19.Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием на низкие напряжения: принцип работы , выбор элементов, показатели качества.

Для получения малых выходных напряжений (U_ВЫХ <U_оп) и в случае, если требуется широкая регулировка выходного напряжения, применяется схема, приведенная на рис. 5.14. В этой схеме источник опорного напряжения подключают к минусовой шине стабили-затора, а сравнивающий делитель (Rl, Rn, R2) питается от суммарного напряжения (Uвых + Uoп). Изменение выходного напряжения влияет на напряжение U_R11 на нижнем плече делителя, изменяя потенциал базы транзистора VTy, его базовый и коллекторный токи, а следовательно, напряжение база-эмиттер регулирующего транзистора VT1. Это в свою очередь ведет к изменению напряжения на его коллекторе, обеспечивая стабилизацию выходного напряжения. Так как ошибка стабилизатора ∆U_ВЫХ в значительной степени зависит от стабильности опорного напряжения, в схеме применяется параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне VD1 и полевом транзисторе VT2. Как уже отмечалось выше, основным энергетическим показате­лем стабилизаторов является КПД, для которого применительно к последовательным стабилизаторам можно записать

ŋ=Pвых/Pвх=Uвых*Iн/Uвх*Iк1

где I_К1 = I_кэvt1 - ток коллектора регулирующего транзистора VT1. Так как I_н и I_к1, то ŋ= U_ВЫХ/U_ВХ.

Из приведенных выражений видно, что КПД тем больше, чем больше отношение напряжений U _ВЬ1Х/U_ВХ.

20.Реализация схем компенсационных стабилизаторов напряжения. Элементы схем. Последовательное и параллельное включение регулирующего элемента.

Компенсационные стабилизаторы непрерывного действия могут быть выполнены как с последовательным, так и с параллельным включением регулирующего элемента (РЭ) относительно нагрузки.

В данных стабилизаторах любые изменения выходного напряжения в схеме сравнения (СС) сравниваются с опорным (эталонным) напряжением. При этом сигнал рассогласования с выхода СС через УПТ(усилитель постоянного тока) поступает на регулирующий элемент РЭ. В схеме с последовательным включением РЭ компенсация осуществляется за счет изменения падения напряжения на самом регулирующем элементе. В схеме с параллельным включением РЭ поддержание уровня выходного напряжения осуществляется за счет изменения тока в нем, в результате чего меняется падение напряжения на Rг (гасящеее сопротивление), включенном последовательно с нагрузкой.

В качестве основной элементной базы в стабилизаторах с непрерывным регулированием используют биполярные и полевые транзисторы, а также операционные усилители. Качественные параметры обеих схем примерно одинаковы.

21.Преобразователи постоянного напряжения: принцип действия, классификация, основные параметры. Однотактные преобразователи напряжения типа пн

Преобразователем напряжения называют устройство, преобразующее электриче­скую энергию постоянного тока в электрическую энергию постоян­ного тока другого уровня напряжения или имеющую гальваниче­скую развязку выходного напряжения от источника энергии. По принципу действия различают однотактные и двухтактные преобразователи постоянного напряжения. В однотактных преобра­зователях подключение элементов преобразователя и нагрузки к ис­точнику энергии постоянного тока осуществляется один раз за пери­од с помощью одного (или двух, синхронно работающих) устройства переключения. В двухтактных преобразователях подключение к ис­точнику энергии осуществляется два раза за период с помощью как минимум двух переключающих устройств. На рис. 6.1 пред­ставлена схема однотактного преобразователя с непосредственной связью типа ПН (с понижением напряжения) .

Рассмотрим работу ОПН в установившемся режиме в предполо­жении идеальности элементов его силовой части. При переводе схе­мой управления (СУ) силового транзистора VT в режим насыщения к обмотке дросселя L будет приложено напряжение, равное разно­сти напряжений источника энергии U0 и напряжения на нагрузке и_н. Под действием этого напряжения дроссель L будет запасать энергию, а ток дросселя i_L, равный току стока транзистора VT, будет нарас­тать практически по линейному закону (ввиду малости переменной составляющей напряжения на нагрузке) от минимального I _lmin ДО максимального I_Lmax значения:

(Uo-Uн)t

i_L= i_cVT = I_Lmin + L

Диод VD на этом временном интервале закрыт и находится под напряжением, равным напряжению источника энергии U0. При. за­пирании транзистора VT ЭДС на зажимах обмотки дросселя меняет свой знак и обеспечивает открытие диода VD, в результате чего ра­нее запасенная дросселем энергия будет через этот диод передавать­ся в нагрузку и подзаряжать конденсатор С (до тех пор, пока ток дросселя больше тока нагрузки). На этом интервале времени к об­мотке дросселя L будет приложено напряжение, равное напряжению на нагрузке, так что ток дросселя будет спадать от I_Lmax до I_Lmin по линейному закону. Обозначив длительность открытого состояния транзистора VT через t_и, а период преобразования энергии через Т, для приращения тока дросселя ∆I_L, можно записать

.

∆I_L = I_Lmax - I_Lmin= где = t_и/T —г относительная длительность включенного состояния транзистора VT; f = 1/Т — частота преобразования

С уменьшением индуктивности дросселя (при прочих неизмен­ных параметрах ОПН) будет увеличиваться прираще­ние тока дросселя ∆I_L- При некотором значении этой индуктивности приращение тока дросселя∆I_L, становится равным удвоенному зна­чению тока нагрузки I_н — U_H/R_H. При этом I_Lmin становится равным нулю, а кривая тока дросселя %\, будет касаться оси времени, не имея разрывов. Такая индуктивность дросселя называется критической Lкр. Эта индуктивность определяет границу между режимами ра­боты ОПН с безразрывными (непрерывными) и разрывными токами дросселя. Согласно выше изложенному и соотношению (6.2) выраже­ние для L_Kp можно представить в следующем виде:

L_кр = (1-)Uн /(2I_нf). ' (6.3)

Понятно, что при неизменном среднем значении тока нагрузки, в режиме разрывных токов дросселя максимальное значение тока 1ь max оказывается существенно большим по сравнению с режимом безразрывных токов дросселя. Поэтому потери во всех элементах силовой части ОПН будут также существенно выше в режиме раз­рывных токов дросселя. Обычно в практике применения статических преобразователей для аппаратуры связи L_Kp рассчитывается исходя из минимального значения тока нагрузки.

В установившемся режиме работы ОПН приращение магнитного потока в дросселе должно быть за период равным нулю, а следова­тельно, среднее за период значение напряжения на зажимах дросселя U_Lср Для идеального ОПН, работающего в режиме непрерывных то­ков, также должно быть равным нулю. Из кривой и_L рис. 6.1 следует

U_Lcр = (Uo-U_H)*_- U_H(l -) = 0. (6.4)

Из последнего соотношения можно установить зависимость меж­ду напряжением на выходе идеального однотактного преобразовате­ля типа ПН и напряжением на входе. Эта зависимость называется регулировочной характеристикой. Для идеального ОПН с понижени­ем напряжения, работающего в режиме непрерывных токов дросселя, регулировочная характеристика имеет следующий вид:

U_н = <U₀.