Switching regulator – импульсный стабилизатор

September 29, 2010 by admin Комментировать »

Импульсный стабилизатор – коммутационная схема, работающая в замкнутом контуре и регулирующая выходные параметры ЙП.

В радиотехнике широко используются в основном только два типа стабилизаторов: линейные и импульсные. Линейные стабилизаторы действуют по принципу резистора – ограничивают протекающий через ключевой элемент (транзистор) ток так, чтобы напряжение (или ток) в нагрузке оставалось постоянным.

При этом часть полезной мощности теряется (выделяется в виде тепла на регулирующем транзисторе). В некоторых случаях эта часть может быть весьма значительной, например при входном напряжении 10 В и выходном 2,5 В, падение напряжения на транзисторе составляет 7,5 В, то есть 75% энергии источника питания тратятся на паразитный разогрев транзистора и только 25% выполняют полезную работу.

Еще хуже (относительно КПД) обстоит дело с регулируемыми источниками питания – когда для большего диапазона изменения выходного напряжения разработчик пытается неоправданно увеличить входное напряжение. В таких случаях при минимальном выходном напряжении КПД источника питания может снижаться до единиц процента.

Этого недостатка лишены импульсные стабилизаторы (далее – «импульсники»), способные трансформировать напряжение в ток и наоборот.

Поэтому КПД «имульсника» независимо от величины входного/ выходного напряжения практически постоянен и составляет, в зависимости от схемы и используемых комплектующих, до 80…90%. Благодаря столь высокому КПД облегчается тепловой режим устройства – его компоненты практически не перегреваются, и там, где раньше приходилось использовать громоздкие радиаторы-теплоот- воды и «поющие» вентиляторы-кулеры, удается обойтись одной маленькой пластинкой или вообще «голым» корпусом транзистора. Также уменьшается потребляемый устройством ток, что очень важно при автономном режиме работы.

При входном напряжении 10 В и выходном 2,5 В потребляемый от источника питания ток будет в 4 раза меньше выходного тока (если быть точнее, в 3,5…3,8 раза – ведь КПД чуть ниже 100%). При этом «лишние» 7,5 В трансформируются в дополнительный ток – в полном соответствии с законом сохранения энергии. А вот у линейного стабилизатора потребляемый ток всегда чуть больше тока нагрузки.

Чем выше рабочая частота преобразователя, тем меньших размеров могут быть его самые габаритные детали – катушка индуктивности (дроссель или трансформатор) и фильтрующие конденсаторы. За один такт сердечник дросселя или трансформатора может запасти небольшую часть энергии определенной величины, и размер этой части не зависит от рабочей частоты.

К примеру, повысив рабочую частоту в 10 раз, можно за то же время передать в нагрузку в 10 раз большую мощность, при том же размере катушки и сердечника.

Поэтому если обычный трансформатор 50 Гц и мощностью 270 Вт (к примеру, ТС-270) весит более 5 кг и имеет размер с 3-литровую банку, то импульсный трансформатор мощностью 300 Вт, работающий на частоте 30 кГц, выгодно отличается размером в 3…4 спичечных коробка.

К сожалению, частоту нельзя повышать бесконечно. Для большинства недорогих ключевых транзисторов максимальная рабочая частота не превышает 100…300 кГц, также у недорогих ферритовых сердечников на частотах выше 30… 100 кГц сильно увеличиваются потери из-за вихревых токов внутри сердечника. Поэтому оптимальная рабочая частота для импульсника – 30…50 кГц: она достаточно высока для того, чтобы человек не слышал писка его работы (максимальная слышимая частота – около 20 кГц), в то же время потери на. такой частоте еще достаточно малы.

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