Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Стабилизатор напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием

Повышение частоты преобразования электроэнергии в источниках вторичного электропитания. Допускаемое отклонение читающего напряжения от номинального , страница 7

Как уже отмечалось выше, существуют два принципиально отличных друг от друга режима работы регулирующих элементов компенсационных стабилизаторов напряжения: непрерывный (линейный) и импульсный (ключевой или режим переключения).

В непрерывном режиме регулирующий элемент стабилизатора работает как управляемое активное сопротивление. Все избыточное напряжение, а, следовательно, и мощность снижается на этом элементе.

Такой режим работы характеризуется сравнительно низким к. п. д., необходимостью применения больших по объему и массе теплоотводящих устройств (радиаторов). Однако способ непрерывного регулирования напряжения имеет ряд достоинств, благодаря которым он до настоящего времени находит широкое применение: относительная простота схемы стабилизатора по сравнению с импульсным способом регулирования, очень малый уровень наводок и помех, возможность получения чрезвычайно малого уровня пульсаций выходного напряжения в стабилизаторах напряжения постоянного тока и возможность достижения неискаженной формы выходного напряжения в стабилизаторах напряжения переменного тока, высокое быстродействие и малая динамическая нестабильность. В стабилизаторах напряжения переменного тока с непрерывным регулированием выходное напряжение может быть стабилизировано по среднему, действующему, амплитудному значениям, по всем трем или по любым двум из них.

Импульсный режим работы регулирующего элемента стабилизатора позволяет значительно уменьшить рассеиваемую на нем мощность, тем самым повысить к. п. д. и надежность работы схемы, уменьшить объем и массу стабилизатора. В импульсном режиме меньше влияет на работу стабилизатора зависимость параметров регулирующего элемента от температуры окружающей среды. В качестве регулирующих элементов в этом случае могут быть использованы транзисторы, тиристоры, магнитные усилители и пр.

В зависимости от способа регулирования напряжения цепь ООС импульсного стабилизатора может изменять длительность открытого или закрытого состояния регулирующего элемента, частоту следования импульсов, их фазу, амплитуду или одновременно несколько параметров.

Основные функциональные схемы: импульсных стабилизаторов напряжения постоянного тока приведены на рис. 1-3,а, б. В схеме рис. 1-3,а напряжение постоянного тока первичного источника ИП преобразуется регулирующим элементом РЭ в последовательность импульсов прямоугольной формы с изменяемыми параметрами (рис. 1-4,а). Затем эти импульсы сглаживающим фильтром Ф вновь преобразуются в напряжение постоянного тока, поступающее в нагрузку Н. Цепь ООС стабилизатора воздействует на регулирующий элемент таким образом, что среднее значение выходного напряжения Uн остается постоянным. Преобразование напряжения постоянного тока в прямоугольные импульсы осуществляется задающим генератором ЗГ. Импульсный стабилизатор может работать и без задающего генератора в режиме автоколебаний. В первом случае частота следования импульсов регулирующего элемента постоянна, во втором—зависит от напряжения первичного источника и определяется работой релейного элемента (вместо СЭ), на входе которого происходит сравнение выходного и опорного напряжений.

Релейные импульсные стабилизаторы напряжения постоянного тока более быстродействующие, однако из-за переменной частоты переключения в схеме затруднен выбор оптимальных значений элементов сглаживающих и защитных фильтров. Назначение остальных элементов цепи ООС то же, что и у стабилизаторов с непрерывным способом регулирования. Импульсный стабилизатор также может быть выполнен по схеме с вольтодобавочным напряжением (рис. 1-3,6), для чего необходим дополнительный источник питания ИП, имеющий на выходе напряжение

Читайте так же:
Схема стабилизатора тока для зарядки акб

Форма напряжения на выходе суммирующего элемента СМ показана на рис. 1-4,6, где . В связи с тем, что чepeз регулирующий элемент проходит только часть выходной мощности, его габариты и масса заметно уменьшаются; то же самое относится к элементам сглаживающего фильтра Ф, на вход которого поступает напряжение с неполной (частичной) модуляцией. Достоинства схемы с вольтодобавочным напряжением особенно заметны при сравнительно небольших пределах изменения питающего напряжения.

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием

Структурная схема стабилизатора напряжения с непрерывным регулированием изображена на рис.2.4.9. Регулируемый транзистор выполняет роль регулируемого элемента. Сигнал обратной связи (ОС) берётся с выхода стабилизатора, усиливается усилителем и сравнивается с опорным. Сигнал рассогласования с выхода усилителя постоянного тока (УПТ) воздействует на регулируемый транзистор, изменяя его сопротивление и поддерживая этим постоянство выходного напряжения.

Транзисторные стабилизаторы делятся на стабилизаторы с последовательным и параллельным включением регулируемого транзистора.

Пусть транзистор включен последовательно с нагрузкой (рис.2.4.10). При возрастании Uвх возрастает и Uвых, на входе УПТ появляется сигнал

Запирающее напряжение, снимаемое с выхода УПТ на базу VT, возрастает на величину DUзап = Kу´DU, где Kу — коэфициент усиления УПТ. Вследствие этого коллекторный ток Iк уменьшается, а Uкэ повышается.

. (2.4.12)

Согласно (2.4.12) так как DUкэ увеличивается, Uвых уменьшается. Так обеспечивается отрицательная обратная связь (ООС) в схеме. Транзистор входит в силовую цепь стабилизатора. В схему сравнения входит источник опорного напряжения (ИОН) с Eoп.

Особенностью схем с последовательным включением является то, что в них имеются две петли отрицательной обратной связи. Одна из петель замыкается через усилитель, а вторая возникает из-за того, что Uвых воздействует на эмиттер триода непосредственно.

Если даже первая петля отрицательной обратной связи разомкнута (коэффициент усиления УПТ К равен нулю), благодаря действию второй петли обратной связи стабилизатор сохраняет часть стабилизирующих свойств. При большом К основной является первая петля отрицательной обратной связи.

Uвых » Eoп, поэтому нельзя получить более стабильное напряжение, чем опорное. Но Uвых более стабильно, чем в параметрическом стабилизаторе, так как через ИОН не проходит ток нагрузки. Это и позволяет получить высокостабильное напряжение.

Принципиальная схема стабилизатора с последовательным включением представлена на рис. 2.4.10. VT1 — регулируемый транзистор, УПТ собран на VT2 , ИОН включает VD и R3 , R3 используется для вывода стабилизатора на рабочий участок характеристики. Uon = Uвых -( UвыхR3/(R3+Rст)) ; R 1 и R2 — выходной делитель напряжения, обеспечивающий подачу напряжения смещения на базу VT2. Uбэ2= Uвых R2 / (R1+R2)- Uoп.

Читайте так же:
Стабилизатор зарядного тока для акб

Силовая цепь включает источник питания Uвх, VT1, RН. VT1 входит в каскад с общим коллектором, где Uвх, — напряжение питания; Uб1 — входное напряжение, а выходное Uвых = Uб1Uбэ1. Для получения требуемого выходного напряжения необходимо, чтобы напряжение на выходе усилителя Uк2= Uб1 было близко к Uвых. Для этого питание коллекторной цепи VT2 осуществляют от отдельного источника с напряжением Eк. При снижении | Uвх | уменьшается | Uвых |. Это ведет к уменьшению |UR2|, | Uбэ2|, Iб1, Iк2, URк.↓ В результате повышаются Uб1, Uбэ1 = Uб1 = Uвых, Iб1, Iк1, что приводит к понижению Uкэ1 и повышению Uвых почти до прежней величины.

Поскольку (в схеме с ОК), ток управления составным транзистором Iб03

Регулируемый транзистор можно включить параллельно нагрузке. Структурная схема такого стабилизатора приведена на рис 2.4.16. При увеличении Uвх, Uвых так же увеличивается. На входе УПТ появляется сигнал рассогласования ∆U = UвыхEon. Он усиливается УПТ и поступая на базу VT, приоткрывает его. Ток, потребляемый транзистором, возрастает и, протекая по RГ, увеличивает падение напряжения на нём. Uвых уменьшается . RГ и VT образуют силовую цепь стабилизатора.

. (2.4.15)

Показатели нестабильности у схем с параллельным и последовательным включением отличаются незначительно. Основное различие этих схем в КПД. В стабилизаторе с параллельным включением по RГ протекает ток I=Iн+Iк. Потери мощности в регулируемом транзисторе, добавляясь к потерям в RГ, делают КПД значительно меньшим, чем у схемы с последовательным включением. По этой причине стабилизаторы с параллельным включением применяют значительно реже, чем с последовательным.

На рис.2.4.17 изображена принципиальная схема такого стабилизатора. За счёт падения напряжения на RГ Uвых

Дата добавления: 2016-03-15 ; просмотров: 2325 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием

Высокие коэффициенты стабилизации и плавное регу­лирование выходного напряжения можно получить только с помощью стабилизатора компенсационного типа, который выполняется по структурной схеме, показанной рисунке 36.

Рисунок 36 — Структурные схемы стабилизатора компенсационного типа с последовательно (а) и параллельно (б) включенным регулирующим элементом

Выходное напряжение подается на схему сравнения (СС), в которой оно сравнивается с заданным значение UВЫХ. При отклонении выходного напряжения UВЫХ от заданного значения на выходе схемы сравнения появляется сигнал рассогласования или управления UУ, который подается на вход усилителя. С выхода усилителя сигнал, имеющий значение UУС подается на регулирующий элемент (РЭ), причем это воздействие приводит к изменению внутреннего сопротивления РЭ, а значит, и падения напряжения на нем. При правильно подобранных параметpax схемы указанное изменение падения напряжения на pегулирующем элементе должно скомпенсировать отклонение выходного напряжения UВЫХ от заданного значения. Таким образом, по окончании процесса стабилизации UВЫХ = UВХ—UРЭ = const, .т. е. будет стабилизировано. Сравнивая компенсационный метод стабилизации с параметрическим, можно заметить, что при компенсационном методе стабилизации осуществляется автоматическое регулирова­ние выходного напряжения, и связано это с воздействием отрицательной обратной связи на регулирующий элемент схемы.

Читайте так же:
Расчет стабилизаторов напряжения постоянного тока

В стабилизаторах компенсационного типа возможно как последовательное (рисунок 36,а), так и параллельное (рисунок 36,б) включение РЭ относительно нагрузки. Стабилизаторы с параллельно включенным РЭ имеют меньший КПД, поэтому применяются в маломощных источниках пита­ния. Достоинством этого способа включения РЭ является более высокая надежность, так как отсутствует опасность перегрузок стабилизатора при коротких замыканиях на вы­ходе.

В компенсационных стабилизаторах напряжения на по­лупроводниковых приборах с непрерывным регулировани­ем функции регулирующего и усилительного элементов вы­полняют транзисторы, а в качестве источника опорного напряжения используется кремниевый стабилитрон, кото­рый вместе с резистором представляет собой, по существу, параметрический стабилизатор напряжения.

Рисунок 37 — Принципиальные схемы полупроводниковых стабилизаторов напряжения с последовательно включенными регулирующими элементами:

а —с одним регулирующим транзистором; б —с составным регулирующим транзистором

Полупроводниковый стабилизатор напряжения с после­довательно включенным регулирующим транзистором (рисунок 37,а) состоит из следующих основных узлов: VT1 — регулирующий транзистор, VT2 — усилительный транзистор и схема сравнения: делитель RP и источник опорного напряжения, который включает стабилитрон VD и резистор Rб. Смещающее напряжение на базе усилительного транзистора VT2 представляет собой разность между напряжением на нижней части делителя UВЫХ II и опорным напряжением UOП.

