Схема транзисторного регулятора напряжения

Во многих самодельных блоках питания схемы регуляторов напряжения представлены в тиристорном исполнение, но такие устройства имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Во-вторых, их можно применять только для управления нагрузкой с активным сопротивлением и нельзя использовать одновременно с нагрузкой индуктивного характера.

Между тем все эти проблемы легко решить, собрав регулятор напряжения, в котором основную роль играл бы не тиристор, а мощный транзистор. Транзисторный регулятор содержит мало радиоэлементов, не вносит помех в электрическую сеть и работает на нагрузку как с активным, так и с индуктивным сопротивлением. Его можно использовать для настройки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, электрокамина, скорости вращения электродвигателя, вентилятора, электродрели или напряжения на обмотке трансформатора. Устройство имеет следующие параметры: диапазон регулировки от 0 до 218 В; максимальная мощность нагрузки зависит от используемого транзистора и может составлять 500 Вт и более.

Регулятор напряжения схема на транзисторе

Диодный блок VD1-VD4 в зависимости от фазы направляет полупериод синусоидального тока на коллектор или эмиттер VT1. Трансформатор понижает его с уровня 220 до 5-8 Вольт, которое выпрямляется и сглаживается конденсатором С1. Переменный резистор R1 служит для регулировки величины управляющего напряжения, а резистор R2 ограничивает ток базы транзистора. Диод VD5 защищает VT1 в момент отрицательной полярности. Устройство подсоединяется к сети вилкой ХР1. Розетка XS1 служит для подключения нагрузки.

После включения питания тумблером S1 вольты поступает одновременно на диоды VD1, VD2 и первичную обмотку трансформатора. При этом выпрямитель, состоящий из диодного блока VD6-VD9, конденсатора С1 и переменного резистора R1, формирует управляющий сигнал, которое поступает на базу транзистора и открывает его. Если в момент включения схемы в сети оказался полупериод отрицательной полярности, ток нагрузки протекает по цепи VD1-коллектор-эмиттер VT1-VD4. Вращая движок R1 , можно управлять величиной тока коллектора VT1.

Этот ток, а следовательно, и ток, протекающий в нагрузке, будет тем больше, чем выше уровень управляющего и наоборот. При крайнем правом по схеме положении движка R1 транзистор окажется полностью открыт, и "доза" электроэнергии, потребляемая нагрузкой, будет соответствовать номинальной. Если движок R1 переместить в крайнее левое положение, VT1 окажется запертым, и ток через нагрузку не потечет. Управляя транзистором, мы фактически регулируем амплитуду значений, действующих в нагрузке. Транзистор при этом работает в непрерывном режиме, благодаря чему такой регулятор лишен недостатков, свойственных тиристорным устройствам.

Регулятор напряжения конструкция схемы. Диодный блок, диоды, конденсатор и резистор R2 устанавливают на монтажной плате размером 55х35 мм, выполненной из фольгированного текстолита толщиной 1-2 мм. В устройстве можно использовать следующие детали: транзисторы КТ840А,Б (Р=100 Вт), КТ856А (Р=150 Вт), КТ834А,Б,В (Р=200 Вт), КТ847А (Р=250 Вт). Если мощность регулятора требуется увеличить еще больше, то необходимо использовать несколько транзисторов, соединив их соответствующие выводы.

Вероятно, в этом случаерегулятор напряжения придется снабдить небольшим вентилятором для более интенсивного воздушного охлаждения полупроводниковых приборов. Диоды VD1-VD4 типа КД202Р, КД206Б или любые другие малогабаритные. Диодный блок VD6-VD9 типа КЦ405, КЦ407 с любым буквенным индексом. Диод VD5 — Д229Б,К,Л или любой другой на ток до 1 А. Переменный резистор R1 типа СП, СПО, ППБ мощностью не менее 2 Вт. Постоянный резистор R2 типа ВС, МЛТ, ОМПТ, С2-23 мощностью не менее 2 Вт. Оксидный конденсатор типа К50-6, К50-16. Сетевой трансформатор типа ТВ3-1-6 — от ламповых радиоприемников и усилителей, ТС-25, ТС- 27 — от телевизора "Юность", но с успехом можно применить и любой другой маломощный. Транзистор необходимо снабдить радиатором с площадью рассеяния не менее 200 см2 и толщиной 3-5 мм. Регулятор напряжения не нуждается в налаживании. При правильном монтаже и исправных деталях он начинает работу сразу после включения в сеть.

