6. Стабилизаторы напряжения и тока.

6.1. Общие сведения, определение и классификация стабилизаторов.

Нестабильность выходного напряжения оценивается как:

.

Нестабильность выходного тока оценивается как:

.

 

Требования по стабильности:

1.     Радиовещательные и связные станции: 1-2%.

2.     Клистронные СВЧ - генераторы: δ_U ≤ 0.1%.

3.     Измерительные устройства высокого класса точности: δ_U ≤ 0.0001%.

 

Согласно ГОСТ стабилизаторы подразделяются на:

1.     СЭП низкой стабильности: δ_U, δ_I ≥ 5%.

2.     СЭП средней стабильности: δ_U, δ_I ä (1 – 5) %.

3.     СЭП высокой стабильности: δ_U, δ_I ä (0,1 – 1) %.

4.     СЭП прецизионной стабильности: δ_U, δ_I < 0,1%.

 

Стабилизаторами напряжения или тока называются устройства, которые автоматически поддерживают напряжение или ток на стороне потребителя с заданной степенью точности при воздействии дестабилизирующих факторов:

-   изменение напряжения питания;

-   изменение мощности нагрузки;

-   изменение температуры окружающей среды;

-   колебания давления, влажности, различные механические воздействия.

 

Стабилизаторы напряжения и стабилизаторы тока подразделяют:

1.     По роду стабилизируемого напряжения или тока6

-   Стабилизаторы переменного напряжения;

Стабилизаторы переменного тока.

-   Стабилизаторы постоянного напряжения;

Стабилизаторы постоянного тока.

2.     По принципу действия:

-   параметрические;

-   компенсационные.

 

6.2. Основные параметры и показатели стабилизаторов напряжения и стабилизаторов тока.

Общими показателя являются КПД, масса, габариты, себестоимость, срок службы.

6.2.1. Параметры стабилизаторов напряжения.

1.     Коэффициент стабилизации – К_ст – отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора к относительному изменению напряжения на выходе:

,

где ΔU_вх, ΔU_вых – приращение напряжений;

      U_вх, U_вых  - номинальные значения напряжений на входе и на выходе.

 

.

Иногда вводят коэффициент статической ошибки коэффициента стабилизации:

                   .

 

2.     Внутреннее сопротивление R_i.

U_вых = f(U_вх)|_{Iн = const}.

 

                           Рабочий участок

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.1. Зависимость выходного напряжения от входного

 

Построим внешнюю характеристику:

Рис. 6.2. Внешняя характеристика стабилизатора напряжения

lim R_i → 0.001 Ом.

Иногда вводят коэффициент статической ошибки по нагрузке:

.

 

3.     Коэффициент сглаживания – К_сгл – отношение относительного уровня переменной составляющей на входе к относительному уровню переменной составляющей на выходе.

 

где U_вх~, U_вых~ – амплитудные значения переменного напряжения на входе и на выходе;

      U_вх, U_вых  - номинальные значения постоянного напряжения на входе и на выходе.

 

4.     Температурный коэффициент напряжения стабилизации – γ_U:

.

 

6.2.2. Параметры стабилизаторов тока.

1.     Коэффициент стабилизации по входному напряжению – К_i:

 

.

 

2.     Коэффициент стабилизации по нагрузке:

.

 

3.     Относительный уровень пульсаций на выходе стабилизатора:

где I_п – амплитуда пульсации выходного тока;

      I_н – номинальное значение постоянного тока на выходе стабилизатора.

 

4.     Температурный коэффициент стабилизатора тока – γ_I.

.

 

6.3. Параметрические стабилизаторы напряжения и тока.

6.3.1. Общие сведения.

Стабилизаторы напряжения:               Стабилизаторы тока:

Рис. 6.3. Характеристики стабилизатора напряжения и стабилизатора тока

 

6.3.2. Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения.

6.3.2.1. Общая характеристика кремниевых стабилитронов.

 

 

Рис. 6.4. Обозначение стабилитрона на схемах

ВАХ стабилитрона имеет следующий вид:

Рис. 6.5. ВАХ стабилитрона

Основные параметры кремниевых стабилитронов:

1.     U_ст   - напряжение стабилизации при I_ст = I_{ст ном}

U_ст = (3-400) В

2.     Минимальный ток стабилизации

 участок ОА – участок неустойчивого пробоя,

 точка А – устойчивый пробой.

