Линейный и импульсный стабилизаторы напряжения

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

“Московский государственный технический университет

радиотехники, электроники  и автоматики”

МГТУ  МИРЭА

 

Факультет РТС

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине “Электропреобразовательные устройства            радиоэлектронных средств”

на тему “Линейный и импульсный стабилизаторы напряжения”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент:    Иванов В. В.

Группа:      РР-1-09

 

Работу проверил преподаватель:  Битюков В. К.

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2013

Оглавление

 

1. Импульсный стабилизатор напряжения 3

2. Линейный стабилизатор напряжения с высоким КПД 7

3. Список используемой литературы 10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Импульсный стабилизатор напряжения

 

Импульсный стабилизатор напряжения — это стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент  работает в импульсном режиме, то есть его рабочая точка большую  часть времени находится либо в режиме отсечки, либо режиме насыщения.

Описываемое ниже устройство представляет собой малогабаритный сетевой источник питания с высоким  КПД, способный отдать в гальванически  несвязанную с сетью нагрузку мощность 1…3,5 Вт. Этим требования вполне отвечает однотактный импульсный стабилизированный  преобразователь напряжения, передающий энергию во вторичную цепь в паузах между импульсами тока в первичной  обмотке разделительного трансформатора. Принципиальная схема импульсного  стабилизатора напряжения приведена на рис. 1. Основные технические характеристики представлены на таблице 1.

Рис. 1. Принципиальная схема импульсного стабилизатора напряжения

 

 

 

Выходное напряжение, В	±12
	20
Суммарная выходная мощность, Вт	3,5
Частота преобразования, кГц	20
Пределы изменения напряжения сети, при котором выходное напряжение изменяется не более чем на 1%, В	210…250

 

Таблица 1. Основные технические характеристики

 

В состав устройства входит выпрямитель сетевого напряжения (VD1) со сглаживающим фильтром (R4, C3, C4), задающий генератор (DD1.1…DD1.3) c цепью запуска (R17, C7), формирователь прямоугольных  импульсов (DD1.4…DD1.6, VT2, VT4), электронный  ключ (VT3), импульсный трансформатор (Т1), регулируемый источник тока (VT5), устройство защиты от замыкания в нагрузке (R10, VT1), три выпрямителя (VD2…VD4) и столько  же фильтрующих конденсаторов (С9…С11). Конденсаторы С1, С2 предотвращают проникание в сеть помех с частотой преобразования.

С включением устройства в  сеть начинают заряжаться конденсаторы СЗ, С4 и С7. После того как напряжение на последнем из них достигнет  примерно 3 В, самовозбуждается задающий генератор (DD1.1...DD1.3). Частота следования его импульсов (зависит от постоянной времени цепи R7, С5) — около 20 кГц, форма напоминает пилообразную. Формирователь (DD1.4...DD1.6, VT2, VT4) преобразует их в прямоугольные колебания. Поскольку последовательности импульсов на базах транзисторов VT2 и VT4 противофазные, то они открываются строго поочередно, что обеспечивает минимальное время открывания и закрывания транзистора VT3. Когда этот транзистор открыт, через обмотку I течет линейно увеличивающийся ток и трансформатор Т1 накапливает энергию, а когда закрыт (тока через первичную обмотку нет), энергия, накопленная трансформатором, преобразуется в ток вторичных обмоток III...V.

После нескольких циклов работы генератора на конденсаторе С7 устанавливается  напряжение 8...10 В. Выходное напряжение преобразователя стабилизирует  регулируемый источник тока, выполненный  на транзисторах сборки VT5 (VT5.2 использован  как стабилитрон). При колебаниях напряжения в сети или на нагрузке изменяется напряжение на обмотке II и  регулируемый источник тока, воздействуя  на формирователь, изменяет скважность прямоугольных импульсов на базе транзистора VT3.

При увеличении импульсного  тока через резистор RI0 сверх некоторого порогового значения транзистор VTI открывается  и разряжает конденсатор С6 (служащий для предотвращения ложного срабатывания защитного устройства от коротких выбросов тока, возникающих в момент включения  преобразователя, а также во время  переключения транзистора VT3). В результате импульсы задающего генератора перестают  поступать на базу транзистора VT3 и  преобразователь прекращает работу. При устранении перегрузки устройство запускается вновь через 0.8...2 с после зарядки конденсаторов С6 и С7.

