5.3.2 Импульсный стабилизатор с повышением напряжения.

В описанной выше схеме стабилизатора, которая изображена на рисунке 75, выходное напряжение всегда ниже входного.

Рисунок 77. Схема импульсного стабилизатора для повышения входного напряжения.

Рисунок 78. Схема импульсного стабилизатора для получения отрицательного выходного напряжения при положительном входном напряжении.

Изменив расположение элементов в схеме, можно, используя свойство самоиндукции, получить выходное напряжение большее, чем входное (рис.77). Когда транзистор Т1 запирается, потенциал на его коллекторе поднимается до величины, превышающей входное напряжение. При этом через диод D заряжается конденсатор С. Для величины выходного напряжения можно записать

Остальные параметры схемы получаются так же, как соответствующие параметры ранее рассмотренной цепи стабилизатора.

5.3.3 Импульсный стабилизатор с инвертированием напряжения.

Использование явления самоиндукции позволяет также при помощи импульсного регулятора напряжения получить из положительного входного напряжения отрицательное выходное. Схема такого варианта стабилизатора представлена на рисунке 78. Когда транзистор Т1 закрывается, вследствие явления самоиндукции на коллекторе транзистора Т1 появляется отрицательный потенциал. При этом диод D открывается, и конденсатор заряжается до некоторого отрицательного напряжения. Для величины выходного напряжения справедливо следующее соотношение:

Устройство управления для всех трёх схем стабилизатора одинаково. Оно может быть выполнено в виде монолитной интегральной схемы.

5.3.4 Первичный стабилизатор напряжения.

На рисунке 79 приведена структурная схема первичного стабилизатора напряжения.

Рисунок 79. Первичный импульсный стабилизатор напряжения.

Напряжение сети непосредственно выпрямляется мостовым выпрямителем. Падение напряжения на каждом из двух последовательно включённых сглаживающих конденсаторах С1, С2 составляет 150 В. При помощи коммутирующих транзисторов Т1 и Т2 к первичной обмотке силового высокочастотного трансформатора подаётся попеременно напряжение:

U1 = +150 В, когда открыт Т1,

U2 = -150 В, когда открыт Т2.

Как видно из схемы, первичная обмотка трансформатора подключается к выпрямителю так, чтобы через неё не могла протекать постоянная составляющая тока. Это предотвращает возможность насыщения трансформатора вследствие несимметрии в длительностях открытого состояния транзисторов коммутатора.

Вторичное переменное напряжение выпрямляется стандартной схемой выпрямителя со средним выводом вторичной обмотки. Использование такой схемы практически не увеличивает затрат на дополнительную часть вторичной обмотки, так как на высокой частоте число витков вторичной обмотки мало. В то же время эта схема снижает мощность потерь на выпрямителе, так как напряжение падает только на одном открытом диоде. Это особенно важно при получении малых выходных напряжений, так как диоды D1 и D2 при этом являются основным источником потерь мощности. Для снижения статических и динамических потерь в таких схемах целесообразно применять мощные диоды Шоттки.

Устройство управления работает по тому же принципу, что и для вторичных стабилизаторов. Дополнительно в это устройство включена схема распределителя импульсов, которая подаёт импульсы управления попеременно на каждый из коммутирующих транзисторов. Так как транзисторы преобразователя находятся на первичной стороне трансформатора, то управление ими должно осуществляться гальванической развязкой от вторичной стороны. Поэтому импульсы управления должны подаваться на них через импульсные трансформаторы или оптронные ключи.

Чтобы снизить потери мощности на коммутирующих транзисторах, необходимо рассчитать схему так, чтобы эти транзисторы коммутировали напряжение с возможно большей крутизной фронтов импульсов тока, а также не находились одновременно в открытом состоянии. При оптимальном выборе параметров схемы можно добиться КПД преобразователя свыше 80%.

5.3.5 Интегральные схемы управления импульсными стабилизаторами напряжения.

В современных стабилизаторах для управления ключевым транзистором используют, как правило, предназначенные для этого микросхемы управления. Свойства этих микросхем определяются набором функциональных блоков, связанных между собой. Простейшие схемы содержат минимальное количество блоков и имеют только обязательные выводы. Пример такой схемы в составе импульсного стабилизатора напряжения приведен на рисунке 80. В нее входят ИОН – источник опорного напряжения, УСР – усилитель сигналов рассогласования, Г – генератор, ИМ – импульсный модулятор. Выходной каскад микросхемы – блок драйвера – имеет, по крайней мере, один внешний вывод в однотактной схеме и два в двухтактной схеме. Этот блок служит предварительным импульсным усилителем или, в отдельных случаях, может использоваться в качестве ключевого элемента в составе импульсного источника питания. В этом блоке предусматривается возможность управления как биполярными, так и полевыми транзисторами.

Рисунок 80. Схема широтно-импульсной модуляции с управлением по напряжению.

Особенности импульсного модулятора определяются законом регулирования. Наиболее часто это широтно-импульсная модуляция, реже – частотно-импульсная, а в некоторых случаях частотно-широтно-импульсная модуляция. Управление модуляцией может осуществляться как по напряжению, так и по току. Выбор алгоритма управления определяет быстродействие цепи обратной связи и в целом импульсного стабилизатора. Обязательным элементом контура управления является усилитель сигналов рассогласования. В схемах с небольшим числом выводов встроенный ИОН не имеет внешнего доступа. Наряду с обязательными блоками микросхемы повышенной сложности содержат различные блоки защиты импульсного стабилизатора. Эти блоки выполняют функции защиты от аварийных режимов, таких как првалы и снижение выходного напряжения, его недопустимое повышение, токовые перегрузки, включая короткое замыкание на выходе, недопустимое повышение температуры элементов стабилизатора. Результатом действия защитного устройства всегда является закрывание ключевого транзистора стабилизатора. При этом необходимо учитывать, что алгоритм возврата к рабочему режиму может быть различным: ручным или автоматическим. При проектировании импульсного источника питания для выбора микросхемы управления необходимо обращаться к соответствующей справочной литературе, в которой, обычно, приводятся примеры включения микросхем управления в цепи импульсных стабилизаторов напряжения.