В импульсных стабилизаторах (ИСН) регулирующий транзистор работает в режиме переключения, в результате чего рассеиваемая на нем мощность гораздо меньше, а КПД выше, чем в непрерывном стабилизаторе. Структурная схема импульсного стабилизатора (рис. 1, а) содержит силовую цепь и схему управления СУ.
| 
|
| а) | б) |
Рис. 1
Силовая цепь состоит из регулирующего транзистора VT, дросселя Др, конденсатора С и обратного диода VD. При открытом транзисторе в течение времени 
энергия от входного источника постоянного тока 
передается в нагрузку через дроссель Др, в котором накапливается энергия. При закрытом транзисторе в течение времени 
накопленная в дросселе энергия поступает в нагрузку через диод VD.
Период коммутации
Частота коммутации
Отношение длительности открытого состояния транзистора, при котором генерируется импульс напряжения длительностью 
, к периоду коммутации Т называется коэффициентом заполнения
В импульсном стабилизаторе регулирующий элемент преобразует (моделирует) входное постоянное напряжение 
в серию импульсов, а сглаживающий фильтр, состоящий из диода VD, дросселя Др и конденсатора С, демодулирует их опять в постоянное напряжение 
. При изменении входного напряжения 
или ток в нагрузке 
с помощью цепи обратной связи (схемы управления СУ) длительность импульсов изменяется таким образом, что выходное напряжение поддерживается постоянным с определенной степенью точности. В таком стабилизаторе 
, поэтому он называется понижающим. Существуют повышающий 
и инвертирующий 
стабилизаторы, силовые цепи которых состоят из тех же элементов, что и понижающего, но включены в другом порядке. Чаще применяется понижающий стабилизатор, как имеющий меньшее внутреннее сопротивление.
В зависимости от способа стабилизации выходного напряжения различают стабилизаторы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ), релейные стабилизаторы.
В ИСН с ШИМ (рис. 2, а) длительность импульсов напряжения на входе сглаживающего фильтра при постоянной частоте их следования обратно пропорциональна значению 
.
| 
| 
|
| а) | б) | в) |
Рис. 2
В ИСН с ЧИМ (рис. 2, б) длительность импульсов напряжения является постоянной величиной, а интервалы между ними изменяются пропорционально (следовательно, частота обратно пропорциональна) 
.
В релейном стабилизаторе формирование импульсов происходит в моменты пересечения напряжением 
двух горизонтальных уровней: нижнего - при формировании фронта и верхнего - при формировании среза. Поскольку изменение 
в зависимости от и 
может быть различным, то и частота в такой системе регулирования может изменяться в широких пределах (рис. 2, в).
ИСН с ШИМ имеют следующие преимущества по сравнению со стабилизаторами двух других типов:
обеспечивается высокий КПД и оптимальная частота преобразования, которая является неизменной, что имеет существенное значение для большинства потребителей;
реализуется возможность одновременной синхронизации частот преобразования неограниченного числа ИСН, что исключает опасность возникновения биений частот при питании нескольких ИСН от общего первичного источника.
Недостатком ИСН с ШИМ в отличие от стабилизаторов релейного типа является более сложная схема управления.
Отсутствие у ИСН с ЧИМ и релейных свойств, определяющих преимущества ИСН с ШИМ, является недостатком первых двух. К недостаткам релейного стабилизатора относятся большие пульсации напряжения на нагрузке, а к его преимуществам - простота схемы управления.
В зависимости от индуктивности дросселя, тока нагрузки, частоты преобразования, входного и выходного напряжений все три типа импульсных стабилизаторов независимо тот способа стабилизации выходного напряжения могут работать в режиме непрерывных или прерывистых токов, протекающих через дроссель. Временные диаграммы изменений токов и напряжений в установившемся режиме для стабилизатора понижающего типа приведены на рис. 3.
В момент поступления импульса управляющего напряжения транзистор открывается, и поскольку диод VD из-за его инерционности не может мгновенно включаться, все напряжение питания оказывается приложенным к переходу коллектор-эмиттер транзистора. Его коллекторный ток начинает резко возрастать до максимального значения 
, которое зависит от скорости нарастания базового тока, коэффициента усиления и частотных свойств транзистора, а также от времени рассасывания неосновных носителей 
в базовой области силового диода. Если частотные свойства транзистора намного хуже импульсных свойств диода, то выброс коллекторного тока отсутствует.
С момента 
обратный ток диода уменьшается до 
, коллекторный ток транзистора падает до 
: а 
до напряжения насыщения 
. В течение времени 
ток, протекающий через дроссель, увеличивается до 
, напряжение на диоде равняется 
.
После окончания импульса 
транзистор закрывается через время рассасывания 
и ток дросселя начинает спадать через открытый диод до . При этом напряжение 
. Затем весь процесс повторяется.
| Если индуктивность дросселя будет меньше некоторой критической величины, возникает режим прерывистых токов (в некоторые отрезки времени  ).
Недостатками режима прерывистых токов является увеличение пульсаций напряжения на нагрузке, так как в некоторые отрезки времени дроссель не участвует в сглаживании переменного напряжения. Поэтому при проектировании ИСН необходимо избегать режима прерывистых токов дросселя.
|
Рис. 3