 I_{ст мин} = (1-5) мА.

3.     Максимальный ток стабилизации – I_{ст макс} определяется допустимой мощностью рассеивания.

.

4.     Номинальный ток стабилизации – I_{ст ном}

.

5.     Дифференциальное сопротивление.

ΔI_ст = I_{ст макс} – I_{ст мин}

r_ст ≥ (1-10) Ом.

6.     Температурный коэффициент напряжения стабилизации – α_ст.

.

Рис. 6.6. Зависимость температурного коэффициента напряжения стабилизации от напряжения стабилизации

7.     Максимально-допустимая мощность рассеивания:

Р_макс ≈ 15 Вт.

 

6.3.2.2. Однокаскадный параметрический стабилизатор постоянного напряжения на стабилитроне.

RГ

RН

Схема:

                I_вх                     I_н

 

VD

                       I_ст

 

 

Рис. 6.7. Принципиальная схема однокаскадного параметрического стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне

R_г – гасящий (балластный) резистор (для помещения рабочей точки на рабочий участок – АС).

 

Принцип действия:

#U_вх " #U_вых (В " С) " #I_ст, #I_вх, так как I_вх = I_ст + I_н " #U_г = I_вх R_г " $U_г " U_г  ≈ const.

U_вх = const, #I_н " #I_вх " #U_Rг " $ U_вых (В " F) " $I_ст " I_вх = I_ст + I_н ≈ const " # U_вых  ≈ const.

 

В точке А: U_ст = U_ст0

На участке АС: U_ст = U_ст0 + I_стr_ст

 

 

 

 

 

 

 

 

Эквивалентная схема:

+ I_вх + Δ I_вх               R_г

 

                         r_ст

     U_вх + Δ U_вх                              U_вых + Δ U_вых

                                             R_н

                     U_ст0

                      

 –

Рис. 6.8. Эквивалентная схема однокаскадного параметрического стабилизатора постоянного напряжения на стабилитроне

Основные соотношения для расчета:

1.    

I_н – номинальное значение тока на стороне потребителя.

I_ст – номинальное значение тока стабилитрона (точка В на ВАХ).

 

2.      

3.    

4.    

5.    

η = 0,3-0,5

 

6.3.2.3. Двухкаскадный параметрический стабилизатор постоянного напряжения на стабилитронах.

Схема:

                       +                 R_г2                       R_г1

 

                                      VD2

                   U_вх                           U         VD1    R_н        U_вых

                                      VD3

 

                     –

Рис. 6.9. Принципиальная схема двухкаскадного параметрического стабилизатора постоянного напряжения на стабилитронах

Основные соотношения для расчетов:

1.     К_ст = К_ст1 К_ст2

 

2.     .

3.    

4.    

5.    

 

6.3.2.4. Параметрический СПН с токостабилизирующим двухполюсником.

Схема:

                                  R₁                       VT     I_k           I_н

                           

                                                                         I_ст

                                      VD2

                                                             VD1                R_н

 

                                                           R₂

 

Рис. 6.10. Принципиальная схема параметрического СПН с токостабилизирующим двухполюсником

Токостабилизирующий двухполюсник включает: R₁, R₂, VD₂, VT.

VD₂ нейтрализует усилительные свойства VT по переменному току.

VD₂, R₁ – однокаскадный параметрический стабилизатор.

VD₂ эквивалентен конденсатору большой емкости (для VТ).

I_к = αI_э  ≈ const

I_к = I_ст1 + I_н

R_гэкв >> R_{г (однокаскадный ПСПН)}

 

Основные соотношения для расчета:

1.    

2.    

3.    

4.    

5.    

6.3.2.5. Особенности параметрических стабилизаторов постоянного напряжения.

1.     Простота реализации.

2.     Малое количество элементов.

3.     Низкий КПД (0,3-0,5).

4.     Невозможность плавной регулировки выходного напряжения и его точной установки.

5.     Большое внутреннее сопротивление: R_i ≥ (1-10) Ом.

6.     Зависимость выходного напряжения от температуры окружающей среды и частоты пульсаций (стабилитроны плохо работают на высоких частотах).

