Коммутация и стабилизация напряжения

June 10, 2010 by admin Комментировать »

с помощью нескольких простых элементов – коммутатора, катушки ин­дуктивности, конденсатора и диода – электрическая энергия, потребляе­мая от источника постоянного тока, может быть прокоммутирована, сно­ва сглажена, и затем передана в нагрузку по существу в виде чистого постоянного напряжения. До сих пор рабочий цикл и частота переключе­ния оставались неизменными. Из главы 7 Вы знаете, что в реальных им­пульсных источниках это не так в связи с изменением ширины импульсов и частоты их повторения, что позволяет нам управлять выходным напря­жением стабилизатора. Сказанное показано на рис. 11.2. Когда это регу­лирование осуществляется автоматически, посредством соответствующих чувствительных элементов и цепи обратной связи, получаем стабилизацию постоянного напряжения, поступающего на нагрузку.

Оба метода управления имеют много общего. Выходное напряжение уменьшается в ситуации, когда отношение времени пребывания во включенном состоянии к времени пребывания в выключенном состоя­нии уменьшается; это может быть вызвано уменьшением или частоты, или длительности импульсов. Таким образом, два набора осциллограмм на рис. 11.2 иллюстрируют работу равноценных методов, приводящих к уменьшению выходного напряжения, несмотря на то, что используются различные подходы. Напряжение на выходе можно определить из соот­ношения:

clip_image002

Заметим, что знаменатель этого соотношения представляет собой время одного полного цикла переключения. Если коммутатор остается постоянно включенным, то выходное напряжение становится равным входному; в том случае, если коммутатор остается выключенным, вы-

ходное напряжение будет нулевым. Очевидно, что в действительности выходное напряжение будет где-то между этими двумя крайними значе­ниями. Трудно сказать, в каком случае следует ожидать лучших резуль­татов, то ли при постоянной длительности импульсов, то ли при посто­янной частоте коммутации. С обоими методами были получены превосходные результаты и много зависит от мастерства, с которым конструктор реализует управляющую функцию (вариант, использующий постоянную длительность импульса и переменную частоту предпочти­тельнее для источников питания, в которых применяется резонансный метод стабилизации).

clip_image004

Рис. 11.2. Два основных методов импульсной модуляции для управле­ния постоянным выходным напряжением. Левые осциллограммы демонстрируют управление с использованием постоянной частоты и изменяемой длительностью импульсов. Правые иллюстрируют управ­ление при постоянной длительности импульсов и переменной частоте их следования. В обоих примерах накапливающие элементы в ZC-фильтре дают средние значения, которые соответствуют пунктирным линиям.

В автоколебательных импульсных стабилизаторах может изменяться и частота, и длительность импульсов. Который из этих параметров ока­зывает большее влияние на стабилизацию, зависит от многих факторов. Хотя случайное изменение формы сигнала при переключении дает впол­не удовлетворительную стабилизацию, многие конструкторы считают, что практически лучше работать или с фиксированной частотой, или с постоянной длительностью импульсов. Чтобы не выходить за пределы области безопасной работы стабилизатора, на эти параметры при расче­те схемы накладываются некоторые ограничения. Во многих схемах при слишком малой длительности импульсов или слишком высокой частоте, проходной транзистор рассеивает чрезмерную мощность, а если импуль­сы слишком длинные, то очень большие токи могут повредить транзис­тор или привести к насыщению в катушке индуктивности.

До сих пор не упоминалась возможность использования режима с фиксированным временем паузы между импульсами. Этот режим можно рассматривать как вырожденный вариант работы с постоянной частотой. В обоих режимах переменным параметром является длительность им­пульса или время включенного состояния. При работе с постоянной ча­стотой знаменатель дроби остается постоянным и поэтому при постоян­ном времени выключенного состояния параметром, который может изменяться, является время включенного состояния. Конечный резуль­тат состоит в том, что с изменением времени включенного состояния величина всей дроби при фиксированном времени выключенного состо­яния изменяется не так сильно, как при фиксированном времени вклю­ченного состояния. Чтобы получить наилучшую стабилизацию, величи­на дроби должна быть чувствительна к изменениям, происходящим с переменным параметром, а режим с фиксированной паузой между им­пульсами таковым не является. Тем не менее, этот режим применяется на практике, поскольку цифровые сигналы, поступающие от логических схем, иногда удобно реализовать именно в таком виде, какой требуется в этом случае.

При прочих равных условиях, для катушек индуктивности, конден­саторов и трансформаторов предпочтительнее более высокая частота пе­реключений. Однако с другой стороны, с повышением частоты увеличи­ваются потери при переключении из-за возрастания времени, требуемого для достижения включенного и выключенного состояния, электролити­ческие конденсаторы становятся менее эффективными и возрастают по­тери в фиксирующем диоде. В течение многих лет использовались час­тоты в диапазоне от 20 до 30 кГц, так как эти частоты много выше звуковых частот и обеспечивали приемлемый компромисс между к.п.д. и экономической выгодой. В настоящее время эффективно используются частоты переключений равные нескольким сотням килогерц и выше. С другой стороны там, где звуковой шум не является нежелательным, дос­таточно хорошие общие характеристики часто получаются при частоте несколько килогерц. Платой за низкую частоту переключений является вес, габариты и, конечно, стоимость.

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