Импульсные стабилизаторы напряжения.

В ИСН регулирующий элемент- транзистор, работающий в ключевом режиме, поэтому на нем рассеивается малая мощность, а, следовательно, стабилизатор имеет высокое КПД (90-97 %).

Следовательно, ИС используются на большие токи нагрузки (Iн.макс. = 1-10 А).

Неизменное напряжение и мощность на выходе ИС поддерживаются за счет вариации входного напряжения и, соответственно, относительной длительности вкл./выкл. состояния стабилизатора.

1.

2.

3.

4.

1.Принципиальная схема;

2. Функциональная схема;

3. Характеристика передачи компаратора;

4. Временные диаграммы;

Функциональный состав:

РЭ - регулирующий элемент VT3;

ИФ - импульсный фильтр L1,VD3,C2;

Ф - дополнительный фильтр R7,R8,C1;

ИОН- источник опорного напряжения стабилитрон VT2;

Компаратор (сх. сравнения ) с дистирезисной характеристикой передачи DA1,R2,R3;

У- ключевой усилитель VT1,VT2,R4,R5,R6;

3. Проектирование интегрального стабилизатора напряжения на уровне инженерного синтеза схемы.

3.1. Выбор функциональной схемы исн.

ИСН - как правило, компенсационные непрерывные СН. Напряжение на его выходе поддерживается постоянным за счет действия общей отрицательной обратной связи (далее ООС). Обычно, они строятся на основе последовательного включения РЭ по отношению к нагрузке, так как такое выполнение позволяет реализовать высокий КПД (η=0,6-0,8) и получить хорошие стабилизирующие свойства микроэлектронных устройств. На начальном этапе проектирования ИСН рассмотрим следующую функциональную схему:

Функциональный состав схемы:

РЭ – регулирующий элемент;

ДУ – дифференциальный усилитель сигнала рассогласования;

ИОН – источник опорного напряжения;

R₁, R₂ – делитель выходного напряжения;

R_н – эквивалентное сопротивление нагрузки;

Силовой ток нагрузки течет по цепи: + у входа, КЭ транзистора VT1 РЭ, сопротивление нагрузки Rн, общая шина. Толька эта цепь в стабилизаторе сильноточная (А). Все остальные цепи слаботочные (единицы и доли A).

В данной функциональной схеме ИСН имеется общая ООС, стабилизирующая выходное напряжение. Предположим, под действием дестабилизирующих факторов на выходе появилось положительное приращение напряжения (большой плюс), это приращение через делитель напряжения поступает на инвертирующий вход ДУ, на выходе которого имеем больший минус. Затем на выходе РЭ будем иметь также больший минус (РЭ фазу не инвертирует, так как представляет собой последовательное соединение двух транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором). Это отрицательное приращение возвращается на выход ИСН, компенсируя, положительное первоначальное приращение.

Расчёт сопротивлений резисторов

Дано:

U_вых=15 В;

I_н.макс=1 А;

R_н.мин = U_вых/I_н.макс= 15 Ом.

Расчёт делителя R1, R2:

Дано:

U_вых=15 В;

U_оп= 1.2 В (ИОН формирует на выходе низковольтное постоянное стабилизированное температурно-компенсированное напряжение);

Предполагаем, что ДУ – идеальный, тогда:

I_вх= 0; U_см= 0, тогда U_R2= U_оп=1,2, при этом задаёмся током делителя напряжения: I_дел= I_R1= I_R2= 2 мА, т. к. I_вх в ДУ равняется 0.

R₁= (U_вых - U _R2)/ I_R1=6.9 кОм.

R₂ = (U_оп + U_см)/ I_R2= 0.6 кОм;

Окончательно выбираем функциональную схему, представленную на рис.:

Эта схема, в основном, полностью совпадает со схемой, рассмотренной выше, только в ней введены дополнительные узлы:

УЗСР – узел задания статического режима;

ИТ – источник тока для питания входа РЭ;

Сн – конденсатор на выходе для дополнительной фильтрации выходного напряжения.

3.2. Выбор основных функциональных узлов ИСН