Главная  Расчет источников питания 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [ 12 ] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40]

[ в случаях, когда требуется регулировка выходного напряжения от нуля, можно использовать включение микросхем с компенсацией выходного напряжения. Такук» юшпенсацию можно получить, выполнив стабилизатор из двух узле», причем напря-«вие на выходе такого стабилизатора будет равно разности выходных напряжений отдельных узлов. На рис. 2.М, г показан возможный вариант данной схемы на базе двух микросхем KU2EH2, работающих от раздельных источников питаяяя U ш Vj2 Микросхема Л1 мужнт для стабилизации напряжения на нагрузке, а Л2 - дли получения напряжения смещения, подаваемого на оСщий вывод микросхемы Al. Напряжение смещения выбирается равным или немного большим, чем внутреннее опорке напряжение микросхемы А I. Пдатому на выходе А2 всегда получается напряже-вне /вых2 < 3 В. Источник, питающий узел А2, может быть маломощным, а напряжение и2 может быть минимально допустимым для данной микрос.темы.

Если изменение питающих напряжений (У, и 02 имеет одни и тог же знак, го

tH = t/;-f At/„i-ut/„a. (2.73)

где t/н - напряжение на нагрузке после изменения t/g, и ,2 - изменения t/j и рхЗ н1 " в -лзменення напряжения ма нагрузке, создаваемые микросхемами А] и А2 соответственно.

Изменениями напряжений и определяется значение нестабильности

выходного напряжения соответствующих микросхем. Прн определенных условиях М0Ж.Н0 получить полную компенсацию нзлсенения U-

В приведенной схеме сопротивления резисторов R1, R2, R3, Ri выбираются с таким расчетом, чтобы токи образуемых ими делнтелей были не менее минимально допустимого значения (/д > 1,5 мА); при этом R Ri = 2 кОм. Конденсаторы Cl - С4 выбираются, как н в предыдущих случаях. Напряжение на нагрузке устанавлнвз-пся резисторами R\, R3.

Для повышения КПД интегрального стабилизатора компенсационного типа необходимо стремиться к уменьшению падения напряжения на регулирующем элементе до минимально возможного. С этой целью может бьпь использована схема, приведенная на рис, 2.11, д. В дзнно/i схеме регулирующим элементом натяется транзистор VI, базовый ток которого задается микросхемой. Выходной вывод 13 микросхемы подключен к общему выводу через цепочку R4. V2. Резистор Ri служит для огранн-чення тока через М!1Кросхему в момент переходного процесса и выбирается из условия

При этом напряжение Up на регулнруощем элементе равно или превышает минимально допустимое значение для транзистора VI. Сопротивление резистора должно быть достаточно большим, чтобы при наибольшем базовом токе транзистора VI максимальная рассеиваемая микросхемой мощность не превышала допустимую. Поэтому необходимо, чтобы

/?4 ~ ЧБ(П) /.,)74Рр,с.до., (2-?5)

где Рра,. - допустимая мощность, рассеиваемая микросхемой.

Рассмотренная схема включения стабилизатора представляет собой, по сушегт-ву, сочетание стабилизатора с повышенным выходным током и с раздельным питанием, сохраняя преимущества каждой из них.

На рнс. 2.11, е показана схема стабилизатора для получения напряжения отрицательной полярности, В схеме используюгсн два внешних дополнительных траня-стора V3 и V4. При изменении тока нагрузки выходное напряжение меняется на иевд-торое значение, которое через делитель R6, R7, RH передается иа вывод 12 микросхемы, усиливается к выделяется на резисторе R2- Далее это напряжение успливагтс! транзистором V4, который управляет регулирующим транзистором V3. Тш< транзис тора V3 изменяется таким образом, что происходит компенсация изменения напряжения на нагрузке. Диод V2 создает напряжение смещения на транзисторе V4. Резистор R\ служит для обеспечения необходимого рабочего тока через диоды VI и V2. Сопротивление Rl находят из соотношения

«1 « If „X ш,„ - С-н + (JvMh; „,„ - „„1, (2. 70)

to 7 - максимальный ток регулирующего элемента микросхемы при макси-Ьялюои токе нагрузки /„щах- Напряжение на диодах VI, V2 выбирается из условия

iBxnIM.J-onMnftH <t/,.,max-onm.x, (2.77)

где ltA]) max - максимально допустимое напряжение на микросхеме А\. >1на8мзльное выходное напряжение данного стабилизатора

t/,„Kmi„-t/i + t/v2+t/„n. (2.78)

Функциональные схемы рассмотренных выше стабилизаторов в интегральжщ ясполневив с указанием номинальных значений навесных дискретных элементов приведены в работе [1, с. 144-159].

ГЛАВА 3

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

3.t. Общие сведення

в электронной аппаратуре широкое применение находят устройства, позволяющие преобразовывать постоянный ток одного напряжения в постоянный ток другого, более высокого напряжения. Такие устройства получили название преобразоаатемй поспюянного напряжения.

В настоящее время преобразователи посгоднного напряжения наиболее часто Выполняются на транзисторах и широко используются как экономичные и компактные источники высокого напряжения для питания переносной н передвижной аноа-рагуры - радиопередатчиков, радиоприемников, осциллографов, портативных т«-лс-виэоров, импульсных ламп фотовспышек, счетчиков заряженных частиц к т. Д.

Устйчник [октяннпв

Фипшр

. . Рис. 3.1. Структурная схема преобразователя постоянного напряжения

Микроминиатюризация электронной аппаратуры способствует тому, что преобраэс-вателн постоянного напряжения применяют не только а системах электропитания автономных устройств, но и во вторичных источниках питания стационарной ао-паратуры,

Существуют различные схемы преобразователей, но все они строятся по структурной схеме, приведенной иа рис. 3.1. Основным элементом схемы транзисторного преобразователя является автогенератор, который, получая энергию от низковольтного Источника постоянного напряжения, вырабатывает переменное напряжение с требуемой амплитудой. Полученное переменное напряжение выпрямляется и после соответствующей фильтрации (а при необходимости н стабилизации) поступает к нагрузке в виде выпрямленного напряжения необходимой величины.

В тех случаях, когда требуется получить на выходе преобразователя значительную мощность (более 100 Вт), между автогенератором и выпрямителем включается Дополнительный усилитель мощности,

3.2. Принцип работы транзисторного преобразователя

В Настоящее время известно большое количество схем транзисторных преобразователей, которые в зависимости от конкретных требований (выходная мощность, выходное напряжение, необходимость стабилизп.ии выходного напряженг-я п т. п.) Ямеют те или иные особенности [4, б, 141. Наиболее широкое распространение получили схемы двухтактных преобразопателеП напряжения с самовозбуждением и выво-лпм средней точки коллекторной обмотки. Типичная схема такого преобразователя приведена на рис. 3,2.



Автогенератор состоит из двух транзисторов, включенных по схеме с общим мет-тером, и трансформатора, имеющего коллекторную базовую 1Гб " выходную обшпки. Делитель напряжения RI. R2 служит для запуска преобрааоватедя пря ««люченян питающего напряжения У,. В этом случае на резисторе шунтирован-ын конденсатором С1, появляется небольшое отрицательное напряжение (порядка



Рис. 3.2. Двухтактная схема транзисторного ния

преобразователя нэпряже-

(0,3...р,6) В), которое прикладывается к базам транзисторов, вызывая отпирание какого-либо из них.

Допустим, что в некоторый момент- времени открыт транзистор VI. Тогда напря-жм1Ие (за вычетом небольшого падения напряжения на участке эмиттер-коллектор открытого транзистора) окажется приложенным к половине ко.цккторной обмотки ftj-, создавая на ней и на других обмотках ЭДС с полярностью, указанной на схеме рис. 3.2 (знаки даны без скобок). Прн .этом ЭДС базовой обмотки W создает на базе транзистора VI отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру, а ЭДС обмотки в этот момент создает на базе транзистора- V2 положительное напряжение

по отношению к эмиттеру. Следовательно, в то время, когда транзистор 11 - открыт, транзистор V2 заперт. Транзистор V\ будет открыт до тех пор, пока магнитный поток в сердечнике трансформатора не достигнет величины насыщения. Так как в этот момент скорость изменения магнитного потока становится равной нулю (или очень малой), ЭДС во всех обмотцах трансформатора также станет близкой к нулю. Происходящее при этом резкое уменьшение токов в"обмотках вызывает появление в обмотках ЭДС с противоположной полярностью (знаки в скобках на рис, 3.2). Теперь базовая обмотка создает на базе транзистора V2 отрицательное напряжение по отношению к эмиттцру, что приводит к отпиранию этого транзистора и возникновению тока в коллекторной обмогке (Г в направлении, указанном пунктирной стрелкой. Прн этом возрастает ЭДС базовой обмотки, что приводит к дальнейшему увеличению коллекторного тока, и т. д. Процесс протекает лавинообразно и очень быстро приводит транзистор У2 в режим насыщения. В результате этого процесса почти все напря-жекие t/gjj окажется приложенным к половине коллекторной обмотки Таким об-раздм, с помощью двух транзисторов осуществляется коммутация тока в коллекторной обмотке трансформатора, а напряжение на каждой половине обмоткн имеет прямоугольную форму (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Форма напряжения в коллекторной обмотке трансформатора

" 4-]Во8иикшие на первичной обмотке трансформатора колебания напрйжепня траво« Аммвруются во вторичную (повышающую) обмотку и после выпрямления соэдшлг в* яагрузке выходное постоянное напряжение заданной величины.

