Схемы транзисторных стабилизаторов напряжения с импульсным регулированием

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

• а — с последовательным регулирующим транзистором, последовательным накопительным дросселем и параллельным коммутирующим диодом U_вых < U_вх1;
• б — с последовательным регулирующим транзистором, коммутирующим диодом и параллельным накопительным дросселем;
• в — с последовательным накопительным дросселем, коммутирующим диодом и параллельным регулирующим транзистором U_вых > U_вх1.

Давайте рассмотрим принцип работы импульсного стабилизатора на примере схемы а. Когда регулирующий транзистор открыт, через дроссель протекает нарастающий ток i_L, равный току транзистора i_к. В этом интервале коммутирующий диод закрыт, и напряжение u_L на дросселе равно разности модного и выходного напряжения, а напряжение на регулирующем транзисторе, находящемся в режиме насыщения, мало.

Когда транзистор открыт, выходной конденсатор С_н вначале разряжается (когда ток дросселя меньше среднего тока нагрузки i_н), а затем заряжается (когда ток дросселя больше тока нагрузки). Когда регулирующий транзистор запирается сигналом от модулятора длительности, ток транзистора скачком уменьшается до значения, близкого к нулю. Диод отпирается за счет э.д.с. самоиндукции дросселя, и ток дросселя начинает уменьшаться, протекая через диод и нагрузку. При закрытом транзисторе (интервал τ_п) выходной конденсатор вначале заряжается (когда ток дросселя больше тока нагрузки), а затем разряжается (когда ток дросселя меньше тока нагрузки). В интервале τ_п диод открыт и на нем падает малое напряжение, а к закрытому транзистору прикладывается напряжение, равное сумме напряжения ненагруженного источника входного напряжения Е_вх1 и прямого напряжения диода u_д. Затем транзистор вновь открывается, и процесс повторяется.

В схемах (см. рис. б, в) когда транзистор открыт, диод закрыт, и ток поступает в нагрузку только от разряжающего выходного конденсатора. При этом в указанных схемах дроссель не влияет на сглаживание пульсаций, а служит только для временной трансформации энергии.

Схему (рис. б) целесообразно использовать в случае, если выходное напряжение необходимо менять в широких пределах, а схему в — когда выходное напряжение должно быть больше входного. При этом необходимо учесть, что в схеме в входной ток источника входного напряжения имеет непрерывный характер, что создает минимум помех в цепи источника, в то время, как в остальных схемах входной ток имеет вид последовательности импульсов с достаточно крутыми фронтами, что определяет достаточно большой уровень помех в цепи источника входного напряжения.

При автоматическом регулировании напряжения импульсных стабилизаторов необходимо менять отношение q = τ_u/τ. Это осуществляется модулятором длительности.

По виду управления, определяемому модулятором длительности, импульсные стабилизаторы можно разделить на две группы:

1. стабилизаторы с широтно-импульсиой модуляцией (стабилизаторы с ШИМ);

2. релейные (или двухпозиционные) стабилизаторы.

В стабилизаторах с ШИМ имеется задающий генератор, генерирующий сигналы определенной частоты, который под влиянием сигнала отрицательной обратной связи преобразуются в прямоугольные сигналы с переменным коэффициентом заполнения, зависящими от сигнала обратной связи. При этом частота управляющих сигналов остается неизменной или меняется в небольших пределах.

В релейных стабилизаторах используется релейный элемент (например, триггер), который в зависимости от уровня сигнала обратной связи может иметь два устойчивых состояния. При изменении сигнала обратной связи релейный элемент переходит из одного устойчивого состояния в другое, управляя соответственно запиранием и отпиранием регулирующего элемента. Частота коммутации в релейном стабилизаторе постоянно меняется от внешних воздействий (изменения питающего напряжения, тока нагрузки и т.д.).

В стабилизаторах с ШИМ модулятор длительности управляется изменением постоянной (средней) составляющей выходного напряжения, в то время как в релейных стабилизаторах управление модулятором длительности осуществляется переменной составляющей выходного напряжения. При этом в релейных стабилизаторах размах пульсаций обычно имеет постоянное значение, определяемое двумя уровнями срабатывания релейного элемента, а частота пульсаций меняется в широких пределах.

В стабилизаторах с ШИМ время реакции стабилизатора на возмущение не может быть меньше времени, равного периоду коммутации. Практически это время больше и определяется постоянной времени фильтра. В релейных стабилизаторах при возмущениях воздействие на релейный элемент может принципиально быть мгновенным, однако время реакции определяется главным образом постоянной времени фильтра.

Важным параметром импульсных стабилизаторов является частота коммутации регулирующего элемента. Чем больше частота, тем меньше индуктивность и емкость фильтра, но при этом возрастают переходные потери в транзисторах и помехи, генерируемые стабилизатором. При использовании современных мощных высокочастотных кремниевых транзисторов, имеется тенденция к повышению частоты коммутации регулирующего элемента до 10 — 50 кГц.

Схема импульсного стабилизатора с ШИМ (рис. а) включает регулирующий элемент Т₁, накопительный дроссель Др, конденсатор С_н, коммутирующий диод Д и модулятор длительности, выполняющий одновременно функции схемы сравнения. Модулятор представляет собой управляемый мультивибратор на транзисторах Т₃ к Т '₃, конденсаторах С₁ и C '₁, коллекторных сопротивлениях R_к1, R ' _к1, у которого вместо обычных базовых сопротивлений используются транзисторы Т₂ и Т '₂, играющие роль управляемых сопротивлений. Эти транзисторы совместно с эмиттерным сопротивлением R_э образуют дифференциальную схему сравнения.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману