Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 41
Текст из файла (страница 41)
высокий коэффициент стабилизации (К>1000), низкое внутреннее сопротивление (Н,, = 10 ~ — 10 ~ Ом), практическая безынерционность и более высокии коэффициент полезного деиствия, составляющий 0,5 + 0,6 Недостатками являются большая сложность, а следовательно, меньшая надежность по сравнению с параметрическими стабилизаторами, значительные масса, габариты и стоимость стабилизаторов, что объясняется не только наличием большого количества элементов в стабилизато- 224 е но и применением радиаторов для обеспечения нормального теплоре, отвода регулирующего мощного транзистора. Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия в интегЛьном исполнении в настоящее время получили широкое распространение.
Наиболее популярны интегральные стабилизаторы напряжения сени К142. Такие устройства позволяют по-новому осуществлять питание дожных электронных устройств. Их применяют в качестве индивидуальных стабилизаторов для отдельных блоков и каскадов. В то же время общие источники вторичного электропитания можно выполнять нестабилизированными. Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (ИСПН) в последнее время получают все большее распространение, так как они имеют высокий КПД, достигающий значений 0,8 — 0,85, а также меньпзие габариты и массу, На рис. 5.16,а приведена структурная схема ИСПН.
Как и компенсационный стабилизатор непрерывного действия, ИСПН является устройством, в котором применяется отрицательная обратная связь, ослабляющая изменения выходного напряжения или нагрузочного тока. Отличием ИСПН от компенсационного стабилизатора непрерывного действия является работа регулирующего элемента (РЭ) — транзистора — в режиме ключа. )вых б) а) ('в в) яре Рнс 5! б Структурная схема импульсного стабилизатора напряжения (и), Ременные диаграммы выходного напряжения (б) и принципиальная схема ленного импульсного стабилизатора постоянного напряжения (в) 225 Именно режим ключа позволяет получить очень высокий КПД Действительно, мощности потерь Рк„в таком режиме приближают „ к нулю: в открытом и закрытом состояниях транзистора соотве.
ственно падение напряжения на нем як~ и ток через него 1к близки к нулю. Следовательно, мощность Р~ „— — Гк~1к тоже близка к нул Малая мощность Рк„позволяет отказаться от теплоотводящих ради. аторов, что уменьшает массу и габариты стабилизаторов, Работа регулирующего транзистора в режиме ключа дает возмож. ность получить с его выхода однополярные импульсы прямоугольной формы и„, (см.рис.5.16,6) Для последующего преобразования таких им пульсов в постоянное напряжение служит сглаживающий фильтр С~р (см.рис.5.1б,а).
Регулирующий элемент и сглаживающий фильтр охваче ны отрицательной обратной связью, которую осуществляют блок срав. нения БС и импульсный блок ИБ. В блоке сравнения выходное напря жение сравнивается с эталонным 1опорным) напряжением. Получающееся при этом разностное напряжение воздействует на импульсный олок который вырабатывает управляющие импульсы разной длительности или частоты следования, управляющие работой РЭ. Изменения дли тельности импульсов или частоты их следования позволяет поддерживать выходное напряжение неизменным при изменениях как входного напряжения стабилизатора. так и нагрузочного тока. Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения по способу управления регулирующего элемента подразделяют на релейные (или двухпозициопные) и с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
Подробно работа ИСПН рассматривается на примере релейново спгпбииэптори, схема которого изображена на рис.5.16,в. В этом стабилизаторе в блоке сравнения функции сравнения э гыонного (опорного) напряжения с выходным напряжением стабилизатора совмещены с функциями релейного устройства Те и другие функции выполняет стабилитрон П), Релейное устройство через транзисторы ) "Т2, ГТз, принадлежащие импульсному блоку, управляет РЗ транзистором УТ1. В качестве сглаживающего фильтра в ИСПН чаще всего используют Г-образные ?.С-фильтры. так как при этом достигается наибольший КПД стабилизаторов Такой фильтр.
