Рис. 6.30. Управляющие сигналы при широтно-импульсной модуляции (а), способ получения широтно-модулированных импульсов

нять, что Uош = Uпт /2, где Uпт — максимальное значение пилообразного напряжения, то получим, что в исходном состоянии коэффициент заполнения γ0 = 50 %.

При увеличении выходного напряжения Uвых > Uвых ном сигнал ошибки также увеличивается Uош > Uпт /2, а длительность импульса управления уменьшается, как показано на рис. 6.30, б.

ПриуменьшениивыходногонапряженияUвых< Uвыхном сигналошибкиуменьшаетсяUош< Uпт/2, адлительностьимпульсаувеличивается.

Изменение длительности импульса tи приводит к изменению времени включенного состояния силового транзисторного ключа и, следовательно, к пропорциональному изменению выходного напряжения. Таким образом, в регулируемом ШИМ-инверторе обеспечивается стабилизация выходного напряжения.

6.5.2. Импульсные стабилизаторы напряжения

Схема понижающего импульсного стабилизатора приведена на рис. 6.31, а. В этой схеме используется накопительная индуктивность (дроссель) L, включенная последовательно с нагрузкой Rн. Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей включен конденсатор фильтра Cф. Ключевой транзистор VT включен

317

между источником питания Eп и накопительной индуктивностью L. Схема управления включает или выключает транзистор в зависимости от значения напряжения на нагрузке Uн. При размыкании транзисторного ключа VT ток индуктивности L протекает через диод VD. Включение в схему диода VD обеспечивает непрерывность тока в индуктивности L и исключает появление опасных выбросов напряжения на транзисторе VT в момент коммутации.

Нарис. 6.31, бприведена эквивалентная схема замещения, вкоторой ключевой транзистор VT и диод VD заменены перекидным ключом S . При поступлении управляющего сигнала на базу транзистора VT в положении 1, а при отсутствии управляющего сигнала ключ S устанавливается в положение 2, обеспечивая непрерывность тока в дросселе L. В зависимости от значения параметров схемы возможны два режима работы: 1) непрерывногои2) прерывистоготокавдросселе.

Рассмотрим вначале режим непрерывного тока в дросселе L . Для обеспечения режима непрерывного тока в дросселе его индуктивность должна выбираться по формуле:

При включении транзистора VT ключ S устанавливается в положение 1 и в дросселе L начинает возрастать ток, достигая своего максимального значения к моменту выключения транзистора VT. Накопление энергии в дросселе L и конденсаторе фильтра Cф приводит к небольшому увеличению напряжения на нагрузке (рис. 6.31, б).

По сигналу, поступившему от схемы управления, транзистор VT запирается, а диод VD отпирается, что соответствует переводу ключа S в положение 2. Энергия, накопленная в дросселе L и конденсаторе Сф начинает расходоваться в нагрузке, и ток дросселя начинает уменьшаться по линейному закону. Этот спад продолжается вплоть до нового отпирания транзистора VT.

Напряжение на дросселе в период накопления энергии равно (Еп – Uн). В момент коммутации дросселя ключом S напряжение на нем скачком принимает значение –Uн. Полный перепад напряжения на дросселе, таким образом, равен Еп. Напряжение на нагрузке пропорционально коэффициенту заполнения:

Uн = Ен · γ .

318

Рис. 6.31. Понижающий импульсный стабилизатор (а), его эквивалентная схема замещения (б), накопление энергии в дросселе и конденсаторе фильтра (в)

и форма тока в дросселе (г)

При уменьшении индуктивности дросселя относительно значения, определенного по формуле (6.10), в нем происходит переход в режим прерывистого тока. Форма тока в дросселе в этом режиме приведена на рис. 6.31, г. Когда ток в дросселе спадает до нулевого значения, диод VD запирается, а сигнал отпирания транзистора VT еще не поступил, поэтому ключ S на эквивалентной схеме оказывается не подключенным к контактам 1 или 2, а находится как бы между ними. При этом напряжение на дросселе и ток в нем некоторое время равны нулю. В таком режиме ухудшается использование ключевого транзистора, возрастает требуемая емкость конденсатора фильтра, увеличиваются пульсации тока в дросселе и в нагрузке.

Схема повышающего импульсного стабилизатора приведена на рис. 6.32, а. В этой схеме дроссель включен последовательно с ис-

319

Рис. 6.32. Повышающий импульсный стабилизатор (а) и его эквивалентная схема замещения (б), график напряжения и тока в дросселе (в)

точником питания Еп , а диод VD последовательно с нагрузкой. Эквивалентная схема замещения приведена на рис. 6,32, б. При включении транзистора VT ключ S переводится в положение 1 и дроссель подключается непосредственно к источнику питания Еп. Ток в дросселе начинает линейно нарастать, пока из схемы управления не поступит сигнал на запирание транзистора VT.

После запирания транзистора VT избыточная энергия, накопленная в дросселе L, через открытый диод VD поступает в нагрузку, подзаряжая конденсатор фильтра Сф. Этому режиму соответствует переключение ключа S в положение 2, при котором напряжение на дросселе складывается с напряжением источника питания, в результате чего конденсатор фильтра Сф заряжается до напряжения Uн > Eп. Формы тока и напряжения на дросселе L приведены на рис. 6.32, в. Полный перепад напряжения на дроссе-

ле равен (Uн – 2Еп ).

Схема инвертирующего импульсного стабилизатора приведена на рис. 6.33, а. В этой схеме последовательно с источником питания Еп включен транзистор VT, а диод VD включен последова-

320