Структурная и принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения

В схеме импульсного стабилизатора напряжения (рисунок 5.17, а)ключевым транзистором (ключом S) управляет регулирующий элемент непрерывного действия РИД. Часть выходного напряжения с делителя ДН поступает на вход усилителя постоянного тока УПТ, где сравнивается с опорным напряжением источника ИОН. Сигнал с выхода УПТ подается на регулятор непрерывного действия РНД, который управляет работой импульсного регулирующего элемента S. При воздействии выходного напряжения сигнал на выходе УПТ достигает верхнего порогового значения, срабатывает РИД и выключает регулирующий транзистор S. Напряжение на выходе стабилизатора начинает уменьшаться, так как снижается ток, протекающий через катушку индуктивности i_L. Сигнал на выходе УПТ снижается до нижнего порога срабатывания РИД. На выходе РНД появляется импульс, включающий ключ S. Ток через индуктивность возрастает, увеличивается и напряжение на выходе стабилизатора.

Рисунок 5.17 – Структурная (а), принципиальная (б) схемы импульсного стабилизатора напряжения

Кроме формирования импульсов управления ключом, РНД осуществляет непрерывную регулировку выходного напряжения. Ток в катушке индуктивности совершает периодические колебания относительно среднего значения с частотой, равной частоте переключения. При замкнутом ключе ток i_Lнарастает, а при разомкнутом уменьшается. Так как РНД управляется по цепи обратной связи, то при увеличении тока i_Lснижается ток i_Р. Вследствие этого колебания выходного напряжения, вызванные прерывистым характером регулирования, оказываются в значительной мере скомпенсированными регулятором непрерывного действия.

В схеме импульсного стабилизатора напряжения с дополнительным регулятором непрерывного действия (рисунок 5.17, 6) транзистор VT1(ключ) является импульсным регулирующим элементом. Усилитель УПТ выполнен на транзисторе VTЗ. Выходной делитель R4R5и источник опорного напряжения VD2 выполняют те же функции, что и в стабилизаторах с непрерывным регулированием.

Блокинг-генератор, формирующий импульсы управления ключом, выполнен на транзисторе VT2. Цепь перезаряда конденсатора С через транзистор VТ2 подключена к выходу стабилизатора. Скорость перезаряда конденсатора С определяет скважность импульсов блокинг-генератора. При замкнутом (открытом) положении транзистора VT1часть его базового тока ответвляется в коллекторную цепь транзистора VT1. Значение тока, протекающего через транзистор VТ2, зависит от сигнала, поступающего с выхода УПТ (транзистор VT3). Наряду с формированием импульсов управления для VT1транзистор VT2 играет роль элемента непрерывного действия.

Введение регулятора непрерывного действия в импульсный стабилизатор несколько снижает его к. п. д., так как на транзисторе VT2будет дополнительно рассеиваться мощность, равная P₂ = I_P·(U_ВХ – U_ВЫХ), где I_P - среднее значение тока через регулирующий элемент (транзистор VT1). Для уменьшения этой составляющей (Р₂)ток Iр целесообразно уменьшить так, чтобы регулятор выполнял свою функцию непрерывного регулирования и в то же время он должен превышать амплитуду переменной составляющей тока дросселя i_L: Δi_Lmax = t_И·(U_ВХ – U_ВЫХ)/2L; i_Lmax = t_П·U_ВЫХ/2L

Оптимальный ток ΔI_P ≤ t_И·(U_ВХ – U_ВЫХ)/2L; I_P ≤ t_П·U_ВЫХ/2L.

Тогда минимальная мощность, выделяемая на непрерывном регулирующем элементе, P₂_min = t_П·(U_ВХ – U_ВЫХ)/2L. Для уменьшения этой мощности необходимо стремиться к возможно меньшей разности напряжений U_ВХ – U_ВЫХи к тому чтобы индуктивность дросселя была как можно большей.

Импульсные стабилизаторы имеют значительные преимущества перед стабилизаторами непрерывного регулирования. В них уменьшается мощность рассеивания на регулирующем транзисторе, снижаются масса и габаритные размеры, значительно повышается к. п. д. Эти стабилизаторы являются наиболее перспективными вторичными источниками питания и находят все более широкое применение.