принцип работы терморегулятора для радиатора, как пользоваться

Терморегулятор — устройство, соответствуя названию, предназначенное для контроля температуры в системе отопления.

Приборы делят по двум принципам — управлению и характеристикам.

Терморегулятор на батареи: как регулировать отопление?

Контроллер температуры состоит из двух компонентов: головки и клапана. Последний — исполнительный механизм.

Термоголовка содержит цилиндр с рабочей жидкостью. В некоторых устройствах её заменяют на газ.

Летучие вещества быстрее влияют на подачу воды в обвязку, но делают это не столь точно.

Важно! При создании проекта учитывайте гидравлическое сопротивление системы. При использовании одной трубы оно меньше, чем при двух.

Принцип работы регулятора тепла для радиатора

Рабочая жидкость реагирует на изменение температуры, увеличиваясь или уменьшаясь в объёме.

Он оказывает на шток влияние, толкая исполнительный клапан. Механизм воздействует на подачу теплоносителя в систему.

Устройства делят на две категории по способу управления.

Приборы с механическим контролем работают по принципу старых холодильников, требуют ручной настройки температурного режима. Программируемые самостоятельно меняют подачу теплоносителя, в зависимости от заданных функций.

Виды устройств и как они работают: особенности регулировки температуры

Отличают механические и электрические, жидкостные и газонаполненные термостаты. Разделение по первому принципу влияет на управление прибором, а по второму — на технические характеристики.

Механические

Используют в качестве рабочего тела не только спирты и летучие вещества, но также твёрдые. Последние надёжнее, но оказывают влияние спустя 30–40 минут после изменения температуры.

Фото 1. Механический терморегулятор для батареи, работает на спирту, твердых веществах, быстро меняет температуру.

Имеет пару значительных недостатков:

• Сложную настройку.
• Высокую чувствительность к солнечному свету, ветру и источникам тепла.

Внимание! Последний фактор сильно ограничивает количество мест, в которых разрешён монтаж.

Электрические

Для изменения температуры используются характеристики электрической цепи:

• резистор меняет сопротивление, в зависимости от нагрева или охлаждения устройства;
• поддержка постоянного напряжения влияет на силу тока;
• в зависимости от этого работает вентилятор.

Хотя ток получается небольшим, транзисторы воздействуют на клапаны, управляя подачей теплоносителя. Электронная схема работает вне зависимости от разброса температуры.

Прибор достаточно прост, но позволяет регулировать и управлять лишь небольшими механизмами. Существуют промышленные устройства, способные контролировать котлы до нескольких тысяч Ватт.

Электрические термостаты бывают аналоговыми и цифровыми. Первые попроще, легко настраиваются, в них встроено всего пару индикаторов. Вторые можно запрограммировать на несколько дней вперёд.

Фото 2. Термостат электрический для изменения температуры, подключен в розетку над батареей, прост в эксплуатации.

Цифровые также делятся на две категории по логике работы:

1. Закрытые легко настраиваются, но обладают ограниченным потенциалом.
2. Открытые полностью программируемы, но требуют приглашения специалиста.

Вторые, обычно, используют в промышленных целях, поскольку они дороже и требуют более редкого отслеживания сотрудниками.

Справка! Термостаты могут управлять газовыми или электрическими котлами, вне зависимости от размеров обвязки.

Жидкостные

Средняя длительность отклика устройства на регулировку и изменение температуры составляет 25 минут. Они находят более широкое применение, поскольку достаточно головки меньшего диаметра. В зависимости от модели, изменяется защита от температурного воздействия и погрешность измерений.

Газонаполненные

Среди трёх типов механических термостатов является лучшим. Он быстрее реагирует на изменения, хотя обладает немного большей погрешностью.

Время перемещения штока составляет 7–9 минут, что втрое меньше, чем у жидкостного.

Эта особенность вызвана строением устройства. Капсула со сжатым газом устанавливается на максимальном расстоянии от стенок. Отсутствие взаимодействия с внешними факторами повышает чувствительность и скорость работы регулятора.

Полезное видео

В видео рассказывается о том, как регулировать температуру в помещении с помощью комнатного термостата.

Эксплуатация термостата: как им пользоваться?

Пользоваться прибором просто. В механических достаточно указать температуру тепла, которая должна поддерживаться. Для обслуживания проверяют износ компонентов раз в полгода. Электрические нужно тщательно программировать, а работоспособность контролируют постоянно.

Как регулировать температуру батареи отопления для равномерного прогрева

В частных домах и квартирах, довольно часто возникает такое явление, как разница в уровне прогрева радиаторов, подключенных к системе отопления. Поэтому жильцы вынуждены мириться с некомфортными условиями для жизни, ведь температура в ванной комнате, может значительно отличаться от аналогичного показателя в спальне или в гостиной. Особенно характерна такая проблема для собственников, использующих автономное отопление в домах и квартирах.

Избежать распространенных проблем с системой обогрева домовладельцам поможет грамотная установка такого прибора, как регулятор для батареи отопления, который спроектирован для контроля температуры радиатора. Современные регуляторы температуры для батарей отопления представлены широким ассортиментом моделей и могут использоваться собственниками жилья для оптимизации системы отопления, снижения затрат на энергоносители и поддержания оптимального температурного режима в каждой комнате дома.

Основные виды регуляторов

Для повышения эффективности работы радиатора может использоваться регулятор температуры на батарею отопления, работающий по различным принципам. В настоящий момент насчитывается четыре основные группы регуляторов, объединяющих устройства со схожим принципом действия.

Регуляторы с запорным механизмом

Решая вопрос о том, как отрегулировать батареи отопления, собственники жилья довольно часто обращают внимание на перекрывные краны. Они отличаются доступной стоимостью, приемлемым сроком службы при условии правильной эксплуатации и при этом имеют элементарную конструкцию. Запорный регулятор батареи отопления устанавливают на радиатор и используют для контроля количества поступающего внутрь контура теплоносителя.

Простая конструкция устройства позволяет с легкостью осуществлять управление подачей теплоносителя из системы отопления.

Существует всего два рабочих положения запорных кранов. Первое положение предусматривает свободное поступление теплоносителя из системы, а второе положение полностью перекрывает поступление воды, вследствие чего циркуляция прекращается, радиатор остывает и перестает участвовать в процессе обогрева дома.

Некоторые домовладельцы, используя ручной регулятор температуры отопления на мкд, пробуют оставлять рычаг перекрывного крана в промежуточном состоянии для того, чтобы принудительно уменьшить циркуляцию теплоносителя, однако эксперты против проведения подобных экспериментов. Неправильная эксплуатация запорного крана быстро приведет к тому, что устройство выйдет из строя, а сама система отопления будет нуждаться в сложном и трудоемком ремонте.

С использованием запорных кранов регулировка батарей отопления в квартире может осуществляться на довольно примитивном уровне, поскольку требует непрерывного мониторинга со стороны владельцев и предусматривает ручное управление положениями рычага. Поэтому в настоящий момент запорные краны используются довольно редко, а собственники жилья обращают внимание на более совершенные модели регуляторов.

Вентили с ручным управлением

Плавная регулировка отопления в многоквартирном доме возможна с применением ручных вентилей, усовершенствованная конструкция которых предполагает тонкость в настройках. В отличие от запорных кранов, имеющих два положения – «Открыто»/«Закрыто», вентиль имеет возможность гибкого регулирования количества теплоносителя, поступающего в контур. Осуществляется это путем изменения внутреннего диаметра сечения в проходном канале клапана.

Ручные вентили, с помощью которых осуществляется регулировка отопления батарей, доступны в широком диапазоне моделей, отличающихся внешним видом, материалом изготовления и дизайном. Однако большинство имеют схожие конструктивные решения. Так, базовый вентиль представляет собой клапан с двумя патрубками и запорной головкой. Эти компоненты объединены рукояткой, на которой для удобства пользователей выгравирована шкала, указывающая изменения диаметра проходного отверстия.

Поворачивая рукоятку, пользователь может изменять количество теплоносителя и уровень прогрева конкретного радиатора. Хотя вентиль стоит дороже, нежели запорный регулятор на батарею отопления, в долгосрочной перспективе его приобретение более выгодно, поскольку позволяет собственникам жилья сэкономить деньги на оплате счетов за отопление. Преимущества данного типа устройств кроется в простой конструкции и элементарном использовании, а недочет заключается в необходимости ручных корректировок и периодического наблюдения за работой регулятора.

Терморегуляторы с автоматическими настройками

К третьей группе устройств относится автоматический регулировочный клапан отопления, используемый в современных системах обогрева. Данное устройство обладает рядом весомых преимуществ и значительно упрощает пользователям их обязанности, связанные с контролем температурного режима в доме, ведь регулятор автоматически задает режим работы отопительных приборов в зависимости от внешних условий.

Чтобы регулировка системы отопления многоквартирного дома с помощью автоматического устройства была возможной, в систему обогрева дома должен быть интегрирован выносной датчик температуры. Именно он будет посылать сигналы регулятору, который в автоматическом режиме произведет изменение внутреннего диаметра проходного сечения. По такому принципу действует термостатический терморегулирующий вентиль для отопления, однако в продаже имеются и более совершенные модели.

Среди них, электронный терморегулятор для батареи отопления цена которого немного выше аналогового устройства. Он оснащен встроенным датчиком температуры, микропроцессором для задачи настроек, электромеханическим реле и панелью управления. Принцип действия, по которому происходит регулировка системы отопления с помощью автоматического терморегулятора, состоит в том, что по сигналу схемы управления происходит перемещение запорной головки с помощью сердечника.

Преимуществами автоматических устройств считается то, что с их помощью можно довольно точно и удобно настраивать работу радиаторов и поэтому вопрос о том, как регулировать температуру батареи отопления для собственников жилья становится решенным.

Радиаторные термостаты

Желающим узнать, как регулировать батареи отопления с помощью радиаторных термостатов стоит сфокусировать внимание на особенностях данных приборов. Если рассмотренные выше устройства работали по принципу изменения количества теплоносителя, подаваемого в радиатор, то радиаторный регулятор температуры батареи отопления с термостатом изменяет не объем воды, а ее температуру.

Чтобы интегрировать данное устройство в контур системы отопления, потребуется наличие определенных материалов и навыков. В частности, владельцам жилья будут необходимы дополнительные куски труб и соединительная фурнитура. После того, как радиаторный термостат установлен, нужно знать о том, как отрегулировать батареи отопления в квартире с его использованием.

Для этого стоит изучить принцип действия устройства. Его конструкция довольно проста и представлена клапаном с тремя патрубками и чувствительным элементом, расположенным внутри. Внутренний термочувствительный элемент соединен с запорной головкой, а наружный корпус устройства оснащен рукоятью для возможности осуществления настроек.

Термочувствительный элемент, реагируя на действие воды в системе, может изменять свой объем, регулируя тем самым положение штока запорной головки. При этом в случае необходимости остужения воды в радиаторе, открывается канал обратной подачи, а когда теплоноситель должен быть подогрет, напротив, канал подачи воды из обратной линии перекрывается.

Особенности использования регуляторов

Некоторые эксперты рекомендуют оборудовать все батареи в доме запорными кранами. Такой шаг позволит собственникам жилья проводить ремонт системы отопления с минимальными затратами сил и времени, к тому же, при протечке определенного радиатора в системе не будет нужды в сливе теплоносителя со всего контура. Однако по желанию домовладельцев регулятор температуры радиатора батарей отопления может быть установлен в определенных комнатах.

Чаще всего, устройства устанавливают во внутренних комнатах, в которых нужен постоянный контроль над уровнем температуры.

Рекомендации по монтажу устройств

Как правило, терморегулятор на батарею отопления монтируется на входном отверстии радиатора в соответствии со схемой отопления, разработанной ранее, однако некоторые домовладельцы устанавливают устройства на выходе, стремясь снизить влияние оттока остывшей жидкости на работу регулятора.

Сам процесс монтажа довольно прост и не требует особых практических навыков. Работа по установке регуляторов мало чем отличается от процесса монтажа любой соединительной фурнитуры, используемой в системе отопления, поэтому при наличии базового оборудования и элементарных навыков обращения с ними, монтаж регуляторов можно провести довольно быстро.

Таким образом, используя в системе отопления доступные и функциональные регуляторы, можно добиться значительных результатов в вопросах экономии энергоресурсов и добиться плавного распределения тепла от отопительных приборов в доме или квартире.

Fantini cosmi С801 регулятор радиатора отопления в квартире

Настоящая Политика конфиденциальности является составной частью Пользовательского соглашения Сайта и действует в отношении всей информации, в том числе персональных данных Пользователя, получаемых Администрацией Сайта в процессе работы Пользователя с Сайтом, исполнения Пользовательского соглашения  и соглашений между Администрацией сайта и Пользователем. Использование Сайта означает безоговорочное согласие Пользователя с настоящей Политикой конфиденциальности и указанными в ней условиями обработки его персональных данных; в случае несогласия с этими условиями Пользователь должен воздержаться от использования Сайта.

Перед использованием Сайта Пользователю необходимо внимательно изучить настоящую Политику конфиденциальности.

1. ПЕРСОНАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

1.1. Предоставление в любой форме (регистрация на Сайте, осуществление заказов, подписка на рекламные рассылки и тд.) своих персональных данных Администрации сайта, Пользователь выражает согласие на обработку персональных данных Администрацией сайта в соответствии с Федеральным законом “О персональных данных” от 27.07.2006 №152-ФЗ.

1.2. Обработка персональных данных осуществляется в целях исполнения Пользовательского соглашения и иных соглашений между Администрацией сайта и Пользователем.

1.3. Обработка персональных данных производится исключительно на территории Российской Федерации, с соблюдением действующего законодательства Российской Федерации.

1.4. Согласие Пользователя на обработку его персональных данных дается Администрации сайта на срок исполнения обязательств между Пользователем и Администрацией сайта в рамках Пользовательского соглашения или других соглашений между Пользователем и Администрацией сайта.

