Москатов Е.А. Источники питания (2011) (1096749), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Ввиду указанных недостатков в настоящее время компенсационные стабилизаторы на дискретных компонентах в области малых и средних мощностей полностью вытеснены стабилизаторами в интегральном исполнении. Все или почти все многочисленные компоненты интегральных стабилизаторов, которых может быть в отдельных случаях несколько тысяч, заключены в корпус микросхемы. В микросхеме предусмотрено лишь несколько выводов для подсоединения шин питания и реализации сервисных функций, несмотря на сложное внутреннее устройство стабилизатора. Например, широко распространены стабилизаторы всего с тремя выводами: для входа, для выхода и для подключения к общему проводу. При необходимости увеличения рассеиваемой мощности к интегральной микросхеме стабилизатора можно прикрепить охладитель.
Для этой цели в пластиковом корпусе микросхемы иногда предусматривают металлическую площадку, которая имеет хороший тепловой контакт с полупроводниковым кристаллом. Если регулируюший прибор, встроенный в интегральный стабилизатор, неспособен отдать в нагрузку требуемую мощность, к микросхеме допустимо подключить внешний транзистор. Если нагрузка интегрального стабилизатора обладает индуктивной реакцией (например, дроссель, вентилятор и пр.), то при отключении устройства в нагрузке может возникнуть импульс ЭДС самоиндукции, который способен привести к пробою регулирующего транзистора.
Во избежание этого между выходным и общим проводом подсоединяют диод, включенный в обратном направлении. К выходу интегральных стабилизаторов напряжения не следует подключать конденсаторы большой емкости, поскольку, если в стабилизатор встроена система защиты от короткого замыкания, она отключит микросхему при перегрузке по току, вызванной зарядом емкости, а если система зашиты отсутствует, то может быть выведен из строя регулируюший транзистор. Производители микросхем по-разному смотрят на применение выходных конденсаторов.
Одни компании так изготовляют интегральные стабилизаторы, что влияние конденсатора минимально. Другие компании пошли путем полного отказа от использования выходного конденсатора, разработав специальные системы снижения пульсаций напряжения на нагрузке. Компенсационный стабилизатор может обладать высоким КПД и рассеивать небольшую мощность, если выходное напряжение будет незначительно отличаться от входного, и для нормального функционирования регулирующего транзистора будет достаточно небольшого падения напряжения. Такие экономичные стабилизаторы получили название 000 (1отм огор оц1), т.е.
устройства с низким падением напряжения между входом и выходом. Падение напряжения на 000-стабилизаторе обычно не превышает 0,5 В. Использование 000-стабилизаторов наиболее целесообразно при низком выходном напряжении, не превышающем несколько вольт. 118 Стабилизаторы напризненин и тока 6.4. Импульсные стабилизаторы 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 вЂ” регулированием частота следования импульсов постоянна, а длительность импульсов непостоянна. В стабилизаторах с ЧИ вЂ” 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 (64, с. 24!]: 1и ()вьгх = — ~йн 1(1)Й1 Ти где Ти — длительность периода, с; 1и — длительность импульса, с; Кн — сопротивление нагрузки, Ом; !(1) — величина тока, протекающего через нагрузку, А. В зависимости от индуктивности сглаживающего дросселя ток через ЕС-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. 5.4. Импульсные стабилизаторы 119 5.4.1. 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. 5.4. Рис. 5.4. 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 вЂ” регулировании в задающем генераторе аналоговый разностный сигнал преобразуют в импульсы с фиксированной частотой и изменяемой длительностью, а при ЧИ вЂ” 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 вЂ регулировани пульсации напряжения на нагрузке могут полностью отсутствовать [64, с. 244]. 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 вЂ” регулированием, что является достоинством 120 Стабилизаторы напряжения и така [64, с. 2441. Теоретически при релейной стабилизации всегда в выходном напряжении будут присутствовать пульсации, что относят к недостаткам. 6.4.2.
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 "Ьооз1 солтег1ег". Рассмотрим рис. 5.5, на котором изображены основные компоненты такого стабилизатора [64, с.
242~. 1-1 Н01 гпвх— +УВЫХ Рис. б.б. Повышающий стабилизатор Приложим отпирающее транзистор ЧТ! напряжение управления между затвором и истоком. Транзистор входит в состояние насыщения, и ток течет по цепи от +13вх, через накопительный дроссель 1.1, открытый транзистор ЧТ1, — 13вх. При этом в магнитном поле дросселя 1.! накапливается энергия. Ток через нагрузку может обеспечить только разряд конденсатора С1. Снимем отпирающее напряжение управления с транзистора Ч'Г1. Транзистор перейдет в состояние отсечки, на выводах дросселя 1.1 возникнет напряжение ЭДС самоиндукции, причем оно будет включено последовательно с входным направлением и приложено через диод ЧВ! к нагрузке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
