Компенсационные стабилизаторы с импульсным регулированием реализуются по трем основным схемам: понижающего импульсного стабилизатора, повышающего импульсного стабилизатора и инвертирующего импульсного стабилизатора.
Схема понижающего импульсного стабилизатора приведена на рисунке 3.7 а. Выходное напряжение этого стабилизатора имеет ту же полярность, что и источник питания, а его значение 
меньше напряжения источника питания Е.
А б
А) электрическая схема; б) эквивалентная схема
Рисунок 3.7 – Понижающий импульсный стабилизатор
В этой схеме используется накопительная индуктивность (дроссель) L 1, включенная последовательно с нагрузкой 
. Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей включен конденсатор фильтра С 1. Ключевой транзистор VT 1 – полевой n -канальный транзистор с изолированным затвором (в качестве ключевого элемента принципиально может использоваться и биполярный транзистор) – включен между источником питания Е и нако-пительной индуктивностью L 1.
Схема управления включает или выключает транзистор в зависимости от значения напряжения на нагрузке . При размыкании транзисторного ключа VT 1 ток индуктивности L 1 протекает через диод VD 1. Включение в схему диода VD 1 обеспечивает непрерывность тока в индуктивности L 1 и исключает появление опасных выбросов напряжения на транзисторе VT 1 в момент коммутации.
На рисунке 3.7 б приведена эквивалентная схема замещения, в которой ключевой транзистор VT 1 и диод VD 1 заменены перекидным ключом S. При поступлении управляющего сигнала на базу транзистора VT 1 ключ S устанавливается в положение 1, а при отсутствии управляющего сигнала ключ S устанавливается в положение 2, обеспечивая непрерывность тока в дросселе L 1. В зависимости от значения параметров схемы возможны два режима работы: непрерывного и прерывистого тока в дросселе.
|
|
Рассмотрим вначале режим непрерывного тока в дросселе L 1 (рисунок 3.8).
А б
А) в режиме непрерывного тока; б) в режиме прерывистого тока
Рис 3.8 – Ток и напряжение в дросселе понижающего импульсного стабилизатора
Для обеспечения режима непрерывного тока в дросселе его индуктивность должна выбираться по формуле
L 1 ≥ T (
, (3.10)
где Т – период повторения импульсов, γ – коэффициент заполнения.
При включении транзистора VT 1 ключ S устанавливается в положение 1, и в дросселе L 1 начинает возрастать ток, достигая своего максимального значения к моменту выключения транзистора VT 1. Накопление энергии в дросселе L 1 и конденсаторе фильтра С 1 приводит к некоторому увеличению напряжения на нагрузке (рисунок 3.8 а).
По сигналу, поступившему от схемы управления, транзистор VT 1 закрывается, а диод VD 1 отпирается, что соответствует переводу ключа S в положение 2. Энергия, накопленная в дросселе L 1 и конденсаторе С 1, начинает расходоваться в нагрузке. При этом ток дросселя начинает уменьшаться по линейному закону вплоть до момента очередного отпирания транзистора VT 1.
Напряжение на дросселе L 1 в период накопления энергии равно (Е 
). В момент коммутации дросселя ключом S напряжение на нем скачком принимает значение – . Полный перепад напряжения на дросселе, таким образом, равен Е.
Напряжение на нагрузке пропорционально коэффициенту заполнения
|
|
= Е γ. (3.11)
При уменьшении индуктивности дросселя относительно значения, определенного по формуле (3.10), происходит переход в режим прерывистого тока в нем. Форма тока в дросселе в этом режиме приведена на рисунке 3.8 б.
Когда ток в дросселе спадает до нулевого значения, то диод VD 1 запирается. Транзистор VT 1 в это время находится в запертом состоянии, поэтому ключ S на эквивалентной схеме оказывается не подключенным к контактам 1 или 2, а находится как бы между ними. При этом напряжение на дросселе и ток в нем некоторое время равны нулю. В таком режиме ухудшается использование ключевого транзистора, возрастает требуемая емкость конденсатора фильтра, увеличиваются пульсации тока в дросселе и в нагрузке.
Схема повышающего импульсного стабилизатора приведена на рисунке 3.9 а.
А б в