Імпульсний стабілізатор напруги – це пристрій, що володіє високим коефіцієнтом корисної дії і незначно виділяє тепло. Він може створювати навантажувальний струм в широких межах і при цьому не володіє значною вагою і габаритами.
Загальна інформація
Що він собою являє? Стабілізатор може виконувати свій функціонал завдяки зміні тривалості імпульсів. Крім цього, доступна функція управління їх частотою. Завдяки цьому виділяють так зване широтне регулювання. Ще воно називається частотно-імпульсним. Це означає, що пристрої працюють у комбінованому режимі. На виході стабілізатора напруга представлено у вигляді пульсації. Тому воно не підходить для того, щоб живити споживач. Перш ніж подавати харчування, його необхідно вирівняти. Для цієї мети використовуються ємнісні фільтри. Для обчислення середньої величини напруги використовується чотири параметри:
- тривалість періоду;
- опір споживача;
- тривалість імпульсу;
- йде струм у навантаженні (в амперах).
В залежності від індуктивності він може перестати текти по фільтру до початку наступного імпульсу. У такому разі говорять про те, що він змінний. Якщо він і далі протікає, то струм є постійним. Якщо імпульси незначні, то краще вибрати змінний. Але при існуванні підвищеної чутливості підійде тільки постійний струм (це і обертається значними втратами в проводах і обмотці дроселя).
Будова приладу
Отже, тепер відомо, що являє собою імпульсний стабілізатор напруги. Принцип роботи цього пристрою пов’язаний з його будовою. Прилад складається з:
- вирівнюючого фільтра (він коригує імпульс напруги на виході);
- пристрої перетворення;
- генератора;
- порівнює пристрою (вона подає сигнали різниці між входом і виходом).
Як здійснюється робота?
Завжди можлива ситуація, коли використовується тільки два елементи: перетворювач і фільтр. Однак варто враховувати, що на практиці тривале функціонування без пристрою порівняння та задаючого генератора не йде. Причому, дві останні використовуються для коригування процесу роботи. Тому працюють всі чотири складові частини. При цьому напруга, що формується на виході, передається на порівнюючий пристрій. Воно порівнює його з базовим значенням. Таким чином формується сигнал пропорційний. Він передається безпосередньо на генератор.
Принципова специфіка пристрої
Розглядаючи роботу імпульсного стабілізатора напруги особливо слід відзначити процес регулювання. Здійснюється він за допомогою генератора. У ньому різницевий аналоговий сигнал перетворюється в пульсації, які мають змінною тривалістю і постійною частотою. Але так відбувається не завжди. Якщо передбачена можливість частотно-імпульсного регулювання, то їх тривалість є постійним значенням. Робота генератора залежить від властивостей переданого сигналу. Створені ним імпульси передаються на елементи перетворювача. При цьому транзистор регулювання функціонує в режимі ключа. Змінивши інтервал або частоту імпульсів можна поміняти навантажувальне напруга. Все залежить від властивості керуючих імпульсів. Якщо пристрій побудовано на релейному принципі, то стабілізуючий сигнал створюється з допомогою тригера. Давайте розглянемо цей варіант більш докладно.
Релейний принцип роботи
Функціонування імпульсного стабілізатора напруги в даному випадку виглядає наступним чином: на транзистор, що виступає в ролі ключа, подається постійна напруга. Він відкривається. Напруга на виході підвищується. Порівнюючий пристрій починає визначати сигнал різниці. При досягненні певної верхньої межі змінюється стан тригера. В результаті здійснюється комутація регулюючого транзистора на відсічення. Після цього напруга на виході буде зменшуватися. У разі, якщо воно дійде до нижньої межі, то порівнюючий пристрій знову визначить сигнал різниці, чи зміниться стан тригера. Транзистор знову увійде в насичення. Різниця потенціалів почне підвищуватися, як і напруга на виході. Відразу ж запущений процес вирівнювання.
Налаштовується межа спрацьовування тригера завдяки коригуванню значень амплітуди напруги на використовуваному порівнюючи пристрої. І так постійно буде йти замкнутий цикл. Імпульсний стабілізатор напруги струму релейного типу володіє підвищеною швидкістю, що відрізняє його від приладів, в яких використовується широтне і частотне регулювання. Даний факт є їх найбільш значною перевагою. Але такий підхід не завжди забезпечує імпульси на виході приладу. Це недолік.
Що являє собою імпульсний підвищує стабілізатор напруги?
І де вони застосовуються? Такі пристрої життєво необхідні в разі навантажень, різниця яких більше, ніж напруга на виході приладів. Як вони працюють? У стабілізаторі не передбачається гальванічна ізоляція живлення і навантаження. Спочатку набуває насичення транзистор. Потім струм йде по ланцюгу за накопичувальним дросселю від позитивного полюса. При цьому накопичується енергія в магнітному полі. Навантажувальний струм може призвести до розряду ємності використовуваного конденсатора. А що буде, якщо відключити вимикає напругу з транзистора? При цьому він перейде в положення відсічення. В результаті на дроселі виникне електрорушійна сила самоіндукції.