Регулятора напряжения схема на тиристоре

В предлагаемом для сборки устройстве имеется возможность осуществлять регулировку вольт в диапазоне от 110 до 215.

Если тиристор VS1 заперт, то через диод VD1 к нагрузке будет приходить один полупериод. Тиристором управляет генератор коротких импульсов, собранный на полевом транзисторе. Из-за пульсации питания на транзисторе, осуществляется синхронизация импульсов генератора. Кроме того, импульсы имеют смещение по фазе в момент прохождения сетевого питания через точку нуля.

Характер сдвига задается номиналом конденсатора С1 и резисторами R5, R6. Изменяя сопротивление R6, регулируем время включения тиристора, а следовательно и выходные вольты с выхода схемы тиристорного регулятора напряжения.

В некоторых случаях при настройке устройства, требуется подобрать сопротивление R5, так чтобы при минимальном значении резистора R6 на выходе был максимум напряжения.

Схемы симисторных регуляторов мощности хорошо подойдут для продление срока эксплуатации ламп накаливания и для регулировки их яркости свечения. Или для питания нестандартной аппаратуры, например на 110 вольт.

В быту, дома и на работе часто возникает необходимость в регулировки яркости свечения ламп накаливания или светодиодных, к сожалению яркость свечения люминесцентных ламп регулировать не получится

Собранный однажды простейший регулятор напряжения на одном транзисторе был предназначен для определённого блока питания и конкретного потребителя, никуда больше его подключать было конечно не нужно, но как всегда наступает момент, когда правильно поступать мы перестаём. В данной статье рассмотрим простой регулятор напряжения своими руками.

Имелся стабилизированный импульсный блок питания, дающий на выходе напряжение 17 вольт и ток 500 миллиампер. Требовалось периодическое изменение напряжения в пределе 11 – 13 вольт. И общеизвестная схема регулятора напряжения на одном транзисторе с этим прекрасно справлялась.

От себя добавил к ней только светодиод индикации да ограничительный резистор. К слову, светодиод здесь это не только «светлячок» сигнализирующий о наличии выходного напряжения. При правильно подобранном номинале ограничительного резистора, даже небольшое изменение выходного напряжения отражается на яркости свечения светодиода, что даёт дополнительную информацию о его повышении или понижении. Напряжение на выходе можно было изменять от 1,3 до 16 вольт.

КТ829 — мощный низкочастотный кремниевый составной транзистор, был установлен на мощный металлический радиатор и казалось, что при необходимости он вполне может выдержать и большую нагрузку, но случилось короткое замыкание в схеме потребителя и он сгорел. Транзистор отличается высоким коэффициентом усиления и применяется в усилителях низкой частоты – видно действительно его место там а не в регуляторах напряжения.

Слева снятые электронные компоненты, справа приготовленные им на замену. Разница по количеству в два наименования, а по качеству схем, бывшей и той, что решено было собрать, она несопоставима. Напрашивается вопрос – «Стоит ли собирать схему с ограниченными возможностями, когда существует более продвинутый вариант «за те же деньги», в прямом и переносном смысле этого изречения?»

• 
• 

Транзисторный регулятор напряжения

В нескольких номерах журнала "Радиоаматор" были напечатаны схемы регуляторов сетевого напряжения на тиристорах, но такие устройства имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих их возможности. Во-первых, они вносят достаточно заметные помехи в электрическую сеть, что нередко отрицательно сказывается на работе телевизоров, радиоприемников, магнитофонов. Во-вторых, их можно применять только для управления нагрузкой с активным сопротивлением (электролампой, нагревательным элементом) и нельзя использовать одновременно с нагрузкой индуктивного характера (электродвигателем, трансформатором).

