Импульсным стабилизатором напряжения называется устройство, стабилизирующее постоянное напряжение, в котором РЭ (регулирующий элемент) представляет собой электронный ключ. Стабилизация осуществляется изменением скважности работы ключа.
Достоинства ИСН: меньшая, чем у стабилизаторов с непрерывным регулированием, рассеиваемая регулирующим элементом мощность за счет работы РЭ в импульсном режиме и более высокий КПД. Недостатки: большие пульсации выходного напряжения и большая сложность схемы, а также худшие параметры переходного процесса при включении и выключении стабилизатора.
Структурная схема ИСН последовательного типа на рис. 9.8.
Рис. 9.8
Uвых сравнивается с эталонным опорным напряжением Uоп схемой сравнения СС. Образующийся сигнал рассогласования действует на схему управления СУ, которая вырабатывает импульсы, управляющие временем размыкания и замыкания РЭ. Т.о. к входу сглаживающего фильтра Ф будет приложено напряжение импульсной формы, среднее значение которого Uст (рис. 9.9) будет определяться:
Рис. 9.9
tз, tp- время замкнутого,разомкнутого состояния ключа,
Q-скважность импульсов.
Т.о. LC-фильтр в схеме усредняет импульсное напряжение в заданных пределах.
Ключевые (импульсные) стабилизаторы могут быть автогенерирующими (параметры импульсов автоматически изменяются при изменении тока нагрузки, вх. напряжения и др. факторов) и синхронизированными (параметры импульсов определяются внешними источниками).
Рассмотрим упрощенную схему автогенерирующего ИСН (полная схема А.Г. Алексеенко «Микросхемотехника»,М., Радио и связь, 1990) на рис. 9.10.
Рис. 9.10
Его КПД может достигать 85% (при 60% у СН непрерывного действия). Схема сравнения и схема управления реализованы в одном устройстве, которым может быть компаратор на ОУ. На один его вход подается Uоп, на другой – стабилизированное Uст.
Если вых. напряжение становится ниже заданного, на выходе компаратора появляется “+” напряжение, открывающее VT. При этом энергия входного напряжения передается в дроссель L и заряжает конденсатор C. Как только вых. напряжение Uст становится выше опорного Uоп, вых. напряжение компаратора принимает значение низкого уровня и VT запирается (заканчивается tз и начинается tp). В течении времени tp Uвых поддерживается выше уровня Uоп за счет энергии, накопленной LC-фильтром в фазе tз. Снижение Uвых ниже заданного уровня вызывает срабатывание компаратора и процесс повторяется.
Величина отклонения вых. напряжения определяется по формуле:
Т.о. для уменьшения пульсаций Uвых необходимо увеличивать частоту регулирования f, что позволяет снизить значения L и C и их массогабаритные параметры; однако с увеличением f растут динамические потери энергии при переключении VT, а значит снижается КПД. Обычно f лежит в пределах 2…50 кГц.
VD в схеме служит для защиты ключевого транзистора от выбросов напряжения самоиндукции дросселя, возникающих при быстром выключении тока.