Допустим, что вследствие изменения нагрузки или на­пряжения на входе схемы выходное напряжение UBbIX уве­личилось. При этом увеличится отрицательный потенциал базы VT2, что приведет к увеличению тока коллектора IK2 транзистора VT2. Возросший ток IK2 создает на резисторе RK2 соответственно увеличенное падение напряжения, в результате чего понизится отрицательный потенциал базы транзистора VT1 и уменьшится ток его базы, а вместе с ним и ток коллектора IK1. Уменьшенный ток коллектора IK1 позволит восстановить напряжение UBbIX практически до прежнего значения.

Коэффициент стабилизации схемы может быть записан в следующем виде:

,

где — коэффициент передачи делите напряжения; — коэффициент усиления по напряжению транзистора VT2.

Необходимо отметить, что допустимый ток коллектора используемых транзисторов должен превышать значение тока нагрузки стабилизатора. При больших токах нагрузки ток базы регулирующего транзистора может достигнуть больших значений, и в таких случаях для согласования мощного регулирующего транзистора с маломощным усилителем постоянного тока в схемах стабилизаторов применяется составной регулирующий транзистор. В схеме рисунок 37,б в качестве регулирующего используется тройной ставной транзистор. Резисторы R11, R12 необходимы обеспечения режимов по току транзисторов VTl2 VT13, а именно для увеличения тока в цепи эмиттеров. Это вызвано тем, что при повышенной температуре перехода коллектор — эмиттер обратный ток коллектора увеличивается настолько, что при малых нагрузках суммарный ток базы транзистора VT11 (а следовательно, и эмиттерный ток транзистора VТ12) может стать равным нулю, что приведет к срыву стабилизации, т. е. к нарушению работы схемы.

Читайте так же:
Стабилизаторы напряжения постоянного тока понижающий

Регулировка выходного напряжения UBbIX осуществляется в схеме потенциометром RP (рисунок 37, а). При перемещении движка в направлении минусовой шины стабилизатора увеличивается отрицательный потенциал базы транзистора VT2, что приводит к увеличению токов базы коллектора VT2. Ток базы транзистора VT1 как показано выше, уменьшается, а вместе с ним уменьшается и ток коллектора IK1, что приводит к уменьшению выходного напряжения UBbIX. При перемещении движка потенциометра сторону плюсовой шины напряжение на выходе стабили­затора UBbIX увеличивается.

Погрешность работы стабилизатора выражается в из­менении выходного напряжения и определяется следующим образом:

Так как коэффициент передачи делителя а всегда меньше единицы, то изменение выходного напряжения всегда больше изменения опорного напряжения .

Изменение окружающей температуры приводит к изменению напряжения на стабилитроне, а следовательно, и к появлению . Для уменьшения этих изменений выходного напряжения в схемах предусматривается температур­ная компенсация.

В варианте рисунок 37 регулирующий элемент состоит из трех транзисторов, однако это необя­зательно. Число транзисторов, входящих в регу­лирующий элемент, зависит от тока нагрузки. При IН

Компенсационный стабилизатор напряжения

Компенсационный стабилизатор является системой автоматического регулирования стабилизирующего типа. На рисунке 7.16а приведена функциональная схема с непрерывным регулированием.

Стабилизатор состоит из регулирующего элемента (РЭ), элемента сравнения (ЭС), усилителя постоянного тока (УПТ), источника опорного напряжения (на схеме не показан). Работа стабилитрона основана на изменении сопротивления регулирующего элемента в зависимости от отклонения выходного напряжения от заданного. При увеличении (уменьшении) выходного напряжения от заданного значения элемент сравнения совместно с УПТ воздействует на РЭ таким образом, что его сопротивление увеличивается (уменьшается). Это ведет к возврату выходного напряжения к заданной величине за счет увеличения (уменьшения) падения напряжения на РЭ. Компенсационный стабилизатор является системой регулирования с отрицательной обратной связью.

а – функциональная схема; б – упрощенная принципиальная схема;
в – схема стабилизатора в интегральном исполнении (МС-К142ЕН1(ЕН2));
г – подключение МС К142ЕН1 (ЕН2)

Рисунок 7.16 – Компенсационный стабилизатор напряжения

На рисунке 7.16б приведена упрощенная принципиальная схема компенсационного стабилизатора. Регулирующий элемент выполнен на транзисторе VT. Транзистор работает в активном режиме. Источник опорного напряжения представляет собой параметрический стабилизатор на R1, VD. Сигнал выхода с этого стабилизатора подается на неинвертирующий вход ОУ (DA). На инвертирующий вход DA с делителя R2, R3 подается сигнал, пропорциональный выходному напряжению (U’вых). С выхода DA сигнал, пропорциональный (Un — U’вых), подается на базу регулирующего транзистора. При увеличении Uвых (за счет повышения Uвх или сброса нагрузки) U’вых также повышается, что вызывает уменьшение напряжения на базе VT. Уменьшение базового напряжения вызывает повышение падения напряжения на VT (Uрэ), что возвращает Uвых к заданному значению. При уменьшении выходного напряжения происходит увеличение базового напряжения регулирующего элемента, это вызывает уменьшение падения напряжения на нем (транзистор открывается сильнее), и выходное напряжение возвращается к заданному уровню. Промышленностью освоен ряд серий микросхем стабилизаторов в интегральном исполнении – это К275, К181, К142. Наибольшее распространение получила серия К142. Стабилизаторы компенсационного типа К142ЕН выпускаются с регулируемым выходным напряжением, с фиксированным выходным напряжением и с двуполярным выходным напряжением (для питания ОУ). Кроме того, стабилизаторы различаются по коэффициенту стабилизации, допустимому току нагрузки и по величине выходного напряжения. Более подробные сведения о стабилизаторах серии К 142 ЕН можно найти в [Л.17]. На рисунках 7.16в и 7.16г приведена принципиальная схема ИМС К142ЕН1 и схема ее подключения. Источник опорного напряжения (параметрический стабилизатор) выполнен на VD1 и полевом транзистореVT1, который выполняет функцию баластного сопротивления. На транзисторе VT2, резисторах R1, R2 и диоде VD2 собран источник постоянного тока, который задает опорное напряжение на одном из входов УПТ. Диод VD2 служит для термокомпенсации. Каскад на VT2 обеспечивает согласование выхода параметрического стабилизатора со входом УПТ. Регулирующий элемент выполнен на составном транзисторе VT6, VT7. Усилитель постоянного тока выполнен VT4, VT5 и собран по дифференциальной схеме. Транзистор VT3 выполняет роль коллекторного резистора VT5. Каскад на транзисторе VT8 предназначен для организации управления включением стабилизатора внешним сигналом. При подаче на базу VT8 (вывод 9) положительного напряжения он открывается и запирает регулирующий элемент VT7, VT6 (база составного транзистора подключается к общей шине). На вывод 12 подается напряжение с внешнего делителя R5, R4 для регулирования выходного напряжения. Внешний делитель R2, R3 задает напряжение на базу транзистора VT9, с помощью которого реализуется защита стабилизатора по току. Внешний резистор R1 включен в выходную цепь и служит датчиком тока цепи защиты. Когда ток нагрузки превысит заданное значение, падение напряжения на R1 превысит пороговое значение, транзистор VT9 откроется и своим малым сопротивлением зашунтирует регулирующий транзистор VT7, VT6, тем самым отключив его.

Читайте так же:
Источник питания с регулируемым стабилизатором тока

Стабилизаторы компенсационного типа имеют лучшие качественные характеристики (большой Кст, большие токи, возможность регулирования выходного напряжения и т.д.) по сравнению с параметрическими стабилизаторами. Недостатками стабилизаторов этого типа являются небольшой КПД (50-60%) и довольно сложная схема.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.002 с) .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию