Імпульсний стабілізатор напруги (ключовий стабілізатор напруги) — це стабілізатор напруги, в якому регулювальний елемент працює в ключовому режимі, тобто більшу частину часу знаходиться або в режимі відсічення — коли його опір максимально великий, або в режимі насичення — коли його опір якнайменший.
Спосіб роботи Редагувати
Безтрансформаторний стабілізатор зі зменшенням напруги Редагувати
Окрім ключа S, найпростіша схема з дроселем L передбачає діод D і конденсатор C. Коли ключ S замикає коло, струм від джерела тече крізь дросель L в навантаження. ЕРС самоіндукції дроселя скерована проти напруги джерела напруги. В результаті напруга на опорі навантаження дорівнює різниці напруг джерела і ЕРС самоіндукції дроселя, струм крізь дросель росте, як і напруга на конденсаторі C і навантаженні. При розімкнутому ключі S, струм продовжує текти крізь дросель в тому ж напрямку як і крізь діод D та навантаження, а також конденсатор C. ЕРС самоіндукції прикладена до опору R крізь діод D, струм крізь дросель зменшується, як і напруга на конденсаторі C і на навантаженні.
Як перемикач S, може бути використаний польовий чи біполярний транзистор, або тиристор. Напруга на опорі навантаження не може перевищувати напругу джерела.
Безтрансформаторний стабілізатор з підвищенням напруги Редагувати
В цій схемі перемикальний елемент S увімкнутий після дроселя. Коли він замкнений, струм від джерела тече крізь дросель L; струм крізь нього збільшується, в ньому накопичується енергія. У разі роз'єднання кола струм від джерела тече крізь дросель L, діод D і опір навантаження. Напруга джерела і ЕРС самоіндукції дроселя прикладені в одному напрямку і сумуються на опорі навантаження. Струм поступово зменшується, дросель віддає енергію в навантаження. Поки перемикач замкнутий, навантаження живиться напругою конденсатора C. Діод D не дає йому розрядитися крізь ключ S.
Трансформаторний імпульсний стабілізатор Редагувати
Трансформаторний імпульсний стабілізатор включає (див. Блок-схему імпульсного стабілізатора напруги):
- випрямляч змінного струму побутової частоти (50 або 60 Гц) з накопичувальним конденсатором значної ємності;
- інвертор — перетворює постійний струм на змінний високої частоти (зазвичай у межах 10-100 кГц);
- схему керування інвертором, яка забезпечує стабілізацію вихідної напруги (в окремих випадках також захист, спеціальні режими пуску тощо).
- високочастотний вихідний трансформатор для гальванічної розв'язки та пониження напруги з інвертора до необхідного рівня або рівнів;
- вихідний випрямляч із фільтром (може бути кілька).
Змінна напруга електричної мережі (залежно від регіону світу між 100—240В і 50-60Гц) випрямляється на вхідному діодному мосту і згладжується конденсатором великої ємності, після чого подається на високочастотний інвертор. Регулювання вихідної напруги відбувається шляхом широтно-імпульсної мудуляції в схемі управління — порівнянням вихідної напруги з пилкоподібними імпульсами. При цьому час, поки ключ виявляється закритим, виявляється пропорційним вихідній напрузі, і таким чином зміна енергії в вихідному високочастотному трансформаторі забезпечує стабілізацію вихідної напруги стабілізатора.
Переваги та недоліки імпульсного стабілізатора напруги Редагувати
У порівнянні зі стабілізатором напруги на силовому трансформаторі імпульсний стабілізатор має наступні переваги:
- вхідний конденсатор працює при напрузі, яка становить , де — напруга в мережі (для мережі 220 В напруга на конденсаторі становить близько 310 В). Зважуючи на те, що енергія конденсатора пропорційна квадрату напруги , конденсатор здатен запасати значну енергію при відносно невеликій ємності;
- розсіювана на ключовому елементі інвертора потужність складає . Зважаючи на те, що цей елемент більшу частину часу знаходиться або в режимі малого струму (коли він закритий), або в режимі малої напруги (коли відкритий), розсіювана на ключі потужність є незначною;
- вихідний трансформатор та вихідні фільтри працюють на високій частоті, тож їх розміри можуть бути незначними.
Як наслідок, імпульсні стабілізатори напруги мають високий ККД за невеликих розмірів, ваги і вартості.
Вадою таких стабілізаторів є значне високочастотне випромінювання і, як наслідок, потреба екранування в чутливих пристроях. Крім того, на виході стабілізатора можуть бути присутні пульсації, які виникають через високочастотні наведення від трансформатора та з'єднувальних провідників.
Різновиди Редагувати
За співвідношенням вхідної та вихідної напруги:
- знижувальні;
- підвищувальні;
- з довільною зміною напруги;
- інвертори.
За типом ключового елемента:
- на польових транзисторах;
- на тиристорах;
- на біполярних транзисторах.
Інтегруючим елементом може бути:
Залежно від способу роботи поділяються на:
- на основі широтно-імпульсної модуляції:
- двопозиційні (або релейні).
Застосування Редагувати
Імпульсні блоки живлення майже повністю замінили блоки живлення на силовому трансформаторі. Вони використовуються майже в усіх пристроях, приєднуваних до побутової мережі напруги: телевізорах, комп'ютерах, аксесуарах тощо.
Див. також Редагувати
Примітки Редагувати
- . Архів оригіналу за 16 квітня 2015. Процитовано 28 грудня 2012.
Література Редагувати
- Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. — Изд.5-е, перераб. — М. : Мир, 1998. — 698 с. — ISBN 978-5-9518-0351-1. (рос.)