5. Импульсные регуляторы постоянного тока

5.1. Принцип действия импульсных преобразователей постоянного тока, понижающий транзисторный регулятор.

Есть две категории любых импульсных преобразователей напряжения: • С трансформатором • С накопительным дросселем Преобразователь любой из этих двух категорий может быть как понижающим, так и повышающим, в устройствах с накопительным дросселем это зависит от схемы включения, в устройствах с трансформатором от коэффициента трансформации.

Импульсные преобразователи напряжения с накопительным дросселем

На выходе таких схем всегда будет или постоянное или пульсирующее напряжение. Переменное напряжение на их выходе не получить. Общая схема повышающего импульсного преобразователя с накопительным дросселем:

Сигнал который необходимо подавать в точку А1 по отношению к общему проводу:

Общая схема понижающего импульсного преобразователя с накопительным дросселем:

Сигнал который необходимо подавать в точку Б1 по отношению к истоку транзистора:

Как работают импульсные преобразователи с накопительным дросселем?

Рассмотрим на примере повышающего преобразователя. Накопительный дроссель L1 подключен так, что при открывании транзистора T1 через них начинает протекать ток от источника "+ПИТ", при этом ток возрастает в дросселе не мгновенно, так как энергия запасается в магнитном поле дросселя. После того как транзистор T1 закрывается, запасённой в дросселе энергии необходимо высвободится, это следует из физики явлений происходящих в дросселе, соответственно единственный путь этой энергии пролегает через источник +ПИТ, диод VD1 и нагрузку подключенную к ВЫХОДу. При этом максимальное напряжение на выходе зависит только от одного - сопротивления нагрузки. Если у нас идеальный дроссель и если нагрузка отсутствует, то напряжение на выходе будет бесконечно большим, однако мы имеем дело с далёким от идеала дросселем, по этому без нагрузки напряжение просто будет очень большим, возможно настолько большим что случиться пробой воздуха или диэлектрика между клеммой ВЫХОД и общим проводом, но скорее пробой транзистора. Если дроссель желает высвобождает всю энергию которую накопил (за вычетом потерь), то как же регулировать напряжение на выходе таких преобразователей? Очень просто - запасать в дросселе ровно столько энергии, сколько необходимо, что бы создать нужное напряжение на известном сопротивлении нагрузки. Регулировка запасённой энергии производится длительностью импульсов открывающих транзистор (временем в течении которого открыт транзистор). В понижающем преобразователе в дросселе происходят точно те же процессы, однако в этом случае при открывании транзистора дроссель не даёт напряжению на выходе увеличиться мгновенно, а после его закрывания, высвобождая запасённую энергию с одной стороны через диод VD1 а с другой через нагрузку подключенную к ВЫХОДу поддерживает напряжение на клемме ВЫХОД. Напряжение на выходе такого преобразователя не может оказаться больше чем напряжение +ПИТ.

Импульсные преобразователи напряжения с трансформаторами

Само преобразование происходит в трансформаторе, при этом не важно на железе он - для низких частот; или на феррите - для высоких от 1кГц до 500 и выше кГц. Суть процессов всегда одинакова: если в первой обмотке трансформатора 10 витков, а во второй 20 и мы приложим переменное напряжение 10 вольт к первой, то во второй мы получим переменное напряжение той же частоты но 20 вольт и соответственно с 2 раза меньшим током чем течёт в первой обмотке. То есть задача сводится к получению переменного напряжения, которое необходимо приложить к первичной обмотке, от источника постоянного тока питающего преобразователь. Пуш-пул (push-pull)

Сигналы на входах по отношению к общему проводу:

Работает следующим образом: когда транзистор T1 открыт, ток течёт через верхнюю половину обмотки - L1.1, затем транзистор T1 закрывается и открывается транзистор T2, ток начинает протекать через нижнюю половину обмотки - L1.2, так как верхняя половина обмотки L1 включена своим концом к +ПИТ а нижняя началом, то магнитное поле в сердечнике трансформатора при открытии T1 течёт в одну сторону, а при открытии T2 в другую, соответственно на вторичной обмотке L2 создаётся переменное напряжение. L1.1 и L1.1 выполняются как можно более идентичными друг другу. Преимущества: Высокая эффективность при работе от низкого напряжения питания (через каждую половину обмотки и транзистор протекает только половина необходимого тока). Недостатки: Выбросы напряжения на стоках транзисторов равные удвоенному напряжению питания (например когда T1 открыт, а T2 закрыт, то ток течёт в L1.1 в свою очередь в L1.2 магнитное поле создаёт напряжение равное напряжению на L1.1 которое суммируясь с напряжением источника питания воздействует на закрытый T2). То есть необходимо выбирать транзисторы на большее допустимое максимальное напряжение. Применение: Преобразователи, питающиеся от низкого напряжения (порядка 12 вольт). Полумост

Сигналы на входах по отношению к общему проводу:

Работает следующим образом: когда транзистор T1 открыт, ток течёт через первичную обмотку трансформатора (L1) заряжая конденсатор C2, затем он закрывается и открывается T2, соответственно теперь ток течёт через L1 в обратном направлении, разряжая C2 и заряжая C1. Недостатки: Напряжение подводимое к первичной обмотке трансформатора в два раза ниже напряжения +ПИТ. Приемущества: Отсутствие выбросов удвоенного напряжения свойственных пуш-пулу. Применение: Преобразователи, питающиеся от бытовой осветительной сети, сетевые блоки питания (например: блоки питания компьютеров). Мост

Сигналы на входах по отношению к общему проводу:

Работает следующим образом: когда транзисторы T1 и T4 открыты, ток течёт через первичную обмотку трансформатора в одном направлении, затем они закрываются и открываются T2 и T3 ток через первичную обмотку начинает течь в обратном направлении. Недостатки: Необходимость установки четырёх мощных транзисторов. Удвоенное падение напряжения на транзисторах (падения напряжения на смежных T1 T4/ T2 T3 транзисторах складываются). Приемущества: Полное напряжение питания на первичной обмотке. Отсутствие выбросов удвоенного напряжения свойственных пуш-пулу. Применение: Мощные преобразователи, питающиеся от бытовой осветительной сети, сетевые блоки питания (например: импульсные сварочные "трансформаторы"). Общими проблемами для преобразователей на трансформаторах являются те же проблемы что и преобразователей на базе накопительных дросселей: насыщение сердечника; сопротивление провода из которого выполнены обмотки; работа транзисторов в линейном режиме.