Подобрать стабилизатор напряжения: Как выбрать стабилизатор напряжения (2018) | Стабилизаторы напряжения | Блог

Как выбрать стабилизатор напряжения (2018) | Стабилизаторы напряжения | Блог

Вместо привычного с детства числа 220 в маркировке современных электроприборов все чаще попадается 230. С недавних пор именно 230 В является стандартным напряжением в России и многих других странах. Впрочем, для большинства электроприборов разницы между 230 и 220 В нет никакой. Стандартом допускаются отклонения напряжения сети на ±10%, т.е. от 207 до 253 В. Производители бытовой техники ориентируются именно на эти показатели.

Однако в реальности напряжение в этих рамках удерживается не всегда. В новых микрорайонах, в деревнях и поселках часто к старой подстанции, рассчитанной на определенную нагрузку, подключается много новых потребителей. Это приводит к падению напряжения до 190 В и даже ниже, что бывает хорошо заметно по горящим в полнакала лампочкам. К сожалению, снижением яркости лампочек проблема не исчерпывается. Возрастают токи в обмотках электродвигателей насосов, холодильников, стиральных машин, посудомоек и пр. Это может привести к выходу двигателя из строя.

Бывает в сети и повышенное напряжение, также довольно частое в загородных домах – иногда подстанции намеренно подстраиваются на выдачу повышенного напряжения, чтобы на удаленных потребителях оно поднялось до нормального. При этом на потребителях, близких к подстанции, оно может быть около 250 В. Если при этом еще и нулевой провод окажется не заземлен, то из-за перекоса фаз напряжение может подняться еще выше – до 260 В и даже больше. Ну и не так уж редки случаи, когда электрики случайно подключают в щитке вместо нулевого провода – еще одну фазу, выдавая потребителям 400 В вместо 230. Повышенное напряжение вредно всем потребителям без исключения, поскольку ведет к увеличению выделения тепла, перегреву деталей, выходу их из строя и даже воспламенению.

Можно защитить все электроприборы в доме, установив во входном щитке реле напряжения, но это не решит проблему полностью – при выходе напряжения за установленные рамки оно просто обесточит потребителей. Чтобы защититься от длительных просадок или повышений напряжения, следует ставить стабилизатор.

Конечно, можно поставить мощный стабилизатор на входе в дом и защитить всю технику скопом, но это будет стоить весьма недешево. Тем более что особой надобности в этом и нет – различные электроприборы по-разному реагируют на повышенное или пониженное напряжение. Вполне возможно, что не всей вашей технике нужна защита стабилизатором.

Содержание

Защита электроприборов

Холодильники, морозильники и кондиционеры требуют защиты в первую очередь – пониженное напряжение в сети может стать причиной поломки компрессора и дорогостоящего ремонта.

Но еще одна особенность этой техники в том, что многие модели могут выйти из строя при быстром выключении-включении. Дело в том, что при выключении компрессора давление в системе выравнивается в течение некоторого времени (1-3 минуты). Если запустить компрессор раньше, его двигатель будет работать с повышенной нагрузкой (или вообще не сможет запуститься), что может привести к поломке. Современные холодильники и кондиционеры большей частью имеют встроенное реле задержки, но если у вас есть сомнения, или в руководстве указано, что перед повторным пуском следует выждать некоторое время, то стабилизатор обязательно должен иметь функцию задержки запуска минимум на 1 минуту.

Насосы, как погружные, так и поверхностные также требуют защиты от пониженного/повышенного напряжения и им тоже нужна задержка запуска. При пуске двигатель насоса в течение 1-2 секунд потребляет ток, в несколько раз превышающий номинальный. При этом обмотка двигателя нагревается. При обычном пуске излишки тепла снимаются прокачиваемой водой, но если напряжение в сети пропадает и появляется, то пусковые токи длятся дольше, а двигатель не успевает раскрутиться и прокачать воду. Контактирующая с насосом вода перегревается вплоть до закипания, что приводит к поломке насоса и перегоранию обмоток двигателя. Поэтому стабилизатор, защищающий насосы, должен также иметь задержку запуска в 5-10 секунд.

СВЧ-печь не выйдет из строя при падении напряжения, но эффективность её при этом снизится многократно. Если отвезенная на дачу «микроволновка» перестала греть, не спешите везти её в ремонт – возможно, дело в низком напряжении сети. Стабилизатор легко устранит эту проблему.

Электроника (компьютеры, современные телевизоры, аудиотехника), оснащенная импульсными блоками питания, пониженного напряжения не боится. Обычно это указывается в руководстве или прямо на блоке питания: «INPUT: 100-240 V». Так что, если ваша проблема состоит в пониженном напряжении, стабилизатор такой технике не нужен. Другое дело, если оно повышенное – при длительном воздействии напряжения от 240 В и выше, нагрузка (как тепловая, так и электрическая) на электронику БП сильно возрастает, что довольно быстро приводит к выходу его из строя.

Энергосберегающие лампы (как люминесцентные, так и светодиодные) к пониженному напряжению довольно лояльны, а вот повышенного не любят. Если всплески напряжения в вашей сети не редкость, то их лучше защитить стабилизатором. Тем более что потребляют они немного, и одного недорогого стабилизатора мощностью в 300-500 ВА хватит на освещение частного дома.

Нагревательным приборам, лампам накаливания, электрочайникам, утюгам и прочей подобной технике падения напряжения вообще не опасны – у них просто снизится эффективность. Повышенное напряжение может ускорить их износ, но в целом, напряжение, на 10-20% превышающее номинал, для большинства подобных приборов неопасно. Эти приборы можно включать в «проблемную» сеть без стабилизатора. Правда, это не относится ко многим современным моделям, оснащенным сложными электронными устройствами управления.

Определившись с тем, какие приборы следует защитить, следует определиться с характеристиками стабилизатора.

Характеристики стабилизаторов

Тип стабилизатора напряжения

Релейные стабилизаторы напряжения представляют собой трансформатор с несколькими отводами входной или выходной обмотки, коммутируемыми силовыми реле.

При нормальном входном напряжении трансформатор работает как разделительный – не повышая и не понижая напряжение. При выходе входного напряжения за установленные границы, электроника включает соответствующее реле, превращая трансформатор в понижающий или повышающий.

Преимущества релейных стабилизаторов:

– Низкая цена.

– Высокая перегрузочная способность – даже самые простые модели выдерживают 200% перегрузки в течение нескольких секунд. Модели же с мощными силовыми реле, рассчитанные на высокие пусковые токи, выдерживают непродолжительные десятикратные перегрузки.

– Малое время переключения – напряжение полностью стабилизируется через 20-100 мс после выхода его за нормальные границы.

Недостатки:

– Ступенчатость регулирования. Трансформатор имеет ограниченное число отводов на обмотке, поэтому изменять напряжение может только ступенчато – по 5, 10, а на недорогих моделях – по 20 вольт на одну ступень регулирования. В целом это для техники неопасно, но на граничных напряжениях частые переключения реле, сопровождающиеся мерцанием ламп накаливания, могут раздражать.

– Шумность. Реле при переключении щелкает довольно громко.

– Износ контактов реле. Основной недостаток этого вида стабилизаторов – опасность прогара или пригара контактов реле. Если в первом случае напряжение на выходе стабилизатора просто пропадет, то второй вариант намного неприятнее. Если пригар случится во время пониженного входного напряжения, то при возврате напряжения в норму, реле останется включенным. Трансформатор продолжит работать, как повышающий и напряжение на выходе станет повышенным! Спокойный за свою электротехнику владелец стабилизатора даже не будет подозревать, что именно в этот момент он сжигает её высоким напряжением. Поэтому не стоит выбирать релейный стабилизатор, если в сети случаются частые перепады напряжения – чем чаще реле срабатывает, тем быстрее снижается его ресурс.

Электромеханические (сервоприводные) стабилизаторы напряжения представляют собой тороидальный трансформатор с передвигающимся над внешней обмоткой токосъемником, контактирующим с обмоткой с помощью угольной щетки. При падении или превышении входного напряжения сервопривод перемещает токосъемник, нормализуя выходное.

Преимущества электромеханических стабилизаторов:

– Высокая перегрузочная способность – 200% перегрузки в течение 4-х секунд.

– Плавность регулирования.

– Высокая точность регулирования.

– Низкий уровень шума при регулировании.

Недостатки:

– Большое время переключения – токосъемник движется по обмоткам довольно медленно. Чем больше перепад напряжения, тем медленнее стабилизатор его отрабатывает. Это может привести к появлению импульсных помех на выходе стабилизатора, вызывающих сбои в работе электротехники.

– Износ токосъемника. Токосъемник желательно периодически смазывать графитовой смазкой. Но даже своевременная смазка не предотвращает полностью износа трущихся деталей.

– Высокая цена.

Инверторный стабилизатор сделан на основе инвертора – ток сначала выпрямляется, потом, с помощью инвертора, вновь преобразуется в переменный.

Это позволяет достичь высокой точности регулирования и позволяет добиться полного отсутствия возмущений на выходе. Благодаря отсутствию движущихся контактов, у них низкий уровень шума, ресурс выше и опасности пригара контактов они лишены.

Недостатки инверторных стабилизаторов:

– Недорогие инверторы дают на выходе не чистую синусоиду, а ступенчатую. Некоторые электронные приборы (измерительные приборы, газовые котлы, аудио- и видеотехника) могут начать сбоить или вообще откажутся работать с такой синусоидой.

– Низкая перегрузочная способность. Допускается перегрузка 25-50% от номинала, в течение 1-4 секунд. Для защиты приборов, имеющих высокий пусковой ток, стабилизатор такого типа потребуется брать с большим запасом по мощности.

– Высокая чувствительность к мощным импульсным помехам. Впрочем, в бытовых сетях такие помехи - явление маловероятное.

Ступенчатые электронные стабилизаторы конструктивно схожи с релейными, однако коммутирование обмоток в них производится не с помощью реле, а с помощью мощных полупроводниковых приборов.

Это позволяет добиться высочайшей скорости регулирования (5-40 мс на переключение) при достаточно низкой цене. Эти стабилизаторы тоже не имеют движущихся контактов, бесшумны и обладают высоким ресурсом.

Но свои недостатки есть и у этого вида стабилизаторов:

– Низкая перегрузочная способность. Допускается перегрузка 20-40% от номинала, и то весьма непродолжительное время.

– Ступенчатость регулирования.

– Высокая чувствительность к мощным импульсным помехам. Если в сети нередки сильные кратковременные всплески напряжения, прослужит такой стабилизатор недолго.

Необходимая полная выходная мощность стабилизатора рассчитывается исходя из мощностей всех подключенных к нему электроприборов. При подсчете полной мощности следует иметь в виду, что та мощность (в Ваттах), которая приводится в паспорте на электроприбор – это его активная мощность, т.е., выделяющаяся в виде тепла или света.

Нагревательные приборы и лампы накаливания имеют полную мощность, равную активной. Но некоторые потребители, содержащие в себе электродвигатели или трансформаторы, создают вдобавок к активной еще и реактивную нагрузку. Для определения их полной мощности следует активную мощность поделить на коэффициент мощности (cos(φ)), обычно указанный в паспорте на электроприбор. Если найти это значение не удается, можно воспользоваться таблицей:

Полные мощности всех потребителей следует сложить и добавить к получившейся сумме 30% - дело в том, что мощность стабилизатора приводится для напряжения 220В. При выходе напряжения за пределы нормального, мощность стабилизатора падает на 20-30%. Именно это падение и следует компенсировать.

Но это еще не все – теперь полную мощность каждого потребителя следует помножить на пусковой коэффициент, также взяв его из паспорта или из таблицы. Сумма получившихся чисел (не забываем про 30%) – это пусковая мощность, и перегрузочная способность стабилизатора должна её обеспечивать.

Например, нам следует защитить холодильник мощностью 150 Вт, погружной насос мощностью 500 Вт и линию освещения со светодиодными лампочками суммарной мощностью 500 Вт. Необходимая полная мощность в ВА будет равна:

  • 150/0,8=187,5
  • 500/0,7=714,3
  • 500/0,95=526,3

Суммируем полученные данные и прибавляем 30%. Итого 1857 ВА.

Пусковая мощность будет равна:

  • 187,5*3=562,5
  • 714,3*7=5000
  • 526,3*1,5=790

Также суммируем, прибавляем 30%, получается 8258 ВА. Таким образом, нам нужен стабилизатор на 3000 ВА, способный выдержать перегрузку в три раза больше (релейный с усиленными реле), либо стабилизатор на 4500 ВА, способный выдержать в два раза больше перегрузки (релейный или электромеханический), либо электронный (ступенчатый или инверторный) на 9000 ВА.

Если такой подбор выглядит слишком сложным, то можно просто сложить активные мощности электроприборов (в Ваттах) и подобрать стабилизатор также по активной выходной мощности. Но такой подбор будет грубее: во-первых, этот метод не учитывает индивидуальных особенностей электроприборов, во-вторых, все производители по-разному рассчитывают зависимость полной и активной мощностей. И здесь также следует быть уверенным, что перегрузочная способность стабилизатора поможет ему выдержать пусковую мощность потребителей.

Разъем для подключения нагрузки может быть в виде клемм, либо в виде розеток. Если стабилизатор планируется использовать для защиты какой-либо линии электропитания (например, осветительной) предпочтительнее разъем в виде клемм.

Если же защищать планируется отдельных потребителей, то удобнее подключать их напрямую в евророзетки (СЕЕ 7), обратите внимание, чтобы количество розеток соответствовало количеству потребителей.

Некоторые стабилизаторы оснащены компьютерными розетками IEC 320 C13 – как правило, эти стабилизаторы предназначены для защиты персональных компьютеров и учитывают низкий коэффициент мощности этого вида техники.

Задержка запуска, как указывалось выше, может потребоваться для защиты некоторых видов техники, не приемлющих частых включений-выключений: холодильников, кондиционеров, насосов и пр.

Варианты выбора стабилизаторов

Для защиты отдельного маломощного потребителя – газового котла или циркуляционного насоса – будет достаточно стабилизатора полной мощностью до 1000 ВА.

Для защиты электроприборов, наиболее сильно подверженных влиянию пониженного или повышенного напряжения, будет достаточно стабилизатора в 3000-6000 ВА.

С защитой всех домашних электроприборов справится мощный стабилизатор.

Для защиты компьютера и периферии удобно использовать специализированный стабилизатор с компьютерными розетками.

Релейные и электромеханические стабилизаторы обладают высокой перегрузочной способностью и хорошо подходят для защиты электроприборов с высокими пусковыми токами.

«стабилизатор напряжения 220в для дома какой лучше выбрать?» – Яндекс.Кью

Изменение показателей электрической сети отрицательно влияет на все оборудование. Вероятно, Вы замечали, что иногда свет ламп становится тусклым. Это явный признак того, что напряжение в сети пониженное. Наиболее опасны резкие скачки. Повышение напряжения на 10% сокращает срок службы приборов в 4 раза. Энергосберегающие лампы в таких условиях выходят из строя еще быстрее. Даже в наиболее благополучной Москве перепады в сети случаются часто. По данным Общества защиты прав потребителей по поводу сгоревшей бытовой техники фиксируется до 5 обращений в неделю.

Почему напряжение скачет?

Колебания в сети неизбежны, их вызывают изменения нагрузки. Так, резкое падение напряжения происходит во время пуска различных электроустановок. Например, вы включаете мощный электроприбор, и в квартире на короткое время тускнеет свет. Постепенное увеличение или уменьшение общей нагрузки тоже влияет на качество тока. Такие изменения могут происходить в одно и то же время суток. В жилых домах наибольшая нагрузка на сеть наблюдается вечером.
Кроме того, падение напряжения происходит из-за активного сопротивления в проводах. Чем длиннее линия, тем больше потери. По этой причине в деревнях, дачных поселках проблемы с электроэнергией не редкость.

Где необходимо стабильное напряжение?

На предприятиях стабилизаторы напряжения подключаются к высокочастотным генераторам, электронным микроскопам и измерительным приборам. В настоящее время покупка этих устройств для домашнего применения — вопрос личного выбора. А вот на производстве, в различных учреждениях и офисах они обязательны.

В электротехнике преобразователи напряжения подразделяются на несколько видов. В данном случае мы говорим о корректирующих стабилизаторах переменного тока. Они используются для регулирования сетевого напряжения, которое подается на холодильники, компьютеры, станки и прочую технику. Главная задача — привести ток в соответствие с нормальными показателями и тем самым создать условия для правильной эксплуатации электрооборудования. Таким образом, обеспечивается его исправная работа и долгий срок службы.

Чтобы понять, нужен ли Вам стабилизатор, необходимо произвести замеры с помощью тестера несколько раз в течение дня в будни и в выходные. Результат меньше 198 В или выше 242 В — критический, стабилизатор должен защищать всю сеть. Отклонение от нормы в 10% - электроприборы выдерживают, но при этом они быстрее изнашиваются. Чтобы не пришлось часто менять лампочки, напряжение не должно выходить за пределы 205-235 В. В противном случае, нужен общий стабилизатор. Если значение находится в пределах 210-230 В, разумно поставить защиту на один дорогостоящий прибор.

Коротко о видах

Защитное устройство включают в сеть так, что ток сначала проходит через него, а затем подается на остальную технику. Но у разных стабилизаторов, этот процесс происходит по-своему:

• Ферромагнитные – ток регулируется при помощи магнитного сердечника, обычно такие устройства применяются в частных домах и на дачах.

• Электромеханические – в них используются токосъемник и трансформатор, напряжение регулируется плавн

Какой стабилизатор напряжения выбрать для квартиры?| Статьи

14.05.2018

Качество электроэнергии у жителей городских квартир обычно выше, чем у владельцев частных домов и, тем более, дачников. Конечно, городские электросети тоже далеко не всегда идеальны, но встречающиеся в них колебания все же меньше, чем в сельской местности и частном секторе. Однако даже небольшие перепады питающего напряжения могут помешать нормальному функционированию современной бытовой техники и электроники. Поэтому стабилизатор напряжения часто необходим и в городских условиях.

В каком случае стабилизатор напряжения нужен в квартиру?

Если для частного дома и дачи стабилизатор нужен практически всегда, то с городскими квартирами все не так однозначно. Во-первых, удаленность многоквартирных домов от электростанций меньше, следовательно – критически низкие показатели напряжения встречаются реже, чем за городом. Во-вторых, сильные сетевые перепады в городе скорее исключение, чем правило.

Наличие колебаний напряжения легко определить «невооруженным глазом». Помехи в динамиках и на экранах видеовоспроизводящих устройств, мигание лампочек, изменение звука работы холодильника или стиральной машины явно дают понять, что необходим стабилизатор напряжения.

Но что, если подобных признаков не наблюдается – можно ли быть уверенным в отсутствии перепадов сетевого напряжения и безопасности своего оборудования? К сожалению, нет. Небольшие колебания в сети могут не проявляться зрительно, но медленно «подтачивать» электронную начинку современной бытовой техники, пагубно сказываясь на её долговечности и производительности.

Проверить свою электросеть на предмет качества поступающей из неё электроэнергии можно прибегнув к помощи электрика или самостоятельно. Достаточно, используя мультиметр, измерить напряжение в розетке во время минимального потребления (например, в разгар рабочего дня) и во время максимальной загрузки (утром, вечером или в выходные). Полученные данные следует сравнить с показателями допустимых отклонений, которые не должны превышать 10% от номинального напряжения:

  • для сетей 230 В – не менее 207 В и не более 253 В;
  • для сетей 220 В – не менее 198 и не более 242 В.

Если измеренное напряжение находится в установленных приделах – стабилизация не требуется, за исключением оборудования, нуждающегося в электропитании, качество которого превосходит существующие нормы (для бытового сектора такая техника – явное исключение). В случае скачков напряжения выше или ниже указанных норм, стоит задуматься о покупке стабилизатора. Потребность в нём будет расти вместе с увеличением отклонения напряжения от стандартного значения.

Какая техника нуждается в первоочередной стабилизации напряжения?

Перед покупкой стабилизатора необходимо решить, какое именно оборудование будет подключаться к устройству. При этом следует понимать, что одни виды бытовой техники более устойчивы к колебаниям сетевой электроэнергии, чем другие. Рассмотрим влияние качества электроснабжения на работу наиболее распространённых в городских квартирах электроприборов:

  • Холодильники. Современные модели отлично выполняют свои функции при изменениях напряжения в пределах 10%. В случае более существенных отклонений все-таки понадобиться стабилизатор напряжения для холодильника, иначе такое оборудование может уйти в защиту и отключиться. Если холодильник всё-таки запустится при пониженном или повышенном входном напряжении, то длительная работа в таких условиях чревата сокращением рабочего ресурса компрессора. Более старые модели холодильников реагируют даже на малейшие колебания сетевого напряжения, что слышно по изменению звука их работы. Сгоревший, вследствие сетевого перепада, электродвигатель является распространённой причиной их поломки.
  • Телевизоры. Изделия последних поколений стабильно работают при плавающем напряжении. Встроенные в них импульсные блоки питания выравнивают сетевой сигнал и поддерживают широкий диапазон входных значений вплоть до 110 В снизу и 260 В сверху. Однако, если провалы ниже указанного значения в городской квартире практически невозможны, то скачки напряжения выше 260 В могут встречаться. Поэтому в ряде случаев стабилизатор напряжения для телевизора потребуется.
  • ПК, ноутбуки и оргтехника. В современных ПК, ноутбуках и мониторах применяются импульсные блоки питания, схожие с телевизионными, поэтому в условиях небольших сетевых перепадов угрозы для таких устройств нет. Сильные скачки напряжения опасны для самого блока питания – он может выйти из строя. При наличии подобных явлений стоит позаботится о защите своего оборудования с помощью стабилизатора напряжения для ПК и оргтехники.
  • Утюг. Будет работать практически при любых сетевых показателях, но при низком напряжении устройство не сможет нагреться до нужной температуры, а при высоком – быстро перегреется.
  • Аудиотехника. Перепады напряжения в сети негативно воздействуют на качество звука. При небольших колебаниях для корректной работы достаточно сетевого фильтра. В случае сильных отклонений, улучшение звучания гарантирует только стабилизатор напряжения для аудиотехники.
  • Климатическое оборудование. Кондиционеры, вентиляторы, тепловые пушки, увлажнители воздуха зависимы от параметров питающего напряжения. Отклонения от номинальных значений отрицательно влияют на надёжность и долговечность их электродвигателей. Например, кондиционер в условиях нестабильного электропитания будет работать на пониженной мощности или выйдет из строя. Поэтому такое оборудование при наличии любых сетевых колебаниях следует использовать только со стабилизатором напряжения.
  • Пылесосы. Основным узлом любого пылесоса является компрессор, реализованный на базе чувствительного к качеству электроэнергии двигателя. Результатом скачков напряжения для пылесоса станет либо работа на неполную мощность, либо преждевременный выход из строя.
  • Стиральные машины. Автоматические и полуавтоматические модели имеют электродвигатель, поэтому любые отклонения в электросети крайне неблагоприятно скажутся на их работе и сроке службы. Кроме того, резкие скачки напряжения вызовут постоянные срабатывания защитной автоматики и затронут встроенные водонагреватели, которые не прогреют воду или выйдут из строя. Бесспорно, стабилизатор напряжения для стиральной машины требуется даже при минимальных отклонениях сетевого напряжения от установленных норм.
  • Посудомоечные машины. Принцип их работы и устройство во многом аналогичны стиральным машинам, соответственно, аналогичны и проблемы возникающие при колебаниях напряжения в электросети. Следовательно, для стабильной работы и продления срока эксплуатации, нужно обязательно подключать стабилизатор напряжения для посудомоечной машины. Он повысит качество её работы и продлит срок эксплуатации.
  • Микроволновые печи. При пониженном напряжении не смогут обеспечить заявленную мощность излучения. При значительном превышении номинального напряжения возможен выход из строя управляющей электроники и блока питания. Поэтому, чтобы не получить холодную пищу в горячей посуде, рекомендуется применять стабилизатор напряжения для микроволновой печи.
  • Энергосберегающие лампы. Очень чувствительны и быстро сгорают при частых перепадах напряжения (в тех случаях, когда обычные лампы просто мигают). Кроме того, при низком напряжении они могут вообще не включиться.
  • Светодиодные лампы. Практически не реагируют на перепады в сети и светят с одинаковой яркостью в широком диапазоне входного напряжения (границы допустимых значений зависят от качества встроенного регулятора тока).
  • Лампы накаливания. Обычные лампы устойчивее к сетевым колебаниям, чем энергосберегающие. Но при низком напряжении их свет заметно тускнеет, а при высоком становится ярче, что негативно сказывается на зрении человека, а также снижает срок службы лампы и вызывает перерасход электроэнергии.
  • Электрообогреватели. При просадке сетевого напряжения не смогут разогреться до необходимой температуры и не выполнят своих прямых функций. При повышенном напряжении модели, снабжённые автоматикой, отключатся, а более простые – могут перегреться и не только выйти из строя, но и стать причиной пожара.

Проанализировав вышесказанное, можно прийти к выводу, что вся бытовая техника в большей или меньшей степени зависит от качества питающего напряжения. Поэтому, если в электросети вашей квартиры наблюдаются какие-либо отклонения от установленных нормативных значений, целесообразно один раз потратиться на качественный и современный стабилизатор для бытовой техники, способный гарантировать корректное функционирование электроприборов.

Какой тип стабилизатора напряжения подходит для квартиры?

Сразу откинем технически устаревшие и непригодные для современного бытового использования феррорезонансные устройства. Остальные типы стабилизаторов рассмотрим подробнее:

  • Релейные. Принцип работы основан на переключении обмоток трансформатора специальными реле. Выбирается та обмотка, напряжение на которой имеет значение наиболее близкое к номинальному. Главные достоинства: доступная цена и достаточно высокая скорость срабатывания. Существенный недостаток – не лучшая точность стабилизации, которой может не хватить для чувствительных электронных компонентов современной бытовой техники. Дополнительное неудобство при бытовом использовании релейных стабилизаторов доставляет шум, сопровождающий каждое срабатывание реле.
  • Электромеханические. Осуществляют коррекцию напряжения за счёт перемещения по обмотке трансформатора специального контакта, приводимого в движение сервоприводом. Преимущества: повышенная (по сравнению с релейными аппаратами) точность стабилизации и низкая стоимость большинства моделей. Ряд серьёзных недостатков осложняет применение электромеханических стабилизаторов в городских квартирах. Речь идёт о низкой скорости срабатывания (за исключением некоторых дорогостоящих устройств), высоком уровне шума, ненадёжности механики и возможном искрении при работе. Кроме того, отдельных финансовых расходов потребуют периодическое обслуживание и замена изношенных токосъёмных контактов (графитовых щеток).
  • Симисторные и тиристорные. По принципу действия схожи с релейными, но переключение между обмотками трансформатора осуществляют максимально увеличивающие быстродействие и делающие работу устройства практически бесшумной полупроводниковые ключи: тиристоры и симисторы. Характеристики стабилизаторов данного типа превосходят многие аналоги. Такие устройства могут успешно применяться в городских квартирах, но и они не способны гарантировать необходимое для устойчивого функционирования различной электроники, полностью независящее от внешних сетевых условий безразрывное электропитание идеальной синусоидальной формы.
  • Инверторные. Инновационные стабилизаторы, конструктивно отличающиеся от всех вышеприведённых устройств. Их принцип работы, построенный на базе передовой технологии двойного преобразования энергии, не только нейтрализует все присущие стабилизаторам других типов недостатки, но и обеспечивает недоступные им технические характеристики.

Как определить мощность стабилизатора напряжения для бытовой техники в квартире?

Расчет мощности одинаков для всех типов стабилизаторов – суммируется мощность подключаемых потребителей и добавляется запас в 20-30%.

В таблице ниже приведены ориентировочные диапазоны мощностей (на основе каталогов отечественных торговых сетей) для самых распространённых в городских квартирах электроприборов.

Устройство

Диапазон мощностей, Вт

Пылесос

100 Вт – 2500 Вт

Холодильник

150 Вт – 600 Вт

Телевизор

50 Вт – 400 Вт

Системный блок ПК

200 Вт – 400 Вт

Ноутбук

20 Вт – 80 Вт

Стиральная машина

425 Вт – 3500 Вт

Обогреватель

800 Вт – 2500 Вт

Утюг

250 Вт – 3100 Вт

Кофемашина

500 Вт – 2300 Вт

Кондиционер

650 Вт – 2400 Вт

Микроволновая печь

600 Вт – 2000 Вт

Электроплита

1000 Вт – 10300 Вт

Фен

1000 Вт – 2500 Вт

Тостер

200 Вт – 1500 Вт

Чайник

650 Вт – 2400 Вт

Музыкальный центр

50 Вт – 500 Вт

Кухонная вытяжка

56 Вт – 8010 Вт

Мультиварка

500 Вт – 1600 Вт

Мощность отдельных моделей может отличаться от приведённых в таблице значений. Поэтому при подборе стабилизатора рекомендуем пользоваться данными актуальными конкретно для вашей бытовой техники, найти их можно в технических паспортах или на заводских этикетках.