1.5. В случае отзыва согласия на обработку персональных данных Пользователя, Пользователь уведомляет об этом Администрацию Сайта письменно или по электронной почте. После получения данного уведомления Администрация Сайта прекращает обработку персональных данных Пользователя и удаляет.

1.6. Сайт не имеет статуса оператора персональных данных. Персональные данные Пользователя не передаются каким-либо третьим лицам, за исключением случаев, прямо предусмотренных настоящей Политикой конфиденциальности.

2. МЕРЫ ПО ЗАЩИТЕ ПЕРСОНАЛЬНЫХ ДАННЫХ

2.1. В своей деятельности Администрация сайта руководствуется Федеральным законом “О персональных данных” от 27.07.2006 №152-ФЗ.

2. 2. Администрация сайта принимает все разумные меры по защите персональных данных Пользователей и соблюдает права субъектов персональных данных, установленные действующим законодательством Российской Федерации.

2.3. Защита персональных данных Пользователя осуществляется с использованием физических, технических и административных мероприятий, нацеленных на предотвращение риска потери, неправильного использования, несанкционированного доступа, нарушения конфиденциальности и изменения данных. Меры обеспечения безопасности включают в себя межсетевую защиту и шифрование данных, контроль физического доступа к центрам обработки данных, а также контроль полномочий на доступ к данным.

3. ИЗМЕНЕНИЕ ПОЛИТИКИ КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ

3.1. Администрация сайта оставляет за собой право в одностороннем порядке вносить любые изменения в Политику конфиденциальности без предварительного уведомления Пользователя. Актуальный текст Политики конфиденциальности размещен на данной странице.

Регулятор температуры отопления на батарею

На этой вкладке ресурса мы попбробуем выбрать для своей дачи правильные части системы. Любой элемент определенно важен. Поэтому подбор частей монтажа нужно осуществлять обдуманно. Монтаж обогревания включает, крепежную систему, механизм управления тепла, радиаторы терморегуляторы, циркуляционные насосы, автоматические развоздушиватели, фиттинги котел отопления, провода или трубы, расширительный бачок. Монтаж обогревания коттеджа насчитывает некоторые устройства.

Регулятор температуры отопления на батарею

Каждый человек, не зависимо от того, живет ли он в квартире или в частном доме, создает там максимально комфортные условия, используя при этом современные коммуникационные системы и различные усовершенствования к ним. Так, поддерживать оптимальный температурный режим в доме для нормальной жизнедеятельности человека сегодня наравне с отопительной системой позволяют всевозможные регуляторы. Они устанавливаются возле батарей отопления.

Когда установлена регулировка батарей отопления, тем самым повышается эффективность системы отопления.

Нагревательный элемент повышает свою температуру за счет теплоносителя, которой циркулирует по системе. Чем больше объем теплоносителя и чем выше его температура, тем сильнее разогревается поверхность радиатора. Последний отдает свою теплоту окружающей среде, в результате чего воздух в комнате набирает необходимую (комфортную для человека) температуру.

В естественных условиях между внутренним пространством помещения и воздухом на улице происходит постоянный теплообмен. Через оконные и дверные щели, ограждающие конструкции тепло из комнаты выходит в окружающую среду. То есть в доме или квартире происходит постоянный приток и отток теплого воздуха, а, следовательно, температура там то повышается, то понижается.

Чтобы поддерживать тепловой баланс в комнате, нужна постоянная регулировка количества теплоты, которая поступает в помещение от батарей отопления.

С данной задачей справляются вентили. Их основная задача – контролировать объем теплоносителя, поступающего в радиатор. По необходимости уменьшать или увеличивать его. Вентили (терморегуляторы, термостаты) могут быть ручными или автоматическими. Все зависит от предпочтений владельца дома и его финансовых возможностей.

Важно! Шаровые краны, которые часто устанавливаются возле радиатора, не могут являться регуляторами. Они не могут уменьшать или увеличивать ток теплоносителя в нагревательном элементе, так как рассчитаны только на положение «открыто» или «закрыто». В противном случае они быстро выходят из строя, так как твердые частички в воде отопительной системы могут повредить перекрывающий шар. Он теряет герметичность.

Современный рынок предлагает огромный выбор термостатов. В зависимости от комплектации и модели, они могут контролировать температуру батарей, как под чутким руководством человека, так и без внешнего вмешательства в свою работу. Они могут быть установлены в одно- или двухтрубную систему одно- или многоэтажных зданий.

Регулятор сегодня может быть как прямого действия (состоит из термоголовки и клапана), так и с датчиком регулировки температуры (встроенным или дистанционным).

Терморегулятор прямого действия

Регулятор температуры радиатора можно установить своими руками.

Это самый простой прибор для контроля температуры батарей отопления. Он устанавливается непосредственно возле радиатора. Регулировка происходит следующим образом: термостатический элемент в своем составе имеет герметичный цилиндр. В него вставляется сифон с жидкостью или газообразным веществом. Жидкость или газ чутко реагируют на температуру, которая поступает от нагревательного элемента. При нагревании регулятора жидкость или газ расширяются, давят на шток в клапане. Последний, в свою очередь, перекрывает ток теплоносителя. При охлаждении происходят аналогичные процессы, только в обратном направлении.

Термостатический регулятор в квартире – как настроить его работу:

1. закрыть все окна и двери в доме;
2. устанавливают регулятор там, где температура должна поддерживаться на постоянном уровне;
3. открыть полностью клапан в терморегуляторе. Теплоноситель станет разогревать поверхность батареи;
4. дождаться, пока температура в помещении повысится на 5-6°C и закрыть полностью клапан прибора. Воздух в комнате начинает остывать;
5. дождаться, когда воздух остынет до желаемого уровня и потихоньку открывать клапан прибора. Если это делать быстро, есть вероятность возникновения гидроудара, система отопления может не выдержать переизбытка давления и потерять свою целостность. Как только будет слышен шум поступающего теплоносителя в корпус батарей, прекратить вращение головки регулятора.

Терморегулятор со встроенным или дистанционным датчиком

Настройки работы терморегулятора со встроенным датчиком отличаются от настоек терморегулятора прямого действия.

Его принцип работы аналогичен предыдущему варианту. Однако есть различие в настройке его работы. Если термостатический регулятор контролировался вручную и постоянно, но прибор с электронным датчиком в этом не нуждается. На датчике устанавливается желаемая температура воздуха в квартире, он сам следит за поддержанием этого предела.

Прибор со встроенным механизмом контроля в квартире размещают на открытом участке, в том помещении, где перепад температуры воздуха наибольший (кухня, солнечная сторона дома, гостиная, где постоянно открывается дверь на улицу).

Регуляторы с дистанционным датчиком необходимы, когда:

• батарея и сам прибор устанавливают в нише или за декоративной панелью;
• если у окна слишком широкий подоконник (больше, чем 220 мм) и расстояние он него до радиатора меньше 100 мм;
• ниша имеет глубину больше 160 мм;
• термостатический элемент можно установить только параллельно батарей, что противоречит правилам.

Термостатический датчик может контролировать температуру помещения в диапазоне от +6°C до + 26°C, при этом создавая оптимально комфортные условия для проживания и отдыха человека в квартире или доме.

Установив терморегулятор у себя дома, вы сможете сэкономить на покупке энергоносителя.

Данное оборудование способно сгладить перепады температуры воздуха между верхними и нижними этажами дома, если речь идет о многоэтажном строении.

Однако самое большое преимущество в использовании терморегуляторов – значительная экономия на теплоносителе и покупке энергоносителя, без ущерба для микроклимата в комнате. Так, если в доме используется газовое оборудование, то экономия достигает 20%, если котел работает на соляре —  50%, то есть регулятор окупится уже в течение одного отопительного сезона.

Интересное по теме:

Расчет отопления в частном доме – проводим с.

Основные правила и возможные ошибки при орган.

Разводка для системы обогрева двухэтажного до.

Какую систему отопления выбрать для загородно.

Источник: http://utepleniedoma.com/otoplenie/sistema-otopleniya/sovremennyj-termoregulyator-temperatury-sistemy-otopleniya

Регулятор температуры отопления на батарею

Устройства, предназначенные для регулирования и поддержания заданной температуры в помещениях, называются терморегуляторами для радиаторов. Они устанавливаются перед радиатором в специальное отверстие, по ходу поступления теплоносителя. Это своеобразные вентили, которые позволяют контролировать подачу теплоносителя, увеличивая или уменьшая ее.

Существует три типа этих устройств:

• Шаровой кран. Он поддерживает лишь 2 режима – в открытом или закрытом положении. Попытки установить его в промежуточном положении неизбежно приводят к потере герметичности и последующему выходу прибора из строя. Поэтому этот тип устройства считается наименее эффективным.
• Ручной конусный вентиль работает в нескольких позициях и отличается большей результативностью. Однако подобные терморегуляторы для батарей требуют постоянного внимания, ведь после перевода вентиля в промежуточную позицию, его необходимо вручную возвратить в исходное положение.
• Термостат. Это лучший вариант терморегулятора, работающий полностью в автоматическом режиме.

Шаровой кран на батарее позволяет открывать или закрывать подачу теплоностителя.

Однако системы отопления отличаются по типу строения и требуют установки соответствующего оборудования. Поэтому в продаже имеются терморегуляторы для однотрубных или двухтрубных отопительных конструкций. Для однотрубных систем следует выбирать только устройство с байпасом – специальной трубной перемычкой, способствующей независимому движению теплоносителя в трубопроводе.

Преимущества использования этих компактных устройств:

• Они способствуют существенной экономии ресурсов. Благодаря их работе можно уменьшить расходы на отопление до 25%.
• Улучшается микроклимат: воздух в помещении не пересушивается и не перегревается. Комфортная температура способствует улучшению самочувствия.
• Точная коррекция температур. Благодаря высокой чувствительности приборов, заданная температура будет поддерживаться с максимальной точностью.
• Установка термостатов в частных жилых помещениях наиболее эффективна. Более того, ее стоимость окупается всего за один сезон.
• Приборы очень компактны, отличаются современным дизайном и легко вписываются в любой интерьер.
• Они контролируют полноценную работу всех отопительных приборов в цепи: даже самые удаленные радиаторы будут прогреваться на одном уровне с другими.
• Установленное оборудование долговечно. Оно не требует дополнительного обслуживания на протяжении 20 лет (примерный срок эксплуатации).
• Механические и автоматические терморегуляторы можно использовать для работы с новыми, а также действующими отопительными системами.

Автоматический термостат представляет собой специальный клапан, автоматически связанный с термической головкой. Она обладает высокой чувствительностью и состоит из:

• жидкостного элемента;
• привода;
• регулятора.

Существуют вариации термоголовок, где вместо жидкостного установлен газовый или упругий элемент.

Механический термостат имеет несколько иное строение:

• термическая головка;
• чувствительный жидкостный элемент;
• компенсационный механизм;
• специальное кольцо для фиксации заданной температуры;
• числовая шкала для настройки;
• гайка накидная;
• термостатический клапан;
• шток;
• золотник;
• разъемное соединение.

Термостатический элемент (или термическая головка) механического термостата содержит сильфон – особый цилиндр с гофрированными внутренними стенками. Внутри сильфона находится жидкость, которая очень чувствительна к температурным колебаниям. Когда температура повышается, жидкость растягивает сильфон, переводя шток в другое положение. Шток, в свою очередь, воздействует на клапан и поток теплоносителя перекрывается.

Реагируя на понижение температуры, жидкостная среда сжимает цилиндр. При этом воздействие штока на клапан ослабляется, что способствует открытию потока и увеличению объема теплоносителя.

Современные термостаты разработаны с учетом многократного повторения подобных циклов, поэтому их срок службы довольно долгий. По некоторым подсчетам, термостат рассчитан примерно на миллион сжатий и растяжений – а такой «резерв» он способен использовать приблизительно за 100 лет.

Способность газонаполненных термостатов быстрее реагировать на колебания температуры, является их серьезным преимуществом. Причина в том, что газ реагирует на малейшие изменения мгновенно, тогда как жидкости необходимо время, чтобы нагреться и начать воздействовать на механизм.

Процесс заключается в следующем: газ, сконденсированный в самой холодной части устройства, максимально удален от корпуса и не зависит от его температуры. Когда воздух в комнате остывает, газ реагирует и молниеносно приводит в действие оборудование. Такой принцип работы способствует большей экономии и поддержанию точного температурного режима.

Чтобы правильно выбрать терморегулятор для радиатора необходимо выполнить термодинамические, а также термостатические расчеты и проанализировать показатели работы системы.

Как уже упоминалось, установка термостатического оборудования в частных домах будет максимально эффективной. Монтаж следует провести вначале на верхних этажах, постепенно спускаясь вниз. Лучше использовать чувствительные регуляторы с газонаполненными термостатами для наибольшей экономической эффективности.

Однако желающие контролировать процесс обогрева квартиры также могут использовать это оборудование. Начинать следует с наиболее солнечных комнат, кухни и гостиной (где регулярно собирается много людей).

При монтаже терморегулятора следует убедиться, что термоголовка зафиксирована в горизонтальном положении (относительно установленного оборудования). Это необходимо для компенсации нагрева трубы и клапана. Прибор с байпасом необходимо устанавливать согласно стрелке. Стрелка указывает направление, по которому в трубопроводе должен двигаться теплоноситель. Только определив его, можно правильно установить устройство.

Схема монтажа терморегулятора на радиатор

Итак:

• приобретение терморегуляторов положительно повлияет на микроклимат в доме, а также на экономическую сторону жизни.
• Оборудование следует выбирать обдуманно, выполнив необходимые расчеты.
• Монтаж термоустройств можно выполнять только в некоторых комнатах, подверженных наибольшему нагреву.
• Для правильной установки оборудования желательно воспользоваться услугами мастеров.

Источник: http://udobnovdome. ru/termoreguljatory-dlja-radiatorov/

Так же интересуются

21 декабря 2021 года

регулятор температуры для батарей, регуляторная термоголовка и термостат

Когда встает вопрос о покупке терморегулятора для радиатора отопления, многих он ставит в тупик. Однако, если понять основные аспекты выбора, приобрести нужный вариант устройства не составит труда. Стоит иметь поверхностное представление об устройстве, назначении, принципах работы основных разновидностей, а также нюансы установки и регулировки.

Устройство и предназначение

Терморегулятор для радиатора отопления представляет собой устройство, состоящее из клапана и термостатического механизма. Это компактный и недорогой прибор, с помощью которого внутри дома всегда будет поддерживаться заданная в автоматическом режиме температура. Его работа не зависит от времени суток, погоды на улице. По сути, это регулятор температуры, который может установить любой глава семьи, основываясь на базовых знаниях в сантехническом монтаже.

Прибор позволяет обеспечить внутри жилища благоприятный микроклимат, а также сэкономить на энергоносителях. Он гибко реагирует на изменения температуры и исключает ситуации, когда образование избыточного тепла при недостаточной вентиляции приводит к образованию конденсата и высокой влажности. Терморегулятор для радиаторов отопления характеризуется высокой теплоемкостью. Имеющаяся в нем рабочая среда может накапливать тепловой потенциал и доносить его к необходимым точкам обмена.

Устройство регулирующего элемента имеет следующие составляющие:

• термостат;
• термостатический элемент;
• шкалу настройки;
• чувствительный элемент;
• разъемное соединение;
• шток;
• золотник;
• компенсационный механизм;
• накидную гайку;
• кольцо, регулирующее температуру.

Такие устройства эффективны и обеспечивают полную герметичность. Они состоят из чувствительной головки и специального клапана. Для работы элементам не нужно потребление энергии, к тому же они автоматически связаны между собой. Термическая головка включает в себя привод, регулятор и жидкостный элемент, который заполнен нужной термочувствительной средой. Помимо жидкости, сильфон может быть заполнен газом.

Вид устройства зависит от типа отопительной системы (однотрубной либо двухтрубной). Термостатический клапан или термостат есть не что иное, как вентиль в корпусе с регулирующим механизмом. Вентиль, устанавливаемый перед отопительным прибором, позволяет регулировать скорость подачи теплоносителя. Для удобства монтажа его комплектуют накидной гайкой-американкой. Это делает эксплуатацию удобной и защищает радиаторы от аварийных ситуаций, при которых важно изолировать часть трубопровода с имеющимся радиатором отопления.

Предохранительный колпачок защищает регулируемую часть крана со штоком до монтажа термоголовки. Иногда он является своеобразным маховиком, который помогает изменить в ручном режиме настройки клапана. Однако лучше все же использовать термостатическую головку, так как именно она является ключевой деталью терморегулятора. Ее устанавливают на термоклапан вне зависимости от способа работы и сложности.

Конус, являющийся запорным элементом, передвигается за счет термоголовки, которая состоит из цилиндра (сильфона) с тепловым компонентом. Каждый клапан имеет стрелку, которая указывает направление теплоносителя. При монтаже важно учитывать, чтобы оно совпадало со стрелкой.

Вентиль устанавливают на выходе, он необходим для точной отладки прибора и поставляется обычно вместе с накидной гайкой. Корпус устройства выполняют из материала с антикоррозийными свойствами. Чаще это покрытая хромом или никелем латунь либо нержавейка. Кроме того, на прилавках магазинов продают изделия из силуминового сплава, однако такие приборы недолговечны, да и ненадежны.

Резьбовая часть на входе отвечает за герметизацию клапана. Иногда вместо нее производители предусматривают фитинги для соединения с металлопластиковой трубой. Вверху внутри корпуса термоклапана вкручена букса, за счет которой осуществляется перемещение штока. Внутри собраны уплотнители, а также имеется пружина для удержания штока, соединенного внизу с тарельчатым клапаном. Если в верхней части нет резьбы, установка такой термоголовки подразумевает применение специальных крепежей с защелками.

Различия рабочей среды

Термореле для отопления может быть заполнено разным веществом. К примеру, в качестве жидкости используют спирт и масло. Если это газовый вариант, внутри термочувствительного элемента расположен сжиженный газ. Помимо них, применяют и твердые материалы, чувствительные к изменениям температуры. К ним относятся парафин, стеарин и озокерит.

Разная среда заполнения сказывается на характеристиках и эксплуатации. Приборы с твердыми веществами реагируют на колебания температуры с небольшой задержкой, хотя и отличаются большей надежностью в сравнении с другими аналогами. Стоят они дешево, чем и привлекают внимание рядового покупателя. Жидкостные изделия характеризуются более точным регулированием температуры, отличаясь скоростью отклика порядка 20-25 мин.

Объем сильфона таких терморегуляторов меньше, чем у изделий с твердой рабочей средой. Их отличительной чертой является тот факт, что на них не влияет температура самого радиатора. При этом погрешность при колебаниях температурного фона минимальна. Жидкостные сильфоны отличаются простотой изготовления, однако скорость их работы уступает газовым аналогам.

Теплоноситель на основе газа отличается мгновенной реакцией на колебания температуры внутри помещения, что повышает их рейтинг у покупателей. Газонаполненные конструкции имеют так называемую постоянную времени, которая обычно не превышает 8 мин. Мгновенное реагирование устройства обеспечивается за счет особенности конструкции. Капсула элемента максимально удалена от стенок прибора. Поэтому на нее не влияет температура корпуса, что повышает чувствительность, точность и скорость работы.

Принцип работы

Когда температура поднимается, вещество внутри сильфона начинает расширяться, что приводит к растягиванию самого сильфона и его нажиманию на шток клапана. Шток перемещает вниз специальный конус, который уменьшает проходное сечение клапана. Когда происходит понижение температуры, объем рабочей среды уменьшается. При этом состав остывает, поэтому сильфон сжимается. Обратный ход штока увеличивает поток теплоносителя.

Количество теплоносителя в отопительной системе будет меняться каждый раз, когда температура в обогреваемом помещении будет меняться. Уменьшение либо увеличение сильфона будет приводить в действие золотник, осуществляя регулировку подачи теплоносителя. На изменения температуры снаружи реагирует термодатчик. Сама батарея при установке устройства не будет прогреваться полностью. Некоторые ее участки будут охлажденными. Если снять при этом головку, вся поверхность постепенно прогреется.

Термостатическая головка (термоголовка) для регулятора нуждается в настройке. Температуру тепла радиатора регулируют посредством проходящего через него теплоносителя. Клапаны на однотрубную и двухтрубную разводки монтируют разные, что связано с разным гидравлическим сопротивлением (оно меньше у однотрубных систем в 2 раза). Путать либо менять вентили недопустимо: нагрева от этого не будет. Вентили для однотрубных систем подходят в случае естественной циркуляции. При их установке гидравлическое сопротивление возрастет.

Виды

По способу передачи сигнала на термический элемент он может поступать от теплоносителя, воздуха внутри помещения. Вентиль у разных видов может быть практически идентичным. Отличаться они будут термоголовкой. На сегодняшний день все существующие разновидности можно разделить на 2 типа: механические и электронные. Устройства имеют свои особенности, которые отражаются на их эксплуатационных характеристиках.

Приборы отличаются не только по виду материала, но и по способу установки. Они могут иметь угловой либо прямой (проходной) тип, что зависит от вида подсоединения. К примеру, если магистраль подсоединяют к боковой части, монтируют вентиль прямого типа. Угловой метод используют, когда выполняют соединение снизу. Вариант клапана выбирают тот, что лучше становится в систему.

Выбор между ними зависит от предпочтений покупателя и его финансовых возможностей. Продукция может быть рассчитана для конкретной разновидности термоэлемента. Чтобы понять, в чем состоят различия терморегуляторов, нужно коротко отметить их основные нюансы.

Механические

Механические терморегуляторы отличаются простотой эксплуатации, четкостью и слаженностью в использовании. Они не нуждаются в подключении к сети. Ручные изделия отличны от электронных аналогов. Работают они по принципу обычного крана: регулятор поворачивают в нужную сторону, пропуская необходимое количество теплоносителя. Устройства дешевые, но не самые удобные, так как для изменения теплоотдачи необходимо каждый раз вручную крутить вентиль.

Если их установить тора вместо шаровых кранов, можно использовать для регулировки любой из них. Устройства технологичны и не нуждаются в профилактическом обслуживании. Однако зачастую на входе и выходе радиав такой конструкции нет разметки для регулировки температуры нагревания. Практически всегда выставлять ее приходится опытным путем.

Перед установкой таких конструкций необходимо их отрегулировать, а также установить гидравлическое сопротивление. Плавная настройка осуществляется за счет дроссельного механизма, который находится внутри прибора. Сделать это можно на одном из клапанов (впускном либо обратном). Работа терморегулятора механического типа зависит от точек холода и тепла внутри комнаты, а также направления движения воздуха в помещении. Недостатком является и тот факт, что они реагируют на работу бытовых приборов с собственными тепловыми контурами (например, холодильников, электрических обогревателей, а также водопровода с горячей водой).

Электронные

Такие модификации более сложны в конструктивном плане в сравнении с ручными аналогами. С их помощью можно сделать систему отопления гибкой. Они не только позволяют обеспечить контроль температуры отдельного радиатора, но и предусматривают управление основными узлами системы, в том числе насосом, смесителями. В зависимости от модели программируемые приборы оснащены датчиками разного вида.

Электронный механизм может замерять температуру окружающей среды конкретного пространства (места, где он установлен). За счет программного обеспечения осуществляется анализ полученных данных, принимается решение по уменьшению либо увеличению температуры. Такой механизм может быть аналоговым либо цифровым. Цифровой вариант имеет 2 модификации: его логика бывает открытой либо закрытой.

Разница между категориями заключается в том, что изделия с закрытой логикой не способны менять алгоритм функционирования. Они запоминают уровень изначально установленной температуры и поддерживают его. Аналоги открытой логики способны самостоятельно выбирать нужную управляющую программу. Однако их редко используют в бытовых условиях, так как рядовому покупателю будет сложно изначально запрограммировать их, выбирая нужные опции из множества встроенных функций.

Обзор популярных моделей

Сегодня вниманию покупателей предложен широкий ассортимент терморегуляторов для радиаторов отопления. Чтобы не растеряться в богатстве выбора, можно обратить внимание на продукцию торговых марок, проверенных временем и имеющих высокую оценку профессиональных мастеров.

В рейтинг вошли несколько компаний:

• Danfoss;
• Caleffi;
• Far;
• Salus Controls.

Помимо качественной работы, эти изделия характеризуются точностью показаний. Например, радиаторные терморегуляторы Danfoss оснащены встроенными и дистанционными датчиками. Разновидности RA 2000 имеют термостатический элемент стандартного вида, RA 2994 и RA отличаются наличием защиты системы отопления от замерзания. RA 2992 примечателен наличием кожуха, который является защитой прибора от несанкционированного вмешательства. Модификации RA 2992 и RA 2922 имеют тонкую трубку длиной 2 м, которая соединяет датчик с рабочим сильфоном.

Производитель Caleffi предлагает покупателям терморегулирующую арматуру, способную работать при показателях давления до 10 бар при t от 5 до 100 градусов. Термоголовки компании имеют цифровой индикатор температуры жидкокристаллического типа. Изделия имеют возможность блокировки температуры и могут быть установлены в системе отопления, тепловым материалом которой является вода, а также гликолиевая смесь с содержанием гликоля до 30%. В комплект входит адаптер, модели имеют защиту от замерзания. Можно присмотреться к вариантам Caleffi 20-50 с наружным зондом, Caleffi 0-28 с адаптером, модификацией с недельным программированием.

Компания Far производит регуляторы автоматического типа из термостатических и электрических (электротермических) головок, а также терморегулирующих вентилей с возможностью ручного управления. Максимальный уровень комнатной температуры может составлять до 50 градусов, длина сетевого шнура изделий составляет 1 м. Максимальное рабочее давление может достигать 10 бар, максимальная длина капилляра для дистанционного датчика равна 2 м. Температура используемой жидкости может нагреваться до 120 градусов. Достойны внимания термоголовки 1914, 1924, 1810, 1828, 1827.

Торговая марка Salus Controls радует покупателей широким спектром программируемых электронных термостатов и терморегуляторов (Salus 091 FL, Salus 091 FLRF). Изделия поддерживают нужный уровень температуры внутри помещений и экономят электроэнергию, когда в комнате никого нет. Это цифровая техника, которая контролирует охлаждение и нагревание теплоносителя в соответствии с серией пользовательских настроек. В линейку входят накладные модификации с поверхностным монтажом на трубу либо емкость с видимой внешней шкалой (Salus AT10).

Как выбрать?

Выбор нужного изделия будет осуществить проще, опираясь на основные критерии, важные для покупателя. Кому-то вовсе не обязательно приобретать готовый комплект. Сегодня купить термоголовку и вентиль можно и по отдельности. При выборе стоит учесть диаметр клапана, так как он должен совпадать с диаметром трубы. Если это одно- или двухтрубные системы без циркуляционных насосов, покупают прибор типа RTD-G. Если насосы имеются, нужно приобретать конструкции RTD-N (-D).

Не стоит покупать изделия без сертификата, так как работать качественно и долго они не будут. При покупке нужно учитывать и гарантию, срок которой должен составлять не менее 3 лет.

Такие приборы не берут на распродаже и со скидкой, их покупают в проверенном магазине с хорошей репутацией мастеров в сфере ремонта и строительства. При этом опираются на трубу подвода теплоносителя к батарее. Важно обратить внимание и на тип соединительных гаек, так как в некоторых случаях они могут быть обжимными.

При покупке прибора нужно уточнять материал радиатора, а также дизайн устройства, так как эстетической привлекательности сегодня уделяется немало внимания. Прибор не должен смотреться обособленно, если он не закрыт нишей или экраном. При этом материал должен быть прочным и качественным. Дешевые модели не стоит рассматривать, так как они могут быть поддельными, что сегодня не является редкостью на рынке подобной продукции.

