3.4.2. Импульсный стабилизатор.

Для уменьшения потерь в регулирующем транзисторе решили заставить его работать в насыщенном режиме или в режиме отсечки. В насыщенном режиме транзистор открыт полностью и падение напряжения на нем минимально (около 1В), в режиме отсечки транзистор полностью закрыт и напряжение на нем максимально, но ток проходящий по транзистору минимален (равен тепловому току базово - коллекторного перехода), поэтому мощность рассеиваемая на транзисторе минимальна. Дополнительную электрическую энергию решили запасать в дросселе включенном последовательно с нагрузкой. Указанные идеи получили схемотехническое решение показанное на структурной схеме на рис.114.

К

Рис. 114. Импульсный стабилизатор.

огда напряжение на нагрузке станет равно минимальному схема управления (СУ), переведет транзисторVT1 в режим насыщения. Напряжение на левом конце дросселя L1 станет равным входному, полярность напряжения на дросселе показана знаками. Постепенно ток через индуктивность и напряжение на нагрузке возрастают. Когда напряжение на нагрузке станет равным максимальному схема управления закрывает транзистор VT1. В соответствии с законом коммутации ток в индуктивности измениться скачком не может, и для поддержания тока неизменным в момент закрывания транзистора на индуктивности появляется ЭДС самоиндукции имеющая обратные знаки. На катоде диода относительно анода будет отрицательный потенциал, p-n переход получает прямое смещение. Запасенная энергия магнитного поля, реализованная в виде тока в индуктивности L1, при открытом диоде VD1 передается в нагрузку. За счет использования энергии накопленной в индуктивности дополнительно повышается КПД. Рассмотренные схемотехнические решения позволяют повысить КПД у этого вида стабилизаторов до 80÷90%.

3.4.3. Источник питания с преобразованием частоты.

Основными недостатками источников питания с компенсационными и импульсными стабилизаторами являются их высокие массогабаритные показатели, т.е. указанные источники питания имеет большой вес и большие размеры. это связано с тем, что первичные цепи питаются переменным током частотой 50 гц. Единственной возможностью улучшить массогабаритные показатели это увеличить частоту питающего тока. На рис 115 показана структурная схема современного источника питания персональной ЭВМ

О

Рис. 115. Структурная схема источника питания с преобразованием частоты.

днофазное напряжение 220В промышленной частоты выпрямляется мостовой схемойD1 и осуществляет заряд накопительного конденсатора С1 до напряжения постоянного тока величиной около 300В. К этому напряжению подключены две последовательные цепи VT1 и VT2, С2 и С3 образующие мостовую схему, в диагональ которой включен трансформатор Т1. Транзисторами управляет схема управления СУ, которая вырабатывает управляющие токи Iб1 и Iб2 с частотой 20 ÷ 100 Кгц. Главное требование к формирователю токов состоит в том, чтобы токи во времени не перекрывали друг друга как это показано на рис. 116. Если это требование не выполняется, то на какой, то интервал времени оба транзистора находятся в проводящем состоянии, и происходит короткое замыкание.

Регулирование напряжения осуществляется изменением длительности импульса тока базы (показано на рисунке штриховой линией). Для поддержания неизменным выходного напряжения вводится обратная связь с нагрузки в схему управления. Регулирование длительностью управляющего импульса называют широтно-импульсным регулированием.

В

Рис. 116. График токов базы.

ыходное напряжение, снимаемое с вторичной обмотки трансформатора Т1 (выводы 3,4) выпрямляется диодомVD1 и подается на нагрузку Rнаг.

Особенности работы рассматриваемого устройства состоит в следующем. При наличии тока базы транзистора VT1 он переходит в режим насыщения и падение напряжения на нем минимально, транзистор VT2 при этом закрыт. Открытый транзистор дает возможность прохождения тока по цепи: накопительный конденсатор С1 (+) - транзистор VT1 - первичная обмотка трансформатора Т1 - конденсатор С3 (+) - конденсатор С1 (-), что дает возможность осуществить перемагничивание сердечника трансформатора в одном направлении. Наличие тока базы транзистора VT2 дает возможность прохождения тока по цепи: конденсатор С1 (+) - конденсатор С2 (+) - первичная обмотка трансформатора Т1 - транзистор VT2 - конденсатор С1 (-). Этот ток перемагничивает сердечник трансформатора в обратном направлении. Таким образом, за период частоты тока базы сердечник получает полное перемагничивание, что способствует полной передачи энергии из первичной во вторичную цепь трансформатора. Частота тока базы может достигать 100 Кгц и переключение направления тока в первичной обмотке трансформатора осуществляется с этой же частотой. Увеличение частоты тока в первичной обмотке приводит к существенному уменьшению размеров и веса трансформатора при той же мощности передаваемой в нагрузку. Так трансформатор при передаваемой мощности 200ВТ при частоте питающего тока 50гц имеет объем около 2 куб. дм и вес около 4кГ, а при частоте питающего тока 60 Кгц он имеет объем около 250 куб. см и вес около 300Г.

Другой важной особенностью использования высокой частоты преобразования является малое время разряда накопительного конденсатора в выпрямителе. Что позволяет даже при больших тока нагрузки (десятки ампер) применять однополупериодное выпрямление и относительно небольшой емкости накопительные конденсаторы. Применение описанных особенностей позволяет создавать легкие и малогабаритные источники питания персональных ЭВМ.