Обратите внимание! Для устройства, имеющих в своём составе электродвигатели, характерны высокие пусковые токи. Примерами таких электроприборов из таблицы являются: пылесос, холодильник, стиральная машина, электродрель, кондиционер, электромясорубка. При расчёте общей мощности для подобных потребителей следует использовать не номинальное, а максимальное, пусковое значение мощности (обычно превышает штатное минимум в 3 раза). Некоторые производители для устройств, имеющих пусковые токи, сразу указывают максимальную мощность. Другие – приводят только номинальную, стараясь не привлекать внимание к неминуемым скачкам энергопотребления при пуске. Обязательно изучите техническую документацию любого оборудования на предмет наличия информации о потребляемой мощности в различных режимах работы. Стабилизатор следует выбирать по максимальному из возможных значений!

Также стоит обратить внимание и на точность стабилизации. Большая часть бытовой техники отлично работает со стабилизаторами, точность которых не превышает 7%. Но для устройств, работу которых регулирует автоматика (например, стиральная машина) или для устройств, в которых важен чистый звук и изображение, рекомендуется выбирать стабилизаторы с уровнем точности не более 5%.

Пример выбора стабилизатора напряжения для квартиры.

За основу возьмем среднестатистическую городскую квартиру, для неё возможны два решения:

  • установка стабилизатора для защиты отдельных бытовых приборов;
  • установка стабилизатора для централизованной защиты всей электросети.

В первом случае применяются небольшие стабилизаторы, включаемые в сеть через обычную розетку 220 В посредством вилки-шнура. От них запитываются единичные нагрузки, хотя возможно подключение и несколько электроприёмников – с использованием переходника.

Второй вариант реализуется на базе мощного стабилизатора и целесообразен для квартир с сильными колебаниями напряжения, которые опасны для всех видов бытовой техники. Мощный стабилизатор обладает крупными габаритами и в городской квартире может не хватить свободного пространства для его установки. В таком случае, питание потребителей следует организовать от отдельных менее мощных стабилизаторов. Если место для крупногабаритного устройства всё-таки нашлось, то настоятельно рекомендуем доверять его подключение только профессиональному-сертифицированному специалисту!

Итак, рассмотрим выбор стабилизатора на двух конкретных примерах:

Пример 1. Необходим стабилизатор для защиты современной стиральной машины, максимальная потребляемая мощность которой составляет 1900 Вт. Прибавляем к этому значению запас по мощности равный 30% и получаем итоговый показатель 2470 Вт. Таким образом, потребуется установка стабилизатора напряжения мощностью не менее 2500 Вт.

Пример 2. Стабилизатор выбирается для организации централизованной защиты. Пусть список и максимальная мощность подключаемого оборудования будет следующими:

  • телевизор - 100 Вт;
  • компьютер и ноутбук – 250 Вт + 40 Вт = 290 Вт;
  • микроволновка – 1000 Вт;
  • холодильник – 300 Вт;
  • пылесос – 600 Вт;
  • стиральная машина – 1900 Вт;
  • электроплитка – 5000 Вт;
  • освещение – 400 Вт;
  • утюг – 1400 Вт;
  • музыкальный центр – 50 Вт;
  • кухонная вытяжка – 230 Вт;
  • прочие электроприборы (бритва, миксер, роутер и т.п.) – 500 Вт.

Мы не включили в список кондиционер и обогреватель. Будем считать, что с обогревом квартиры справляется центральное отопление, а кондиционера просто нет. Суммарная мощность в нашем случае равна 11770 Вт. К этому значению добавим еще 30% запаса, учитывающего возможные перегрузки, и получим итоговый показатель 15301 Вт. Таким образом, для такой квартиры потребуется стабилизатор напряжения мощностью не менее 16 кВт.

И в первом и во втором примерах присутствует чувствительная техника, требующая повышенной точности стабилизации. Кроме того, необходим бесшумный стабилизатор, рассчитанный на долгосрочное использование без технического обслуживания. Указанным критериям в полной мере соответствуют только инверторные и симисторные/тиристорные модели. Стабилизаторы на основе полупроводниковых ключей обычно чуть дешевле, но инверторные устройства отличаются большей долговечностью, точностью и быстродействием. Это позволяет считать именно их эталоном защиты от большинства свойственным городским квартирам проблем электроснабжения.

Подробнее о стабилизаторах напряжения «Штиль» для бытовой техники в квартире.

Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль» для квартиры:

Стабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

В современных частных домовладениях количество электроприборов увеличивается в соответствии с ростом потребностей хозяина. Холодильник, плита и духовой шкаф, телевизор, стиральная машина, пылесос, компьютеры, чайник — это ставшие уже привычными потребители электричества. А еще посудомоечная машина, мультиварка, хлебопечка, кофемашина — список пополняется с каждым днем. Нагрузка на электрические сети растет, особенно за чертой города, в дачных или коттеджных поселках, где перепады напряжения в сети являются обычным явлением. Защитить сложную и дорогую электронику от таких скачков поможет стабилизатор напряжения.


Локальные и общие стабилизаторыСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Если напряжение «гуляет» в небольших пределах и большая часть техники работает нормально, а проблемы есть только у какой-то части более чувствительной аппаратуры, имеет смысл поставить локальные стабилизаторы — на конкретные линии или на отдельные устройства.


По количеству фаз

Питание в доме может быть однофазным и трехфазным. С однофазными (на 220 В) все ясно: нужен однофазный стабилизатор. Если в доме/квартире три фазы, есть варианты:



  • Если есть аппаратура, которая подключается сразу к трем фазам, то стабилизатор напряжения для дома нужен трехфазный.
    Схема подключения стабилизатора к однофазной цепиСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше
  • Если аппаратура подключается только к одной из фаз, нужны однофазные стабилизаторы на каждую из фаз. Причем мощность их не обязательно должны быть одинаковой, так как нагрузка обычно распределена неравномерно.

На трехфазные цепи можно поставить три однофазныхСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Выбрать стабилизатор напряжения для дома или дачи по этому принципу несложно. Но определиться надо обязательно.

Выбор мощности

Чтобы выбрать стабилизатор напряжения для дома, первым делом надо рассчитать его мощность. Проще всего ее определить по автомату, который стоит на доме или линии. Например, входной автомат стоит на 40 А. Рассчитываем мощность: 40 А * 220 В = 8,8 КВа. Чтобы агрегат не работал на пределе возможностей, берут запас по мощности 20-30%. Для данного случая это будет 10-11 КВа.


Выбор мощности стабилизатора зависит от суммарной мощности сети или подключаемых к нему приборовСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Также рассчитывается мощность локального стабилизатора, который ставим на отдельный прибор. Но тут в расчет берем максимальный потребляемый ток (есть в характеристикам). Например, это 2,5 А. Далее считаем по описанному выше алгоритму. Но если в оборудовании есть мотор (холодильник, например), то надо учитывать пусковые токи, которые в разы превышают нормативные. В этом случае рассчитанные параметры умножают на 2 или 3.

При подборе мощности не путайте кВА с кВт. Если коротко, то 10 кВА при наличии на нагрузке емкостей и индуктивностей (то есть для реальных сетей практически всегда) не равны 10 кВт. Цифра реальной нагрузки меньше, а насколько меньше — зависит от коэффициента индуктивности (может также быть в характеристиках). Под конкретный прибор рассчитать все просто — надо умножить на коэффициент, а вот для сети все сложнее. Просто если видите цифру в кВА, берите запас порядка 15-20%. Примерно такова реактивная составляющая в среднем.

Точность стабилизации

Точность стабилизации показывает, насколько «ровным» будет напряжение на выходе. Приемлемым считается +-5%. С таким допуском нормально работает отечественная техника, а вот для импортной надо лучше стабилизированное напряжение. Итак, все стабилизаторы, которые имеют точность меньше +-5% — это замечательно, все что хуже — лучше не покупать.

Точность стабилизации — один из первых параметров, на которые надо обратить внимание.



Диапазон входного напряжения: предельный и рабочий

В характеристиках есть две строчки: предельный диапазон входного напряжения и рабочий. Это две разные характеристики, которые отображают разные параметры устройства. Предельный диапазон — это тот, при котором устройство будет хоть как-то корректировать напряжение. Оно не всегда вытянет его до нормы, но хотя-бы не отключится.


Предельный диапазон указывают не всегда, но есть рабочийСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Рабочий диапазон входного напряжения — это, как раз, тот разбег, при котором устройство должно выдавать заявленные параметры (с той самой точностью стабилизации).


Нагрузочная и перегрузочная способность

Очень важная характеристика, на которую надо обязательно обращать внимание. Нагрузочная способность показывает какую нагрузку может «потянуть» стабилизатор напряжения для дома при работе на нижней границе. Есть такие модели, которые выдают заявленную мощность на 220 В. То есть тогда, когда она совсем не нужна. А вот на нижнем пределе в 160 В могут работать только с половинной нагрузкой. Результат — работая при пониженном напряжении он может перегореть. Даже если вы взяли его с запасом мощности.


Нагрузочную и перегрузочную способность надо запрашивать дополнительно.
Обычно в технических характеристиках ее нетСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Перегрузочная способность не менее важна. Она показывает, как долго может он работать с превышением нагрузки. Параметр важен даже если оборудование вы брали с хорошим запасом по мощности. По этому параметру можно опосредованно определить качество деталей и качество сборки. Чем выше перегрузочная способность, тем более надежно оборудование.

Виды, плюсы, минусы

Стабилизаторы напряжения есть разных видов, делают их из компонентов разного типа — электромеханических, электронных. Часть из них имеет электро-механическое управление, часть-электронное. Чтобы правильно подобрать оборудование, надо иметь представление о достоинствах и недостатках.


Видов и типов стабилизаторов напряжения для дома много…Стабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Электронные (симисторные)

Собираются на симисторах или термисторах. Имеют несколько ступеней регулировки, которые подключаются/отключаются в зависимости от входного напряжения. Переключение может происходить при помощи электронного ключа (работает бесшумно, но это более дорогие модели) или электронного реле (при срабатывании есть звук).

К плюсам электронных стабилизаторов относят высокую скорость реакции (время включения одной ступени около 20 мсек). Электронные ключи срабатывают очень быстро, подключая нужное количество ступеней коррекции или отключая их. Второй положительный момент — тихая работа. Шуметь тут нечему — работает электроника.


Сравнение основных типов стабилизаторовСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Минусы тоже есть. Первый — низкая точность стабилизации. В этой категории вы не найдете моделей, который выдают напряжение с погрешностью менее 2-3%. Это просто невозможно, так как регулировка ступенчатая и погрешность довольно высока. Второй недостаток — высокая цена. Симисторы стоят немало, а их столько, сколько ступеней. То есть, чем больше ступеней и вше точность регулировки, тем дороже будет оборудование.


Электромеханические

Собираются на основе электромагнитной катушки, по которой бегает бегунок. Положение бегунка изменяется при помощи мотора или реле. Плюс электромеханического стабилизатора — невысокая цена и высокая точность стабилизации. Недостаток — низкое быстродействие — параметры меняются медленно. Второй минус — довольно громкая работа.

Аппараты с мотором работают тише, но корректировка происходит медленно. Среднее время реакции — 20 В за 0,5 секунды. При резких скачках аппарат просто не успевает изменять напряжение. Есть у стабилизаторов этого типа еще одна неприятность — перенапряжение. Возникает, в той ситуации, когда ранее упавшее напряжение резко приходит в норму. Стабилизатор не успевает среагировать, в результате на выходе имеем скачок, прием бывает он до 260 В, а это губительно для техники. Для того чтобы избежать подобной ситуации, на выходе ставят защиту по напряжению (автомат по напряжению), который просто отключает питание.


Электро-механические — недорогие, надежные, но с малой скоростью коррекцииСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Если электромеханический стабилизатор напряжения для дома собран на основе реле, время срабатывания меньше, но при работе они шумят, да и регулировка не плавная а ступенчатая. Это значит, что они имеют более низкую точность стабилизации. Зато нет перенапряжения и нет необходимости думать о дополнительной защите. Чтобы не путаться, эти устройства называют релейные стабилизаторы именно так они описаны в большинстве случаев.

Есть и еще один не самый приятный момент у электромеханических стабилизаторов напряжения для дома или квартиры: они быстрее изнашиваются, требуют регулярной профилактики (раз в пол года).

Феррорезонансные

Это самые громоздкие из стабилизаторов. Имеют малое время отклика, высокую надежность и стойкость к помехам. Коэффициент стабилизации средний (порядка 3-4%), что неплохо.


Ферро-резонансные стабилизаторы напряжения не слишком популярны из-за больших габаритов и массыСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Но на выходе напряжение имеет искаженную форму (не синусоида), работа зависит от изменений частоты в сети, отличается большой массой и габаритами. Обычно используется как первая ступень стабилизации, если одним устройством добиться нормального напряжения не получается.

Инверторные

Это один из видов электронных приборов, но его работа и внутреннее устройство очень сильно отличаются от описанных выше, потому эта группа рассматривается отдельно.


В инверторных стабилизаторах напряжения происходит двойное преобразование сначала переменный ток превращается в постоянный, затем обратно в переменный, который подается на корректор коэффициента мощности, где и происходит его стабилизация. В результате на выходе имеем идеальную синусоиду со стабильными параметрами.


Блок-схема инверторного стабилизатора напряженияСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Инверторный стабилизатор напряжения для дома это, пожалуй, лучший на сегодня выбор. Вот его плюсы:

  • Широкий рабочий диапазон стабилизации. Нормальный показатель — от 115-290 В.
  • Малое время отклика — задержка составляет несколько миллисекунд.
  • Высокая точность стабилизации: средние показатели в классе 0,5-1%.
  • На выходе идеальная синусоида, что важно для некоторых видов техники (газовых котлов, например, стиральных машин последнего поколения).
  • Подавление помех любого характера.
  • Небольшие размеры и масса.

По цене это не самое дорогое оборудование — стоят они примерно столько же, сколько и релейные и почти в два раза ниже электронных. При этом качество преобразования у инверторных агрегатов намного выше.


Российский производитель ШТИЛЬ выпускает инверторные стабилизаторы напряжения для дома и дачиСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Недостаток у этого оборудования один: при работе элементы сильно греются. Для охлаждения в корпус встраиваются вентиляторы, которые издают негромкое жужжание. Если стабилизатор напряжения выбираете для квартиры, ставят его обычно в коридоре, так что шум может быть слышен. В частных домах возможностей по выбору места установки больше, так что вполне реально найти такое, где шум мешать не будет.

