6.4. Инвертирующий импульсный стабилизатор

Схемы понижающего и повышающего преобразователей, рассмотренные выше в пп. 6.2 и 6.3, считаются базовыми [6.5]. Они являются тем фундамен­том, на котором можно построить более сложные схемы преобразователей по­стоянного напряжения. Простейшая составная схема, представляющая собой комбинацию двух указанных преобразователей, представлена на Рис. 6.15.

Здесь регулирующий транзистор включен последовательно с первичным источником, как в схеме понижающего преобразователя, а диод, через который протекает ток при запертом транзисторе, — последовательно с нагрузкой, как у повышающего преобразователя.

Когда транзистор VT открыт, диод VD за­крыт, и к дросселю L приложено входное на­пряжение V_IN. В этом случае согласно закону электромагнитной индукции в соответствии с

формулой (6.10) ток в дросселе будет расти, увеличивая в нем энергию. Нагруз­ка питается за счет разряда конденсатора С. Во втором такте, после запирания транзистора, ток продолжает течь через дроссель и через открывшийся диод за­ряжает конденсатор в направлении, противоположном полярности входного напряжения. Скорость уменьшения тока определяется в этом случае формулой (6.2). Приращение тока в первом такте равно убыли тока во втором:

Откуда следует

Выражение (6.5) представляет собой регулировочную характеристику ин­вертирующего преобразователя, график которой приведен на Рис. 6.16.

Формула (6.13) справедлива только для режима непрерывного тока дросселя.

Таким образом, на выходе инвертирующего импульсного стабилизатора на­пряжение не только имеет полярность, обратную полярности входного напря­жения, но в зависимости от относительной длительности импульса может быть как больше, так и меньше входного. Последнее обстоятельство заметно расши­ряет область применения инвертирующего преобразователя.

Примером ИМС инвертирующего им­пульсного стабилизатора может служить микросхема МАХ764 фирмы Maxim, преоб­разующая постоянное нестабильное напряжение 3... 16 В в постоянное напряже­ние —5 В при токе нагрузки до 250 мА. Кри­сталл размером 3.7 х 2 мм в восьмивыводном корпусе содержит устройство управления и коммутирующий МОП-тран­зистор. Диод, дроссель и конденсатор — внешние. КПД устройства при токе нагруз­ки в 200 мА достигает 80%. Ток, потребляе­мый самой микросхемой, составляет не бо­лее 90 мкА. Способ регулирования — ЧИМ, при частоте импульсов до 300 кГц. Устройст­во управления ограничивает входной ток ве­личиной 0.75 А.

Фирма National Semiconductor производит ИМС LM2524D, которая может быть включена по схеме повышающего, понижающего или инвертирующего стабилизаторов напряжения. Максимально допустимый ток силовых ключей невелик (80 мА), поэтому для умощнения следует подключить внешние транзи­сторы. Упрощенная схема ИМС представлена на Рис. 6.17.

Микросхема содержит усилитель ошибки У, источник опорного напряже­ния ИОН, управляющую логику, силовые ключи VT1 и VT₂, а также широт-но-импульсный модулятор, включающий генератор пилообразного напряже­ния, компаратор КН и RS-триггер Тг1.

Триггер Тг₂ обеспечивает поочередное открывание ключей, причем относительная длительность открытого состояния каждого ключа у < 0.5. Это позволяет использовать эту ИМС для построения как двухтактных (инвертирующих), так и однотактных схем. В последнем случае транзи­сторы VT1 и VT₂ включаются параллельно. При этом общая относительная длительность открытого состояния такого составного ключа может при­ближаться к единице.