Імпульсний стабілізатор напруги | схема, регульований, 12в

Все стабілізуючі пристрої діляться на два основних типи – лінійні і імпульсні. І начебто лінійні пристрої простіше влаштовані, але мають кілька недоліків, наприклад – низький ККД і значне виділення тепла при роботі. Тому при підключенні потужної навантаження такий пристрій повинен бути досить великим, а до того ж, воно буде розсіювати багато енергії даремно.

Щоб уникнути цих мінусів, можна використовувати імпульсний стабілізатор напруги – прилад, який згладжує скачки за допомогою ключа (транзистора) і накопичувача. Він має високий ККД, практично не витрачає енергію на нагрівання, і володіє непоганими показниками стабілізації.

Принцип роботи

Складається такий прилад з ключа, здатного миттєво змінювати опір (тиристора або транзистора), і інтегратора (зазвичай – конденсатор з резистором перед ним, але може бути і дросель, і акумулятор), який здатний накопичувати заряд, а потім віддавати його споживачеві.

Всі імпульсні стабілізатори накопичують заряд в режимі закритого ключа (відсічення), і в цьому випадку транзистор включений в режим нескінченного опору. Після – пристрій віддає струм в навантаження в режимі відкритого ключа (насичення), тут вже транзистор працює практично з нульовим опором. Так як цей процес повторюється циклічно, використовується живлення на навантаження переривчасто – у вигляді імпульсів заданої частоти, з чого і походить назва такого виду стабілізаторів.

Різновиди імпульсних стабілізаторів

Все стабілізуючі пристрої імпульсного типу за типом управління можна поділити на такі групи:

  • Ключовий з тригером Шмітта;
  • Ключовий з широтно-імпульсною модуляцією;
  • З частотно-імпульсною модуляцією.

З тригером Шмітта

Імпульсний стабілізатор напруги, схема якого наведена нижче, містить в собі інвертується тригер Шмітта, і ще відомий як релейний, або стабілізатор з двохпозиційним регулюванням.

Тригер містить в собі компаратор, який порівнює значення напруги в ємності з максимально і мінімально допустимими значеннями. Якщо показник знаходиться в допустимих межах – положення ключа незмінно, як тільки досягається критичне значення – ключ змінює положення. Цей процес протікає циклічно.

З ШІМ-модуляцією

Все працює так само, як і в попередній схемі, проте є ще підсилювач, генератор і модулятор. Модулятор порівнює дані накопичувача з опорним вольтажем, і при необхідності підсилює різницю, що надходить на модулятор. Таким чином, регулюється час відкриття або закриття ключа (тривалість імпульсу).

У подібній схемі частота перетворення не залежить від струму і напруги на вході, а визначається лише частотами на тактовій генераторі.

З частотно-імпульсною модуляцією

У такому варіанті виконання приладу, імпульс відкриття ключа має постійну тривалість, а ось частота проходження самих імпульсів вже залежить від різниці між опорним вихідним напругою. Припустимо, виріс ток на споживача, або навпаки – впало вхідна напруга – в такому випадку зросте і частота імпульсів стабілізації.

В таких приладах ключ часто керується мультивібратором з керованою частотою.

По різновидах силової частини стабілізатора виділяють такі схеми імпульсних стабілізаторів:

  • понижуючий;
  • підвищуючий;
  • Инвертирующий.

понижуючий

Це досить надійні пристрої, постійно мають на виході вольтаж менше, ніж на вході. Найпростіша схема імпульсного стабілізатора напруги на на 12 В показана нижче:

При подачі напруги, транзистор переходить в режим насичення, струм рухається по ланцюгу від плюса по дроселя до навантаження. При відключенні керуючого сигналу – транзистор закривається, і переходить в режим відсічення. І знову при подачі відмикає напруги відкривається ключ – весь цикл повторюється.

підвищуючий

Дана схема використовується там, де різниця потенціалів навантаження значно вище, ніж вольтаж на вході. Коли транзистор включений в режим насичення, так йде від плюса по дроселя до транзистора. При відключенні напруги, що управляє на транзисторі, і на дроселі виникає ЕРС самоіндукції.

Вийде, що вона підключена послідовно з вхідним струмом, і через діод комутованого з навантаженням. Таким чином, виходить, що магнітне поле дроселя продукує енергію, а ємність накопичує заряд для видачі струму на споживача, коли транзистор перейде в режим насичення. Виходить, що в даній схемі дросель служить резервною ємністю для згладжування стрибків і осідань.

инвертирующий

Як зрозуміло з назви, цей тип стабілізатора може, як знижувати, так і підвищувати показники мережі щодо входять значень. Схема, по суті, повторює попередню, за тією відмінністю, що діод з опором і ємністю підключаються паралельно дроселя, а не ключу. Амплітуда пульсацій в такому варіанті пристрою залежить від ємності конденсатора, а дросель в даній схемі вже не є частиною фільтра.

Є ще один вид пристроїв – регульований імпульсний стабілізатор напруги. У такому приладі виходить ток зазвичай регулюється за допомогою змінного опору, або реостата. Завдяки можливості налаштування, такий тип стабілізаторів можна використовувати для живлення споживачів з різною напругою – досить лише правильно підібрати номінал резистора.

Важливо знати, що всі перераховані вище пристрої покликані стабілізувати показники мережі тільки при роботі з постійним струмом, наприклад, такий імпульсний стабілізатор напруги на 12 Вольт відмінно підійде для бортової мережі автомобіля. Але якщо прилад планується застосовувати в побутовій мережі зі змінним струмом, то в схему обов’язково потрібно вносити зміни – ставити випрямляч, а також фільтр згладжування.

Ще один нюанс – виникнення високочастотних перешкод при стабілізації. Щоб мінімізувати цей ефект, необхідно використовувати фільтри, причому як на вході, так і на виході стабілізуючого приладу.

Переваги і недоліки

Як і будь-який інший стабілізатор, імпульсний пристрій має ряд переваг і недоліків. Серед головних достоїнств варто відзначити:

  • Хороші показники стабілізації;
  • Високий ККД (при використанні транзистора в якості ключа);
  • М’яке включення в роботу;
  • Малі габарити пристрою (в порівнянні з лінійними аналогами).

Однак є і ряд недоліків, які теж потрібно мати на увазі:

  • При використанні діода є втрати на нагрів;
  • Наявність безлічі елементів знижує загальну надійність;
  • Необхідність тонкої (досить складної) настройки приладу;
  • Складнощі в ремонті – при поломці діагностувати несправність повинен професіонал.

Але, не дивлячись на всі ці недоліки, імпульсні стабілізатори напруги широко використовуються в побуті. Як приклад – блоки живлення у всіх сучасних комп’ютерах – імпульсні.

Ссылка на основную публикацию