состоящий из дросселя 1Ф и конденсатора Сф, применяется и в рассматриваемом стабилизаторе. Релейный стабилизатор со стабилитроном работает следующим образом. При подаче постоянного входного напряжения Г1„,. регулирую щий транзистор Г'Т~открывается. Благодаря наличию индуктивной ка тушки 1.,1,, ток через которую не может изменяться скачком, напряжение на выходе стабилизатора будет постепенно увеличиваться.
Соответственно в блоке сРавнениЯ начнет УвеличиватьсЯ напРЯжение ~Ь'„ы,, где 1) — коэф 226 фициент деления резистивнаго делителя Я ~ — Аз. При некотором значеяи ии этого напряжения стабилитрон П)~ становится проводящим, что приводит к отпиранию транзистора ГТз и запиранию транзистора УТ,, так как транзистор ~'Тз закорачивает его вход. В свою очередь, транзистор Р'7'„запирает регулирующий транзистор УТР После этого напряжение на выходе стабилизатора и в блоке сравнения начинает уменьшаться, При определенном значении Р Ь;„, напряжение на стабилитроне ЛЭ~ становится меньше напряжения электрического пробоя и стабилитрон ПЭ1 перестает быть проводящим, что приводит к запиранию транзистора И',.
и отпиранию транзисторов Г'Т„ГТ1. Далее все процессы повторяются. Изменения выходного напряжения из-за воздействия дестабилизирующих факторов приводят к соответствующим изменениям длительности закрытого и открытого состояния регулирующего транзистора П ~ в результате среднее значение выходного напряжения будет поддерживаться с определенной степенью точности.
При снижении тока в импульсах, вырабатываемых транзистором УТ,, в дросселе возникает ЭДС самоиндукции, которая может вызвать перенапряжение на транзисторах и вывести их из строя. Для предотвращения этого включают диод РЛ,, через который гасится возникающая ЭДС самоиндукции. Основным преимуществом всех рслейных ИСПН является их высокое быстродействие, а существенным недостатком — относительно большая амплитуда пульсаций выходного напряжения. Эти пульсации не могут быть сведены к нулю, так как переключения РЭ возможны только при изменениях выходного напряжения.
Ранее отмечались преимущества ИСПН по сравнению с параметРическими и компенсационными стабилизаторами непрерывного действия: высокий КПД, меньшие габариты и масса. Последние два преимущества достигаются за счет увеличения частоты переключений Регулирующего транзистора. Эта частота обычно лежит в диапазоне - — 50 кГц. Однако необходимо отметить, что увеличение частоты обусловливает рост мощности потерь в регулирующем транзисторе, индуктивной катушке сглаживающего фильтра и некоторых других элементов, что приводит к снижению КПД.
Поэтому при выборе частоты переключений приходится решать задачу'поиска оптимального решения: с одной стороны, КПД должен быть наибольшим, а с другой — масса и габариты должны быть на"меньшими. В настоящее время для решения подобных задач широко "Рименяют ЭВМ, которые способны быстро проанализировать множество вариантов и выбрать из них оптимальный. 227 Задача 5.7. В параметрическом стабилизаторе на стабилитро„„ КС508А определить сопротивление резистора Яб, коэффициент ст бИЛИЗацИИ Кс,б, И МаКСИМаЛЬНЫй тОК СтабИЛИтрОНа 1макс, ЕСЛ„ Ь'„= 11В, Кн = 1,5 кОм и (.'„„изменяется от 17 до 27 В.
Параметры стабилитрона КС508А; Ьс, =11 В, Я„„ф = 11,5 О, Р е ш е н и е. 1. Для определения сопротивления резистора К б воспользуемся формулой (5. 18): Я- — '" """ " — — 792 Ом. (5.18) б ст мин ~'н 1 н мин Аб(1н 792 11 — 34 4 7с„иф(1 „н „11,522 где (7„, н,.„=0,5(6'„„„„„+ Ь;„акс ) = 0,5 (17+27) =22 В. (5.20) Увх макс (/н Ун 27 11 11 12 9 мА макс Йб Ян макс 792 ! 500 Отвел~. об=792 Ом, К,, б =34,4, 1 „„, =12,9 мА. Задача 5,8*. Определить сопротивление резистора Яб, коэффициент стабилизации К, ~ и максимальный ток стабилитрона в параметрических стабилизаторах на различных стабилитронах, тип и параметры которых. а также величины Ан, Увк мин и Гвк макс представлены в табл 5.3, а ответы — в табл.5.4 Таблица 5.3 228 Следовательно, стабилитрон КС508А по максимальному току не перегРУжаетсЯ, так как 1„акс< 1„ Ответы Таблица 5.4 5.6.УПРАВЛЯЕМЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ От выпрямителей часто требуется не только преобразовывать переменное напряжение в постоянное, но и плавно изменять значение выпрямленного напряжения Управлять выпрямленным напряжением можно как в цепи переменного напряжения.
