Файл: Белопольский, И. И. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений.pdf

По режимам работы регулирующих элементов стаби­ лизаторы этого типа могут быть разделены на стабили­ заторы непрерывные (линейные) и импульсные (ключе­ вые).

В линейных стабилизаторах регулирующий элемент работает как управляемое сопротивление. Его величина автоматически изменяется с помощью замкнутой систе­ мы регулирования таким образом, чтобы значение вы­ ходного напряжения стабилизатора поддерживалось на постоянном уровне с заданной степенью точности. Из­ быток мощности выделяется на регулирующем элементе, что требует применения регулятора, рассчитанного на относительно большую допустимую мощность рас­ сеивания, и приводит к снижению к. п. д. стабилиза­ тора.

В ключевых стабилизаторах регулирующий элемент работает как переключатель, периодически замыкающий

иразмыкающий источник энергии и цепь нагрузки. При этом среднее значение выходного напряжения поддер­ живается на заданном уровне с помощью замкнутой си­ стемы регулирования, автоматически изменяющей отно­ сительную длительность включенного и выключенного состояний регулирующего элемента. В результате это­ го пульсации выходного напряжения достаточно велики

идолжны сглаживаться специальным фильтром. Сред­ няя мощность, выделяемая в регулирующем элементе, относительно невелика, благодаря чему к. п. д. стабили­ затора достаточно высок. Однако в милливольтовом

диапазоне при малых токах этот' эффект проявляется намного слабее.

Обычно в качестве регулирующих элементов компен­ сационных полупроводниковых стабилизаторов применя­ ют транзисторы, что ограничивает область выходных напряжений, получаемых от этих стабилизаторов, низ­ кими и средними напряжениями.

Линейные транзисторные стабилизаторы компенсаци­ онного типа делятся на стабилизаторы с параллельным и последовательным включением регулирующего эле­ мента относительно нагрузки. Блок-схемы этих стабили­ заторов приведены на рис. 6.

Как видно из этих схем, стабилизаторы состоят из

ЭЕЗШѵ'ПД''г’

включенного между источником питающего стабилиза­ тор напряжения н регулирующим элементом.

В общем случае параллельный стабилизатор пред­ ставляет собой делитель из соединенных последователь­ но сопротивлений балластного резистора и регулирую­ щего элемента, выполняющего функции нелинейного со­

выходе. Однако они не нашли широкого применения на практике вследствие низкого к. п. д. (около 0,2—0,3) и малой экономичности при нагрузках, близких к режиму холостого хода.

Стабилизаторы с последовательным включением регу­ лирующего элемента получили более широкое распрост­ ранение. При напряжениях 6—8 в и более последова­ тельные схемы обладают значительным к. п. д. (0,6— 0,7) и высокой экономичностью при малых нагрузках. Однако по мере снижения выходного напряжения, а так­ же при увеличении токов нагрузки к. п. д. последова­ тельных стабилизаторов становится меньшим указанных средних значений. Это объясняется возрастанием вели­ чины отношения минимального напряжения на зажимах коллектор — эмиттер регулирующего транзистора к на­ пряжению на выходе стабилизатора и необходимостью иметь отдельный источник эталонного напряжения, так

18

как высокостабильные стабилитроны имеются только на напряжения 8—9 в.

Несмотря на указанные недостатки, схема последова­ тельного стабилизатора рассматриваемого типа широко применяется на практике, в частности, для создания интегральных (гибридных и твердотельных) стабилиза­ торов.

Существенным преимуществом линейных стабилиза­ торов (последовательного и параллельного типов)

6) у

Рис. 7. Блок-схемы ключевых стабилизато­ ров выпрямленного напряжения.

а — параллельная; б — последовательная.

является хорошее сглаживание ими пульсаций выпрям­ ленного напряжения, что позволяет получать весьма малые (единицы милливольт) пульсации выходного на­ пряжения. С уменьшением выходных напряжений умень­ шаются также и абсолютные величины пульсации на входе стабилизаторов, что несколько компенсирует от­ носительное увеличение минимального напряжения на переходе коллектор — эмиттер регулирующего транзи­ стора, а при достаточно малых величинах входного на­ пряжения позволяет питать стабилизатор от бесфильтровых выпрямителей (6, 9 и 12-фазных).

К недостаткам последовательных стабилизаторов следует отнести их малую надежность при токовых пе­ регрузках и особенно при коротких замыканиях на вы­ ходе. Для повышения надежности последовательных стабилизаторов необходимы специальные устройства за­ щиты, приводящие к некоторому усложнению их схем.

Практические схемы линейных стабилизаторов и ме­ тоды их инженерного расчета приведены в [Л. 4, 5, 7].

Перейдем к рассмотрению особенностей построения и свойств ключевых (импульсных) стабилизаторов.

Так же как и линейные, ключевые стабилизаторы де­ лятся на стабилизаторы с параллельным и последова­ тельным включением регулирующего элемента относи­ тельно нагрузки. Блок-схемы ключевых стабилизаторов приведены на рис. 7. Эти схемы отличаются от схем рис. 6 измененной схемой регулирующего элемента (РЭ) и наличием дополнительного элемента (ПЭ), преобра­

ствующих на ключевой элемент (транзистор). Регулирующий элемент состоит из транзистора Т,

сглаживающего индуктивно-емкостного фильтра LC и диода Д. В схеме рис. 7,а диод Д предотвращает раз­ ряд конденсатора С через замкнутый транзистор Т. В схеме рис. 7,6 диод Д обеспечивает протекание тока от индуктивности L в нагрузку при разомкнутом транзи­ сторе Т.

По типу применяемых на практике преобразователь­ ных элементов ключевые стабилизаторы делятся на две группы: 1) релейные (двухпозиционные), у которых прерывистый режим работы возникает в результате использования в цепи обратной связи элемента с релей­ ной характеристикой и 2) широтно-импульсные, в кото­ рых управление транзистором Т осуществляется с по­ мощью задающего генератора, формирующего последо­

По своим энергетическим показателям параллельные и последовательные стабилизаторы ключевого типа при­ мерно равноценны.

Ключевые стабилизаторы имеют .больший к. п. д., чем у линейных транзисторных стабилизаторов, что объясняется значительным (в 3—4 раза) снижением по­ терь в регулирующем транзисторе при его работе в клю­ чевом режиме по сравнению с работой в непрерывном режиме в линейном стабилизаторе.

Повышение к. п. д. особенно важно при питании ста­ билизатора от источника энергии небольшой мощности,

20

что является характерным для передвижных и бортовых источников питания. Уменьшение потерь на нагревание улучшает тепловой режим радиоэлектронной аппарату­ ры, что особенно важно при использовании полупровод­ никовых приборов, а также позволяет уменьшить габа­ рит и массу теплоотводящих радиаторов регулируемых транзисторов и трансформаторов выпрямителей, рассчи­ тываемых на меньшую мощность.'

Параллельные стабилизаторы ключевого типа, вы­ полненные по схеме рис. 7,а, целесообразно применять в тех случаях, когда выходное напряжение стабилиза­ тора превышает его входное напряжение. Увеличение выходного напряжения получается при подключении диода Д на зажим 2 индуктивности L, как это показано пунктиром на схеме рис. 7,а, за счет введения дополни­ тельного напряжения от обмотки Ь2з в контур, образо* ванный нагрузкой Rw диодом Д и источником энергии, питающим стабилизатор.'

Параллельная схема является более экономичной, так как она позволяет облегчить режим работы тран­ зистора за счет уменьшения коммутируемой им мощно­ сти. Поскольку в такой схеме при закрытом транзисторе к его зажимам может прикладываться напряжение, пре­ вышающее выходное напряжение стабилизатора [Л. 8], эту схему целесообразно применять при низких напря­ жениях и больших токах нагрузки.

В последовательных стабилизаторах ключевого ти­ па, выполненных по схеме рис. 7,6, выходное напряже­ ние всегда меньше входного, так как эти стабилизаторы представляют собой по существу делители напряжения [Л. 8]. Это свойство предопределяет их преимуществен­ ное использование для получения низких напряжений. Однако при необходимости значительного понижения выходного напряжения условия использования транзи­ стора РЭ в последовательной схеме ухудшаются.

Следует также остановиться на возможностях реали­ зации параллельных и последовательных стабилизаторов с различными схемами управления. Параллельный ста­ билизатор не может работать в режиме двухпозиционно­ го релейного регулирования с обратной связью по вы­ ходному напряжению, в то время как метод широтно­ импульсного регулирования может быть применен как в параллельном, так и в последовательном стабилиза­ торах.

21