Какой стабилизатор лучше

Говорить от том, что какой-то тип стабилизатора лучше, а какой-то хуже не имеет смысла. У каждого есть свои достоинства и недостатки, каждый в какой-то ситуации, под определенные требования — лучший выбор.

Давайте рассмотрим типичные ситуации, с которыми многие сталкиваются:



  • Скачки по питанию частые, резкие. Напряжение то падает, то становится выше требуемого. Для такой ситуации необходимо высокое быстродействие и отсутствие возможности перенапряжения. Такими свойствами обладают электронные и инверторные стабилизаторы.
  • Напряжение в сети часто понижается, до нормы практически не дотягивает. Тут важен широкий рабочий диапазон. Из недорогих моделей подходят электромеханические и релейные, из более дорогих все тот же инверторный.
    Чтобы проще было выбрать, какой стабилизатор напряжения лучшеСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше
  • Купили новую технику, а она не хочет работать, выдает ошибку по питанию. Лучший вариант тут — инверторный агрегат Он не только напряжение дотянет, но и синусоиду выдаст идеальную, а это для электроники важно.

Ситуаций на самом деле очень много. Но в любом случае подбирать тип стабилизатора напряжения для дома надо исходя их существующей проблемы. Далее уже в выбранной категории выбирать по параметрам.


Выбор производителя и цены

Самое непростое — выбрать производителя. Стазу стоит сказать, что китайские агрегаты лучше не рассматривать. Даже с теми, которые китайские только наполовину (с вынесенным в поднебесную производством и головным офисом в другой стране) надо быть очень аккуратными. Качество не всегда стабильно.


Советы по выбору стабилизатораСтабилизаторы напряжения для дома и дачи: как выбрать, какой лучше

Если вам не важна внешняя составляющая, обратите внимание на стабилизаторы российского или белорусского производства. Это Штиль и Лидер. Вполне приличные агрегаты, с не очень хорошим дизайном, но со стабильным качеством.

Если вам нужна идеальная аппаратура, ищите итальянские ORTEA. У них и качество сборки, и внешний вид на высоте. Также неплохие отзывы у РЕСАНТА. Их товар оценивают на 4-4,5 по пятибалльной шкале.

Разброс цен поражает, но типы оборудования тут собраны самые разные — от бюджетных релейных и электромеханических до супер-надежных электронных.

Как выбрать стабилизатор напряжения для компьютера?

16.07.2018

Современная компьютерная техника из-за особенностей своей электронной базы расценивается как крайне чувствительная к перепадам сетевого напряжения – срок её службы в условиях отсутствия качественного электропитания значительно сокращается.

Как типичные проблемы электроснабжения влияют на компьютерную технику?

Чтобы понять от чего именно стабилизатор обезопасит ваш компьютер рассмотрим наиболее характерные для отечественной энергосистемы проблемы:

  • кратковременное падение (провал) напряжения – результат подключения к сети мощного потребителя. Жильцы городских квартир сталкиваются с этой проблемой реже, чем владельцы частных домов, где одновременно могут включаться несколько электроприборов, характеризующихся большой потребляемой мощностью: насосная станция, электронагреватель, деревообрабатывающий станок и т.д. Знакома названная проблема и людям живущим рядом с крупными предприятиями, для них кратковременное снижение сетевого напряжения – следствие запуска расположенного по соседству мощного промышленного оборудования.
    На работе компьютера кратковременное падение напряжения отражается по-разному – от подвисания системы до полной перезагрузки устройства, которая чревата, как минимум, потерей несохраненных данных.
  • кратковременный скачок (всплеск) напряжения – явление обратное падению напряжения, возникает при отключении от сети мощных потребителей и длится от долей секунды до нескольких секунд. Напряжение в этот момент может превысить 300 В, что опасно для электронных компонентов современного компьютера.
  • импульсное перенапряжение – возникает при ударах молнии (как в линию электропередач, так и просто вблизи здания), а также при резкой смене системой электроснабжения режима работы, например, в случае короткого замыкания или обрыва нулевого провода в трехфазной сети. Импульсное перенапряжение характеризуется сильным выбросом электрической энергии, в результате которого происходит скачок напряжения, многократно превышающий номинальное значение. В таком случае бессильны даже импульсные блоки питания, применяющиеся в современных компьютерах. В лучшем случае в блоке перегорит плавкий предохранитель, в худшем - из строя выйдет не только сам блок питания, но и остальные узлы компьютера.
  • пониженное или повышенное напряжение в сети – одна из наиболее распространённых проблем, имеющая множество причин от несоблюдения поставщиками норм, устанавливающих качество электроэнергии, до одновременного включения большого количества потребителей.

Отклонения сетевого напряжения,превышающие 10%, от номинального значения и встречающиеся как в городских квартирах, так и в частных домах, ведут к нестабильному функционированию компьютера и сокращению срока его эксплуатации. Стоит отметить, что даже небольшие, не проявляющиеся зрительно сетевые колебания негативно влияют на электронные компоненты современной компьютерной техники, снижая её долговечность, производительность и быстродействие.

Преимущества использования стабилизатора напряжения с компьютером.

Первоочерёдная задача стабилизатора – не отключение защищаемого оборудования, а регулировка напряжения. При постоянно пониженном или повышенном напряжении в сети, а также при кратковременных скачках или падениях напряжения устройство корректирует сетевые параметры до значений, необходимых для устойчивого функционирования компьютерной техники.

В случае критических скачков напряжения (выходящих из допустимого для стабилизации диапазона), например, при импульсном перенапряжении, современный стабилизатор обесточит компьютер, защитив его таким образом от выхода из строя и дорогостоящего ремонта.

При эксплуатации компьютера без стабилизатора рекомендуется, при возникновении отклонений в сети, отключать устройство. Постоянная работа незащищённого компьютера в условиях нестабильного напряжения способствует быстрому износу электронных компонентов устройства и повышает риск потери данных вследствие некорректной перезагрузки или отключения.

Наличие стабилизатора даст возможность беспрепятственно использовать компьютер, практически не задумываясь о качестве питающего напряжения.

Какой тип стабилизаторов оптимален для защиты компьютера?

Для исправного функционирования компьютера необходимо обеспечить стабильное напряжение с минимальной погрешностью. Из четырёх основных типов стабилизаторов (релейные, электромеханические, полупроводниковые (тиристорные и симисторные) и инверторные) наименьшей погрешностью (максимальной точностью стабилизации) обладают инверторные устройства – ±2%. Кроме того, инверторные стабилизаторы опережают устройства других типов по всем техническим характеристикам, в том числе по качеству выходного сигнала (идеальная синусоида во всем допустимом диапазоне сетевого напряжения) и быстродействию (выходное напряжение регулируется мгновенно, то есть без задержек во времени).

Ещё одно преимущество инверторных моделей – низкий уровень шума, который в отличие от релейных и электромеханических стабилизаторов не осложняет их комфортное бытовое применение.

По некоторым показателям, включая стоимость, полупроводниковые стабилизаторы приближаются к инверторным. Но, тем не менее, симисторные и тиристорные модели, в отличии от инверторных, не могут полностью исключить трансляцию сетевых колебаний на выход устройства и не обеспечивают безразрывное электропитание идеальной синусоидальной формы.

На сегодняшний день именно инверторные стабилизаторы гарантируют максимальный уровень защиты подключенного оборудования от кратковременных всплесков и провалов напряжения, импульсного перенапряжения, повышенного или пониженного входного напряжения, а также от гармонических искажений и электрических помех.

Всё вышесказанное позволяет рассматривать инверторные стабилизаторы как наиболее оптимальное, с технической точки зрения, решение для защиты любой компьютерной техники.

Как определить мощность стабилизатора для компьютера?

Мощность стабилизатора определить не сложно – нужный показатель получают прибавлением к номинальной мощности защищаемого компьютера запаса, учитывающего возможные перегрузки. Рекомендуемое значение запаса составляет от 20 до 30% (от номинальной мощности ПК). Компьютерная техника не отличается высокими пусковыми токами, поэтому брать больший запас нет смысла.

Если необходимо организовать защиту локальной сети, необязательно приобретать стабилизатор для каждого из входящих в неё компьютеров. Удобнее и часто экономичнее организовать электропитание всех устройств от одного мощного стабилизатора, который следует выбирать, ориентируясь на общую суммарную мощность всех подключаемых к нему компьютеров.

Обратите внимание – при выборе стабилизатора для работы с группой компьютеров, запас по мощности определяется исходя не из мощности каждого устройства в отдельности, а общей суммарной мощности.

Читайте также:

Стабилизаторы напряжения «Штиль» для компьютера. Модельный ряд.

Инверторные стабилизаторы напряжения «Штиль» для компьютера:

Как рассчитать мощность стабилизатора напряжения для дома

Правильный подбор стабилизатора напряжения необходимо выполнять по основному параметру – общей мощности электроприборов, которые необходимо защитить от чрезмерной нагрузки и перепадов напряжения, подключенных к определенной сети питания.

Однофазные устройства устанавливают чаще всего для создания качественных параметров напряжения в небольшом офисе, квартире. Чтобы правильно рассчитать мощность стабилизатора, необходимо сначала сложить мощность всех электрических устройств. Кроме мощности по паспорту устройства, оснащенного электродвигателем, нужно учесть пусковой ток. Для этого к расчету добавляют около 30% мощности.

Наличие в цепи стабилизатора напряжения дает возможность обеспечить защиту бытовой техники. Через стабилизатор можно подключить отдельные приборы, однако эффективнее всего будет выбор прибора, через которое будет работать все оборудование

Расчет по техническим характеристикам

Каждый прибор в комплекте имеет паспорт, где указаны все характеристики работы. В нем указана мощность устройства. Необходимо суммировать все значения устройств. Эта величина будет приблизительной.

К ней необходимо добавить запас мощности около 30% для пусковых токов, и также 50% для устройств, изготовленных в Китае.

Мощность стабилизатора напряжения по автоматам

Оптимальным методом является посмотреть значение мощности на автоматах входа, находящихся в щитке. Они расположены вместе со счетчиком электрической энергии. Электронный стабилизатор рассчитать намного проще:

  1. Сначала определяем номинал автомата.
  2. Далее, эту величину делим на 5. В результате получаем необходимую полную мощность вашего стабилизатора.

Если автоматы на 25 А, то маркировка стоит С25. В результате деления получаем 5 кВА. Если у вас в квартире никогда не выбивало автоматы, то значит нагрузка вашей квартиры меньше 5 кВА. По этой информации подбираем полную мощность стабилизатора.

Расчет мощности стабилизатора будет сложнее, если в щите есть несколько автоматов. Необходимо выписать все значения с них. И по этим данным осуществляют подбор стабилизатора.

Стабилизаторы серии ЛЮКС функционируют без снижения мощности при низком напряжении. Элемент измерения находится на выходе устройства. В итоге защита сработает, когда потребитель превысит более 100% нагрузки от заданных номиналов. При пониженном напряжении на входе сила тока возрастет. В итоге падение напряжения будет оплачивать производитель устройства, а не потребитель.

Подкатегории стабилизаторов

Существуют различные типы стабилизирующих устройств с разным типом работы. Рассмотрим основные из таких стабилизаторов, для облегчения выбора в торговой сети.

Релейные

При повышенной скорости регулирования, сильных скачках напряжения, за небольшой промежуток несколько раз, стабилизаторы работают с малой точностью, при работе способны издавать щелчки. Это работает реле, переключает ступени трансформатора.

Тиристорные

Такие устройства еще называют симисторными. Они относятся к электронным приборам. Их повышенная точность и скорость регулирования напряжения питания, бесшумность работы привлекает покупателей при приобретении.

Из недостатков можно отметить различные микросекундные провалы при переключении. Однако, даже имею повышенную стоимость, для домашнего использования они вполне подходят. Чаще всего на такие приборы заводы изготовители дают расширенную длительную гарантию.

Электромеханические

К таким типам приборов относятся: сервоприводные, роликовые, щеточные, и электродинамические устройства. Они обладают повышенной точностью регулирования, не имеют шума при работе, постепенного изменения напряжения при входных колебаниях питания.

Одним из недостатков является быстрый износ узла щеток из-за повышенного искрообразования при значительной нагрузке. Стабилизаторы напряжения электродинамического вида, роликовые фирмы Ortea не имеют таких недостатков. Они являются оптимальным выбором для частного дома.

Особенности расчётов

Параметров выбора приборов стабилизации существует много. Одним из основных является полная мощность стабилизатора напряжения. Речь идет о характеристике напряжения и тока, то есть, о параметрах выхода тока, которые устройство может поддерживать в номинальном режиме работы. Однако исходными данными расчета становится расходуемая мощность устройств, которые будут подключаться к прибору.

  • Иногда к стабилизатору подключают дополнительное оборудование. При этом нужно учитывать это показатель мощности при расчете.
  • Если вы планируете устанавливать внешние циркуляционные насосы, то необходимо брать в расчет также их мощность.
  • При преобразовании напряжения до требуемого значения всегда имеются потери мощности. Чем больше отклонение от 220 вольт, тем выше эти потери. Поэтому перед расчетом, целесообразно сделать проверку – измерить сетевое напряжение днем, вечером, утром, и в часы «пик». Эту проверку лучше провести за несколько дней. В результате вы получите информацию, которая вам пригодится для расчетов.
  • Обычная сумма значений мощности будет неточными данными, так как значительное число приборов расходует кроме полезной мощности, также и реактивную составляющую. Она определяется по определенной формуле, и добавляется в результаты расчета.

Особенности выбора стабилизатора

Необходимо заметить, что если ваша электросеть способна выдать в пиковые часы напряжение 120 вольт, то понятно, что в это время нельзя подключать к прибору другие устройства значительной мощности. При таком режиме допускается подключать только маломощные потребители в виде телевизора, освещения. А такие устройства, как чайник, бойлер или стиральная машина перегрузят бытовую сеть, и защита обесточит всю вашу квартиру.

В торговой сети продавцы чаще всего говорят, что мощность при малых напряжениях входа теряется только на недорогих стабилизаторах. Однако, практически это далеко не так. Даже дорогой прибор не способен сделать чудо, и нарушить законы физики.

Многие изготовители стабилизаторов вместо Вт в инструкции указывают В/А. Это делается для введения покупателей в заблуждение, так как имеются приборы, расходующие электроэнергию, с разными типами нагрузки:

  1. Активная нагрузка (лампы освещения, нагревательные элементы).
  2. Реактивная нагрузка (электродвигатели).

При расчете мощности следует учитывать сечение кабеля. При размере в 4 кв. мм нагрузка не должна превышать 10 киловатт. Следовательно, если купить при этом стабилизатор выше 10 кВт, то это не даст больше мощности, и вы зря потратите деньги.

