Стабилизаторы напряжения

Стабилизация выходного (выпрямленного) напряжения используется в том случае, когда требуется обеспечить постоянство питающего (или питающих) напряжения при: переменной нагрузке (при изменяющемся токе нагрузки); изменяющемся напряжении первичного источника питания; изменении температуры; малых (и очень малых) величинах коэффициентов пульсаций.

Независимо от вида стабилизатора напряжений, основной его характеристикой является сугубо нелинейная зависимость выходного тока от выходного напряжения. Существенное значение имеет крутизна характеристики. Эта функция реализацуется на стабилитронах.

Параметрический стабилизатор напряжения

Схема приведена на рис. 1.34.

Рис. 1.34. Схема простейшего параметрического стабилизатора напряжения.

В такой схеме величина R определяет ток стабилизации - режимный ток стабилитрона, характеризующий его работу в зоне обратимого пробоя. Превышение предельного тока стабилизации приведет к неизбежному выходу прибора из строя (режим необратимого теплового пробоя).

Компенсационный стабилизатор напряжения

Для построения компенсационных стабилизаторов напряжения часто используют операционные усилители. На рис. 1.35 приведена схема такого стабилизатора. Большой коэффициент усиления ОУ обеспечивает большой коэффициент стабилизации и, соответсвенно, малую величину пульсаций.

Рис. 1.34. Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения

Рис. 1.35. Компенсационный стабилизатор напряжения на операционном усилителе.

Импульсный регулятор (стабилизатор) напряжения

Параметрический и компенсационный стабилизаторы напряжения используют в качестве регулятора транзисторный каскад, работающий в линейной области. Это определяет значительные величины рассеиваемой на нем мощности (при напряжении питания 5В и токах нагрузки 10—20 А мощность, рассеиваемая на транзисторе, может достигать 30—40 Ватт). Это сравнимо с мощностью, потребляемой всей цифровой схемой.

Решение проблемы уменьшения рассеиваемой мощности связано с переводом регулирующего транзистора из линейного режима в ключевой (открыт – закрыт). При этом существенно (в десятки раз) уменьшается внутреннее сопротивление проводящего транзистора, а значит, и мощность, рассеиваемая на нем. Ясно, что изменение режима работы регулирующего элемента требует радикального изменения концепции регулирования выходного напряжения, реализуемого блоками широтно – импульсной модуляции (ШИМ).

Рис. 1.36. Идея и схема импульсного регулирования

Защита во вторичных источниках электропитания

Вторичные источники электропитания — силовые устройства, управляющие достаточно большими токами и преобразующие большие (относительно напряжений питания микроэлектронных устройств) напряжения. При неисправности источника питания возможно увеличение его выходного напряжения (перенапряжение), которое может вывести из строя питаемое электронное устройство (возможно, весьма дорогостоящее). Неисправность (или ошибка при эксплуатации или наладке) может быть и в питаемом устройстве. Обычно это короткое замыкание линий питания (перегрузка по току), приводящее к выходу из строя источника электропитания.

Простейшим и универсальным средством защиты источников питания является плавкий предохранитель. При превышении рабочим током источника питания некоторой предельной величины плавкий предохранитель необратимо разрушается, отключая источник питания от входного напряжения. Недостаток такой зашиты — низкое быстродействие (десятки миллисекунд). За время реакции плавкого предохранителя полупроводниковая электронная схема может выйти из строя. Поэтому современные источники питания (дополнительно к плавким предохранителям) оснащаются быстродействующими электронными средствами защиты.

Быстродействующая и надежная электронная защита достаточно сложное устройство, иногда более сложное, чем источник питания. Ниже мы рассмотрим только простейшие средства электронной защиты.