 

6.4. Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока.

6.4.1. Общая характеристика и классификация.

Обобщенная структурная схема:

ОС

П

РЭ

ВУ

Uc

                                                 U_вх                 U_вых

 

 

                                                                  U_ос

                                                                      

 

 

                                                          КС

Рис. 6.11. Обобщенная структурная схема компенсационных стабилизаторов напряжения и тока

где РЭ – регулирующий элемент.

КС – компенсационный стабилизатор – представляет собой систему автоматического регулирования с глубокой отрицательной обратной связью.

 

U_ос = f(U_вых) – компенсационный стабилизатор напряжения

U_ос = f(I_вых) – компенсационный стабилизатор тока

 

Компенсационные стабилизаторы подразделяют:

1.     По типу РЭ:

-   ламповые РЭ;

-   транзисторные РЭ;

-   тиристорные РЭ;

-   дроссельные РЭ;

-   комбинированные РЭ;

2.     По способу подключения РЭ относительно потребителя:

-   последовательное подключение РЭ;

-   параллельное подключение РЭ;

3.     По режиму работы РЭ:

-   непрерывный (линейный);

-   импульсный (ключевой).

 

6.4.2. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с непрерывным регулированием.

6.4.2.1. Структурная схема КСПН с последовательным включением регулирующего элемента.

П

РЭ

ВУ

Uc

                   ~                        U_вх

 

 

ИОН

 

 

                                                                                     U_оп

 

                                                  УУ

                                                 

                                                                                            КСПН

Рис. 6.12. Структурная схема КСПН с последовательным включением регулирующего элемента

где РЭ – регулирующий элемент;

      ИОН – источник опорного напряжения;

      СС – схема сравнения;

      УПТ – усилитель постоянного тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.4.2.2. Структурная схема КСПН с параллельным включением РЭ.

			ВУ
	Uc				П

БС

СС

                 ~                   =                                           =              U_вых

 

 

	РЭ		УПТ

 

                                                                     U_ос

 

                                                                                УУ

ИОН

                                                                                   

 

                                               КСПН

 

Рис. 6.13. Структурная схема КСПН с параллельным включением регулирующего элемента

где БС – балластное (гасящее) сопротивление.

 

U_вых = U_вх – U_б0

η_парал  < η_послед

I_{вх посл} ≈ I_н

I_{вх парал} ≈ I_н + I_РЭ

 

Особенности КСН с непрерывным регулированием:

1.     Обладают высокой точностью стабилизации выходного напряжения, ослабляются как медленные уходы входного напряжения, так и его пульсации.

2.     Обладают низким внутренним сопротивлением: R_i ≤ 0,1 Ом.

3.     Низкий КПД: η = (0,5-0,7).

4.     Неудовлетворительные массогабаритные показатели.

 

6.4.2.3. Транзисторный КСПН с последовательным включением РЭ.

Схема:

 

 

                                                                               R_I

 

 

 

                                                                                R_II

 

 

Рис. 6.14. Схема транзисторного КСПН с последовательным включением РЭ

РЭ – однотранзисторный, VT₁;

ИОН – параметрический, однокаскадный СПН: VD, R_г;

CC – однотранзисторная: резистивный усилитель R₁, R₂, R₃, VT₂;

УПТ – однокаскадный: VT₂, R_{усилителя};

С – обеспечивает устойчивость СПН.

 

Принцип действия:

I_н = const

#U_вх " #U_вых " #I_{делителя} (R₁, R₂, R₃) " #U_RII " |#U_бэ2 = U_RII – U_оп| " #I_б2 " #I_к2 " #U_Ry " $U_б1 " $U_вых ≈ const.

 

U_вх = const

#I_н " $U_вых " $I_{делителя} (R₁, R₂, R₃) " $U_RII " |$U_бэ2 = U_RII – U_оп| " $I_б2 " $I_к2 " $U_Ry "#U_б1 " #U_вых ≈ const.

 

ΔU_вых = f(Δ U_вх, ΔI_н, ΔU_оп)

К₁ – коэффициент передачи по напряжению VT1 в схеме с ОЭ.

К₂ – коэффициент передачи по напряжению VT2 в схеме с ОЭ.