Как выбрать стабилизатор напряжения для компьютера

Компьютерные технологии всё больше входят в нашу жизнь. Люди используют компьютеры во всех сферах – в учебе, работе, для развлечения. Чтобы они прослужили долго и не вызывали раздражения внезапным выключением или перезагрузкой из-за проблем в сети, лучше защитить их. Итак, в каких случаях требуется защитить компьютер и с помощью какого прибора лучше всего это сделать?

Обычно для защиты компьютера от подобных проблем советуют покупать ИБП со встроенным стабилизатором. Однако не всегда силы встроенного стабилизатора ИБП хватает, чтобы стабилизировать резкие скачки или чересчур пониженное напряжение.

В каких случаях компьютеру нужен стабилизатор?
  1. Вы не планируете покупать ИБП или его встроенный стабилизатор не справляется со всеми проблемами в сети.
  2. Ваш компьютер чувствителен к качеству напряжения (эту информацию можно найти в технических документах к ПК)
  3. Компьютер часто выключается или перезагружается просто так.
  4. Проблемы в сети есть, а затраты на покупку стабилизатора гораздо меньше, чем покупка нового компьютера.
Какой стабилизатор выбрать?

Большинство современных стабилизаторов пригодны для защиты компьютера или ноутбука, однако, чтобы подобрать устройство именно для ваших нужд, стоит отталкиваться от поведения местной электросети:

  • если вы замеряли, знаете, что у вас в сети постоянно пониженное (в более редких случаях, повышенное) напряжение, то вам больше подойдет электромеханический стабилизатор. Если вы не делали замеров в сети, то обратите внимание на поведение компьютера, в случаях постоянно пониженного напряжения ваш компьютер будет часто выключаться.
  • если в ходе замеров вольтметром в сети или наблюдения за работой компьютера становится ясно, что в сети частые перепады, то лучше подойдут релейные стабилизаторы. При скачках в сети компьютер, скорее всего, будет часто перезагружаться.
  • тиристорные стабилизаторы подойдут в любом из этих случаев, но, как правило, их цена достаточно высока и покупка будет оправдана, если вы собираетесь ставить стабилизатор не только для защиты компьютера, но и другой техники дома или офиса.
На что стоит обращать внимание при выборе стабилизатора для компьютера
  • диапазон входного напряжения должен быть достаточно широким, чтобы суметь решить именно вашу проблему
  • стабилизатор должен быть совместим в работе с ИБП (если он установлен), он не должен самопроизвольно переходить в режим питания от батареи
  • если вы планируете подключать через стабилизатор только компьютер – выбирайте компактную модель, чтобы удобно разместить недалеко от самого ПК
  • можно взять стабилизатор сразу чуть большей мощности и защитить всю офисную технику от проблем с электроснабжением

 

В нашем магазине вы сможете найти надёжного защитника для своего компьютера. Воспользуйтесь советами этой статьи и подберите стабилизатор сами с помощью нашего удобного фильтра, обратите внимание на предложенные варианты по окончании статьи или позвоните нам, и мы постараемся ответить на все вопросы.

 

