Импульсный стабилизатор регулируемого напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения

Все стабилизирующие устройства делятся на два основных типа – линейные и импульсные. И вроде бы линейные устройства проще устроены, но имеют несколько недостатков, к примеру – низкий КПД и значительное выделение тепла при работе. Поэтому при подключении мощной нагрузки такое устройство должно быть довольно большим, а к тому же, оно будет рассеивать много энергии впустую.

Чтобы избежать этих минусов, можно использовать импульсный стабилизатор напряжения – прибор, который сглаживает скачки при помощи ключа (транзистора) и накопителя. Он обладает высоким КПД, практически не тратит энергию на нагрев, и обладает неплохими показателями стабилизации.

Принцип работы

Состоит такой прибор из ключа, способного моментально менять сопротивление (тиристора или транзистора), и интегратора (обычно – конденсатор с резистором перед ним, но может быть и дроссель, и аккумулятор), который способен накапливать заряд, а потом отдавать его потребителю.

Все импульсные стабилизаторы накапливают заряд в режиме закрытого ключа (отсечка), и в этом случае транзистор включен в режим бесконечного сопротивления. После – устройство отдает ток в нагрузку в режиме открытого ключа (насыщения), тут уже транзистор работает практически с нулевым сопротивлением. Так как этот процесс повторяется циклически, питание подается на нагрузку прерывисто – в виде импульсов заданной частоты, из чего и происходит название такого вида стабилизаторов.

Разновидности импульсных стабилизаторов

Все стабилизирующие устройства импульсного типа по типу управления можно поделить на такие группы:

Ключевой с триггером Шмитта;
Ключевой с широтно-импульсной модуляцией;
С частотно-импульсной модуляцией.

С триггером Шмитта

Импульсный стабилизатор напряжения, схема которого приведена ниже, содержит в себе инвертирующий триггер Шмитта, и еще известен как релейный, или стабилизатор с двухпозиционным регулированием.

Триггер содержит в себе компаратор, который сравнивает значение напряжения в емкости с максимально и минимально допустимыми значениями. Если показатель находится в допустимых пределах – положение ключа неизменно, как только достигается критическое значение – ключ изменяет положение. Этот процесс протекает циклично.

С ШИМ-модуляцией

Все работает так же, как и в предыдущей схеме, однако есть еще усилитель, генератор и модулятор. Модулятор сравнивает данные накопителя с опорным вольтажом, и при необходимости усиливает разность, поступающую на модулятор. Таким образом, регулируется время открытия или закрытия ключа (продолжительность импульса).

В подобной схеме частота преобразования не зависит от тока и напряжения на входе, а определяется лишь частотами на тактовом генераторе.

С частотно-импульсной модуляцией

В таком варианте исполнения прибора, импульс открытия ключа имеет постоянную длительность, а вот частота следования самих импульсов уже зависит от разности между опорным выходным напряжением. Допустим, вырос ток на потребителе, или наоборот – упало входное напряжение – в таком случае вырастет и частота импульсов стабилизации.

В таких приборах ключ зачастую управляется мультивибратором с управляемой частотой.

По разновидностям силовой части стабилизатора выделяют такие схемы импульсных стабилизаторов:

Понижающий;
Повышающий;
Инвертирующий.

Понижающий

Это довольно надежные устройства, постоянно имеющие на выходе вольтаж меньше, чем на входе. Простейшая схема импульсного стабилизатора напряжения на на 12 В показана ниже:

При подаче управляющего напряжения, транзистор переходит в режим насыщения, ток движется по цепи от плюса по дросселю к нагрузке. При отключении управляющего сигнала – транзистор закрывается, и переходит в режим отсечки. И снова при подаче отпирающего напряжения открывается ключ – весь цикл повторяется.

Повышающий

Данная схема используется там, где разность потенциалов нагрузки значительно выше, чем вольтаж на входе. Когда транзистор включен в режим насыщения, так идет от плюса по дросселю к транзистору. При отключении управляющего напряжения на транзисторе, и на дросселе возникает ЭДС самоиндукции.

Получится, что она подключена последовательно с входящим током, и через диод коммутирована с нагрузкой. Таким образом, получается, что магнитное поле дросселя продуцирует энергию, а емкость накапливает заряд для выдачи тока на потребителя, когда транзистор перейдет в режим насыщения. Выходит, что в данной схеме дроссель служит резервной емкостью для сглаживания скачков и просадок.