,   

α – коэффициент передачи резистивного делителя:

α^/ - коэффициент передачи резистивного делителя с учетом влияния R_вх2:

R_вх ≈ h₁₁

α (α^/) = 0.1 – 0.4

 

Расчет основных параметров:

1.     .

ΔI = 0, ΔU_оп = 0

К₁К₂ α α^/  >> 1 + К₁

r_К2К₁ >> r_К2 + R_у

2.    

ΔU_вх = 0, ΔU_оп = 0

3.    

4.    

Если γ_U > 0, то в цепь резистивного делителя включаются полупроводниковые диоды (с отрицательным температурным коэффициентом).

Если γ_U < 0, то в цепь резистивного делителя включаются терморезисторы (с TKR>0).

5.    

I_вх = I_н + I_упт + I_ион + I_сс

I_упт + I_ион + I_сс << I_н

I_вх ≈ I_н

 

Недостатки:

1.     УПТ цепи обратной связи питается от источника входного напряжения.

2.     Источник опорного напряжения включается в цепь эмиттера (ток эмиттера меняется в большом диапазоне и, соответственно, опорное напряжение также будет меняться).

 

6.4.2.4. Транзисторный КСПН с параллельным включением РЭ.

Схема:

          I_вх        R_б

         –

                                              VD1          U_оп    R₃

                             I_к1                                                    R_II

                

                                                VT2                             R₂        C

                                                                                                             R_н

              U_вх

                            VT1                        R_г1                    R_I

                                                                        R₂

         +                                                               

         –

              U₂     VD2                        R_у

 

          +

                     R_г2

Рис. 6.15. Принципиальная схема транзисторного КСПН с параллельным включением РЭ

БС – R_б;

РЭ – однотранзисторный: VT1;

ИОН – однокаскадный ПСПН: R_г1, VD1;

СС – однотранзисторная: VT2, резистивный делитель;

УПТ – однокаскадный: VT2, R_у;

С – обеспечивает стабильность;

U₂ – дополнительный источник питания УПТ: однокаскадный ПСПН: VD2, R_г2

U_Rб = U_вх – U_вых

I_вх = I_н + I_упт + I_ион + I_сс + I_к1

I_вх ≈ I_н + I_к1

 

Принцип действия:

I_н = const

#U_вх " #U_вых " #I_{делителя} (R₁, R₂, R₃) " #U_RII " |#U_бэ2 = U_RII – U_оп| " #I_б2 " #I_к2 " #U_Ry " #|U_б1| " #I_б1, I_k1 " #I_вх " #U_Rб " $U_вых ≈ const.

 

Расчет основных параметров КСПН:

1.    

 

2.    

3.    

4.    

5.    

-   VT1 берут мощный;

-   схема малочувствительна к кратковременному режиму короткого замыкания на стороне потребителя.

6.4.2.5. Принципы построения регулирующих элементов.

Биполярные транзисторы: n-p-n, p-n-p

Параметры: U_{кэ макс}, I_{к макс}, Р_{к макс}

1.     I_н > I_{н макс}

Схема:

                                                          R

         к                                                                 э

 

 

 

                                             R

 

 

 

 

                                     б

Рис. 6.16. Схема регулирующего элемента для I_н > I_{н макс}

R – симметрирующие резисторы для выравнивания токов

U_R = (0.5 – 1) В

ηi

 

2.     U_кэ > U_{кэ макс}

Схема:

                                   R_ш                         R_ш

 

 

           к                                                              э

 

 

 

 

                                                        б

Рис. 6.17. Схема регулирующего элемента для U_кэ > U_{кэ макс}

R_ш – шунтирующие резисторы

I_{к макс} << I_Rш

 

3.     Составной транзистор (схема Дарлингтона).

Схема:

                   к                                                      э

 

 

 

 

 

                                     б

Рис. 6.18. Схема Дарлингтона

К_I = β₁·β₂

R_вх #.

 

6.4.2.6. Принципы построения схем сравнения.

