Ключевой с триггером Шмитта

Функциональная схема ключевого стабилизатора напряжения стриггером Шмитта

Дополнительные сведения: Триггер Шмитта

Несколько иначе устроен ключевой стабилизатор напряжения с триггером Шмитта (называемый также релейным или стабилизатором с двухпозиционным регулированием^[2]). В нём, при замкнутом ключе (1), входное напряжение поступает через ключевой элемент на накопитель (2), а выходное напряжение сравнивается с минимально допустимым напряжением и максимально допустимым напряжением вкомпараторе (4), который является входной составной частью инвертирующего триггера Шмитта (4)-(3). Как только выходное напряжение превышает максимально допустимое напряжение U_max, инвертирующий триггер Шмитта переключается в «0» и закрывает ключ (1). Накопитель разряжается, пока напряжение на нём не упадёт ниже минимально допустимого напряжения U_min, после чего инвертирующий триггер Шмитта переключается в «1», ключ снова открывается и процесс повторяется.

В середине диапазона стабилизации от U_min до U_max состояние ключа не изменяется.

Напряжения сравнения U_min и U_max формируются из опорного напряжения (5), при применении простого триггера Шмитта без обратной связи простыми делителями напряжения, а при применении более сложного триггера Шмитта с обратной связью более сложными для расчёта U_min и U_max цепями.

Такой стабилизатор прост по конструкции, частота замыкания/размыкания ключа в нём определяется суммой постоянных времени заряда и разряда накопителя (объекта управления) и разницей между максимально допустимым и минимально допустимым напряжениями и, при постоянной нагрузке, постоянна.

При двухпозиционном регулировании возможно использование не всех видов преобразований: например, невозможно использование описанного ниже повышающего преобразователя.

Достоинства вторичных источников питания с импульсной стабилизацией

• Возможность достичь высокого коэффициента стабилизации;

• Высокий КПД;

• Большой диапазон входных напряжений, нередко с более чем двукратным перекрытием: типичные значения без переключения и без значительного ухудшения КПД для распространённых схем составляют 18…75 В пост. тока, или 90…260 В переменного тока;

• Нечувствительность к частоте входного напряжения переменного тока, влияющей только на работу входного выпрямителя и фильтра;

• Нечувствительность к качеству электропитания (к примеру, наличию гармонических составляющих переменного тока);

• Лёгкость в дистанционном управлении и отключении;

• Малые габариты и масса;

• В общем случае, меньшая стоимость.

Недостатки

• Импульсные помехи. В связи с этим недопустимо применение низкочастотных импульсных БП для некоторых видов аппаратуры (напр., УМЗЧ);

• Невысокий cosφ, что требует включения компенсаторов коэффициента мощности;

• Меньшая надёжность, обусловленная как сложностью схемы, так и режимом работы ключевых элементов (высокое напряжение, большие мгновенные токи, большое число переключений за период эксплуатации, тяжёлый температурный режим кристалла диода или транзистора);

• Трудность самостоятельной настройки или ремонта, обязательно требующая специальных навыков;

• Тяжесть последствий при выходе из строя ключевых элементов;

• Меньшее время наработки на отказ;

• В случае их наличия, сердечники из распылённого железа содержат органический диэлектрик, вследствие чего подвержены термическому старению^[12];

• Нагрузочная характеристика импульсного стабилизирующего преобразователя со стороны первичной цепи обратно-линейная, а именно, в режиме стабилизации выходных напряжений, при уменьшении входного напряжения, возрастает входной ток. Это может приводить к неконтролируемому увеличению входного тока вплоть до максимального, в случае использования питающих сетей с высоким электрическим сопротивлением (например, использование электрических удлинителей большой длины и недостаточного сечения).

• Значительный выброс тока по первичной цепи в момент включения. Для его ограничения применяются термисторы с отрицательным ТКС (NTC Resistor), установленные на входе устройства. Но и они не всегда эффективны, если включение (подача первичного напряжения) происходит сразу после отключения нагруженного блока питания.

12.