Обмотки импульсного трансформатора Т1 намотаны на полистироловом каркасе  проводом ПЭВ-2-0,12 и помещены в броневой магнитопровод Б30 из феррита 2000НМ. Обмотки  I.1 и I.2 содержат по 220 витков, обмотки II, III, IV и V — соответственно, 19, 18, 9 и 33 витка. Вначале наматывают обмотку 1.2, затем обмотки II, IV, III, V и, наконец, обмотку I.1. Между обмотками II, IV. V и I.1 помещают электростатические экраны в виде одного слоя (примерно 65 витков) провода ПЭВ-2-0,12. При сборке трансформатора между торцами центральной части ферритовых чашек вставляют прокладку из лакоткани толщиной 0,1 мм. Трансформатор можно выполнить и на основе ферритового (той же марки) броневого магнитопровода Б22. В этом случае используют провод ПЭВ-2-0,09, причем число витков обмоток I.1 и I.2 увеличивают до 230. Транзистор КТ859А можно заменить на КТ826А, КТ838А, КТ846А. Налаживание устройства не сложно. Установив движок подстроечного резистора R15 в верхнее (по схеме) положение, включают преобразователь в сеть и устанавливают этим резистором требуемые значения напряжения на выходе. Для уменьшения помех во вторичных цепях с частотой преобразования (20 кГц) необходимо опытным путем подобрать точку соединения электростатических экранов с одним из проводов первичной цепи, а также точки подключения конденсатора С8. Для этого достаточно один из выводов какой-либо вторичной обмотки подключить через миллиамперметр переменного тока к первичной цепи и определить названные точки по минимуму показаний прибора.

Преобразователь, собранный  по описанной схеме, опробован для питания нагрузки, потребляющей мощность 10 Вт. В этом варианте число витков обмоток I.1 и I.2 было уменьшено до 120 (с магнитопроводом Б30), конденсаторы СЗ, С4 заменены одним оксидным емкостью 10 мкФ (номинальное напряжение 450 В), сопротивление резистора R10 уменьшено до 2,7 Ом, а резистора R18 — до 330 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Линейный стабилизатор напряжения с высоким КПД

 

Основным недостатком  линейных стабилизаторов средней и  большой мощности является их низкий КПД. Причем, чем меньше выходное напряжение источника питания, тем меньше становится его КПД. Это объясняется тем, что в режиме стабилизации силовой  транзистор источника питания обычно включен последовательно с нагрузкой, а для нормальной работы такого стабилизатора  на регулирующем транзисторе должно действовать напряжение коллектор-эмиттер  не менее 3...5 В. При токах более 1 А  это дает значительные потери мощности за счет выделения тепловой энергии, рассеиваемой на силовом транзисторе. Что приводит к необходимости увеличивать площадь теплоотводящего радиатора или применять вентилятор для принудительного охлаждения Широко распространенные благодаря низкой стоимости интегральные линейные стабилизаторы напряжения на микросхемах из серии 142ЕН(5...14) обладают таким же недостатком.

В последнее время в  продаже появились импортные  микросхемы из серии LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1...1,3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение о диапазоне 1,25...30 В при токе в нагрузке 7,5 А, 5 А и 3 А, соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа KP142EH22 имеет максимальный ток стабилизации 5 А. При максимальном выходном токе режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса. Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1%/В. Принципиальная схема линейного стабилизатора напряжения приведена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема линейного стабилизатора  напряжения

 

Конденсаторы С2...С4 должны располагаться вблизи от микросхемы и лучше, если они будут танталовые. Емкость конденсатора CI выбирается из условия 2000 мкФ на 1 А потребляемого тока. Микросхемы выпускаются в трех видах конструктивного исполнения корпуса, показанных на рис. 3. Вид корпуса задается последними буквами в обозначении. Более подробная информация поданным микросхемам имеется в справочной литературе. Такие стабилизаторы напряжения экономически целесообразно применять при токе в нагрузке более 1 А, а также в случае недостатка места в конструкции.

 

Рис. 3. Вид конструктивных исполнений корпуса микросхем

Экономичный источник питания  с малой разницей входного и выходного  напряжения можно выполнить и  на дискретных элементах. Приведенная на рис. 4 схема рассчитана для выходного напряжения 5 В и тока нагрузки до 1 А. Она обеспечивает нормальную работу при минимальном напряжении на силовом транзисторе (0,7-1,3 В). Это достигается за счет использования в качестве силового регулятора транзистора (VT2) с малым напряжением U_кэ в открытом состоянии, что позволяет обеспечить работу схемы стабилизатора при меньших напряжениях вход-выход.

 

Рис. 4. Линейный источник питания на дискретных элементах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Список используемой литературы

 

1. Семьян А. П. Источники питания. 500 схем для радиолюбителя. – Спб.: Наука и техника, 2005. – 408 с.
2. Шелестов И. П. Радиолюбителям. Полезные схемы. Книга 3. – М.: «СОЛОН-Р», 2001. – 240 с.