6.3.2 Импульсные стабилизаторы напряжения

К-п.д. рассмотренных выше стабилизаторов с непрерывным регулированием обычно прямо пропорционален отношению выходнаго напряжения ко входному и поэтому сравнительно невелик. Малая величина к.п.д, и растущая потребность его повышения в стабилизаторах с низким выходным напряжением, предназначенных д.1я интегральных схем, вынуждает разработчиков искать новые принципы построения н схемотехнические решения. Наиболее удачным решением этой задачи является построение стабилизаторов постоянного напряжения с импульсным регулнровауием, которые обычно позволяют получить большую выходную мощность, а их к.п.д. теоретически приближается к 100%.

Импульсные стабилизаторы напряжения отличаются от рассмотренных выШе линейных тем, что выходной транзистор работает в импульсном режиме. Как и в линейных стабилизаторах, выходной транзистор южeт быть включен последовательно или параллельно с нагрузкой. Этот транзистор прерывает ток от нестабилизироваиного входного напряжения, как только очередной Импульс напряжения появляется иа выходе Шнротно-модулированное выходное напряжение накапливается и фильтруется на конденсаторе.

Обычно выделяют три тина импульсных стабилизаторов: с постоянной частотой, но с переменной длительностью открытого состояния выходного транзистора; с переменной частотой, но с постоянной длительностью открытого состояния выходиого транзистора и, }1аконец, -с переменной частотой и длительностью открытого состояния транзистора.

Более высокий к.п. д. импульсных стабилизаторов обусловлен в основном небольшой мощностью, рассеиваемой на выходном транзисторе. Когда этот транзистор открыт, напряжение на нем определяется напряжением насыщения, т. е. незначительно, а когда закрыт, пренебрежимо мал гак через транзистор. Следовательно, в обоих случаях рассеиваемая транзистором мощность невелика.

В схеме, показанной на рис 6 11, включением нескольких элементов, обведенных штриховой линией, из линейного стабилизатора получается импульсный. Введенная цепь определяет частоту переключения транзистора. ОУ выполняет роль компаратора, вырабатывающего сигнал ошибки, пропорциональный разности выходиого нагфял<е(1ия стабилизатора и опорного. Усиленный сигнал ошибки поступает на управляемый генератор, где происходит изменение длительности импульсов пропорционально величине ошибки

Рабочая частота импульсного стабилизатора обычно выбирйет-ся от 7 до 25 кГц, поскольку при более низкой частоте трудно получить выигрыш в габаритах сглаживающего фильтра по сравнению с фильтром линейного стабилизатора, а при более высокой увеличиваются потери мощности при переключении транзнстора.

Последнее ограничение можно устранить, включив в эмиттер и-:1апного транзистора дополнительный резистор R2 (рис, 6.12). 6 3/ 159

в обычной схеме для формирования сигнала, выключающего тран--знстор Т1, между базой и эмит1ером последнего включен резистор R}. Поэтому режим вклЕочения Т! зависит от его эмиттерио-базового напряжения Уд. Другими словами, при включении Г/ напряжение Vqz, уменьшается, поэтому у.Меньшается сигнал, выключающий транзистор, что увеличивает время выключения и, следовательно, потерн мощности Если же в схему ввести резистор R2, то выключающий сигнал меньше зависи! от U>q Поскольку ток через R2 определяется величиной индуктивности дросселя L и диодом Д/ и его величина почти постоянна при заданной нагрузке, го на сохраняется в тече1ие выключения TI постоянное отрицатель-

ис G 1! Включение элеме!: idb (обведены штриховой линией) для прс-образбваиия линейного стабилизатора в импульсный

Рис 6 2 Увеличение к и * клюк iiHLM pejdciopa RI

ное напряжение Благодаря этому Bpevjn выключения обычно удается повысить в два-три раза и более чем на 50% уменьппАть потери мощности

Типичные схемы импульсных стабилизаторов на базе полупро-водни?ювых стабилизаторов сюказаны в табл 6.6. Импульсные стабилизаторы напряжения могут быть использованы не только для преобразования постоянного несгабилизированного гапряже-ння в более низкое стабильное. Часто возникают проблемы получении выходного напряжения, превышающего входное, или получения выходного напряжения с противоположной по отношению к входному полярностью В таких случаях импульсные стабилизаторы, построенные на ОУ нли компараторах, позволяют избежать применения громоздких трансформаторов.

Например, показанный на рис. 6 13 стабилизатор позволяет получить от источника напряжения величиЕЮЙ 22-30 В напряжение питания-- 12 В [19}. Такой стабилизатор очень полезен прн замене части узлов старой аппаратуры интегральными МПД-схемами и ОУ, которые требуют,и отрицательное напряжение питания Необходимое напряжение получается \\ъ промежуточного переменного напряжения. Основным элементом цепи является ОУ 140УД7, входы которого смещены относительно земли на 12 В и благодаря этому клемма ОУ для подключения отрицательного напряжения пита1шя заземлена. Усилитель выполняет функции генератора с мост

Cxsia г

на, рассчитанного на частоту сз ~ МУR-RC-C. Если R- - = Rr = R, Ср=Сг = С. то (О = i/RC. Условие запуска генератора выполняется, если коэффициент передачи усилителя с замкнутой ОС больше трех, Для приведенной схемы коэффициент передачи определяется из выражения 1 + RzRi равен 101. На выходе генератора сигнал имеет прямоугольную форму. Скорость нарастания выходного напряжения определяется скоростью заряда нагрузочной емкости, поэтому на выходе включен дополнительный мощный каскад на дополняющих транзисторах.

При отрицательной полуволне выходного напряжения конденсатор С2 разряжается через Д1, заряжая до некоторого отрицательного напряжения конденсатор С/. Для уменьшения нестабильности выходного напряжения отношение CJC выбирается большим. Уровень выходного напряжения может быть увеличен по абсолютной величине при уменьшении глубины ОС по напряжению. При отсутствии ОС максимальная величина вы-к = - 20 В, Изменение выходного напряжения, как правило, не превышает 5% при вариа* циях входного напряжения от 22 до 32 В и тока нагрузки от 10 до 300 мА. Защита выхода от короткого замыкания ос-уществляется ОУ благодаря ограничению его выходного тока. Максимальный выходной ток равен 0,5 А. При выходном токе 300 мА и 1/ = 28 В к. п. д, схемы больше 45%. Выходным сигналом являются импульсы с амплитудой 0,2 В на уровне- 12 В длительностью 200 мкс и частотой от 110 до 1680 Гц.

6 Зак. 2230 Iil

Импульсные стаЙиЛкаторы напряжения на базе полупроводниковых стабилизаторов