Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Источники вторичного электропитания. Линейные источники вторичного электропитания. Учебное пособие
.pdf
характеристикой: стабилитрона, стабистора, дросселя насыщения. В ка-
R
честве линейных элементов в параметрических стабилизаторах используются резисторы.
Структурная схема
параметрического стабилизатора (рис. 5.3, а)
содержит нелинейный элемент НЭ, который подключен к входному питающему напряжению
нелинейному элементу НЭ включена нагрузка
входного
напряжения ток через нелинейный элемент НЭ увеличива-
u
с
ется, в результате чего возрастает падение напряжения на гасящем
через гасящий
u
с
резистор, а параллельно
R
г
. При изменении
R
н
R
г
резисторе настолько, что выходное напряжение на нагрузке остается постоянным. Стабильность выходного напряжения на нагрузке в параметрическом стабилизаторе определяется наклоном вольт-амперной характеристики нелинейного элемента НЭ и является относительно невысокой [1–3, 8, 12].
Работа
жения
жение
лельно включенным
однокаскадного параметрического стабилизатора напря-
(рис. 5.3, б) происходит следующим образом. Входное напря-
через сопротивление гашения
U
вх
VD и сопротивлению нагрузки
подводится к парал-
R
г
. Поскольку
R
н
напряжение на стабилитроне меняется незначительно, то же относится
и к напряжению на нагрузке. Если входное напряжение увеличивается,
то практически все приращение
тивление
U
вх
гашения, что порождает увеличение тока в нем.
R
г
R
г
НЭ
U
н
R
н
R
г
U
вх
а б в
напряжения передается на сопро-
U
вх
R
г
I
ст
VD
вых
U
вх
R
U
н
I
н
U
вых
н
Рис. 5.3. Параметрический стабилизатор:
а – структурная схема; б – принципиальная схема; в – схема замещения
91
Это увеличение тока происходит за счет увеличения тока стабилит-
I
R
рона при почти неизменном токе нагрузки [1–3, 8, 12].
В соответствии со схемой замещения однокаскадного стабилизатора
(рис. 5.3,
в) можно записать:
UIIRU
вх ст н г вых
UU Ir
ст вых ст ст
() ,
,
из чего следует, что напряжение на выходе примет вид
rrR
UU U I
вых вх ст н
ст ст г
rR rR rR
ст г ст г ст г
R
г
,
где ток нагрузки
UR
нвыхн
.
Тогда
rR
UU U
вых вх ст
ст н
() ()
rRrR RrRrR
нст г стг нст г стг
RR
гн
.
Выходное сопротивление однокаскадного стабилизатора
U
R
вых
вых
IrR
Поскольку на практике выполняется условие
rR
ст г
.
нстг
rR
ст г
, выходное со-
противление однокаскадного стабилизатора напряжения можно принять в
Rr
вых ст
.
Тогда коэффициент сглаживания пульсаций
()Rr R rR
UR
k
сг.п
вх г
UrRr
вых ст н ст
нст г стг
.
Следовательно, в однокаскадном параметрическом стабилизаторе
напряжения влияние абсолютного изменения входного
ния уменьшается в
Rr
гст
раз.
U
вх
напряже-
Для уменьшения нестабильности при изменении входного напряжения на практике применяют многокаскадные параметрические статоры, в которых выход первого каскада соединен со входом второго каскада и т. д.
92
В двухкаскадном параметрическом стабилизаторе (рис. 5.4, а)
должно выполняться условие
UU U
вх ст ст
12
[1–3, 8, 12]. При этом
питание второго стабилизатора осуществляется почти неизменным
напряжением
, даже при изменении входного напряжения
ст
1
.
U
вх
U
Недостатком такой схемы является пониженный КПД, так как для
этой схемы требуется значительное увеличение входного напряжения.
Параметры двухкаскадного стабилизатора [1–3, 8, 12 ]:
Rr
вх ст
kkk
2
;
сг.псг.псг.п
12
UU
ст
вх
ст вых
1
1
kkk
;
ннн
UUU
.
12
U
U
Таким образом, в двухкаскадном стабилизаторе существенно увели-
k
чиваются значения коэффициента
фициента
ходного сопротивления
k
нестабильности по напряжению, при этом значение вы-
н
U
определяется только вторым стабилизато-
R
вых
сглаживания пульсаций и коэф-
сг.п
ром и почти не зависят от первого.
Мостовой параметрический стабилизатор (рис. 5.4, б) является еще
одной разновидностью параметрических стабилизаторов [1–3, 8, 12].
Принцип компенсации изменения напряжения стабилизации стабилитрона реализуется в результате противоположного изменения напряжения на компенсирующем
сопротивлении. В таком стабилиза-
R
к
торе выходное напряжение равно разности напряжения стабилизации
стабилитрона
тивлении
При увеличении напряжения
на стабилитроне
чае, когда выполнено условие
VD и падения напряжения на компенсирующем сопро-
.
R
к
на входе повышается напряжение
U
вх
VD и на компенсирующем сопротивлении
,rR RR
ст г к г
12
выходное
R
U
вых
. В слу-
к
напря-
жение почти не изменяется.
Основные параметры параметрического мостового стабилизатора
[1–3, 8, 12]:
1
R
к
;
k
н
U
r
1
URR
вых г г
R
ст
к
12
.
RrR
вых ст к
;
r
ст
k
сг
RR
гг
12
93
R
R
R
г
1
г
2
R
г
1
U
U
ст
вх
1
U
ст
1VD
2
2VD
U
н
вых
U
R
г
VD
вх
2
R
U
н
вых
R
к
а б
Рис. 5.4. Параметрический стабилизатор напряжения:
а – схема двухкаскадного; б – схема мостового
Особенность рассмотренных схем параметрических стабилизаторов
в том, что в случае снижения сопротивления нагрузки максимальный
выходной ток не может превышать максимальный ток стабилизации
стабилитрона. Увеличить выходной ток (повысить нагрузочную способность стабилизатора) можно с помощью транзистора, включенного по
схеме с общим коллектором. В параметрическом стабилизаторе отсутствует возможность плавной регулировки выходного
напряжения и точ-
ной установки его номинального значения.
Компенсационные стабилизаторы
Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые
системы автоматического регулирования напряжения на нагрузке,
выполненные на полупроводниковых приборах. Выходное напряжение
в этих стабилизаторах поддерживается равным или пропорциональным
стабильному опорному напряжению, которое обычно создается одним
из типов параметрических стабилизаторов.
Структурные схемы компенсационных стабилизаторов показаны на
рис. 5.5 [1–3, 8, 12].
Компенсационные стабилизаторы содержат регулирующий элемент
РЭ (обычно транзистор), который может
включаться последовательно
или параллельно нагрузке, измерительный элемент ИЭ и преобразующее устройство. В измерительном элементе происходит сравнение выходного напряжения с опорным и вырабатывается сигнал ошибки.
94
R
х
U
R
вх
г
U
РЭ
упр
УПТ
УСО
U
ош
ИОН
ДН
СС
U
вых
U
д
U
оп
н
U
вх
РЭ
U
упр
U
ош
УПТ
УСО
ИОН
ДН
СС
U
вы
U
д
U
оп
а б
Рис. 5.5. Структурные схемы:
а – параллельного компенсационного стабилизатора; б – последовательного
компенсационного стабилизатора
В преобразующем устройстве сигнал ошибки усиливается и преобразуется в управляющий сигнал для регулирующего элемента РЭ. Под
действием этого управляющего сигнала изменяется внутреннее состояние регулирующего элемента РЭ так, чтобы поддерживать выходное
напряжение стабильным. Регулирующий элемент РЭ может работать
в непрерывном или ключевом режиме. В зависимости от этого компенсационные стабилизаторы
подразделяют на последовательные и парал-
лельные (рис. 5.5) [1–3, 8, 12].
Параллельные стабилизаторы (рис. 5.5,
а) имеют меньший КПД
и применяются реже. Для стабилизации повышенных напряжений и токов при переменных нагрузках обычно используют стабилизаторы
напряжения последовательного типа (рис. 5.5,
б). Для защиты от корот-
кого замыкания выходной цепи следует выбирать транзистор с допустимым напряжением
UU
КЗ вх
.
На усилитель сигнала ошибки, состоящий из схемы сравнения СС
и усилителя постоянного тока УПТ, поступает два напряжения: опорное
тель напряжения ДН с коэффициентом передачи
напряжений, представляющая собой напряжение ошибки
и выходное напряжение
U
оп
, которое проходит через дели-
U
вых
. Разность этих
k
д
ош
уси-
,U
ленная усилителем постоянного тока УПТ, является управляющим
95
напряжением
,U
задающим необходимое внутреннее сопротивле-
упр
ние (и, как следствие, коэффициент передачи) регулирующего элемента РЭ.
Уравнение компенсационного стабилизатора (рис. 5.5, а)
()kkU U U
ус д вых оп вых
где
ние стабилизатора;
k
ус
– напряжение опорного источника;
U
оп
– коэффициент передачи делителя напряжения;
k
д
– коэффициент усиления усилителя сигнала ошибки и регулирую-
,
– выходное напряже-
U
вых
щего элемента.
Тогда напряжение на выходе стабилизатора можно определить как
Uk
U
вых
оп ус
kk
(1)
ус д
.
В случае, когда усиление усилителя сигнала УСО ошибки достаточно велико, то при условии
ус д
1kk
напряжение на выходе стаби-
лизатора определяется
U
U
вых
оп
.
k
д
Следовательно, стабильность выходного напряжения компенсационного стабилизатора зависит только от нестабильности элементов,
включенных в цепь обратной связи, и не зависит от нестабильности элементов в цепи прямой передачи.
В качестве источника опорного напряжения ИОН обычно используется один из видов параметрических стабилизаторов, рассмотренных
ранее. В этом случае применение делителя напряжения
позволяет получать выходное напряжение, отличное от напряжения опорного источника. Изменение выходного напряжения в компенсационных стабилизаторах может осуществляться делением выходного напряжения, делением опорного напряжения, одновременным делением опорного и выходного напряжения.
96
Для нормальной работы стабилизатора необходимо выполнение
условий [1–3, 8, 12]:
UU UU
вх вых оп д
.
Компенсационные стабилизаторы в отличие от параметрических
стабилизаторов имеют меньшее выходное сопротивление за счет наличия отрицательной обратной связи по напряжению, а следовательно,
и лучшие стабилизирующие свойства.
Схема сравнения может быть выполнена на одном или нескольких
транзисторах. В стабилизаторах напряжения ее обычно совмещают
с усилителем постоянного тока УПТ.
Делитель напряжения, как
правило, представляет собой резистивный делитель напряжения, подключенный к выходу стабилизатора. Основное требование к делителю напряжения – постоянство коэффициента деления. В цепи делителя может быть включен переменный или
подстроечный резистор, что позволяет в определенных пределах изменять выходное напряжение.
Для увеличения коэффициента стабилизации и уменьшения погреш-
ностей, вызванных изменением температуры
и разбросами параметров
элементов, применяют дифференциальные схемы усилителя постоянного тока. Лучшими характеристиками обладают стабилизаторы с многокаскадными усилителями постоянного тока или усилителями постоянного тока, выполненными на операционных
усилителях ОУ.
В качестве регулирующего элемента используется один или не-
сколько транзисторов, включенных по схеме Дарлингтона.
Коэффициент усиления по току регулирующего элемента РЭ определяется необходимым током нагрузки и мощностью усилителя постоянного тока. При токах нагрузки более 300…500 мА регулирующий
транзистор устанавливается на теплоотвод, геометрические параметры
которого определяются в основном рассеиваемой мощностью
регулирующего элемента и условиями теплообмена между радиатором и окружающей средой.
97
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гейтенко Е. Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника
и расчет. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2016. – 447 с
2. Битюков В. К. Источники вторичного электропитания: учебник /
В.К. Битюков, Д.С. Симачков. – М.: Инфра-Инженерия, 2017. – 326 с.
3. Москатов Е. А. Источники питания / Е. Москатов. – Киев: МК-Пресс,
СПб.: КОРОНА-ВЕК, 2011. – 208 с.
4. Диоды и тиристоры
вич, В. М. Бабайлов, В. Е. Либер, А. А. Сакович, В. Л. Шпер; под общ. ред.
