Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения
Выходное напряжение линейных стабилизаторов обычно меньше Uвх на величину падения напряжения на регулирующем элементе. КПД непрерывных стабилизаторов мал (25 
75 %), так как на регулируемом элементе рассеивается значительная мощность. В импульсных стабилизаторах регулируемое сопротивление заменяется ключом. В качестве ключа обычно применяют транзистор, который периодически переходит из закрытого состояния в открытое и наоборот, подсоединяя или отсоединяя нагрузку, и тем самым регулируя среднюю мощность, забираемую ею от источника. Величина Uвых зависит от соотношения длительности открытого и закрытого состояний ключа. Частота переключений регулируемого элемента от единиц до сотен кГц, поэтому сглаживание пульсаций достигается малогабаритным фильтром, включенным после регулируемого элемента. Так как потери мощности в ключе малы, КПД достигает 0,85-0,95 при относительной нестабильности 0,1%.
Функциональная схема понижающего импульсного стабилизатора приведена на рис 2.4.18
. 
Рис. 2.4.18.
В схеме управления СУ - сравнивающее устройство, ИОН - источник опорного напряжения, ИУ - импульсное устройство.
Регулируемый транзистор VT работает в режиме переключений и соединен последовательно с сопротивлением нагрузки Rн. Дроссель и конденсатор образуют сглаживающий фильтр для сглаживания пульсаций Uвых. Диод VD включен в обратном направлении.
Сигнал ошибки, возникший из-за дестабилизирующих факторов, подается со схемы сравнения, которая содержит ИОН, на вход ИУ. В ИУ происходит преобразование медленно меняющегося постоянного напряжения в последовательность импульсов. Если ИУ создает на своем выходе импульсную последовательность с постоянным периодом повторения и с меняющейся в зависимости от сигнала ошибки длительностью импульса tи, то схему называют стабилизатором с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), если tи = const, а меняется частота, то это стабилизатор с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ). Если же ИУ замыкает ключ при Uвых <Uпор и размыкает при Uвых > Uпор, то такую схему называют релейным или двухпозиционным стабилизатором. VT, VD, L, C образуют силовую цепь, а СУ, ИУ и ИОН - цепь управления.
Рассмотрим работу релейного стабилизатора (рис.2.4.19). При подаче Uвх VT открыт и ток через дроссель поступает в Rн. Конденсатор заряжается в течение tи. Относительная длительность импульса 
и/T. UL= Uвх-Uвых. Когда Uн³ Uнmax, в цепи ООС вырабатывается такой управляющий сигнал, который запирает VT и ik=0 . В дросселе возникает противо-ЭДС, препятствующая снижению тока, что способствует отпиранию диода. Энергия, запасенная в фильтре, поступает в Rн. iд протекает через дроссель, С, Rн, VD. При уменьшении iд уменьшается Uн и когда Uн £ Uн.мин, схема управления вырабатывает отпирающий сигнал, VT открывается, пропуская ток в нагрузку. iL=i н=ik+iд. Uвых сохраняет заданный средний уровень Uн. Из равенства нулю постоянной составляющей напряжения на дросселе следует:
gT( Uвх - Uвых)=(T - gT) Uвых,
откуда
Uвых=gUвх. (2.4.17)
Рис. 2.4.19.
Принцип действия стабилизатора с ШИМ иллюстрирует рис.2.4.20. Частота переключения регулируемого транзистора постоянна. Изменяется соотношение между длительностями открытого и закрытого состояний регулирующего транзистора. На вход сравнивающего устройства (компаратора) подаются два сигнала, один из которых UГПН поступает с генератора пилообразного напряжения, а второй - с выходного делителя. Переключение транзистора будет происходить в момент равенства этих сигналов. При увеличении Uвх возрастает KUвых, (K – коэффициент деления выходного делителя) что вызывает уменьшение длительности открытого состояния транзистора и соответствующее уменьшение Uн. По сравнению с релейным стабилизаторы с ШИМ более сложны и содержат большее число элементов.
|
|
|
|
|
Рис. 2.4.20.
В стабилизаторе с ЧИМ tи =const , а частота изменяется. Недостатки такого стабилизатора: сложность схемы управления, обеспечивающей изменение частоты в широких пределах; уменьшение коэффициента сглаживания при уменьшении частоты. В стабилизаторах с ШИМ можно подобрать оптимальную частоту, при которой КПД наибольший.
В стабилизаторах с ЧИМ и ШИМ пульсации выходного напряжения меньше. В релейном стабилизаторе Uвых~ принципиально не может быть равна нулю, так как периодическое переключение триггера в схеме управления возможно при изменении Uн в пределах от U н.макс до Uн.мин.
|
Рис. 2.4.21.
В импульсном стабилизаторе с параллельным включением транзистора (рис.2.4.21) VT открыт в течение tи =gT, UL »Uвх, в дросселе накапливается энергия, а конденсатор разряжается на нагрузку. При запирании транзистора в дросселе наводится ЭДС самоиндукции.
Uвых = Uвх +UL. Под действием этого напряжения открывается диод и конденсатор заряжается. Напряжение на дросселе UL=Uвых- Uвх. Постоянная составляющая напряжение на дросселе равна нулю, поэтому
Uвх gT = (Uвых х - Uвх)(T - gT),
откуда
Uвых = Uвх /(1 - g). (2.4.16)
Дата добавления: 2016-03-15; просмотров: 1444;