Между тем все эти проблемы легко решить, собрав электронное устройство, в котором роль регулирующего элемента выполнял бы не тиристор, а мощный транзистор. Такую конструкцию я и предлагаю, причем ее может повторить любой, даже неопытный радиолюбитель, затратив при этом минимум времени и средств. Транзисторный регулятор напряжения содержит мало радиоэлементов, не вносит помех в электрическую сеть и работает на нагрузку как с активным, так и с индуктивным сопротивлением. Его можно использовать для регулировки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, электрокамина, скорости вращения электродвигателя, вентилятора, электродрели или напряжения на обмотке трансформатора.

Устройство имеет следующие параметры: диапазон регулировки напряжения от 0 до 218 В; максимальная мощность нагрузки зависит от используемого транзистора и может составлять 500 Вт и более. Регулирующий элемент прибора — транзистор VT1 (см. рисунок).

Диодный блок VD1-VD4 в зависимости от фазы сетевого напряжения направляет это напряжение на коллектор или эмиттер VT1. Трансформатор Т1 понижает напряжение 220. В до 5-8 В. которое выпрямляется диодным блоком VD6-VD9 и сглаживается конденсатором С1. Переменный резистор R1 служит для регулировки величины управляющего напряжения, а резистор R2 ограничивает ток базы транзистора.

Диод VD5 защищает VT1 от попадания на его базу напряжения отрицательной полярности. Устройство подсоединяется к сети вилкой ХР1. Розетка XS1 служит для подключения нагрузки. Регулятор действует следующим образом. После включения питания тумблером S1 сетевое напряжение поступает одновременно на диоды VD1, VD2 и первичную обмотку трансформатора Т1. При этом выпрямитель, состоящий из диодного блока VD6-VD9, конденсатора С1 и переменного резистора R1, формирует управляющее напряжение, которое поступает на базу транзистора и открывает его.

Если в момент включения регулятора в сети оказалось напряжение отрицательной полярности, ток нагрузки протекает по цепи VD1-коллектор-эмиттер VT1-VD4. Вращая движок R1 и изменяя управляющее напряжение, можно управлять величиной тока коллектора VT1. Этот ток, а следовательно, и ток, протекающий в нагрузке, будет тем больше, чем выше уровень управляющего и наоборот. При крайнем правом по схеме положении движка R1 транзистор окажется полностью открыт, и "доза" электроэнергии, потребляемая нагрузкой, будет соответствовать номинальной. Если движок R1 переместить в крайнее левое положение, VT1 окажется запертым, и ток через нагрузку не потечет. Управляя транзистором, мы фактически регулируем амплитуду переменного напряжения и тока, действующих в нагрузке. Транзистор при этом работает в непрерывном режиме, благодаря чему такой регулятор лишен недостатков, свойственных тиристорный устройствам.

Конструкция . Диодный блок, диоды, конденсатор и резистор R2 устанавливают на монтажной плате размером 55×35 мм, выполненной из фольгированного текстолита толщиной 1-2 мм.

В устройстве можно использовать следующие детали: транзисторы КТ840А,Б (Р=100 Вт), КТ856А (Р=150 Вт), КТ834А,Б,В (Р=200 Вт), КТ847А (Р=250 Вт).

Если мощность регулятора требуется увеличить еще больше, то необходимо использовать несколько транзисторов, соединив их соответствующие выводы. Вероятно, в этом случае регулятор придется снабдить небольшим вентилятором для более интенсивного воздушного охлаждения полупроводниковых приборов.

Диоды VD1-VD4 типа КД202Р, КД206Б или любые другие малогабаритные на напряжение более 250 В и ток в соответствии с током, потребляемым нагрузкой.

