Импульсный стабилизатор напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения.


Характерной особенностью импульсного стабилизатора напряжения является то, что его регулирующий элемент работает в ключевом режиме. Иными словами, большую часть времени он находится в режиме насыщения, когда его сопротивление минимально, либо в режиме отсечки – с максимальным сопротивлением.


Разновидности.

■ По типу ключевого элемента:
- на биполярных транзисторах;
- на тиристорах;
- на полевых транзисторах.

■ По типу интегрирующего компонента. В качестве такового может выступать:
- аккумулятор;
- конденсатор;
- дроссель.

■ По соотношению напряжений на входе и на выходе:
- инвертирующие;
-повышающие;
-понижающие;
- с произвольным изменением напряжения;


Важнейшими элементами импульсного стабилизатора напряжения являются ключ и интегрирующий элемент. Ключ - это устройство или прибор, способный изменить своё электрическое сопротивление с максимального на минимальное (и наоборот) за короткий отрезок времени. Напряжение на интеграторе плавно растёт в процессе накопления им энергии, и столь же плавно падает при отдаче её в нагрузку.

Как правило, импульсные стабилизаторы напряжения работают на частотах от 20 до 80 КГц. Причём верхняя отметка диапазона должна удовлетворять требованиям ограничения помех для нормального функционирования радиочастотной аппаратуры.



Рис.1. Так выглядит импульсный стабилизатор напряжения Lider.


Преобразователь с понижением напряжения

На рис.2 изображена схема этого прибора в упрощённом виде. Буквами обозначены следующие его компоненты:

- S - ключ;
- L – дроссель;
- D – диод;
- C – конденсатор;
- R – нагрузка.




Рис.2 Упрощённая схема преобразователя с понижением напряжения.

Рассмотрим принцип работы данного устройства.

При замыкании ключа ток начинает протекать через дроссель и нагрузку. Поскольку электродвижущая сила самоиндукции дросселя действует обратно напряжению источника тока, напряжение на нагрузке представляет собой разность значения напряжения от источника питания и ЭДС самоиндукции. Поэтому ток через дроссель растёт, что приводит к увеличению напряжения на нагрузке и на конденсаторе. Когда ключ размыкается, ток продолжает протекать в том же направлении через дроссель, нагрузку, диод и конденсатор. Поскольку ЭДС самоиндукции к нагрузке приложена через диод, в этом случае наблюдается уменьшение тока, и, следовательно, уровень напряжения на конденсаторе и на нагрузке также снижается.


Преобразователь с повышением напряжения.

В упрощённом виде схема данного устройства приведена на рис.3 Буквенные обозначение те же.



Рис.3. Упрощённая схема преобразователя с повышением напряжения.

В таком преобразователе ключ устанавливается после дросселя. Когда ключ замыкается, сила тока в дросселе растёт, а в его сердечнике накапливается энергия. После того, как ключ разомкнётся, ток от источника питания протекает через дроссель, диод и нагрузку. ЭДС самоиндукции дросселя и напряжение источника приложены в одном направлении, в результат чего на нагрузке они не вычитаются, а складываются. По мере того, как дроссель теряет свою энергию, ток постепенно уменьшается. Пока ключ находится в замкнутом положении, нагрузка питается напряжением конденсатора. Разрядиться ему через ключ не даёт диод.


Инвертирующий преобразователь.

Упрощённая схема такого прибора изображена на рис.4. Буквенные обозначения не изменены



Рис.4. Инвертирующий преобразователь.

Как вы заметили, здесь дроссель подключён параллельно нагрузке и источнику. При замкнутом ключе ток, протекая через него, быстро увеличивается. После размыкания ключа ток продолжает течь через диод и нагрузку.


Особенности приборов.

Фильтрация импульсных помех.

Из-за того, что импульсные стабилизаторы напряжения содержат ключи, предназначенные для коммутации токопроводящих цепей, они являются источником высокочастотных помех. Для их нивелирования на входе и на выходе этих приборов устанавливаются помехоподавляющие фильтры.


Использование в сетях переменного тока.

Рассмотренные выше схемы преобразователей напряжения трансформируют постоянный входной ток в такой же ток на выходе устройства. Чтобы корректно запитать их от сети переменного тока, на входе необходимо установить выпрямитель и сглаживающий фильтр. Необходимо отметить, что импульсные стабилизаторы напряжения под нагрузкой имеют отрицательное дифференциальное сопротивление.

При подключении такого прибора к сети переменного тока через мостовой выпрямитель, он начнёт генерировать нечётные гармоники. Поэтому для обеспечения достаточного коэффициента мощности необходимо использовать компенсатор.


Гальваническая развязка.

Импульсные преобразователи напряжения с гальванической развязкой позволяют отказаться от использования низкочастотного сетевого трансформатора: с выполнением этой функции прекрасно справится значительно меньший по габаритам высокочастотный трансформатор, работающий на частоте до сотен КГц.


Ремонт.
v Импульсные блоки питания, присутствующие в бытовой технике (телевизоры, компьютеры и т.д.) закрываются защитными, снабжёнными предупреждающими надписями, крышками, которые при ремонте этих приборов обычно снимаются. Если импульсный стабилизатор во время проведения этих работ необходимо включить, делать это рекомендуется чрез УЗО или развязывающий трансформатор.



Рис.5. Импульсный блок питания со снятой крышкой. Буквами обозначены:

- «А» - входной выпрямитель;
- «B» - входные сглаживающие фильтры;
- «C» - импульсный трансформатор;
- «D» - катушка выходного фильтра;
- «E» - конденсаторы выходного фильтра.


Преимущества и недостатки источников питания с импульсной стабилизацией.

Выделим лишь главные достоинства этих приборов.

■ Большой диапазон входных напряжений (иногда с двукратным перекрытием) без существенного изменения КПД.
■ Возможность обеспечения высокого коэффициента стабилизации.
■ Флуктуации частоты входного напряжения влияют только на работу фильтра и входного выпрямителя.
■ Нечувствительность к наличию гармоник переменного тока.
■ Возможность дистанционного управления и отключения.


К основным недостаткам следует отнести:

■ наличие импульсных помех.
■ Невысокая надёжность. Этот фактор обусловлен экстремальным режимом работы ключевых элементов и сложностью схемы.
■ Меньшее время наработки на отказ.
■ Самостоятельная настройка или ремонт требуют специальных знаний и навыков.

Просмотров: 2439 | Дата: Четверг, 16 Октября 2014 |

представительства