Однотранзисторная схема сравнения:

                                             + U_вх2

                                                                  +

                            R_г               R_у

                                               U_ос       R_I

 

 

                                                          R_II   U_вых

                              U_ст0     (I_Rг + I_э)

                             r_ст

 

Рис. 6.19. Однотранзисторная схема сравнения

 

Дифференциальная схема сравнения:

                                               +U_вх2

 

                         R_г                              R_у

                                                             R_I

 

                                                                     U_вых

                             +  VT3         VT2

         U_оп       U_ст0 –                               R_II

                                              R_э

                          r_ст

 

Рис. 6.20. Дифференциальная схема сравнения

Источник опорного напряжения: I_Rг ≈ const.

Особенности дифференциальной схемы сравнения:

1.     Компенсируется температурный дрейф U_бэ VT2 и VT3.

2.     Полностью или частично компенсируется временной дрейф U_бэ VT2 и VT3.

3.     Устраняется влияние дифференциального сопротивления источника опорного напряжения на работу схемы сравнения.

4.     Включение R_у в цепь коллектора VT2 или VT3 позволяет изменить фазу сигнала управления.

 

6.4.2.7. Принципиальная схема базовой ИМС К142ЕН1.

Схема:

Рис. 6.21. Принципиальная схема базовой ИМС К142ЕН1

1.     РЭ – составной транзистор (VT3, VT4).

2.     УПТ – однокаскадный (VT7, VT2).

3.     СС – дифференциальная схема сравнения (VT6, VT7).

4.     ИОН – VT1, VT5, R1, R2,VD1, VD2

VT1, VD1 – однокаскадный параметрический стабилизатор постоянного напряжения (VT1 – токостабилизирующий двухполюсник);

VT2 – эмиттерный повторитель;

VD2 – термокомпенсирующий диод;

R1, R2 – делитель напряжения.

5.     Транзистор электронной схемы защиты ИМС от перегрузок и короткого замыкания (VT9).

6.     Схема управления (VT8, R4, VD3).

 

Назначение выводов:

Номер вывода	Назначение вывода
2	Фильтр шума (коррекция АЧХ УПТ)
4	вход питания ИМС
6	выход ИОН
8	общий вывод (земля)
9	вход схемы управления
10	вывод эмиттера транзистора защиты
11	база транзистора защиты
12	вход схемы сравнения (регулировка выхода)
13	выход стабилизируемого напряжения
14	промежуточный выход регулирующего элемента
16	вход стабилизируемого напряжения

 

Технические параметры:

Параметр	К142ЕН1	К142ЕН2
Входное напряжение Uвх, В	9-20	15-40
Выходное напряжение Uвых, В	3-12	12-30
Максимальный ток на стороне потребителя Iн макс, мА	150	150
Максимально-допустимая мощность рассеивания, Рдоп, В	0,8	0,8
Опорное напряжение Uоп, В	2,4±15%	2,4±15%
Нестабильность выходного напряжения при изменении входного напряжения: δU, %/В                    .	0,1-0,3	0,1-0,3
Нестабильность выходного напряжения от тока на стороне потребителя δI, %	0.2-0.5	0.2-0.5
Температурная нестабильность, gU, %/°С	0,01	0,01

 

6.4.2.8. КСПН непрерывного действия на основе ИМС К142ЕН1.

Схема:

 

 

 

                                   К142ЕН1

                                        

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.22. Принципиальная схема КСПН непрерывного действия на основе ИМС К142ЕН1

Принцип действия:

#U_вх " #U_вых " #I_{делителя} (R₁, R₂) " #U_r2 " #I_б4 " #I_к4 " $U_б6 "
$U_вых ≈ const.

 

R1, R2 – внешний резистивный делитель схемы сравнения;

R1 – изменяет выходное напряжение (R1# " U_вых $).

R3, R4, R5 – обеспечивают работу электронной схемы защиты (VT8 ИМС).

С1, С2 – обеспечивают устойчивую работу КСПН.

R3 играет роль датчика тока.

 

Внешняя характеристика КСПН.

                                      I_{н ном}  

Рис. 6.23. Внешняя характеристика КСПН.

I_{н ном} – номинальное значение тока на стороне потребителя.

I_{н пор} – пороговое значение тока на стороне потребителя.

I_R3 = I_н R₃

U_R4 > U_R3 " VT8 – закрыт;

При I_н = I_{н пор}: U_эб8 ≥ 0,7В и VT8 – открывается, а РЭ (VT6, VT7) – закрывается, т.е. U_вых " 0.

