Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Курсова (електроніка).doc
Скачиваний:
29
Добавлен:
19.02.2016
Размер:
717.31 Кб
Скачать

2.3. Типи імпульсних стабілізаторів

По способу побудови силової частини імпульсні стабілізатори постійної напруги (рис.2.2) розподіляються на три типи [1, 2, 3]:

  • з послідовно включеними регулюючим елементом, дроселем та навантаженням (рис. 2.2,а);

  • з дроселем, включеним послідовно з навантаженням, та регулюючим елементом, підключеним паралельно навантаженню (рис. 2.2,б);

  • з дроселем, підключеним паралельно навантаженню, і регулюючим елементом, включеним послідовно з навантаженням (рис. 2.2,в);

Рис. 2.2

У схемі ІСН першого типу напруга на навантаженні завжди менше напруги живлення Uп (Uвх на рисунку) –стабілізатор, що понижує. При відкритому регулюючому транзисторі відбувається передача енергії від джерела живлення в навантаження. Одночасно з цим накопичується енергія в дроселі і конденсаторі. При закритому транзисторі накопичена в дроселі і конденсаторі енергія надходить (для дроселя через діод) в навантаження. Слід зазначити, що наявність конденсатора Сн в цій схемі не є принципово необхідним. Однак при відсутності конденсатора для одержання малої пульсації вихідної напруги ІСН потрібна велика індуктивність дроселя.

Вихідна напруга ІСН другого типу (рис. 2.2,б) більше напруги живлення Uп (стабілізатор, що підвищує). Це забезпечується за рахунок періодичного підключення дроселя до джерела напруги Uп через насичений транзистор VT (при цьому навантаження споживає енергію, яка раніше була накопичена в конденсаторі Сн), те до конденсатора Сн через діод VD. При цьому, коли транзистор закритий, на навантаження і на конденсатор надходить сумарна енергія джерела живлення і дроселя.

У ІСН третього типу (рис. 2.2, в) можливе отримати на навантаженні напругу іншої полярності ніж полярність вхідного джерела живлення (стабілізатор, що інвертує полярність напруги). Значення вихідної напруги такого стабілізатора в залежності від відносної тривалості відкритого стану регулюючого транзистора може бути як більше, так і менше напруги вхідного джерела живлення Uп. Накопичення енергії в L і Сн, а також передача енергії від цих елементів і джерела живлення в навантаження відбувається аналогічно схемі на рис. 2.2, а,б. (У курсовому проекті стабілізатор типу, що інвертує, не розглядається.)

Система управління (СУ) дозволяє одержати задану стабільність напруги Uн на навантаженні. Вхід СУ у всіх трьох типах ІСН через вимірювальний пристрій (ВП) приєднується до навантаження для формування сигналу неузгодженості в ланцюзі зворотного зв'язку, а її вихід (ПП) – до бази регулюючого транзистора для управління його включенням і виключенням. Стабілізація вихідної напруги ІСН при змінах вхідної напруги або струму навантаження здійснюється зміною шпаруватості імпульсів напруги на вході фільтра, що згладжує та зменшує до заданого рівня пульсацію напруги на навантаженні.

  1. Розрахунок елементів силового блоку

3.1. Визначення вимог до елементів силового блоку

стабілізатора, що знижує

Функціональна схема імпульсного стабілізатора понижуючого типу приведена на рис. 3.1 (структурна – на рис. 2.2,а). На ній уточнено склад регулюючого елемента і запропоновано один з можливих варіантів його виконання у вигляді складеного на транзисторах різної провідності. Інші варіанти реалізації можна знайти в [1  4].

Рис. 3.1

Силова частина стабілізатора містить в собі регулюючий еле­мент на основі транзистора, що працює в ключовому режимі, діод, дросель і конденсатор. В результаті розрахунку повинні бути обрані типи цих елементів [1].

При відкритому транзисторі протягом часу tu (рис. 2.2,г) енергія від вхідного джерела постійного струму Uп (Uп = Uвх) передається в навантаження через дросель L, у якому накопичується надлишкова енергія. При закритому транзисторі протягом часу tп накопичена в дроселі енергія через діод VD передається в навантаження.

Введемо позначення:

  • період комутації (перетворення) Tп = tu + tn;

  • частота комутації (перетворення) fn = 1 / Tn = 1 / ( tu + tn).

Приймаємо орієнтоване значення ККД в діапазоні:

hст = 0,85...0,95.

Визначаємо мінімальне і максимальне значення відносної тривалості (коефіцієнта заповнення) імпульсу напруги на вході фільтра:

g min= Uн мін / (h ст Uп мак);

g max = Uн мак / (h ст Uп мін).

(3.1)

З умови збереження режиму неперервності струмів дроселя визначаємо його мінімальну індуктивність:

Lmin ³ UH мак (1 - gmin) / (2 IHмин fП).

(3.2)

Обчислюємо добуток LCн по значенню заданих пульсацій в навантаженні:

LCн = Uн мін (1 - gмin) / (16 Uп f2).

(3.3)

Амплітуда змінного струму конденсатора

IС мaк= Uн мін (1 – gмin) / (2 L fп).

(3.4)

Граничні (максимальний і мінімальний) струми дроселя при максимальному навантаженні:

IL мах= Iн мах + Iс мах,

IL мін= Iн мін – Iс мaк

(3.5)

Визначаємо вимоги до регулюючого транзистора по струму і напрузі:

IK мaк ³ (1,2...1,5) Iн мак;

UКЕ мак³ (1,2...1,5) Uп мак.

(3.6)

На основі отриманих величин вибираємо транзистор [5] і приводимо його основні параметри. (Уточнення вимог, зв'язаних зі швидкодією транзисторів, наводиться нижче в розділі 3.4.) Аналогічно визначаємо вимоги до імпульсного діода і по довіднику [6] вибираємо його:

Iпp³ (1,2...1,5) IL мак;

Uзвор ³ (1,2...1,5) Uп мак,

(3.7)

де Iпp, Uзвор – довідкові значення прямого струму та зворотної напруги діоду.

Задаючи коефіцієнт насичення транзистора Кн, знаходимо струм насичення бази:

Iб нас = Кн IL мак / h21Е мін,

(3.8)

де h21мін – мінімальне (довідкове) значення коефіцієнта передачі струму обраного транзистора.

Тому що береться мінімальне значення коефіцієнта передачі h21Е , те коефіцієнт насичення рекомендується вибирати невеликим (Кн  1,1  1,2).

Задаючи [7] струм IR1 резистора R1 знаходимо його опір:

R1 = Uбе нас / IR1 ,

(3.9)

де Uбе нас – довідкове значення напруги насичення бази транзистора VT1.

Уточнюємо номінал та тип резистора [8]. Він повинний бути здатним розсіяти потужність, яка на ньому виділяється:

,

(3.10)

де UR – спадання напруги на резисторі (у даному випадку

UR = Uбе нас);

Rном – номінальний опір резистора (у даному випадку

Rном = R1).

Сумарний струм резистора і бази транзистора VT1 є струмом навантаження транзистора VT2. Вводячи його у вираз (3.6), визначаємо вимоги до параметрів та вибираємо тип транзистора. Номінали резистора R2, що стоїть у ланцюзі база-емітер транзистора VT1, визначаються аналогічно тому, як це робилося для резистора R1.