В. Г. Герасимова. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 432 с.
5. Справочник по силовой электронике / Ю. К. Розанов, П. А. Воронин,
С. Е. Рывкин, Е. Е. Чаплыгин; под ред. Ю. К. Розанова. – М
МЭИ, 2015. – 472 с.
6. Хныков А. В. Теория и расчет трансформаторов источников вторичного
электропитания / А. В. Хныков. – М: СОЛОН-Пресс, 2007. – 128 с.
7. Лейтес Л. В. Электромагнитные расчеты трансформаторов и реакторов /
Л. В. Лейтес. – М.: Энергия, 1981. – 392 с.
8. Дурнаков А. А. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций:
учебно-методическое пособие / А. А. Дурнаков
ун-та, 2018. – 108 с.
9. Браун М. Источники питания. Расчет и конструирование: пер. с англ. /
М. Браун. – Киев: МК-Пресс, 2007. – 288 с.
10. Боярская Н. П. Вторичные источники электропитания. – Ч. 1: учебно-ме-
тодическое пособие / Н. П. Боярская. – Красноярск: Краснояр. гос. аграр. ун-т,
2016. – 100 с.
11. Фильтры высоких и низких
В. Х. Осадченко, Я. Ю. Волкова, Ю. А. Кандрина; под общ. ред. В. Х. Осадченко. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. – 80 с.
12. Иванчук Б. Н. Параметрические стабилизаторы напряжения на полупроводниковых приборах и магнитных усилителях / Б. Н. Иванчук, Б. Я. Рувинов. –
М.: Энергия, 1971. – 128 с.
в преобразовательных установках / М. И. Абрамо-
.: Издательский дом
. – Екатеринбург: Изд-во Урал.
частот: учебно-методическое пособие /
98
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................... 3
1. Принципы построения и основные характеристики линейных
источников вторичного электропитания ...................................................... 5
1.1. Общие сведения ............................................................................................. 5
1.2. Классификация и основные параметры линейных источников
вторичного электропитания .......................................................................... 7
1.3. Структурные схемы системы линейных источников вторичного
электропитания ............................................................................................ 11
2. Полупроводниковые компоненты линейных источников
вторичного электропитания .......................................................................... 17
2.1. Неуправляемые полупроводниковые вентили .......................................... 17
2.2. Управляемые полупроводниковые вентили .............................................. 25
2.3. Полупроводниковые стабилитроны и полупроводниковые стабисторы
3. Трансформаторы ............................................................................................. 34
3.1. Назначение, классификация и конструкция трансформаторов ............... 34
3.2. Принцип действия и основные расчетные соотношения
трансформатора ............................................................................................ 40
3.3. Трансформаторы в линейных источниках вторичного
электропитания ............................................................................................ 47
..... 30
4. Выпрямительные устройства ........................................................................ 54
4.1. Классификация и основные параметры схемы выпрямления .................. 54
4.2. Неуправляемые выпрямительные устройства ........................................... 58
4.3. Сравнительная оценка схем выпрямления неуправляемых
выпрямительных устройств ........................................................................ 66
4.4. Регулируемые (управляемые) выпрямительные устройства ................... 70
5. Фильтры и стабилизаторы
5.1. Сглаживающие фильтры ............................................................................. 78
5.2. Стабилизаторы напряжения ........................................................................ 88
Библиографический список .................................................................................. 98
............................................................................ 78
99
Нейман Людмила Андреевна
ИСТОЧНИКИ ВТОРИЧНОГО
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
ЛИНЕЙНЫЕ ИСТОЧНИКИ
ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Учебное пособие
Редактор И.Л. Кескевич
Выпускающий редактор И.П. Брованова
Корректор И.Е. Семенова
Дизайн обложки А.В. Ладыжская
Компьютерная верстка Л.А. Веселовская
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции
_________________________________________________________________________________
Подписано в печать 06.12.2024. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 50 экз.
Уч.-изд. л. 5,8. Печ. л. 6,25. Изд. № 104. Заказ № 2
_________________________________________________________________________________
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)
Цена договорная
Отпечатано в типографии
Новосибирского государственного технического университета
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]