5.1.4 Защита компенсационного стабилизатора от короткого замыкания

При коротком замыкании на выходе в схеме СН на рис. 5.5 ток регулирующего БТ увеличивается до уровня, превышающего предельное значение, что выводит БТ из строя. Защита реализуется путем введения в схему нелинейной отрицательной обратной связи по току (рис. 5.6, а).

а)	б)
Рисунок 5.6 – Схема стабилизатора с защитой от короткого замыкания

Обратная связь реализуется с помощью дополнительного БТ и резистора , включенного в цепь последовательно с регулирующим БТ и нагрузкой. Как только ток нагрузки возрастает до максимально допустимого уровня , переход база-эмиттер транзистора защиты открывается, и он переходит из отсечки в активный режим. Появляется ток коллектора . За счет этого нарастание токов базы и эмиттера, регулирующего БТ , прекращается. Следовательно, ток нагрузки СН ограничивается на указанном уровне.

Таким образом, действие обратной связи по току проявляется только при значениях тока нагрузки, близких максимально допустимому. На рис. 5.6, б представлена нагрузочная характеристика СН с защитой.

5.1.5 Структурная схема импульсного стабилизатора напряжения

Недостатком компенсационного СН является низкий коэффициент полезного действия (КПД). Это обусловлено работой регулирующего БТ в активном режиме. В компенсационном СН БТ включен последовательно с нагрузкой (рис. 5.7, а). Токи БТ и нагрузки примерно одинаковы, поэтому . Для обеспечения активного режима необходимо, чтобы . Поскольку на входе СН присутствуют пульсации напряжения, то среднее значение напряжения существенно больше и составляет 2,5…3 В. Если выходное напряжение В, то КПД будет составлять 0,67…0,625 или 67…62,5 % соответственно.

С целью повышения КПД в импульсных СН регулирующий БТ переводят в ключевой режим. Основную часть времени БТ пребывает в насыщении или отсечке. В первом случае на нем падает небольшое напряжение, а во втором случае ток БТ равен нулю. В результате на регулирующем БТ рассеивается минимальная мощность, и КПД СН существенно повышается.

Структурная схема импульсного СН представлена на рис. 5.7, б.

СН содержит РЭ, реализованный в виде ключа на транзисторе p-n-p – типа, НЭ – накопительный элемент, который используется для накопления энергии, когда ключ открыт, и для питания нагрузки, когда ключ закрыт, ШИМ – широтно-импульсный модулятор, вырабатывающий импульсы напряжения для управления ключом РЭ, и согласующий делитель напряжения на резисторах и .

а)	б)
Рисунок 5.7 – Структурная схема импульсного стабилизатора напряжения

При отклонении выходного напряжения СН от номинального напряжение на выходе делителя отклоняется от уровня . При этом изменяется длительность импульсов на выходе блока ШИМ при постоянном периоде их следования и изменяется среднее время пребывания ключа в открытом состоянии. Соответственно изменяется среднее значение тока коллектора таким образом, что изменения выходного напряжения компенсируются. В импульсном СН в соответствии с алгоритмом работы всегда на выходе присутствуют пульсации напряжения с частотой переключений ключа. Уровень этих пульсаций зависит от схемной реализации ШИМ и может быть небольшим, например, не более десятков милливольт на фоне единиц-десятков вольт постоянного выходного напряжения.

Вместо ШИМ в импульсных СН могут применяться частотно-импульсные (ЧИМ) или релейные (РМ) модуляторы. Первые вырабатывают импульсы постоянной длительности открывающие ключ, но с изменяемой частотой (периодом) их следования. Во вторых одновременно могут изменяться длительность импульсов и период их следования.