Инвертирующий

Как понятно из названия, этот тип стабилизатора может, как понижать, так и повышать показатели сети относительно входящих значений. Схема, по сути, повторяет предыдущую, за тем отличием, что диод с сопротивлением и емкостью подключаются параллельно дросселю, а не ключу. Амплитуда пульсаций в таком варианте устройства зависит от емкости конденсатора, а дроссель в данной схеме уже не является частью фильтра.

Есть еще один вид устройств – регулируемый импульсный стабилизатор напряжения. В таком приборе выходящий ток обычно регулируется при помощи изменяемого сопротивления, или реостата. Благодаря возможности настройки, такой тип стабилизаторов можно использовать для питания потребителей с разным напряжением – достаточно лишь правильно подобрать номинал резистора.

Важно знать, что все перечисленные выше устройства призваны стабилизировать показатели сети только при работе с постоянным током, к примеру, такой импульсный стабилизатор напряжения на 12 Вольт отлично подойдет для бортовой сети автомобиля. Но если прибор планируется применять в бытовой сети с переменным током, то в схему обязательно нужно вносить изменения – ставить выпрямитель, а также фильтр сглаживания.

Еще один нюанс – возникновение высокочастотных помех при стабилизации. Чтобы минимизировать этот эффект, необходимо использовать фильтры, причем как на входе, так и на выходе стабилизирующего прибора.

Преимущества и недостатки

Как и любой другой стабилизатор, импульсное устройство обладает рядом преимуществ и недостатков. Среди главных достоинств стоит отметить:

Хорошие показатели стабилизации;
Высокий КПД (при использовании транзистора в качестве ключа);
Мягкое включение в работу;
Малые габариты устройства (в сравнении с линейными аналогами).

Однако есть и ряд недочетов, которые тоже нужно иметь ввиду:

При использовании диода имеются потери на нагрев;
Наличие множества элементов снижает общую надежность;
Необходимость тонкой (довольно сложной) настройки прибора;
Сложности в ремонте – при поломке диагностировать неисправность должен профессионал.

Но, не смотря на все эти недостатки, импульсные стабилизаторы напряжения широко используются в быту. Как пример – блоки питания во всех современных компьютерах – импульсные.

Моменты, которые остались неясны, вы можете уточнить, посмотрев это видео:

Читайте также:

Необходимость стабилизаторов напряжения
Какой выбрать стабилизатор напряжения для газового котла
Основные причины перепадов напряжения в электросети и способы решения проблемы

Импульсные (ключевые) стабилизаторы напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения и его принцип работы

Главным принципом работы считается то, что при закрытии электрической сети стабилизатор начнет накапливать электроэнергию. После размыкания сети накапливающий элемент выполнит передачу напряжения. Благодаря этому вы сможете избежать скачков и значительно понизить напряжение.

Накапливающий элемент может быть разным и все зависит от ряда факторов. Импульсные регуляторы могут работать двумя различными способами. Первый способ предполагает в себе использование ШИМ, а второй предполагает использование триггера Шмитта. Если вы не знаете, какие бывают стабилизаторы напряжения, тогда нужно прочесть соответствующую статью.

Читайте также: Диммируемые споты GX53 с регулируемым углом освещения

Принцип работы оборудования

Работают импульсные стабилизаторы по такому принципу. При закрытии электросети — замыкании регулирующего элемента, устройство начинает накапливать электроэнергию в интегрирующем узле. Происходит повышение напряжения. Далее ключ размыкается и электричество отдается потребителю, при этом напряжение понижается. Благодаря такому простому способу функционирования, можно экономно потреблять электричество. В конструкцию интегрирующего узла входят батарея, дроссель и конденсатор, а регулирующий элемент включает в себя транзисторы и тиристоры. На сегодняшний день импульсные стабилизаторы представлены двумя видами: с триггером Шмитта и ШИМ.

Стабилизатор с использованием ШИМ

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения, который работает на основе ШИМ, имеет в своем составе:

Генератор.
Операционный усилитель.
Модулятор.

Работа ключа будет напрямую зависеть от напряжения. Влияние на скважность импульсов происходит с помощью частоты генератора и емкости интегратора. Когда ключ размыкается, начинается процесс передачи электричества. Также в устройстве присутствует операционный усилитель, который сравнить показатели входного и выходного напряжения и передаст их на модулятор.

Конечные импульсы могут характеризоваться отклонением скважности. Именно эти импульсы могут определять поведение ключа.