При U_вых ≤ 5В:

                            С₁ ≥ 0,1 мкФ;

                            С₂ = (5,0 – 10) мкФ.

При U_вых > 5В:

                            С₁ ≥ 100 пФ;

                            С₂ ≥ 10 мкФ.

R₁ = 1.2 кОм, I_дел ≥ 1,5 мА (R₁, R₂), R₂ ≈ 20 кОм.

 

6.4.2.9. КСПН непрерывного действия на основе ИМС К142ЕН с повышенными токами на стороне потребителя.

I_н > 150 мА.

Схема:

Рис. 6.24. Принципиальная схема КСПН непрерывного действия на основе ИМС К142ЕН с повышенными токами на стороне потребителя

I_н = I_б β

I_б ≤ I_{н ИМС} = 150 мА

U_кэ ≥ 4В  " необходим внешний теплоотвод.

 

6.4.2.10. КСПТ на основе ИМС К142ЕН1.

Схема:

                                              C₂

 

                            R₂                      R₁

 

К142ЕН

                   –         8                  13

                                               12

                    +        4                2    С₁

                                       16             R_н

 

Рис. 6.25. Принципиальная схема КСПТ на основе ИМС К142ЕН1

U_{R1, R2} ≈ const

R₁ регулирует I_вых = I_н

R_i = 85 кОм.

 

6.4.2.11. Активный сглаживающий фильтр на основе ИМС К142ЕН1.

Схема:

 

                   +         4                  13                   +

                             16

                     R₁                        12        R₃

                               6                2                      R_н

 

                    C₁               8            C₂ R₂        C₃

 

                                     

                   –                                                   –

Рис. 6.26. Принципиальная схема активного сглаживающего фильтра на основе ИМС К142ЕН1

С₂, C₃ обеспечивают устойчивую работу ИМС К142ЕН1.

R₁C₁ – Г-образный пассивный RC-фильтр.

К_ос – коэффициент усиления ИМС с учетом ООС.

К_ф1 – коэффициент фильтрации Г-образного RC-фильтра.

R_вх6 ≈ 2 кОм;

С₁ ≥ 1 мкФ;

К_ф = К_ф2

6.4.3. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения импульсного действия.

6.4.3.1. Структурная схема КСПН импульсного действия и их классификация.

Проблемы при создании:

-       увеличить КПД;

-       уменьшить массу;

-       уменьшить объем.

 

 

Схема:

              +                               VT                                +

 

 

                                         i_б                                             R_н

схема управления

         U_вх

 

 

             –                                                                 –

Рис. 6.27. Структурная схема КСПН импульсного действия

Диаграммы, поясняющие работу схемы:

   

         I_б

 

                                                                                              t

                   t₁          t₂          t₃        t₄

U_вых   U_вх

 

                                                                           U_вх

                                                                           U_вых

                                                                                                t

                       τ_и                             Т

  U_кэ

 

 

                                                                           U_вх

                                                                           U_кэ

 

                                     U_{кэ нас}

Рис. 6.28. Диаграммы, поясняющие работу КСПН импульсного действия

Принцип действия:

1.     t є (0; t₁)

i_б = 0, VT- закрыт (режим отсечки): I_к = I_к0, U_кэ = U_вх.

2.     t є (t₁; t₂)

i_б = I_б, VT- открыт (режим насыщения): I_к = I_кмакч, U_кэ = U_кэнас.

3.     t є (t₂; t₃)

i_б = 0, VT- закрыт (режим отсечки): I_к = I_к0, U_кэ = U_вх.

 

τ_U – длительность импульса (время открытого состояния транзистора);

Т – период повторения.

 

Структурная схема:

					П

ИОН

РЭ

                  ~                  =                                                                =

 

                                                                        СЧ

 

 

 

 

                                                                                        УУ

                               

 

                                

                                             КСПН

Рис. 6.29. Структурная схема КСПН импульсного действия

На схеме:

СЧ – силовая часть;

УУ – управляющее устройство;

ИОН – источник опорного напряжения;

ИЭ – импульсный элемент;

 

СС, УПТ, ИОН образуют устройство сравнения – УС.

