Импульсный источник питания, использующий линейный стабилизатор напряжения

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Сходству и различию линейных и импульсных стабилизаторов было уде­лено значительное внимание. Действительно, простой переход от дисси-пативного к импульсному режиму, изображенный на рис. 8-5, можно считать интересным, но не очень существенным. Однако так случилось, что возможность преобразовать линейный стабилизатор в импульсный была обнаружена случайно в процессе создания высокоэффективных им­пульсных схем. National Semiconductor Corporation и другие изготовите­ли полупроводниковых приборов, создали очень удобную серию линей­ных стабилизаторов напряжения; они были специально адаптированы под созданные к этому времени операционные усилители. Линейные ста­билизаторы имеют внутренние температурно-стабилизированные источ­ники опорного напряжения и внешние выводы, с помощью которых можно иметь такие режимы работы, как ограничение тока, ограничение тока с обратным ходом характеристики, дистанционное управление. Кроме того, эти стабилизаторы можно использовать в качестве драйве­ров мощных усилительных каскадов. Наличие этих функций в модуле И С означает, что характеристики таких стабилизаторов значительно превос­ходят те, которые можно получить используя устройства с дискретны­ми компонентами, гибридными модулями и даже интегральными опера­ционными усилителями.

На рис. 17.1А показана схема ИС ZAflOS. Принципиальная схема не предполагает, что этот стабилизатор можно повторить используя диск­ретные компоненты. Работа дискретной схемы, собранной из представ­ленных компонент, сопровождалась бы конфликтами, связанными с температурной стабильностью, компоновкой элементов и учетом эконо­мических требований. Стабилитрон D\ обеспечивает опорное напряже­ние, а ток этого диода задается одним из коллекторов транзистора Q\2. Использование источника стабильного тока для работы диода D\ являет­ся первым шагом для формирования очень стабильного источника опор­ного напряжения. Напряжение зенеровского пробоя диода Dl не исполь­зуется непосредственно, оно поступает на буфер (транзистор Q10). Выходное напряжение с эмиттера транзистора 010 поступает на после­довательную цепь, состоящую из элементов Ql, R2, R3, R4 и QS (транзи­сторы в диодном включении, такие как Q1 и Q8, обычное явление в ин­тегральных схемах). В этом примере указанная последовательная цепь обеспечивает на базе транзистора Q2 опорное напряжение 2.2 В с почти нулевым температурным коэффициентом. Видно, что транзистор Q2 яв­ляется частью компаратора, состоящего из транзисторов Q2 и Q3, Тран­зистор Q5 усиливает выходное напряжение компаратора, а Q14 обеспе­чивает управление проходным транзистором Q15. Основное усиление напряжения осуществляется транзистором Q5, потому что его коллек­торной нагрузкой является источник стабильного тока с высоким со­противлением со стороны коллектора транзистора Q12. Остальные ак­тивные устройства выполняют вспомогательные функции; например, полевой транзистор (018) обеспечивает начальное напряжение смеще­ния на базе транзистора Q12 во время запуска, а затем это напряжение поступает от транзистора Q9. Транзистор Q16 работает в том случае, ког­да ограничение тока реализовано во внешней цепи; он забирает часть тока базы транзистора Q14, не позволяя проходному транзистору Q15 выдавать в нагрузку ток больше заданного. Транзистор Q17 предупреж­дает «паралич» компаратора напряжения. Эта ситуация является резуль­татом насыщения транзистора Q3 при перевозбуждении.

clip_image002

clip_image004

Рис. 17.1. (А) Принципиальная схема интегрального стабилизатора напряжения LM10S, (В) Схема импульсного стабилизатора, исполь­зующая ИС ZA/105. Эта одна из первых ИС может считаться прото­типом более поздних ИС, сохраняющих многое из этой базовой схемы, но часто дополненных большим количеством элементов защи­ты и сигнализации. National Semiconductor Corp.

В ИС Z/AflOS присутствуют все необходимые узлы импульсного ста­билизатора. В частности, это прекрасный источник опорного напряже­ния, компаратор напряжения, усилитель напряжения рассогласования и проходной транзистор на выходе. Это, естественно, дает возможность создать импульсный стабилизатор, показанный на рис. 17.1В. Внешний транзистор {Ql) позволяет получить на выходе ток величиной несколько сот миллиампер. Эта схема составляет основу для многих импульсных стабилизаторов. Следует принять во внимание, что усиление тока, обес­печиваемое внешним транзистором, может быть сделано достаточно большим при каскадном включении транзисторов, рассчитанных на большую мощность. Конечно, нагрузочная способность по току катуш­ки LI и диода Dl должна быть соответственно увеличена. Применяя та­кой метод каскадирования, можно получать токи несколько сот ампер при хорошем качестве стабилизации.

Также как и у большинства автоколебательных стабилизаторов в схе­ме на рис. 17.1В имеются две цепи обратной связи. Одна из них, отрица­тельная обратная связь, осуществляет стабилизацию выходного напря­жения, минимизируя сигнал рассогласования на выходе компаратора. Хотя принцип действия импульсного стабилизатора и последовательного линейного стабилизатора несколько отличаются, фактические связи в схемах и результаты работы очень похожи. Напряжение отрицательной обратной связи получается с помощью цепи, состоящей из RL, R2 и С2, и подается на инвертирующий вход компаратора 6. Конденсатор С2 обес­печивает ослабление пульсаций и шума в цепи обратной связи, умень­шая тем самым уровень этих переменных составляющих на выходе. Прежде всего, это относится к пульсациям, вносимым нестабилизиро­ванным источником, а не к тем, которые связаны с частотой переклю­чения.

Вторая обратная связь является положительной и вызывает появление в системе автоколебаний. Положительная обратная связи реализуется с помощью резистора R4, соединяющего вход катушки индуктивности с неинвертирующим входом компаратора 5. Сопротивление резистора R4 определяет полный размах напряжения пульсаций, потому что его вели­чина влияет на гистерезис компаратора. Стабилизация достигается путем изменения или рабочего цикла коммутации, или изменением частоты пе­реключений, или изменением продолжительности включенного состоя­ния транзистора. Уровень стабилизированного выходного постоянного напряжения можно отрегулировать посредством изменения сопротивле­ний резисторов Rl и R2, как в линейном стабилизаторе.

Основные концепции, воплощенные в этом импульсном стабилиза­торе подобны заложенным во многих других стабилизаторах. Различные модули могут отличаться цоколевкой; например, в ИС LAf723, источник опорного напряжения внутри не связан с компаратором напряжения; он связан с одним из выводов и может использоваться в схеме для различ­ных целей.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты