Импульсные стабилизаторы. 
Электротехника и электроника

Для устранения указанного выше недостатка компенсационных стабилизаторов используется импульсный способ регулирования, при котором постоянное входное напряжение Е преобразуется в периодическую последовательность прямоугольных импульсов с переменной длительностью (или скважностью). С помощью сглаживающего фильтра из последовательности выделяется постоянная составляющая, значение которой пропорционально длительности импульсов. Изменяя длительность, или скважность, импульсной последовательности, можно поддерживать выходное напряжение на одном заранее заданном уровне при изменениях, как входного напряжения, гак и тока нагрузки.

Схема силовой часть импульсного стабилизатора приведена на рис. 3, а и представляет собой LC-фильтр (с диодом VD подключаемый с помощью ключа К к источнику постоянного напряжения Е.

Рис. 3. Схема силовой части импульсного стабилизатора и принцип его работы.

При замкнутом состоянии ключа (t…t₂) к LC-фильтру прикладывается напряжение и = Е, под действием которого происходит нарастиие тока в дросселе (/ ~L)Edt). Происходит отбор энергии от источника и накопление ее в дросселе L. На интервале t₂…t_:" когда ключ К разомкнут, ток / дросселя, протекая через диод VD, отдает накопленную энергию в нагрузку R". Нетрудно убедиться в том, что путем изменения времени замкнутого состояния ключа (7з⁼ t₂-/1) можно регулировать постоянную составляющую тока (рис. 3,6).

Рис. 4. Схема импульсного стабилизатора.

На рис. 4 приведена схема импульсною стабилизатора. На входы формирователя поступают управляющие импульсы Н/.- с частотой следования F, опорное напряжение U_on и напряжение ?/_юм, пропорциональное выходному напряжению U. Формирователь преобразует сигнал ошибки U_oul = U_mM — U_on в управляющее напряжение м_>1|р. С увеличением ошибки U_0Ui уменьшается длительность замкнутой фазы ключа, поэтому происходит стабилизация выходного напряжения. Для получения сигналов с широтно-импульсной модуляцией можно использовать:

=> мультивибратор (см. рис. 5, п. 11.4), у которого базовые цепи управляются током, пропорциональным сигналу ошибки;

=> компаратор, на входы которого подаются сигнал ошибки и пилообразное напряжение.

Достоинство импульсного способа регулирования состоит в том, что на ключевом регулирующем элементе рассеивается малая мощность, которая складывается из ipex составляющих: мощности, рассеиваемой ключом в замкнутом состоянии, в разомкнутом состоянии и во время перехода ключа из замкнутого состояния в разомкнутое и обратно. Для идеального ключа в.

замкнутом состоянии паление напряжения равно нулю, в разомкнутом состоянии ток равен нулю. Мощность потребляется только во время перехода ключа из замкнутого состояния в разомкнутое и обратно, поскольку в эти моменты времени напряжение и ток имеют конечное значение. Средняя мощность, рассеиваемая на реальном транзисторе намного меньше, чем при его работе в стабилизаторах непрерывного действия. Поэтому импульсные стабилизаторы по сравнению с непрерывными имеют более высокий КПД. Путем повышения частоты коммутации ключей до значений, близких к граничным частотам мощных транзисторов, можно значительно улучшить массогабаритные показатели импульсною стабилизатора. Предельные частоты коммутации достигают десятки — сотни мегагерц.

К недостаткам импульсных стабилизаторов следует отнести сложность как силовой, так и управляющей схем, а также возможное появление импульсных помех, не поддающихся фильтрации.