8.4. Импульсные стабилизаторы

Общим недостатком компенсационных стабилизаторов напряжения является низкий КПД из-за потерь в транзисторах регулирующего элемента, что, кроме того, требует мощных теплоотводов, значительно превышающих по габаритам и массе сами стабилизаторы. Более прогрессивным техническим решением являются импульсные стабилизаторы напряжения (ИСН), в которых транзисторы регулирующих элементов работают в ключевом режиме. При использовании высокочастотных транзисторов проблема КПД и массо-габаритных характеристик в таких стабилизаторах решается достаточно радикально.

Существуют три основные схемы ИСН [55]: последовательный ИСН понижающего типа (рис. 12.15), параллельный ИСН повышающего (рис. 12.16) и параллельный инвертирующего (рис. 12. 17) типа. Все три схемы содержат накопительный дроссель L, регулирующий элемент 1, блокировочный диод VD, элементы управления 2, 3 и конденсатор фильтра С.

Импульсный последовательный стабилизатор понижающего типа выполняется по структурной схеме, приведенной на рис. 12.15, в которой регулирующий элемент 1 и дроссель L включены последовательно с нагрузкой Rn. В качестве РЭ используется транзистор, работающий в ключевом режиме. При открытом в течение времени Т„ транзисторе энергия от входного источника постоянного тока Ui (или выпрямителя с выходным напряжением Uo) передается в нагрузку через дроссель L, в котором накапливается энергия. При закрытом в течение времени Тп транзисторе накопленная в дросселе энергия через диод VD передается в нагрузку. Период коммутации (преобразования) равен Т=Ти+Тп. Частота коммутации (преобразования) F=1/T. Отношение длительности открытого состояния транзистора, при котором генерируется импульс напряжения длительностью Ти, к периоду коммутации Т называется коэффициентом заполнения Кз=Ти/Т.

Таким образом, в импульсном стабилизаторе регулирующий элемент 1 преобразует (модулирует) входное постоянное напряжение Ui в серию последовательных импульсов определенной длительности и частоты, а сглаживающий фильтр, состоящий из диода VD, дросселя L и конденсатора С, демодулирует их в постоянное напряжение Uo. При изменении выходного напряжения Uo или тока в нагрузке Rn в импульсном стабилизаторе с помощью цепи обратной связи, состоящей из измерительного элемента 3 и схемы управления 2, длительность импульсов изменяется таким образом, чтобы выходное напряжение Uo оставалось неизменным (с определенной степенью точности).

Импульсный режим работы позволяет существенно уменьшить потери в регулирующем элементе и тем самым повысить КПД источника питания, уменьшить его массу и габариты. В этом состоит основное преимущество импульсных стабилизаторов перед компенсационными стабилизаторами непрерывного действия.

Импульсный параллельный стабилизатор (повышающего типа) выполняется по структурной схеме на рис. 12.16, в которой регулирующий элемент 1 подключен параллельно нагрузке Rn. Когда регулирующий транзистор открыт, ток от источника питания Ui протекает через дроссель L, запасая в нем энергию. Диод VD при этом находится в закрытом состоянии и поэтому не позволяет конденсатору С разрядиться через открытый регулирующий транзистор. Ток в нагрузку в этот промежуток времени поступает только от конденсатора С. В момент времени, когда регулирующий транзистор закрывается, ЭДС самоиндукции дросселя L суммируется с входным напряжением и энергия дросселя передается в нагрузку, при этом выходное напряжение оказывается больше входного напряжения питания Ui. В отличие от схемы на рис. 12.15 здесь дроссель не является элементом фильтра, а выходное напряжение становится больше входного на величину, определяемую индуктивностью дросселя L и временем открытого состояния регулирующего транзистора (или скважностью управляющих импульсов).

Схема управления стабилизатором на рис. 12.16 построена таким образом, что, например, при повышении входного напряжения питания Ui уменьшается длительность открытого состояния регулирующего транзистора на такую величину, что выходное напряжение Uo остается неизменным.

Импульсный параллельный инвертирующий стабилизатор выполняется по структурной схеме, приведенной на рис. 12.17. В отличие от схемы на рис. 12.16 здесь дроссель L включен параллельно нагрузке Rn, а регулирующий элемент 1 — последовательно с ней. Блокирующий диод отделяет конденсатор фильтра С и нагрузку Rn от регулирующего элемента по постоянному току. Стабилизатор обладает свойством изменения (инвертирования) полярности выходного напряжения Uo относительно полярности входного напряжения питания.

Импульсные стабилизаторы в зависимости от способа управления регулирующим транзистором могут выполняться с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ) или релейным управлением. В ШИМ-ста-билизаторах в процессе работы изменяется длительность импульса Ти, а частота коммутации остается неизменной; в ЧИМ-стабилизаторах изменяется частота коммутации, а длительность импульса Ти остается постоянной; в релейных стабилизаторах в процессе регулирования напряжения изменяется как длительность импульсов, так и частота их следования.

Наибольшее распространение на практике получил последовательный ИСН (рис. 12.15), в котором накопительный дроссель одновременно является элементом сглаживающего LC-фильтра. В стабилизаторах на рис. 12.16 и 12.17 дроссель L не участвует в сглаживании пульсации выходного напряжения. В этих схемах сглаживание пульсации достигается только за счет увеличения емкости конденсатора С, что приводит к увеличению массы и габаритов фильтра и устройства в целом.

Читайте также: Почему важна маркировка автоматических выключателей

Статическая регулировочная характеристика, определяемая для стабилизатора на рис. 12.15 по формуле Uo/Ui=Kз (1 — Кг), представляет собой прямую, наклон которой зависит (без учета потерь в регулирующем транзисторе и диоде) от отношения активных сопротивлений дросселя и нагрузки Kг=Rd/Rn. Напряжение Uo на нагрузке определяется относительной длительностью управляющих импульсов (при постоянном Ui) и не может быть больше напряжения питания, а линейность данной характеристики соответствует условиям устойчивой работы ИСН.

Рассмотрим основные элементы ИСН на рис. 12.15. Начнем с основного блока, схема которого показана на рис. 12.18.

Блок включает в себя силовую часть и регулирующий элемент на транзисторе VT1, управляемый ключом на транзисторе VT2 (диод VD2 служит для защиты базового перехода VT2 при большом отрицательном входном сигнале управления). Сопротивление резистора R1 выбирается из условия обеспечения закрытого состояния транзистора VT1 (100…900 Ом), a R2 — ориентировочно из условия kbUi=R2 Ikmax где k=l,5…2 — коэффициент запаса по насыщению; b, Ikmax — коэффициент усиления тока и максимальный импульсный коллекторный ток транзистора VT1. Аналогичным образом выбирается сопротивление резистора R3, но при этом в расчетах Ui заменяется амплитудой управляющего импульса функционального генератора. Отметим, что при выборе количества транзисторов РЭ можно руководствоваться рекомендациями, приведенными для схемы на рис. 12.12.

Исходными данными для выбора параметров схемы на рис. 12.18 являются:

напряжение Ui и пределы его изменения; внутреннее сопротивление Ri источника Ui; номинальное выходное напряжение стабилизатора Uo и допустимые пределы его регулировки; максимальный Inmax и минимальный Imin токи нагрузки, допустимая амплитуда пульсации выходного напряжения стабилизатора; коэффициент стабилизации Кn и внутреннее сопротивление Ro; максимальный температурный уход напряжения Uo и др. Порядок выбора параметров следующий:

1. Выбираем частоту преобразования F (до 100 кГц, для модели — единицы килогерц) и принимаем ориентировочно КПД=0,85…0,95.

2. Определяем минимальное и максимальное значения относительной длительности (коэффициента заполнения) импульса напряжения на входе фильтра:

3. Из условия сохранения режима непрерывности токов дросселя определяем его

4. Вычисляем произведение LC по заданному значению напряжения пульсации U„

откуда затем находим емкость конденсатора С.

Произведение LC определяет не только уровень пульсации, но и характер переходных процессов выходного напряжения после включения стабилизатора.

На рис. 12.19 показаны результаты моделирования схемы на рис. 12.18 при следующих данных: F=1 кГц, К,=0,5, Rn=100 Ом, L=200 мГн, С=100 мкФ (для рис. 12.19, а) и С=1 мкФ (для рис. 12.19, б). Как видно из рисунков, при сравнительно большом значении произведения LC переходная характеристика исследуемой схемы имеет колебательный характер, что приводит к скачкам выходного напряжения, которые могут оказаться опасными для потребителя (нагрузки).

Перейдем к рассмотрению следующего функционального узла ИСН — схемы управления и измерительного элемента. При этом целесообразно рассмотреть характеристики используемых в ИСН модуляторов.

