T1 t2

0 t1 t2

Рис.8.

Расчет силовой части стабилизатора

Uкэ

tи tп t

T

Среднее значение напряжения на нагрузке зависит от соотношения между временем нахождения транзистора в открытом tи и закрытом tп состояниях.

Период коммутации равен : T = tи + tп .

Частота коммутации : f = 1/T = 1/(tи + tп).

Отношение длительности открытого состояния транзистора, при котором генерируется импульс длительностью tи , к периоду T называется коэффициентом заполнения : = tи / Т = tи*f .

Схема управления стабилизатора подает на транзистор управляющие сигналы постоянной частоты. Из рекомендаций по проектированию импульсного стабилизатора напряжения, отраженных в литературе, предварительно выбираем тактовую частоту равной 20 кГц. Так как повышение частоты ведет к уменьшению массы и размеров реактивных элементов системы ( индуктивность дросселя и емкость конденсаторов можно уменьшить, увеличивая частоту переключений ). Однако дальнейшее увеличение частоты потребует применения высокочастотных элементов, что повысит себестоимость стабилизатора. Также увеличение частоты ведет к уменьшению емкости конденсаторов, КПД системы падает.

Принцип действия и функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа

Функциональная схема импульсного стабилизатора напряжения

Импульсный стабилизатор обычно строят на базе однотактных бестрансформаторных преобразователей, а также однотактных и двухтактных преобразователей с трансформаторным разделением цепей. Однотактные бестрансформаторные преобразователи используются, как правило, повышающего и понижающего типов. Двухтактные преобразователи с трансформаторным разделением цепей отличаются друг от друга местом включения дросселя и алгоритмом переключения транзисторов. Обобщенная функциональная схема однотактного бестрансформаторного преобразователя со стабилизацией выходного напряжения представлена на рис.9.

ИПВН

U

Фвх

УМ

Фвых

вх Uвых

ПУМ

ДТ

ДН

СГР

CУ

СЗТ

ЗУСЗТ

UOПI

CЗН (Umin)

СПВ

ЗУСЗН

UOПmin

СЗН (Umax)

ЗУСЗН

UОПmin

ЗУКРН

UОПКРН

Рис.9.

Принцип работы схемы заключается в следующем. Входное напряжение Uвх через входной фильтр Фвх поступает на вход ключевого усилителя мощности УМ, на выходе которого в процессе работы стабилизатора появляются прямоугольные импульсы, амплитуда которых равна входному напряжению за вычетом падения напряжения на насыщенном транзисторе усилителя мощности УМ. Длительность этих импульсов формируется схемой управления СУ. Для фильтрации выходного напряжения усилителя мощности УМ в схеме предусмотрен выходной Uвых LCD - фильтр. Сигнал обратной связи снимается с выхода стабилизатора и измеряется датчиком напряжения ДН, выходное напряжение которого сравнивается с опорным напряжением UОПКРН , вырабатываемым задающим устройством канала регулирования напряжения ЗУКРН. Сигнал рассогласования, получающийся в результате этого сравнения, усиливается усилителем рассогласования УР и преобразуется в последовательность импульсов постоянной частоты, но разной длительности модулятором ширины импульсов МШИ. Усилитель

рассогласования УР и модулятор ширины импульсов МШИ входят в схему управления УМ.

В общем случае маломощный сигнал с выхода схемы управления СУ может поступать на схему гальванической развязки СГР и в дальнейшем усиливаться предварительным усилителем мощности ПУМ, выходные сигналы которого управляют усилителем мощности УМ.

Для исключения перенапряжения на выходе стабилизатора, вызванного переходным процессом при подключении стабилизатора к сети, обычно предусматривается его плавный выход на режим, который обеспечивается схемой плавного включения СПВ.

Для питания цепи управления усилителя мощности УМ в схеме управления задающих устройств предварительного усилителя мощности ПУМ часто требуются низкие стабилизированные напряжения, которые формируются источниками питания внутренних нужд ИПВН, или, как их часто называют, сервисными источниками.

Для защиты системы от скачков тока применяют схему защиты по току СЗТ, управляющим сигналом которой является сигнал рассогласования, получающийся в результате сравнения сигнала с датчика тока ДТ и опорного напряжения UОПI, поступающего с задающего устройства схемы защиты по току ЗУСЗТ.

Для аналогичной защиты системы от повышения или понижения напряжения используется схема защиты от напряжения СЗН (Umax) и схема защиты по напряжению СЗН (Umin), на которые сигналы управления поступают с датчика напряжения ДН и соответствующих задающих устройств схем защиты по напряжению ЗУСЗН.

Рассмотрим функциональную схему импульсного стабилизатора напряжения ПН - типа как элемента системы автоматического управления, которая представлена на рис.10.

U

Фвх

вх

Iн

УР

МШИ

УМ

Фвых

ЧЭ

UОП Uвых

Рис.10

С точки зрения теории автоматического управления схема гальванической развязки СГР и предварительный усилитель мощности ПУМ являются звеньями с коэффициентом передачи k = 1, так как они только повторяют сигналы в выхода схемы управления СУ, поэтому при составлении функциональной схемы системы эти элементы можно не показывать.

На рис.10 использованы следующие обозначения :

Uвх - входное напряжение,

Фвх - входной фильтр,

UОП - опорное напряжение,

УР - усилитель рассогласования,

МШИ - модулятор ширины импульсов,

УМ - усилитель мощности,

Фвых - выходной фильтр,

Iн - ток нагрузки,

ЧЭ - чувствительный элемент,

Uвых - выходное напряжение.

Усилитель рассогласования УР усиливает результат сравнения опорного напряжения UОП с напряжением, поступающим с выхода чувствительного элемента ЧЭ, находящегося в цепи обратной связи.Далее сигнал преобразуется в последовательность импульсов модулятором ширины импульсов МШИ, которые поступают в усилитель мощности УМ. Сигнал с выхода усилителя мощности фильтруется выходным фильтром Фвых.

Изменения входного напряжения Uвх и тока нагрузки Iн являются внешними возмущающими воздействиями для стабилизатора напряже