Також виникне послідовна комутація з напругою входу і рух у бік споживача. Це означає, що струм буде йти нашої котушці індуктивності (дросселю). У цей момент її магнітне поле буде видавати енергію. Слід зазначити, що ємність конденсатора буде її резервувати, щоб підтримувати напругу після того, як транзистор увійде в режим насичення. Слід враховувати, що дросель необхідний для резервної енергії, тому в фільтрі харчування він працювати не повинен.
Стабілізатор з використанням тригера Шмітта
Це найпростіший варіант пристрою. Для нього характерний найменший набір компонентів. Основну роль в конструкції грає тригер, до складу якого входить компаратор. Основним його завданням є порівняння вихідний різниці потенціалів з максимально допустимим значенням. Принцип дії такого пристрою полягає в тому, що при збільшенні напруги здійснюється комутація тригера в позицію нуль. Це супроводжується розмиканням електронного ключа. І в один час повинен розряджатися тільки дросель. Коли напруга на ньому буде доходити до найменшого значення, то здійснюється комутація на одиницю. Ключ замикається і струм проходить.
Слід зазначити, що подібні пристрої є досить простими, проте використовуються вони лише в окремих випадках.
Що собою являє понижуючий імпульсний стабілізатор напруги?
Пристрої цього типу є потужними і компактними приладами харчування. Вони володіють низькою чутливістю до наведенням споживача, постійною напругою одного значення. При цьому, гальванічне ізолювання входу і виходу практично відсутня. Вихідна харчування таких пристроїв завжди менше вхідного напруги.
Зібрати своїми руками імпульсний стабілізатор напруги такого типу досить просто. Якщо коротко, то принципова схема виглядає наступним чином: підключається напруга, що використовується для управління витоком та затвором транзистора. Він повинен перейти в стан насичення. Проходить струм від позитивного полюса до выравнивающему дросселю і навантаженні. В прямому напрямку він не протікає. При відключенні керуючого напруги вимикається ключовий транзистор. Після цього він перебуває в стані відсічки. Електрорушійна сила індукції вирівнюючого дроселя перегороджує шлях для зміни струму, що йде по ланцюгу. При цьому він проходить через навантаження, йде по загальному провіднику і повертається на дросель. У результаті понижується рівень напруги.
Інвертуючий стабілізатор
Це пристрій застосовується для обслуговування споживачів з постійною напругою. Його особливістю є те, що полярність конструкції протилежна напрямку різниці потенціалів на виході пристрою. Імпульсний стабілізатор постійної напруги може показувати значення і вище, і нижче того, що є в мережі живлення. Це залежить від налаштування стабілізатора. Гальванічна ізоляція для мережі живлення і навантаження не передбачена.
Як працює такий пристрій? Спочатку необхідно підключити керуючу різниця потенціалів. Це відкриває транзистор між затвором і витоком. Він відкриється, і почне надходити струм від плюса до мінуса. При цьому дросель буде резервувати енергію завдяки магнітному полю. При відключенні різниці потенціалів управління від ключа транзистора він буде закриватися. При цьому резервна енергія конденсатора і магнітного поля витрачається для навантаження.
Про переваги та недоліки
Відволічемося від конкретних конструкцій, і неважливо, що у нас є: імпульсний стабілізатор високої напруги або низького, ми розглянемо, що вони собою представляють у загальних рисах з позиції сильних і слабких сторін. Отже, переваги:
- нескладно досягти вирівнювання;
- компактні розміри;
- широкий інтервал для стабілізації;
- високий коефіцієнт корисної дії;
- стійкість вихідного напруги;
- плавне підключення.
На жаль, не обійшлося без недоліків, серед них можна виділити наступні нюанси:
- складна конструкція;
- наявність великої кількості специфічних компонентів, що негативно позначається на надійності конструкції;
- прилади складно ремонтувати;
- утворюється багато перешкод для вибору необхідної частоти;
- часто виникає потреба використовувати компенсуючі пристрої потужності.
Висновок
При створенні конструкції, незважаючи на те, що вона не найлегша, можна вносити корективи. Благо, при наявності досвіду це не так вже й складно. Хочеться створити регульований імпульсний стабілізатор напруги, який буде працювати в різних діапазонах? Це можливо. Але необхідно добре подумати над тим, як же це реалізувати. Додати діод, інформує світловим сигналом про роботу пристрою? Простіше простого! Розглянуті схеми нескладно удосконалити, достатньо лише проявити терпіння, посидючість і розуміння того, що слід робити.