Импульсные стабилизаторы с ШИМ по сравнению со стабилизаторами двух других типов имеют следующие преимущества:

Читайте также: Что проверяют при испытании силовых трансформаторов? Перечень работ, периодичность

О обеспечивается высокий КПД и оптимальная частота преобразования независимо от напряжения первичного источника питания и тока нагрузки; частота пульсации на нагрузке является неизменной, что имеет существенное значение для ряда потребителей электроэнергии;

О реализуется возможность одновременной синхронизации частот преобразования неограниченного числа ИСН, что исключает опасность возникновения биений частот при питании нескольких ИСН от общего первичного источника постоянного тока. Кроме того, при работе ИСН на нерегулируемый преобразователь (например, усилитель мощности) возможна синхронизация частот обоих устройств.

Недостатком ИСН с ШИМ по сравнению со стабилизатором релейного типа является более сложная схема управления, содержащая обычно дополнительный задающий генератор.

Импульсные стабилизаторы с ЧИМ, не имея существенных преимуществ перед другими типами ИСН, обладают следующими недостатками:

О сложность реализации регуляторов частоты в широких пределах, особенно при больших изменениях напряжения питания и тока нагрузки;

О отсутствие возможности реализации отмеченных выше преимуществ системы регулирования с ШИМ.

Последний недостаток относится и к релейным (или двухпозиционным) ИСН, которые характеризуются также сравнительно большой пульсацией напряжения на нагрузке (в стабилизаторах с ШИМ или ЧИМ пульсации выходного напряжения принципиально могут быть сведены к нулю, что невозможно достичь в релейных стабилизаторах).

В общем случае блок 3 (рис. 12.20) содержит делитель напряжения, источник опорного напряжения ИОН, сравнивающий элемент и усилитель рассогласования. Эти элементы выполняют такие же функции, что и в компенсационных стабилизаторах. Для ИСН с ШИМ к этим устройствам добавляются формирователь синхронизирующего напряжения (задающий генератор) и пороговое устройство, с помощью которых осуществляется формирование модулированных по длительности импульсов. Изменение длительности управляющего импульса осуществляется модуляцией его переднего или заднего фронта.

При модуляции переднего фронта линейно изменяющееся напряжение синхронизации на каждом периоде нарастает, а при модуляции заднего фронта управляющее напряжение в каждом периоде уменьшается. При модуляции фронтов напряжение синхронизации на каждом периоде нарастает и спадает. Этот вид модуляции по сравнению с односторонней модуляцией позволяет реализовать более быстродействующие ИСН, так как в этом случае мгновенное значение управляющего напряжения влияет на формирование фронтов.

Коэффициент передачи схемы управления, устанавливающий связь между изменениями относительной длительности импульсов на входе сглаживающего фильтра и напряжения на нагрузке (для ШИМ), равен

коэффициенты передачи делителя напряжения и усилителя рассогласования соответственно; Uy — амплитуда синхронизирующего напряжения.

Полная схема ИСН с элементами ШИМ показана на рис. 12.20. Делитель напряжения выполнен на резисторах R3, R4, источник опорного напряжения — на резисторе R5 и стабилитроне VD2, усилитель сигнала рассогласования — на OU1, пороговое устройство — на OU2. Поскольку оба ОУ питаются от однополярного источника, для согласования уровней в ключевом каскаде на VT2 в эмиттерную цепь включен параметрический стабилизатор (VD3, R8). В качестве задающего использован функциональный генератор в режиме треугольных импульсов; при модуляции по переднему фронту коэффициент заполнения (Duty cycle) выбирается максимальным (99%), при модуляции по заднему фронту — минимальным (0,1%), при модуляции по обоим фронтам — 50%. На рис. 12.21 показан результат моделирования процесса формирования управляющих импульсов при модуляции по переднему фронту.

Приведенные на рис. 12.21 результаты получены при Rn=100 Ом и Ui = 20 В. Как видно из рис. 12.21, сразу после включения источника питания формируются импульсы управления максимальной длительности, затем наступает продолжительная пауза из-за положительного скачка выходного напряжения Uo, затем опять идетт форсированный режим из-за отрицательного скачка Uo. Установившийся режим формирования управляющего импульса наступает через несколько периодов управляющего сигнала задающего генератора.

1. Для схемы на рис. 12.18 получите зависимость Uo=f(K,) при F=1 кГц, Uy=3 В (однополярность управляющих прямоугольных импульсов обеспечивается установкой на функциональном генераторе постоянной составляющей Offset=3 В, коэффициент заполнения К. задается выбором параметра Duty cycle), Ui=30 В, Rn=100 Ом, L=100 мГн, С=100 мкФ.

2. Для схемы на рис. 12.18 исследуйте зависимость формы переходных процессов от активного сопротивления потерь Rd включая последовательно с дросселем сопротивление 0,1… 10 Ом.