 

КСПН импульсного действия подразделяют:

1.     по способу управления РЭ:

-   КСПН широтно-импульсной модуляции (ШИМ):

τ_U = var – переменная величина;

Т = const – постоянная величина;

-   КСПН с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ):

τ_U = const;

Т = var;

-   КСПН с двухпозиционным или релейным управлением:

τ_U = var;

Т = var;

2.     по способу подключения РЭ относительно потребителя:

-   последовательное подключение РЭ;

-   параллельное подключение РЭ;

3.     по виду сглаживающего фильтра:

-   Г-образный LC-фильтр;

-   Г-образный RC-фильтр;

4.     по схеме силовой части КСПН:

-   силовая часть понижающего типа;

-   силовая часть повышающего типа;

-   силовая часть инвертирующего типа.

 

6.4.3.2. КСПН импульсного действия с силовой частью понижающего типа.

Структурная схема:

РЭ

СФ

                                                                              U_вых

 

Uc

                                             СЧ

 

УС

ИЭ

      U_вх

 

 

 

 

Рис. 6.30. Структурная схема КСПН импульсного действия с силовой частью понижающего типа

U_вых < U_вх

 

6.4.3.3. КСПН импульсного действия с силовой частью повышающего типа.

Структурная схема:

                       L

                                                VD

+

 

 

УС

ИЭ

РЭ

                                         U_ос                                                             U_вых

U_вх                                                                                                                                              R_н      

 

 

 

-

Рис. 6.31. Структурная схема КСПН импульсного действия с силовой частью повышающего типа

1.     VT – открыт, происходит заряд катушки от входного напряжения

2.     РЭ – закрыт, происходит заряд конденсатора по цепи U_вх, L, VD, C.

U_вых = U_С = U_вх + e_L    " U_вых > U_вх

VD – демпфирующий диод.

 

6.4.3.4. КСПН импульсного действия с силовой частью инвертирующего типа.

Структурная схема:

 +

 

 

U_вх                                   L₁                                                     R_н     U_вых

                                                                      C₁

                                                            VD

  –

 

 

 

 

 

Рис. 6.32. Структурная схема КСПН импульсного действия с силовой частью инвертирующего типа

|U_вых| ≠ |U_вх|

 

6.4.3.5. Принцип действия силовой части понижающего типа КСПН импульсного действия.

Схема:

 

 

                                                        i₁(t)

                                                   VD

УС

ИЭ

                                                                            C₁       R_н

 

 

 

Рис. 6.33. Структурная схема силовой части понижающего типа КСПН импульсного действия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаграммы, поясняющие работу.

        i_б

 

   I_б

 

 

 

                    t₁           t₂                      t₃             t₄                                     t

   i_к

 

 

   I_{к макс}

 

 

                                                                                                 t

 U_кэ

 

 

 

        U_вых                                                U_{кэ нас}

 

                                                                                                          t

 

 i_VD

 

                             i_{VD пр}

                                                                                                          t

 

 

 

 

       U_VD

 

 

                        U_вх           U_{VD пр}

                                                                                                          t

 

   i₁

 

 

 

 

 

 

                                                                                                             t

 

Рис. 6.34. Диаграммы, поясняющие работу схемы силовой части понижающего типа КСПН импульсного действия

VD – рекуперативный (коммутирующий) диод.

 

 

Принцип действия:

1.     t є (0; t₁) VT- закрыт

i_к = 0, U_кэ = U_вх, i_VD.< 0, U_VD = U_VDпр ≈ -0,7 В, i₁ $

2.     t є (t₁; t₂)

i_б = I_б, VT- открыт (режим насыщения):

i_к > 0, U_кэ = U_кэ нас, i_VD.< i_VDобр, U_VD ≈ U_вх, i₁ #

3.     t є (t₂; t₃)

i_б = 0, I_к = I_к0, U_кэ = U_вх, i_VD.< 0, U_VD = U_VDпр ≈ -0,7 В, i₁ $

 

Р_к = Р_отс + Р_нас + Р_пер

где:

 - мощность потерь в режиме отсечки,

 - относительное время открытого состояния  транзистора.

 

 - мощность потерь в режиме насыщения.

 - мощность потерь в режиме переключения

f₀ = 1/T – частота переключения регулирующего элемента (транзистора VT).

 

η ≥ 90%.