Как регулировать батареи отопления с регулятором
Как регулировать температуру батареи отопления для равномерного прогрева
В частных домах и квартирах, довольно часто возникает такое явление, как разница в уровне прогрева радиаторов, подключенных к системе отопления. Поэтому жильцы вынуждены мириться с некомфортными условиями для жизни, ведь температура в ванной комнате, может значительно отличаться от аналогичного показателя в спальне или в гостиной. Особенно характерна такая проблема для собственников, использующих автономное отопление в домах и квартирах.
Избежать распространенных проблем с системой обогрева домовладельцам поможет грамотная установка такого прибора, как регулятор для батареи отопления, который спроектирован для контроля температуры радиатора. Современные регуляторы температуры для батарей отопления представлены широким ассортиментом моделей и могут использоваться собственниками жилья для оптимизации системы отопления, снижения затрат на энергоносители и поддержания оптимального температурного режима в каждой комнате дома.
Содержание
- 1 Основные виды регуляторов
- 1.1 Регуляторы с запорным механизмом
- 1.2 Вентили с ручным управлением
- 1.3 Терморегуляторы с автоматическими настройками
- 1.4 Радиаторные термостаты
- 2 Особенности использования регуляторов
- 3 Рекомендации по монтажу устройств
Основные виды регуляторов
Для повышения эффективности работы радиатора может использоваться регулятор температуры на батарею отопления, работающий по различным принципам. В настоящий момент насчитывается четыре основные группы регуляторов, объединяющих устройства со схожим принципом действия.
Регуляторы с запорным механизмом
Решая вопрос о том, как отрегулировать батареи отопления, собственники жилья довольно часто обращают внимание на перекрывные краны. Они отличаются доступной стоимостью, приемлемым сроком службы при условии правильной эксплуатации и при этом имеют элементарную конструкцию. Запорный регулятор батареи отопления устанавливают на радиатор и используют для контроля количества поступающего внутрь контура теплоносителя.
Простая конструкция устройства позволяет с легкостью осуществлять управление подачей теплоносителя из системы отопления.
Существует всего два рабочих положения запорных кранов. Первое положение предусматривает свободное поступление теплоносителя из системы, а второе положение полностью перекрывает поступление воды, вследствие чего циркуляция прекращается, радиатор остывает и перестает участвовать в процессе обогрева дома.
Некоторые домовладельцы, используя ручной регулятор температуры отопления на мкд, пробуют оставлять рычаг перекрывного крана в промежуточном состоянии для того, чтобы принудительно уменьшить циркуляцию теплоносителя, однако эксперты против проведения подобных экспериментов. Неправильная эксплуатация запорного крана быстро приведет к тому, что устройство выйдет из строя, а сама система отопления будет нуждаться в сложном и трудоемком ремонте.
С использованием запорных кранов регулировка батарей отопления в квартире может осуществляться на довольно примитивном уровне, поскольку требует непрерывного мониторинга со стороны владельцев и предусматривает ручное управление положениями рычага.
Поэтому в настоящий момент запорные краны используются довольно редко, а собственники жилья обращают внимание на более совершенные модели регуляторов.
Вентили с ручным управлением
Плавная регулировка отопления в многоквартирном доме возможна с применением ручных вентилей, усовершенствованная конструкция которых предполагает тонкость в настройках. В отличие от запорных кранов, имеющих два положения – «Открыто»/«Закрыто», вентиль имеет возможность гибкого регулирования количества теплоносителя, поступающего в контур. Осуществляется это путем изменения внутреннего диаметра сечения в проходном канале клапана.
Ручные вентили, с помощью которых осуществляется регулировка отопления батарей, доступны в широком диапазоне моделей, отличающихся внешним видом, материалом изготовления и дизайном. Однако большинство имеют схожие конструктивные решения. Так, базовый вентиль представляет собой клапан с двумя патрубками и запорной головкой. Эти компоненты объединены рукояткой, на которой для удобства пользователей выгравирована шкала, указывающая изменения диаметра проходного отверстия.
Поворачивая рукоятку, пользователь может изменять количество теплоносителя и уровень прогрева конкретного радиатора. Хотя вентиль стоит дороже, нежели запорный регулятор на батарею отопления, в долгосрочной перспективе его приобретение более выгодно, поскольку позволяет собственникам жилья сэкономить деньги на оплате счетов за отопление. Преимущества данного типа устройств кроется в простой конструкции и элементарном использовании, а недочет заключается в необходимости ручных корректировок и периодического наблюдения за работой регулятора.
Терморегуляторы с автоматическими настройками
К третьей группе устройств относится автоматический регулировочный клапан отопления, используемый в современных системах обогрева. Данное устройство обладает рядом весомых преимуществ и значительно упрощает пользователям их обязанности, связанные с контролем температурного режима в доме, ведь регулятор автоматически задает режим работы отопительных приборов в зависимости от внешних условий.
Чтобы регулировка системы отопления многоквартирного дома с помощью автоматического устройства была возможной, в систему обогрева дома должен быть интегрирован выносной датчик температуры. Именно он будет посылать сигналы регулятору, который в автоматическом режиме произведет изменение внутреннего диаметра проходного сечения. По такому принципу действует термостатический терморегулирующий вентиль для отопления, однако в продаже имеются и более совершенные модели.
Среди них, электронный терморегулятор для батареи отопления цена которого немного выше аналогового устройства. Он оснащен встроенным датчиком температуры, микропроцессором для задачи настроек, электромеханическим реле и панелью управления. Принцип действия, по которому происходит регулировка системы отопления с помощью автоматического терморегулятора, состоит в том, что по сигналу схемы управления происходит перемещение запорной головки с помощью сердечника.
Преимуществами автоматических устройств считается то, что с их помощью можно довольно точно и удобно настраивать работу радиаторов и поэтому вопрос о том, как регулировать температуру батареи отопления для собственников жилья становится решенным.
Радиаторные термостаты
Желающим узнать, как регулировать батареи отопления с помощью радиаторных термостатов стоит сфокусировать внимание на особенностях данных приборов. Если рассмотренные выше устройства работали по принципу изменения количества теплоносителя, подаваемого в радиатор, то радиаторный регулятор температуры батареи отопления с термостатом изменяет не объем воды, а ее температуру.
Чтобы интегрировать данное устройство в контур системы отопления, потребуется наличие определенных материалов и навыков. В частности, владельцам жилья будут необходимы дополнительные куски труб и соединительная фурнитура. После того, как радиаторный термостат установлен, нужно знать о том, как отрегулировать батареи отопления в квартире с его использованием.
Для этого стоит изучить принцип действия устройства. Его конструкция довольно проста и представлена клапаном с тремя патрубками и чувствительным элементом, расположенным внутри. Внутренний термочувствительный элемент соединен с запорной головкой, а наружный корпус устройства оснащен рукоятью для возможности осуществления настроек.
Термочувствительный элемент, реагируя на действие воды в системе, может изменять свой объем, регулируя тем самым положение штока запорной головки. При этом в случае необходимости остужения воды в радиаторе, открывается канал обратной подачи, а когда теплоноситель должен быть подогрет, напротив, канал подачи воды из обратной линии перекрывается.
Особенности использования регуляторов
Некоторые эксперты рекомендуют оборудовать все батареи в доме запорными кранами. Такой шаг позволит собственникам жилья проводить ремонт системы отопления с минимальными затратами сил и времени, к тому же, при протечке определенного радиатора в системе не будет нужды в сливе теплоносителя со всего контура. Однако по желанию домовладельцев регулятор температуры радиатора батарей отопления может быть установлен в определенных комнатах.
Чаще всего, устройства устанавливают во внутренних комнатах, в которых нужен постоянный контроль над уровнем температуры.
Рекомендации по монтажу устройств
Как правило, терморегулятор на батарею отопления монтируется на входном отверстии радиатора в соответствии со схемой отопления, разработанной ранее, однако некоторые домовладельцы устанавливают устройства на выходе, стремясь снизить влияние оттока остывшей жидкости на работу регулятора.
Сам процесс монтажа довольно прост и не требует особых практических навыков. Работа по установке регуляторов мало чем отличается от процесса монтажа любой соединительной фурнитуры, используемой в системе отопления, поэтому при наличии базового оборудования и элементарных навыков обращения с ними, монтаж регуляторов можно провести довольно быстро.
Таким образом, используя в системе отопления доступные и функциональные регуляторы, можно добиться значительных результатов в вопросах экономии энергоресурсов и добиться плавного распределения тепла от отопительных приборов в доме или квартире.
Как регулировать батареи отопления с регулятором, чтобы получить нужный уровень температуры
От автора: здравствуйте, дорогие читатели! Как известно, климат во многих регионах нашей страны довольно непредсказуем. Независимо от времени года, погода за окном может меняться совершенно внезапно. К сожалению, отопительная система обычно не подозревает о подобном природном коварстве и работает в одном и том же режиме.
В результате вы можете заснуть вечером, сетуя на жару, а утром будете лихорадочно прятать замерзшие ноги под одеяло. Такие ситуации не редкость. К счастью, современные технологии позволяют сделать так, чтобы температурный режим можно было подстроить под наши потребности. Конечно, речь идет не о погоде за окном, а о комфорте внутри дома. Его уровень довольно легко можно корректировать, если знать, как регулировать батареи отопления с регулятором.
Это нехитрое устройство устанавливается на радиаторы и в квартирах, и в частных домах. С помощью регулятора можно решить сразу несколько задач. Основная — это, конечно, корректировка температурного режима каждой конкретной батареи. Собственно, во многоквартирных домах допустимо применять только эту функцию, поскольку все прочие приведут к нарушению работоспособности отопления в соседних квартирах.
Что касается автономной отопительной системы, то тут можно получить больше «плюшек» от регулятора. Например, с его помощью вполне реально сэкономить ресурс нагревательного котла, снизив количество используемого топлива практически наполовину.
Также данное устройство может принести пользу в случае аварии в системе. Например, если какой-то радиатор неожиданно потек, вы можете отключить его от общего контура, чтобы произвести ремонт. Для сохранения работоспособности остальных батарей в подобных ситуациях рекомендуется изначально устанавливать байпасы. Но сегодня не будем останавливаться на этом вопросе подробно — при желании, о монтаже этих элементов вы можете прочитать в соответствующей статье.