Диодный блок VD6-VD9 типа КЦ405, КЦ407 с любым буквенным индексом. Диод VD5 — Д229Б,К,Л или любой другой на ток до 1 А. Переменный резистор R1 типа СП, СПО, ППБ мощностью не менее 2 Вт. Постоянный резистор R2 типа ВС, МЛТ, ОМПТ, С2-23 мощностью не менее 2 Вт. Оксидный конденсатор типа К50-6, К50-16. Сетевой трансформатор типа ТВЗ-1-6 — от ламповых радиоприемников и усилителей, ТС-25, ТС-27 — от телевизора "Юность", но с успехом можно применить и любой другой маломощный с напряжением вторичной обмотки 5-8 В. Предохранитель FU1 на напряжение 250 В и ток в соответствии с максимально допустимой мощностью транзистора. Транзистор необходимо снабдить радиатором с площадью рассеяния не менее 200 см2 и толщиной 3-5 мм.

Регулятор не нуждается в налаживании. При правильном монтаже и исправных деталях он начинает работу сразу после включения в сеть.

Регулятор напряжения служит для автоматического поддержания в заданных пределах напряжения автомобильного генератора, работающего в широком диапазоне изменения скоростей вращения ротора и тока нагрузки. Основным техническим требованием в регулирующим устройством является поддержание в весьма узких пределах выходного напряжения генератора, что в свою очередь диктуется надежностью работы и долговечность различных потребителей.

Регулирование напряжения до недавнего времени осуществляли вибрационные регуляторы. В последние годы на автомобилях устанавливают контактно-транзисторные и бесконтактные регуляторы, выполненные как на дискетных элементах, так и по интегральной технологии.

В контактно-транзисторных регуляторах напряжения функцию регулирующего элемента, включенного в цепь обмотки возбуждения генератора, выполняет транзистор, а управляющего и измерительного – вибрационное реле. Бесконтактные регуляторы в дискретном и интегральном исполнении в качестве регулирующего и управляющего элементов используют транзисторы и тиристора, а измерительного – стабилизаторы. Замена вибрационных регуляторов напряжения транзисторными позволила удовлетворить требования, предъявляемые к электрооборудованию.

Стало возможным увеличить возбуждение генераторов до 3 А и более; достичь высокой точности и стабильности регулируемого напряжения; повысить срок службы регулятора напряжения; упростить техническое обслуживание системы электропитания автомобиля. В настоящее время применяют транзисторные реле – регуляторы напряжения РР-362 и РР-350 в схемах с генераторами типа Г 250. Транзисторный регулятор напряжения РР-356 предназначен для работы с генератором Г272. Интегральные регуляторы напряжения Я 112А предназначены для работы с 14 – вольтовым генератором.

Интегральный регулятор напряжения Я 120 предназначен к генератору Г272 большегрузных автомобилей. На рис. 1 показан схема контактно-транзисторного регулятора. Регулятор состоит из транзистора Т (регулирующий элемент), вибрационного реле-регулятора напряжения РН (управляющий элемент) и реле защиты РЗ. Реле-регулятор имеет одну шунтовую обмотку РНо, включенную на выпрямленное напряжение генератора через запирающий диод Д2, ускоряющий резистор Rу и резистор термокомпенсации Rт. Реле имеет нормально разомкнутые контакты, включенные в цепь управления транзистора. Когда скорость вращения ротора генератора не велика и напряжение генератора еще не достигло заданной величины, контакты РН разомкнуты, транзистор Т отперт. База транзистора соединяется с полюсом источника питания и транзистор запирается. В этом случае ток возбуждения проходит через добавочный Rд и ускоряющий Rу резисторы, шунтирующие транзистор, что вызывает снижение тока возбуждения и, следовательно, напряжение генератора.

Контакты реле-регулятора снова размыкаются и транзистор отпирается. Далее процесс повторяется с определенной частотой. Rу – позволяет увеличить частоту срабатывания и отпускания реле-регулятора напряжения РН из-за изменения падения напряжения на резисторе при отпертом и запертом состоянии транзистора, приводящее к более резкому изменению напряжения на обмотке РНо. Диод Д2, включенный в цепь эмиттера транзистора Т, служит для активного запирания выходного транзистора, которое необходимо для обеспечения надежной работы транзистора при повышенной температуре.

Запирание осуществляется за счет того, что падение напряжения на Д2 от тока, протекающего через Rу и Rд, когда транзистор заперт, приложено к переходу эмиттер – база транзистора в запирающем направлении. Термокомпенсационный резистор Рт необходим для поддержания напряжения на заданном уровне в условиях широкого изменения температуры. Диод Дг служит для гашения ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения и защиты транзистора от перенапряжения в момент его запирания. Реле защиты РЗ предназначено для защиты транзистора от больших токов, возникающих в случае короткого замыкания зажима Ш на корпус генератора или регулятора. Реле имеет основную обмотку РЗо, включенную последовательно с ОВГ, вспомогательную РЗв, включенную параллельно ОВГ и удерживающую РЗу, РЗо и РЗв включены встречно.

При КЗ ток через РЗо увеличивается, одновременно шунтируется РЗв, замыкаются контакты РЗ, запирается транзистор и включается удерживающая обмотка РЗу. Резисторы Rу и Rд, ограничивают ток короткого замыкания до 0.3 А. Только после устранения короткого замыкания и отключения АБ РЗу отключит РЗ. Диод Д1 применен для исключения срабатывания РЗ при замыкании контактов регулятора напряжения РН, так как при отсутствии этого диода РЗу будет включена на напряжение генератора. Надежность регулятора обусловлена снижением разрывной мощности контактов. Однако износ, подгар и эррозия контактов, наличие пружинной и колебательных систем часто служит причиной выхода их строя. На рис. 2 показан бесконтактный регулятор напряжения типа РР-350, который применяется в автомобилей ГАЗ «Волга».

Бесконтактный регулятор напряжения состоит из транзисторов Т2 и Т3 – германиевых; Т1 – кремниевого, резисторов R6 – R9 и диодов Д2 и Д3, стабилитрона Д1, входного делителя напряжения R1, R2, R3, Rт и дросселя Др. Если выпрямленное напряжение генератора, приложенное к входному делителю, меньше величины, на которую настроен регулятор, то стабилитрон Д1 запер, а транзисторы Т2 и Т3 отперты и по цепи (+) выпрямителя – диод Д3 – переход эмиттер – коллектор транзистора ТЗ – обмотка возбуждения ОВГ – (—) протекает максимальный ток возбуждения. Как только выпрямленное напряжение достигает заданного уровня, стабилитрон «пробивается» и транзистор Т1 отпирается. Сопротивление этого транзистора становится минимальным и шунтирует эммитерно-базовые переходы транзисторов Т2 и Т3, что приводит к их запиранию. Ток ОВГ начинает спадать. Переключение схемы производится с определенной частотой и создается такая величина тока возбуждения, при которой средняя величина регулируемого напряжения поддерживается на заданном уровне.

Для повышения четкости переключения транзисторов и уменьшения времени перехода схемы из одного состояния в другое в ней предусмотрена цепочка обратной связи, включающая резистор R4. При повышении входного напряжения, то (+) выпрямителя – диод Д3 – переход эмиттер – база транзистора Т3 – диод Д2 – переход эмиттер – коллектор транзистора Т2 – резистор R4 – обмотка дросселя Др – (-), уменьшается, что приводит к уменьшению падения напряжения на Др. В этом случае падение напряжения на стабилитроне Д1 увеличивается, вызывая возрастания базового тока Т1 и более быстрое переключение этого транзистора. При понижении входного напряжения цепочка обратной связи способствует быстрому запиранию транзистора Т1.

Для активного запирания выходного транзистора Т3 и надежной работы при повышенной окружающей температуре в эммитерную цепь транзистора Т3 включен диод Д3. Падение напряжения на диоде выбирается с помощь резистора R9. Диод Д2 служит для улучшения запирания транзистора Т2 при отпертом транзисторе Т1 благодаря дополнительному падению напряжения на этом диоде. Для фильтрации входного напряжения применен дроссель Др. Терморезистор Rт компенсирует изменение падения напряжения на переходе эмиттер – база транзистора Т1 и стабилизатора Д1 от температуры окружающей среды. Регулятор напряжения для большегрузных автомобилей МАЗ, КамАЗ, КрАЗ выполняется на кремниевых транзисторах (рис. 3).