При выборе обращают внимание на тип датчика. Он может быть встроенным либо с дистанционным управлением. В первом случае он установлен горизонтально и обычно находится в свободном доступе. Во втором – закрыт в коробе, вмонтирован в систему вертикально. При этом расстояние от широкого подоконника до него не должно быть меньше 10 см. Какой вариант лучше, каждый выбирает сам, ведь не всем по карману беспроводные устройства. Кроме того, на стоимость влияет и имя марки.

Установка и регулировка

Терморегулятор работает хорошо, когда его установка выполнена по всем правилам и учетом некоторых нюансов. Чтобы его работа была эффективной, долговечной, корректной, необходимо изначально обеспечить свободный доступ, особенно если это приборы механического управления. Терморегулирующий элемент автоматического вида нельзя закрывать занавесками либо радиаторными экранами. От этого анализ температурных колебаний может иметь погрешности.

Перед непосредственной установкой терморегулятора из отопительной системы сливают всю воду. Подготавливают необходимый инвентарь и монтажный комплект для подключения, не забывая про комплектующие. Монтаж прибора нужно выполнять перпендикулярно по отношению к расположению панели радиатора. Стоит помнить, что направление потока теплоподачи должно совпадать с направлением стрелки терморегулятора.

Если положение термоголовки после монтажа будет вертикальным, это отразится на корректности работ сильфона. Однако данный нюанс не имеет отношения к приборам с выносным датчиком либо внешним блоком управления. Нельзя монтировать терморегулятор там, где на него будут постоянно попадать солнечные лучи. Кроме того, не всегда корректна работа устройства, если его местоположение находится рядом с крупной бытовой техникой с тепловым излучением. То же правило касается и вариантов скрытого типа, которые маскируют внутрь ниш для повышения эстетической привлекательности интерьера помещения.

Как делать?

Если во время подключения отопления в квартире или доме нет, необходимо открыть терморегулятор полностью. Это избавит клапан от деформирования, а регулятор – от засорения. Если монтаж выполняют в частном доме с двумя и более этажами, работу начинают с верхнего, поскольку теплый воздух всегда поднимается. Важно учесть и помещения, где колебания температуры более выражены. К ним относят кухню, комнаты, залитые солнцем, и помещения, где часто собираются домочадцы.

Независимо от схемы, терморегулятор всегда устанавливают на трубе подачи. Пока клапан не готов, термоголовку не вынимают из упаковки. Трубы подводки, расположенные горизонтально, обрезают на нужном расстоянии от батареи. Если на батарее ранее был установлен кран, его отсоединяют. От клапана, а также запорного элемента откручивают хвостовики с гайками. Их фиксируют в пробки радиатора отопления.

Трубную обвязку после сборки в выбранном месте крепят к горизонтальным трубам подводки стояка. Клапан прикручивают к входу батареи, следя за тем, чтобы его положение было горизонтальным. Можно перед ним вмонтировать в системы шаровой кран. Это позволит упростить замену терморегулятора при необходимости, будет его профилактикой повышенной нагрузки, что важно при эксплуатации вентиля в качестве запорной арматуры.

Клапан соединяют с магистралью, подающей теплоноситель. После этого открывают воду, заполняют ею систему и проверяют герметичность соединений, что особенно важно, когда нужно поставить прибор на старые батареи. Никаких подтеканий и просачивания воды быть не должно. Это нужно устранять путем подтягивания мест креплений. По мере необходимости выполняют предустановку клапана. Для нее оттягивают стопорное кольцо, после этого совмещают метку с необходимым делением. После этого кольцо стопорят.

Остается установить на клапан термоголовку. При этом ее могут крепить посредством накидной гайки либо защелкивающим механизмом. Устанавливать терморегулятор на батарею можно в том случае, если материалом ее изготовления является алюминий либо сталь, а также если конструкция радиатора биметаллическая. Чугунные характеризуются высокой тепловой инертностью, поэтому для таких батарей нет смысла устанавливать данные приборы.

Как настроить?

Если необходимо настроить терморегулятор во избежание путаницы в работе датчика, нужно изначально создать правильные условия в конкретном помещении.

Проводить работу можно по следующей схеме:

• закрывают окна, двери, выключают имеющиеся кондиционеры или вентиляторы;
• в комнате кладут термометр;
• клапан для подачи теплоносителя открывают полностью, поворачивая влево до упора;

• через 7-8 минут радиатор перекрывают, поворачивая клапан до упора вправо;
• ждут до тех пор, пока понижающаяся температура не станет комфортной;
• плавно открывают клапан до тех пор, пока не будет отчетливо слышен шум теплоносителя, указывающий на наиболее комфортные условия температурного фона помещения;
• вращение прекращают, оставляя клапан в данном положении;
• если нужно изменить комфортность температуры, используют регулятор термоголовки.

Настройка нужна приборам механического типа. Электронные аналоги в ней не нуждаются, так как их прибор самостоятельно осуществляет регулировку напора теплоносителя.

Как установить и настроить терморегулятор на радиаторе отопления, смотрите в видео ниже.

Советы

Можно учесть несколько полезных рекомендаций, которые помогут в установке терморегулятора для отопления батареи.

• Для двухтрубной системы предпочтительно нижнее боковое подключение с выносным датчиком на байпасе вверху радиатора.
• Угловой клапан можно монтировать, в том числе для бокового и диагонального подключения.
• Базовая потребность для обогревания комнаты зависит от метража помещения и высоты потолка.
• Для компенсации тепловых потерь нужно утеплить перекрытия, контактирующие с улицей (выполнить теплоизоляцию).

• Уровень высоты от пола до устройства при монтаже должен составлять не менее 80 см.
• Схема монтажа должна быть правильной, иначе можно не рассчитывать на высокую эффективность терморегулятора.
• Если при установке замечено подтекание в месте выхода штока из корпуса клапана, проблема может заключаться в сальниковом уплотнении.
• При монтаже прибора с установкой кольца совпадение риски с нужным значением обязательно.
• Расположение термоголовки должно быть таким, чтобы ее шкалу было видно.
• Факторами, оказывающими влияние на терморегулятор, являются вспомогательные источники тепла, лучи солнца, а также сквозняки.

Топологии регуляторов

для батарейного питания | Максим Интегрированный

Аннотация: В этом руководстве представлен обзор топологий регуляторов для оборудования с батарейным питанием. Обсуждаются линейные регуляторы, насосы заряда, понижающие и повышающие регуляторы, инверторы и конструкции обратного хода. Объясняется важность пикового тока и показаны схемы каждой топологии.

Аналогичная версия этой статьи появилась в номере EDN от 20 января 1994 г.

Введение

Источники питания, пожалуй, самые важные элементы системы с батарейным питанием.Знание некоторых основных топологий регуляторов поможет вам выбрать и спроектировать правильные конфигурации источника питания для ваших нужд. В этом руководстве представлен обзор топологий регуляторов для оборудования с батарейным питанием. Обсуждаются линейные регуляторы, насосы заряда, понижающие и повышающие регуляторы, инверторы и конструкции обратного хода. Объясняется важность пикового тока и показаны схемы каждой топологии. Обзор топологии регулятора

Настольные компьютеры, ноутбуки, нетбуки, смартфоны, КПК и многие другие бытовые электронные устройства обычно требуют более одного источника питания.Этим устройствам может потребоваться адаптер переменного / постоянного тока, зарядное устройство, высоковольтный преобразователь постоянного / переменного тока для подсветки и другие источники питания для лазеров, сотовых радиопередатчиков и вспомогательного оборудования. В таблице 1 показаны семь наиболее распространенных топологий регуляторов, начиная с простейшей (линейный регулятор) и переходя к более специализированным типам (например, обратноходовому регулятору). В таблице также перечислены плюсы и минусы каждой топологии.

Перестановка компонентов в базовой схеме импульсного регулятора изменяет топологию схемы для создания регуляторов, которые повышают (повышают), понижают (понижают) или инвертируют входное напряжение.Замена катушки индуктивности на трансформатор дает еще как минимум две цепи регулятора или вспомогательные выходные напряжения.

Таблица 1. Иерархия топологии DC / DC

В таблице 1 отсутствуют сложные топологии, такие как регуляторы с резонансным режимом, поскольку их схемы управления потребляют слишком много энергии для небольших систем с батарейным питанием. Правило для этих систем — простота: чем проще схема, тем лучше. В простых схемах нет магнитов, простых индукторов или трансформаторов 1: 1. Готовые магниты упрощают сборку и минимизируют затраты. Другие топологии могут быть получены из базовых топологий, приведенных в таблице 1. Сюда входят преобразователь Cuk, который сочетает в себе топологии понижающей и повышающей топологии, и прямой преобразователь, который объединяет понижающий преобразователь с половиной двухтактного преобразователя. Однако эти топологии подробно не обсуждаются в этом руководстве.

Линейные регуляторы

Линейные регуляторы являются самыми простыми и наименее дорогими из цепей питания, но за такую ​​простоту использования обычно приходится платить.Как указано в таблице 1, линейный регулятор включает в себя цепь обратной связи, которая контролирует выходное напряжение и регулирует его, управляя внутренним проходным транзистором (BJT или FET). Когда входное напряжение значительно превышает выходное напряжение, этот проходной транзистор рассеивает большое количество энергии (в виде тепла) при высоких нагрузках. Это приводит к более низкой эффективности, чем у сопоставимого импульсного регулятора.

Линейные регуляторы особенно полезны при генерировании нескольких напряжений, когда используются вместе с импульсным регулятором.Импульсный регулятор может повысить низкое напряжение батареи. Однако вместо того, чтобы включать несколько переключателей на небольшой плате, разработчик может использовать линейные регуляторы с низким падением напряжения для генерации напряжения для последующих цепей.

При использовании линейных регуляторов в системах с батарейным питанием важно учитывать ток покоя (типичный и при полной нагрузке), падение напряжения, тепловые характеристики и возможности отключения. Таблица 2 показывает краткое сравнение некоторых доступных регуляторов Maxim.

Таблица 2. Сравнение линейного регулятора

Деталь	Диапазон входного напряжения (В)	Ток покоя		Падение напряжения (при нагрузке 500 мА) (мВ)	Ток отключения (мкА)	Пакет
		Без нагрузки	I НАГРУЗКА = 500 мА (мкА)
MAX15029	от 1,425 до 3,6	275 мкА	315 ​​	40	5,5	TDFN
MAX1806	2. От 25 до 5,5	210 мкА	575	201	0,02	µMAX®
MAX1589	от 1,62 до 3,6	70 мкА	90	175	0,01	ЦОТ, ТДФН
MAX1935	от 2,25 до 5,5	210 мкА	575	201	0,02	TQFN

См. Примечание по применению 751 компании Maxim «Линейные регуляторы в портативных приложениях», где подробно обсуждается использование линейных регуляторов в цепях с батарейным питанием.

Нагнетательные насосы

В зарядных насосах вместо схемы переключателя индуктивности используются конденсаторы для генерации выходного напряжения, которое выше или ниже входного. Насосы регулируемого заряда также могут инвертировать входное напряжение.

Обычно ток нагрузки, который может быть получен от зарядного насоса, ограничен несколькими десятками миллиампер. Выходное напряжение нерегулируемого зарядового насоса зависит от входного напряжения и падает пропорционально увеличению выходной нагрузки. Регулируемые насосы заряда не зависят от входного напряжения для установки выходного напряжения, и, поскольку они регулируются, выходное напряжение остается постоянным во всем диапазоне нагрузки.Некоторые зарядные насосы способны выдерживать ток до 125 мА (например, MAX1595), а некоторые — до 250 мА (MAX682).

Зарядные насосы создают шум при зарядке и разряде конденсатора (ов), подключенного к устройству. Из-за пределов небольшой нагрузки и отсутствия индуктора этот шум обычно меньше по величине, чем у сопоставимого импульсного стабилизатора.

Регуляторы переключения

Импульсные регуляторы более эффективны и универсальны, чем их линейные аналоги; однако они также заметно сложнее.Параметры, влияющие на выбор топологии импульсного стабилизатора, включают пиковые токи для нагрузки и индуктора, уровень напряжения на силовых транзисторах и необходимость в магнитном и емкостном накопителе энергии. Импульсные регуляторы

имеют два основных режима работы: прерывистая проводимость и непрерывная проводимость. Прерывистая проводимость позволяет току индуктора снижаться до нуля в течение каждого периода выключения, что приводит к передаче накопленной энергии на выходной фильтр во время каждого цикла переключения.В режиме непрерывной проводимости ток индуктора включает постоянную составляющую, пропорциональную нагрузке. Работа в режиме непрерывной проводимости снижает отношение пикового тока индуктора к постоянному току нагрузки. Это, в свою очередь, снижает размах пульсаций тока и уменьшает потери в сердечнике.

Пиковый ток критичен

В преобразователях с батарейным питанием важен пиковый ток индуктора, поскольку он напрямую влияет на срок службы батарей и паразитные потери. Это частично зависит от среднего тока нагрузки, который зависит от топологии регулятора, схемы управления и от того, является ли ток индуктора непрерывным.Некоторые примеры уравнений для пикового тока катушки индуктивности для повышающих, понижающих и инверторных регуляторов показаны в Таблица 3 .

Таблица 3. Пример уравнения пикового значения тока индуктора

Конфигурация	Устройство	Пиковый ток индуктора (A)
Понижающий / Бак	MAX8566
Повышение / Повышение	MAX15059
Инвертор	MAX1846

* LIR — это отношение тока пульсаций индуктора к среднему продолжительному току при минимальной нагрузке.цикл. Для достижения максимальной производительности и стабильности рекомендуется выбирать LIR в диапазоне от 20% до 40%.
** T _S — период переключения устройства, η — КПД.
*** D _MAX — максимальный рабочий цикл.

