Как уменьшить шум стабилизатора напряжения
Перейти к содержимому

Как уменьшить шум стабилизатора напряжения

  • автор:

Как уменьшить шум стабилизатора напряжения

Автор Erroll H. Dietz, Senior Technician

(National Semiconductor Corporation)

Перевод Вашкалюк Н.Н.

Обычным подходом к снижению шума в 3-выводных (3-терминальных) стабилизаторах напряжения является простая установка сглаживающих конденсаторов на выходе и на управляющем выводе стабилизатора (ADJ). Как оказалось, добавление выходной емкости у большинства регуляторов напряжения может уменьшить шум в широком диапазоне частот, но, в тоже время, может привести к усилению шума в узком диапазоне частот. Поскольку выходной импеданс большинства 3-терминальных регуляторов является индуктивным в определенном диапазоне частот, можно предположить, что добавление выходной емкость для повышения производительности шума может иметь другое воздействие на переходную характеристику. Примеры, приведенные в этом материале, описывают регулятор напряжения LM317, но эта информация может быть расширена, а затем применена ко всем другим типам 3-терминальных регуляторов напряжения.

Как показано на рис. 1, выходной импеданс LM317 в диапазоне частот от 1 кГц до 1 МГц является индуктивным. Это не имеет ничего общего с длинными проводниками, но это просто другой способ смотреть на тот факт, что с увеличением частоты усиление любого операционного усилителя или регулятора спроектировано на его уменьшение со скоростью 6 дБ на октаву.

Fig1

Рис. 1. Зависимость выходного сопротивления LM317 от частоты при токе нагрузки 500 мА

Такое положение дел, как правило, не вызывает особого беспокойства у среднестатистического пользователя микросхемы стабилизатора. Тем не менее, этот индуктивный выходной импеданс в сочетании с выходным конденсатором может привести к максимальному шуму в узком диапазоне частот. Этот пик шума совпадает с резонансной частотой контура, образованного индуктивным выходным импедансом регулятора и емкостной нагрузкой на выходе. Рис. 2 показывает типовые пики шума, производимого LM317 на различных емкостных нагрузках. Частотный диапазон шумового всплеска не распространяется выше 100 кГц, а также ниже 10 кГц за счет омических потерь в добавленной выходной емкости и индуктивности регулятора. Частоту резонанса можно найти по формуле

Fig2

Рис. 2. Типовые пики шума, производимого LM317 на различных емкостных нагрузках

Величина этого шумового всплеска будет меняться в зависимости от добротности резонансного контура, в котором доминирует последовательное сопротивление ESR выходного конденсатора и пропорционально коэффициенту усиления опорного напряжения. Например, хороший 1 мкФ полипропиленовый конденсатор с ESR 20 мОм на 30 кГц, будет иметь пик шума в три раза больше, чем у танталового конденсатора с такой же емкостью, имеющего ESR 1 или 2 Ом. Пик шума также отражается обратно на вход регулятора с величиной на 20 дБ ниже уровня выходного пика шума.

Мало кто знает, что выходной импеданс 3-терминальных регуляторов может значительно меняться в зависимости от тока нагрузки и установленного выходного напряжения, которое, в свою очередь, изменяет пик шума резонансной частоты. Когда ток нагрузки увеличивается, проводимость выходного транзистора регулятора также будет увеличиваться. Это в свою очередь вызывает, как показано на рис. 3, уменьшение выходной индуктивности вплоть до сопротивления резистора токового ограничения, сопротивления соединительной проволоки кристалл-вывод и контактного сопротивления, которое становится доминирующим сопротивлением на выходе. Все это справедливо для стабилизаторов как положительного, так и отрицательного напряжения, для регулируемых, фиксированных, а так же мощных и маломощных регуляторов. В прошлом предполагалось, что зависимость выходного импеданса от частоты является фиксированной кривой, но, на самом деле, существует семейство кривых на различных уровнях тока (см. рис. 4).

