Импульсный стабилизатор напряжения — принцип работы стабилизатора. Импульсные микросхемы стабилизаторы напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения - принцип действия

Линейные стабилизаторы имеют общий недостаток – это малый КПД и высокое выделение тепла. Мощные приборы, создающие нагрузочный ток в широких пределах имеют значительные габариты и вес. Чтобы компенсировать эти недостатки, разработаны и используются импульсные стабилизаторы.

Устройство, поддерживающее в постоянном виде напряжение на потребителе тока с помощью регулировки электронным элементом, действующим в режиме ключа. Импульсный стабилизатор напряжения, так же как и линейный существует последовательного и параллельного вида. Роль ключа в таких моделях исполняют транзисторы.

Так как действующая точка стабилизирующего устройства практически постоянно расположена в области отсечки или насыщения, проходя активную область, то в транзисторе выделяется немного тепла, следовательно, импульсный стабилизатор имеет высокий КПД.

Стабилизация осуществляется с помощью изменения продолжительности импульсов, а также управления их частотой. Вследствие этого различают частотно-импульсное, а другими словами широтное регулирование. Импульсные стабилизаторы функционируют в комбинированном импульсном режиме.

В устройствах стабилизации с регулированием широтно-импульсным частота импульсов имеет постоянную величину, а продолжительность действия импульсов является непостоянным значением. В приборах с регулированием частотно-импульсным продолжительность импульсов не изменяется, меняют только частоту.

На выходе устройства напряжение представлено в виде пульсаций, соответственно оно не годится для питания потребителя. Перед подачей питания на нагрузку потребителя, его нужно выровнять. Для этого на выходе импульсных стабилизаторов монтируют выравнивающие емкостные фильтры. Они бывают многозвенчатыми, Г-образными и другими.

Средняя величина напряжения, поданная на нагрузку, вычисляется по формуле:

• Ти – продолжительность периода.
• tи – продолжительность импульса.
• Rн – значение сопротивления потребителя, Ом.
• I(t) – значение тока, проходящего по нагрузке, ампер.

Ток может перестать протекать по фильтру к началу следующего импульса, в зависимости от индуктивности. В этом случае идет речь о режиме действия с переменным током. Ток также может дальше протекать, тогда имеют ввиду функционирование с постоянным током.

При повышенной чувствительности нагрузки к импульсам питания, выполняют режим постоянного тока, не смотря со значительными потерями в обмотке дросселя и проводах. Если размер импульсов на выходе прибора незначителен, то рекомендуется функционирование при переменном токе.

Принцип работы

В общем виде импульсный стабилизатор включает в себя импульсный преобразователь с устройством регулировки, генератор, выравнивающий фильтр, снижающий импульсы напряжения на выходе, сравнивающее устройство, подающее сигнал разности входного и выходного напряжения.

Схема основных частей стабилизатора напряжения показана на рисунке.

Напряжение на выходе прибора поступает на сравнивающее устройство с базовым напряжением. В результате получают пропорциональный сигнал. Его подают на генератор, предварительно усилив его.

При регулировании в генераторе разностный аналоговый сигнал модифицируют в пульсации с постоянной частотой и переменной продолжительностью. При регулировании частотно-импульсном продолжительность импульсов имеет постоянное значение. Она меняет частоту импульсов генератора в зависимости от свойств сигнала.

Образованные генератором управляющие импульсы проходят на элементы преобразователя. Транзистор регулировки действует в режиме ключа. Изменяя частоту или интервал импульсов генератора, есть возможность менять нагрузочное напряжение. Преобразователь модифицирует значение напряжения на выходе в зависимости от свойств управляющих импульсов. По теории в приборах с частотной и широтной регулировкой импульсы напряжения на потребителе могут отсутствовать.

При релейном принципе действия сигнал, который управляется стабилизатором, образуется с помощью триггера. При поступлении постоянного напряжения в прибор транзистор, работающий в качестве ключа, открыт, и повышает напряжение на выходе. сравнивающее устройство определяет сигнал разности, который достигнув некоторого верхнего предела, поменяет состояние триггера, и произойдет коммутация регулирующего транзистора на отсечку.

Напряжение на выходе станет уменьшаться. При падении напряжения до нижнего предела сравнивающее устройство определяет сигнал разности, переключающий снова триггер, и транзистор опять войдет в насыщение. Разность потенциалов на нагрузке прибора станет повышаться. Следовательно, при релейном виде стабилизации напряжение на выходе повышается, тем самым выравнивается. Предел срабатывания триггера настраивают с помощью корректировки амплитуды значения напряжения на сравнивающем устройстве.

Стабилизаторы релейного типа имеют повышенную скорость реакции, в отличие от приборов с частотным и широтным регулированием. Это является их преимуществом. В теории при релейном виде стабилизации на выходе прибора всегда будут импульсы. Это является их недостатком.

Повышающий стабилизатор

Импульсные повышающие стабилизаторы применяют вместе с нагрузками, разность потенциалов которых выше, чем напряжение на входе приборов. В стабилизаторе нет гальванической изоляции сети питания и нагрузки. Импортные повышающие стабилизаторы называются boost converter. Основные части такого прибора:

Транзистор вступает в насыщение, и ток проходит по цепи от положительного полюса по накопительному дросселю, транзистору. При этом накапливается энергия в магнитном поле дросселя. Нагрузочный ток может создать только разряд емкости С1.

Отключим выключающее напряжение с транзистора. При этом он вступит в положение отсечки, а следовательно на дросселе появится ЭДС самоиндукции. Оно будет коммутировано последовательно с напряжением входа, и подключено по диоду к потребителю. Ток пойдет по цепи от положительного полюса к дросселю, по диоду и нагрузке.

В этот момент магнитное поле индуктивного дросселя выдает энергию, а емкость С1 резервирует энергию для поддержки напряжения на потребителе после вхождения транзистора в режим насыщения. Дроссель является для резерва энергии и не работает в фильтре питания. При повторной подаче напряжения на транзистор, он откроется, и весь процесс пойдет заново.

Стабилизаторы с триггером Шмитта

Такой вид импульсного устройства имеет свои особенности наименьшим набором компонентов. Основную роль в конструкции играет триггер. В его состав входит компаратор. Основной задачей компаратора является сравнивание величины выходной разности потенциалов с наибольшим допустимым.

Принцип действия аппарата с триггером Шмитта состоит в том, что при увеличении наибольшего напряжения осуществляется коммутация триггера в позицию ноля с размыканием электронного ключа. В одно время разряжается дроссель. Когда напряжение доходит до наименьшего значения, то выполняется коммутация на единицу. Это обеспечивает замыкание ключа и прохождение тока на интергратор.

Такие приборы имеют отличия своей упрощенной схемой, но использовать их можно в особых случаях, так как импульсные стабилизаторы бывают только повышающими и понижающими.

Понижающий стабилизатор

Стабилизаторы импульсного типа, функционирующие с понижением напряжения, являются компактными и мощными приборами питания электрическим током. При этом они имеют низкую чувствительность к наводкам потребителя постоянным напряжением одного значения. Гальваническая изоляция выхода и входа в понижающих устройствах отсутствует. Импортные приборы получили название chopper. Выходное питание в таких устройствах постоянно находится меньше входного напряжения. Схема импульсного стабилизатора понижающего типа изображена на рисунке.

Подключим напряжение для управления истоком и затвором транзистора, который войдет в положение насыщения. По нему будет проходить ток по цепи от положительного полюса по выравнивающему дросселю и нагрузке. В прямом направлении ток по диоду не протекает.

Отключим управляющее напряжение, которое выключает ключевой транзистор. После этого он будет находиться в положении отсечки. ЭДС индукции выравнивающего дросселя будет преграждать путь для изменения тока, который пойдет по цепи через нагрузку от дросселя, по общему проводнику, диод, и опять придет на дроссель. Емкость С1 будет разряжаться и будет удерживать напряжение на выходе.

При подаче отпирающей разницы потенциалов между истоком и затвором транзистора, он перейдет в режим насыщения и вся цепочка вновь повторится.

Инвертирующий стабилизатор

Импульсные стабилизаторы инвертирующего типа используют для подключения потребителей с постоянным напряжением, полюсность которого имеет противоположное направление полюсности разности потенциалов на выходе устройства. Его значение  может быть выше сети питания, и ниже сети, в зависимости от настройки стабилизатора. Гальваническая изоляция сети питания и нагрузки отсутствует. Импортные приборы инвертирующего типа называются buck-boost converter. На выходе таких приборов напряжение всегда ниже.

Подключим управляющую разность потенциалов, которое откроет транзистор между истоком и затвором. Он откроется, и ток пойдет по цепи от плюса по транзистору, дросселю к минусу. При таком процессе дроссель резервирует энергию с помощью своего магнитного поля. Отключим разность потенциалов управления от ключа на транзисторе, он закроется. Ток пойдет от дросселя по нагрузке, диоду, и возвратится в первоначальное положение. Резервная энергия на конденсаторе и магнитном поле будет расходоваться для нагрузки. Снова подадим питание на транзистор к истоку и затвору. Транзистор опять станет насыщаться и процесс повторится.

Преимущества и недостатки

Как и все приборы, модульный импульсный стабилизатор не идеален. Поэтому ему присущи минусы и плюсы. Разберем основные из преимуществ:

• Простое достижение выравнивания.
• Плавное подключение.
• Компактные размеры.
• Устойчивость выходного напряжения.
• Широкий интервал стабилизации.
• Повышенный КПД.

Недостатки прибора:

• Сложная конструкция.
• Много специфических компонентов, снижающих надежность устройства.
• Необходимость в использовании компенсирующих устройств мощности.
• Сложность работ по ремонту.
• Образование большого количества помех частоты.

Допустимая частота

Функционирование импульсного стабилизатора возможно при значительной частоте преобразования. Это является основной отличительной чертой от устройств, имеющих трансформатор сети. Увеличение этого параметра дает возможность получить наименьшие габариты.

Для большинства приборов интервал частот будет равен 20-80 килогерц. Но при выборе ШИМ и ключевых приборов необходимо учесть высокие гармоники токов. Верхняя граница параметра ограничена определенными требованиями, которые предъявляются к радиочастотным приборам.

ostabilizatore.ru

Импульсные стабилизаторы напряжения на ИМС LM2576 и LM2596 (1,5-50 В)

Регуляторы серии LM2576 это монолитные интегральные схемы, которые обеспечивают все активные функции понижающего импульсного стабилизатора, поддерживающие максимальный ток 3А в линии нагрузки. Эти устройства доступны в версиях как с фиксированными, так и с изменяемыми выходными напряжениями, требуют минимальное количество внешних компонентов, просты в использовании, работают на частоте встроенного генератора 52 кГц. Полезным бонусом является введённая в LM2576 схема защиты, срабатывающая при превышении тока нагрузки сверх положенных 3А.

Для наших регулируемых целей подойдут микросхемы с маркировкой LM2576ADJ (с максимальным входным напряжением 40 Вольт), либо LM2576HV-ADJ (с максимальным входным напряжением 55 Вольт).

Принципиальная схема регулируемого блока питания взята прямиком из datasheet-а на микросхему. Рис. 1

В сети эта же схема повсеместно гуляет и для устройств, построенных на микросхеме LM2596, работающей с большей частотой встроенного генератора, и, соответственно, с уменьшенными значениями индуктивностей. Это не совсем правильно! У LM2596 схема включения согласно технической документации построена несколько иначе, чем у LM2576. Поэтому будьте бдительны - есть нюансы.

На схеме я умышленно не стал рисовать трансформатор и диодный мост, чтобы не ограничивать выбор радиолюбителя только силовыми низкочастотными трансформаторами. Данный регулируемый стабилизатор с не меньшим успехом можно совокупить и с импульсным источником напряжения, к примеру, таким, как приведён на странице по ссылке   ссылка на страницу.

В качестве L1 производитель рекомендует промышленный дроссель на жёлтом кольце PE-92108 (Рис.2 слева), но не кто не мешает вооружиться и дроссельком отечественного производителя (КИГ), намотанном на цилиндрическом магнитопроводе (Рис.2 справа).

Рис. 2

На мой непредвзятый взгляд купить готовый дроссель проще, чем искать подходящий сердечник для самостоятельной намотки. Однако для желающих самолично вырастить дубраву из жёлудя, вполне подойдут кольца, выдернутые из блока питания ПК, либо AMIDON-овские из карбонильного железа жёлто-белого цвета (материал 26), либо сине-зелёные (материал 52). Главное, чтобы полученное моточное изделие обладало индуктивностью 150мкГн и пропускало токи - не менее 3А. Намоточный провод должен иметь диаметр 1мм.

В качестве иллюстрации к нашей повести приведу пример радиолюбительской реализации регулируемого блока питания на LM2576, позаимствованный с сайта www.komitart.ru (Рис. 3).

Рис. 3

И для кучи пример преобразователя напряжения с сайта http://320volt.com (Рис. 4).

Рис. 4

Что тут скажешь? Отечественный радиолюбитель явно сэкономил на размере кольца, да и количество витков - немного из другой оперы. В буржуйском варианте всё отлично! Особенно порадовала обширная "земля", которая является хорошим подспорьем, как для овощеводов Якутии, так и для всех тех, кто ведёт суровую борьбу против высокочастотных наводок и помех в устройствах со значительными величинами протекающих импульсных токов.

К сожалению, оба ваятеля проигнорировали выходной фильтр L2-C1 (Рис.1), который производитель микросхемы обозначил как необязательный (опционный) причиндал. А зря!

Если стабилизированный источник планируется использовать для запитывания не только моторов, лампочек и светодиодов, то значение уровня пульсаций выходного напряжения является не менее важным, чем параметр стабильности выходного напряжения. Тут-то и должна вступить в действие опционная LC-цепочка, позволяя снизить величину этих пульсаций в десяток-другой раз.

Теперь, что касается импульсных регулируемых стабилизаторов напряжения на микрсхеме LM2596.

Максимальное входное напряжение для этих микросхем ограничено значением 40В, соответственно максимальное стабилизированное напряжение на выходе составляет величину 37В, максимальный ток нагрузки - 3А. Казалось бы - всё хуже, чем у LM2576HV. И на кой оно нам надо? А тут всё дело в в том, что микросхемы серии LM2596 работают на частоте встроенного генератора не 52, а 150кГц, позволяя использовать компоненты фильтра меньших номиналов, а соответственно, и меньших размеров. Приведём схему включения LM2596 согласно datasheet-а.

Рис. 5

Cin — 470 μF, 50-V, Aluminum Electrolytic Nichicon PL Series Cout — 330 μF, 35-V Aluminum Electrolytic, Nichicon PL Series D1 — 5A, 40V Schottky Rectifier, 1N5825 L1 — 47 μH, R1 — 1 kΩ, 1%

Всё достаточно близко к схеме включения M2576, представленной на Рис.1. И разница в значении R1 1 кОм, против 1,2 кОм, скорее всего ни на что не повлияет. По большому счёту - всё различие только в компенсационном конденсаторе Cff, обеспечивающем, по убеждению производителя, дополнительную стабильность работы устройства. Значение номинала этого конденсатора находится в диапазоне 390pF-33nF в зависимости от выходного напряжения. Если стабилизатор предполагается делать регулируемым, его значение следует выбрать в диапазоне 1-1,5 nF.

При разработке конструктива и печатных плат стабилизаторов на микросхемах LM2576 и LM2596 переменный резистор R2, регулирующий выходное напряжение, следует располагать в непосредственной близости к печатной плате (длина соединительных проводов не должна превышать 3-5 см).

 

vpayaem.ru

Импульсный стабилизатор напряжения, схема — Поделки для авто

Импульсные стабилизаторы напряжения в последнее время становятся достаточно популярными благодаря компактным размерам и сравнительно высокому КПД и  ближайшем будущем они полностью вытеснят старые и добрые аналоговые схемы.Сейчас за пару долларов в Китае можно приобрести готовый модуль DC-DC преобразователя, который обеспечивает регулировку выходного напряжения, имеет возможность ограничивать ток и работает в довольно широком диапазоне входных напряжений.

Наиболее популярная микросхема, на которой строятся такие стабилизаторы — LM2596. Максимальное напряжение до 35 вольт, при токе до 3-х ампер. Работает микросхема в импульсном режиме, нагрев на ней не очень сильный при довольно внушительных нагрузках, компактна и стоит копейки.

Добавлением ОУ можно получить и ограничение выходного тока, скажу больше — стабилизацию тока, иными словами — ток будет держаться на уровне заданного не зависимо от напряжения.Такие модули довольно компактны и можно встроить в любую самодельную конструкцию блока питания и зарядного устройства. Подключив на выход цифровой вольтметр мы будем знать какое напряжение на выходе. .

На самой плате имеются подстроечные резисторы для ограничения выходного тока и регулировки напряжения. Диапазон входного напряжения позволит внедрять такой модуль в автомобиль, напрямую подключив к бортовой сети 12 Вольт. Что это нам даст ?

1. 1) Универсальное зарядное устройство с большим током. Можно заряжать любые смартфоны, планшеты, плееры и прочие проигрыватели, навигаторы и портативные охранные системы, притом к устройству можно подключать скажем 2-3 смартфона одновременно и все они будут одинаково хорошо заряжаться.

2. 2) Подключите устройство скажем к адаптеру ноутбука, выставьте на выходе 14-15 Вольт и смело заряжайте аккумулятор! 3 ампера довольно немалый ток для зарядки автомобильного аккумулятора, правда саму плату преобразователя придется установить на небольшой радиатор.

С полезностью платы однозначно нельзя поспорить, да и стоит копейки (не более 2-3 долларов США). Эту же плату можно изготовить в домашних условиях, при наличии определенных компонентов, правда готовый модуль стоит куда дешевле, чем отдельные компоненты.

Сдвоенный операционный усилитель, на первом элементе оу построен узел ограничения тока, на втором — индикация. Сама микросхема с обвязкой, силовой дроссель, который может быть намотан самостоятельно и пара регуляторов. Схема почти не перегревается при малых токах — но маленький теплоотвод не помешает.

Автор; АКА Касьян

Похожие статьи:

xn----7sbgjfsnhxbk7a.xn--p1ai

Устройство, принцип работы импульсного стабилизатора. Видео.

Из этой статьи вы узнаете о:

1. Принципе работы импульсных стабилизационных приборов
2. Приборе, который использует ШИМ
3. Приборе, который имеет триггер Шмитта
4. Схеме самого стабилизационного устройства
5. Преимуществах
6. А также недостатках
7. Сферах применения
8. Особенностях внешнего вида
9. Самых важных характеристиках импульсных стабилизаторов

Каждый из нас в своей жизни использует большое количество различных электроприборов. Очень большое их число нуждается в низковольтном питании. Другими словами они потребляют электроэнергию, которая не характеризуется напряжением в 220 вольт, а должна иметь от одного до 25-ти вольт.

Конечно, для подачи электроэнергии с таким количеством вольт используются специальные приборы. Однако, проблема возникает не в понижении напряжения, а в соблюдении ее стабильного уровня.

Для этого можно воспользоваться линейными стабилизационными устройствами. Однако такое решение будет очень громоздким удовольствием. Данную задачу идеально выполнит любой импульсный стабилизатор напряжения.

Разобранный импульсный стабилизатор

Если сравнивать импульсные и линейные стабилизационные приборы, то главное их отличие заключается в работе регулирующего элемента. В первом типе приборов этот элемент работает как ключ. Другими словами он находится или в замкнутом, или в разомкнутом состоянии.

Главными элементами импульсных стабилизационных устройств являются регулирующий и интегрирующий элементы. Первый обеспечивает подачу и прерывания подачи электрического тока. Задачей второго является накопление электроэнергии и постепенная ее отдача в нагрузку.

Принцип работы импульсных преобразователей

Принцип работы импульсного стабилизатора

Главный принцип работы заключается в том, что при замыкании регулирующего элемента электроэнергия накапливается в интегрирующем элементе. Это накопление наблюдается повышением напряжения. После того, когда регулирующий элемент отключается, т.е. размыкает линию подачи электричества, интегрирующий компонент отдает электричество, постепенно снижая величину напряжения. Благодаря такому способу работы импульсное стабилизационное устройство не тратит большого количества энергии и может иметь небольшие габариты.

Регулирующий элемент может представлять собой тиристор, биполярный транзитор или полевой транзистор. В качестве интегрирующих элементов могут использоваться дроссели, аккумуляторы или конденсаторы.

Заметим, что импульсные стабилизационные устройства могут работать двумя различными способами. Первый предполагает использование широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Второй - триггера Шмитта. Как ШИМ, так и триггер Шмитта используются для управления ключами стабилизационного устройства.

Стабилизатор с использованием ШИМ

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, который работает на основе ШИМ, кроме ключа и интегратора в своем составе имеет:

1. генератор;
2. операционный усилитель;
3. модулятор

Работа ключа напрямую зависит от уровня напряжения на входе и скважности импульсов. Влияние на последнюю характеристику осуществляют частота генератора и емкость интегратора. Когда ключ размыкается, начинается процесс отдачи электричества из интегратора в нагрузку.

Принципиальная схема стабилизатора ШИМ

При этом операционный усилитель сравнивает уровни выходного напряжения и напряжения сравнения, определяет разницу и передает необходимую величину усиления на модулятор. Этот модулятор осуществляет преобразование импульсов, которые выдает генератор, на прямоугольные импульсы.

Конечные импульсы характеризуются таким же отклонением скважности, которое пропорционально разности выходного напряжения и напряжения сравнения. Именно эти импульсы и определяют поведение ключа.

То есть при определенной скважности ключ может замыкаться, или размыкаться. Получается, что главную роль в этих стабилизаторах играют импульсы. Собственно от этого и пошло название этих устройств.

Преобразователь с триггером Шмитта

В тех импульсных стабилизационных приборах, которые используют триггер Шмитта, уже нет такого большого количества компонентов, как в предыдущем типе устройства. Здесь главным элементом является триггер Шмитта, в состав которого входит компаратор. Задачей компаратора является сравнение уровня напряжения на выходе и максимально допустимого ее уровня.

Стабилизатор с триггером Шмитта

Когда напряжение на выходе превысило свой максимальный уровень, триггер переключается в нулевую позицию и приводит к размыканию ключа. В это время дроссель или конденсатор разряжаются. Конечно, за характеристиками электрического тока постоянно следит вышеупомянутый компаратор.

И тогда, когда напряжение падает ниже требуемого уровня, фаза «0» меняется на фазу «1». Далее ключ замыкается, и электрический ток поступает в интегратор.

Преимуществом такого импульсного стабилизатора напряжения является то, что его схема и конструкция являются достаточно простыми. Однако он не может применяться во всех случаях.

Стоит отметить, что импульсные стабилизационные устройства могут работать только в отдельных направлениях. Здесь имеется в виду, что они могут быть как сугубо понижающими, так и сугубо повышающими. Также выделяют еще два типа таких приборов, а именно инвертирующий и устройство, которые могут произвольно изменять напряжение.

Схема снижающего импульсного стабилизационного прибора

В дальнейшем рассмотрим схему снижающего импульсного стабилизационного прибора. Он состоит из:

1. Регулирующего транзистора или любого другого типа ключа.
2. Катушки индуктивности.
3. Конденсатора.
4. Диода.
5. Нагрузки.
6. Устройства управления.

Узел, в котором будет накапливаться запас электроэнергии, состоит из самой катушки (дросселя) и конденсатора.

В то время, когда ключ (в нашем случае транзистор) подключен, ток движется к катушке и конденсатору. Диод находится в закрытом состоянии. То есть он не может пропускать ток.

За исходной энергией следит устройство управления, которое в нужный момент отключает ключ, то есть переводит его в состояние отсечки. Когда ключ находится в этом состоянии, происходит уменьшение тока, который проходит через дроссель.

Снижающий импульсный стабилизатор

При этом в дросселе меняется направление напряжения и результате ток получает напряжение, величина которого является разницей между электродвижущей силой самоиндукции катушки и количеством вольт на входе. В это время открывается диод и дроссель через него подает ток в нагрузку.

Когда запас электроэнергии исчерпывается, то происходит подключение ключа, закрытия диода и зарядка дросселя. То есть все повторяется.Повышающий импульсный стабилизатор напряжения работает подобным образом, как и понижающий. Аналогичным алгоритмом работы характеризуется и инвертирующий стабилизационный прибор. Конечно, его работа имеет свои отличия.

Главное отличие импульсного повышающего устройства заключается в том, то в нем входное напряжение и напряжение катушки имеют одно и тот же направление. В результате они суммируются. В импульсном стабилизаторе сначала размещается дроссель, затем транзистор и диод.

В инвертирующем стабилизационном устройстве направление ЭДС самоиндукции катушки является таковым, как и в понижающем. В то время, когда подключается ключ и закрывается диод, питание обеспечивает конденсатор. Любой из таких приборов можно собрать собственноручно.

Полезный совет: вместо диодов можно использовать и ключи (тиристорные или транзисторные). Однако они должны выполнять операции, которые являются противоположными основном ключу. Другими словами, когда основной ключ закрывается, то ключ вместо диода должен открываться. И наоборот.

Выходя из вышеопределенного строения стабилизаторов напряжения с импульсным регулированием, можно определить те особенности, которые относятся к преимуществам, а которые к недостаткам.

Преимущества

Преимуществами этих устройств являются:

1. Достаточно легкое достижение такой стабилизации, которая характеризуется очень высоким коэффициентом.
2. КПД высокого уровня. Благодаря тому, что транзистор работает в алгоритме ключа, происходит малое рассеивание мощности. Это рассеяние значительно меньше, чем в линейных стабилизационных устройствах.
3. Возможность выравнивания напряжения, которое на входе может колебаться в очень большом диапазоне. Если ток является постоянным, то этот диапазон может составлять от одного до 75-ти вольт. Если же ток является переменный, то этот диапазон может колебаться в пределах 90-260 вольт.
4. Отсутствие чувствительности к частоте напряжения на входе и к качеству электропитания.
5. Конечные параметры на выходе являются достаточно устойчивыми даже при условии, если происходят очень большие изменения в токе.
6. Пульсация напряжения, которое выходит из импульсного устройства, всегда находится в пределах миливольтового диапазона и не зависит от того, какую мощность имеют подключенные электроприборы или их элементы.
7. Стабилизатор включается всегда мягко. Это означает, что на выходе ток не характеризуется прыжками. Хотя надо отметить, при первом включении выброс тока является высоким. Однако для нивелирования этого явления применяются термисторы, которые имеют отрицательный ТКС.
8. Малые величины массы и размеров.

Недостатки

1. Если же говорить о недостатках этих стабилизационных приборов, то они кроются в сложности устройства. Из-за большого количества различных компонентов, которые могут выйти из строя довольно быстро, и специфического способа работы прибор не может похвастаться высоким уровнем надежности.
2. Он постоянно сталкивается с высоким напряжением. Во время работы часто происходят переключения и наблюдаются сложные температурные условия для кристалла диода. Это однозначно влияет на пригодность к выпрямлению тока.
3. Частое переключение коммутирующих ключей создает частотные помехи. Их число очень велико и это является негативным фактором.

Полезный совет: для устранения этого недостатка нужно воспользоваться специальными фильтрами.

1. Их устанавливают как на входе, так и на выходе.В том случае, когда нужно сделать ремонт, то он также сопровождается сложностями. Здесь стоит отметить, что неспециалист поломку устранить не сможет.
2. Ремонтные работы может осуществить тот, кто хорошо разбирается в таких преобразователях тока и имеет необходимое количество навыков. Иными словами, если такой прибор сгорел и его пользователь не имеет никаких знаний об особенностях прибора, то лучше отнести на ремонт в специализированные компании.
3. Также для неспециалистов сложно настраивать импульсные стабилизаторы напряжения, в которые может входить 12 вольт или иное количество вольт.
4. В том случае, если выйдет из строя тиристор или любой другой ключ, могут возникнуть очень сложные последствия на выходе.
5. К минусам относится и потребность в использовании приборов, которые будут компенсировать коэффициент мощности. Также некоторые специалисты отмечают, что такие стабилизационные устройства стоят дорого и не могут похвастаться большим количеством моделей.

Сферы применения

Но, несмотря на это, такие стабилизаторы могут применяться в очень многих сферах. Однако наиболее употребляются они в радионавигационном оборудовании и электронике.

Кроме этого, их часто применяют для телевизоров с жидкокристаллическим дисплеем и жидкокристаллических мониторов, источников питания цифровых систем, а также для промышленного оборудования, которое нуждается в токе с низким количеством вольт.

Полезный совет: часто импульсные стабилизационные устройства используют в сетях с переменным током. Сами устройства превращают такой ток в постоянный и в том случае, если нужно подключить пользователей, нуждающихся в переменном токе, то на входе нужно подключить фильтр сглаживания и выпрямитель.

Стоит отметить, что любой низковольтный прибор требует использования таких стабилизаторов. Также их можно использовать для непосредственной подзарядки различных аккумуляторов и питания мощных светодиодов.

Внешний вид

Как уже отмечалось выше, преобразователи тока импульсного типа характеризуются небольшими размерами. В зависимости от того, на какой диапазон входных вольт они рассчитаны, зависит их размер и внешний вид.

Если они предназначены для работы с очень малой величиной входного напряжения, то они могут представлять собой малую пластмассовую коробку, от которой отходит определенное количество проводов.

Стабилизаторы, рассчитанные на большое количество входных вольт, представляют собой микросхему, в которой находятся все провода и к которой подключаются все компоненты. О них вы уже узнали.

Внешний вид этих стабилизационных устройств также зависит и от функционального назначения. Если они обеспечивают выход регулируемого (переменного) напряжения, то резиторный делитель размещают вне интегральной схемы. В том случае, если из прибора будет выходить фиксированное количество вольт, то этот делитель уже находится в самой микросхеме.

Важные характеристики

При подборе импульсного стабилизатора напряжения, который может выдавать постоянные 5в или иное количество вольт, обращают внимание на ряд характеристик.

Первой и самой важной характеристикой являются величины минимального и максимального напряжения, которое будет входить в сам стабилизатор. О верхних и нижних границах этой характеристики уже отмечалось.

Вторым важным параметром является наиболее высокий уровень тока на выходе.

Третьей важной характеристикой является номинальный уровень выходного напряжения. Иными словами спектр величин, в рамках которого оно может находиться. Стоит отметить, что многие эксперты утверждают, что максимальное входное и выходное напряжения равны.

Однако в реальности это не так. Причиной этого является то, что входные вольты уменьшаются на ключевом транзисторе. В результате на выходе получается несколько меньшее количество вольт. Равенство может быть только тогда, когда ток нагрузки являются очень малым. То же самое касается и минимальных значений.

Важной характеристикой любого импульсного преобразователя является точность напряжения на выходе.

Полезный совет: на этот показатель следует обращать внимание тогда, когда стабилизационное устройство обеспечивает выход фиксированного количества вольт.

Причиной этого является то, что резистор находится в середине преобразователя и точные его работы определяются в производства. Когда число выходных вольт регулируется пользователем, то регулируется и точность.

Загрузка...

Facebook

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Стабилизатор напряжения должен выдавать 220 Эра STA 3000 справится со всеми электроприборами Для экономии места в квартире можно использовать настенный стабилизатор напряжения Тиристорные стабилизаторы напряжения - лучший выбор от перепадов.

electricadom.com

Импульсные стабилизаторы напряжения | Основы электроакустики

Импульсные ИСН обладают по сравнению с линейными рядом преимуществ. КПД их несравненно выше, так как благодаря использованию ключевого режима работы регулирующего транзистора средняя рассеиваемая на нем мощность оказывается значительно ниже, чем в линейном стабилизаторе. Малые тепловые потери позволяют во многих случаях отказаться от применения теплоотводов или существенно уменьшить их габариты. Кроме того, наряду с обычным режимом понижения входного напряжения, импульсные ИСН могут работать в режиме его повышения и инвертирования.

Рассмотрим принцип действия понижающего, повышающего и инвертирующего стабилизаторов напряжения, упрощенные структурные схемы силовой части которых изображены соответственно на рис. 17.10 а, б, в.

Регулирующий транзистор VT переключается с определенной частотой устройством управления (УУ) из состояния насыщения в состояние отсечки. В узле накопления энергии, содержащим катушку индуктивности L и конденсатор С, импульсы преобразуются в постоянное напряжение, величина которого зависит от скважности и частоты управляющих импульсов, которые, в свою очередь, определяются разностью между опорным и фактическим выходным напряжением. Управляющие импульсы переменной скважности формируются в УУ специальной схемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Для понижающего стабилизатора, когда VT находится в состоянии насыщения, диод VD закрыт, через катушку L течет линейно возрастающий ток, и в это время происходит накопление энергии и заряд конденсатора С. Когда VT переходит в состояние отсечки, ток через катушку начинает уменьшаться, полярность напряжения на ней изменяется за счет самоиндукции, открывается диод, и катушка становится источником питания нагрузки. Затем процесс повторяется. Работа стабилизатора поясняется временными диаграммами, изображенными на рис.17.11. Постоянная составляющая напряжения на выходе зависит от соотношения времени запертого и открытого состояний транзистора VT, т.е. от скважности импульсов на выходе УУ.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом. Возьмем для примера, что входное напряжение увеличилось. В первый момент выходное напряжение также будет увеличиваться. В этом случае УУ уменьшает длительность импульса, при котором транзистор VT открыт. В этом случае постоянная составляющая выходного напряжения уменьшается, т.е. происходит его стабилизация.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.17.10. Структурная схема понижающего (а), повышающего (б) и инвертирующего (в) импульсных стабилизаторов напряжения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.17.11. Временные диаграммы работы понижающего импульсного стабилизатора напряжения  

Аналогично работают повышающий и инвертирующий стабилизаторы с той разницей, что благодаря другому порядку включения катушки, диода и транзистора в повышающем стабилизаторе выходное напряжение остается суммой входного напряжения и напряжения на катушке, а в инвертирующем – напряжение на катушке, приложенное к выходу стабилизатора через диод, получается отрицательным.

Существуют также импульсные стабилизаторы напряжения, в которых в качестве узла накопления энергии используется импульсный трансформатор. Достоинство таких стабилизаторов, а точнее преобразователей напряжения (они могут быть как повышающими, так понижающими и инвертирующими) – гальваническая развязка между источником входного напряжения и нагрузкой, и возможность получения нескольких выходных напряжений. Принцип работы такого преобразователя, получившего название обратноходового, рассмотрим по упрощенной структурной схеме, изображенной на рис.17.12.

 

 

 

Рис. 17.12. Структурная схема обратноходового импульсного

стабилизатора напряжения

          

Обмотки трансформатора фазированы таким образом, что когда транзистор VT находится в состоянии насыщения и через первичную коллекторную обмотку течет линейно нарастающий ток, полярность напряжения на диоде обратная, и ток через вторичную обмотку не идет. Происходит накопление энергии в трансформаторе. Когда VT переходит в состояние отсечки, полярность напряжения на вторичной обмотке изменяется, открывается диод, и через нагрузку начинает течь ток, который поддерживается зарядом конденсатора С. Нетрудно заметить, что работа обратноходового преобразователя аналогична работе инвертирующего стабилизатора (рис.17.10, в). Импульсный трансформатор может иметь несколько вторичных обмоток с соответствующим образом включенными диодами, и таким образом становится возможным получение двух и более (в том числе разнополярных) выходных напряжений.

Определенным недостатком импульсных стабилизаторов по сравнению с линейными является наличие у них переменной составляющей тока нагрузки, поэтому импульсные ИСН не применяют в аналоговых устройствах со слабыми сигналами, или же используют совместно с линейными стабилизаторами.

Практически все современные импульсные стабилизаторы содержат регулирующий транзистор VT (биполярный или МОП) и устройство управления, а диод, катушка и конденсаторы являются внешними элементами. Типовая структурная схема устройства управления с ШИМ изображена на рис.17.13 и содержит такой же, как и в линейном стабилизаторе ИОН и усилитель ошибки DA1, выход которого подключен к одному из входов компаратора напряжения DA2. 

 

Рис.17.13. Структурная схема устройства управления ИСН

 

На другой вход компаратора подается пилообразное напряжение от специального генератора ГЛИН. В результате на выходе компаратора получаются импульсы переменной скважности, определяемой разностью между опорным напряжением и частью выходного напряжения, подаваемого на усилитель DA1с резистивного делителя R1, R2. Эти импульсы усиливаются буферным усилителем и подаются на базу регулирующего транзистора. Для стабилизаторов с фиксированным выходным напряжением резистивный делитель устанавливается внутри микросхемы, для стабилизаторов с регулируемым выходным напряжением применяют внешний делитель, сопротивления резистора которого определяют величину выходного напряжения. Диод VD должен иметь малое прямое падение напряжения и минимальное время переключения, поэтому обычно используются диоды Шоттки.

В качестве примера реализации на рис.17.14 приведена принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения на ИМС LM2594-5.0. Стабилизатор имеет всего четыре внешних элемента и полностью соответствует типовой схеме понижающего стабилизатора вместе с устройством управления.

 

 

 

Рис.17.14. Принципиальная схема понижающего стабилизатора напряжения

 

 

 

audioakustika.ru

Импульсные стабилизаторы напряжения — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости ➔

Общим недостатком линейных стабилизаторов в случае существенной флюктуации входного напряжения является низкий КПД и повышенное тепловыделение. Мощные линейные стабилизаторы, обеспечивающие ток нагрузки от нескольких ампер и более, обладают большими массой и габаритами. Для существенной компенсации указанных недостатков применяют импульсные стабилизаторы.

Импульсным стабилизатором напряжения называют устройство, которое поддерживает неизменным напряжение на нагрузке за счет регулирования компонентом, работающим в ключевом режиме. Импульсные стабилизаторы, как и линейные, бывают параллельного и последовательного типов. В качестве ключевого компонента чаще всего используют транзисторы.

Поскольку рабочая точка регулирующего прибора почти все время находится в области насыщения или отсечки, минуя активную область, в транзисторе рассевается мало тепла, а значит, КПД импульсного стабилизатора высок.

Стабилизация реализована путем изменения длительности импульсов или управления частотой их следования. Соответственно, различают широтно-импульсное (ШИ) или частотно-импульсное (ЧИ) регулирование. Иногда импульсные стабилизаторы работают в смешанном широтно-частотно-импульсном режиме (ЧШИ).

В стабилизаторах с ШИ-регулированием частота следования импульсов постоянна, а длительность импульсов непостоянна. В стабилизаторах с ЧИ-регулированием длительность импульсов неизменна, а варьируют частоту.

После регулирующего прибора напряжение имеет импульсную форму, а значит непригодно для непосредственного питания нагрузки. Прежде чем подать напряжение на нагрузку, его необходимо сгладить, для чего на выходе всех импульсных стабилизаторов устанавливают сглаживающие индуктивно-емкостные фильтры. Фильтры могут быть многозвенными, П-образными, Г-образными и других видов.

Усредненное напряжение, приложенное к нагрузке, можно найти по формуле:где Ти —длительность периода, с;

tи — длительность импульса, с;

Rн — сопротивление нагрузки, Ом;

I(t) — величина тока, протекающего через нагрузку, А.

В зависимости от индуктивности сглаживающего дросселя ток через LС-фильтр может перестать течь к началу очередного импульса (тогда говорят о режиме работы с разрывным током) или продолжать течь, и в этом случае подразумевают режим работы с неразрывным током.

Если нагрузка требовательна к пульсациям напряжения, то предпочитают режим неразрывных токов, мирясь с обычно большими затратами провода обмотки дросселя. Если величина пульсации выходного напряжения несущественна, то целесообразна работа в режиме разрывных токов.

Принцип действия импульсных стабилизаторов напряжения

В общем случае импульсный стабилизатор состоит из импульсного преобразователя, содержащего регулирующий прибор; задающего генератора, управляющего преобразователем; сглаживающего фильтра, уменьшающего пульсации выходного напряжения, и устройства сравнения, вырабатывающего разностный сигнал между выходным и опорным напряжениями.

Соединение основных блоков отражено на структурной схеме импульсного стабилизатора напряжения, показанной на рис. 1.

Рис.1. Импульсный стабилизатор напряжения

Выходное напряжение стабилизатора подают на устройство сравнения с образцовым напряжением и на выходе устройства получают сигнал, пропорциональный разности этих напряжений. Разностный сигнал сразу же подают на задающий генератор или вначале увеличивают его усилителем постоянного тока.

При ШИ-регулировании в задающем генераторе аналоговый разностный сигнал преобразуют в импульсы с фиксированной частотой и изменяемой длительностью, а при ЧИ-регулировании длительность импульсов постоянна, а в зависимости от параметров сигнала изменяют частоту генерируемых импульсов.

Выработанные задающим генератором импульсы управления поступают на компоненты преобразователя, регулирующий транзистор которого работает в ключевом режиме. Варьируя частоту или ширину импульсов генератора, можно изменять напряжение на нагрузке. В зависимости от параметров импульсов управления, преобразователь корректирует величину выходного напряжения, стабилизируя его. Теоретически в стабилизаторах с ШИ- и ЧИ-регулированием пульсации напряжения на нагрузке могут полностью отсутствовать.

При релейной стабилизации сигнал, управляющий преобразователем напряжения, вырабатывается триггером. При подаче постоянного напряжения на вход стабилизатора ключевой транзистор преобразователя открыт, и возрастает выходное напряжение. Устройство сравнения вырабатывает разностный сигнал, который, достигая определенного верхнего порога, изменит состояние триггера, и он переключит регулирующий транзистор в состояние отсечки. Выходное напряжение стабилизатора начнет снижаться. При достижении нижнего порога устройство сравнения вырабатывает разностный сигнал, который вновь переключит триггер, и регулирующий транзистор войдет в состояние насыщения. Напряжение на нагрузке стабилизатора начнет возрастать. Таким образом, при релейной стабилизации выходное напряжение постоянно флюктуирует, и его среднее значение соответствует номинальному напряжению. Порог срабатывания триггера устанавливают корректировкой амплитуды напряжения на выходе устройства сравнения.

Релейные стабилизаторы обладают более высоким быстродействием по сравнению со стабилизаторами с ШИ- и ЧИ-регулированием, что является достоинством. Теоретически при релейной стабилизации всегда в выходном напряжении будут присутствовать пульсации, что относят к недостаткам.

Повышающий стабилизатор

Повышающие импульсные стабилизаторы используют совместно с нагрузками, напряжение питания которых больше, чем входное напряжение стабилизаторов. Гальванической развязки нагрузки и питающей сети нет. За рубежом повышающие стабилизаторы носят название "boost converter". Рассмотрим рис. 2, на котором изображены основные компоненты такого стабилизатора.

Рис.2. Повышающий стабилизатор

Приложим отпирающее транзистор VT1 напряжение управления между затвором и истоком. Транзистор входит в состояние насыщения, и ток течет по цепи от +Ubx, через накопительный дроссель L1, открытый транзистор VT1, -Ubx. При этом в магнитном поле дросселя L1 накапливается энергия. Ток через нагрузку может обеспечить только разряд конденсатора С1.

Снимем отпирающее напряжение управления с транзистора VT1. Транзистор перейдет в состояние отсечки, на выводах дросселя L1 возникнет напряжение ЭДС самоиндукции, причем оно будет включено последовательно с входным направлением и приложено через диод VD1 к нагрузке. Ток потечет по цепи +Ubx, дроссель L1, диод VD1, нагрузка, -Ubx. В это время магнитное поле дросселя L1 отдает энергию, а конденсатор С1 энергию запасает для поддержания напряжения на нагрузке после того, как транзистор VT1 войдет в насыщение. Дроссель L1 служит только для запасания энергии и не участвует в фильтрации напряжения.

Снова подадим отпирающее напряжение на транзистор VT1, который откроется, и рассмотренный процесс повторится сначала.

Понижающий стабилизатор

Понижающие импульсные стабилизаторы — это мощные и, в то же время, компактные устройства электропитания нечувствительной к наводкам нагрузки постоянным напряжением неизменной величины. Гальваническая развязка между входом и выходом в понижающих импульсных стабилизаторах отсутствует. За рубежом понижающие стабилизаторы называют "chopper". Выходное напряжение в таких стабилизаторах всегда ниже входного. Включение важнейших компонентов понижающего импульсного стабилизатора показано на рис. 3.

Рис.3. Понижающий стабилизатор

Приложим напряжение управления между затвором и истоком транзистора VT1. Транзистор войдет в состояние насыщения, и потечет ток по цепи от +Uвх, через сглаживающий дроссель L1, нагрузку, -Uвх. Ток в прямом направлении через диод VD1 не протекает.

Уберем напряжение управления, отпирающее ключевой транзистор, и он войдет в состояние отсечки. ЭДС самоиндукции сглаживающего дросселя L1 будет препятствовать изменению тока. Ток потечет по цепи от дросселя L1, через нагрузку, общий провод, диод VD1, и вернется в дроссель. Конденсатор С1 разряжается и при этом поддерживает выходное напряжение.

Подадим отпирающее напряжение между затвором и истоком ключевого транзистора VT1. Транзистор перейдет в насыщение, и процесс повторится сначала.

Инвертирующий стабилизатор

Инвертирующие импульсные стабилизаторы применяют для питания нагрузок фиксированным напряжением, полярность которого противоположна полярности входного напряжения. Величина выходного напряжения инвертирующего стабилизатора может быть как больше напряжения питающей сети, так и меньше в зависимости от того, как стабилизатор отрегулирован. Гальваническая развязка питающей сети и нагрузки отсутствует. В иностранной литературе инвертирующие импульсные стабилизаторы называют "buck-boost converter". Выходное напряжение в таких стабилизаторах всегда ниже входного.

Включение основных компонентов инвертирующего стабилизатора изображено на рис. 4.

Рис.4. Инвертирующий стабилизатор

Приложим напряжение управления, отпирающее транзистор VТ1, между его затвором и истоком. Транзистор открывается, и ток течет по цепи от +Uвх, открытый транзистор VТ1, дроссель L1, -Uвх. В это время магнитное поле дросселя L1 запасает энергию.

Уберем напряжение управления затвор-исток с ключевого транзистора VТ1, который от этого закроется. Ток потечет по цепи от дросселя L1, через нагрузку, диод и снова вернется в дроссель L1. Энергия, запасенная в конденсаторе С1 и в магнитном поле дросселя L1, в это время расходуется на питание нагрузки.

Опять подадим отпирающее транзистор VТ1 напряжение управления между затвором и истоком. Транзистор войдет в насыщение, и цикл повторится.

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Импульсные стабилизаторы напряжения построение и схемотехника

Благодаря высокому КПД импульсные стабилизаторы напря­жения получают в последнее время все более широкое распростра­нение, хотя они, как правило, сложнее и содержат большее число элементов. Поскольку в тепловую энергию преобразуется лишь ма­лая доля подводимой к импульсному стабилизатору энергии, его выходнью транзисторы меньше нагреваются, следовательно, за счет снижения площади теплоотводов снижаются масса и размеры устройства.

Ощутимым недостатком импульсных стабилизаторов явля­ется наличие на выходе вьюокочастотных пульсаций, что заметно сужает область их практического использования — чаще всего импульсные стабилизаторы используют для питания устройств на цифровых микросхемах.

Стабилизатор с выходным напряжением, меньшим входно­го, можно собрать на трех транзисторах (рис. 6.1), два из которых (VT1, VT2) образуют ключевой регулирующий элемент, а третий (VT3) является усилителем сигнала рассогласования [6.1].

Рис. 6.1. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД 84%

Устройство работает в автоколебательном режиме. Напря­жение положительной обратной связи с коллектора составного транзистора VT1 через конденсатор С2 поступает в цепь базы транзистора VT2.

Элементом сравнения и усилителем сигнала рассогласова­ния является каскад на транзисторе VT3. Его эмиттер подключен к источнику опорного напряжения — стабилитрону VD2, а база — к делителю выходного напряжения R5 — R7.

В импульсных стабилизаторах регулирующий элемент ра­ботает в ключевом режиме, поэтому выходное напряжение регулируется изменением скважности работы ключа. Включени­ем/выключением транзистора VT1 по сигналу транзистора VT3 управляет транзистор VT2. В моменты, когда транзистор VT1 от­крыт, в дросселе L1, благодаря протеканию тока нагрузки, запа­сается электромагнитная энергия. После закрывания транзистора запасенная энергия через диод VD1 отдается в нагрузку. Пульса­ции выходного напряжения стабилизатора сглаживаются фильт­ром L1, СЗ.

Характеристики стабилизатора целиком определяются свой­ствами транзистора VT1 и диода VD1, бьютродействие которых должно быть максимальным. При входном напряжении 24 В, вы­ходном — 15 Б и токе нагрузки 1 А измеренное значение КПД было равно 84%.

Дроссель L1 имеет 100 витков провода диаметром 0,63 мм на кольце К26х16х12 из феррита с магнитной проницаемостью 100. Его индуктивность при токе подмагничивания 1 А — око­ло 1 мГн.

Схема простого импульсного стабилизатора показана на рис. 6.2 [6.2]. Дроссели L1 и L2 намотаны на пластмассовых кар­касах, помещенных в броневые магнитопроводы Б22 из феррита М2000НМ. Дроссель L1 содержит 18 витков жгута из 7 проводов ПЭВ-1 0,35. Между чашками его магнитопровода вложена про­кладка толщиной 0,8 мм. Активное сопротивление обмотки дрос­селя L1 27 мОм. Дроссель L2 имеет 9 витков жгута из 10 проводов ПЭВ-1 0,35. Зазор между его чашками — 0,2 мм, актив­ное сопротивление обмотки — 13 мОм. Прокладки можно изгото­вить из жесткого теплостойкого материала — текстолита, слюды, электрокартона. Винт, скрепляющий чашки магнитопровода, дол­жен быть из немагнитного материала.

Для налаживания стабилизатора к его выходу подключают нагрузку сопротивлением 5…7 Ом и мощностью 10 Вт. Подбором резистора R7 устанавливают номинальное выходное напряжение, затем увеличивают ток нагрузки до 3 /4 и, подбирая величину кон­денсатора С4, устанавливают такую частоту генерации (примерно

Рис. 6.2. Схема простого ключевого стабилизатора напряжения с КПД 60%

18…20 кГц), при которой высокочастотные выбросы напряжения на конденсаторе СЗ минимальны.

Выходное напряжение стабилизатора можно довести до 8… 10 Б, увеличив величину резистора R7 и установив новое зна­чение рабочей частоты. При этом мощность, рассеиваемая на транзисторе VT3, также увеличится.

В схемах импульсных стабилизаторов желательно ис­пользовать электролитические конденсаторы К52-1. Необходи­мую величину емкости получают параллельным включением конденсаторов.

Основные технические характеристики:

Входное напряжение, Б— 15…25. Выходное напряжение, Б — 5. Максимальный ток нагрузки, А — 4.

Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки 4 А во всем диапазоне входных напряжений, мБ, не более — 50.

КПД, %, не ниже — 60.

Рабочая частота при входном напряжении 20 Б и токе нагрузки 3 А, кГц —-20.

В сравнении с предыдущим вариантом импульсного стаби­лизатора [6.2] в новой ^конструкции А. А. Миронова (рис. 6.3) усовершенствованы и улучшены такие его характеристики, как КПД, стабильность выходного напряжения, длительность и ха­рактер переходного процесса при воздействии импульсной на­грузки [6.3].

Рис. 6.3. Схема импульсного стабилизатора напряжения

Оказалось, что при работе прототипа (рис. 6.2) возникает так называемый сквозной ток через составной ключевой транзи­стор. Этот ток появляется в те моменты, когда по сигналу узла сравнения ключевой транзистор открывается, а коммутирующий диод еще не успел закрыться. Наличие такого тока вызывает дополнительнью потери на нагревание транзистора и диода и уменьшает КПД устройства.

Еще один недостаток — значительная пульсация выходного напряжения при токе нагрузки, близком к предельному. Для борьбы с пульсациями в стабилизатор (рис. 6.2) был введен до­полнительный выходной LC-фильтр (L2, 05). Уменьшить неста­бильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки можно только уменьшением активного сопротивления дросселя L2. Улучшение динамики переходного процесса (в частности, уменьшение его длительности) связано с необходимостью умень­шения индуктивности дросселя, но при этом неизбежно увеличит­ся пульсация выходного напряжения.

Поэтому оказалось целесообразным исключить этот выход­ной фильтр, а емкость конденсатора 02 увеличить в 5… 10 раз (па­раллельным соединением нескольких конденсаторов в батарею)..

Цепь R2, 02 в исходном стабилизаторе (рис. 6.2) практиче­ски не изменяет длительности спада выходного тока, поэтому ее можно удалить (замкнуть резистор R2), а сопротивление резисто­ра R3 увеличить до 820 Ом. Но тогда при увеличении входного напряжения с 15 Б до 25 Б ток, протекающий через резистор R3 (в исходном устройстве), будет увеличиваться в 1,7 раза, а мощ­ность рассеивания — в 3 раза (до 0,7 Вт). Подключением нижне­го по схеме вывода резистора R3 (на схеме доработанного стабилизатора это резистор R2) к плюсовому выводу конденсато­ра С2 этот эффект можно ослабить, но при этом сопротивление R2 (рис. 6.3) должно быть уменьшено до 620 Ом.

Один из эффективных путей борьбы со сквозным током — увеличение времени нарастания тока через открывшийся ключе­вой транзистор. Тогда при полном открывании транзистора ток через диод VD1 уменьшится почти до нуля. Этого можно достиг­нуть, если форма тока через ключевой транзистор будет близка к треугольной. Как показывает расчет, для получения такой формы тока индуктивность накопительного дросселя L1 не должна пре­вышать 30 мкГч.

Еще один путь — применение более быстродействующего коммутирующего диода VD1, например, КД219Б (с барьером Шотки). У таких диодов выше бьютродействие и меньше падение напряжения при одном и том же значении прямого тока по сравне­нию с обычными кремниевыми высокочастотными диодами. Кон­денсатор 02 типа К52-1.

Улучшение параметров устройства может быть получено и при изменении режима работы ключевого транзистора. Особен­ность работы мощного транзистора VT3 в исходном и улучшен­ном стабилизаторах состоит в том, что он работает в активном режиме, а не в насыщенном, и поэтому имеет вьюокое значение коэффициента передачи тока и бьютро закрывается. Однако из-за повышенного напряжения на нем в открытом состоянии рас­сеиваемая мощность в 1,5…2 раза превышает минимально дос­тижимое значение.

Уменьшить напряжение на ключевом транзисторе можно подачей положительного (относительно плюсового провода пита­ния) напряжения смещения на эмиттер транзистора VT2 (см. рис. 6.3). Необходимую величину напряжения смещения подби­рают при налаживании стабилизатора. Если он питается от вы­прямителя, подключенного к сетевому трансформатору, то для получения напряжения смещения можно предусмотреть отдель­ную обмотку на трансформаторе. Однако при этом напряжение смещения будет изменяться вместе с сетевым.

Для получения стабильного напряжения смещения стаби­лизатор надо доработать (рис. 6.4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке I определяется из выражения: U1=UBb,x+UvDi- Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незна­чительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабильно. После выпрямле­ния его подают на эмиттер транзистора VT2 (и VT1).

Рис. 6.4. Схема модифицированного импульсного стабилизато­ра напряжения

Потери на нагрев снизились в первом варианте доработан­ного стабилизатора на 14,7%, а во втором — на 24,2%, что позво­ляет им работать при токе нагрузки до 4 у4 без установки ключевого транзистора на теплоотвод.

В стабилизаторе варианта 1 (рис. 6.3) дроссель L1 содер­жит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводов ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из фер­рита 2000НМ. Между чашками нужно заложить прокладку из тек­столита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 (рис. 6.4) трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дроссе­ля L1 двух витков провода ПЭВ-1 0,35. Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.

Стабилизатор с широтно-импульсным управлением (рис. 6.5) [6.4] по принципу действия близок к стабилизатору, описанному в [6.2], но, в отличие от него, имеет две цепи обратной связи, соеди­ненные таким образом, что ключевой элемент закрывается при превышении напряжения на нагрузке или увеличении тока, потреб­ляемого нагрузкой.

При подаче питания на вход устройства ток, текущий через резистор R3, открывает ключевой элемент, образованный транзи­сторами VT.1, VT2, в результате чего в цепи транзистор. VT1 — дроссель L1 — нагрузка — резистор R9 возникает ток. Происхо­дит заряд конденсатора С4 и накопление энергии дросселем L1. Если сопротивление нагрузки достаточно большое, то напряже­ние на ней достигает 12 Б, и стабилитрон VD4 открывается. Это приводит к открыванию транзисторов VT5, VT3 и закрыванию ключевого элемента, а благодаря наличию диода VD3 дроссель L1 отдает накопленную энергию нагрузке.

Рис. 6.5. Схема стабилизатора с широтно-импульсным управлением с КПД до 89%

Технические характеристики стабилизатора:

Входное напряжение — 15…25 Б. Выходное напряжение — 12 Б. Номинальный ток загрузки — 1 А.

Пульсации выходного напряжения при токе нагрузки \ А — 0,2 Б. тЦ (при изх=18 Б, 1н=1 А) — 89%.

Потребляемый ток при Ubx=18 Б в режиме замыкания цепи на­грузки — 0,4 у4.

Выходной ток короткого замыкания (при Ubx=18 Б) — 2,5 А.

По мере уменьшения тока через дроссель и разряда конден­сатора С4 напряжение на нагрузке также уменьшится, что приве­дет к закрыванию транзисторов VT5, VT3 и открыванию ключевого элемента. Далее процесс работы стабилизатора повторяется.

Конденсатор СЗ, снижающий частоту колебательного про­цесса, повышает эффективность стабилизатора.

При малом сопротивлении нагрузки колебательный процесс в стабилизаторе происходит иначе. Нарастание тока нагрузки приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R9, от­крыванию транзистора VT4 и закрыванию ключевого элемента. Далее процесс протекает аналогично описанному выше. Диоды VD1 и VD2 способствуют более резкому переходу устройства из режима стабилизации напряжения в режим ограничения тока.

Во всех режимах работы стабилизатора потребляемый им ток меньше тока нагрузки.

Транзистор VT1 следует установить на теплоотводе разме­рами 40×25 мм.

Дроссель L1 представляет собой 20 витков жгута из трех проводов ПЭВ-2 0,47, помещенных в чашечный магнитопровод Б22 из феррита 1500НМЗ. Магнитопровод имеет зазор толщиной 0,5 мм из немагнитного материала.

Стабилизатор несложно перестроить на другое выходное напряжение и ток нагрузки. Выходное напряжение устанавлива­ют выбором типа стабилитрона VD4, а максимальный ток нагруз­ки — пропорциональным изменением сопротивления резистора R9 или подачей на базу транзистора VT4 небольшого тока от от­дельного параметрического стабилизатора через переменный резистор.

Для снижения уровня пульсаций выходного напряжения целесообразно применить LC-фильтр, аналогичный используе­мому в схеме на рис. 6.2.

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.6) состоит из узла запуска (R3, VD1, VT1, VD2), источника опорного напря­жения и устройства сравнения (DD1.1, R1), усилителя постоянно­го тока (VT2, DD1.2, VT5), транзисторного ключа (VT3, VT4), индуктивного накопителя энергии с коммутирующим диодом (VD3, L2) и фильтров — входного (L1, С1, С2) и выходного (С4,

DDI К155ЛАЗ

Рис. 6.6. Схема импульсного стабилизатора напряжения с КПД преобразования 69…72%

Рис. 6.7. Схема импульсного стабилизатора напряжения с малы­ми пульсациями

С5, L3, С6) [6.5]. Частота переключения индуктивного накопите­ля энергии в зависимости от тока нагрузки находится в преде­лах 1,3…48 кГц.

Все катушки индуктивности L1 — L3 одинаковы и намотаны в броневых магнитопроводах Б20 из феррита 2000НМ с зазором между чашками около 0,2 мм. Обмотки содержат по 20 витков жгута из четырех проводов ПЭВ-2 0,41. Можно применить также кольцевые ферритовые магнитопроводы с зазором.

Номинальное выходное напряжение 5 В при изменении входного от 8 до 60 Б и КПД преобразования 69…72%. Коэффи­циент стабилизации — 500. Амплитуда пульсаций выходного на­пряжения при токе нагрузки 0,7 А — не более 5 мВ. Выходное сопротивление — 20 мОм. Максимальный ток нагрузки (без теп-лоотводов для транзистора VT4 и диода VD3) — 2 А.

Импульсный стабилизатор напряжения (рис. 6.7) при вход­ном напряжении 20…25 Б обеспечивает на выходе стабильное на­пряжение 12 Б при токе нагрузки 1,2 А [6.6]. Пульсации на выходе до 2 мВ. Благодаря высокому КПД в устройстве не используются теплоотводы. Индуктивность дросселя L1 — 470 мкГч.

Аналоги транзисторов: ВС547 — КТ3102А; ВС548В — КТ3102В. Приблизительные аналоги транзисторов ВС807 — КТ3107; BD244 — КТ816.

nauchebe.net

---

• 
  Осциллограф обозначение на схеме
• 
  Переключательные схемы
• 
  Расположение светильников на натяжном потолке в зале без люстры фото схемы
• 
  Импульсные микросхемы стабилизаторы напряжения
• 
  Kl обозначение на схеме
• 
  Переключательные схемы
• 
  Расположение светильников на натяжном потолке в зале без люстры фото схемы
• 
  Kl обозначение на схеме
• 
  Проводка в доме своими руками схемы подключения в щитке
• 
  Электроотопление частного дома своими руками схемы видео
• 
  Микросхемы стабилизаторов напряжения