Напряжение на переключающем транзисторе обычно не является проблемой для преобразователей с батарейным питанием. Номинальные значения напряжения пробоя 20 В и 50 В для стандартных полевых МОП-транзисторов с логическим уровнем подходят для низких входных и выходных напряжений в системах с батарейным питанием.

Диссипативные потери возникают в паразитных резистивных элементах цепи регулятора. Эти потери включают последовательное сопротивление батареи; эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов фильтра; сопротивление коммутирующего элемента во включенном состоянии; и сопротивления в проводниках, разъемах и проводке. Потери на рассеяние пропорциональны квадрату пикового тока, поэтому уменьшение пикового тока может значительно минимизировать эти потери. Кроме того, внутренний нагрев ухудшает химический состав батареи; таким образом, чрезмерные пиковые токи могут сократить срок службы батареи.

Другие топологии

Понижающий стабилизатор — лучший выбор для большинства приложений с батарейным питанием, при условии, что вы можете позволить себе несколько ячеек, необходимых для генерации напряжения батареи, превышающего выходное напряжение. Ток индуктора течет к нагрузке в течение обеих фаз цикла переключения, поэтому средний выходной ток равен среднему току индуктора. Теоретически наибольший КПД достигается при низком входном напряжении, что подразумевает меньшее количество последовательно соединенных элементов батареи. Если предположить, что падение напряжения переключателя во включенном состоянии намного меньше входного напряжения, низкое входное напряжение снижает коммутационные потери переменного тока и среднеквадратичный входной ток.

Повышающие или повышающие топологии генерируют выходное напряжение, превышающее входное. Эти топологии подходят для систем с ограниченным количеством аккумуляторных элементов. Поскольку напряжение источника и катушка индуктивности включены последовательно, средний ток катушки индуктивности равен входному постоянному току, определяемому по формуле:

I = P _IN / V _IN .

Топология инвертора, иногда называемая повышающей-понижающей схемой, генерирует выходное напряжение, полярность которого противоположна входному.Регуляторы инвертирования и обратного хода электрически эквивалентны с учетом пиковых токов и напряжения. Эти топологии наиболее подходят для приложений, требующих отрицательных или гальванических изолированных выходов. В целом, однако, высокие пиковые токи делают инвертирующие и обратноходовые топологии наименее привлекательными среди простых регуляторов.

Инвертирующая и повышающая топологии работают аналогично, но выпрямленный ток индуктивности инвертора создает отрицательное выходное напряжение, которому не способствует напряжение источника.Переключающий элемент инвертирующего регулятора испытывает большие перепады напряжения, которые приводят к высоким коммутационным потерям и нагрузке на транзистор. Кроме того, инвертирующие и обратноходовые регуляторы имеют конденсаторы входного и выходного фильтров, которые должны поглощать формы волны тока с большими резкими переходами. На входном конденсаторе повышающего регулятора или на выходном конденсаторе понижающего регулятора отсутствуют быстро движущиеся края формы волны.

Перевернутая топология с переключателем на нижней стороне

Вы можете реализовать три отрицательные топологии, перевернув классические топологии понижающего, повышающего и инвертирующего типа. Поскольку входной источник инвертирован, вы должны поменять полярность переключателя и выпрямителя (Рисунок 1). Хотя в настоящее время нет доступных ИС для отрицательной топологии, вы можете использовать ИС с положительным выходом. Регуляторы с отрицательным понижающим коэффициентом обладают всеми преимуществами регуляторов с положительным понижающим коэффициентом, а также дополнительным преимуществом переключателя нижнего уровня. В схеме переключателя нижнего уровня используется n-канальный MOSFET с низким R _ON с простыми требованиями к возбуждению. Отрицательный понижающий стабилизатор имеет некоторую привлекательность в качестве альтернативы основному положительному регулятору, пока батарея может плавать относительно заземления системы.Если возможно «плавающее» напряжение батареи, вы можете подключить массу к отрицательному выходу, а положительный полюс батареи — к V _OUT .

Рисунок 1. Вы можете инвертировать входной источник для создания трех топологий. Отрицательный понижающий стабилизатор (а) имеет выходное напряжение меньше входного. Регулятор отрицательного усиления (b) имеет более отрицательный выход, чем вход. Стабилизатор с отрицательным инвертором (c) преобразует отрицательное напряжение в положительное.

Обычно создание нескольких независимых источников питания — лучший способ спроектировать несколько выходов в системе с батарейным питанием.Используя простые топологии, вы можете сгенерировать оставшиеся выходы, используя стандартные трансформаторы или ответвители для накачки заряда.

Цепи связанных индукторов (, рис. 2, ) добавляют дополнительную обратную обмотку к базовой топологии понижающего, повышающего и инвертирующего сигналов. Эти гибридные схемы важны, потому что они сочетают в себе преимущества возвратной схемы (изоляция и недорогие множественные выходы) с преимуществами понижающих и повышающих схем (низкий пиковый ток и низкое напряжение на переключателе).Схема со связанными индукторами уменьшает количество обмоток, необходимых для схемы обратного хода, на одну. Это сокращение позволяет использовать недорогой трансформатор 1: 1 для генерации двойных выходных напряжений.

Рис. 2. Вы можете создать вспомогательные выходы, используя обратноходовой трансформатор вместо индуктора в базовой (а) понижающей, (б) повышающей и (в) инверторной конфигурациях.

Понижающий стабилизатор с возвратной обмоткой — это топология с превосходными характеристиками для многих приложений с батарейным питанием.Конфигурация имеет отличную стабильность, низкие пиковые токи и низкие пульсации на выходе. Выходная мощность вторичной обмотки зависит от тока нагрузки основного выхода и величины дифференциального напряжения на первичной обмотке. Оба эти параметра определяют изменение магнитного потока в сердечнике, которое запускает обратный механизм.

Как правило, общая доступная вторичная мощность равна или меньше половины основной выходной мощности. Это правило применимо только к высоким входным напряжениям.Оценка вторичной мощности должна быть уменьшена для входного напряжения менее чем в полтора раза превышающего выходное напряжение. Правило также не распространяется на схемы, содержащие синхронный выпрямитель вместо простого диода. Синхронные выпрямители имеют короткий период, когда первичный ток меняется на противоположное, что заставляет схему вести себя как прямой преобразователь, а не как обратный преобразователь. Чтобы эффективно передавать мощность во время этого режима прямой проводимости, вы должны минимизировать индуктивность рассеяния, уменьшить импеданс обмотки и выпрямителя, а также сделать конденсатор фильтра вторичного выхода настолько малым, насколько позволяет пульсирующее напряжение.

Насосы заряда диод-конденсатор предлагают еще один недорогой способ генерации нескольких выходных напряжений. Любой узел, который имеет повторяющиеся импульсы, может управлять диодно-конденсаторной цепью. Выход драйвера затвора или главный переключающий узел импульсного регулятора — хороший кандидат. Например, повышающие регуляторы могут заряжать летающий конденсатор через заземленный диод, когда коммутационный узел находится в высоком состоянии (, рис. 3а, ). При включении повышающего транзистора коммутирующий узел и положительное напряжение летающего конденсатора устанавливаются на 0 В.Когда повышающий транзистор включается, летающий конденсатор генерирует отрицательное напряжение, разряжаясь во вспомогательный выходной конденсатор.

Рис. 3. Ответвитель подкачки заряда предлагает недорогой способ получения вспомогательного выходного напряжения. Отключение цепи повышения с летающим конденсатором (а) создает накачку отрицательного заряда. Размещение удвоителя напряжения на выходе цепи повышения напряжения (b) создает вспомогательный выход высокого напряжения.

Диодно-конденсаторные насосы заряда лучше всего работают с импульсными импульсными регуляторами, поскольку коммутационный узел переключается между четко определенным напряжением V _OUT и землей.Поэтому линейное регулирование хорошее. Однако регулировка не так хороша, когда вы нажимаете на переключающий узел понижающего или инвертирующего стабилизатора, потому что высокое напряжение, V _IN , изменяется в зависимости от напряжения батареи. Регулировка нагрузки в основном зависит от прямого падения напряжения на диоде. В приложениях с очень низким энергопотреблением (20 мА или меньше), где выходной сигнал питает операционный усилитель или драйвер затвора на полевом транзисторе, вы можете создать накачку заряда, используя недорогой диод 1N4148 и конденсатор 1 мФ.

Зачем мне нужен регулятор напряжения?

Сводка

— Что такое регулятор напряжения?

— Использование регулятора напряжения v

Регулятор электрического напряжения — это устройство безопасности, подключенное к электрическому оборудованию для защиты его от пониженного и перенапряжения.

Что такое регулятор электрического напряжения?

Принцип

Регулятор напряжения (также называемый инвертором или стабилизатором) — это защитное устройство для так называемого чувствительного электрического оборудования. Его основная функция — регулировать напряжение питания, которое может привести к повреждению устройства в результате пика или падения.

Регуляторы напряжения подключаются к бытовой электросети и состоят из аккумулятора, который поглощает колебания напряжения. Подобно буферной емкости, аккумулятор обеспечивает прибору постоянное линейное электропитание.

Инверторы

различаются по своей технологии, стабильности подаваемого напряжения и времени (измеряется в миллисекундах) микроперерыва в реле источника питания (время переключения). Помехи отфильтровываются электронной системой.

Полезно знать: Колебания электрического напряжения сокращают срок службы электрических устройств, не защищенных регулятором напряжения (повреждение электронных компонентов приводит к преждевременному выходу из строя).

Основная характеристика: Мощность

Мощность является основной характеристикой стабилизаторов, поскольку она относится к подключенным устройствам и определяет продолжительность времени, в течение которого устройство в случае сбоя питания может получать питание от батареи. Мощность измеряется в вольтах-амперах (ВА) или киловольт-амперах (кВА). Мощность стабилизатора определяется умножением потребляемой мощности подключенного устройства на 1,6.

Примечание: чем выше значение, тем дольше устройство будет работать.Регуляторы напряжения не следует путать с преобразователями напряжения, которые используются для преобразования напряжения.

С помощью регулятора напряжения

Различные типы

Электрооборудование разнообразно, инверторы представлены трех типов: автономные, оперативные и линейные.

Автономные инверторы подходят для защиты офисной автоматики (максимальная мощность 1 кВА, время переключения около 5 мс).

Инверторы

On-line защищают самые чувствительные устройства и подходят для защиты компьютерных серверов, медицинских устройств и т. Д.(мощность более 5 кВА, время переключения нулевое).

Линейные инверторы

регулируют входное напряжение и особенно подходят для сетей с нестабильным напряжением: их область применения шире, что делает их стабилизаторами, которые в основном используются в странах с низким качеством распределения электроэнергии (мощность от 0,5 до 5 кВА, время переключения 2 мс).

Примечание: постоянный ток от батареи преобразуется в переменный ток перед тем, как вернуться к подключенному устройству.

Стоимость и распространение Стабилизаторы напряжения

можно найти в профессиональных и потребительских магазинах DIY, в магазинах электроники и промышленной электрозащиты, а также в Интернете.

Цена зависит от техники и мощности. Количество:

— ок. 200 долларов за автономный инвертор стоимостью 900 ВА для защиты компьютера;

— от 600 до 2000 долларов за ИБП on-line от 1000 до 10000 ВА для защиты критически важных приложений (сервер телефонии, система безопасности и т. Д.)).

Спасибо, что читаете наши посты. Надеюсь, что приведенное выше дало вам лучшее представление о ваших потребностях в электромонтаже. Учтите, что регулятор электрического напряжения должен устанавливать только профессиональный электрик. Это непростая работа для энтузиастов DIY. Если вы ищете эксперта, запишите свои комментарии ниже. Мы скоро ответим вам. Будьте в курсе наших регулярных новых публикаций в этом блоге. Вскоре мы рассмотрим основные элементы электрической панели, такие как выключатель нагрузки, дифференциальный автоматический выключатель, электрический счетчик, дифференциальный переключатель, устройство защиты от грозовых перенапряжений и другие элементы электрической защиты, такие как электрический трансформатор и изолирующий трансформатор.

LTC1733: Температурное регулирование увеличивает скорость зарядки литий-ионной батареи без риска перегрева

Линейные зарядные устройства

обычно меньше, проще и дешевле, чем решения на базе переключателей, но у них есть один серьезный недостаток: чрезмерное рассеивание мощности. Когда входное напряжение высокое, а напряжение батареи низкое (разряженная батарея), линейное зарядное устройство может генерировать достаточно тепла, чтобы повредить себя или другие компоненты. Как правило, такие условия являются временными — поскольку напряжение батареи растет вместе с ее зарядом — но это наихудшие ситуации, которые необходимо учитывать при определении максимально допустимых значений тока заряда и температуры ИС. Чтобы решить эту проблему, LTC1733 использует внутреннюю тепловую обратную связь для регулирования тока заряда и ограничения температуры кристалла. Эта функция сокращает время зарядки, поскольку разработчик может запрограммировать высокий ток заряда (чтобы минимизировать время зарядки) без риска повреждения LTC1733 или любых других компонентов. Также устраняется необходимость в чрезмерном тепловом проектировании. Для дальнейшего улучшения теплопередачи LTC1733 заключен в 10-выводной корпус MSOP с улучшенными тепловыми характеристиками. Для простоты LTC1733 представляет собой законченное решение для литий-ионного зарядного устройства, для которого требуется всего три внешних компонента, как показано на Рисунке 1.

Рисунок 1. Автономное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов.

Внутренний силовой полевой МОП-транзистор позволяет программировать ток заряда до 1,5 А с точностью 7%, чтобы обеспечить быструю и полную зарядку. Внутренний полевой МОП-транзистор также устраняет необходимость во внешнем резисторе считывания тока или блокирующем диоде. Конечное напряжение холостого хода выбирается контактом 4,1 В или 4,2 В с точностью 1%, чтобы предотвратить опасную перезарядку или снижение емкости батареи из-за недозаряда.

В соответствии с рекомендациями производителей аккумуляторов LTC1733 включает в себя программируемый таймер завершения зарядки и вход термистора для зарядки с учетом температуры.Выходы состояния включают в себя обнаружение заряда C / 10 для индикации состояния, близкого к концу заряда, обнаружение наличия настенного адаптера для определения того, может ли зарядка продолжаться или нет, мониторинг зарядного тока для измерения газа и обнаружение неисправностей для выявления неисправных элементов. Кондиционирование низкого заряда батареи (непрерывная зарядка) безопасно заряжает переразряженный элемент, а автоматическая подзарядка гарантирует, что батарея всегда будет полностью заряжена. Для экономии заряда батареи ток разряда батареи LTC1733 падает до менее 5 мкА, когда сетевой адаптер отсутствует или когда компонент выключен.

Для зарядки одноэлементной литий-ионной батареи пользователь должен подать входное напряжение (обычно от сетевого адаптера) не менее 4,5 В на вывод V _CC . На выводе ACPR впоследствии будет установлен низкий уровень, чтобы указать, что условие входного напряжения было выполнено. Кроме того, резистор 1% должен быть подключен от PROG к GND, чтобы запрограммировать номинальный ток заряда на 1500 В / R _PROG . Затем на выводе CHRG будет низкий уровень, чтобы указать, что цикл зарядки начался. Конденсатор, подключенный между контактом TIMER и GND, запрограммирует время завершения заряда на 3 часа на 100 нФ.

Если напряжение на выводе BAT ниже 2,48 В в начале цикла заряда, то ток заряда будет составлять одну десятую запрограммированного значения, чтобы безопасно довести напряжение элемента до достаточно высокого, чтобы обеспечить полный ток заряда. Если ячейка повреждена и напряжение не поднимется выше 2,48 В в течение одной четверти запрограммированного времени завершения, цикл зарядки завершится, и на выходе состояния НЕИСПРАВНОСТЬ будет зафиксирован низкий уровень, указывающий на неисправную ячейку. Все три из этих выходных контактов состояния, ACPR, CHRG и FAULT, обладают достаточной способностью потреблять ток, чтобы зажечь светодиод.

Когда напряжение батареи поднимается выше 2,48 В (что обычно происходит вскоре после начала цикла зарядки), LTC1733 подает на батарею постоянный ток, как запрограммировано R _PROG . LTC1733 будет оставаться в режиме постоянного тока до тех пор, пока напряжение на выводе BAT не приблизится к выбранному конечному напряжению плавающего режима (4,1 В для SEL = 0 В и 4,2 В для SEL = V _CC ). В этот момент деталь переходит в режим постоянного напряжения.

В режиме постоянного напряжения LTC1733 начинает уменьшать ток заряда, чтобы поддерживать постоянное напряжение на выводе BAT, а не постоянный ток на выводе BAT.Когда ток падает до 10% от полномасштабного запрограммированного тока заряда, внутренний компаратор блокирует сильное понижение на выводе CHRG и подключает источник слабого тока (около 25 мкА) к земле, чтобы указать близкий конец Заряд (C / 10) состояние.

В отличие от зарядных устройств, которые отключаются, когда ток достигает C / 10, LTC1733 продолжает заряжать батарею после точки C / 10, пока не истекло время завершения, чтобы гарантировать, что батарея полностью заряжена. Прекращение зарядки на C / 10 может оставить аккумулятор заряженным только до 90-95% емкости, в то время как зарядка после C / 10 и завершение по времени может зарядить аккумулятор до 100% емкости.После завершения контакт CHRG принимает состояние с высоким импедансом.

LTC1733 может заряжать аккумулятор при условии, что напряжение аккумулятора было выше 3,95 В (SEL = 0 В) или 4,05 В (SEL = V _CC ) во время начального цикла зарядки. При превышении этих пороговых значений начинается новый цикл зарядки, если напряжение батареи падает ниже 3,9 В (SEL = 0 В) или 4,0 В (SEL = V _CC ) из-за нагрузки на батарею или тока саморазряда батареи. батарея. Схема подзарядки интегрирует напряжение на выводе BAT в течение нескольких миллисекунд, чтобы предотвратить перезапуск цикла зарядки из-за переходных процессов. Эта функция гарантирует, что аккумулятор остается заряженным, даже если он оставлен подключенным к зарядному устройству в течение очень долгого времени.

Дополнительной ключевой особенностью LTC1733 является внутренний контур терморегулирования. Если при работе с высокой мощностью и / или в условиях высокой температуры окружающего воздуха температура перехода LTC1733 приближается к 105 ° C, ток заряда автоматически уменьшается, чтобы поддерживать температуру перехода примерно на уровне 105 ° C (температура платы обычно остается ниже примерно 85 ° C. ).Это называется режимом постоянной температуры. Эта функция позволяет пользователю программировать ток заряда на основе типичных условий эксплуатации и устраняет необходимость в сложной тепловой конструкции, необходимой во многих применениях линейных зарядных устройств. LTC1733 автоматически позаботится о наихудших условиях. Помимо защиты LTC1733, эта функция устраняет «горячие точки» на плате, тем самым защищая окружающие компоненты. Функции теплового отключения других зарядных устройств аккумуляторов просто отключают зарядное устройство при очень высоких температурах (обычно выше 130 ° C).Этот тип отключения, основанный на температуре перехода, позволяет как зарядному устройству, так и окружающей плате сильно нагреваться, поэтому, даже если существует «защита» отключения, приложение должно быть тщательно разработано, чтобы избежать достижения температуры теплового отключения во всех сценариях. LTC1733 упрощает тепловую схему за счет автоматической балансировки тока заряда, рассеиваемой мощности и рабочей температуры.

Для дальнейшего улучшения тепловых характеристик LTC1733 он упакован в 10-контактный корпус MSOP с улучшенными тепловыми характеристиками.Плата приложений, изображенная на Рисунке 2, занимает всего 76 мм ² пространства на плате и может рассеивать более 2 Вт энергии при комнатной температуре. Это соответствует максимальному току заряда около 1,5 А при входном напряжении 5 В. Это предполагает, что литий-ионный аккумулятор во время зарядки проводит большую часть времени при напряжении 3,7 В. Фактически, это консервативное предположение, так как типичный литий-ионный аккумулятор поднимает напряжение выше 3,8 В в течение первых нескольких минут зарядки. Мощные тепловые характеристики LTC1733 и точность 7% запрограммированного тока заряда позволяют очень быстро и точно заряжать одноэлементные литий-ионные аккумуляторы.

Рис. 2. Полнофункциональное одноэлементное литий-ионное зарядное устройство.

Для измерений газа вывод PROG предоставляет очень точную информацию о токе, протекающем через вывод BAT. Отношение определяется по:

В режиме постоянного тока напряжение на выводе PROG всегда составляет 1,5 В, что указывает на то, что запрограммированный ток заряда вытекает из вывода BAT. В режиме постоянной температуры или постоянного напряжения ток вывода BAT уменьшается и может быть определен путем измерения напряжения на выводе PROG и применения приведенной выше формулы.Вывод PROG вместе с тремя выходами состояния с открытым стоком (ACPR, CHRG и FAULT) информируют пользователя о том, что именно LTC1733 делает в любое время.

В дополнение к программируемому таймеру и оценке низкого заряда батареи, LTC1733 добавляет зарядку с определением температуры в список рекомендуемых производителем батарей функций безопасности. Температура аккумуляторной батареи измеряется путем размещения термистора с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) рядом с аккумуляторной батареей. Используя схему, показанную на Рисунке 3, LTC1733 может временно приостановить внутренний таймер и прекратить зарядку, когда температура батареи упадет ниже 0 ° C или поднимется выше 50 ° C.Для выполнения этой функции следует выбрать R _HOT равным значению выбранного термистора NTC при 50 ° C. Это гарантирует, что точка срабатывания внутреннего компаратора 1 / 2V _CC соответствует температуре NTC 50 ° C. Кроме того, выбранный термистор NTC должен иметь значение при 0 ° C, которое в семь раз больше значения при 50 ° C, насколько это возможно. Соотношение холодного и горячего NTC 7: 1 гарантирует, что точка срабатывания внутреннего компаратора 7 / 8V _CC соответствует температуре NTC 0 ° C. Каждый компаратор горячего и холодного имеет гистерезис примерно 2 ° C для предотвращения колебаний относительно точки срабатывания. Кроме того, функцию NTC можно отключить без каких-либо внешних компонентов, просто заземлив вывод NTC.

Рисунок 3. Схема температурной квалификации.

LTC1733 — это полнофункциональное автономное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов. В своей простейшей форме LTC1733 требует всего трех внешних компонентов и может безопасно и точно заряжать аккумуляторы большой емкости очень быстро, используя до одного.5А зарядного тока. Термистор NTC и несколько светодиодов могут быть добавлены, чтобы воспользоваться функциями безопасности и состояния.

Введение — Что такое LDO? Что такое линейный регулятор?

・ Что такое LDO (стабилизатор напряжения с малым падением напряжения)?

Регулятор LDO — это линейный регулятор, который может работать при очень низкой разности потенциалов между входным и выходным напряжением.

Линейный стабилизатор — это тип ИС источника питания, который может выдавать постоянное напряжение из входного напряжения и используется во множестве электронных устройств.Поскольку стабилизатор LDO может работать при низкой разности потенциалов между входным и выходным напряжением, использование регулятора LDO поможет контролировать накопление тепла и обеспечит эффективное использование энергии.

Ниже приводится простое описание основной роли и характеристик линейного регулятора, а также того, как он используется.

Линейный регулятор Таблица выбора

1. Основная роль линейного регулятора

В электронных устройствах линейный регулятор создает необходимое напряжение для последующих систем в основном за счет энергии, поступающей от батареи.Линейный регулятор может выдавать более низкое установившееся напряжение из входного напряжения.

* Микроконтроллер (MCU)… Процессор для управления электронными устройствами. Микроконтроллер работает в соответствии с входными сигналами как мозг электронных устройств.

Линейный регулятор длинных продавцов

2. Характеристики линейного регулятора

Понимание особенностей линейного регулятора необходимо для его правильного использования.Его характерные особенности описаны ниже.

Способен выдавать стабильное напряжение (= напряжение с низким уровнем шума)

Линейный регулятор может выдавать требуемое установившееся напряжение, не подвергаясь влиянию изменений ^* входного напряжения. Малошумное выходное напряжение линейного регулятора делает его идеально подходящим для подачи напряжения на модули датчиков или другие устройства, чувствительные к шуму. (* Изменения, которые находятся в пределах рабочего диапазона напряжения линейного регулятора)

Требуется несколько внешних компонентов

Для микросхем

обычно требуются внешние компоненты (например, резисторы или конденсаторы).
Для линейного регулятора требуется не более двух внешних компонентов: входной конденсатор и выходной конденсатор. Небольшое количество требуемых внешних компонентов упрощает конструкцию внешних компонентов и схемы источника питания, что позволяет упростить конфигурацию схемы источника питания.

Когда разность потенциалов между входным и выходным напряжением велика, тепловыделение также увеличивается.

Когда разница между входным и выходным напряжением (разность потенциалов между входным и выходным напряжением) велика, накопление тепла становится проблемой.
→ Подробное описание см. В разделе «Что такое потери тепла?»
По этой причине линейный регулятор лучше всего подходит для приложений с низким энергопотреблением.

3. Случаи, требующие использования линейного регулятора

Итак, когда следует использовать линейный регулятор? Ниже приведены типичные случаи.

・ Когда рабочее напряжение последующих систем низкое

Линейный регулятор может обеспечить последующие системы идеальным напряжением, когда напряжение его источника питания выше, чем рабочее напряжение последующих систем.

・ Когда требуется стабильное электропитание

MCU, датчики и другие компоненты обычно требуют постоянного напряжения для нормальной работы, и именно здесь на помощь приходит линейный регулятор.

Нет ничего необычного в том, что внешние факторы или отдельный компонент электронного устройства могут вызывать колебания напряжения или создавать шум. Это факторы, которые препятствуют нормальной работе микроконтроллеров, датчиков или других компонентов и могут привести к их отказу в худшем случае.

Использование линейного регулятора на входе компонентов, которым требуется стабильное напряжение или которые чувствительны к шуму, обеспечит постоянную и безопасную работу при стабильном напряжении.

3 серии репрезентативных регуляторов LDO

> Принцип действия и устройство линейного регулятора

> Введение в линейный регулятор ABLIC

Как успешно применять понижающие (понижающие) стабилизаторы постоянного тока

Смартфоны, планшеты, цифровые камеры, навигационные системы, медицинское оборудование и другие маломощные портативные устройства часто содержат несколько интегральных схем, изготовленных с использованием различных полупроводниковых процессов. Для этих устройств обычно требуется несколько независимых напряжений питания, каждое из которых обычно отличается от напряжения, подаваемого батареей или внешним источником питания переменного тока в постоянный.

На рис. 1 показана типичная система с низким энергопотреблением, работающая от литий-ионной батареи. Полезный выход батареи варьируется от 3 В до 4,2 В, в то время как микросхемы требуют 0,8 В, 1,8 В, 2,5 В и 2,8 В. Простой способ снизить напряжение батареи до более низкого постоянного напряжения — использовать с малым падением напряжения. регулятор (LDO). К сожалению, мощность, не переданная нагрузке, теряется в виде тепла, что делает LDO неэффективными, когда V _IN намного больше, чем V _OUT .Популярная альтернатива, переключающий преобразователь , попеременно накапливает энергию в магнитном поле индуктора и передает энергию нагрузке с другим напряжением. Сниженные потери делают его лучшим выбором для обеспечения высокой эффективности. Понижающие преобразователи Buck или , покрытые здесь, обеспечивают более низкое напряжение. Преобразователи Boost или повышающие — которые будут рассмотрены в следующей статье — обеспечивают более высокое выходное напряжение. Переключающие преобразователи, которые включают в себя внутренние полевые транзисторы в качестве переключателей, называются переключающими регуляторами , а устройства, требующие внешних полевых транзисторов, называются переключающими контроллерами .В большинстве систем с низким энергопотреблением используются как LDO, так и переключающие преобразователи для достижения целей по стоимости и производительности.