Fig3

Рис. 3. Зависимость выходной индуктивности LM317 от выходного тока

В заключение отметим, что типовые значения емкости CADJ, подключаемые к выводу управления, традиционно применяемые пользователями 3-выводных регуляторов, могут обеспечить ожидаемое снижение уровня шума на некоторых частотах, но не на каждой частоте. В большинстве случаев, несколько микровольт шума источника питания достигают пика на 5 или 10 кГц и не должны вызывать никаких проблем.

Однако, если применяемая схема крайне чувствительна к шуму в узком диапазоне частот, то разработчик может легко выбрать соответствующий выходной шунтирующий конденсатор и спроектировать схему регулятора так, чтобы пик шума выходил за пределы критического диапазона. В чувствительных к шумам схемах, не следует использовать конденсаторы номиналом от 0,1 мкФ до 20 мкФ, особенно с низким ESR. Наиболее эффективное снижение уровня шума может быть реализовано, когда на выходе установлен электролитический конденсатор 50 мкФ и более, и, по меньшей мере, 1 мкФ на выводе управления программируемого регулятора. Кроме того, разработчик должен осознавать, что изменение тока нагрузки или выходного напряжения может изменить значение выходной индуктивности. Таким образом, параметры схемы должны быть оценены на весь диапазон нагрузок и выходного напряжения, с которым регулятор будет эксплуатироваться.

Fig4

Рис. 4. Зависимость выходного импеданса от частоты при различных уровнях нагрузки

Почему стабилизатор напряжения шумит?

Почему возникает шум при работе стабилизатора напряжения? Из за чего это происходит, и что это неисправность или нет?

Стабилизаторы напряжения и их уровень шума.

Некоторые модели конструктивно созданы так, что шум при работе будет всегда.

Например электромеханические, или как их еще называют сервоприводные, конструкция состоит из мотора и механической передачей с подвижным контактом, которые при работе будут издавать характерный жужжащий звук.

В релейных стабилизаторах напряжения, присутсвует специфический звук переключения реле, который можно назвать щелчками, тоже являются нормой, так сказать фоновый рабочий шум. Когда напряжение меняется не часто, то это не сильно заметно, но если у вас частые колебания напряжения в сети, то звук работы реле может быть очень заметным.

релейный стабилизатор напряжения разобранный

Трансформатор стабилизатора также может издавать специфический шум или гул. В зависимости от качества сборки или конструкции, при разных напряжениях может появляться резонанс усиливающий низкочастотный гул. Существуют и так называемые без трансформаторные, но они тоже шумят но на высокой частоте.

Электронные стабилизаторы считаются самыми тихими, хотя и в них есть определенные шумы при работе. Например, гул трансформатора, или шум от вентилятора охлаждения.

А в таких новых системах, как инверторные стабилизаторы напряжения. Основанных на работе по технологии IRDC. При работе возникает высокочастотный шум, на уровне ультразвука. Его не слышит основная масса взрослых людей, но слышат, собаки, кошки, маленькие дети.

Ну и последнее, если в электронных стабилизаторах напряжения вы услышите сильный шум, треск, постоянный сильный гул, то это повод обратиться в сервисный центр.

В обще то шум понятие растяжимое, и каждый воспринимает его по своему. Поэтому в научном сообществе принято понятие, уровень шума, уровень которого определен в Дб. Подробнее можно прочитать с статье .

Топ-10: лучшие стабилизаторы напряжения для дома

Советы начинающему стримеру: как создавать качественный контент

Некачественное электроснабжение может стать причиной серьезных проблем. Из-за нестабильного напряжения в сети перегорают холодильники, компьютеры и нагревательные котлы. Поэтому в доме или квартире, где часто происходят такие скачки, стоит установить специальное оборудование – стабилизатор.

Топ-10: лучшие стабилизаторы напряжения для дома

Стоимость таких устройств намного ниже, чем могут оказаться расходы на восстановление техники. Однако для выбора хорошей модели придется познакомиться со списком лучших стабилизаторов напряжения 2020 года.

Ресанта СПН-13500

Выбрать модель Ресанта СПН-13500, в первую очередь, стоит за высокую мощность подключаемых устройств. Максимальное значение этого параметра — 13,5 кВт, номинальное — 7,2 кВт. Техника выдерживает изменение напряжения в диапазоне 90-260В, надежно защищена от перегревов и коротких замыканий. Погрешность стабилизации — всего 8%, а работу помогает контролировать цифровое табло.

Как правильно собрать электрощиток своими руками?

К лучшим стабилизаторам напряжения для дома прибор относят за стабильную работу, удобную цифровую индикацию и повышенную морозоустойчивость. А еще — высокий КПД, элегантный дизайн, бесшумную работу и приличный ресурс. Срок службы техники — больше 60 тысяч часов, а производитель дает гарантию на 3 года со дня продажи. Уровень шума при регулировании приближается к 0 дБ, а установка может быть и напольной, и настенной.

РЕСАНТА LUX АСН-2000Н/1-Ц

При необходимости обеспечить безопасное использование техники общей мощностью до 2 кВт стоит выбрать модель LUX АСН-2000Н/1-Ц. При цене в 4200 рублей прибор позволяет защитить другие устройства от перепадов напряжения от 140 до 260 В, помех и коротких замыканий. Погрешность работы устройства меньше 8%, а продолжительность реакции находится в пределах 0,02-0,035 с, что позволяет защитить различные виды оборудования от резких импульсов.

Как вести проводку: по полу или потолку?

Для управления прибором применяется удобная панель и электронный дисплей. Охлаждение естественное, есть защита от попадания воды и пыли (класс IP20), короткого замыкания, перегрева и высокого напряжения. Мощность подключаемых приборов может достигать 350 Вт, а точность стабилизации — 8%. Еще одна причина попадания техники в рейтинг — небольшой вес и компактные размеры.

SVEN VR-L 1000

Продукция известной российской (хотя и зарегистрированной в Финляндии) компании отличается доступной ценой в 2600 рублей и высоким уровнем защиты от перепадов напряжения, помех и перегрева. Активная мощность подключаемых приборов — 320 Вт, рабочий диапазон — от 184 до 285 В, точность стабилизации — 10%. Для контроля работы на панели есть светодиодная индикация.

Среди плюсов прибора — высокое качество сборки, компактные размеры и тихая работа. К минусам относят несъемный сетевой кабель, который не получится быстро заменить при повреждении. Еще один недостаток — небольшая производительность, из-за которой подключить к стабилизатору получится разве что офисный компьютер, телевизор или роутер.

Defender AVR Typhoon 1000

Несмотря на цифры в названии мощность приборов, которые защищает такое устройство, не превышает 320 Вт. Зато защита обеспечивается от перепадов напряжения в пределах 175-285 В, а стоимость стабилизатора начинается с 1500 рублей. При этом у техники есть защита от перегрева, короткого замыкания и помех. А точность стабилизации не превышает 10%.

К преимуществам модели относится собственная защита трансформатора от перегрева, встроенный сетевой фильтр и светодиодная индикация для визуального контроля работы прибора. Среди минусов — только короткий шнур питания, из-за которого при установке придется учитывать расположение розеток.

Читайте также:

  • Как смонтировать розетки без распаечных коробок?=«content_internal_link»>
  • Нужно ли готовить проект электроснабжения квартиры или это лишние траты?=«content_internal_link»>

Самые бесшумные стабилизаторы напряжения

Когда мы используем дома или на работе стабилизатор напряжения, обычно это оборудование работает в непрерывном режиме. Ежесекундное отслеживание возможных флуктуаций в сети необходимо для своевременного реагирования на скачки и проседания напряжения.

Это гарантия того, что подключенная бытовая техника, цифровые приборы и прочее оборудование будет получать стабильное напряжение, а нам не придется беспокоиться за повреждение имущества или нанесение вреда здоровью из-за возникшего короткого замыкания или пожара, например.

В зависимости от типа стабилизатора и его характеристик можно часто сталкиваться с таким явлением, как назойливый «гудящий» шум. Изначально на него особо не обращаешь внимания, но с течением времени он может стать неприятным и дискомфортным.

