Большая техническая энциклопедия
2 3 6
A N P Q R S U
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
КА КВ КЕ КИ КЛ КН КО КР КС КУ КЫ КЭ КЮ

Ключевой стабилизатор

 
Ключевые стабилизаторы ПрН24 / 5 - 5 и 24 / 10 - 6 5 функционально используются совместно. Конструктивно они выполнены в двух унифицированных кассетах размерами 120x220x160 и имеют общие устройства коммутации и защиты, расположенные в блоке ПрН24 / 5 - 5, в связи с чем здесь приводится и описывается только схема этого блока. По схеме собственно стабилизатора оба блока полностью аналогичны, отличаясь номинальным напряжением и некоторыми комплектующими изделиями.
Ключевой стабилизатор содержит электронный ключ S1, сглаживающий фильтр L1C2, блокирующий диод V1 и устройство управления А 1, представляющее собой триггер Шмитта. При включении стабилизатора падение напряжения на резисторе R1 ( L / AB) и, следовательно, на входе триггера равно нулю. Триггер формирует сигнал на открывание ключа S1, и напряжение L / AB увеличивается.
Ключевой стабилизатор работает следующим образом. При включении блока в сеть в первый момент, когда напряжение L / ДБ еще близко к нулю, транзистор V20 триггера Шмитта закрыт, a V16 - открыт. Напряжение С / ДБ продолжает увеличиваться до порога срабатывания триггера.
Ключевой стабилизатор работает следующим образом. При включении блока через диод VD2 заряжается конденсатор СЗ, и вступает в работу управляющий элемент ключевого стабилизатора и источник образцового напряжения. Конденсатор С5 через резисторы R8, R9 заряжается до порога включения однопереходного транзистора VT3, на котором собран генератор импульсов.
Блок-схемы стабилизированных преобразователей напряжения. Недостатком ключевых стабилизаторов является то, что величина пульсации и динамическое выходное сопротивление в них оказываются значительно большими, чем в линейных стабилизаторах напряжения.
Структурные схемы вторичных источников питания без преобразования ( а и с преобразованием ( б частоты сети. Достоинством ключевых стабилизаторов является высокий КПД ( порядка 70 %), меньшие габариты и масса по сравнению с линейными стабилизаторами. Его основной недостаток - появление импульсных помех, для подавления которых приходится принимать специальные меры, в частности, использовать более сложные фильтры, что снова приводит к возрастанию размеров стабилизатора.
Назначение ключевого стабилизатора - поддерживать на входе компенсационного стабилизатора такое напряжение, чтобы падение напряжения UP3 на регулирующем элементе V2 компенсационного стабилизатора оставалось практически постоянным при любом значении выходного напряжения ивьк.
Типовая схема включения микросхемного стабилизаторе. напряжения типа К142ЕН4.| Схема включения стабилизатора ключевого типа. AI - операционный усилитель. При построении ключевого стабилизатора необходимо определить величины L и С.
Простейший ключ ( а, график напряжения на входе и выходе ключа, ( в и структурная схема ключевого стабилизатора ( б. Принцип действия ключевого стабилизатора основан на периодическом подключении нагрузки к источнику нестабилизированного напряжения ( Увх и последующем отключении его от нагрузки. На рис. 9.11 о изображена простейшая электрическая цепь с периодически замыкающимся и размыкающимся ключом К.
Основное преимущество ключевых стабилизаторов перед стабилизаторами непрерывного действия заключается в возможности получения высокого кпд.
При построении ключевого стабилизатора необходимо определить величины L и С.

Серьезными недостатками ключевых стабилизаторов являются: их инерционность, особенно при применении в качестве ключа дросселей насыщения, а также транзисторов; появление пиков с частотой переключения в кривой выходного напряжения, и импульсные высокочастотные помехи ( наводки), создаваемые стабилизаторами. Усилия специалистов направлены на преодоление этих недостатков.
На выходе ключевого стабилизатора создается последовательность прямоугольных импульсов, частота следования которой выбирается значительно выше частоты сети. Эти импульсы поступают на понижающий высокочастотный трансформатор с таким коэффициентом трансформации, чтобы на выходе источника питания получить требуемое постоянное напряжение. Таким образом, переменное напряжение выпрямляется дважды, но зато габариты и масса высокочастотного силового трансформатора значительно меньше, чем у низкочастотного, используемого во вторичных источниках питания с линейными стабилизаторами.
При построении ключевого стабилизатора необходимо определить величины L и С.
Структурная схема непрерывно-ключевого стабилизатора напряжения с последовательным включением регулирующих элементов ( а и графики изменения выходного напряжения и токов непрерывной и ключевой части стабилизатора ( б. Улучшение качественных показателей ключевых стабилизаторов при сохранении присущего им высокого КПД достигается в непрерывно-ключевых стабилизаторах напряжения. Отличительной особенностью непрерывно-ключевых стабилизаторов напряжения является наличие двух РЭ, один из которых - основной силовой - работает в режиме переключений, а другой - меньшей мощности - в линейном режиме.
Для нормальной работы ключевого стабилизатора генератор импульсов необходимо синхронизировать с частотой сети. Когда мгновенное значение напряжения на вторичной обмотке / / трансформатора равно нулю, диод VD2 и транзистор VT1 закрыты, a VT2 открыт током, протекающим через резистор ЯЗ. Конденсатор С5 через транзистор VT2 разряжен практически до нуля и готов для очередного цикла работы.
Наряду с описанными схемами ключевых стабилизаторов с последовательно включенными ключами возможны различные другие варианты подобных схем.
Налаживание блока начинают с ключевого стабилизатора. Сначала устанавливают пороговые напряжения срабатывания триггера Шмитта. В, которое контролируют авометром. Подбирая резисторы R9 и R 10, устанавливают пороги выключения и включения триггера соответственно.
Схемы транзисторных ключевых стабилизаторов напряжения. ЗОа показана простейшая схема транзисторного ключевого стабилизатора постоянного напряжения.
Предназначены для работы в ключевых стабилизаторах и преобразователях напряжения, импульсных модуляторах.
Мощность, выделяющаяся в ключевом стабилизаторе, складывается из трех основных слагаемых: мощности, рассеиваемой ключом в замкнутом состоянии, в разомкнутом и во время перехода ключа из замкнутого состояния в разомкнутое и обратно. В транзисторе, который используется в качестве ключа в реальном стабилизаторе, конечно, ни U, ни / не равны нулю, но они достаточно малы, поэтому КПД ключевых стабилизаторов оказывается высоким, что позволяет значительно уменьшить их размеры и массу.
Структурная схема стабилизированного преобразователя с бестрансформаторным входом.| Структурная схема источника питания с бестрансформаторным входом и понижением. От преобразователя частотой f синхронизируется ключевой стабилизатор с ШИМ, который работает на удвоенной частоте и следит за выходным напряжением и с помощью цепи обратной связи.
Для получения повышенной частоты используют ключевой стабилизатор ( § VIII. Рассмотрим некоторые варианты построения схем ИВЭП, позволяющие провести их миниатюризацию.

Силовые транзисторы для преобразователя и ключевого стабилизатора должны быть высоковольтными - с допустимым напряжением коллектор-эмиттер 500 - 1000 В, коммутировать токи 3 - 5 А и допускать не менее десятикратную импульсную перегрузку по току коллектора.
На их основе строят регуляторы, ключевые стабилизаторы напряжения, преобразователи напряжения в частоту. Характерной особенностью интегральных таймеров является то, что они могут работать в широком диапазоне напряжений питания: от менее 5 до более 15 В. Кроме того, они непосредственно сопрягаются с логическими ИМ С, могут работать на нагрузки до 100 мА и более и обладают высокой температурной стабильностью. Интегральная микросхема, состоящая из сдвоенных таймеров ( например, SE556), обеспечивает улучшенную характеристику согласования обоих таймеров между собой при их последовательном включении. Время выдержки обоих таймеров можно устанавливать независимо, так что требуемый интервал времени можно задавать цифровым методом.
На рис. 9.296 показана структурная схема ключевого стабилизатора подобного типа. В отличие от первой схемы здесь имеются дополнительные элементы, в том числе сглаживающий фильтр Ф и схема преобразования СП. Как и в первой схеме, здесь на вход усилителя У подается разностное напряжение.
В отличие от стабилизаторов непрерывного действия в ключевом стабилизаторе регулирующий элемент РЭ действует в импульсном режиме и представляет собой периодически замыкающийся и размыкающийся ключ. При этом стабилизация достигается изменением скважности действия ключа. Поэтому ключевые стабилизаторы часто называют импульсными стабилизаторами.
Наряду с недостатками стабилизаторам непрерывного действия: присущи большие преимущества перед ключевыми стабилизаторами: простота схемы, высокий коэффициент сглаживания пульсаций, отсутствие помех, обычно сопровождающих работу ключевых стабилизаторов, и ряд других положительных качеств.
Остановимся более подробно на основных расчетных соотношениях и процессах, характеризующих работу ключевых стабилизаторов.
Несмотря на отсутствие радиатора ( или существенное уменьшение его размеров) размеры ключевого стабилизатора удается значительно уменьшить только при повышении частоты переключения ключа, так как при этом получаются небольшие дроссель и конденсаторы фильтра.
Графики токов и напряжений при ШИМ. Несмотря на важность этого параметра стабилизатора, ему в литературе, посвященной ключевым стабилизаторам, уделяется мало внимания.
Поскольку напряжение после ключевого элемента носит явно выраженный импульсный характер, в ключевых стабилизаторах устанавливаются фильтры, состоящие из реактивных элементов - индуктивностей и емкостей. Назначение выходных фильтров - отфильтровать переменную составляющую напряжения, уменьшив тем самым коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке. Помимо выходных фильтров, некоторые типы стабилизаторов содержат входные фильтры, предназначенные для уменьшения пульсаций тока, потребляемого от источника постоянного тока. В большинстве схем ключевых стабилизаторов параметры фильтра определяют характер электромагнитных процессов, протекающих в схеме, и расчет их имеет свои особенности.
Электрическая схема конденсаторного блока. Спар - паразитная индуктивность ( мкГ) и емкость ( пФ) дросселя ключевого стабилизатора или трансформатора преобразователя.
На рис. IX.6, а показана структурная схема простейшего двухка-нального ИВЭП, в котором ключевой стабилизатор КС вырабатывает напряжение повышенной частоты и за счет большой скважности Q снижает его величину до нужного значения, выполняя, таким образом, также и функцию трансформатора.
Здесь переменное напряжение сети после бестрансформаторного выпрямления диодами Д - Д6 поступает на вход ключевого стабилизатора с последовательным включением регулирующего транзистора. При входном переменном напряжении 220 В после такого ключевого стабилизатора постоянное напряжение примерно равно 200 В, которое поступает на преобразователь.
В совершенно других условиях работает конденсатор фильтра Сф в схеме рис. 6 - 102, от которого питается ключевой стабилизатор. Здесь частота пульсации определяется частотой переключений регулирующего транзистора и, кроме того, через конденсатор протекает ток нагрузки стабилизатора. Поскольку стабилизатор работает на достаточно высоких частотах, то конденсатор фильтра должен иметь весьма незначительное внутреннее последовательное эквивалентное сопротивление, которое определяет мощность потерь и температуру нагрева корпуса.

