6.1.2. Импульсный ключевой регулятор

Несколько иначе устроен ключевой стабилизатор напряжения (рис. 6.2) (называемый также релейным или стабилизатором с двухпозиционным регулированием).

Рис. 6.2. Функциональная схема ключевого стабилизатора

В нём также входное напряжение через ключевой элемент (1) поступает на накопитель (2), а выходное сравнивается с опорным (5) в ОУ (4).Однако разность между ними подаётся на триггер Шмитта (3). Как только выходное напряжение превышает опорное на определённую величину U₁, триггер Шмитта открывается и закрывает ключ (1). Накопитель разряжается на нагрузку, когда напряжение на нём не упадёт ниже некоторой величины U₂, ключ снова открывается и процесс повторяется.

ИП имеют следующие преимущества:

1. высокий КПД так как потери мощности на регулирующем элементе преобразователя незначительны по сравнению с потерями мощности при непрерывном регулировании;

2. малую чувствительность к изменениям температуры окру­жающей среды, поскольку регулирующим фактором является время проводимости управляемого вентиля, а не внутреннее сопротивление регулирующего элемента, как при непрерывном регулировании;

3. малые габариты и массу.

Основными недостатками ИП являются:

1. импульсный режим работы регулирующего элемента, который приводит к необходимости устанавливать выходные (С_вых) и входные фильтры (C_вх), что вы­зывает инерционность процесса регулирования;

2. импульсные помехи. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры (напр., УМЗЧ);

3. невысокий cosφ, что требует включения компенсаторов коэффициента мощности.

6.2. Импульсные регуляторы на основе дросселя

Регуляторы и стабилизаторы с ёмкостным накопителем не получили широкого распространения, так как они хорошо работают только при достаточно большом внутреннем сопротивлении первичного источника. Такая ситуация возникает достаточно редко, так как внутреннее сопротивление источников питания стараются уменьшить для отдачи большей мощности в нагрузку и меньших потерь энергии в источнике. При работе от источника с маленьким внутренним сопротивлением в качестве накопителя энергии целесообразно использовать дроссель, либо более сложные комбинации дросселей и конденсаторов.

6.2.1. Преобразователь с понижением напряжения

Схема регулятора, приведённая на рисунке 6.3 кроме ключа S и дросселя L содержит диод D и конденсатор C. Когда ключ S замыкается, ток от источника течёт через дроссель L и нагрузку в течении времени tи. Процесс открывания ключа повторяется с интервалом Ти.

.

6.3. Схема регулятора с понижением напряжения

ЭДС самоиндукции дросселя направлена на встречу напряжению источника тока. В результате напряжение на нагрузке равно разности напряжения источника питания и ЭДС самоиндукции дросселя, ток через дроссель растёт, как и напряжение на конденсаторе C и нагрузке. При разомкнутом ключе S ток продолжает протекать через дроссель в том же направлении через диод D и нагрузку, а также конденсатор C. Переходные процессы, происходящие в схеме, приведены на рис. 6.4. ЭДС самоиндукции приложена к нагрузке R через диод D, ток через дроссель постепенно уменьшается, как и напряжение на конденсаторе C и на нагрузке. Выходное напряжение схема регулирует от нуля (при t_и=0) до входного напряжения (при t_и = T ).

Рис. 6.4. Диаграмма напряжений и токов ИПН

Среднее значение напряжения на нагрузке:

, (6.1)

где γ = t_и /T — коэффициент заполнения импульсов.

Изменяя ширину импульса, т. е. величину коэффициента заполнения периода повторения импульсов, можно полу­чать на выходе ШИП различные значения среднего напряжения на нагрузке, которое всегда меньше напряжения источника питания.