Импульсный стабилизатор напряжения

ИСН по сравнению с непрерывными СН имеет более высокий КПД (0,8-0,9). Меньшие габариты и массу. Эти преимущества проявляются в большей степени при низких уровнях входного напряжения и больших токах нагрузки.

Функциональная схема ИСН, как и непрерывного СН содержит цепь ООС, источник образцового напряжения U_o, элемент сравнения, усилитель сигнала ошибки, регулирующий элемент.

Отличие состоит в том, что РЭ (силовой транзистор) работает в импульсном (ключевом) режиме, поэтому потеря мощности на РЭ значительно меньше. Это позволяет исключить крупногабаритный радиатор и повысить КПД. Анализ литературных источников показывает, что удельная мощность (на единицу объёма) вторичных ИП на линейных (непрерывных) компанентах достигает 30 Вт/дм³. В середине 80-х импульсные СН имели удельную мощность 180 Вт/дм³, в середине 90-х − 1000 Вт/дм³, после 2000 года − 2300 Вт/дм³.

Структурная схема импульсного СН:

ШИМ − широтно-импульсный модулятор − формирует периодические импульсы управления с переменной длительностью функции напряжения при постоянной частоте следования.

РЭ − транзистор, работающий в импульсном режиме.

Ф − фильтр; при f=const t_и=kU_УН; фильтр сглаживает пульсации выходного напряжения и тока при импульсном режиме работы РЭ.

Пример схемы выходного каскада ИСН:

Cхема содержит LC фильтр (L_ф, C_ф) и VD1 − диод, являющийся обязательным элементом схемы, который выполняет две функции:

1) Обеспечивает протекание тока через нагрузку R_н когда ключ РЭ разомкнут (в паузах между импульсами управления)

2) Уменьшает импульсное напряжение на R_н при размыкании ключа РЭ.

В паузах ток через VD1 и R_н создаётся за счёт энергии накопленной в катушке L_ф. При выборе частоты коммутации РЭ должна решаться задача оптимизации. Для уменьшения габаритов и массы СН частоту f целесообразно увеличивать. Для уменьшения потерь на РЭ и L_ф частоту необходимо уменьшать. Практически, рабочие частоты коммутации выбираются в пределах 50 − 100 кГц.