Если в стационарном режиме работа ключа натринисторе VS1 неустойчива, необходимо заменить резисторы R5, R6 на другие, большего сопротивления, отрегулировав затем заново напряжение ключевого стабилизатора, или заменить конден сатор С4 на другой, большей емкости.
В устройствах электропитания с бестрансформаторным входом должны быть приняты меры защиты как нагрузки, так и питающей сети от проникновения высокочастотных помех, которые возникают в ключевом стабилизаторе и статическом преобразователе.
Наряду с недостатками стабилизаторам непрерывного действия: присущи большие преимущества перед ключевыми стабилизаторами: простота схемы, высокий коэффициент сглаживания пульсаций, отсутствие помех, обычно сопровождающих работу ключевых стабилизаторов, и ряд других положительных качеств.
Электрическая схема ( а и схема иключения ( б ИМС стабилизатора напряжения КН2ЕН1 - 2А. Разрабатывают следующие ИМС стабилизаторов напряжения: универсальные, работающие с внешней схемой делителя ( KJ42EH1А - - К142ЕН5); с фиксированным выходным напряжением ( К142ЕН6А - KJ42EH9B); ключевых стабилизаторов ( К142ЕП1А, К142ЕП1Б), работающие при повышенных выходных токах.
Ключ К в обеих схемах выполнен на транзисторах Гц, Т г и наряду с элементами Г2, Г3, Rs-Re, Лзап, Сзап, Дг подробно рассмотрен в ключевых стабилизаторах напряжения. Триггер Г выполнен на транзисторах Г4, Г5 и резисторах Ra-Ru. Регулирующий элемент непрерывного действия собран на транзисторах Те, TI по составной схеме.
Если экономия в массе и размерах, достигнутая за счет уменьшения фильтра, превысит проигрыш за счет добавления малогабаритных КС и ФЗ ( рис. IX.6, в), то схема с ключевым стабилизатором предпочтительнее схемы с регулируемым преобразователем. В противном случае следует воспользоваться схемой без / СС ( рис. IX.6, г) с одним преобразованием повышенной частоты.
Громоздкие линейные стабилизаторы вытесняются более экономичными малогабаритными ключевыми, при этом резко уменьшаются теплоотводящие радиаторы. Преобразователи и ключевые стабилизаторы создают высокочастотные помехи, вносящие искажения в работу спецаппаратуры. Для обеспечения электромагнитной совместимости источников питания со спецаппаратурой разрабатываются помехоподавляющие фильтры.
Транзисторы кремниевые мезапланарные п-р - п переключательные. Предназначены для работы в ключевых стабилизаторах и преобразователях напряжения, импульсных модуляторах.
Транзисторы кремниевые планарные п-р - п переключательные. Предназначены для применения в высоковольтных ключевых стабилизаторах напряжения и преобразователях.
Схема ключевого стабилизатора на - I I пряжения с микроминиатюрнымЭПС. Крестиками. д. Промышленность выпускает в микросхемном исполнении линейные стабилизаторы на токи несколько десятков миллиампер и управляющий узел ( ЭПС) для ключевых транзисторов. На рис. IX.17 показана схема ключевого стабилизатора с таким ЭПС. Схема может работать в релейном режиме на собственной частоте и, при подаче модулирующего напряжения, в режиме ШИМ.
Графики тока и напряжений при двухпози-ционном способе регулирования. Способ предполагает наличие двух порогов выходного напряжения. Электролитические конденсаторы, применяемые обычно в фильтрах ключевых стабилизаторов, имеют активное сопротивление, включенное последовательно с емкостью. Ток через конденсатор ( i - JH) создает на активном сопротивлении падение напряжения, совпадающее по фазе с током. В результате на выходе стабилизатора имеется составляющая напряжения, которая создает необходимые пороги.
 
Loading
на заглавную к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11