4.2 Системи імпульсної стабілізації напруги

Залежно від способу стабілізації вихідної напруги імпульсні стабілізатори можуть бути віднесені до однієї із трьох систем регулювання [6]:

1) з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ);

2) з частотно-імпульсною модуляцією (ЧІМ);

3) з релейним регулюванням.

У системі з ШІМ частота імпульсів на вході фільтра згладжування постійна, а тривалість обернено пропорційна напрузі на навантаженні (рисунок 4.3, а).

Рисунок 4.3 – Залежності між вихідною напругою та сигналами керування 

у системах стабілізації з ШІМ (а), ЧІМ (б), релейній (в)

У системі з ЧІМ (рисунок 4.3, б) тривалість імпульсів керування постійна, а частота їх слідування обернено пропорційна вихідній напрузі .

У релейних системах формування керуючих імпульсів відбувається в моменти, коли вихідна напруга перетинає два порогові рівні. Фронти імпульсів формуються при перетинанні спадаючою напругою нижнього рівня, а зрізи, – коли зростаюча вихідна напруга перетинає верхній опорний рівень (рисунок 4.3, в).

Оскільки вихідна напруга залежить від вхідної напруги та струму навантаження, які змінюються довільно, то в релейних імпульсних стабілізаторах змінюються випадково як частота, так і тривалість імпульсів керування.

В імпульсних стабілізаторах з ШІМ частота слідування імпульсів керування не залежить від напруги первинного джерела живлення і величини навантаження. Це дозволяє вибрати оптимальні параметри згладжуючого і вхідного фільтрів. Реалізується можливість синхронізації частот перетворення декількох стабілізаторів, що виключає можливість виникнення биття частот [6].

Рівень пульсацій в системах з ШІМ і ЧІМ може бути скільки завгодно малим, практично нульовим, а в релейних системах пульсації принципово необхідні для забезпечення їх працездатності.

Недоліком імпульсних стабілізаторів з ШІМ та ЧІМ є відносна складність схеми керування. Вони мають меншу швидкодію, ніж релейні стабілізатори, оскільки вихідна напруга ланцюга зворотного зв'язку впливає на регулюючий елемент тільки в певні дискретні моменти часу, а в релейних стабілізаторах – в довільні моменти. Але в реальних стабілізаторах через наявність згладжуючих LC-філь­трів, які визначають динамічні характеристики стабілізаторів, цей недолік не настільки істотний.

4.3 Функціональні схеми імпульсних стабілізаторів постійної напруги

4.3.1 Імпульсний послідовний стабілізатор

Імпульсний послідовний стабілізатор (стабілізатор понижуючого типу) виконується по схемі, наведеній на рисунку 4.4, а.

Імпульсні стабілізатори містять реактивні L і C елементи, напруга на яких змінюється в часі нелінійно, що ускладнює аналіз їх роботи. Але при ККД, більшому 85 %, можна припустити, що зміни струму та напруги лінійні. Це значно полегшує аналіз та розрахунок стабілізаторів [3, 6, 13].

Вхідна постійна напруга перетворюється в послідовність імпульсів тривалістю , які мають період Т. Пауза між імпульсами дорівнює:.

При відкритому транзисторі VT1 енергії передається від джерела живлення до навантаження, а також накопичується у дроселі L1 і конденсаторі . При закритому транзисторі,дросель розряджається через навантаження і діод VD1.

Вихідна напруга стабілізатора

(4.3) завжди менша вхідної.

Наявність діода VD1 одночасно виключає появу великої електрорушійної сили (ЕРС) при розмиканні ключа.

Рисунок 4.4 – Функціональна схема (а) та часові діаграми (б) роботи

імпульсного послідовного стабілізатора

Пульсації напруги на навантаженні тим менші, чим більшою є індуктивність дроселя і менший період слідування керуючих імпульсів.

За допомогою вимірювального елемента ВЕ та формувача імпульсів ФІ замикається стабілізуючий ланцюг від'ємного зворотного зв'язку.