hhis9 (Исскуство схемотехники), страница 2

КПД схемы составляет примерно 85ву' и почти не зависит от входного напряжения. Сравните это с линейными стабилизаторами, решив следующие задачи. Уараяаевие 6.0. Каков максимальный теоретический КПД линейного (последовательного прохадногоУ юабилизатора при использовании его для север«пни стабилизированного напряжения «5 В по уюстабилизироввнному вхолу у 12 В! Уараивввве 6.9. Что молва сказать об отвощении выходного тока к входаому для понижающего вмпульсвого стабвлизатара с высонвм КПД' Каково ма атвощенве токов для линейною сщбилнзатора» Повышяюшии сгибилиз втор; иввертвруаипвй стабвлизатор.

За исключением высокого КПД понижающий импульсный стабилизатор, рассмотренный в прелыдущем параграфе, не имеет существенных преимушеств (только существенные недостатки — число компонент, шум переключения) перед линейным стабилнза гором. Однако импульсные источники становятся по-настоящему весьма прнтятательными, когда необходимо, чтобы выходное напряжение было болыце вхолпого нестабилизированного или когтуа поля1уносуь ВьгходнОгО БББ)умжения дс»жена быуь обратном полярноств вхолвогз нестабн.твзированного. На рис. 6.43 показаны основные схемы повышения уилп «подъема») и инвертирования нилрюкеним. ПОВьпцаюц1угО схему мы уже БОказы" вали на рис 6.39.а лля сравнения с линейным стабнлизауором.

Ксугда ключ замкнут 1точка х вблизи земли), ток в нтщуктнвности возрастает, когда ключ разомкнут, напряжение в точхе х быстро 3. Две схемы переключысщего эг ппаювдая. 6 - иввертврующая возрастает, поскольку индуктивность, '" тается сохранить величину тока. открывается и индуктивность «накачйз ет» ток в конденсатор.

Выходное жение может быть много болыпе яка' ного. Уирюиюще 6.10. Изобразите формы коле для повыщающега «импульсника», покатав н ние в ~очке х. гок в кахукп»впщти и выха напряжение Упражнение 6.П. Почему повыщыапгую нельзя использовать как поннжаюппщ юъб Инвертируютцая схема показана рнс. 6.43, ОС Когда ключ замкнут, от т х к земле протекает линейно возра пуий ток. Для того чтобы сохранить г,, при размьпсании ключа, индухтнвн «тянет» точку в отрицательную обл настолько, насколько это необходимо', сохраиеннм тока.

Однако ток теперь Втуз кает В ннлукзиВБОсть через сгл тцвй конденсатор. Выход, таким образа®. будет отрипательш,пл, а ег-о ср:лвее пеппе будет ботьпте нлн мевьп10 вем входного напрюкенпм (что опрелелясз18» обрапгой связью); др)тими словами, нгм) вертирузоптий стабилизщор может бьгй~~ как повьппаюпшм, .1ак Б поннжаюшивт у::„'', З'пражвевае 6.12. Изобразите формы колебвВУ»З;;,У ллв ипвертаруюп-ев а иьпвульсвоп истачввха.

пскга6 !~!" напряжение в тоске х, тсн в нндуктнв~осгг В в « холное напряжение На рис. 6.44 показано, каким обр~',, можно использовать маломощные Яй",)тьв стабилизаторы для получения +15 В от одного автомовюсумулятора -1-12 В; с линей бнлизаторами такой прием не Здесь мы ВЯОВь испОльзОваупт НС с фихснровавньум выУЧ1ирмы Маыпг, в данном случае стабилизатор МАХ633 м щнй стабилизатор МАХ637. е на рнсунке внешние компо'1и Выбраны В сООтветс'гВии сО изготовителя.

Они не йпичны, но„как зто всегда бывает нных схемах„существуют ком. Например, чем больше веуштивности, тем меньше пиковые токи и выше КПД, но за счет максимауп но допустимого выходного тока. До тех пор пока входное напряжение не превышает выходное, схема менее чувствнт~ль~~ и входному напряяеиито: Она будет работать и прн +2 В, но максимальный Выхозтвой ток с~шественно понизится Перед тем, как оставить тему внвертнруюших и повышающих стабилизаторов, мы хотели бы заметить, что существует и другой путь для достижения тех же самых целей, и именно.

кпереключаемые конденсаторы». Основная идем заключается в том, чтобы использовать МОП- ключи для заряда конленсатора от ахала лйн Глиии б Стив»лизи»»вы и»ирин»и»и и ист»»инки иитизии 381 )зигзссный»с»озим с»»з»»исы»з»»»»и»еы»»»»з» ы постоянного тока и затем за счет изменения состояния ключей подключения зарязкняного конденсатора последовательно к другому конденсатору (повышение напряжения) или обратной полярностью к выходу (ннвертирование). Преобразователи напряжения с цереключаемыми конденсаторами обладают опрепеленными преимузцестзамн (нет нндуктивносгей) н некоторыми недостатками (низкая мощность, малые пределы регулирования, ограниченное напряжение).

Мы обсу дим их вернон»ко позже в этой же главе. Общие замечании етнвензельне вмвульеных етабнзизэаторезь Как мы уже виделн, способность импульсных источников повьппать и инвертировать напряжение делает их весьма прввлекательными для создания, скажем, сдаботочньж источников витания на +12 В прямо на полностью цифровой во всех других отношениях плате с шгганием +5 В: Такие бнполярные источники часто необходимы ддя питання «последовательных портов» (более подробно сиь гл. 10 и 11) или линейных скем на операционных усилителах нлн схем с Ц»ртз и АЦП. Еще одно полезное применение повышающих импулвсных источников — это питание дисплеев, для работы которых необходимо относителыю высокое напряжение, например дисплеев, использующих зпомннесцентвувз нли плазменную технологии.

В тех применениях, где входное напряжение постоянного тока (обычно +5 В) уже стабилнз)зровано, вы часто произносите «преобразователь постоянного тока», а не иимпульсный стабилизатор», хотя в дейртвительности это одно в то же. Наконец. и оборуловаиви на батарейном питании вам, как правило, хочется получить высокий КПД во всем диапазоне напряжений батареи; например, 9-вольтовый атранзисторньзй» щелочной аккуьзулятор начиняет свою жизнь примерно с 9,5 В и постепенно. уга1ает к концу своей полезной вэгзни до 6 В. Маломощный понижающий стабилизатор на +5 В сохраняет свою вмсокую эффективность, увеличивал ток, на протяжении всего срока службы батареи. Следует отметить, что индуктивность и конденсатор в импульсном стабнлвнь торе не работают как Х,С-фильтр, дкя, простого понижающего стабилизатор еще могут быть какие-то сомнения,, очевидно, что схема, которая инвертируеу уроиень постоянного тока, едва ли явах, ется фильтром! Катушка индуктивное(з~':) представляет собой запасающее энергн',)";," устройство без потерь (запасенная эке~~!!Ф гия равна зз'зз.з~), способное преобразб„,,у вывать импеданс для того, чтобы сокр(~-", нить энергию.

Это точное опредеяевв(,". с физической точки зрения, в которяЩ.,' отражен тот факт, что энергия заключи(й1',, в магнитном поле. Мы обычно привыка»г. рассматривать конденсатор как устройкн,,' во, хранящее энергию (запасенная равна 1/2С(1'), которое выполняет фунхцию в импульсных источниках тания, как и в традиционных посл тельных стабилизаторах. Немного терминологии. Вы нзю' ' встречаете словосочетания <огмпу стабилизатор с ШИМ» и «стабилвза ' с токовым режимом».

Онн о к конкретному способу изменении ' пуп»оных колебаний в соответствии с ' налом обратной связи (сигналом о ки). В частности, ШИМ означает но-импульсную модуляцию, в кот сигнал ошибки используется лля Уп ния длительностью импульса (при рованной частоте), в то время ках" управлении в токовом режиме ошибки используется для уззравления:,, ковым током индугтивности (апре ся с помоцзью резистора) посре нзменения интервала между импу Стабилизагорьз в токовом режиме лают суптественными достоинст становятсн все более популярными:в;, зи с тем, что теперь вьзпускаются хо зч ИС-контроллеры в токовом режиме ) йрн рассмотренни лвзбого импу го источника не забывайте о по создаваемзях пропессом переклв'.:» Ови могут оыть трех видов: а) пу на выходе на частоте периклы обычно порядка 10 -100 мВ (Р б) пульсапни также на частоте и чения, которые накладываются иа ", входного источника: в) помехи изя на частоте переключения и ее ках из-за импульсных токов в инности и проводниках.

Можно окэ в весьма трудной ситуации цри овании импульсных источников с сигвалами низкого уровья 100 мкА и менее). Хотя зшаэкранирование и фильтрация мовсе эти проблемы, но лучше, ому, в подобных случаях с са- :~(гчала использовать линейные стааторы. "' дьеные источники с питанием от Ы уже упоминали, что импульсные обладают высоким КПД, даже '' одное напряжение сильно отлиот входного. Это может помочь атривать индуктивность как "" зователь импеданса», поскольку 'постоянный выходной ток можез ше (при понижении) или мень- повышении).

чем средний посто ')Зйодной ток. Это полностью проожво тому. что происходит в лн последовательных сз абилнзаз оОредние значения входвого и вытоков все~да равны (если не учи,Хконечно, тока покоя схемы ста' ра) ' .'с этим появляется превосходная ' жно нсклю вть тяжезсый пови- сетевой трансформатор. если сзабилизатор подключить прямо к выпрямленному и отфильтрованному напряжению переменного тока. Два промежуточных замечания: а) входное напряжение постоянного тока будет равно примерно 1б0 В (при сети переменного тока 115 В), .

е. схема будет довольно опасна лля того, чтобы в ней копаться! б) отсутствие трансформатора означает, что вход постоянного тока не будет изолирован оз сети. Следовательно, импульсную схему следует модифицировать для того, чтобы обеспечить изоляцию. Обычный способ изолирования импульсной схемы заключается в намотке вторичной обмотки на энергозапасающую индуктивность и использовании изолирующего элемента (либо трансформатора, либо оптоизолятора) лля обеспечения образной связи нэ импульсный генератор; взгляните на упроцзенную схему, показанную на рис.

б,55. Заметьте, что генератор питается от высоковольтного нестабилнзированного постоянного на. пряжения. в то время как схемы управления обратной связью (усилнтель ошибки, эталонный исз очник) питазотся от стабилизированного выходного напряжения. Иногда для гштання уззравляющнх элементов используется всцомогательвый слаботочный пешабилнзнрованный всточнвх (со своим собственным низковольтным трансформатором ва 60 Гзз). Квад- 382 Гаваи б ЕЛВ, 2,!Л ~ — Втерн мземлл Емл оз е сз Вме.'Вв зле ззнв мм е лмз 'и. Нелл, лллстле +вв .