Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 13

В параллельном стабилизаторе напряжения должны выполняться условия ЗА! Увх ппп 1Ър1 — Уэб Яэ (7вых твх/рапп) + Яэб! гб1) Уэбгэпбп 1= ЬР1 пппРпбп — 7К ппп 4 В < Уырг+ Уб ~(12 В, 4 В < У Р1+ У,б < 37 В. л Ркс. З.ЭВ. Основная схема включения микросхемы 142ЕНбА Ркс.

з.зо. Зависимость выходного тока микросхемы 242ЕНЗА от температуры 75 где Рр„д „вЂ” допустимая мощность рассеяния резистора Ю и транзистора 1гТ1; 7итг ывх — ток коллектора транзистора 1гТ1 при токе нагрузки 7 „= О. Сопротивление резистора Рэ2 определяется из выражения где Увх ыы — минимальное входное напряжение стабилизатора; Уир1 — напряжение стаБилизации стабилитрона 1г01; У,б — напряжение змиттер-база транзистора 1гТ1; 1 „„— максимальный ток нагрузки; Д„;и — минимальное значение статического коэффициента усиления транзистора 1гТ1.

Сопротивление резистора Я1 определяется с учетом того, что при максимальном токе нагрузки коллекторный ток транзистора 1хТ1 имеет минимальное значение 7к ы: Для микросхем 142ЕН1(А,Б) напряжение стабилизации стабилитрона э'.01 выбирается в пределах для микросхем 142ЕН2(А,Б) — в пределах На рис. 2.28 показана унифицированная схема ряда стабилизаторов отрицательной полярности на базе интегрального стабилизатора 142ЕН10 (13А1). Для каждого выходного напряжения от 5,2 до 15 В устанавливаются соответствующие номиналы компонентов С1, С4, Я1 и 773 (табл. 2.3). Таблица 2.3 Номинальные значения компонентов для различных выходных напряжений стабилизатора Рис. З.ЭВ. Схема стабилизатора с выходным напряжением отрицательной полярности Остальные компоненты схемы неизменны для всех номиналов напряжений: конденсаторы С2 и СЗ имеют емкость по 0,33 мкф, резисторы 772 и Я4 имеют сопротивления 470 и 680 Ом соответственно.

Часть выходного напряжения (с делителя ЯЗ, 774) подается в устройство функционального контроля. В источниках электропитания электронных средств широкое применение нашли интегральные стабилизаторы напряжения типа 142ЕН5А с фиксированным выходным напряжением 5 В и выходным током до 3 А.

Основная схема включения втой микросхемы показана на рис. 2.29. Максимальный выходной ток существенно зависит от рабочей температуры (рис. 2.30). 2.4. Импульсные источники электропитания Преобразование постоянного тока в пульсирующий или переменный осуществляется периодическим прерыванием цепи постоянного тока. Устройства, которые выполняют такое преобразование, называют инверторами. При необходимости изменения уровня выходного напряжения относительно уровня входного напряжения на выходе инвертора включается трансформатор. Если на выходе трансформатора включается выпрямитель (с фильтром), то все устройство осуществляет преобразование напряжения постоянного тока в напряжение постоянного тока.

В этом случае преобразователь называют конвертором. По числу фаз гл переменного напряжения на выходе инвертора преобразователи напряжения делятся на однофазные (т = 1) и многофазные (гл > 2). Если на выходе инвертора имеется одна фаза напряжения переменного тока, то с помощью трансформатора можно получить другую фазу, сдвинутую относительно первоначальной на 180'. При использовании в преобразователе обеих фаз (прямой и обратной) его называют двухфазным.

Преобразователи характеризуются также коэффициентом р использования фазы, причем р = 1 при использовании одной фазы (прямой) и р = 2 при использовании обеих фаз. По способу нагрузки каждой фазы преобразователи делятся на однотактные (д = 1) и двухтактные (д = 2). Характерным признаком однотактного преобразователя является то, что каждая его фаза нагружается током в течение одного полупериода. У даухтактного преобразователя каждая фаза нагружается током в течение двух полупериодов (положительного и отрицательного). Определение числа тактов д иногда усложняется тем, что функциональные узлы одного и того же преобразователя могут работать в различных режимах.

Например, трансформаторы могут одновременно работать в двух разных режимах. первичная обмотка в двухтактном одноили многофаэном режиме, а вторичные обмотки в однотактном двухполупериодном или однотактном многофаэном режиме и т.п. Поэтому число тактов целесообразно определять для каждого функционального узла отдельно, а для всего преобразователя — по его основным силовым узлам (усилителю мощности и выходному выпрямителю). По числу выходов п от одного основного усилителя мощности и одного основного выпрямителя преобразователи можно разделить на одновыходные (и = 1) и двухвыходные (и = 2). По диапазону рабочих частот Гдр преобразователи напряжения могут быть классифицированы следующим образом: низкочастотные (гар < 10 кГц), сРеднечастотные (гар — — 10...100 кГц), высокочастотные (Г„р — — 100...1000 кГц), сверхвысокочастотные (гср > 1000 кГц).

2.4.1. Однотактные однофазные преобразователи напряжения На рис. 2.31 показана простая схема однотактного однофазного преобразователя с параметрами гл = 1, р = 1, в = 1, и = 1. Частным случаем этой схемы является стабилизатор напряжения импульсного действия. По способу использования электрической энергии схемы преобразователей делятся на прямо- и обратноходовые. Характерным признаком уи ту7 Туг УР7 31 УРг й) 1У гв — ~( 7уг 1У7 Я ~ ~ Рззм УРг Гуг УР7 УРг д) Рис. з.зз. Схемы однофазных преобразователей напряжения прямоходовых схем является передача энергии на выход во время прямого хода, т.е, открытого состояния транзисторов (рис.