3. Исследуйте ИСН по схеме рис. 12.20 при модуляции заднего фронта, одновременно по переднему и заднему фронту и сравните результаты по времени выхода устройств в установившийся режим.

4. Для каждого способа формирования управляющих сигналов в установившемся режиме получите зависимость периода формирования управляющих сигналов от сопротивления нагрузки Rn в диапазоне 10… 1000 Ом и входного напряжения Ui в диапазоне 15…40 В.

Стабилизатор с триггером Шмитта

Стабилизаторы, которые используют для своей работы триггер Шмитта, не содержат в себе большое количество элементов. Здесь главным элементом является именно триггер Шмитта, в который входит компаратор. Задачей этого устройства является сравнение напряжения.

Также следует отметить, что импульсные стабилизационные устройства могут работать только в отдельных направлениях. Они могут быть как понижающими, так и повышающими. Также можно встретить устройство, которое может изменять подачу напряжения. Если вы не знаете, зачем нужен стабилизатор напряжения, тогда нужно прочесть эту статью.

Статья хорошая. Нужно дополнить, что импульсный стабилизатор предназначен для слаботочки, т.е. подключить через него телевизор или комп никак не получится, только лампочку или кулер какой-нибудь.

Кто знает схему стабилизатора для лампочки-экономки и выгодно ли его собирать самостоятельно? Насколько дешевле/дороже выходит, чем купить новую лампу?

Читайте также: Укладка керамической плитки на кухне своими руками

Какой конденсатор нужно устанавливать в узел накопления электроэнергии для стабилизатора?

Оставить комментарий Отменить ответ

Стабилизатор «Лидер» — отличное качество по приемлемой цене. Видео.

Удобный, надежный, недорогой Штиль R600ST

Тиристорный стабилизатор — плюсы и минусы устройства

Подключение стабилизатора напряжения пошаговая инструкция

Недостатки

Кроме, преимуществ импульсные стабилизаторы также могут иметь и определенные недостатки. К основным из них можно отнести:

Устройство имеет высокую сложность. Здесь совмещено большое количество элементов и поэтому они могут выйти из строя.
Во время работы у стабилизатора могут возникать проблемы с перегрузкой. Это переходит из-за частого переключения.
Если возникнет поломка, тогда ликвидировать ее должен только профессионал.
Проводить настройку устройства должен только профессионал.
Если из строя выйдет тиристор, тогда на выходе вы сможете встретить проблемы с напряжением.

Особенности использования[ | ]

Импульсный блок питания компьютера (ATX) со снятой крышкойA
— входной выпрямительный мост и фильтр помех.
B
— конденсаторы входного фильтра, правее — радиатор высоковольтных транзисторов.
C
— трансформатор, правее — радиатор низковольтных диодов.
D
— выходной дроссель.
E
— конденсаторы выходного фильтра. Ниже
E
— дроссель и конденсатор входного фильтра на сетевом разъёме.

Фильтрация импульсных помех[ | ]

Импульсный стабилизатор напряжения является источником высокочастотных помех в связи с тем, что содержит ключи, коммутирующие ток[22]. Поэтому в моменты коммутации возникают довольно значительные броски напряжения и тока, порождающие помехи как на входе, так и на выходе стабилизатора, причём помехи и противофазные, и синфазные[3]. Фильтры для подавления помех устанавливаются как на входе, так и на выходе стабилизатора.

Для снижения помех можно производить коммутацию ключа в моменты, когда через ключ нет тока при размыкании, или на ключе нулевое напряжение при замыкании. Этот приём используют в так называемых резонансных преобразователях, которые также имеют свои недостатки[23][24].

Входное сопротивление[ | ]

Импульсный стабилизатор напряжения под нагрузкой имеет входное отрицательное дифференциальное сопротивление — при повышении входного напряжения входной ток уменьшается, и наоборот. Это следует учитывать для сохранения устойчивости работы импульсного стабилизатора напряжения от источника с повышенным внутренним сопротивлением[4][6].

Использование в сетях переменного тока[ | ]

Рассмотренные выше импульсные стабилизаторы (преобразователи) напряжения преобразуют постоянный ток на входе в постоянный ток на выходе. Для питания устройств от электрической сети переменного тока на входе устанавливается выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Это предполагает наличие некоторого количества элементов, установленных до развязывающего трансформатора, а значит, гальванически связанных с входными цепями. Такие элементы обычно выделяются на платах либо штриховкой, либо чертой на слое сеткографической маркировки, или даже особой окраской, которая предупреждает человека о потенциальной опасности прикосновения к ним. Импульсные блоки питания в составе других приборов (телевизоров, компьютеров) закрываются защитными крышками, снабжёнными предупреждающими надписями. Если при ремонте импульсного блока питания необходимо включить его со снятой крышкой, рекомендуется включать его через развязывающий трансформатор или УЗО.

Часто помехоподавляющие фильтры на входе импульсных блоков питания соединяются с корпусом прибора. Это делается в том случае, если предполагается подключение защитного заземления корпуса. Если защитным заземлением пренебрегли, то на корпусе прибора образуется потенциал относительно земли, равный половине сетевого напряжения. Конденсаторы фильтров, как правило, имеют небольшую ёмкость, поэтому прикосновение к корпусу такого прибора неопасно для человека, но одновременное прикосновение чувствительными частями тела к заземленным приборам и к незаземленному корпусу ощутимо (говорят, что прибор «кусается»). Кроме того потенциал на корпусе может быть опасен для самого прибора.

Релейный принцип работы

Функционирование импульсного стабилизатора напряжения в данном случае выглядит следующим образом: на транзистор, что выступает в роли ключа, подается постоянное напряжение. Он открывается. Напряжение на выходе повышается. Сравнивающее устройство начинает определять сигнал разности. При достижении определенного верхнего предела меняется состояние триггера. В результате осуществляется коммутация регулирующего транзистора на отсечку. После этого напряжение на выходе будет уменьшаться. В случае, если оно дойдет до нижнего предела, то сравнивающее устройство опять определит сигнал разности, поменяется состояние триггера. Транзистор снова войдет в насыщение. Разность потенциалов начнет повышаться, как и напряжение на выходе. Будет сразу же запущен процесс выравнивания.

Настраивается предел срабатывания для триггера благодаря корректировке амплитуды значений напряжения на используемом сравнивающем устройстве. И так постоянно будет идти замкнутый цикл. Импульсный стабилизатор напряжения тока релейного типа обладает повышенной скоростью, что отличает его от приборов, в которых используется широтное и частотное регулирования. Данный факт является их самым значительным преимуществом. Но такой подход всегда обеспечивает импульсы на выходе прибора. Это недостаток.

Здание прибора

Итак, теперь известно, что собой представляет пульсирующий стабилизатор напряжения. Принцип работы этого устройства связан с его строением. Коллекция состоит из:

выравнивающего фильтра (он корректирует стимул напряжения на выходе);
устройства преобразования;
генератора;
сравнивающего устройства (оно подает сигналы разности в кругу входом и выходом).

Что собой представляет импульсный повышающий стабилизатор напряжения?

И где они применяются? Такие устройства жизненно необходимы в случае нагрузок, разница которых больше, нежели напряжение на выходе приборов. Как они работают? В стабилизаторе не предусматривается гальваническая изоляция питания и нагрузки. Первоначально вступает в насыщение транзистор. Затем ток идет по цепи по накопительному дросселю от положительного полюса. При этом копится энергия в магнитном поле. Нагрузочный ток может привести к разряду емкости используемого конденсатора. А что будет, если отключить выключающее напряжение с транзистора? При этом он перейдет в положение отсечки. В результате на дросселе возникнет электродвижущая сила самоиндукции.

Также возникнет последовательная коммутация с напряжением входа и движение в сторону потребителя. Это значит, что ток будет идти по нашей катушке индуктивности (дросселю). В этот момент ее магнитное поле будет выдавать энергию. Следует отметить, что емкость конденсатора будет ее резервировать, чтобы поддерживать напряжение после того, как транзистор войдет в режим насыщения. Следует учитывать, что дроссель необходим для резервной энергии, поэтому в фильтре питания он работать не должен.

О преимуществах и недостатках

Отвлечемся от конкретных конструкций, и неважно, что у нас есть: импульсный стабилизатор высокого напряжения или низкого, мы рассмотрим, что же они собой представляют в общих чертах с позиции сильных и слабых сторон. Итак, преимущества:

несложно достичь выравнивания;
компактные размеры;
широкий интервал для стабилизации;
высокий коэффициент полезного действия;
устойчивость выходного напряжения;
плавное подключение.

Увы, не обошлось без недостатков, среди них можно выделить следующие нюансы:

сложная конструкция;
наличие большого количества специфических компонентов, что негативно сказывается на надежности конструкции;
приборы сложно ремонтировать;
образовывается много помех для выбора необходимой частоты;
часто возникает потребность использовать компенсирующие устройства мощности.

