7.5.3 Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения

Импульсные стабилизаторы в последнее время получают все большее распространение, так как имеют больший КПД (до 80%), меньшие габариты и массу. Также как и компенсационные, импульсные стабилизаторы являются системами автоматического регулирования стабилизирующего типа с отрицательной обратной связью. Отличие заключается в том, что регулирующий элемент работает в ключевом режиме – это позволило значительно сократить потери на нем. Функциональная схема импульсного стабилизатора с широтно-импульсной модуляцией и диаграммы, поясняющие принцип его работы, приведены на рисунке 7.17а.

а

б

а – стабилизатор с широтно-импульсной модуляцией; б – стабилизатор с частотно-импульсной модуляцией

Рисунок 7.17 – Импульсный стабилизатор постоянного напряжения

Стабилизатор состоит из регулирующего элемента (Е₁), работающего в ключевом режиме, накопителя энергии емкостного или индуктивного типа (фильтр) и широтно-импульсного модулятора. Работает стабилизатор следующим образом. При изменении выходного напряжения длительность выходных импульсов ШИМ будет изменяться (при уменьшении U_вых _u – увеличивается и наоборот). ШИМ управляет работой регулирующего элемента (с приходом импульса ключ открывается). В то время, когда ключ открыт, происходит накопление энергии в фильтре, напряжение на нем повышается. Очевидно, что чем больше длительность открытого состояния ключа, тем до большей величины повышается напряжение на выходе.

При увеличении выходного напряжения длительность выходных импульсов ШИМ будет уменьшаться, что вызовет уменьшение выходного напряжения. Таким образом, выходное напряжение стабилизатора будет поддерживаться на заданном уровне. В составе микросхем серии К142 имеется МС управления работой импульсного стабилизатора типа К142ЕП1. Наряду с широтно-импульсной модуляцией используются стабилизаторы с частотно-импульсной модуляцией. В принципе работа такого стабилизатора аналогична работе стабилизатора с ШИМ. Отличие состоит только в том, что в данном случае изменяется не длительность импульса, а их частота следования. С ростом выходного напряжения частота следования импульсов уменьшается и наоборот. Функциональная схема стабилизатора с ЧИМ и диаграммы, поясняющие принцип его работы, приведены на рисунке 7.17б.

7.5.4 Стабилизатор тока

Для стабилизации тока необходимо иметь нелинейный элемент, с участком характеристики, на котором ток остается постоянным при изменении других параметров. Для этой цели целесообразно использовать биполярные и полевые транзисторы, имеющие на выходных характеристиках соответствующий участок. Принцип стабилизации заключается в том, чтобы зафиксировать положение рабочей точки транзистора при изменении сопротивления нагрузки и питающего напряжения. На рисунке 7.18а приведена схема стабилизатора на биполярном транзисторе.

Параметрический стабилизатор VD2, R₃ осуществляет питание базового делителя R₂, R₁, VD1. С помощью этого делителя ток базы фиксируется на определенном уровне. Диод VD1 в базовой цепи служит для термостабилизации рабочей точки транзистора. На рисунке 7.18б показано изменение положения рабочей точки при изменении сопротивления нагрузки (О₁, О₂). Нагрузочные прямые для этого случая проведены сплошными линиями. При изменении напряжения питания нагрузочные прямые проведены пунктирными линиями (изменение рабочей точки 0₃, 0₄). В обоих случаях изменение тока нагрузки незначительно и не превышает I_н.

а б

а – принципиальная схема; б – выходные ВАХ и нагрузочные прямые при изменении R_н и U_вх

Рисунок 7.18 – Стабилизатор тока