так и в цепи выпрямленного тока При управлении в цепи переменного напряжения примснягот специальные регулируемые трансформаторы (автотрансформаторы, трансформаторы с подмагничиванием сердечника постоянным током и т.д.), реостаты или лотенцнометры. Однако подобные способы управления выпрямленным напряжением (током) при их относительной простоте имеют существенный недостаток, связанный с низким КПД. Такие регуляторы имеют, как правило, большие массу, габариты и стоимость Более экономичным и удобным способом управления, который получил широкое распространение, является управление выпрямленным напряжением (током) в процессе выпрямления, так называемое управляемое выпрямление Выпрямители, которые совмещают выггрямление переменноео напряжения (тока) с управлением выпрям генным напряжением !'током), называют управляемыми вьнгрямите гями Основным элементом современных управляемых выпрямителей является тиристор !Х На рис.5! 7,а представлена схема простейшего однофазного однополулериодного выпрямителя на тиристоре Ь'5 Управление напряжением на выходе управляемого выпрямителя сводится к управлению во времени моментом отпирания (включения) тирнстора Это осуществляется за счет сдвига фаз между анодным напряжением и напряжением, подаваемым на управляющий электрод тиристора Такой сдвиг фаз называют углом управления и обозначают О (рис 5.17,б), а способ управления называют фазовым Управление значением сг осуществляют с помощью фазовращающей Н„Г-цепи.
которая позволяет изменить угол п о т О до 90 При этом выпрямленное напряжение регулируют от наибольшего значения до его половины Резистором ггс! изменяют напряжение, подаваемое на управляющий электрод тиристора Диод !'0 обеспечивает подачу на управляющий электрод положительных однололярных импульсов а) ив Рис 5 17 (' хема (а), временные диаг раммы напряжения и ~ока (б) однофазного однополупсриодного управляемого выпрямителя Оптимальной формой управляющих сигналов для тиристоров является короткий импульс с крутым фронтом Такая форма позволяет уменьшить нагрев управляющего электрода тиристора, а также обеспечить за счет высокой крутизны управляющего импульса четкое отпирание тиристора Для формирования подобных импульсов и их сдвига во времени служат специальные импульсно-фазовые системы управления Изменение угла управления осуществляют ручным или автом ггическим способом, что обеспечивает изменение выпрямленного напряжения в требуемых пределах На рис 5 18 изображена схема однофазного двухполупериодного управляемого выпрямителя с импульсно-фазовым блоком управления (ИФБ), довольно часто применяемая на практике Сдвиг управляющих импульсов по отношению к анодному напряжению тиристоров РБ~ и 1~5"~ производят вручную с помощью мостового фазоврашателя (рис 5 19,п), векторная диаграмма которого изображена на рис 5 19 и Как известно, при изменении сопротивления переменного резистора А фаза напряжения и,,), являюшегося выходным напряжением мостового фазовращателя, при постоянной амплитуде плавно изменяется от О до 181)" Напряжение и„~ с выхода фазовращателя (см рис 5 18) пос 230 упает на вход усилителей-ограничителей на транзисторах Ъ'Т1,Ъ'Т~, „ричем диоды Ь'Р), И)~ срезают отрицательные полуволны этого на„ряжения Выходные напряжения этих усилителей, имеющие трапецеидальную форму, далее дифференцируются цепочками Я1С1 и Я2С2 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