Схема регулятора упрощена по сравнению с РР-350, уменьшено количество транзисторов. Диоды Д2 и Д3, включенные в базовую цепь транзистора Т2, делают возможным применение транзисторов с более широкими допусками на параметры, в частности на величину напряжения насыщения Т1. При питании 24 В предусмотрено применение в делителе напряжения дополнительной цепочки включающей термистор Rт и резистор R7. На рис. 4 представлена схема регулятора напряжения РР132А, применяемых на УАЗ.

Рис. 4. Схема регулятора напряжения РР 132А:

1 – дроссель; 2, 3, 4, 5, 6, 13, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 23, 24 – резисторы; 7 – диод; 8, 9, 17 – транзисторы; 10, 11, 12, 19 – стабилитроны. Данная схема является бесконтактным транзисторным регулятором напряжения, который имеет три диапазона настройки регулируемого напряжения. Изменение диапазонов регулируемого напряжения осуществляется переключением 25, расположенным на верхней части корпуса регулятора. Регулируемое напряжение при частоте вращения ротора генератора — 35 мин-1, нагрузке 14 А, температуре 20 o

Для регулировки в широких приделах мощности удобно использовать широтно импульсную модуляцию (ШИМ ).

Схема в пояснениях не нуждается. Это драйвер с развязкой, для управление IGBT транзистором. Само управление реализовано программно. Однако — КТ940 не лучший выбор. Но что было у меня под рукой — то и поставил. Работает, 2 Квт электрическую плитку тянет, транзистор 40N60 холодный. Что и требовалось.

На схемах выше 3 варианта. Самый правый мне нравится больше. И тот и другой проверил, разница между ними в управлении и надежности. У левого — при подаче логической 1 (с порта, на анод оптопары, не забудьте поставить токоограничивающий резистор! скажем в 500ом) 40n60 закрывается . В схеме регулятора который посередине переменного напряжения — наоборот, открывается. Еще форма импульса получше. Q? — практически любой полевой, с током не менее 50ма. D1 — светодиод. То же желательно с током не менее 50ма. Еще вариант — зашунтировать его резистором, 20-50ом. Транзисторы КТ940 — даалеко не лучший выбор, в этой схеме работают практически на пределе. Желательно поставить КТ815, КТ817. Ну у меня их нет..

Самый правый вариант схемы — уменьшена задержка в переходных процессах. Из за ПОС. Так же добавлены защитные диоды. Хоть и в самом IGBT стоит диод, но веры ему нет. Продублировал на всякий.

Для питания схемы используется внешний источник (у меня 16в, переделанная зарядка от мобильника).

Ниже фотографии устройства с работой на 30 ом нагрузку (при 300в. на мосту это, 3Квт мощности). То же работает и почти не греется.

А можно обойтись простейшей схемой, с симистором и оптопарой. Например такой:

В качестве оптического симистора подойдет: MOC3023, MOC3042, MOC3043, MOC3052, MOC3062, MOC3083 и т.п. Но на всякий случай ознакомтесь с даташитом. Управляемый симистор: например из серии BT138-600, BT136-600 и т.д.

При применении симистора нужно быть готовым к появлению значительных помех (если нагрузка будет мощная, индуктивная и управляющий элемент (MOC xxxx) без Zero Crossing ). Еще, желательно триак держать включенным четное число полу-периодов. Иначе он начинает "выпрямлять" ток в сети. А это недопустимо (см. ГОСТы).

Сам ШИМ сделан программно, управление LPT-порт, потом гальваническая развязка с помощью оптопары (на схеме 4N25, а по факту 4N33). На схеме не показан резистор, между оптопарой и выходом LPT порта 510 ом.

Часть индо-кода в С++ :

A_tm_pow=(y_tm_pow*pow_shim)/100; b_tm_pow=y_tm_pow-a_tm_pow; // главный цикл ШИМ for (i=0; i