Регулируемый БП с простым импульсным стабилизатором

Предлагаемая схема блока питания имеет регулируемый импульсный стабилизатор напряжения, что выгодно отличает ее от подобных схем с непрерывными стабилизаторами. Достоинствами схемы являются высокий КПД, отсутствие необходимости использовать громоздкий радиатор силового транзистора. При этом, сложность схемы находится примерно на уровне непрерывного стабилизатора. Единственной сложностью при сборке для многих начинающих радиолюбителей станет изготовление дросселя L1. Для него используется броневой ферритовый сердечник TP4A-RM12, с немагнитным зазором 0,5 мм, выполненным путем подкладывания между половинами сердечника картонной прокладки. Катушка имеет 30 витков эмалированного провода диаметром 0,5 мм. Можно использовать фабричный дроссель с индуктивностью 200-300 мкГн и допустимым током до 2-х ампер. Сетевой трансформатор — стандартный, фабричный, мощностью от 25 Вт и выходным напряжением 18-24В. На транзисторе VT1 выполнена схема ограничения выходного тока. При указанном номинале резистора R1 ограничение — 2А. Кнопка S1 служит для запуска стабилизатора после срыва колебаний автогенератора в случае короткого замыкания на выходе. В схеме использована распространенная микросхема компаратора LM211. Подойдут так же компараторы LM111, LM311. В качестве резистора R1 можно использовать два параллельно соединенных резистора по 0,56 Ом, если не удастся найти довольно редкий (в наших краях) номинал 0,27 Ом. Разводка печатной платы выполнена в программе Sprint-Layout. Плата имеет размеры 70*75 мм. Диодный мост и силовой транзистор оснащены минимальными радиаторами. Правильно собранная схема в наладке не нуждается. Остается поместить ее в подходящий корпус. По желанию, устройство можно дополнить стрелочным или цифровым вольтметром, амперметром. Я использовал готовый фабричный модуль цифрового вольтметра.

Список радиоэлементов

Прикрепленные файлы:

Оценить статью

Техническая грамотность

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (7) | Я собрал ( 0 ) | Подписаться

Для добавления Вашей сборки необходима регистрация

Что на выходе БП при срыве генерации? Генерация есть только при поддержании уровня выходного напряжения (когда все «устаканилось»). При вращении ручки регулировки она срывается, на выходе будет бросок напряжения. При изменении нагрузки БП (особенно скачкообразным образом) будет скачек напряжения на выходе. Сомнительно, что все корректно работает на границах диапазона регулировки выходного напряжения. Довольно сложная в настройке схема.

При емкости конденсатора С4 2 мкф, добиться срыва колебаний довольно сложно. Для этого необходимо КЗ на 1-2 секунды. При скачках нагрузки в пределах мощности, выдаваемой трансформатором, срыва колебаний не происходит.
ЗЫ: при срыве колебаний на выходе «0».
ЗЗЫ: Снял видео — нагрузка лампой 10В, 10 Вт (1А).
https://drive.google.com/file/d/0B2OqJUaVc880YllRMk0ydVpkTU0/view?usp=sharing

Zimakos 02.01.2015 11:49 #

Хорошая и проверенная схема! Однако мучает вопрос, как снизить минимальное напряжение хотя бы до 1 Вольта?

Стабилитрон VD1 заменить на стабистор на напряжение 1,5-2 вольта. Полярность включения стабистора наоборот (катодом вниз по схеме). Что будет стабильно работать, не обещаю, надо пробовать.

На видео видно, что от маломощной лампы накаливания имеется просадка 0,3 вольта. Покажите народу осциллограмму выходного напряжения под нагрузкой.

Сергей 07.01.2015 23:09 #
Описание есть. А где основное. Характеристики?

Андрей 08.01.2015 11:36 #

Не совсем понятно, какие элементы расположены на печатной плате, можно подписать их? Извиняюсь за глупый вопрос, я начинающий радиолюбитель.

Регулятор мощности 2 кВт

1999-2023 Сайт-ПАЯЛЬНИК ‘cxem.net’
При использовании материалов сайта, обязательна
ссылка на сайт ПАЯЛЬНИК и первоисточник

источники:

https://electroadvice.ru/stabilizers/impulsnyj-stabilizator-napryazheniya/

https://profservice24.ru/sovety/impulsnyj-stabilizator-napryazheniya-princip-raboty-2.html

https://cxem.net/pitanie/5-309.php

Импульсный стабилизатор регулируемого напряжения

Импульсный стабилизатор напряжения

Принцип работы