Вернемся к терморегуляторам. Даже при отсутствии форс-мажоров и резких температурных перепадов за окном они приносят немалую пользу. Например, можно выставить определенный режим нагрева в разных комнатах, в соответствии с их назначением:
- спальня. Днем температурный режим здесь не так уж важен, а вот ночью его желательно устанавливать в пределах от 17 до 18 градусов.
Это способствует получению высокого качества сна. Да и в целом, в небольшой прохладе спится всегда комфортнее, и просыпаться утром легче;
- кухня. Здесь тепловая энергия выделяется не только радиаторами. Плита, мультиварка и другая техника для приготовления пищи вносят свою лепту в температурный режим. Поэтому держать здесь радиатор включенным на максимум и бессмысленно, и некомфортно. Оптимальной температурой в данном случае будет 19 градусов;
- ванная комната. Здесь ситуация обратная. Тепловых приборов нет, зато есть повышенный уровень влажности, для избавления от которого необходимо создать условия для высыхания воздуха. В противном случае, будет образовываться плесень, да и в целом в такую атмосферу неприятно заходить. Поэтому выставляем режим батареи на 24–26 градусов, и все будет отлично;
- детская комната. Для малышей до года самой комфортной является температура от 23 до 24 градусов. Такой режим не мучает детей излишней жарой и в то же время не провоцирует переохлаждение.
Для ребенка более старшего возраста температуру воздуха можно снизить до 21 градуса;
- другие помещения. В целом, для комнат общего назначения комфортной считается температура от 18 до 22 градусов. Но вы всегда можете подстроить этот показатель под свои индивидуальные представления о комфорте. Одним людям нравится прохлада, другим — тропики. Тем и удобен терморегулятор, что может удовлетворить любые потребности.
Также стоит отметить положительное влияние использования регулятора на состояние микроклимата в доме. Изменение температурного режима в соответствии с текущими потребностями и погодными условиями корректирует заодно и уровень влажности, что приносит исключительно пользу.
Разновидности терморегуляторов
Содержание статьи:
Если ваши радиаторы не оборудованы терморегуляторами, но после всего вышесказанного вы загорелись идеей обзавестись ими, то неплохо бы разобраться в том, какие разновидности устройств предлагают нам современные производители. Все регуляторы делятся на три большие категории по типу управления. Он может быть:
- механическим;
- электронным;
- полуэлектронным.
Как обычно, любой разновидности оборудования присущи определенные преимущества и недостатки. Рассмотрим подробнее.
Механические устройства
Механические терморегуляторы управляются вручную. С одной стороны, это может быть не слишком удобно, поскольку, например, вставать среди ночи для того, чтобы повысить температуру в случае внезапного похолодания, мало кому понравится. С другой стороны, подача теплоносителя регулируется механическим способом очень четко, но при этом легко.
Эксплуатация такого прибора вообще не вызывает вопросов, поскольку единственное действие, которое вам необходимо осуществлять — это поворот ручки. Преимуществом является также низкая стоимость представителей этой разновидности устройств. Кроме того, механический регулятор не требует подключения к электросети, что позволяет использовать его без ограничений.
Единственный, пожалуй, недостаток заключается в том, что настройку температурного режима радиатора приходится производить «на глазок», поскольку никаких делений и обозначений на механическом терморегуляторе обычно нет. Впрочем, после того как вы пару раз воспользуетесь устройством, дальнейшие действия будут проходить гораздо проще.
Что касается конструкции механического термооборудования, то она состоит из трех элементов: регулятора, привода и сильфона. Внутри последнего может содержаться газ или жидкость. При повороте рычага, отвечающего за механическое управление, содержащееся в сильфоне вещество переходит в золотник. За счет этого изменяется положение штока. Тот, соответственно, начинает частично или полностью перекрывать маршрут, по которому идет теплоноситель.
Электронные устройства
Основа конструкции электронного терморегулятора такая же, как у его механического собрата. Здесь тоже главную роль играет сильфон. Он представляет собой цилиндр, сделанный из гофрированного материала. Внутри элемента находится специальное вещество, которое может сжиматься или расширяться, в зависимости от температуры воздуха в помещении.
Когда в комнате становится слишком тепло, сильфон увеличивается в размере, тем самым стимулируя шток подвинуться и перекрыть канал, по которому идет теплоноситель. И наоборот — при похолодании вещество в сильфоне сжимается, диаметр элемента уменьшается, шток сдвигается в ином направлении, и путь для теплоносителя становится открыт. Такое устройство довольно долго служит, поскольку сильфон обладает высокими прочностными характеристиками, он может сжиматься и разжиматься огромное количество раз. Срок эксплуатации этого оборудования исчисляется десятками лет.
Что еще более интересно, электронному варианту терморегулятора можно задавать определенную температуру на конкретное время. Это очень удобно, поскольку не приходится крутить ручку и подбирать режим методом «тыка». Кроме того, не требуется и подходить к радиатору каждый раз, как возникла необходимость в корректировке внутридомового климата. Встроенный датчик отслеживает изменения в окружающей среде самостоятельно и реагирует в соответствии с текущими потребностями.
Впрочем, подобная «фишка» свойственна не всем моделям регуляторов. Электронные устройства разделяются на два разных типа:
- закрытые. Настройка температуры производится вручную каждый раз, когда необходимо изменить режим. При этом устанавливать можно и основной показатель, и допустимые колебания значений;
- открытые. Могут программироваться для автоматического переключения между режимами. Способны делать это как по таймеру, так и ориентируясь на сигналы встроенного датчика, отслеживающего температуру окружающей среды.
Недостаток электронного прибора заключается том, что он требует наличия источника питания для работы. В этой роли могут выступать либо батарейки, либо аккумулятор. Первые необходимо регулярно менять, второй — заряжать. Это не слишком удобно. Но, с другой стороны, весь остальной процесс эксплуатации дает очень высокий уровень комфорта.
Полуэлектронные устройства
Полуэлектронные приборы имеют в основе такой же принцип действия, что и электронные. В быту они удобны, поскольку оборудованы цифровым дисплеем, на котором отображается заданный температурный режим, Таким образом, настройка осуществляется вообще без проблем.
Правда, никаких датчиков и таймеров здесь нет, регулировка производится вручную. В общем, это оптимальный вариант для бытового использования, обладающий одновременно удобством настройки и низкой стоимостью.
Установка и настройка прибора
Для того чтобы полноценно пользоваться терморегулятором, важно правильно произвести его установку. Существует несколько общих указаний, которых необходимо придерживаться:
- перед тем как приступить к монтажу, внимательно ознакомьтесь с инструкцией, которая прилагается к оборудованию. Зачастую там указаны важные моменты, касающиеся установки прибора;
- конструкция температурных регуляторов включает в себя некоторые довольно хрупкие элементы.
Они могут выйти из строя при неосторожном движении, легком ударе и, тем более, при падении. Поэтому работы нужно осуществлять аккуратно и неторопливо;
- термостат, входящий в конструкцию клапана, необходимо устанавливать в горизонтальное положение. При этом на него не должен попадать нагретый воздух, исходящий от радиатора. В противном случае, термостат просто не сможет корректно отслеживать температурный режим в помещении и, соответственно, будет бесполезен;
- на корпусе терморегулятора нарисованы стрелки, обозначающие направление движения теплоносителя. Эти указатели необходимо учитывать в процессе монтажа и устанавливать прибор таким образом, чтобы вода потом двигалась в нужном направлении;
- если вы осуществляете работы с однотрубной системой, то в процессе монтажа терморегуляторов установите на каждый радиатор еще и байпас. Такой подход позволит сделать батареи относительно независимыми от работоспособности друг друга. Байпас является обходным путем, который будет задействован для тока теплоносителя при отключении одного из радиаторов по той или иной причине;
- следует внимательно отнестись к месту установки регулятора, чтобы он избежал впоследствии воздействий, способных повлиять на его работоспособность.
Например, на него не должны попадать солнечные лучи, а также тепловая энергия, вырабатываемая различным обогревательным оборудованием — например, тепловентиляторами. Воздействие сквозняков тоже необходимо не допустить;
- если речь идет об установке полуэлектронного прибора, то батареи, где он будет размещен, нельзя закрывать декоративными панелями, шторами и т. д. Датчик температурного режима нужно располагать не менее, чем в двух сантиметрах от клапана, чтобы получать достоверные показатели;
- электронные приборы желательно устанавливать в помещениях, где нет постоянных перепадов температур. Например, для кухни такое оборудование не подойдет, поскольку ему придется слишком часто подстраиваться под изменившуюся температуру воздуха. А вот для угловых комнат, где обычно прохладнее, чем в других, устройство подходит прекрасно.
Непосредственно процедура монтажа осуществляется не слишком сложно. Главное — в процессе помните об аккуратном обращении с элементами конструкции.
- Перекройте с помощью шарового крана или тому подобного оборудования подачу теплоносителя в радиатор и дождитесь остывания последнего.
- Слейте воду, открыв специальную заглушку на корпусе батареи.
- С помощью крана Маевского выпустите остатки воздуха из отопительного оборудования.
- Отсоедините радиатор от трубы подачи теплоносителя, замените старый адаптер и воротник новыми.
- Установите на новый воротник терморегулятор, учитывая направление движения теплоносителя. Плотно закрутите резьбу в месте соединения.
- Проверьте работоспособность системы и убедитесь в отсутствии протечек в месте установки.
Если речь идет о двухтрубной системе, то монтаж может производиться на верхнюю трубу подводки.
После проведения процедуры установки и проверки работоспособности отопительной системы необходимо настроить терморегуляторы таким образом, чтобы наконец-то получить желаемый эффект. В случае с электронными и полуэлектронными устройствами все понятно — там процесс осуществляется нажатием буквально пары кнопок и выставлением приемлемых значений. Поэтому давайте разберем настройку оборудования на примере механической модели.
- Закройте все окна и двери в помещениях, где была произведена установка терморегуляторов. Это предотвратит потери тепловой энергии и, соответственно, поможет получить наиболее точный результат.
- Разместите в помещении термометр. Полностью откройте клапан и дождитесь момента, когда радиатор наполнится и прогреется.
- Зафиксируйте показатели, полученные с помощью термометра в этой ситуации.
- Теперь поверните регулятор в обратную сторону, тоже до упора, и следите за тем, что показывает термометр. Как только температура достигнет нужного уровня, начните открывать клапан, пока не раздастся шум жидкости, в то же время должен произойти резкий нагрев радиатора.
- Зафиксируйте клапан в этом положении. Настройка закончена.
Для того чтобы еще и наглядно ознакомиться с процессом, посмотрите видео, которое размещено ниже.
Современные производители предоставляют довольно широкий выбор терморегуляторов для радиаторов отопления. Об основных критериях вы уже знаете. Во всем остальном ориентируйтесь исключительно на свой вкус и на семейный бюджет. Успехов вам и комфорта вашему дому!
Топологии регуляторов для систем с батарейным питанием
Скачать PDF
Abstract
В этом руководстве представлен обзор топологий регуляторов для оборудования с батарейным питанием. Обсуждение охватывает линейные регуляторы, зарядовые насосы, понижающие и повышающие регуляторы, инверторы и обратноходовые схемы. Объясняется важность пикового тока и показаны схемы каждой топологии.
Аналогичная версия этой статьи появилась в выпуске EDN от 20 января 1994 г.
Введение
Источники питания, пожалуй, самые важные элементы системы с батарейным питанием. Знание некоторых основных топологий регуляторов поможет вам выбрать и спроектировать правильные конфигурации источников питания для ваших нужд. В этом учебном пособии представлен обзор топологий регуляторов для оборудования с батарейным питанием. Обсуждение охватывает линейные регуляторы, зарядовые насосы, понижающие и повышающие регуляторы, инверторы и обратноходовые схемы. Объясняется важность пикового тока и показаны схемы каждой топологии.
Обзор топологии регулятора Настольные компьютеры, ноутбуки, нетбуки, смартфоны, КПК и многие другие бытовые электронные устройства обычно требуют более одного источника питания. Этим устройствам может потребоваться адаптер переменного/постоянного тока, зарядное устройство, высоковольтный преобразователь постоянного/переменного тока для подсветки и другие расходные материалы для лазеров, сотовых радиопередатчиков и вспомогательного оборудования. В таблице 1 показаны семь наиболее распространенных топологий регуляторов, начиная с самой простой (линейный регулятор) и заканчивая более специализированными типами (такими как обратноходовой регулятор). В таблице также перечислены плюсы и минусы каждой топологии.
Замена компонентов в базовой компоновке импульсного регулятора изменяет топологию схемы для создания регуляторов, которые повышают (повышают), понижают (понижают) или инвертируют входное напряжение. Замена катушки индуктивности трансформатором дает как минимум еще две схемы регулятора или вспомогательные выходные напряжения.
Плюсы | Минусы | |
Линейный регулятор | • Недорогой • Очень маленький • Низкий ток покоя (I Q ) • Низкий уровень шума/ЭМП | • V OUT должно быть меньше V IN • Неэффективно при высоких входных напряжениях и/или больших нагрузках |
Нагнетательный насос | • Недорогой • Очень маленький • Может повышать или инвертировать | • Ограниченная выходная мощность • Ограниченный диапазон отношения входного/выходного напряжения |
Понижающий (Buck) | • Самый низкий пиковый ток среди всех конфигураций импульсного регулятора • Падение напряжения только на одном ключе • Низкие пульсации тока в конденсаторе выходного фильтра • Простая катушка индуктивности • Низкое напряжение переключения | • V OUT должно быть меньше, чем V IN • Переключатель высокого напряжения |
Повышение (повышение) | • Низкий пиковый ток • Переключатель нижнего плеча • Простая катушка индуктивности • Низкое напряжение переключения | • V OUT должно быть больше, чем V IN • Выход нельзя полностью отключить • Нет защиты от короткого замыкания |
Инвертор | • Простой индуктор | • Только отрицательный выход • Переключатель верхней стороны • Высокие пиковые токи |
Обратный ход | • Изолированный выход • Несколько выходов • Шаги вверх/вниз, инвертирование • Переключатель нижней стороны | • Трансформатор вместо катушки индуктивности • Высокие пиковые токи • Высокое напряжение переключения |
В таблице 1 опущены сложные топологии, такие как регуляторы с резонансным режимом, поскольку их схемы управления потребляют слишком много энергии для небольших систем с батарейным питанием. Правило для этих систем — простота: чем проще схема, тем лучше. В простых схемах нет магнитов, простых катушек индуктивности или трансформаторов 1:1. Готовые магниты упрощают сборку и минимизируют затраты. Другие топологии могут быть получены из базовых топологий, представленных в Таблице 1. Сюда входит преобразователь Кука, который сочетает в себе понижающую и повышающую топологии, и прямой преобразователь, который сочетает в себе понижающий преобразователь и половину двухтактного преобразователя. Однако в этом руководстве эти топологии подробно не обсуждаются.
Линейные регуляторы
Линейные регуляторы являются самыми простыми и наименее дорогими из цепей питания, но за эту простоту использования обычно приходится платить. Как показано в таблице 1, линейный регулятор включает в себя цепь обратной связи, которая контролирует выходное напряжение и регулирует его, управляя внутренним проходным транзистором (BJT или FET). Когда входное напряжение значительно превышает выходное, этот проходной транзистор рассеивает большое количество энергии (в виде тепла) при высоких нагрузках. Это приводит к более низкой эффективности, чем у сопоставимого импульсного регулятора.
Линейные регуляторы особенно полезны при генерировании нескольких напряжений при использовании в сочетании с импульсным регулятором. Импульсный регулятор может повысить низкое напряжение батареи. Однако вместо включения нескольких коммутаторов на небольшой плате разработчик может использовать линейные стабилизаторы из-за их низкого напряжения падения напряжения для генерирования напряжения для последующих цепей.
При использовании линейных стабилизаторов в системах с батарейным питанием важно учитывать ток покоя (типовой и при полной нагрузке), падение напряжения, тепловые характеристики и возможность отключения. В таблице 2 приведено краткое сравнение некоторых доступных регуляторов Maxim.
Таблица 2. Сравнение линейных регуляторовЧасть | Диапазон входного напряжения (В) | Ток покоя | Напряжение отпускания (при нагрузке 500 мА) (мВ) | Ток выключения (мкА) | Пакет | |
без нагрузки | I НАГРУЗКА = 500 мА (мкА) | |||||
МАКС15029 | от 1,425 до 3,6 | 275 мкА | 315 | 40 | 5,5 | ТДФН |
МАКС1806 | от 2,25 до 5,5 | 210 мкА | 575 | 201 | 0,02 | мкМАКС ® |
МАКС1589 | от 1,62 до 3,6 | 70 мкА | 90 | 175 | 0,01 | ЦОТ, ТДФН |
МАКС1935 | от 2,25 до 5,5 | 210 мкА | 575 | 201 | 0,02 | TQFN |
Подробное обсуждение использования линейных стабилизаторов в схемах с батарейным питанием см. в примечании Максима по применению 751 «Линейные регуляторы в портативных устройствах».
Зарядные насосы
В зарядных насосах вместо схемы индуктор-переключатель используются конденсаторы для создания выходного напряжения, которое выше или ниже входного напряжения. Регулируемые зарядовые насосы также могут инвертировать входное напряжение.
Как правило, ток нагрузки, который может быть получен от зарядного насоса, ограничен несколькими десятками миллиампер. Выходное напряжение нерегулируемого зарядового насоса зависит от входного напряжения и падает пропорционально увеличению выходной нагрузки. Регулируемые зарядовые насосы не зависят от входного напряжения для установки выходного напряжения, и, поскольку они регулируются, выходное напряжение остается постоянным во всем диапазоне нагрузки. Некоторые зарядные насосы способны работать с током до 125 мА (например, MAX159).5), а некоторые способны управлять нагрузкой до 250 мА (MAX682).
Зарядные насосы создают шум, поскольку они заряжают и разряжают конденсаторы, подключенные к устройству. Из-за пределов легкой нагрузки и отсутствия катушки индуктивности этот шум обычно меньше по величине, чем у сравнимого импульсного стабилизатора.
Импульсные регуляторы
Импульсные регуляторы более эффективны и универсальны, чем их линейные аналоги; однако они также заметно сложнее. Параметры, влияющие на выбор топологии импульсного регулятора, включают пиковые токи нагрузки и катушки индуктивности, уровень напряжения на силовых транзисторах и необходимость магнитного и емкостного накопления энергии.
Импульсные регуляторы имеют два основных режима работы: прерывистая проводимость и непрерывная проводимость. Прерывистая проводимость позволяет току катушки индуктивности уменьшаться до нуля в течение каждого периода отключения, что приводит к передаче накопленной энергии на выходной фильтр во время каждого цикла переключения. В режиме непрерывной проводимости ток дросселя включает постоянную составляющую, пропорциональную нагрузке. Работа в режиме непрерывной проводимости снижает отношение пикового тока катушки индуктивности к постоянному току нагрузки. Это, в свою очередь, снижает размах пульсаций тока и уменьшает потери в сердечнике.
Пиковый ток критический
В преобразователях с батарейным питанием важен пиковый ток дросселя, поскольку он напрямую влияет на срок службы батареи и паразитные потери. Это частично зависит от среднего тока нагрузки, который зависит от топологии регулятора, схемы управления и от того, является ли ток катушки индуктивности непрерывным. Некоторые примеры уравнений для пикового тока дросселя для повышающих, понижающих и инверторных регуляторов показаны в таблице 3.
Таблица 3. Примеры уравнений пикового тока индуктораКонфигурация | Устройство | Пиковый ток дросселя (А) |
Понижающий/понижающий | МАКС8566 | |
Повышение/повышение | МАКС15059 | |
Инвертор | МАКС1846 |
*LIR — отношение пульсирующего тока катушки индуктивности к среднему длительному току при минимальной нагрузке. цикл. Для достижения максимальной производительности и стабильности рекомендуется выбирать LIR в диапазоне от 20% до 40%.
**T S — период переключения устройства, η — КПД.
***D MAX — максимальный рабочий цикл.
Стресс напряжения на переключающем транзисторе обычно не является проблемой в преобразователях с батарейным питанием. Номинальное напряжение пробоя 20 В и 50 В для стандартных полевых МОП-транзисторов с логическим уровнем соответствует низким входным и выходным напряжениям, характерным для систем с батарейным питанием.
Потери на рассеяние возникают в резистивных паразитных элементах схемы регулятора. Эти потери включают последовательное сопротивление батареи; эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов фильтра; сопротивление переключающего элемента во включенном состоянии; и сопротивления в проводниках, разъемах и проводке. Потери на рассеяние пропорциональны квадрату пикового тока, поэтому уменьшение пикового тока может значительно минимизировать эти потери. Кроме того, внутренний нагрев ухудшает химический состав батареи; таким образом, чрезмерные пиковые токи могут сократить срок службы батареи.
Другие топологии
Понижающий стабилизатор — лучший выбор для большинства приложений с батарейным питанием, при условии, что вы можете позволить себе несколько ячеек, необходимых для создания напряжения батареи, превышающего выходное напряжение. Ток дросселя течет к нагрузке во время обеих фаз цикла переключения, поэтому средний выходной ток равен среднему току дросселя. Теоретически наивысшая эффективность достигается при низком входном напряжении, что подразумевает меньшее количество последовательно соединенных аккумуляторных элементов. Если предположить, что падение напряжения на ключе во включенном состоянии намного меньше, чем входное напряжение, низкое входное напряжение снижает коммутационные потери переменного тока и среднеквадратичное значение входного тока.
Повышающие или повышающие топологии генерируют выходное напряжение, превышающее входное напряжение. Эти топологии подходят для систем с ограниченным количеством аккумуляторных ячеек. Поскольку напряжение источника и индуктор включены последовательно, средний ток индуктора равен входному постоянному току, определяемому как:
I = P IN /V IN .
Топология инвертора, которую иногда называют повышающе-понижающей схемой, генерирует выходное напряжение, полярность которого противоположна входному напряжению. Инвертирующие и обратноходовые регуляторы электрически эквивалентны с точки зрения пиковых токов и скачков напряжения. Эти топологии наиболее подходят для приложений, требующих отрицательных или гальванизированных изолированных выходов. В целом, однако, высокие пиковые токи делают инвертирующую и обратноходовую топологии наименее привлекательными из простых регуляторов.
Топологии инвертирования и повышения напряжения работают аналогично, но выпрямленный ток дросселя инвертора создает отрицательное выходное напряжение, которому не помогает напряжение источника. Переключающий элемент инвертирующего регулятора испытывает большие перепады напряжения, что приводит к высоким потерям при переключении и нагрузке на транзистор. Кроме того, инвертирующие и обратноходовые регуляторы имеют входные и выходные фильтрующие конденсаторы, которые должны поглощать токовые формы с большими резкими переходами. На входном конденсаторе повышающего регулятора или выходном конденсаторе понижающего регулятора отсутствуют быстро движущиеся фронты сигнала.
В перевернутых топологиях используется переключатель нижнего плеча
Вы можете реализовать три отрицательные топологии, соединив классическую понижающую, повышающую и инвертирующую топологии вверх ногами. Поскольку источник входного сигнала инвертирован, вы должны поменять полярность переключателя и выпрямителя (рис. 1). Хотя в настоящее время нет IC для отрицательных топологий, вы можете использовать IC с положительным выходом. Отрицательные понижающие регуляторы обладают всеми преимуществами положительных понижающих регуляторов, а также дополнительным преимуществом переключателя на нижней стороне. В расположении переключателя на нижней стороне используется низкое сопротивление R9.0043 ON n-канальный МОП-транзистор с простыми требованиями к приводу. Отрицательный понижающий стабилизатор имеет некоторую привлекательность в качестве альтернативы основному положительному стабилизатору, если батарея может плавать относительно заземления системы. Если возможно плавание батареи, вы можете подключить заземление к отрицательному выходу, а положительную клемму батареи к V OUT .
Рисунок 1. Вы можете инвертировать источник входного сигнала для создания трех топологий. Отрицательный понижающий регулятор (а) имеет выходное напряжение меньше, чем входное. Регулятор отрицательного наддува (b) имеет более отрицательный выходной сигнал, чем входной. Регулятор отрицательного инвертора (c) преобразует отрицательное напряжение в положительное.
Обычно создание нескольких независимых источников питания является лучшим способом создания нескольких выходов в системе с батарейным питанием. Используя простые топологии, вы можете генерировать оставшиеся выходы, используя готовые трансформаторы или отводы подкачки заряда.
Схемы со связанными индукторами (рис. 2) добавляют дополнительную обмотку обратного хода к базовым понижающим, повышающим и инвертирующим топологиям. Эти гибридные схемы важны, потому что они сочетают в себе преимущества обратноходовой схемы (изоляция и недорогие несколько выходов) с преимуществами понижающей и повышающей схем (низкий пиковый ток и низкое напряжение на коммутаторе). Схема со связанными индукторами уменьшает количество обмоток, необходимых для обратноходовой цепи, на одну. Это уменьшение позволяет использовать недорогой трансформатор 1:1 для создания двойных выходных напряжений.
Рисунок 2. Вы можете создать вспомогательные выходы, используя обратноходовой трансформатор вместо катушки индуктивности в базовой (а) понижающей, (б) повышающей и (в) инверторной конфигурациях.
Понижающий регулятор с обратноходовой обмоткой представляет собой топологию с превосходными характеристиками для многих приложений с батарейным питанием. Конфигурация отличается превосходной стабильностью, малыми пиковыми токами и низкой пульсацией на выходе. Выходная мощность вторичной обмотки зависит от тока нагрузки основного выхода и величины дифференциального напряжения на первичной обмотке. Оба этих параметра определяют изменение потока ядра, которое запускает механизм обратного хода.
Как правило, общая доступная вторичная мощность равна или меньше половины основной выходной мощности. Это правило применимо только к высоким входным напряжениям. Оценка вторичной мощности должна быть уменьшена для входных напряжений, менее чем в полтора раза превышающих выходное напряжение. Правило также не распространяется на схемы, содержащие вместо простого диода синхронный выпрямитель. Синхронные выпрямители имеют короткий период, когда первичный ток меняется на противоположный, что приводит к тому, что схема ведет себя как прямоходовой преобразователь, а не как обратноходовой преобразователь. Чтобы эффективно передавать мощность в этом режиме прямой проводимости, вы должны минимизировать индуктивность рассеяния, уменьшить импеданс обмотки и выпрямителя и сделать конденсатор фильтра вторичного выхода настолько малым, насколько позволяют пульсации напряжения.
Диодно-конденсаторные зарядные насосы предлагают еще один недорогой способ генерировать несколько выходных напряжений. Любой узел с повторяющимися импульсами может управлять диодно-конденсаторной сетью. Выход драйвера затвора или основной коммутационный узел импульсного стабилизатора является хорошим кандидатом. Повышающие регуляторы, например, могут заряжать летающий конденсатор через заземленный диод, когда на коммутационном узле высокий уровень (рис. 3а). Включение повышающего транзистора приводит к тому, что коммутационный узел и положительное напряжение летучего конденсатора становятся равными 0 В. Когда повышающий транзистор включается, летающий конденсатор генерирует отрицательное напряжение, разряжаясь во вспомогательный выходной конденсатор.
Рис. 3. Отвод подкачки заряда предлагает недорогой способ получения вспомогательного выходного напряжения. Отвод повышающей цепи с летающим конденсатором (а) создает насос отрицательного заряда. Размещение удвоителя напряжения на выходе повышающей схемы (b) создает вспомогательный высоковольтный выход.
Диодно-конденсаторные насосы заряда лучше всего работают с повышающими импульсными регуляторами, потому что узел переключения колеблется между четко определенным напряжением V OUT и землей. Таким образом, регулирование линии является хорошим. Тем не менее, регулировка не так хороша, когда вы касаетесь переключающего узла понижающего или инвертирующего регулятора, потому что высокое напряжение, В IN , зависит от напряжения батареи. Регулирование нагрузки в основном зависит от прямого падения напряжения на диоде. В приложениях с очень низким энергопотреблением (20 мА или меньше), где выходной сигнал питает операционный усилитель или драйвер с затвором на полевых транзисторах, вы можете построить накачку заряда, используя недорогой диод 1N4148 и конденсатор емкостью 1 мФ.
Аккумуляторы- Запуск нагрузки непосредственно от солнечных панелей (в обход контроллера заряда) - Силиконовый нагреватель
спросил
Изменено 1 год, 2 месяца назад
Просмотрено 107 раз
\$\начало группы\$
Я работаю над солнечной установкой, которая питается от литий-ионных аккумуляторов. Однако литий-ионные аккумуляторы нельзя заряжать при температуре ниже 0 градусов Цельсия, и поэтому, если они разрядятся зимой, их нужно будет согреть, прежде чем они смогут начать зарядку. Поэтому мне понадобится нагреватель для батарей, чтобы довести их до температуры, чтобы они могли снова начать заряжаться.
У меня было 2 вопроса на основе этого -
- У меня была идея запустить силиконовую грелку (SKU TBD), которая напрямую подключен к солнечным панелям (4x Renogy RSP100D-BK в серии), чтобы батареи могли прогреться и начать зарядку. Было бы следующее имеет смысл? -
- Если исходить из вышеизложенного, наиболее распространенными силиконовыми нагревателями являются 12 В постоянного тока или 120 В переменного тока. В противном случае я могу пойти по индивидуальному маршруту. Насколько я понимаю, эти нагреватели на самом деле не заботятся о том, является ли напряжение переменным или постоянным, важно среднеквадратичное значение? Работают ли эти нагреватели просто так, и если напряжение на панели колеблется, я должен быть в порядке, пока я нахожусь под максимальным напряжением? Если нет, то на какое напряжение я должен рассчитывать нагреватель? Суммарное открытое напряжение панелей составляет 9 В.
7,2В или оптимальное напряжение 81,2В? Что касается мощности, должен ли я указать что-то близкое к максимальной мощности моих панелей при 400 Вт?
Для справки контроллер заряда (SKU Renogy RNG-CTRL-RVR60).
Редактировать: я считаю, что следующий термостат должен позволить мне управлять нагревателем, включать, когда слишком холодно, и выключать, когда слишком жарко.
- батареи
- литий-ионные
- тепловые
- солнечные батареи
- солнечные батареи
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Я полагаю, что можно было бы поставить 120-вольтовые грелки с резервными термовыключателями прямо на панели. Это просто резисторы.
Например, термовыключатель, включенный при температуре ниже 5 градусов Цельсия.
Они не будут работать на полную мощность, но, возможно, в этом нет необходимости, любая энергия, поступающая в панель, будет превращаться в тепло, и если батареи хорошо изолированы, вам может не понадобиться много.