17. Преобразователи постоянного напряжения (разновидности силовой цепи импульсных стабилизаторов) — понижающие напряжение, повышающие напряжение и инвертирующие полярность напряжения

Регуляторы постоянного тока предназначены для регулирования по определенному закону или поддержания неизменности (стабилизации) напряжения или тока в системах электропитания постоянного тока. Регуляторы, осуществляющие только стабилизацию параметров, называются стабилизаторами.

Различают оценку качества стабилизации в статист.и динамич.режимах работы регулятора. В статист.(установившехся) режимах работы качество стабилизации выходных параметров принято оценивать следующими параметрами:

1. Коэффициент стабилизации по напряжению — оценивает стабильность вых.напряжения при изменении входного.

,

где - отклонения вх.и вых.напряжений, а - установившиеся значения вх.и вых.напряжений.

2. Выходное (внутреннее) сопротивление регулятора — влияет на вых.напряжение нагрузки.

,

где - установившееся отклонение вых.напряжения, вызвавшее изменение нагрузки Iвых.

3. Коэф-т стабилизации напряжения по температуре — отклонение вых.напряжения, вызванное изменением температуры элементов регулятора.

4. К-т пульсации выходного напряжения

,

где - переменная составляющая вых.напряжения.

По принципу действия регуляторы постоянного тока делятся на непрерывные и импульсные.

Стабилизаторы непрер.действия имеют низкий КПД, но могут обеспечивать очень высокое качество вых.напряжения. Поэтому они используются только в маломощных источниках питания.

I. Импульсные преобразователи с прямой передачей энергии источника в нагрузку — передается непосредственно на проводящем интервале главного силового ключа, включенного последовательно в цепь с преобразователем.

Регулятор напряжения на основе такого преобразователя называется также понижающим, т.к. Его вых.напряжение не может превысить входное.

П ериодическая коммутация полностью управляемого ключа S с вызывает появление на нагрузке импульсного однополярного напряжения/

Среднее значение вых.напряжения на нагрузке:

(1) ,

где γ — относительное значение к-та заполнения.

Импульсное регулирование вызывает значительную пульсацию вых.напряжения. Поэтому на выходе регулятора, как правило,включают фильтр.

Г-образный LC-фильтр — наиболее эффективный.

Режим работы с непрерывным током iL

Период.изменение 2х состояний: I) при включенном транзисторе VT; t_ВКЛ. = γT_S ; II) при выключенном состоянии t_ВЫКЛ. = T_S(1-γ).

I ):

II):

В установившемся режиме i_L на I) протекает через включенный транзистор VT, а диод VD заперт обратным напряжением; на II) тр-р VT выключен, а i_L течет через VD.

Таким образом на вход фильтра поступает U_VD(t) импульсной формы.

Учитывая, что на I и II внутр.сопр-е источника U_VD мало, то изменение i_L можно определить из эквивал.схемы (в). Абсолютное значение пульсации:

Полное изменение тока: I_L = ∆I_L ;

- позволяет определить LC реактора вых.фильтра из условия:

Режим работы с прерывистым током

В этом режиме ток i_L спадает на интервале, когда VT выкл.до нуля и возникает новое состояние регулятора с tвыкл, когда i_L=0, а U на нагрузке поддерживается за счет энергии, накопленной в конденсаторе фильтра C.

U_Н = U_Н.СР

Uн(0) — напряжение на C в момент спадение i до 0.

В этом режиме связь средн.зн-я вых.U на нагрузке отличается от (1):

Видно, что на Uн.ср в режиме прерывистого тока влияет больше факторов, чем в режиме непрерывного тока.

П араметры, соотв.границе могут быть определены:

- среднее зн-е граничного тока нагрузки.

Важнейшим показателем любых типов регуляторов явл.кач-во регулирования в устан.и переходных режимах.

Параметры Zo.с могут существенно влиять на кач-во регулирования.

Согласно этой схеме передаточная ф-я разомкнутой системы, связывающей вх.и вых.U регулятора:

Область допустимых значений L и C:

;

Выбор конкретных значений L и C из этой области является многофакторной оптимизационной задачей.