Спрос на системы, стабилизирующие напряжение, значительно вырос за последние годы. Особенный интерес проявляется к приборам, работающим с искусственными источниками освещения и в частности со светодиодами. Стабилизатор тока на lm317 – это простое, недорогое, но надежное устройство, которое можно приобрести или собрать самостоятельно. В последнем случае необходимо знать основные правила приборостроения, требования безопасности при работе с электричеством и подготовить стандартный набор элементов.
Для чего необходима стабилизация тока и напряжения
Стабилизатор тока на LM317 для светодиодов
Количество электрических устройств в домах постоянно растет. За последние годы число электроприборов увеличилось в несколько раз. Как результат – возросла потребность в уровне напряжения в электрических сетях. При этом большая часть зданий (жилых и производственных) и электростанций построена более 30-40 лет назад.
Некоторые современные приборы производят со встроенными стабилизаторами – небольшими схемами для предотвращения поломок от скачков напряжения. Но большая часть не содержит дополнительных устройств и даже малый перепад в сети грозит перегоранием. В группе повышенного риска крупная бытовая техника (не цифровая). В частности бойлеры и стиральные машины.
Чтобы избежать повреждений и обеспечить стабильное напряжение в сети, устанавливают стабилизаторы. В каждом доме это делать необязательно. Если в здании постоянная подача тока без серьезных перепадов (в пределах 220 Вольт с максимальной погрешностью 10%), в дополнительных устройства нет смысла. Но когда скачки постоянны, установка стабилизатора позволит сберечь технику и обеспечит электричеством.
Виды стабилизирующих устройств
Перед покупкой прибора следует ознакомиться с основными типами и особенностями. Каждый имеет преимущества и недостатки, предназначены для разного уровня напряжения и количества приборов. Отличаются и принципы работы.
Релейные
Релейный стабилизатор напряжения
Оптимальный вариант для частных и дачных домов, квартир. На трансформаторе установлено несколько магнитных обмоток. В момент перепада напряжения между ними происходит переключение, что позволяет сохранить поток напряжения в прежнем режиме. К недостаткам относят:
- изменение потока энергии в ступенчатом режиме (резко, прерывисто),
- искривление синусоиды потока напряжения,
- небольшая мощность на моменте отдачи.
Стоимость подобных устройств значительно ниже других моделей стабилизаторов. Отзывы владельцев хорошие, прибора оказывается достаточно для домашних сетей.
Электронные
Тиристорный регулятор напряжения РСТ
Различают два типа стабилизаторов электронного «наполнения» симисторные и тиристорные. В первых переключение между обмотками в автоматическом режиме осуществляет небольшой механизм – симистор. КПД прибора высокое, срабатывает быстро. Существенный плюс для бытового использования – бесшумность работы. Второй вид не так эффективен, обычно используется для стабилизации домашних сетей без большого напряжения. Наиболее заметный недостаток – стоимость.
Электромеханические
Другие названия – сервомоторные, сервоприводные. Принцип работы – с помощью электропривода угольный электрод перемещается по обмоткам, создавая бесперебойное напряжение. Часто покупается для бытовых нужд и небольших помещений (дом, дача, офис). Плюсы – цена, компактность, плавное переключение. Минусы – шум, малая скорость переключения.
Феррорезонансные
Феррорезонансный стабилизатор
В последние годы редко используется из-за появления более современных устройств. Эффект феррорезонанса возникает в системе взаимодействия трансформатора и конденсатора. Устройства крупногабаритные, шумные, не работают при резких и значительных перегрузках. Преимущества – длительный срок эксплуатации, возможность использования в помещениях с высокой влажностью.
Инверторные
Устройства данного типа являются мощными и дорогостоящими. Используются в быту и крупных производственных помещениях. Основное отличие – кварцевый генератор и контроллер, которые преобразуют напряжение на входе в постоянный ток, а на выходе – в переменный. Одновременное двойное формирование позволяет работать с различным уровнем тока – от 115 до 300 Вольт. Преимущества – отсутствие шума, малый размер, быстрое переключение и регулирование, другие дополнительные возможности (например, защита бытовой техники от чрезмерного напряжения).
Схемы линейных устройств
Стабилизатор тока на lm317 – это прибор, работающий по линейной схеме переключения напряжения. Подобные микросхемы используются для сетей, где не требуется высокий КПД и чрезмерная мощность. В частности – для поддержки работы светодиодов. Преимущества:
- защита от резких скачков, чрезмерного уровня электроэнергии,
- переполюсовка тока на входном элементе,
- отсутствие дополнительных деталей и устройств.
К недостаткам относят меньший КПД – напряжение, полученное сверх необходимого, перерабатывается в нагревание, поэтому дополнительное охлаждение обязательно.
Для стабильной работы требуется плюсовая разница токов на входе и выходе – линейные стабилизаторы перестают функционировать при падении в 0,4В (даже при 0,5В). Поэтому схема бп на lm317 с регулировкой тока и напряжения не применяется для крупногабаритных устройств и «тяжелых» сетей.
Основные характеристики
Подключение схемы к батарее на 9V типа Крона
Стабилизатор напряжения на lm317 работает в определенном диапазоне подачи электроэнергии. Пределы – минимум 1,25В, максимум 37В. На выходе мощность напряжения не превышает 1,5 Ампер, погрешность при нестабильном подключении составляет до 0,1%.
Регулятор напряжения на микросхеме lm317 имеет системы дополнительной внутренней защиты: от коротких сетевых замыканий, от теплового перенапряжения, от чрезмерного рассеивания «лишнего» напряжения.
Тепловое ограничение обеспечивают специальные микродатчики, которые гарантируют защиту техники от превышения рассеиваемой мощности – если подобное произойдет, устройство просто отключится и не пострадает.
Мощность и входное напряжение
Для работы регулятора тока на схеме lm317 напряжение на входной части не должно быть выше 40 Вольт. При этом минимальная разница тока на входах и выходах должна превышать 2 Вольта.
Чтобы работал регулятор напряжения на lm317, схема не должна получать нагрузку больше 1,5А. Если не будет дополнительного охлаждения, уровень снизится. Примерную мощность вычисляют, умножая два показателя – мощность электроэнергии на выходе и разница потенциалов входа и выхода.
При температуре окружающей среды до 30° по Цельсию допускается рассеивание мощности до 1,5Вт (если нет теплоотвода). При нормальном уровне теплоотведения допускается рассеивание до 20Вт.
Конструкция устройства
Стабилизатор с двумя резисторами
Схема блока питания стабилизатора на lm317 с регулировкой тока и напряжения при минимальном обустройстве имеет два резистора, разница в сопротивлении которых регулирует напряжение на выходе и конденсаторах. Среднее значение тока на опорных элементах составляет 1,25 В. Сопротивление не должно превышать 240 Ом.
Корпус стабилизатора на схеме lm317 изготавливается из пластмассы. Возможные варианты: ТО 220 и 220FP, SOT23 и D2PAK. Системы внутренней защиты позволяют устройству работать в случае отключения входа регулировки.
Импульсные драйверы
Драйверы с импульсной системой – это те же стабилизаторы напряжения. Напряжение переменного типа позволяет регулировать работу устройства. Если уровень составляет меньше 2-3 Ампер, не требуется дополнительное теплоотведение.
Импульсные приборы «нарезают» входящий ток, чтобы на выходе получить нужный уровень напряжения. Может работать с сетями высоких нагрузок. Минусы – необходим отдельный источник питания, стоимость, внешнее «лишнее» электромагнитное поле. Сложно собрать в домашних условиях.
Схемы включения
Схема включения блока питания на lm317 с регулировкой тока и напряжения позволяет использовать стабилизатор в сетях с нестандартным напряжением. Чтобы устройство работало, необходимо минимум два резистора. Наиболее важные показатели – напряжение опорного пункта, уровень тока на выходе.
Простейший стабилизированный блок питания
Схема простого блока питания
Стабилизаторы напряжения необходимы не только для защиты бытовой и производственной техники. В лабораторных условиях устройства помогают избежать чрезмерных потоков электроэнергии и перегорания сетей. Поэтому начинающие и профессиональные техники стремятся использовать хотя бы простые стабилизирующие блоки.
Основные плюсы:
- несложная сборка,
- надежная работа,
- недорогие и доступные детали.
Самодельный регулируемый блок питания
К недостаткам относят низкий выходящий КПД, использование радиаторов крупных размеров, крупногабаритность устройства.
Для стандартного прибора потребуется несколько элементов:
- схема lm317,
- транзистор с пластиковым корпусом,
- диод,
- два резистора,
- два конденсатора,
- диодный мост.
Минимальное количество деталей и простая конструкция позволят быстро собрать стабилизатор напряжения и использовать его для небольшой сети.
Показатели элементов не имеют критического значения. Например, резисторы на R1 могут иметь значения от 30 до 50 Ом, а диод не устанавливать.
Блок питания на интегральном стабилизаторе
Интегральные стабилизаторы положительного напряжения
Устройства с интегральной системой работы используют в стабилизаторах напряжения, аудиосистемах, усилителях, блоках питания и других. Все детали конструкции соединены посредством кремниевого кристалла так, чтобы их последовательность составляла стабилизатор. В электротехнике используют два типа:
- с использованием полупроводника,
- с применением пленочных элементов (гибридный).
Стандартная схема включает несколько типичных деталей: опорного источника, усилителя, регулирующего элемента, защитный механизм для отключения и предотвращения замыканий.
Микросхемы интегрального типа являются устройствами с завершенным функциональным циклом. Каждая имеет пути входа, выхода и заземления.
Использовать подобные схемы можно только с определенными показателями напряжения. Допустимые пределы – от 5 до 24В, для тока – меньше 1А.
Интегральные схемы имеют ограничитель напряжения на выходе. Также устанавливается дополнительная защита от перегрева.
Схема стабилизатора с регулируемым блоком питания
Мост-выпрямитель в подобных устройствах позволяет преобразовать переменный поток тока в постоянный. Один из конденсаторов фильтрует энергию с пульсирующими характеристиками, другой – делает переход напряжения более плавным. Такой тип дает возможность стабилизатору работать на уровне низких частот постоянного тока.
Выбор резистора осуществляется по значению номинала, допустимого для стабилизатора. Погрешность должна быть минимальной. Оптимальный вариант – точный расчет.
Область применения
Стабилизаторы на основе микросхемы LM317 используются, чтобы стабилизировать основные показатели технических приборов. Такое устройство легко собрать самостоятельно, а прибор заводского изготовления стоит недорого. Для данного класса имеет отличные эксплуатационные данные и срок эксплуатации, если не будет чрезмерно сильных перепадов электроэнергии.
Недостатком является предел напряжения – не больше 3В. Стабилизатор на основе корпуса ТО 220 – самая доступная модель, которую используют в нескольких областях:
- бытовые (домашние) сети,
- лабораторные условия,
- LED-освещение (светодиоды).
Системы стабилизации напряжения на базе микросхемы LM317 – это надежные, простые и удобные устройства. Стоимость небольшая, но характеристики положительные. Подобные стабилизаторы часто используют для светодиодов в автомобилях.