Источник изображения: http://zitrotechnology.com/pc-tune-up/

Тэги: стабилизаторы напряжения, советы по выбору, для компьютера, как выбрать

90000 Understanding Low-Dropout Voltage Regulators (LDO) and its significance in Battery Operated Devices 90001 90002 Today, electronic devices have shrunken in size than ever before. This enables us to pack in tones of features in compact portable devices like smart watches, fitness trackers, and other wearable devices, it also helps us to deploy remote IoT devices for cattle monitoring, asset tracking etc. One common thing among all these portable devices is that they are battery operated. And when a device is battery operated it is important for design engineers to select components that conserve every milli-volt in their design to run the device for a longer time with the available battery juice.Once such component is the 90003 Low-Dropout Voltage Regulator (LDO) 90004. In this article we will learn more about LDO and how to select the right one for your circuit design. 90005 90002 90005 90008 90003 What is a Regulator in electronics? 90004 90011 90002 A regulator is a device or a well-designed mechanism that regulates something, here the something usually refers to voltage of current. There are 90003 two types of regulators 90004 mainly used in electronics, the first one is 90003 switching regulator 90004 and the second one is the 90003 linear regulator 90004.They both have a different working architecture and subsystem, but we wont be discussing them in this article. But to put it simple, if a regulator is controlling the output current then it is called a current regulator. By the same aspect, voltage regulators are used to controlling the voltage. 90005 90002 90005 90008 90003 Difference between LDO and Linear Regulators 90004 90011 90002 Linear regulators are the most common devices used for 90003 power supply regulation 90004 and most of us will be familier with devices like 7805, LM317.But, the downside of using a Linear Regulator in battery operated applications is that here the input voltage of a linear regulator is always needed to be higher than the regulated output voltage. Meaning, the 90003 differences between the input voltages and the output voltage is high 90004. Therefore, standard linear regulators have some limitations when the regulated output voltage is required to be a close value of the input voltage. 90005 90002 90005 90008 90003 Working of an LDO 90004 90011 90002 LDO is a part of linear regulator dynasty.But, unlike normal Linear regulators, in an LDO the difference between the input voltage and the output voltage is less. This difference is called as 90003 dropout voltage 90004. Since the LDO has very low dropout voltage it is called as Low dropout voltage regulators. You can think of a LDO's an a linear resistor palced in series with the load to reduce the voltage to required level. The advandage of a having an LDO is that the voltage drop across it will be far less than a resistor. 90005 90002 90005 90002 90005 90002 Since the LDO offers low dropout voltage between input and output, it can work even if the input voltage is relatively close to the output voltage.The voltage drop across an LDO will be between 300mV to 1.5V maximum. In some LDOs, the voltage differences are even less than 300mV. 90005 90002 90049 90005 90002 90005 90002 The above image is showing a simple LDO construction where a closed-loop system is designed. A reference voltage is created from the input voltage and fed to a differential amplifier. The output voltage is sensed by a voltage divider and again fed to the input pin of the differential amplifier. Depending on these two values, the output from the reference voltage and output from the voltage divider, the amplifier produces output.This output controls the variable resistor. Hence, anyone value of this two could alter the output of the amplifier. Here the voltage reference is needed to be stable to accurately sense the other. When the reference voltage is stable, a small variation of the output voltage reflects on the input of the differential amplifier via the resistor divider. The amplifier then controls the variable resistor to provide a stable output. On the other hand, the voltage reference is not dependent on the input voltage and provides stable reference across the differential amplifier making it immune to the transient changes and also makes the 90003 output voltage independent of the input voltage 90004.The variable resistor shown here will normally be replaced by an efficient MOSFET or JFET in the actuall construction. Bipolar transistors are not used in LDOs due to the extra requirements of current and heat generation which leads to poor efficiency. 90005 90002 90005 90008 90003 Parameters to consider while selecting your LDO 90004 90011 90002 90003 Basic Features 90004 90005 90002 As it is an essential device to ensure proper power delivery to the load, the first key feature is the 90003 load regulation 90004 and the stable output.Proper load regulation is essential during load current changes. When the load increase or decrease it's current consumption the output voltage from the regulator should not fluctuate. The fluctuation of the output voltage is measured in mV range per ampere of current and called as accuracies. The 90003 output voltage accuracy 90004 of an LDO ranges from 5mV to 50mV range, a few percentages of the output voltage. 90005 90002 90005 90002 90003 Safety and Protection Features 90004 90005 90002 LDO offers basic safety features by ensuring proper power delivery across the output.The safety features are accommodated using protection circuitry across input and output. The protection circuits are Under-voltage Protection (UVLO), Over-voltage Protection (OVLO), Surge protection, output short-circuit protection and thermal protection. 90005 90002 In some situations, the input voltage provided to the regulator might drop significantly low or increase to high value. This results in improper voltage and current output from the LDO which will damage our load. If the input voltage across the LDO is beyond the limits, the UVLO and OVLO protection are triggered to protect the LDO and the load.The lower limit for UVLO and the maximum input voltage limits can be set using simple voltage dividers. 90005 90002 90003 Surge protection 90004 circuit offers immunities to the LDO from transients and high voltage surges or spikes. It is also an additional feature offered by different LDOs. 90003 Output short circuit protection 90004 is a form of overcurrent protection. If the load gets shorted the short circuit protection feature of an LDO disconnects the load from the input power supply.90003 Thermal protection 90004 works when the LDO gets heated. During heat-up operation, the thermal protection circuit stops the LDO from working to prevent any further damage to it. 90005 90002 90005 90002 90003 Additional Features 90004 90005 90002 LDOs can have two additional logic level control pin to communicate with a microcontroller input. 90003 Enable pin 90004 often referred to as EN and this is an input pin of the LDO. A simple microcontroller can change the state of EN pin of an LDO to enable or disable the power output.This is a handy feature when loads need to be turned on or off for application purposes. 90005 90002 90005 90002 90003 Power Good pin 90004 is an output pin from the LDO. This pin can also be connected with a microcontroller unit to provide a logic low or high depending on the power condition. Based on the state of power good pin, microcontroller unit can get the information about the power status across the LDO. 90005 90002 90005 90008 90003 Limitations of LDO 90004 90011 90002 Although LDO offers proper output at low dropout voltage, still it has some limitations.The major limitation of the LDO is 90003 efficiency 90004. It is true that the LDO is better than the standard linear regulators in terms of power dissipation and efficiency but it is still a poor choice for the portable battery-related operations where the efficiency is the main concern. The efficiency gets even poor if the input voltage is significantly higher than the output voltage. The heat dissipation increases when the voltage drop is higher. The excess waste energy which is transformed as heat and requires a heatsink, resulted in increased PCB area as well as incurring a component cost.For better efficiency, 90003 switching regulators 90004 are still the best choice over linear regulators especially LDOs. 90005 90002 90005 90008 90003 Should I use LDO for my next design? 90004 90011 90002 As LDOs offer very low dropout voltage, it is good to select an LDO only when the desired output voltage is very close to the available input voltage. Below questions can help you determine if you circuit design actually needs an LDO 90005 90127 90128 Is the desired output voltage is close to the available input voltage? If yes, then how much? It is good to use LDO if the difference between Input voltage and output voltage is less than 300mV 90129 90128 Is 50-60% of efficiency is accepted for the desired application? 90129 90128 Low noise power supply is a need? 90129 90128 If the cost is a problem and simple, lower part count, the space-saving solution is needed.90129 90128 Will it be too expensive and bulky to add a switching circuit? 90129 90138 90002 90005 90002 If you have answered "YES" for all the above question, then LDO might be a good choice. But, what will be the specification of the LDO? Well, it depends on the below parameters. 90005 90143 90128 Output Voltage. 90129 90128 Minimum and Maximum Input voltage. 90129 90128 Output current. 90129 90128 Package of the LDOs. 90129 90128 The cost and availability. 90129 90128 Enable and Disable option is required or not.90129 90128 Additional protection options those are required for the application. Such as Over current protection, UVLO, and OVLO, etc. 90129 90158 90002 90005 90008 90003 Popular LDOs in the market 90004 90011 90002 Every single power IC manufacturer like Texas Instruments, Linear Technology etc.also has some solutions for LDO. 90003 Texas Instruments 90004 has wide range of LDOs depending on various design needs, the below chart shows its huge collection of LDO with a wide range of output current and input voltage.90005 90002 90170 90005 90002 90005 90002 Similarly, 90003 Linear technology 90004, from 90003 Analog devices 90004 also has some high performance Low Dropout Regulators. 90005 90002 90005 90008 90003 LDO - Example Design 90004 90011 90002 Lets consider a practical case in which LDO will be mandatory. Suppose a low cost, simple, space-saving solution is needed for converting the 3.7V lithium battery output to a stable 90003 3.3V 500mA 90004 source with short current limit and thermal protection.The power solution needs to be connected with a microcontroller to enable or disable some load and the efficiency can be 50-60%. Since we need a 90003 simple and low cost solution 90004 we can rule out the switching regulator designs. 90005 90002 90005 90002 A lithium battery can provide 4.2V during full charge condition and 3.2V on fully empty condition. Therefore, the LDO can be controlled to disconnect the load at low voltage situation by sensing the input voltage of the LDO by the microcontroller unit.90005 90002 90005 90002 To sumerize we need, 3.3V output voltage, 500mA of current, Enable pin option, low part counts, around 300-400 mV dropout requirements, output short circuit protection along with thermal shutdown feature, for this application my personal choice of LDO is 90003 MCP1825 90004 - 3.3V fixed voltage regulator by microchip. 90005 90002 90005 90002 The full feature list can be seen in the below image, taken from the datasheet - 90005 90002 90207 90005 90002 90005 90002 Below is the 90003 circuit diagram of MCP1825 90004 along with the pin-out.The schematic is also provided in the datasheet, thus by simply connecting few external components like resistor and capacitor we can easily use our LDO to regulate out required voltage with minimum voltage dorp. 90005 90002 90216 90005 90002 90005 90008 90003 LDO - PCB design guidelines 90004 90011 90002 Once you have deicided the LDO and tested it to work for your design, you can proceed with designing the PCB for your circuit. The following are the few tips you should remember while designing a PCB for LDO components.90005 90127 90128 If SMD package is used, it is essential to 90003 provide a proper copper area 90004 in PCBs since LDOs 90003 dissipate heats 90004. 90129 90128 90003 Copper thickness 90004 is a major contributor to trouble-free operation. 2 Oz (70um) copper thickness will be a good choice. 90129 90128 C1 and C2 need to be as 90003 close as possible 90004 to the MCP1825. 90129 90128 The thick ground plane is required for 90003 noise-related issues 90004. 90129 90128 Use Vias for 90003 proper heat dissipation 90004 in double-sided PCBs.90129 90138.90000 Selecting the Right Switching Regulator 90001 90002 Power is an important part of any electronics project / device. Irrespective of the source, there is usually a need to perform power management tasks like voltage transformation / scaling, and conversion (AC-DC / DC-DC) among others. Choosing the right solution for each of these tasks can be key to the success (or failure) of the product. One of the most common power management tasks in almost all kind of device is 90003 DC-DC voltage regulation / scaling 90004.This involves changing the value of DC voltage at the input to a higher or lower value at the output. The components / modules used to achieve these tasks are generally referred to as voltage regulators. They generally have the ability to supply a constant output voltage which is higher or lower than the input voltage and they are commonly used to supply power to components in designs where you have sections at different voltages. They are also used in traditional power supplies. 90005 90002 90005 90002 There are two 90003 major types of voltage regulators 90004; 90005 90012 90013 Linear Regulators 90014 90013 Switching Regulators 90014 90017 90002 90003 Linear voltage regulators 90004 are usually step down regulators and they use impedance control to create a linear reduction of the input voltage at the output.They are usually very cheap but inefficient as a lot of energy is lost to heat during the regulation. 90003 Switching regulators 90004 on the other hand are capable of either stepping up or down the voltage applied at the input depending on the architecture. They achieve voltage regulation using a on / off switching process of a transistor which controls the voltage available at the regulators output. Compared to linear regulators, Switching regulators are usually more expensive and far more efficient.90005 90002 90005 90002 For today's article, we will be focusing on 90003 switching regulators 90004 and as the title gave away, we will be looking at 90003 factors to consider when selecting a switching regulator for a project 90004. 90005 90002 90005 90002 Due to the complexity of other parts of the project (the core functionalities, RF etc), the choice of regulators for power supply is usually one of the actions left till the end of the design process. Today's article will try to provide the time restricted designer, with 90003 tips on what to look for in the specifications of a switching regulator, 90004 to determine if it fits your particular use case.Details will also be provided on interpreting the different ways in which different manufacturers present information on parameters like temperature, load etc. 90005 90002 90005 90040 90003 Types of Switching Regulators 90004 90043 90002 There are essentially three types of switching regulators and the factors to put into consideration depends on which of the types is to be used for your application. The three types are; 90005 90012 90013 Buck Regulators 90014 90013 Boost regulators 90014 90013 Buck Boost Regulators 90052 90014 90017 90002 90003 1.Buck Regulators 90004 90005 90002 90003 Buck regulators 90004, also called 90003 step-down regulators 90004 or 90003 buck converters 90004 are arguably the most popular switching regulators. 90003 They have the ability to step-down the voltage 90004 applied at the input to a lesser voltage at the output. Thus, their rated input voltage is usually higher than their rated output voltage. A basic schematics for a buck converter is shown below. 90005 90002 90070 90005 90002 90005 90002 The output of the regulator is due to the on and off switching of the transistor and the voltage value is usually a function of the transistor duty cycle (how long the transistor was on in every complete cycle).The Output voltage is given by the equation below from which we can infer that the duty cycle can never be equal to one and thus the output voltage will always be lesser than the input voltage. Buck regulators are therefore used when a reduction in supply voltage is required between one stage of a design and the other. You can learn more about Design basics and efficiency of buck regulator here, further learn how to build a Buck converter circuit. 90005 90002 90005 90002 90003 2. Boost Regulators 90004 90005 90002 Boost regulators or 90003 boost converters 90004 operate in a directly opposite manner to the buck regulators.90003 They deliver a voltage higher than the input voltage 90004, at their Output. Like the buck regulators, they use the switching transistor action to increase the voltage at the output and are usually made up of the same components used in buck regulators with the only difference being the arrangement of the components. A 90003 simple schematics for the boost regulator 90004 is shown below. 90005 90002 90091 90005 90002 90005 90002 You can learn more about Design basics and efficiency of Boost regulator here, can build one Boost converter by following this Boost Converter Circuit.90005 90002 90005 90002 90003 3. Buck-Boost regulators 90004 90005 90002 Last but not the least are the 90003 buck boost regulators 90004. From their name, it is easy to infer that 90003 they provide both the boost and the buck effect to the input voltage 90004. The 90003 buck-boost converter 90004 produces an inverted (negative) output voltage which can be greater or less than the input voltage based on the duty cycle. The basic buck-boost switch mode power supply circuit is given below.90005 90002 90112 90005 90002 90005 90002 The buck-boost converter is a variation of the boost converter circuit in which the inverting converter only delivers the energy stored by the inductor, L1, into the load. 90005 90002 The selection of any of these three switching regulator types, depends solely on what is required by the system being designed. Irrespective of the type of regulator to be used, It is important to ensure the specifications of the regulators meets the requirements of the design.90005 90002 90005 90040 90003 Factors to Consider when Selecting a Switching Regulator 90004 90043 90002 The design of a switching regulator depends in a large measure on the power IC used for it, thus most of the factors to consider will be the specifications of the power IC used. It is important to understand the specifications of Power IC and what they signify so as to ensure you select the right one for your application. 90005 90002 90005 90002 Irrespective of your application, running a check on the following factors will help you reduce the time spent on selection.90005 90002 90003 1. Input Voltage Range 90004 90005 90002 This refers to 90003 tolerable range of input voltages supported by the IC 90004. It is usually specified within the data sheet and as a designer, its important to ensure that the input voltage for your application, falls within the Input Voltage range specified for the IC. While certain data sheets may only specify for the maximum input voltage, it is better to check the data sheet to be sure there is no mention of the minimum input range before making any assumptions.When voltages higher than the max input voltage is applied, the IC's usually gets fried out but it usually stops operating or operate abnormally when voltages lower than the minimum input voltage is applied, all depending on the protective measures in place. One of the protective measures usually applied to prevent damage to ICs when out of range voltages are supplied at the input is the Under-Voltage Lock Out (UVLO), checking if this is available may also help your design decisions. 90005 90002 90005 90002 90003 2.Output Voltage Range 90004 90005 90002 Switching regulators usually have variable outputs. The output voltage range represents the range of 90003 voltages to which your required output voltage can be set 90004. In ICs without variable output option, this is usually a single value. It is important to ensure that your required output voltage is within the range specified for the IC and with a good factor of safety as difference between the maximum output voltage range and the output voltage you require.as a general rule the minimum output voltage can not be set to a voltage level lower than the internal reference voltage. Depending on your application (buck or boost), the minimum output range can either be greater than the input voltage (boost) or way lesser than the input voltage (buck). 90005 90002 90005 90002 90003 3. Output Current 90004 90005 90002 This term refers to the current rating for which the IC was designed. It is essentially an indication of 90003 how much current the IC can supply at its output 90004.For some ICs, Only the maximum output current is specified as a measure of safety and to help the designer ensure the regulator will be able to deliver the current required for the application. For other ICs, both the minimum and maximum ratings are provided. This could be very useful in planning power management techniques for your application. 90005 90002 In selecting a regulator based on the IC's output current, it is important to ensure a margin of safety exists between the maximum current required by your application and the maximum output current of the regulator.It is important to ensure the max output current of the regulator is higher than your required output current by at least 10 to 20%, as the IC may generate a high amount of heat when operating at maximum levels continuously and could be damaged by the heat . Also the efficiency of the IC reduces when operating at maximum. 90005 90002 90005 90002 90003 4. Operating Temperature Range 90004 90005 90002 This term refers to the temperature range within which the regulator functions properly.It is defined in terms of 90003 either the ambient temperature (Ta) or the junction temperature (Tj). 90004 The TJ temperature refers to the highest operating temperature of the transistor, while the ambient temperature refers to the temperature of the environment around the device. 90005 90002 If the Operating temperature range is defined in terms of the ambient temperature, it does not necessarily mean the regulator can be used over the full temperature range. It is important to factor in the factor of safety and also factor in the planned load current and the accompanying heat as the combination of this and the ambient temperature is what makes up the junction temperature which should also not be exceeded.Staying within the operating temperature range is critical to the proper, continuous operation of the regulator as excessive heat could lead to abnormal operation and catastrophic failure of the regulator. It is thus important to pay attention to the ambient heat in the environment which the device will be used and also determine the possible amount of heat that will be generated by the device as a result of the load current before determining if the specified operating temperature range of the regulator works for you.Its important to note that certain regulators could also fail in extremely cold conditions and its worth paying attention to the minimum temperature values ​​if the application will be deployed in cold environment. 90005 90002 90005 90002 90003 5. 90004 90003 Switching Frequency 90004 90005 90002 Switching frequency refers to 90003 the rate at which the control transistor is turned on and off 90004 in a switching regulator. In pulse width modulation based regulators, the frequency is usually fixed while in Pulse Frequency Modulation.90005 90002 The switching frequency affects the parameters of the regulator like the ripple, the output current, the maximum efficiency, and the response speed. The design for the switching frequency always involve the use of matching inductance values, such that the performance of two similar regulators with different switching frequency will be different. If two similar regulators at different frequencies are considered, it will be discovered that, the maximum current for instance will be low for the regulator operating at a lower frequency compared to that of the regulator at high frequency.Also, parameters like ripple will be high and the response speed of the regulator will be low at low frequency, while the ripple will be low and response speed, high at high frequency. 90005 90002 90005 90002 90003 6. Noise 90004 90005 90002 The switching action associated with switching regulators generates noise and related harmonics which could affect the performance of the overall system, especially in systems with RF components and audio signals. While the noise can be reduced by means of a filter etc., It can really reduce the signal to noise ratio (SNR) in circuits that are sensitive to noise. It is thus important to be sure the amount of noise generated by the regulator will not affect the overall performance of the system. 90005 90002 90005 90002 90003 7. Efficiency 90004 90005 90002 Efficiency is an important factor to consider in the design of any power solution today. It is essentially the 90003 ratio of the output voltage to the input voltage 90004. Theoretically, the efficiency of a switching regulator is hundred percent, but this is not usually true in practice as the resistance of FET switch, diode voltage drop and ESR of both inductor and output capacitor reduces the overall efficiency of the regulator.While most modern regulators offer stability across wide operation range, the efficiency varies with use and for instance is greatly reduced as the current drawn from the output increases. 90005 90002 90005 90002 90003 8. Load Regulation 90004 90005 90002 Load regulation is a measure of the ability of a voltage regulator to maintain a constant voltage at the output irrespective of the changes in the load requirement. 90005 90002 90005 90002 90003 9. Packaging and Size 90004 90005 90002 One of the usual goals during the design of any hardware solution these days is 90003 to reduce the size as much as possible 90004.This essentially includes reducing the size of the electronics component and invariably reducing the number of components that make up each section of the device. A Small size power system not only helps reduce the overall size of the project, but it also helps create room to which extra product features can be cramped in. Depending on the goals of your project, ensure the form factor / package size you go with will fit into your space budget. While making selections based on this factor, it is also important to factor in the size of the peripheral components required by the regulator to function.For instance, the use of High frequency ICs permit the use of output capacitors with low capacitance and inductors, resulting in a reduced component size and vice versa. 90052 90005 90002 Identifying all of this and comparing with your design requirements will quickly help you determine which regulator should be crossed of and which should feature in your design. 90005 90002 Do share which factor you think i missed out and any other comments via the comment section. 90005 90002 Till Next time.90005 .90000 How to Successfully Apply Low-Dropout Regulators 90001 90002 A low-dropout regulator (LDO) is capable of maintaining its specified output voltage over a wide range of load current and input voltage, down to a very small difference between input and output voltages. This difference, known as the dropout voltage or headroom requirement, can be as low as 80 mV at 2 A. The adjustable-output low-dropout regulator 90003 1 90004 first came to public attention in 1977. Nowadays, portable devices often require up to 20 low-dropout linear regulators.Many of the LDOs in today's portable devices are integrated into multifunction power-management ICs 90003 2 90004 (PMICs) -highly integrated systems with 20 or more power domains for audio, battery charging, housekeeping, lighting, communications, and other functions. 90007 90002 As portable systems rapidly evolve, however, the integrated PMIC can not keep up with peripheral power requirements. Dedicated LDOs must be added in the later stages of system development to power such optional items as camera modules, Bluetooth, WiFi, and other bolt-on modules.LDOs have also been used as band-aids for noise reduction, to solve voltage-regulation problems caused by electromagnetic interference (EMI) and printed-circuit board (PCB) routing, and to improve system efficiency by switching off unneeded functions. 90007 90002 This article reviews the basic LDO topology, explains key specifications, and shows the application of low-dropout voltage regulators in systems. Examples will be given using design characteristics of Analog Devices LDO families 90003 3 90004.90007 Figure 1. An LDO regulates the output voltage with a low dropout voltage (the difference between Vout and the lowest specified value of Vin at the rated load current). 90002 90015 Basic LDO architecture 90016 90003 4 90004. An LDO consists of a voltage reference, an error amplifier, a feedback voltage divider, and a pass transistor, as shown in Figure 1. Output current is delivered via the pass device. Its gate voltage is controlled by the error amplifier-which compares the reference voltage with the feedback voltage, amplifying the difference so as to reduce the error voltage.If the feedback voltage is lower than the reference voltage, the gate of the pass transistor is pulled lower, allowing more current to pass and increasing the output voltage. If the feedback voltage is higher than the reference voltage, the gate of the pass transistor is pulled higher, restricting the current flow and decreasing the output voltage. 90007 90002 The dynamics of this closed-loop system are based on two main poles-the internal pole formed by the error amplifier / pass transistor and the external pole formed by the amplifier's output impedance and the output capacitor's equivalent series resistance (ESR).The output capacitance and its ESR affect the loop stability and the response to transient changes in load current. An ESR of 1 ohm or less is recommended to ensure stability. Also, LDOs require input and output capacitors to filter noise and control load transients. Larger values ​​improve the transient response of the LDO, but increase the startup time. Analog Devices LDOs are designed to be stable over the specified operating conditions when the specified capacitors are used. 90007 90002 90015 LDO efficiency.90016 Increased efficiency is a constant demand from the design engineer. This translates into a reduction of the quiescent current (Iq) and forward voltage drop. 90007 90002 With Iq in the denominator, it is evident that the higher Iq, the lower the efficiency. Today's LDOs have reasonably low Iq, and for simplicity, Iq can be neglected in efficiency calculations if Iq is very small compared to ILOAD. Then LDO efficiency is simply (Vo / Vin) * 100%. Because the LDO has no way to store significant amounts of unused energy, power not delivered to the load is dissipated as heat within the LDO.90007 90002 Providing a stable power supply voltage independent of load and line variations, changes in ambient temperature, and the passage of time, LDOs are most efficient with small differences between supply voltage and load voltage. For example, as a lithium-ion battery drops from 4.2 V (fully charged) to 3.0 V (discharged), a 2.8-V LDO connected to the battery will maintain a constant 2.8 V at the load (dropout voltage less than 200-mV ), but its efficiency would increase from 67% with the fully charged battery to 93% with the discharged battery.90007 90002 To improve efficiency, LDOs can be connected to an intermediate voltage rail generated by a high-efficiency switching regulator. With a 3.3-V switching regulator, for example, the LDO efficiency would be constant at 85%, and the overall system efficiency would be 81%, assuming 95% efficiency for the switching regulator. 90007 90002 90015 Circuit features enhance LDO performance: 90016 An enable input permits external control of LDO turn-on and turn-off, allowing supplies to be sequenced in proper order in multi-rail systems.Soft-start limits inrush current and controls output-voltage rise time during power-up. A sleep state minimizes power drain, especially useful in battery-based systems, while allowing fast turn-on. Thermal shutdown turns the LDO off if its temperature exceeds the specified value. Over-current protection limits the LDO's output current and power dissipation. Under-voltage lockout disables the output when the supply voltage is below the specified minimum value. Figure 2 shows a simplified typical power system for portable designs.90007 Figure 2. Typical power domains in a portable system. 90036 Understanding Linear Regulator Requirements 90037 90002 90015 LDOs for Digital Loads: 90016 Digital linear regulators, such as the ADP170 and ADP1706, are designed to support the main digital requirements of a system, usually microprocessor cores and system input / output (I / O) circuitry. LDOs for DSPs and microcontrollers have to work with good efficiency and handle high and rapidly varying currents. Newer application requirements put tremendous strain on the digital LDO, because processor cores often change clock speed to save energy.The clock-speed variation, in response to software-induced loading, translates into a demanding need for LDO load-regulation capability. 90007 90002 The important characteristics for digital loads are line- and load regulation and transient under- and overshoot. When powering low-voltage microprocessor cores, accurate output-control is very important at all times; inadequate regulation can allow the core to latch up. The above parameters are not always featured in data sheets, and graphs of transient response may show optimistic rise and fall speed in response to transient signals.Line and load regulation is stated in two ways: percent deviation of output voltage with load change, actual V / I values, or both, at a specific load current. 90007 90002 To save energy, digital LDOs are designed with low Iq to increase battery life, and portable systems have long periods of low-power operation when the software is idling. During periods of inactivity, systems will go to sleep-requiring the LDO to shut down and consume less than 1 μA. While the LDO is in sleep mode, all of the circuits-including the band-gap reference-are switched off.When the system returns to active mode, fast turn-on times are required-during which the digital supply voltage must not overshoot excessively. Excessive overshoot can result in system latch up, sometimes requiring the removal of the battery or activation of the master reset button to correct the problem and restart the system. 90007 90002 90015 LDOs for Analog and RF Loads: 90016 Low noise and high power supply rejection (PSR), as found in the ADP121 and ADP130, are important for LDOs used in the analog environment because analog devices are more sensitive to noise than digital devices.Analog LDO requisites are mainly driven by the wireless interface requirements: "Do no harm to the receiver or transmitter, and create no pop or hum in the audio system." The wireless connection is highly susceptible to noise, and the receiver's effectiveness can be reduced if the noise interferes with the signal. When considering an analog linear regulator, it is important for the device to suppress noise from upstream sources and downstream loads, while not adding further noise itself. 90007 90002 Analog regulator noise is measured in volts rms and PSR, its ability to suppress upstream noise.Adding an external filter or a bypass capacitor can reduce noise, but it adds cost and size. Noise reduction and supply-noise rejection can also be achieved by care and ingenuity in the LDO's internal design. When selecting LDOs, it is important to review the product details in relation to the overall performance needed for each system. 90007 90036 Key LDO Specifications and Definitions 90037 90002 90015 Note: 90016 Specifications on the front page of manufacturers 'datasheets are brief summaries, often presented in a way that emphasizes the device's attractive features.The key parameters often emphasize typical performance characteristics, which can be more fully understood only when consulting the complete specifications and other data within the body of the document. Also, because there is little standardization among manufacturers in the way specifications are presented, power designers need to understand the definition and the methodology used to obtain key parameters listed in the electrical specifications table. The system designer should pay close attention to key parameters, such as ambient and junction temperature range, X-Y scales of graphic information, loads, rise- and fall times of transient signals, and bandwidth.We list here a discussion of important parameters relating to the characterization and application of Analog Devices LDOs. 90007 90002 90015 Input Voltage Range: 90016 An LDO's input voltage range determines the lowest usable input supply voltage. The specifications may show a wide input-voltage range, but the lowest input voltage must be greater than the dropout voltage plus the desired output voltage. For example a 150-mV dropout means that the input voltage must be above 2.95 V for a regulated 2.8-V output. If the input voltage drops below 2.95 V, the output voltage will drop below 2.8 V. 90007 90002 90015 Ground (quiescent) current: 90016 The quiescent current, Iq, is the difference between the input current, IIN, and the load current, IOUT, measured at the specified load current. For fixed-voltage regulators, Iq is the same as the ground current, Ig. For adjustable-voltage regulators, such as the ADP171 90003 5 90004, the quiescent current is the ground current minus the current from the external resistance-divider network.90007 90002 90015 Shutdown Current: 90016 The input current consumed when the device has been disabled. Usually below 1.0 μA for portable LDOs, this specification is important for battery charge life during long standby times when the portable device is turned off. 90007 90002 90015 Output Voltage Accuracy: 90016 Analog Devices LDOs are designed for high output-voltage accuracy; they are factory-trimmed to within ± 1% at 25 ° C. Output-voltage accuracy is specified over the operating-temperature, input-voltage, and load-current ranges; error is specified as ± x% worst case.90007 90002 90015 Line Regulation: 90016 Line regulation is the change in output voltage for a change in the input voltage. To avoid inaccuracy due to changes in chip temperature, the measurement is made under conditions of low power dissipation or by using pulse techniques. 90007 90002 90015 Dynamic Load Regulation: 90016 Most LDOs can easily hold the output voltage nearly constant as long as the load current changes slowly. When the load current changes quickly, however, the output voltage will change.How much the output voltage changes when subjected to a change in load current defines load transient performance. 90007 90002 90015 Dropout Voltage: 90016 Dropout refers to the smallest difference between input and output voltages required to maintain regulation. That is, an LDO can hold the output load voltage constant as the input is decreased until the input reaches the output voltage plus the dropout voltage, at which point the output "drops out" of regulation. The dropout voltage should be as low as possible to minimize power dissipation and maximize efficiency.Typically, dropout is considered to be reached when the output voltage has dropped to 100 mV below its nominal value. The load current and junction temperature can affect the dropout voltage. The maximum dropout voltage should be specified over the full operating temperature range and load current. 90007 90002 90015 Start-up time: 90016 Start-up time is defined as the time between the rising edge of the enable signal to VOUT reaching 90% of its nominal value. This test is usually performed with VIN applied and the enable pin toggled from off to on.Note: in some cases where the enable is connected to VIN, the startup time can substantially increase because the bandgap reference takes time to stabilize. Start-up time of a regulator is an important consideration for applications where the regulator is frequently turned off and on to save power in portable systems. 90007 90002 90015 Current-Limit Threshold: 90016 Current limit threshold is defined as the load current at which the output voltage drops to 90% of the specified typical value.For example, the current limit for a 3.0-V output voltage is defined as the current that causes the output voltage to drop to 90% of 3.0 V, or 2.7 V. 90007 90002 90015 Operating Temperature Range: 90016 Operating temperature range can be specified by ambient and junction temperature. Because an LDO dissipates heat, the IC will always operate above the ambient. How much above the ambient temperature depends on the operating conditions and the PCB thermal design. A maximum junction temperature (TJ) is specified, because operation above the maximum junction temperature for extended periods may affect device reliability-statistically specified as mean time to failure (MTTF).90007 90002 90015 Thermal Shutdown (TSD): 90016 Most LDOs have silicon thermostats for protecting the IC from thermal runaway. They are used to power down the LDO if the junction temperature exceeds the specified thermal shutdown threshold. Hysteresis is required to allow the LDO to cool down before restarting. TSD is important because it protects more than the LDO alone; excessive heat affects more than just the regulator. Heat conducted from the LDO to the PCB (or to the LDO from hotter elements on the board) can damage the PCB material and solder connections over time, and also damage nearby components, reducing the life of the portable device.Also, thermal shutdown affects system reliability. Thermal design to control the board temperature (heat sinking, cooling, etc.) is thus an important system consideration. 90007 90002 90015 Enable Input: 90016 LDO enables, offered in positive and negative logic, turn the device on and off. Active-high logic enables the device when the enable voltage exceeds the logic high threshold. Active-low logic enables the device when the enable voltage is below the logic low threshold. The enable input permits external control of LDO turn-on and turn-off, an important feature in the sequencing of supplies in multi-rail systems.Some LDOs have substantially lower startup times, because their band-gap reference is on while the LDO is disabled, allowing the LDO to turn on faster. 90007 90002 90015 Under-voltage Lockout: 90016 Under-voltage lockout (UVLO) will ensure voltage is supplied to the load only when the system input voltage is above the specified threshold. UVLO is important because it only allows the device to power on when the input voltage is at or above what the device requires for stable operation. 90007 90002 90015 Output Noise: 90016 The LDO's internal band-gap voltage reference is the source of noise, usually specified in microvolts rms over a specific bandwidth.For example, the ADP121 has an output noise of 40 μV rms from 10 kHz to 100 kHz at a VOUT of 1.2 V. When comparing datasheet specifications, the specified bandwidth and operating conditions are important considerations. 90007 90002 90015 Power-Supply Rejection: 90016 PSR, expressed in decibels, is a measure of how well the LDO rejects ripple from the input power supply over a wide frequency range (1 kHz to 100 kHz). In an LDO, PSR can be characterized in two frequency bands. Band 1 is from dc to the control loop's unity-gain frequency; PSR is set by the open-loop gain of the regulator.Band 2 is above the unity-gain frequency; PSR is unaffected by the feedback loop. Here PSR is set by the output and any leakage paths from the input to the output pins. Choosing a suitably high-value output capacitance will typically improve PSR in this latter band. In Band 1, Analog Devices proprietary circuit design reduces changes in PSR due to input voltage and load variations. For optimum supply rejection, the PCB layout must be considered to reduce the leakage from input to output, and grounding should be robust.90007 90002 90015 Minimum Input- and Output Capacitance: 90016 The minimum input- and output capacitance should be greater than specified over the full range of operating conditions, especially operating voltage and temperature. The full range of operating conditions in the application must be considered during device selection to ensure that the minimum capacitance specification is met. X7R-and X5R-type capacitors are recommended; Y5V and Z5U capacitors are not recommended for use with any LDO.90007 90002 90015 Reverse-Current Protection Feature: 90016 A typical LDO with a PMOS pass device has an intrinsic body diode between VIN and VOUT. When VIN is greater than VOUT, this diode is reverse-biased. If VOUT is greater than VIN, the intrinsic diode becomes forward-biased and conducts current from VOUT to VIN, potentially causing destructive power dissipation. Some LDOs, such as the ADP1740 / ADP1741, have additional circuitry to protect against reverse current flow from VOUT to VIN. The reverse current protection circuitry detects when VOUT is greater than VIN and reverses the direction of the intrinsic diode connection, reverse-biasing the diode.90007 90002 90015 Soft Start: 90016 Programmable soft start is useful for reducing inrush current upon startup and for providing voltage sequencing. For applications that require a controlled inrush current at startup, LDOs such as the ADP1740 / ADP1741 provide a programmable soft-start (SS) function. To implement soft start, a small ceramic capacitor is connected from SS to GND. 90007 90036 Conclusion 90037 90002 LDOs perform a vital function. Though simple in concept, there are many factors to consider in applying them.This article has reviewed basic LDO topology, and explained key specifications and application of low-dropout voltage regulators in systems. Data sheets contain much helpful information. Further information (selection guide, data sheets, application notes- as well as ways to get human help-is available on the power management 90003 6 90004 web site. Also available is ADIsimPower 90003 ™ 90004, the fastest, most accurate dc-to- dc power management design tool 90003 7 90004. 90007 90036 References 90037 90002 90003 1 90004 Dobkin, R., "Break Loose from Fixed IC Regulators," 90147 Electronic Design 90148, April 12, 1977. 90007 90002 90003 2 90004 http://www.analog.com/en/power-management/multifunction-power-ics/products/index.html 90007 90002 90003 3 90004 http://www.analog.com/en/power-management/linear-regulators/products/index.html 90007 90002 90003 4 90004 Patoux, J., Low-Dropout Regulators (Ask The Applications Engineer-37), 90147 Analog Dialogue 90148 41-2 (2007), pp. 8-10. 90007 90002 90003 5 90004 Information on all ADI components can be found at www.analog.com. 90007 90002 90003 6 90004 http://www.analog.com/en/power-management/products/index.html 90007 90002 90003 7 90004 http://designtools.analog.com/dtPowerWeb/dtPowerMain.aspx 90007.90000 How to design a 5V 2A SMPS Power Supply Circuit 90001 90002 90003 Power Supply Unit (PSU) 90004 is a vital part in any electronic product design. Most household electronic products like Mobile Chargers, Bluetooth Speakers, Power Banks, Smart Watches etc requires a Power Supply circuit that could convert the AC mains supply to 5V DC to operate them. In this project we will build a similar 90003 AC to DC power supply circuit 90004 with 10W power rating. That is our circuit will convert the 220V AC mains to 5V and provide a maximum output current upto 2A.This power rating should be enough to power most electronic products running on 5V. Also 90003 5V 2A SMPS circuit 90004 is quite popular in electronics since there are lots of microcontrollers which operates on 5V. 90009 90002 90009 90002 The idea of ​​the project is to keep the build as simple as possible, hence we will design the complete circuit over a dotted board (perf board) and will also build our own transformer so that anyone could replicate this design or build similar ones. Excited Right! So lets get started.Previously we have also built a 12V 15W SMPS circuit using a PCB, so people who are interested in how to design a PCB for a PSU project (power supply unit) can check that as well. 90009 90002 90009 90016 90003 5V 2A SMPS Circuit - Design Specifications 90004 90019 90002 Different varieties of power supply behave differently in different environments. Also, SMPS works in specific input-output boundaries. Proper 90003 specification analysis 90004 needs to be performed before going forward with the actual design.90009 90002 90009 90002 90003 Input specification: 90004 90009 90002 This will be an SMPS in AC to DC conversion domain. Therefore, the input will be AC. For the input voltage value, it is good to use a universal input rating for the SMPS. Thus, the AC voltage will be 85-265VAC with 50Hz rating. This way the SMPS can be used in any country irrespective of their AC mains voltage value. 90009 90002 90009 90002 90003 Output specification: 90004 90009 90002 The output voltage is selected as 5V with 2A of the current rating.Thus, it will be 90003 10W output 90004. Since this SMPS will provide 90003 constant voltage 90004 irrespective of the load current, it will work on the CV (Constant Voltage) mode. This output voltage of 5V should be constant and steady even at the lowest input voltage during a maximum load (2A) across the output. 90009 90002 It is highly desired that a good power supply unit has a 90003 ripple voltage of less than 30mV pk-pk 90004. The targeted ripple voltage for this SMPS is less than 30mV peak-peak ripple.Since this SMPS will be built in veroboard using a 90003 handmade switching transformer 90004 we can expect a slightly higher values ​​of ripple. This problem can be avoided by using a PCB. 90009 90002 90009 90002 90003 Protection features: 90004 90009 90002 There are various protection circuits that can be employed in a SMPS for a safe and reliable operation. The protection circuit protects the SMPS as well as the associated load. Depending on the type, protection circuit can be connected across input or across the output.90009 90002 For this SMPS, 90003 input surge protection 90004 will be used with a maximum operating input Voltage of 275VAC. Also, to deal with EMI issues, a 90003 common mode filter 90004 will be used for blanking out the generated EMI. On the Output side we will include 90003 short circuit protection 90004, 90003 over-voltage protection 90004, and 90003 over-current protection 90004. 90009 90016 90019 90016 90003 Selection of the Power Management IC 90004 90019 90002 Every SMPS circuit requires a Power Management IC also known as switching IC or SMPS IC or Drier IC.Let's sum up the design considerations to select the ideal Power Management IC that will be suitable for our design. Our Design requirements are 90009 90078 90079 10W output. 5V 2A at full load. 90080 90079 Universal input rating. 85-265VAC at 50Hz 90080 90079 Input surge protection. Maximum input voltage 275VAC. 90080 90079 Output short circuit, over-voltage and over-current protection. 90080 90079 Constant voltage operations. 90080 90089 90002 90009 90002 From the above requirements there is wide range of ICs to select from, but for this project we have selected 90003 Power integration 90004.Power integration is a semi-conductor company that has a wide range of power driver ICs in various power output ranges. Based on the requirements and availability we have decided to use the 90003 TNY268PN from tiny switch II families 90004. We have previously used this IC to build a 12V SMPS circuit on a PCB. 90009 90002 90009 90002 90101 90009 90002 In the above image, the maximum power 15W is shown. However, we will make the SMPS in the open frame and for the universal input rating.In such a segment, TNY268PN could provide 15W output. Let's see the pin diagram. 90009 90002 90106 90009 90002 90009 90016 90003 Designing the 5v 2Amp SMPS Circuit 90004 90019 90002 The best way to build the 90003 5V 2A SMPS Schematic 90004 is to use Power integration's PI expert software. Download the PI expert software and use the version 8.6. It is excellent power supply design software. The Circuit shown below is constructed using Power Integration's PI expert software. If you are new to this software you can refer to the design section of this 12V SMPS circuit to understand how to use the software.90009 90002 90119 90009 90002 90009 90002 Before going straight into building the prototype part, let's explore the 90003 5v 2A SMPS circuit diagram 90004 and its operation. 90009 90002 The circuit has the following sections- 90009 90078 90079 Input surge and SMPS fault protection 90080 90079 AC-DC conversion 90080 90079 PI filter 90080 90079 Driver circuitry or Switching circuit 90080 90079 Under-voltage lockout protection. 90080 90079 Clamp circuit. 90080 90079 Magnetics and galvanic isolation.90080 90079 EMI filter 90080 90079 Secondary Rectifier and snubber circuit 90080 90079 Filter Section 90080 90079 Feedback section. 90080 90089 90002 90009 90002 90003 Input surge and SMPS fault protection 90004: 90009 90002 This section consists of two components, F1 and RV1. F1 is a 1A 250VAC slow blow fuse and RV1 is a 7mm 275V MOV (90003 Metal Oxide Varistor 90004). During a high voltage surge (more than 275VAC), the MOV became dead short and blows the input Fuse. However, due to the slow blow feature, the fuse withstands inrush current through the SMPS.90009 90002 90009 90002 90003 AC-DC conversion 90004: 90009 90002 This section is governed by the diode bridge. These four diodes (inside DB107) make a full bridge rectifier. The diodes are 1N4006, but standard 1N4007 can do the job perfectly. In this project, these four diodes are replaced with a full bridge rectifier DB107. 90009 90002 90009 90002 90003 PI filter 90004: 90009 90002 Different states have different EMI rejection standard. This design confirms 90003 EN61000-Class 3 standard 90004 and the PI filter is designed in such a way to reduce the 90003 common-mode EMI rejection 90004.This section is created using C1, C2, and L1. C1 and C2 are 400V 18uF capacitors. It is an odd value so 22uF 400V is selected for this application. The L1 is a common mode choke that takes differential EMI signal to cancel both. 90009 90002 90009 90002 90003 Driver circuitry or switching circuit 90004: 90009 90002 It is the heart of an SMPS. The transformer's primary side is controlled by the switching circuit TNY268PN. The switching frequency is 120-132khz. Due to this 90003 high switching frequency 90004, smaller transformers can be used.The switching circuit has two components, U1, and the C3. U1 is the main driver IC TNY268PN. The C3 is the 90003 bypass capacitor 90004 which is needed for the working of our driver IC. 90009 90002 90009 90002 90003 Under-voltage lockout protection 90004: 90009 90002 Under-voltage lockout protection is done by the sense resistor R1 and R2. It is used when the SMPS goes into the auto-restart mode and sense the line voltage. The value of R1 and R2 is generated via the 90003 PI Expert tool 90004.Two resistors in series is a safety measure and a good practice to avoid resistor failure issues. Thus, instead of 2M, two 1M resistors are used in the series. 90009 90002 90009 90002 90003 Clamp circuit 90004: 90009 90002 D1 and D2 are the clamp circuit. D1 is the 90003 TVS diode 90004 and D2 is 90003 an ultra-fast recovery diode 90004. The transformer acts a huge inductor across the power driver IC TNY268PN. Therefore during the switching off-cycle, the transformer creates high 90003 voltage spikes 90004 due to the 90003 leakage inductance 90004 of the transformer.These high-frequency voltage spikes are suppressed by the diode clamp across the transformer. UF4007 is selected due to the ultra-fast recovery and P6KE200A is selected for the TVS operation.As per the design, the targeted clamping voltage (VCLAMP) is 200V. Therefore, P6KE200A is selected and for ultra-fast blocking related issues, UF4007 is selected as D2. 90009 90002 90009 90002 90003 Magnetics and galvanic isolation 90004: 90009 90002 The transformer is a ferromagnetic transformer and it not only converts the high voltage AC to a low voltage AC but also provide galvanic isolation.90009 90002 90009 90002 90003 EMI filter 90004: 90009 90002 EMI filtering is done by the C4 capacitor. It increases the immunity of the circuit to reduce the high EMI interference. It is a 90003 Y-Class capacitor 90004 with a voltage rating of 2kV. 90009 90002 90009 90002 90003 Secondary Rectifier and Snubber Circuit 90004: 90009 90002 The output from the transformer is rectified and converted to DC using D6, a 90003 Schottky rectifier diode 90004. The snubber circuit across the D6 provides suppression of the voltage transient during switching operations.The snubber circuit consist one resistor and one capacitor, R3, and C5. 90009 90002 90009 90002 90003 Filter Section 90004: 90009 90002 The filter section consists of a filter capacitor C6. It is a Low ESR capacitor for better ripple rejection. Also, an LC filter using L2 and C7 provide better ripple rejection across the output. 90009 90002 90009 90002 90003 Feedback section 90004: 90009 90002 The output voltage is sensed by the U3 TL431 and R6 and R7. After sensing the line, U2, the 90003 optocoupler 90004 is controlled and galvanically isolating the secondary feedback sensing portion with the primary side controller.The Optocoupler has a transistor and a LED inside of it. By controlling the LED, the transistor is controlled. Since the communication is done by optically, it has no direct electrical connection, therefore satisfying the galvanic isolation on the feedback circuit too. 90009 90002 Now, as the LED directly controls the transistor, by providing sufficient bias across the Optocoupler LED, one can control the 90003 Optocoupler transistor 90004, more specifically driver circuit. This control system is employed by the TL431.A shunt regulator. As the shunt regulator has a resistor divider across it reference pin, it can control the Optocoupler led which is connected across it. The feedback pin has a 90003 reference voltage of 2.5V 90004. Therefore, the TL431 can be active only if the voltage across the divider is sufficient. In our case, the voltage divider is set to a value of 5V. Therefore, when the output reaches 5V the TL431 gets 2.5V across the reference pin and thus activate the Optocoupler's LED which controls the transistor of the Optocoupler and indirectly controls the TNY268PN.If the voltage is not sufficient across the output the switching cycle is immediately suspended. 90009 90002 90009 90002 First, the TNY268PN activates the first cycle of switching and then sense its EN pin. If everything is alright, it will continue the switching, if not, it will try once again after sometime. This loop gets continued until everything gets normal, thus preventing short circuit or overvoltage issues. This is why it is called 90003 flyback topology 90004, as the output voltage is flown back to the driver for sensing related operations.Also, the trying loop is called a hiccup mode of operation on the failure condition. 90009 90002 90009 90002 The D3 is a 90003 Schottky barrier diode 90004. This diode converts the high frequency AC output to a DC. 3A 60V Schottky Diode is selected for reliable operation. R4 and R5 is selected and calculated by the PI Expert. It creates a voltage divider and passes the current to the Optocoupler LED from the TL431. 90009 90002 R6 and R7 is a simple voltage divider calculated by the formula TL431 90003 REF voltage = (Vout x R7) / R6 + R7 90004.The reference voltage is 2.5V and the Vout is 12V. By selecting the value of R6 23.7k, the R7 became 9.09k approximately. 90009 90002 90009 90016 90003 Building a Switching Transformer for our SMPS Circuit 90004 90019 90002 Normally for an SMPS circuit a switching transformer will be required, these transformers can procured from transformer manufacturers based on your design requirements. But the problem here is if you learning stuff of building a prototype you can not find the exact transformer off the shelves for your design.So we will 90003 learn how to build a switching transformer 90004 based on the design requirements given by our PI expert software. 90009 90002 90009 90002 Let's see the generated transformer construction diagram. 90009 90002 90304 90009 90002 As the above image states we need to perform 103 Turns of single 32 AWG wire on the primary side and 5 turns of two 25 AWG wire on the secondary side. 90009 90002 90009 90002 90311 90009 90002 In the above image, starting point of the windings and the direction of the winding is described as a mechanical diagram.To make this transformer, the following things are needed- 90009 90078 90079 EE19 core, NC-2H or equivalent specification and gapped for ALG 79 nH / T 90317 2 90318 90080 90079 Bobbin with 5 pins in the primary and secondary side. 90080 90079 Barrier Tape with 1 mil thickness. 9mm wide tape is required. 90080 90079 32 AWG solderable coated enameled copper wire. 90080 90079 25AWG solderable coated enameled copper wire. 90080 90079 LCR meter. 90080 90089 90002 90009 90002 90003 EE19 core 90004 with NC-2H with a gapped core of 79nH / T2 is required; generally, it is available in pairs.The bobbin is a generic one with 4 primary and 5 secondary pins. However, here bobbin with 5 pins on both sides is used. 90009 90002 90009 90002 For the Barrier tape, standard duct tape is used which has a base thickness of more than 1 mil (Typically 2 mil). During the tapping related activities, scissor is used to cut the tape for perfect widths. Copper wires are procured from old transformers and it can be purchased from local shops as well. The core and bobbin that I am using is shown below 90009 90002 90342 90009 90002 90009 90002 90003 Step 1: 90004 Add solder in the 1st and 5th pin on the primary side.Solder the 32 AWG wire at pin 5 and the winding direction is clockwise. Continue till the 103 turns as shown below 90009 90002 90351 90352 90009 90002 90009 90002 This forms the primary side of our transformer, once the 103 turns of winding are completed my transformer looked like this below. 90009 90002 90359 90009 90002 90009 90002 90009 90002 90003 Step 2: 90004 Apply duct tape for insulation purposes, 3 turns of duct tape are needed. It also helps in keeping the coil in position.90009 90002 90370 90009 90002 90009 90002 90009 90002 90003 Step 3: 90004 Start the secondary winding from pin 9 and 10. The secondary side is made using two strands of 25AWG enameled copper wires. Solder one copper wire to the pin 9 and another one in pin 10. The winding direction is again clockwise. Continue till 5 turns and solder the endings on pin 5 and 6. Add insulating tape by applying duct tape same as before. 90009 90002 90381 90009 90002 90009 90002 Once both primary and secondary windings are done and the duct tape was used, my transformer looked like as shown below 90009 90002 90388 90009 90002 90009 90002 90003 Step 4: 90004 Now we can secure the two cores tightly using duct tape.Once done the completed transformer should look like this below. 90009 90002 90397 90009 90002 90009 90002 90003 Step 5: 90004 Also make sure to wrap the duct tape side by side. This will reduce the vibration during high-density flux transfer. 90009 90002 90406 90009 90002 90009 90002 After the above steps are made and the transformer is tested using an LCR meter as shown below. The meter is showing 1.125 mH or тисячу сто двадцять п'ять uh inductances. 90009 90002 90413 90009 90002 90009 90016 90003 Building the SMPS Circuit: 90004 90019 90002 Once the transformer is ready we can proceed with assembling the other components on the dotted board.The part detials required for the circuit can be found in th Bill of material list below 90009 90002 Once the components are soldered my board looks something like this. 90009 90002 90426 90009 90002 90009 90016 90003 Testing the 5V 2A SMPS Circuit 90004 90019 90002 To test the circuit I connected the input side to the mains power supply through a VARIAC to control the input AC mains voltage. The output voltage at 85VAC and 230VAC is shown in the below- 90009 90002 90437 90438 90009 90002 As you can see in both instances, the output voltage is maintained at 5V.But then I connected the output to my scope and check for ripples. The ripple measurement is shown below 90009 90002 90443 90009 90002 90009 90002 The output ripple is quite high, it shows 150mV pk-pk ripple output. This is totally not good for a power supply circuit. Based on the analysis the high ripple is due to the factors below- 90009 90078 90079 Improper PCB Designing. 90080 90079 Ground bouncing issue. 90080 90079 The PCB heat sink is improper. 90080 90079 No cut-out on noisy supply lines.90080 90079 Increased tolerances on transformer due to hand winding. Transformer manufacturers apply dip varnish during the machine windings for better stability of the transformers. 90080 90089 90002 90009 90002 If the circuit is converted to a proper PCB we can expect the ripple output of the power supply within 50mV pk-pk even with a hand-winding transformer. Yet, as veroboard is not a safe option for making switch mode power supply in AC to DC domain, it is constantly suggested that proper PCB must be established before applying high voltage circuits in practical scenarios.You can check the 90003 video 90004 at the end of this page to check how the circuit performs under load conditions. 90009 90002 90009 90002 Hope you understood the tutorial and learnt how to build your own SMPS circuits with a handmade transformer. If you have any questions leave them in the comment section below or use our forums for more questions. 90009 .