- •Конспект лекций (расширенный)
- •1. ОБщие сВедения
- •2.Основные показатели стабилизированных источников вторичного электропитания
- •3.Классификация систем вторичного электропитания (свэп) и ивэп
- •4.Краткие сведения о напряжении питающей сети ивэп
- •5.Выпрямители.
- •5.1Однополупериодная (однофазная) схема выпрямителя
- •1.Определение параметров трансформатора
- •2.Определение параметров диода
- •3.Коэффициент пульсации выходного напряжения
- •5.Фазность схемы выпрямителя
- •5.2. Однофазная мостовая схема выпрямителя
- •5.3.Схема выпрямителя со средней точкой (двухполупериодная со средней точкой)
- •5.4.Трехфазная однотактная схема (Миткевича) выпрямителя
- •5.5.Трехфазная мостовая схема (Ларионова) выпрямителя
- •5.6.Шестифазные выпрямители по схеме треугольник-звезда и звезда- звезда
- •7.Параметрические стабилизаторы напряжения (псн)
- •7.1.Назначение и основные параметры и характеристики псн
- •7.2.Схема и принцип действия пСн вэ
- •7.3.Коэффициент стабилизации напряжения
- •8. Микросхемный стабилизатор напряжения типа кр142ен19
- •9.Микросхемные линейные стабилизаторы напряжения
- •9.2. Стабилизаторы напряжения с регулируемым выходным напряжением
- •1.1.1. Микросхемные стабилизаторы напряжения с регулирующим транзистором в плюсовом проводе выходной цепи Микросхемы серий 142ен1–142ен2, кр142ен1–кр142ен2
- •9.3. Интегральные стабилизаторы напряжения с фиксированным выходным напряжением
- •1.2.1. Микросхемные стабилизаторы серий 142ен5, 142ен8, 142ен9, кр1157, кр1162 и их основные электрические параметры
- •1.2.2. Примеры применения микросхемных стабилизаторов
- •9.4. Двуполярные интегральные стабилизаторы напряжения
- •1.3.1. Микросхемные стабилизаторы напряжения серий 142ен6а, 142ен6б, к142ен6а – к142ен6г
- •Модуль 2.
- •11. Общая характеристика импульсных источников вторичного электропитания (ивэп)
- •2. 1. Сравнение импульсных и линейных источников ивэп
- •Глава 2. Импульсные стабилизаторы напряжения
- •2.1. Назначение и области использования
- •2.2.1. Схема и принцип действия понижающего исн
- •2.2.2. Принцип действия повышающего исн
- •Схемы силовых цепей инвертирующих исн приведены на рис. 88.
- •2.3. Методы стабилизации напряжения и эквивалентная схема системы управления импульсными ивэп
- •Глава 3. Схемотехника Импульсных стабилизаторов
- •3.7. Микросхема кр142еп1 управления импульсным стабилизатором напряжения
- •3.7.2. Импульсный стабилизатор напряжения с шим
- •Пилообразное напряжение часто получают от отдельного устройства – генератора пилообразного напряжения (гпн).
- •Импульсные стабилизаторы напряжения на ис tl494.
- •Примечание - подробнее о самой микросхеме и принципе ее работы показа-но далее в параграфе2.4.2. - шим регулятор на ис tl494.
- •3.1.1. Принципиальная схема импульсного понижающего стабилизатора на ис tl494
- •3.1.2. Принципиальная схема импульсного повышающего стабилизатора на ис tl494
- •3.1.3. Принципиальная схема импульсного инвертирующего стабилизатора на ис tl494
- •2.4.2. Шим регулятор на ис tl494 Интегральная микросхема управления tl494 двухтактным полумостовым импульсным преобразователем напряжения.
- •МОдуль 3.
- •Глава 4. Функциональные узлы и схемотехника импульсных преобразователей напряжения ивэп
- •4.1. Структурные схемы импульсных источников питания
- •1.3. Классификация импульсных источников электропитания
- •4.2. Полумостовые преобразователи напряжения
- •4.2.1. Входные цепи
- •4.2.2. Усилители мощности
- •4.2.3.Упрощенная схема полумостового усилителя мощности
- •Защита 4.6. Схема «медленного пуска»
- •6. Основы пРоектирование импульсных преобразователей напряжения
- •6.2. Методика расчета ивэп для зарядки аккумуляторных батарей (автомобильных)
9.Микросхемные линейные стабилизаторы напряжения
Общие сведения об электрических параметрах и показателях качества выходного напряжения линейных стабилизаторов (ЛСН)
Линейные источники вторичного электропитания (ИВЭП) являются весьма удобным и практичным решением в промышленных и бытовых устройствах. Причины тому: линейные ИВЭП конструктивно достаточно просты и легко настраиваются, они не требуют применения дорогостоящих высоковольтных компонентов и, наконец, они значительно надежнее импульсных ИВЭП [1-26].
Типичный линейный ИВЭП содержит в своем составе: сетевой понижающий трансформатор, диодный мост с фильтром и стабилизатор, который преобразует нестабилизированное напряжение, получаемое со вторичной обмотки трансформатора через диодный мост и фильтр, в выходное стабилизированное напряжение, причем, это выходное напряжение всегда ниже нестабилизированного входного напряжения стабилизатора.
Достигаемые в линейных ИВЭП степень стабилизации и подавление импульсных помех намного превосходят другие схемы ИВЭП.
Основным недостатком линейных ИВЭП является низкий КПД и необходимость резервирования мощности практически во всех элементах устройства (т.е. требуется установка компонентов допускающих большие нагрузки, чем предполагаемые для ИВЭП в целом, например, для ИВЭП мощностью 10 Вт требуется трансформатор мощностью не менее 15 Вт и т.п.). Причиной этого является принцип, по которому функционируют стабилизаторы линейных ИВЭП: сравнение выходного напряжения с некоторым стабилизированным опорным напряжением и управление на основе результатов этого сравнения главным силовым элементом стабилизатора (РУ), одним проходным транзистором VT, работающим в линейном режиме, (но это может быть и группа транзисторов), на котором и рассеивается избыточная мощность.
Чем больше разница между входным и выходным напряжением стабилизатора, тем большую мощность необходимо рассеивать на регулирующем элементе. С другой стороны, чем более нестабильно входное напряжение стабилизатора, и чем больше оно зависит от изменения тока нагрузки, тем более высоким оно должно быть по отношению к выходному напряжению. Таким образом, видно, что стабилизаторы линейных ИВЭП функционируют в достаточно узких рамках допустимых входных напряжений, причем эти рамки еще сужаются при предъявлении жестких требований к КПД устройства.
В настоящее время в качестве источников питания различных устройств применяются линейные ИВЭП на основе микросхем линейных стабилизаторов серии К(КР)142ЕН. Они обладают очень хорошими параметрами, имеют встроенные цепи защиты от перегрузок, цепи термокомпенсации и т.п., легко доступны и просты в применении (большинство стабилизаторов этой серии полностью реализованы внутри ИС, которые имеют всего три вывода). Однако, при конструировании линейных ИВЭП большой мощности (25-100 Вт), требуется более тонкий подход, а именно: применение специальных трансформаторов с броневыми сердечниками (имеющих больший КДП), прямое использование только интегральных стабилизаторов невозможно ввиду недостаточной их мощности, т.е. нужны дополнительные силовые компоненты и, как следствие, дополнительные цепочки защиты от перегрузки, перегрева и перенапряжения. Такие ИВЭП выделяют много тепла, предполагают установку многих компонентов на больших радиаторах и, соответственно, достаточно габаритны; для достижения высокого коэффициента стабилизации выходного напряжения требуются специальные схемные решения.
Средства вторичного электропитания должны жестко соответствовать определенным требованиям, которые определяются как требованиями к самой аппаратуре в целом, так и условиями, предъявляемыми к источникам питания и их работе в составе данной аппаратуры. Любой из параметров ИВЭП, выходящий за границы допустимых требований, вносит диссонанс в работу устройства. Поэтому, прежде чем начинать разработку ИВЭП к предполагаемой конструкции, нужно внимательно проанализировать все имеющиеся варианты и выбрать такой ИВЭП, который будет максимально соответствовать всем требованиям и возможностям.
9.1.Основные показатели линейных стабилизаторов напряжения
интегральные стабилизаторы напряжения характеризуются рядом электрических параметров, основные из которых следующие:
максимально и минимально допустимое входное напряжение Uвх , В;
максимально и минимально допустимое выходное напряжение UН =Uвых , В;
максимально допустимый выходной ток IН= Iвых при температуре корпуса (Tкорп ) от –20 до +100 оС;
Iп – ток потерь – максимальный ток, который потребляет стабилизатор в режиме холостого хода;
рассеиваемая мощность Ррас , Вт, при Ткорп = 25 оС, а также максимальная рассеиваемая мощность Рmax , Вт, при Ткорп = +125 оС;
минимальное падение напряжения на регулирующем элементе микросхемы, Uпд, В – это наименьшее значение разности между нестаби-лизированным напряжением Uвх и стабилизированным UН =Uвых, при кото-ром стабилизатор обеспечивает паспортную стабильность выходного напряжения; минимально допустимое напряжение зависит от выходного тока, температуры окружающей среды и значения переменной составляющей входного напряжения.
Показатели качества выходного напряжения ЛСН.
1. Нестабильность напряжения на нагрузке по входному напряжению, по току нагрузки и по температуре окружающей среды:
1.1. Нестабильность по входному напряжению .
Нестабильность выходного напряжения из-за изменения входного
,
где и - абсолютная величина изменения входного и выходного напряжения соответственно; KU , %/B - справочная величина для ИС.
Коэффициент стабилизации по напряжению (по определению)
.
1.2. Нестабильность по току KI.
Этот показатель определяют при изменении выходного тока от 0 до максимально допустимого значения
,
где .
Если размерность коэффициента , то
.
1.3. Нестабильность выходного напряжения по температуре окружающей среды
,
где относительный температурный коэффициент выходного напряжения , % / oC - справочная величина для ИС.
Здесь ,
где – значение выходного напряжения при минимальной температуре Т1; - значение выходного напряжения при максимальной температуре T2.
1.4. Суммарное изменение выходного напряжения
или
Здесь, например, для ИС К142ЕН3 (при температуре +25 oС): нестабильность по напряжению KU £ 0,05 %/B; температурный коэффициент напряжения £ 0,01 %/oC; - изменение температуры окружаю щей среды от T2 до Т1; нестабильность напряжения по току KI = 0,25 % (при Uвх = 19 В, Uвых = 15 В, изменении тока Iвых от 0 до 1 А ); Kуст - погрешность установки Uн в процентах; , ; .
2. Внутреннее (выходное) сопротивление НСН
.
Если коэффициент по току имеет размерность %/А, то
.
3. Коэффициент сглаживания.
коэффициент сглаживания пульсаций – отношение переменной составляющей входного напряжения U~вх и переменной составляющей выходного напряжения U~вых
Коэффициент сглаживания выходного напряжения приближенно равен численному значению коэффициента стабилизации Кст.