Импульсные источники напряжения. Структурная схема. Назначение элементов. Достоинства, недостатки.

Импульсный стабилизатор напряжения- это стаб-р напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме, т.е. большую часть времени он находится либо в режиме отсечки, когда его сопротивление максимальное, либо в режиме насыщения-с минимальным сопротивлением, а значит может рассматривается, как ключ. Плавное изменения напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента: напряжение повышается по мере накопления им энергии и снижается по мере отдачи ее в нагрузку. Такой режим работы позволяет значительно снизить потери энергии, а также улучшить массогабаритные показатели, однако имеет свои особенности

Основным недостатком компенсационных стабилизаторов напряжения является КПД, в лучшем случае достигающий 70%. Достоинство – высокая стабильность и низкий уровень шумов. Для уменьшения мощности, рассеиваемой в регулирующем транзисторе, его используют в ключевом режиме, применяя при этом L-C–фильтр.

ИОН – источник опорного напряжения

                                     СУ – сравнивающее устройство

                                     КЭ – ключевой элемент

τ1

            τ2 

Различают три вида импульсных источника питания:

1. Понижающий.

2. Повышающий.

3. Инвертирующий.

Понижающий импульсный источник. Расчетные соотношения.

Функциональная схема понижающего стабилизатора представлена на рис.1.32. В этой схеме выходное напряжение может быть только меньше входного (если ключ замкнут, то ).

Рис.1.32. Функциональная схема понижающего стабилизатора: СУ – схема управления, изменяющая соотношение включенного и выключенного состояния ключевого элемента

Выходное напряжение зависит от входного и отношения времени нахождения транзистора VT во включенном состоянии к периоду коммутации τ.

,

где ,

 – время нахождения VT в выключенном состоянии.

Работает преобразователь следующим образом. Когда транзистор VT включен (насыщен), источник входного напряжения подключен к катушке индуктивности L и нагрузке. Ток в катушке вырастает со скоростью

,

или

,

где  – изменение тока в дросселе L за время включенного состояния транзистора VT.

К концу времени  ток  достигнет пикового значения :

.

Ток  питает нагрузку и заряжает конденсатор С.

Когда транзистор VT выключается, напряжение на дросселе L становится равным . Ток продолжает протекать в том же направлении, но он начинает спадать. Теперь дроссель питает конденсатор и нагрузку . Транзистор включается как раз перед тем, как . Максимальный выходной ток составляет половину . Среднее значение тока, протекающего через L в течение интервала . Из соотношения

можно найти L

.

Емкость конденсатора фильтра

.

Поскольку конденсатор фильтра должен обеспечивать выходной ток в течение времени , то есть тогда, когда , а максимальное значение отдаваемого им тока , то

.

Соотношение между временами  можно найти из условия одинаковости средних токов нагрузки, протекающих в соответствующие интервалы времени.

.

Откуда

.

Для нахождения КПД будем считать, что коммутационные потери равны нулю. Тогда

, ,

,

Поскольку

,

можно записать

.

Тогда КПД:

.

Если , , , ,

то .

Для источника непрерывного действия с последовательным регулирующим элементом

.