Питания постоянного тока

Импульсные источники напряжения постоянного тока применяются главным образом как стабилизаторы напряжения. В отличие от непрерывных стабилизаторов напряжения импульсные стабилизаторы обладают лучшими энергетическими характеристиками, меньшими массами и габаритами.

Рассмотрим две основные схемы понижающего и повышающего импульсного источника напряжения постоянного тока.

Схема понижающего импульсного источника напряжения постоянного тока

приведена на рис. 4.15 а.

Рис. 4.15. Понижающий импульсный источник

постоянного напряжения

270 Электронные аппараты

В этой схеме используется накопительная индуктивность (дроссель) L, включённая последовательно с нагрузкой . Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей включён конденсатор фильтра С. Ключевой транзистор VT включён между источником питания и накопительной индуктивностью L. Схема управления включает или выключает транзистор. При включении транзистора VT в индуктивности L начинает возрастать ток, достигая своего максимального значения к моменту выключения транзистора VT (рис. 4.15 б).

По сигналу, поступившему от схемы управления, транзистор VT запирается, а диод D отпирается. Энергия, накопленная в дросселе L, начинает расходоваться в нагрузке и ток дросселя начинает уменьшаться по линейному закону. Этот спад продолжается вплоть до нового отпирания транзистора VT.

Включение в схему диода D обеспечивает непрерывность тока в индуктивности L и исключает появление опасных выбросов напряжения на транзисторе VT в момент коммутации.

На рис. 4.15 в, г приведены эквивалентные схемы замещения для двух рассмотренных интервалов работы схемы. В зависимости от значения параметров схемы возможны два режима работы: 1 – непрерывного и 2 – прерывистого тока в индуктивности. Обычно значение индуктивности выбирается такой, чтобы обеспечить режим непрерывного тока. Этот режим работы и рассматривается в дальнейшем.

Электромагнитные процессы в схеме представлены на (рис. 4.15 б). При анализе схемы можно считать, что напряжение на нагрузке постоянно. Включение и выключение транзистора приводит к скачкообразному изменению напряжения на индуктивности L и пульсации тока в индуктивности (рис. 4.14 б). Напряжение на нагрузке определяется исходя из того, что среднее напряжение на индуктивности за период равно нулю, т. е. площади (рис. 4.14 б) положительной и отрицательной части равны между собой

,

откуда

, (4.15)

Регулировочная характеристика понижающего импульсного источника напряжения, построенная по уравнению (4.15), изображена на рис. 4.16.

Схема повышающего импульсного источника приведена на (4.17 а). В этой схеме дроссель включён последовательно с источником питания , а диод D –

последовательно с нагрузкой.

Преобразователи постоянного напряжения 271

Рис. 4.16. Регулировочная характеристика понижающего

импульсного источника напряжения

Рис. 4.17. Повышающий импульсный источник

постоянного напряжения

При включении транзистора VT индуктивность L подключается непосредственно к источнику питания. Ток в индуктивности начинает линейно нарастать, пока из схемы управления не поступит сигнал на запирание транзистора VT.

После запирания транзистора VT избыточная энергия, накопленная в L, через открытый диод D поступает в нагрузку, подзаряжая конденсатор фильтра С. Электромагнитные процессы в схеме показаны на рис. 4.16 б.

272 Электронные аппараты

Исходя из того, что напряжение на нагрузке постоянно, а среднее напряжение на индуктивности за период равно нулю, можно определить среднее напряжение на нагрузке

,

откуда

. (4.16)

Регулировочная характеристика повышающего импульсного источника питания, построенная по (4.16), приведена на (рис. 4.18).

Рис. 4.18. Регулировочная характеристика повышающего

импульсного источника питания

9.5.5. Энергетические характеристики