В компенсационном стабилизаторе напряжения качество стабилизации значительно выше, чем в параметрическом стабилизаторе.
Стабилизаторы напряжения непрерывного действия (параметрические и компенсационные) имеют главный недостаток – низкий КПД. Потеря электроэнергии на регулирующем элементе (транзисторе VT1 на рис. 8.8) зависит от разности входного Uф и выходного стабилизированного Uвых напряжений: Pпот =к (Uф -Uвых)Iн. Поэтому стабилизаторы, преобразующие высокое постоянное напряжение в низкое стабилизированное напряжение имеют КПД не более 10–15 %. Этого недостатка лишены импульсные стабилизаторы напряжения, которые еще называются чопперами (chopper). У них регулирующий компонент – полевой транзистор – работает в ключевом режиме и, следовательно, потеря напряжения на нем небольшая.
Схема импульсного стабилизатора напряжения приведена на рис. 8.9.
+
Uф Uвых
–
Рис. 8.9. Схема импульсного стабилизатора напряжения
Входное постоянное напряжение через конденсатор сглаживающего фильтра С1 подается на регулирующий транзистор VT, который осуществляет высокочастотную коммутацию тока. Кроме этого, в состав стабилизатора входят разрядный диод VD, дроссель L, выходной конденсатор С2, а также блок управления транзистором (на схеме не показан).
Высокочастотные импульсы, подаваемые на затвор от блока управления,
периодически открывают и закрывают транзистор. Частота подачи импульсов постоянная,
примерно 40–100 кГц. Однако длительность открытого состояния транзистора за один
такт частоты может изменяться в зависимости от уровня входного напряжения. Если
время открытого состояния транзистора обозначить tи, а период
высокочастотных импульсов Т, то отношение tи
Т = kз называется
коэффициентом заполнения импульса. Значение среднего напряжения на выходе транзистора
изменяется пропорционально коэффициенту заполнения: Ucp = kз Uвх.
В стабилизаторе Ucp =Uвых = const, следовательно, чтобы выполнить это условие при изменении входного напряжения Uвх необходимо обратно пропорционально изменять коэффициент заполнения kз. Эту функцию выполняет блок управления.
На выходе транзистора напряжение имеет дискретную форму.
Для получения на нагрузке Rн непрерывного стабилизированного напряжения (тока) применяется контур VD, L и С2 . Указанный контур работает следующим образом.
При открытом транзисторе на контур подается положительное напряжение, конденсатор при этом заряжается и дроссель накапливает электромагнитную энергию. После того, как транзисторный ключ закроется, наступает фаза разряда. Конденсатор С2 при этом разряжается на нагрузку Rн , а накопленная энергии дросселя создает ток, который протекает по контуру L - Rн -VD - L, и так происходит периодически: сначала накачка энергии в дроссель, затем отдача энергии в нагрузку через разрядный контур. Так как частота переключения транзистора очень высокая, то ток в нагрузке практически не изменяется. Разрядный диод одновременно служит для защиты транзистора от перенапряжения.
В настоящее время промышленность выпускает микросхемы для чопперного стабилизатора, например, типа К1155ЕУ2, в состав которой входят блок управления, силовой транзистор и элементы защиты. КПД чопперного стабилизатора достигает 95 %.
Выпрямитель, у которого значение выпрямленного напряжения можно плавно изменять, называется управляемым выпрямителем.
В отличие от обычных выпрямителей, в управляемых вместо диодов применяются тиристоры (см. гл. 2). Для открытия тиристора необходимо соблюсти два условия: подать на него прямое напряжение, т. е. на анод плюс источника питания, а на катод – минус, а на управляющий электрод подать короткий положительный импульс. Закрывается тиристор самопроизвольно при появлении на нем обратного напряжения или напряжения, равного нулю.
Временная диаграмма управляемого двухполупериодного выпрямителя, выполненного по схеме рис. 8.1 или рис. 8.2 (если заменить в них диоды на тиристоры), приведена на рис. 8.10.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.