3.3.2. Імпульсні стабілізатора підвищувального типу.

На відміну від ІСН понижувального типу в підвищувальному ІСН ключовий елемент вмикається паралельно навантаженню, рис.23 (ІСН паралельні).

Робота схеми відбувається за двома циклами. В першому циклі ключовий елемент замкнутий вхідним імпульсом керування .

До джерела вхідної напруги під’єднується тільки дросель, через який протікає наростаючий струм (рис. 23,б). Оскільки діод не дає можливості розрядитися конденсатору фільтра через замкнутий ключ, то розряджається через , підтримуючи вихідну напругу. До закінчення імпульсу керування в дроселі накопичується максимальна енергія .

а

б

Рис. 23. Схема (а) та часові діаграми роботи (6) паралельного ІСН.

Другий цикл: ключ розмикається і виникає ЕРС самоіндукції, яка складається з вхідною напругою і сума яких більша за , тому діод відкривається і струм тече через опір навантаження і одночасно підзаряджає конденсатор до напруги, більшої вхідної. Далі процес повторюється. Регулювальна характеристика описуєть-ся рівнянням

/3.6/

Для забезпечення безрозривного струму навантаження необхід-но щоб індуктивність дроселя була більшою

/3.7/

де – частоти комутації

ІСН підвищувального типу властиві недоліки, з яких основними є нелінійність регулювальної характеристики, вихідний опір значно вищий за опір послідовного ІСН.

3.3.3. Імпульсні стабілізатори інвертуючого типу.

На відміну від попередніх двох ІСН в цьому стабілізаторі дро-сель включений паралельно навантаженню, а регулюючий елемент – послідовно (рис. 24).

Рис. 24. Схема імпульсного стабілізатора інвертую чого типу.

Принципи роботи схеми. В першому циклі ключовий елемент ввімкнутий, через дросель протікає струм і відбувається накопи-чення енергії. Конденсатор в цей час розряджається на опір на-вантаження . В другому циклі ключ розмикається, виникає ЕРС самоіндукції протилежної полярності до вхідної напруги і за-ряджає конденсатор до напруги . Далі цикли повторю-ються.

Статична регулювальна характеристика описується фор-мулою

/3.8/

Особливість інвертора є здатність підвищувати вихідну напругу при .

Для забезпечення безперервності струму в дроселі його індуктивність повинна задовольняти вимогу

/3.9/

Імпульсні стабілізатори випускаються в мікросхемному вигото-влені, наприклад, серія 142ЕП. Основними перевагами ІСН є висо-кий ККД і вищий коефіцієнт стабілізації в порівнянні з аналоговим КСН, можливість одержати стабілізовану вихідну напругу більшу вхідної. Забезпечують більш високі потужності.

Недоліком ІСН є значні електромагнітні випромінювання, що ви-магає екранування.

Тема 4. Помножувачі випрямленої напруги

Переважна більшість споживачів, яким потрібна напруга живле-ння постійного струму до 1000 В є малопотужними, наприклад, кі-нескопи, лазери. Тому для таких споживачів краще використовува-ти помножувачі випрямленої напруги. Помножувачем випрямленої напруги називається випрямляючий пристрій, в якому за допомо-гою діодно-ємнісних ланок формується постійна напруга , де – коефіцієнт множення.

Основним елементом помножувача напруги є діодно-ємнісна ла-нка, яка виконує функцію накопичення електричної енергії . Принцип множення напруг розглянемо на схемах подвоєн-ня. Схеми подвоєння випрямленої напруги поділяють на паралельну (симетричну) (рис.25,а) і послідовну (несиметричну) (рис.25,б).

Принцип дії паралельного подвоювача напруги, (рис.25,а) такий.

а б

Рис.25

Нехай перший півперіод напруги буде додатнім, тобто потен-ціал точки 1 буде (+) а точки 2 (–). Ця напруга зарядить конденса-тор С1 через діод VD1 до амплітудного значення . В дру-гу половину півперіода полярності точок 1 і 2 поміняються на про-тилежні і конденсатор С2 зарядиться через діод VD2 теж до . При вказаних полярностях обкладинок конденсаторів і їх послідовному з’єднанні одержимо вихідну випрямлену напругу за умови відсутності навантаження. В дійс-ності , що зумовлено спадом напруги на опорах діодів VD1 і VD2 при зарядці конденсаторів. Основним недоліком схеми є

значний коефіцієнт пульсації.

Послідовна схема подвоювача напруги має кращі показники і на її основі побудовані помножувачі напруги. В послідовній схемі (рис. 25,б) при додатній полярності напруги в точці 2 конденса-тор С1 через діод VD1 зарядиться до . При зміні полярно-сті на протилежну до конденсатора С2 буде прикладена сума напруг , тому .

а

б

Послідовна схема дає можливість одержати в режимі холостого ходу випрямлену напругу , де множник є цілим чис-лом. На (рис. 26,а) наведена схема множення напруги на , яка складається з подвоювача напруги на С1, VD1, С2, VD2 і послідовно включеного однопівперіодного випрямляча на С3, VD3.

Рис.26

На (рис. 26,б) наведена схема випрямляча з множенням напруги на , яка складається з послідовно з’єднаних двох подвоювачів напруги, тому .

З (рис. 26,а і б) видно, що за допомогою схем множення можна одержати потрібне значення вихідної випрямленої напруги, корис-туючись малогабаритними, низьковольтними і дешевими елемента-ми електронної техніки – випрямними діодами і конденсаторами.

Помножувачам напруги властиві суттєві недоліки, а саме: мала потужність; низький к.к.д., залежність коефіцієнта пульсації від струму навантаження.

Основним джерелом струму навантаження є струми розряду кон-денсаторів через опір . Заряд конденсаторів здійснюється через малий опір , який складається з прямого опору діодів і опору вто-ринної обмотки трансформатора (якщо він є). Отже стала часу заря-ду значно менша сталої часу розряду , оскі-льки Це впливає на величину і форму пульсацій.

На рис.27 наведені хвильові діаграми змінної (а) і випрямленої (б) напруг, і – тривалість заряду і розряду конденсаторів, – час комутації.

Із збільшенням кількості послідовно з’єднаних діодно-ємнісних ланок зменшується стала часу розряду через послідовне з’єднання конденсаторів і, як наслідок, збільшується коефіцієнт пульсації. Різ-ке зменшення напруг на величину , (рис.27,б) при зміні полярно-сті вхідної напруги обумовлено розряджанням заряджених кон-денсаторів через випрямні діоди на протязі часу комутації , тобто переходу їх з відкритого стану у закритий. Час комутації – це проміжок часу, коли при зміні полярності вхідної напруги діоди не встигають закритися, в наслідок чого відбувається короткочасне коротке замикання конденсаторів через ці діоди.

Рис.27.

Особливістю помножувача напруги є значна залежність спаду зовнішньої характеристики від величини ємності конден-саторів, оскільки енергія заряджених конденсаторів, з яких знімає-ться вихідна напруга, рівна сумі енергій цих конденсаторів, тобто за умови, що всі ємності конденсаторів однієї вели-чини, де – кількість послідовно з’єднаних конденсаторів.

Для споживачів напругою 300...1000 В, струмами до 200 мА і по-тужністю до 50 Вт використання помножувачів випрямленої напру-ги доцільне.