Ключевой стабилизатор постоянного напряжения

Простейшая схема такого стабилизатора на принципе адаптивной ШИМ и графики напряжений изображены на рис. 7.18.

За счет временного запаздывания сигнала обратной связи, вносимого фильтром L_ф, С_ф, усилитель ошибки работает в режиме компаратора, вырабатывающего широтномодулированные импульсы U_к управления регулирующим транзистором, который работает в ключевом режиме (выходное напряжение U₂ ниже нормы U₂₀ – транзистор полностью открывается, выходное напряжение выше нормы – транзистор полностью закрывается). Ключевому стабилизатору принципиально присущ пульсирующий характер выходного напряжения, который сводится к приемлемому уровню за счет высокой чувствительности компаратора.

Включение в схему диода VD защищает транзистор от перенапряжения за счет ЭДС самоиндукции и, кроме того, обеспечивает дополнительный ток в нагрузке при закрытом транзисторе.

В зависимости от того, как включен дроссель и регулирующий транзистор, можно получить выходное напряжение меньше U_П, больше U_П и в противофазе относительно U_П. Схема на рис. 7.18 – понижающая. За счет потерь на регулирующем транзисторе и дросселе U₂₀ меньше U₁.

Рис. 7.18. Ключевой стабилизатор с адаптивной ШИМ:

а – схема стабилизатора; б – временные графики

Повышающий стабилизатор представлен на рис. 7.19. При открытом транзисторе протекает ток I_КН в дросселе и запасается энергия. При запирании транзистора возникает противоЭДС U_L в полярности, указанной на рис. 7.19. Диод VD открывается и на нагрузке будет действовать напряжение (U_П + U_L), емкость С_Ф зарядится до U₂ > U_П.

Рис. 7.19. Повышающий стабилизатор

Схема инвертирующего стабилизатора представлена на рис. 7.20. При открытом транзисторе диод VD закрыт. Ток протекает через дроссель. При запирании транзистора возникает противоЭДС U_L, диод открывается и на С_Ф и нагрузке выделяется напряжение противоположной U_П полярности.

Рис. 7.20. Инвертирующий стабилизатор

Особенностью дроссельных стабилизаторов является гальваническая связь с питающей силовой сетью (U₁), поэтому такое решение используется для преобразования постоянного напряжения в постоянное с высоким КПД (DC-DC преобразователи).

При использовании в качестве силовой сети переменного напряжения, например 50 Гц, 220 В, используются трансформаторные инверторы – однотактные и двухтактные.

Если энергия передается при включенном силовом ключе, то такой преобразователь называют прямоходовым (for ward). Если энергия передается при выключенном состоянии силового ключа, то инвертор называют обратноходовым (flay back).

Двухтактные инверторы делят на полномостовые и полумостовые. На рис. 7.21 приведена схема однотактного преобразователя. Прямоходовой или обратноходовой определяется соответствующим включением выходов обмотки трансформатора. При согласном включении – прямоходовой, при встречном – обратноходовой (на рис. 7.21 точкой обозначено начало обмотки).

Рис. 7.21. Обратноходовой преобразователь

На рис. 7.22 приведена схема полумостового преобразователя. При помощи коммутирующих транзисторов VT1 и VT2 в первичной обмотке высокочастотного трансформатора создается переменное напряжение U_C1, U_C2 противоположных знаков, т. е. на первичной обмотке возникает знакопеременное прямоугольное напряжение. Стабилизация осуществляется за счет ШИМ преобразования схемой управления.

Рис. 7.22. ИВЭП с полумостовым преобразованием

Схемы управления для преобразователей выпускаются в интегральном исполнении. На рис. 7.23 приведена функциональная схема устройства управления.

В ее состав входит:

· тактовый генератор (ТГ) прямоугольных импульсов, частота следования которых, как правило, определяется подключением внешних элементов (R, C);

· источник опорного напряжения (ИОН);

· усилитель ошибки (УСО);

· широтно-импульсный модулятор (ШИМ);

· цепь гальванического разделения потенциалов (ЦГРП), например оптронная, обеспечивающая подключение регулирующих транзисторов;

· схе

Рис. 7.23. Функциональная схема устройства управления

В табл. 7.2 приведены типы серийных микросхем управления однотактных и двухтактных инверторов.

Таблица 7.2

Микросхемы управления импульсными ИВЭП

Контрольные вопросы и задания

1. Поясните принцип действия компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока.

2. На принципиальной схеме К142ЕН1 найдите функциональные узлы компенсационного стабилизатора. Сделайте прогноз основных параметров стабилизатора, выполненного на этой схеме.

3. Опишите основные процессы в компенсационных стабилизаторах ключевого типа.