2.31,а). Обратно- ходовые схемы характеризуются тем, что во время прямого хода энергия запасается в магнитном поле трансформатора Т)72, после чего отдается в нагрузку во время паузы. Для осуществления обратноходовой схемы трансформатор должен иметь воздушный зазор, а полярность включения диодов в схеме должна быть изменена на обратную (рис. 2.31,б). Трансформаторы в этой схеме работают с постоянным подмагничиванием, ток проходит через обмотку трансформатора в течение одного полу- периода. Для получения заданного среднего значения выпрямленного напряжения Ук максимальное значение прямоугольного напряжения на обмотке должно быть Уы сс 2Уш Действующее значение напряжения У превышает среднее значение в ~/2 раэ: У = У 7'ьг2 = ~/2Уа. Аналогичное соотношение справедливо и для токов 1„рд = 421э~ср, где 1„рд и 1адср — действующее и среднее значения тока.

Поэтому вольт-амперная мощность трансформатора Рп.д превышает в 2 раза среднюю мощность Р„р,р пульсирующего тока после выпрямления, т.е. Рй.д = У1 = ~I2Ус'721впср = 2Рпрср, где У и 1 — напряжение и ток вторичной обмотки трансформатора. Так как мощность трансформатора Рй.д определяет его габаритные размеры и массу, то простейший однофазный преобразователь оказывается в этом отношении невыгодным. 77 вд РВ А 1 прср/тр /1 = (гпРг7/и)/ р, 78 79 Основная частота пульсаций /1 определяется по формуле /1 = гпт/'пр/и = /пр и равна частоте преобразования.

Это дает завышенные габаритные размеры сглаживающего фильтра, увеличивающиеся также за счет того, что максимальное значение напряжения на дросселе сглаживающего фильтра У„, равно удвоенному значению выпрямленного напряжения Уш На рис. 2.31,е в однотактной однофазнои схеме используется не только основная, но и противоположная фаза, поэтому гп = 1, р = 2, д = 1, и = 1. Эту схему обычно называют двухтактной, так как мощный усилитель и устройство управления должны быть такими же, как в двухтактных преобразователях.

Трансформатор питания в этои схеме работает в однотактном двухполупериодном режиме. Каждая обмотка трансформатора нагружена током а течение одного полупериода, но наличие двух обмоток позволяет лучше испольэовать трансформатор. При этом имеют место соотношения 1Г,„= и, = и; 1 = 1,„„/Л св 1 /т/2; РВ.А = 2171 = У~т/21,„, = тГ2Р„ Основная частота пульсаций определяется зависимостью /1 =( К/ )/.р, т.е.

равна двойной частоте преобразования. В рассматриваемой схеме дроссель фильтра работает при максимальном значении напряжения, равном выпрямленному напряжению, поэтому по сравнению с предыдущей схемой он может иметь при прочих равных условиях вдвое меньшее число витков. Учитывая также возможность применения конденсатора с меньшими размерами, объем фильтра может быть уменьшен примерно вдвое по сравнению с фильтром в схеме на рис, 2.31,а. 2.4.2. Двухтактные однофазные преобразователи напряжения Наиболее совершенными схемами однофазных преобразователей являются двухтактные (мостовые). На рис, 2.32 показана схема с одним выходом.

Она характеризуется следующими параметрами т = 1, р = 1, д = 2, и = 1. На рис. 2.33 показана схема с двумя выходами, у которой гп = 1, р = 2, д = 2, и = 2. В обеих схемах трансформаторы работают без подмагничивания и обмотки нагружены токам в течение обоих полупериодов, вследствие чего Ркс.

3.33. Схема мостового преобразователя с одним выходом 1/ы — — бГА = У'; 1сп = 1вп ср = 1; РВ А = 1'врср С учетом коэффициента полезного деиствия и последнее уравнение име- ет вид Основная частота пульсаций для обеих схем равна удвоенной частоте преобразования где спрд/п = 2. более полное использование трансформатора является существенным преимуществом двухтактных схем. Необходимо отметить, что при неравномерной нагрузке вьосодов двухвыходной схемы вольт-амперная мощность трансформатора несколько увеличивается, однако его подмагничивание отсутствует. Рис. 3.33. Схема мостового преобразователя напряжения с двумя вы- ходами ту ту щие сочетания параметров: т) гп = 1, р = 1, д = 1, и = 1; 11) гл = 1, р = 2, д = 1, и = 1; 7 71) пг = 1, р = 1, д = 2, и = 1; Л')пг=1, р=2, д=2, п=2.

Рис. 2.за. Схема мостового асимметричного преобразователя с одним выходом Рис. Э.зэ. Схема полумостового преобразователя с одним выхо- дом РВ А = (Рг + Р2 + . + Р!)~ 80 81 Анализ рассматриваемых 'схем показывает, что простая однотактная схема и обе мостовые являются антиподами, а однотактная двухполупериодная схема занимает промежуточное положение между ними. Однотактная работа и повышенная вольт-амперная мощность сближают ее с простой схемой, а отсутствие постоянного подмагничивания и двойная частота пульсаций — с двухтактными схемами. В то же время двухтактную схему с двумя выходами можно рассматривать как две однотактные, соединенные последовательно, с полным использованием фаз.

На рис. 2.34 приведена асимметричная' мостовая схема, входной трансформатор которой работает в однотактном режиме (у = 1), а выходной — в двухтактном (д = 2). В полумостовой схеме (рис. 2.35) два транзистора заменены конденсаторами С1 и С2, образующими емкостный делитель напряжения. При разной проводимости транзисторов входной трансформатор работает в двухтактном режиме (д = 2). Применение транзисторов одной проводимости, как и в случае асимметричной мостовой схемы, приводит к однотактному режиму входного трансформатора.