Причины громкой работы стабилизатора напряжения

Рассмотрим ситуацию, когда изначально тихий в работе стабилизатор с каждым днем становится все более громким и назойливым. По каким причинам начинает появляться шум стабилизатора напряжения? Возможно ли каким-то образом решить эту проблему?

Специалисты выделяют несколько возможных причин слишком громкой работы подобного оборудования:

  • Когда угольная щетка движется, между витками слышен заметный щелчок или появляется огонь. Это вызвано плохим контактом между угольной щеткой и катушкой. Возможно, изделие давно не чистилось, в нем накопилась пыль. Другая причина в том, что поверхность катушки неровная, грязная или окисленная.
  • Если стабилизатор напряжения нагружен электродуговой печью, выпрямителем с кремниевым управлением и подобными ресиверами, его гармоническая составляющая заставит регулятор время от времени издавать прерывистый звук.
  • Когда внутренние части конструкции стабилизатора напряжения ослаблены, например, винты и гайки крепления железного сердечника, это приводит к появлению сильного и довольно неравномерного шума и «стука» во время работы.
  • Когда система оборудования стабилизатора напряжения замкнута накоротко или заземлена, стабилизатор напряжения будет издавать «треск» из-за большого тока в цепи. В тяжелых случаях стабилизатор напряжения будет издавать сильный «рев».

Также причиной шумной работы оборудования может стать система охлаждения. Если мы говорим о стабилизаторах с небольшой мощностью, то в них обычно не применяют принудительную систему охлаждения, а воздух циркулирует внутри корпуса естественным путем.

Стабилизаторы большой мощности могут оснащаться кулерами (вентиляторами), чтобы выполнялся эффективный отвод тепла из корпуса. При работе такого кулера на максимальных оборотах шум может стать достаточно назойливым и неприятным.

Что можно посоветовать в подобных ситуациях? Прежде всего, следует исправить первопричины появления подобных типов шума в работе. Для этого следует отключить стабилизатор от сети и тщательно удалить любую пыль и загрязнения в его корпусе.

Если вы не можете удалить особо стойкие загрязнения, можно воспользоваться наждачную бумагу, чтобы отполировать окисленную часть катушки. При этом необходимо соблюдать осторожность, а целью полировки будет обеспечение хорошего контакта между катушкой и угольными щетками.

Также можно попытаться уменьшить нагрузку, по возможности — заменить катушку, заменить щетки и другие элементы конструкции. В отдельных ситуациях может быть актуальным полностью заменить стабилизатор новой и современной бесшумной моделью.

Какой бесшумный стабилизатор выбрать

В настоящее время на рынке присутствуют несколько основных разновидностей стабилизаторов напряжения. Среди них:

  • электронные;
  • релейные;
  • электромеханические;
  • гибридные;
  • тиристорные;
  • симисторные;
  • инверторные.

Каждая разновидность использует свой принцип работы, при этом самыми шумными традиционно считаются электромеханические и релейные устройства, в конструкции которых много движущихся частей и контактов. К преимуществам их использования можно отнести более чем доступную стоимость, но устанавливать дома их желательно в отдельное помещение.

Самыми бесшумными считаются инверторные стабилизаторы напряжения, в конструкции которых нет традиционного трансформатора и подвижных элементов. Вместо этого применяются преобразователи статического типа — инвертор и выпрямитель, не издающие во время работы посторонних шумов и звуков.

Вы вполне может установить подобные стабилизаторы на кухне, например, или в любом другом помещении в доме или квартире. Обладая эффективной системой конвекционного охлаждения, при своей работе такие стабилизаторы не выделяются из общего бытового шумового фона, поэтому не являются причиной появления дискомфорта.

Кроме того, подобные инверторные стабилизаторы используют в процессе корректировки напряжения довольно интересный принцип. Они работают с двойным бесступенчатым преобразованием: входящее напряжение из сети «превращается» в постоянное, а после этого преобразуется снова в переменное.

Подобный принцип работы позволил довольно существенно расширить технические возможности подобного оборудования для стабилизации напряжения и сделал его одним из лучших на рынке в соотношении качества и эффективности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *