если изделие рассчитано на 300 мА и выше – ставится стабилизатор тока.
Надеемся, что типовые решения для стабилизатора в автомашине, описанные в этой статье, помогут избавить вас от всех тревог и волнений.
Схема изготовления стабилизатора на 12в своими руками
Стабилизаторы напряжения являются важнейшей частью всех электронных схем, они дают непрерывное, устойчивое питание компонентам системы, обеспечивая стабильность её параметров и защиту при неисправностях в схеме или в первичном источнике напряжения. 12 вольт постоянного напряжения – наиболее востребованное, применяется для питания множества устройств, используемых отдельно или встроенных в различные конструкции.
Стабилизация с помощью стабилитрона
Классический стабилизатор
Большинство систем питания построено по схеме линейного стабилизатора напряжения на 12 вольт, которая может иметь несколько вариантов исполнения:
- Параллельный – регулировка с помощью включённого параллельно управляющего элемента;
- Последовательный – включение элемента регулировки последовательно с нагрузкой.
Простейшим стабилизатором напряжения является стабилитрон, также называемый диодом Зенера – это диод, работающий постоянно в режиме пробоя. Напряжение, при котором наступает пробой, – это напряжение стабилизации, основной параметр стабилитрона. При параллельном включении нагрузки получается элементарный стабилизатор напряжения, примерно равного напряжению стабилизации.
Балластное сопротивление R определяет ток стабилитрона, указанный в спецификации. Такое решение отличается низким коэффициентом стабилизации, зависимостью от температуры и применяется при малых токах нагрузки для питания отдельных компонентов основной схемы. Возможно значительно увеличить выходной ток, если последовательно с нагрузкой установить мощный транзистор.
Линейный стабилизатор с транзистором
В этой схеме транзистор подключён последовательно с нагрузкой как эмиттерный повторитель, весь ток течёт через его переход. Уровнем на базе управляет стабилитрон: при возрастании тока на выходе на базу подаётся большее напряжение, проводимость транзистора увеличивается, и выходное напряжение восстанавливается. Мощность такого стабилизатора определяется типом транзистора и может достигать десятков ватт.
Важно отметить! В таком виде стабилизатор не защищён от перегрузки и короткого замыкания, при котором мгновенно выходит из строя. Для практического применения схема значительно усложняется: вводятся элементы ограничения тока и различные защитные функции.
Интегральный стабилизатор
Стабилизатор напряжения 12 вольт легко может быть реализован, если применить специализированный интегральный линейный стабилизатор из серии 78ХХ с фиксированным выходным напряжением. Для выходного напряжения 12 вольт выпускаются микросхемы 7812, у разных производителей они носят наименование LM7812, L7812, K7812 и т.д.
Отечественный аналог – КР142ЕН8Б. Производятся в корпусах TO – 220, TO – 3, D2PAK с тремя выводами. Эти микросхемы можно найти в блоках питания любой аппаратуры, они практически вытеснили стабилизаторы на дискретных элементах.
Основные характеристики стабилизатора в широко распространённом корпусе TO – 220:
- Выходное стабилизированное напряжение – от 11,5 до 12,5 В;
- Входное напряжение – до 30 В;
- Выходной ток – до 1А;
- Встроенная защита от перегрузки и короткого замыкания.
Входное напряжение должно превышать выходное (12 вольт) минимум на 3 вольта во всём диапазоне выходного тока. На выходной ток до 100 мА выпускается вариант микросхемы –78L12. Типовая схема включения позволяет своими руками собрать надёжный стабилизатор напряжения 12 вольт с характеристиками, подходящими для многих задач.
Включение микросхемы 7812
Конденсатор фильтров рекомендуется устанавливать не далее 30 мм от выводов микросхемы. Если выходного тока 1 ампер недостаточно, можно установить дополнительный транзистор.
Увеличение выходного тока
Схема имеет параметры стабилизации, аналогичные применённой микросхеме.
В некоторых случаях целесообразно использование микросхем серии 1083/84/85. Это интегральные стабилизаторы с выходным током 3, 5, и 7, 5 ампер. Устройства относятся к типу Low Dropout (с низким падением напряжения) – для них разница между входным и выходным напряжением может быть 1 вольт. Схема включения полностью соответствует микросхемам типа 7812.
Видео
Оцените статью:Схема стабилизатора напряжения — простой расчёт
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.
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.
- U вх – необработанное напряжение входа;
- 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.
Микросхема имеет вид:
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.
Регулируемый стабилизатор от 0 до 12 вольт
Регулируемый стабилизатор напряжения от 0 до 12 вольт и током нагрузки до 1-го ампера представлен на рисунке 1.
Переменное напряжение 12 вольт выпрямляется диодным мостиком VD1…VD4, сглаживается фильтром С1 С2, подается на параметрический стабилизатор на стабилитроне VD1. Напряжение 12 вольт, выделенное на стабилитроне, приложено к резистору R2. С движка переменного резистора R2 напряжение подается на аналоговый ключ VT1 VT2, включенного по схеме составного транзистора. Степень открытия ключа зависит от положения движка переменного резистора R2, т.е. в нижнем по схеме положении регулятора, напряжение на базе равно нулю и транзисторы VT1 VT2 закрыты, напряжение в нагрузку не поступает. В верхнем по схеме положении регулятора R2, напряжение не базе максимально. Транзисторы открыты полностью, а напряжение с выпрямителя приложено к нагрузке, за исключением падения на переходе коллектор – эмиттер транзистора VT1.
В схеме регулируемого стабилизатора на рисунке 1 заложена схема защиты по току на транзисторе VT3. Если ток на резисторе R4 превысит значение 1,2 ампера, за счет падения напряжения на нем открывается транзистор VT3, шунтируя тем самым переходом коллектор – эмиттер резистор R2, напряжение на R2 уменьшается, вызывая закрытие транзисторов VT1 VT2.
Порог срабатывания защиты по току подбирается сопротивлением R4, и при его сопротивлении 0,5 ома примерно равен 1,1…1,25 ампера.
Регулируемый стабилизатор от 0 до 12 вольт 3 ампера
Исключив из схемы на рисунке 1 узел защиты по току и заменив транзисторы VT1 VT2 на более мощные, можно построить регулируемый стабилизатор от 0 до 12 вольт с током в нагрузке до 3-х ампер. Схема такого стабилизатора представлена на рисунке 2.
При повторении схемы регулируемого стабилизатора на рисунке 2, необходимо обратить внимание на тепловые параметры выпрямительного мостика VD1…VD4 и транзистора VT2. Транзистор VT2 необходимо установить на радиатор с площадью охлаждения не мене 250 кв.см, а диоды должны быть рассчитаны на ток не менее 10 ампер (Д245…Д247).
В схеме регулируемого стабилизатора не показан питающий транформатор, который должен обеспечить требуемый ток на вторичной обмотке.