Потужний імпульсний стабілізатор постійної напруги. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Стабілізатори напруги

 Коментарі до статті

Серед імпульсних стабілізаторів напруги особливий клас утворюють пристрої з широтно-імпульсним (ШІ) принципом регулювання вихідної напруги. Їхня відмінна властивість - сталість рівня пульсації у всьому інтервалі струму навантаження. Можлива синхронізація стабілізатора разом із живильними цифровими пристроями, що дозволяє в ряді випадків спростити вирішення питання про їхню сумісність.

Стабілізатор призначений для живлення радіоелектронної апаратури, виконаної на цифрових мікросхемах. Він має м'який запуск без викидів вихідної напруги, двоступінчастий захист по навантажувальному струму з автоматичним поверненням у робочий режим після зняття перевантаження і здатний тривалий час перебувати в режимі замикання вихідного ланцюга.

Принципова схема стабілізатора зображена на рис.1

Рис.1 (натисніть для збільшення()

На елементах DD1.1, DD1.2 виконано тактовий генератор прямокутних імпульсів. Ланцюг, що складається з резистора R9 та вхідної ємності елемента DD2.2, створює деяку тимчасову затримку імпульсів. Таким чином, на виході елемента DD2.2 діє сигнал прямокутної форми, затриманий щодо сигналу на виході DD1.1 елемента на 0,4...0,5 мкс.

Вузол широтноімпульсного регулювання побудований на елементах DD1.3, DD2.1, DD2.2 та тригері DD3.1. Імпульси керування ключовим елементом стабілізатора формує тригер DD3.1. По фронту затриманого імпульсу генератора тригер переключається на одиничний стан. Ланцюг R2C2 формує на верхньому за схемою вході елемента DD2.1 трикутні імпульси напруги з амплітудою близько 100 мВ. Тригер перемикається в стан 0 входу R.

При запуску вихідна напруга в перший момент дорівнює нулю і на вході (висновок 2) елемента DD2.1 діють тільки трикутні імпульси, амплітуда яких менша від порогової напруги елемента (для застосовуваних в стабілізаторі КМОП мікросхем воно дорівнює 0,55...0,6 від їхня напруга харчування). На нижньому вході елемента DD1.3 діє одиничний сигнал і тригер DD3.1 перемикається в нульовий стан з появою сигналу низького рівня на виході елемента DD1.1. При цьому тривалість одиничного стану тригера DD3.1 максимальна і близька до напівперіоду генератора коливань, що відповідає максимальному часу відкритого стану ключового елемента.

Коли вихідна напруга досягне зони регулювання, напруга на верхньому вході елемента DD2.1 встигатиме збільшуватися до порогового значення раніше, ніж з'являється спад імпульсу на верхньому вході елемента DD1.3, і тривалість одиничного стану тригера DD3.1 зменшується до значення в режимі, що встановився. З цього моменту збільшення вихідної напруги припиняється – пристрій переходить у режим стабілізації.

Якщо з яких-небудь причин (наприклад, в різке зменшення струму навантаження) вихідна напруга збільшується, то одиничний вихідний імпульс тригера стає ще коротшим і вихідна напруга стабілізатора знову наближається до свого значення.

Вихід вузла ШІ регулювання підключений до входу підсилювача імпульсів на транзисторах VT2, VT3, що є керованим генератором стабільного струму з трансформаторним виходом. Струм через вторинну обмотку трансформатора Т3 визначається опором резистора R11 і дорівнює приблизно 1,5 А. Управління ключовим транзистором VT4 від струму генератора дозволяє форсувати процеси його перемикання і отримати мале значення напруги насичення.

При одиничному стані тригера DD3.1 генератор струму забезпечує сталість струму через первинну обмотку Т3 трансформатора протягом вихідного імпульсу вузла регулювання. У первинній обмотці з'являється складова струму намагнічування, що лінійно збільшується. Індуктивність первинної обмотки трансформатора Т3 обрана такою, щоб максимальне значення струму намагнічування не перевищувало 10...15 % струму колектора транзистора VT2. Таким чином, струм бази транзистора VT4, доки він відкритий, залишається практично незмінним.

Після того, як транзистор VT2 закриється, трансформатор Т3 відключається від джерела живлення і складова струму намагнічування починає зменшуватися, протікаючи ланцюгом VD8VD9R15. Це призводить до зміни полярності напруги обох обмотках трансформатора. Подача негативної напруги на емітерний перехід транзистора VT4 забезпечує його форсування закривання.

Технічні характеристики

• Вхідна напруга, В.......21...34
• Вихідна напруга, В.......5
• Струм спрацьовування пристрою захисту, А.......17±1
• Розмах напруги пульсації на виході при струмі навантаження 15 А у всьому інтервалі значень вхідної напруги, мВ, не більше.
• Межі зміни вихідної напруги при зміні струму навантаження від 1 до 15 А і вхідної напруги від 21 до 34 В.......4,9...5,1
• Робоча частота, кГц......30

Коли транзистор VT4 закритий, до дроселя L3 прикладена різниця вхідної та вихідної напруги, і струм через нього збільшується. Після закриття транзистора VT4 струм у дроселі не може перерватися миттєво, тому відкриваються діоди VD11, VD12, утворюючи ланцюг для протікання струму. При зазначеному значенні індуктивності амплітуда. змінної складової струму дроселя (а отже, і конденсаторів С10-С13 фільтра) дорівнює 3 А при середньому значенні струму до 15 А. Для того щоб зменшити пульсації вихідної напруги, необхідно набирати фільтр паралельним з'єднанням декількох конденсаторів. Для кращого згладжування встановлений додатковий фільтр L4C14, який зменшує амплітуду пульсації в 3...5 разів і перешкоджає проникненню високочастотних перешкод у навантаження.

Для зменшення динамічних втрат у транзисторі VT4 при його перемиканні у пристрій введені додаткові елементи Т2, VD5, С7, L2 та ланцюг C9R16VD10. У кожному періоді роботи пристрою при відкритті транзистора VT4 напруга його насичення досягає свого значення за кілька десятків наносекунд. Діод VD10 при цьому закритий і не впливає на швидкість зменшення цієї напруги. Струм колектора транзистора VT4 збільшується зі швидкістю, що визначається індуктивністю первинної обмотки трансформатора Т2 і досягає значення 12...15 А протягом близько 2 мкс. Таким чином, збільшення колекторного струму транзистора VT4 відбувається при малому значенні його напруги насичення, що різко зменшує динамічні втрати транзисторі при його відкриванні. Після закінчення зазначеного часу магнітопровід трансформатора Т2 насичується, напруга на його обмотках зменшується до нуля і до кінця періоду він не впливає на роботу стабілізатора.

При закриванні транзистора VT4 напруга на обмотках трансформатора Т2 змінює знак, відкривається діод VD5 і енергія, запасена трансформаторі, перетворюється на заряд конденсатора С7. Одночасно з цим починає збільшуватися напруга між колектором та емітером транзистора VT4, відкривається діод VD10, підключаючи паралельно до цього транзистора конденсатор С9. Тепер швидкість збільшення напруги на транзисторі визначає ємність С9 конденсатора (час збільшення - близько 1 мкс). При черговому відкриванні транзистора VT4, цей конденсатор розряджається через резистор R16.

Основною ланкою системи захисту є датчик струму навантаження, виконаний на трансформаторі струму Т1. Поодиноким сигналом тактового генератора тригер пристрою захисту, зібраний на елементах DD2.3, DD2.4, обнулюється (рівень 0 на виході елемента DD2.4). У цей час транзистор VT4 закритий. При його відкриванні на верхній вхід елемента DD2.3 надходить напруга, що лінійно збільшується. При струмі навантаження меншому за максимальне значення напруга на верхньому вході елемента DD2.3 не перевищує порогового. У разі виникнення навантаження струм колектора транзистора VT4 досягає значення, при якому напруга на верхньому вході елемента DD2.3 перевищує його граничне значення і тригер захисту перемикається в одиничний стан (рівень 1 на виході елемента DD2.4). При цьому тригер DD3.1 встановлюється в нульовий стан транзистор VT4 закривається. Стабілізатор переходить у режим обмеження струму навантаження, його вихідна напруга зменшується.

Цей режим небезпечний для стабілізатора (струм колектора транзистора VT4 обмежений), але може бути неприйнятним для навантаження. Для того, щоб убезпечити навантаження, включається другий ступінь системи захисту, що складається з інтегруючого ланцюга VD2R6R10C6 та одновібратора на тригері DD3.2. Вихідний стан тригера DD3.2 – нульовий. Якщо перевантаження триває більше 70...150 мс (залежно від її кратності), напруга на конденсаторі С6, збільшуючись, досягає порогового значення і тригер DD3.2 переключається на одиничний стан на час близько 2 с. Одиничний стан на нижньому вході елемента DD2.2 забороняє подачу синхроімпульсів на тригер DD3.1 та стабілізатор вимкнений. За цей час конденсатор С6 розряджається через резистор R10, а конденсатор С8 заряджається через резистор R13 до порогового значення і тригер DD3.2 встановлюється в початковий стан. Стабілізатор автоматично запускається. Якщо навантаження не усунуто, процес повторюється.

Струм спрацьовування системи захисту можна змінювати в широких межах, підбираючи резистор R7. При збільшенні опору струм пропорційно зменшуватиметься.

Високу стабільність вихідної напруги забезпечує живлення вузла ШІ регулювання від параметричного стабілізатора на стабілітроні VD4, що живиться від генератора струму VT1 VD1.

На рис.2 показана графічно залежність ККД стабілізатора від струму навантаження при трьох характерних значеннях напруги живлення. Легко бачити, що ККД має максимум в інтервалі струму навантаження 3...8 А. Якщо стабілізатор передбачається використовувати при струмі навантаження в межах 10...15 А, доцільно змістити максимум його ККД у бік більшого струму заміною резистора R11 на інший, опором 2,2...2,4 Ом.

Ріс.2

На рис.3 зображено навантажувальна характеристика стабілізатора. Графік показує, що стабільність вихідної напруги дуже висока (5±2%) і достатня для живлення пристроїв, виконаних на цифрових мікросхемах будь-якої серії.

Ріс.3

Трансформатори Т1-Т3 та дроселі L2, L4 виконані на кільцевих магнітопроводах типорозміру К20х12х6 з фериту 2000НМ1. У магнітопроводі трансформатора Т2 та дроселів L2, L4 необхідно передбачити немагнітний зазор шириною 0.4 мм. Для цього кільце найкраще розпиляти навпіл алмазним диском або, в крайньому випадку, розколоти, а потім знову зібрати, заклавши в обидва розпили по прокладці товщиною 0,2 мм з декількох шарів тонкого паперу, рясно просоченої епоксидної смолою. Після з'єднання половин магнітопроводу їх туго стискають і дають смолі затвердіти. Надлишки затверділої смоли видаляють напилком. Дросель L4 намотаний на двох таких кільцях, складених разом так, щоб їх зазори обов'язково збігалися.

Обмотка 1 трансформатора Т1 являє собою один виток багатожильного дроту перерізом не менше ніж 1 мм2. Оскільки дуже важливо забезпечити максимальний електромагнітний зв'язок між обмотками, цей виток не можна намотувати по найкоротшій відстані між його початком та кінцем. Його укладають на магнітопровід (обмотаний декількома шарами лакоткані) так, щоб початок і кінець витка знаходилися поряд на зовнішній стороні циліндра кільця, а середина прилягала до найбільш віддаленої від початку і кінця точки на внутрішній поверхні отвору кільця.

Обмотка II містить 200 витків дроту ПЕВ-1 0,1. Обмотка 1 трансформатора Т2 містить 7 витків багатожильного дроту перетином не менше 1 мм2, обмотка II - 7 витків дроту ПЕВ-1 0,68. Обмотка I трансформатора Т3 містить 120 витків дроту ПЕВ-1 0,25, а обмотка II - 10 витків дроту ПЕВ-1 0,68.

Дросель L1 – Д-0,1. Можна застосувати й інший із допустимим струмом не менше 30 мА. Обмотка дроселі L2 містить 35 витків дроту ПЕВ-1 0,68 мм, а дроселя L4 - 5 витків багатожильного дроту перерізом не менше 2 мм2. Дросель L3 виконаний у броньовому магнітопроводі Б48 з фериту 2000НМ1 із зазором 0,6 мм у середньому стрижні. Його обмотка містить 10 витків, виконаних джгутом із 25 проводів ПЕВ-1 0,44. Активний опір обмотки близько 4 МОм. Середнє значення струму, що протікає через дросель L2, 2 A, L3, L4 - 18 А.

Мікросхеми, що використовуються у пристрої, можна замінити на аналогічні із серії К564.

Конденсатори С7 С10-С14 – К50-24. Замість них можна застосувати К50-27, К50-29, К50-31, К52-1. Конденсатори С8, С4 – К50-6, решта – із серії КМ. Постійні резистори - МЛТ, підстроювальний резистор R18 - СП14-1.

При випробуванні транзистори пристрою VT2, VT4, діоди VD5, VD11. VD13 були встановлені на загальне пластинчасте тепловідведення з дюралюмінію товщиною 5 мм і площею поверхні 400 см2. Під час тривалої роботи стабілізатора зі струмом навантаження 15 А при вертикальному розташуванні тепловідведення температура не перевищувала 50 °С.

Дивіться інші статті розділу Стабілізатори напруги.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Прилади VitaLight від Philips 22.08.2014 Компанія Philips представила нову категорію продуктів VitaLight: світлові будильники Wake-up Light та пристрої для підвищення рівня енергії EnergyUp. Світлові будильники Philips Wake-up light імітують ефект сонячного світанку, завдяки інтенсивності світла, що поступово збільшується, вони готують організм до природного пробудження від сну за 30 хвилин до встановленого часу. В основі дії приладів EnergyUp лежить синє світло, яке серед усіх спектрів світла відповідає за підвищення рівня енергії. Рецептори в сітківці людського ока поглинають синє світло і передають сигнал у мозок, регулюючи біологічний годинник і підвищуючи активність. Синє світло на організм впливає подібно до ясного блакитного неба в сонячний день, дозволяючи подолати почуття млявості і сонливості. За допомогою спеціальної мобільної програми EnergyUp можна керувати приладом залежно від індивідуальних потреб та отримувати рекомендації та поради для досягнення ефективних результатів.

Інші цікаві новини:

▪ MAX9729 - новий підсилювач для навушників

▪ Скільки людей у ​​машині

▪ Найшвидша зірка у галактиці

▪ Чутливий детектор темної речовини

▪ Мережевий стандарт зі швидкістю передачі 800 Гбіт/с

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Цікаві факти. Добірка статей

▪ стаття Банківська справа. Шпаргалка

▪ стаття Що таке обеліск? Детальна відповідь

▪ стаття Як висушити взуття. Поради туристу

▪ стаття Радіопередавач з AM у діапазоні частот 27-30 МГц. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Двокристалічні світловипромінюючі діоди. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024