Рисунок 1. Типичная портативная система малой мощности. Понижающие регуляторы

состоят из двух переключателей, двух конденсаторов и катушки индуктивности, как показано на рис. 2. Неперекрывающиеся приводы переключателей обеспечивают включение только одного переключателя, чтобы избежать нежелательного «проскока» тока. В фазе 1 переключатель B разомкнут, а переключатель A замкнут. Индуктор подключен к V _IN , поэтому ток течет от V _IN к нагрузке.Ток увеличивается из-за положительного напряжения на катушке индуктивности. На этапе 2 переключатель A разомкнут, а переключатель B замкнут. Индуктор подключен к земле, поэтому ток течет от земли к нагрузке. Ток уменьшается из-за отрицательного напряжения на катушке индуктивности, и энергия, накопленная в катушке индуктивности, разряжается в нагрузку.

Рис. 2. Топология понижающего преобразователя и рабочие формы сигналов.

Обратите внимание, что работа импульсного регулятора может быть непрерывной или прерывистой. При работе в режиме непрерывной проводимости (CCM) ток индуктора никогда не падает до нуля; при работе в режиме прерывистой проводимости (DCM) ток индуктора может упасть до нуля.Понижающие преобразователи малой мощности редко работают в DCM. Пульсации тока , обозначенные как ΔI _L на Рисунке 2, обычно рассчитаны на 20–50% номинального тока нагрузки.

На рисунке 3 переключатели A и B были реализованы с переключателями PFET и NFET соответственно, чтобы создать синхронный понижающий стабилизатор. Термин синхронный указывает, что полевой транзистор используется в качестве нижнего переключателя. Понижающие регуляторы, в которых вместо нижнего переключателя используется диод Шоттки, считаются асинхронными (или несинхронными).Для работы с малой мощностью синхронные понижающие стабилизаторы более эффективны, поскольку полевой транзистор имеет меньшее падение напряжения, чем диод Шоттки. Однако эффективность синхронного преобразователя при малой нагрузке будет снижена, если нижний полевой транзистор не будет освобожден, когда ток катушки индуктивности достигнет нуля, а дополнительная схема управления увеличивает сложность и стоимость ИС.

Рис. 3. Понижающий регулятор объединяет в себе генератор, контур управления ШИМ и переключающие полевые транзисторы.

В современных маломощных синхронных понижающих стабилизаторах в качестве основного режима работы используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). ШИМ поддерживает постоянную частоту и изменяет ширину импульса ( t _ON ) для регулировки выходного напряжения. Средняя передаваемая мощность пропорциональна рабочему циклу, D , что делает это эффективным способом подачи питания на нагрузку.

Переключатели на полевых транзисторах управляются широтно-импульсным контроллером, который использует обратную связь по напряжению или току в контуре управления для регулирования выходного напряжения в ответ на изменения нагрузки. Понижающие преобразователи с низким энергопотреблением обычно работают в диапазоне от 1 МГц до 6 МГц.Более высокие частоты переключения позволяют использовать катушки индуктивности меньшего размера, но эффективность снижается примерно на 2% при каждом удвоении частоты переключения.

ШИМ-режим не всегда улучшает эффективность системы при малых нагрузках. Рассмотрим, например, схему питания видеокарты. По мере изменения видеоконтента изменяется и ток нагрузки понижающего преобразователя, управляющего графическим процессором. Непрерывная работа PWM может работать с широким диапазоном токов нагрузки, но эффективность быстро падает при малых нагрузках, поскольку мощность, требуемая регулятором, потребляет больший процент от общей мощности, подаваемой на нагрузку.Для портативных устройств понижающие стабилизаторы включают дополнительные методы энергосбережения, такие как частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), пропуск импульсов или их комбинация.

Analog Devices определяет эффективную работу при малой нагрузке как энергосберегающий режим (PSM). При входе в режим энергосбережения смещение, индуцированное на уровне регулирования ШИМ, вызывает повышение выходного напряжения до тех пор, пока оно не достигнет примерно 1,5% от уровня регулирования ШИМ, после чего работа ШИМ отключается: оба переключателя питания выключены, и переход в режим ожидания .C _OUT может разряжаться до тех пор, пока V _OUT не упадет до регулируемого напряжения ШИМ. Затем устройство приводит в действие катушку индуктивности, в результате чего V _OUT снова поднимается до верхнего порога. Этот процесс повторяется до тех пор, пока ток нагрузки ниже порогового значения тока энергосбережения.

ADP2138 — это компактный понижающий преобразователь постоянного тока с понижающей частотой 800 мА и частотой 3 МГц. На рисунке 4 показана типовая схема приложения. На рисунке 5 показано повышение эффективности между принудительной ШИМ и автоматической работой ШИМ / PSM.Из-за переменной частоты помехи PSM может быть трудно отфильтровать, поэтому многие понижающие стабилизаторы включают в себя вывод MODE (показанный на рисунке 4), который позволяет пользователю принудительно использовать непрерывную работу PWM или разрешать автоматическую работу PWM / PSM. Вывод MODE может быть подключен как для рабочего режима, так и для динамического переключения при необходимости для экономии энергии.

Рисунок 4. Типовая схема приложений ADP2138 / ADP2139. Рисунок 5. Эффективность ADP2138 в (а) непрерывном режиме ШИМ и (б) режиме PSM.

Понижающие регуляторы повышают эффективность

Повышенная эффективность позволяет увеличить время работы аккумулятора перед заменой или подзарядкой, что очень желательно в новых конструкциях портативных устройств. Например, литий-ионная аккумуляторная батарея может управлять нагрузкой 500 мА при 0,8 В с использованием LDO ADP125, как показано на рисунке 6. КПД LDO, В _OUT / V _IN × 100%, или 0,8 / 4.2, составляет всего 19%. LDO не могут хранить неиспользованную энергию, поэтому 81% (1,7 Вт) мощности, не переданной нагрузке, рассеивается в виде тепла внутри LDO, что может привести к быстрому нагреву портативного устройства. Импульсный стабилизатор ADP2138, обеспечивающий эффективность работы 82% при входном напряжении 4,2 В и выходном напряжении 0,8 В, обеспечивает более чем четырехкратный КПД и снижает превышение температуры портативного устройства.Такие существенные улучшения в эффективности системы привели к тому, что большое количество импульсных регуляторов было разработано в портативных устройствах.

Рис. 6. Стабилизатор с малым падением напряжения ADP125 может управлять нагрузкой 500 мА.

Ключевые характеристики и определения понижающего преобразователя

Диапазон входного напряжения: Диапазон входного напряжения понижающего преобразователя определяет минимальное используемое входное напряжение питания. В технических характеристиках может быть указан широкий диапазон входного напряжения, но для эффективной работы V _IN должно быть больше, чем V _OUT .Например, для регулируемого выходного напряжения 3,3 В требуется входное напряжение выше 3,8 В.

Ток заземления или покоя: I _Q — постоянный ток смещения, не подаваемый на нагрузку. Устройства с более низким I _Q обеспечивают более высокий КПД. Тем не менее, I _Q может быть задан для многих условий, включая отключение , нулевую нагрузку, работу с ЧИМ или работу с ШИМ, поэтому лучше всего посмотреть на фактические данные по эффективности работы при определенных рабочих напряжениях и токах нагрузки, чтобы определить лучший понижающий регулятор для приложения.

Ток выключения: Входной ток, потребляемый, когда разрешающий вывод установлен на с . Этот ток, обычно значительно ниже 1 мкА для маломощных понижающих стабилизаторов, важен в течение длительного времени ожидания от батареи, когда портативное устройство находится в спящем режиме.

Точность выходного напряжения: Понижающие преобразователи Analog Devices разработаны для обеспечения высокой точности выходного напряжения. Устройства с фиксированным выходом имеют заводскую настройку лучше, чем ± 2% при 25 ° C. Точность выходного напряжения указана для диапазонов рабочей температуры, входного напряжения и тока нагрузки, а погрешности наихудшего случая составляют ± x %.

Регулировка линии: Регулировка линии — это изменение выходного напряжения, вызванное изменением входного напряжения при номинальной нагрузке.

Регулировка нагрузки: Регулировка нагрузки — это изменение выходного напряжения для изменения выходного тока. Большинство понижающих стабилизаторов могут поддерживать выходное напряжение практически постоянным для медленно изменяющегося тока нагрузки.

Переходные процессы нагрузки: Переходные ошибки могут возникать, когда ток нагрузки быстро изменяется с низкого на высокий, вызывая переключение режима между ЧИМ и ШИМ или с ШИМ на работу с ЧИМ. Переходные процессы нагрузки не всегда указываются, но в большинстве таблиц данных есть графики переходных характеристик нагрузки при различных условиях эксплуатации.

Ограничение по току: Понижающие регуляторы, такие как ADP2138, включают схему защиты для ограничения количества положительного тока, протекающего через переключатель PFET и синхронный выпрямитель. Положительный контроль тока ограничивает количество тока, который может течь от входа к выходу. Ограничение отрицательного тока предотвращает изменение направления тока индуктора и его утечку из нагрузки.

Плавный пуск: Для понижающих стабилизаторов важно иметь внутреннюю функцию плавного пуска, которая регулирует выходное напряжение при запуске для ограничения пускового тока. Это предотвращает падение входного напряжения от батареи или источника питания с высоким сопротивлением, когда он подключен к входу преобразователя. После того, как устройство включено , внутренняя схема начинает цикл включения питания.

Время запуска: Время запуска — это время между нарастающим фронтом разрешающего сигнала и достижением V _OUT 90% своего номинального значения.Этот тест обычно выполняется с подключенным V _IN и разрешающим контактом, переключенным с на на на . В случаях, когда разрешение подключено к V _IN , когда V _IN переключается с на на на , время запуска может существенно увеличиться, поскольку для стабилизации контура управления требуется время. Время запуска понижающего регулятора важно для приложений, где регулятор часто включается и выключается для экономии энергии в портативных системах.

Тепловое отключение (TSD): Если температура перехода поднимается выше указанного предела, цепь теплового отключения отключает регулятор. Экстремальные температуры перехода могут быть результатом работы при сильном токе, плохого охлаждения печатной платы или высокой температуры окружающей среды. В схему защиты включен гистерезис для предотвращения возврата к нормальному режиму работы до тех пор, пока внутренняя температура не упадет ниже заданного предела.

100% рабочий цикл Работа: При падении V _IN или увеличении I _LOAD понижающий стабилизатор достигает предела, при котором переключатель PFET находится во включенном 100% времени, а V _OUT падает ниже желаемое выходное напряжение.При этом пределе ADP2138 плавно переходит в режим, в котором переключатель PFET остается включенным 100% времени. При изменении входных условий устройство немедленно перезапускает ШИМ-регулирование без превышения V _OUT .

Разрядный выключатель : В некоторых системах, если нагрузка очень мала, выход понижающего регулятора может оставаться высоким в течение некоторого времени после того, как система перейдет в спящий режим . Затем, если система запускает последовательность включения питания до того, как выходное напряжение разрядится, система может заблокироваться или устройства могут быть повреждены. В понижающем стабилизаторе ADP2139 используется встроенный переключаемый резистор (обычно 100 Ом) для разряда выходного сигнала, когда на разрешающем выводе устанавливается низкий уровень или когда устройство входит в режим блокировки при пониженном напряжении или теплового отключения.

Блокировка при пониженном напряжении: Блокировка при пониженном напряжении (UVLO) обеспечивает подачу напряжения на нагрузку только тогда, когда входное напряжение системы превышает указанный порог. UVLO важен, потому что он позволяет устройству включаться только тогда, когда входное напряжение находится на уровне или выше значения, необходимого для стабильной работы.

Заключение

Понижающие стабилизаторы с низким энергопотреблением

развеивают миф о конструкции импульсных преобразователей постоянного тока. Analog Devices предлагает семейство высокоинтегрированных понижающих стабилизаторов, которые прочны, просты в использовании и экономичны — и требуют минимального количества внешних компонентов для достижения высокой эффективности работы. Разработчики систем могут использовать проектные расчеты, представленные в разделе «Приложения» спецификации, или использовать инструмент проектирования ADIsimPower ^™ . Руководства по выбору, спецификации и указания по применению понижающих стабилизаторов Analog Devices можно найти на сайте www.analog.com/en/power-management/products/index.html. За дополнительной информацией обращайтесь к разработчику приложений Analog Devices.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Синхронные понижающие преобразователи постоянного тока с частотой 3 МГц управляют нагрузкой 800 мА

Понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный ток ADP2138 и ADP2139 оптимизированы для использования в беспроводных телефонах, персональных медиаплеерах, цифровых камерах и других портативных устройствах. Они могут работать в режиме принудительной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для минимальной пульсации или могут автоматически переключаться между режимом ШИМ и режимом энергосбережения для максимального повышения эффективности при малых нагрузках. Входной диапазон от 2,3 В до 5,5 В позволяет использовать стандартные источники питания, включая литиевые, щелочные и никель-металлгидридные элементы и батареи. Доступны несколько вариантов фиксированного выходного напряжения от 0,8 В до 3,3 В с нагрузочной способностью 800 мА и точностью 2%. Внутренний выключатель питания и синхронный выпрямитель повышают эффективность и сводят к минимуму количество внешних компонентов. ADP2139, показанный на рисунке A, добавляет внутренний переключатель разряда. Доступные в компактных корпусах WLCSP размером 1 мм × 1,5 мм с 6 шариками, ADP2138 и ADP2139 имеют диапазон температур от –40 ° C до + 125 ° C и цену 0 долларов США.90 в 1000-х гг.

Рисунок A. Функциональная блок-схема ADP2139.

использованная литература

( Информацию обо всех компонентах ADI можно найти на сайте www.analog.com. )

Ленк, Джон Д. Упрощенная конструкция импульсных источников питания . Эльзевир. 1996. ISBN 13: 978-0-7506-9821-4.

Мараско, К. «Как успешно применять регуляторы с малым отсевом». Аналоговый диалог . Том 43, номер 3. 2009 г.

Linear Regulated vs.Импульсный источник питания | ОРЕЛ

Для повседневных электронных устройств, особенно с интегральными схемами, требуется надежный источник постоянного напряжения, который может обеспечивать питание в любое время без каких-либо сбоев. В этом блоге мы рассмотрим две топологии источников питания, которые следует рассмотреть для вашего следующего проекта, — источники питания с линейным стабилизатором и импульсные источники питания. Выбор источника питания зависит от требований к эффективности, занимаемому пространству, регулировке мощности, времени отклика при переходных процессах и стоимости.

Источник питания с линейной регулировкой

Линейные регуляторы были предпочтительными источниками питания до 1970-х годов для преобразования переменного тока (AC) в установившийся постоянный ток (DC) для электронных устройств. Хотя сегодня этот тип источника питания не используется так широко, он по-прежнему является лучшим выбором для приложений, требующих минимального шума и пульсаций.

Они могут быть громоздкими, но источники питания с линейным регулированием бесшумны. (Источник изображения)

Как они работают

Основным компонентом, обеспечивающим работу линейного регулятора, является стальной или чугунный трансформатор.Этот трансформатор выполняет две функции:

• Он действует как барьер для разделения входа высокого напряжения переменного тока от входа низкого напряжения постоянного тока, который также отфильтровывает любой шум, попадающий в выходное напряжение.
• Он снижает входное напряжение переменного тока с 115/230 В до примерно 30 В, которое затем может быть преобразовано в постоянное постоянное напряжение.

Напряжение переменного тока сначала понижается трансформатором, а затем выпрямляется несколькими диодами. Затем оно сглаживается до низкого постоянного напряжения парой больших электролитических конденсаторов. Это низкое постоянное напряжение затем регулируется как стабильное выходное напряжение с помощью транзистора или интегральной схемы.

Вот блок питания с линейным регулятором. (Источник изображения)

Регулятор напряжения в линейном источнике питания действует как переменный резистор. Это позволяет изменять значение выходного сопротивления в соответствии с требованиями к выходной мощности. Поскольку регулятор напряжения постоянно сопротивляется току для поддержания напряжения, он также действует как устройство рассеивания мощности.Это означает, что полезная мощность постоянно теряется в виде тепла, чтобы поддерживать постоянный уровень напряжения.

Трансформатор — это уже крупный компонент, который нужно разместить на печатной плате (PCB). Из-за постоянной мощности и тепловыделения для источника питания линейного регулятора потребуется радиатор. Сами по себе эти два компонента делают устройство очень тяжелым и громоздким по сравнению с малым форм-фактором импульсного источника питания.

Предпочтительные приложения

Линейные регуляторы

известны своим низким КПД и большими размерами, но они обеспечивают бесшумное выходное напряжение.Это делает их идеальными для любого устройства, требующего высокой частоты и низкого уровня шума, например:

• Цепи управления
• Малошумящие усилители
• Сигнальные процессоры
• Автоматизированное и лабораторное испытательное оборудование
• Датчики и схемы сбора данных

Преимущества и недостатки

Источники питания с линейной стабилизацией могут быть громоздкими и неэффективными, но их низкий уровень шума идеально подходит для приложений, чувствительных к шуму. Некоторые преимущества и недостатки, которые следует учитывать для этой топологии, включают:

Преимущества

• Простое приложение .Линейные регуляторы могут быть реализованы как единый корпус и добавлены в схему всего двумя дополнительными фильтрующими конденсаторами. Это позволяет инженерам любого уровня подготовки легко планировать и проектировать их с нуля.
• Низкая стоимость . Если вашему устройству требуется выходная мощность менее 10 Вт, то стоимость компонентов и производства намного ниже по сравнению с импульсными источниками питания.
• Низкий уровень шума / пульсаций . Линейные регуляторы имеют очень низкие пульсации выходного напряжения и широкую полосу пропускания.Это делает их идеальными для любых чувствительных к шуму приложений, включая устройства связи и радио.

Недостатки

• Ограниченная гибкость . Линейные регуляторы можно использовать только для понижения напряжения. Для источника питания переменного и постоянного тока трансформатор с выпрямлением и фильтрацией необходимо разместить перед линейным источником питания, что увеличит общие затраты и усилия.
• Ограниченные выходы . Источники питания с линейной стабилизацией обеспечивают только одно выходное напряжение. Если вам нужно больше, вам нужно будет добавить отдельный линейный регулятор напряжения для каждого требуемого выхода.
• Низкая эффективность . Среднее устройство с линейным регулированием достигает КПД от 30% до 60% за счет рассеивания тепла. Это также требует добавления радиатора, который увеличивает размер и вес устройства.

В наше время энергоэффективных устройств низкий КПД линейно регулируемого источника питания может стать убийцей. Обычный источник питания с линейной регулировкой будет работать с КПД около 60% при выходном напряжении 24 В.Когда вы рассматриваете входную мощность 100 Вт, вы получаете 40 Вт потери мощности.

Прежде чем рассматривать возможность использования источника питания с линейной стабилизацией, мы настоятельно рекомендуем учитывать потери мощности, которые вы получите от входа к выходу. Вы можете быстро оценить эффективность линейного регулятора по следующей формуле:

Импульсный источник питания (SMPS)

Импульсные источники питания

были представлены в 1970-х годах и быстро стали самым популярным способом подачи постоянного тока на электронные устройства. Что делает их такими замечательными? По сравнению с линейными регуляторами выделяются их высокий КПД и производительность.

В стандартный адаптер переменного тока входит импульсный блок питания. (Источник изображения)

Как они работают

Импульсный источник питания регулирует выходное напряжение с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Этот процесс создает высокочастотный шум, но обеспечивает высокую эффективность при небольшом форм-факторе. При подключении к сети переменного тока напряжение 115 В или 230 В переменного тока сначала выпрямляется и сглаживается набором диодов и конденсаторов, которые обеспечивают высокое напряжение постоянного тока.Это высокое постоянное напряжение затем понижается с помощью небольшого ферритового трансформатора и набора транзисторов. В процессе понижения сохраняется высокая частота переключения от 200 кГц до 500 кГц.

Низкое постоянное напряжение, наконец, преобразуется в устойчивый выход постоянного тока с помощью другого набора диодов, конденсаторов и катушек индуктивности. Любое регулирование, необходимое для поддержания постоянного выходного напряжения, осуществляется путем регулировки ширины импульса высокочастотного сигнала. Этот процесс регулирования работает через цепь обратной связи, которая постоянно контролирует выходное напряжение и при необходимости регулирует соотношение включения-выключения сигнала ШИМ.

Вот импульсный блок питания, в котором на тонну больше деталей, чем с линейным регулированием. (Источник изображения)

Предпочтительные приложения

Чаще всего импульсные блоки питания используются в приложениях, где важны время автономной работы и температура, например:

• Электролиз, обработка отходов или применение топливных элементов
• Двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиация и морское применение
• Научно-исследовательское, производственное и испытательное оборудование
• Зарядка литий-ионных батарей, используемых в авиации и транспортных средствах
• Процессы гальваники, анодирования и гальванопластики

Преимущества и недостатки

Импульсные источники питания

могут иметь более высокий КПД, чем линейные регуляторы, но их шум делает их плохим выбором для приложений радиосвязи и связи. Некоторые преимущества и недостатки, которые следует учитывать для этой топологии, включают:

Преимущества

• Малый форм-фактор . Понижающий трансформатор в ИИП работает на высокой частоте, что, в свою очередь, уменьшает его объем и вес. Это позволяет импульсному источнику питания иметь гораздо меньший форм-фактор, чем линейные регуляторы.
• Высокая эффективность . Регулировка напряжения в импульсном источнике питания осуществляется без чрезмерного рассеивания тепла.КПД SMPS может достигать 85% -90%.
• Гибкие приложения . К импульсному источнику питания можно добавить дополнительные обмотки, чтобы обеспечить более одного выходного напряжения. ИИП с трансформаторной развязкой может также обеспечивать выходное напряжение, не зависящее от входного напряжения.

Недостатки

• Сложная конструкция . По сравнению с линейными регуляторами планирование и проектирование импульсных источников питания обычно предназначено для специалистов по энергетике. Это не лучший источник питания, если вы планируете разработать свой собственный без внимательного изучения и опыта.
• Высокочастотный шум . Операция переключения полевого МОП-транзистора в импульсном источнике питания обеспечивает высокочастотный шум в выходном напряжении. Это часто требует использования радиочастотного экранирования и фильтров электромагнитных помех в чувствительных к шуму устройствах.
• Стоимость выше . Для более низкой выходной мощности 10 Вт или менее дешевле использовать линейно регулируемый источник питания.

Импульсные блоки питания никуда не денутся и станут лучшим выбором для приложений, не чувствительных к шуму. Сюда входят такие устройства, как зарядные устройства для мобильных телефонов, двигатели постоянного тока и многое другое.

Линейный стабилизатор

и ИИП в сравнении с

Теперь мы рассмотрим последнее сравнение между линейно регулируемыми и импульсными источниками питания при параллельном сравнении. Некоторые из наиболее важных требований, которые необходимо учитывать, включая размер / вес, диапазон входного напряжения, рейтинг эффективности и уровень шума среди других факторов.Вот как он распадается:

Как спроектировать свой собственный Это выходит за рамки этого блога, чтобы объяснить, как спроектировать линейно регулируемый или импульсный источник питания. Однако есть несколько руководств, которыми мы хотели бы поделиться. Имейте в виду, что конструкция SMPS требует высокого уровня сложности и не рекомендуется новичку в проектировании электроники. Руководства по проектированию линейно регулируемых источников питания

Руководства по проектированию импульсных источников питания

Power On Большинство электронных устройств в наши дни должны преобразовывать сеть переменного тока в постоянное выходное напряжение.Для этой цели необходимо рассмотреть две топологии: источники питания с линейным стабилизатором и импульсные источники питания. Линейное регулирование идеально подходит для приложений, требующих низкого уровня шума, тогда как импульсные источники питания лучше подходят для портативных устройств, где важны срок службы батареи и эффективность. Решая, какую топологию выбрать, всегда учитывайте требуемый рейтинг эффективности, форм-фактор, выходную регулировку и требования к шуму. Готовы разработать свой первый линейный регулируемый или импульсный источник питания? Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

	Источники питания с линейной регулировкой	Импульсные источники питания
Размер	Линейный блок питания мощностью 50 Вт обычно 3 x 5 x 5.5 ”	Импульсный блок питания мощностью 50 Вт, обычно 3 x 5 x 1 дюйм
Вес	Линейный источник питания 50 Вт — 4 фунта	Импульсный источник питания 50 Вт — 0,62 фунта
Диапазон входного напряжения	105 — 125 В переменного тока и / или 210–250 В перем. Тока	90 — 132 В переменного тока или 180 — 264 В переменного тока без PFC 90-264 В переменного тока с PFC
КПД	Обычно 40% -60%	Обычно 70% -85%
EMI	Низкий	Высокая
Утечка	Низкий	Высокая
Схемотехника	Средней сложности, возможно проектирование с помощью направляющих	Высокая сложность, требует специальных знаний
Нормы нагрузки	0. От 005% до 0,2%	от 0,05% до 0,5%
Линейное регулирование	от 0,005% до 0,05%	от 0,05% до 0,2%
Количество деталей	Низкий, требуется только регулятор и фильтрация ввода / вывода	Высокий, требуется переключатель, демпфер, трансформатор, конденсаторы, сеть обратной связи и т. Д.

Лучшие в мире контроллеры заряда от солнечных батарей l Morningstar Corp

TriStar MPPT 600 В

Рейтинг заряда: 60 ​​| усилитель

Батареи: 24 | 36 | 48 | Вольт

Макс Voc: 600 В

Профессиональная серия , MPPT |

TriStar MPPT

Рейтинг заряда: 30 | 45 | 60 | усилитель

Батареи: 12 | 24 | 36 | 48 | Вольт

Макс Voc: 150 В

Профессиональная серия , MPPT |

ProStar MPPT

Рейтинг заряда: 25 | 40 | усилитель

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 120 В

Профессиональная серия , MPPT |

Солнцезащитный крем MPPT

Рейтинг заряда: 15 | усилитель

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Профессиональная серия , MPPT |

EcoBoost MPPT

Рейтинг заряда: 20 | 30 | 40 | усилитель

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 120 В

Essential серии , MPPT |

TriStar

Рейтинг заряда: 45 | 60 | усилитель

Батареи: 12 | 24 | 36 | 48 | Вольт

Макс Voc: 125 В

Профессиональная серия , ШИМ |

ProStar

Рейтинг заряда: 30 | усилитель

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Профессиональная серия , ШИМ |

SunSaver

Рейтинг заряда: 6 | 10 | 20 | усилитель

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Профессиональная серия , ШИМ |

Солнечный свет

Рейтинг заряда: 10 | 20 | усилитель

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Профессиональная серия , ШИМ |

SunSaver Duo

Рейтинг заряда: 25 | усилитель

Батареи: 12 | Вольт

Макс Voc: 30 В

Профессиональная серия , ШИМ |

SunKeeper

Рейтинг заряда: 6 | 12 | усилитель

Батареи: 12 | Вольт

Макс Voc: 30 В

Профессиональная серия , ШИМ |

SunGuard

Рейтинг заряда: 4. 5 | усилитель

Батареи: 12 | Вольт

Макс Voc: 30 В

Профессиональная серия , ШИМ |

EcoPulse

Рейтинг заряда: 30 | усилитель

Батареи: 12 | 24 | Вольт

Макс Voc: 60 В

Essential серии , ШИМ |

ШС

Рейтинг заряда: 6 | 10 | усилитель

Батареи: 12 | Вольт

Макс Voc: 12 В

Essential серии , ШИМ |

.