3.3. Разновидности схем автогенераторов двухтактных преобразователей с самовозбуждением

Разновидности основной схемы автогенератора показаны на рис, 3.4. Трансфор. матор во всех этих схемах имеет отвод от середины первичной обмотки, куда подклю чается один из полюсов источника питания. Транзисторы в таких преобраэователяя напряжения могут включаться по схеме с общим эмиттером (рис. 3.4. а, 6) или общим коллектором (рис. 3.4, в). В последнем случае "можно разместить траизнсторы на общем теплоотво-дяшем радиаторе без их электрической изоляции.

Во всех схемах, где выходной трзисформатор преобразователя выполнен с отводом от середины коллекторной обмотки, напряжение на коллекторе запертого транзистора оказывается равным удвоенному напряжению питания. Поэтому такие схемы используются прн сравнительно малых напряжениях источника питания (t/j, < (25... 30) В).

Схаяы более мощных мостовых автогенераторов, которые могут работать от источников питания с более высоким напряжением, приведены на рве, 3.5. Это объясняется тем, что напряжение между эмиттером н коллектором запертого трап-эястора в таких схемах не превышает напряжения источника питл-ния. На рис. 3.5, а и 3.5, б транзисторы V1~V4 образуют мо<:т, в одну диагональ которого включен источник Питания с напряжением . UJ, а в другую - первичная обмотка Wj трансформатора. Обмотки обратной связи подключаюгся к базовым выводам транзисторов че-рез дополнительные сопротивления

Рис. З.Ч. Разновидности схем двухтактных преобразователей напряжения с самовозбуждением и выво-ДС« средней точки коллекторной обмотки:

" ~ оема с включением трвиэнстороь с оОщии эмиттером п дополнительным еопрогнвленнем в цепи баз каждого чраиэвсгора; б ~ схема с включением траизнсторов с ойщин эмиттером и с тощим дополнительным сопротивлением в цепн 6ai обоих транлнсторов; в - Схема с включением траиэнсторов е общим коллектором




9 Щч» 9

Рис. 3.5. Схемы мостсжнк преобразователей напряжения с са-мовозбуждениш:

а - с резисторами а цепях баз каждого транзистора; б - с делителем напряжения н раздельным включением и объединением оазо-вых обмоток


Рис 3 6. Схемы полумостовых преобразователей напряженна с самовозбужденнем: а - с емкостным делителем; б с источником пнтання. имеющим отвоД от средней гочк.1.

Я2, ЛЗ, R4, RS. Резисторы i?l и ?бБСхемеиа рис. 3.5, а служат для обеспечения надежного запуска автогенератора в момент подачи напряжения питания. В схеме »а рис. 3.5, 6 для этой цели введен делитель напряжения R\, R2, R3. Базовые об--мотки транзистора V3 и Vi объединены и имеют отвод от средней точки.

В полумостовых преобразователях напряжения (рис. 3.6) вместо двух транзисторов смежных плеч мсстовой схемы используется емкостный делитель. Каждый из " коаденсаторов в схеме на рис. 3,6, с заряжается до напряжения 0,5 U. При поочередном открытии транзисторов коидепсаторы разряжаются на первичную обЧютку трансформатора. Величина емкости конденсаторов делителя выбирается достаточно большой из соображении допустимого спада напряжения за время разряда конденсатора.

Полумостовая схема может быть выполнена и без емкостного делителя, если источник питания имеет отвод от средней точки (рнс. 3.6, б),

3.4. Усилители мощности

Наибольшее применение в транзисторных преобразователях напряжения получили схемы усилителей мощности с отводом от середины первичной обмотки выяод-яого трансформатора (рис. 3.7, а) и мостовые схемы (рис. 3.7, 6). Базовые обмотки управления обычно располагаются на магнитопроводе трансформатора маломощного автогенератора. Выходной трансформатор в усилителе мощности должен работать в ненасыщенном режиме. Поэтому существенное значение 1шеетсимметриро-вание плеч усилителя и подбор

Ряс. 3.7. Схемы усилителей мощности транзисторных преобразователем напряжения: с - с выводом средней точки; б -

ы0стов8я


идентичных транзисторов. Магнитопроводы выходных трансформаторов усилителей мощности рекомендуется выполнять из материалов с непрямоугольной петлей гистерезиса [И, с. 237].

3.5. Порядок расчета транзисторного преобразователя напряжения

Расчет преобразователя постоянного напряжения состоит из двух частей, В-на чале в обычном порядке (см. гл, 1) рассчитывается схема выпрямителя, в результате чего уточняются выходные параметры автогенератора преобразователя. Далее ведется расчет собственно преобразовательной схемы, включающий выбор наиболее рациональной схемы автогенератора в соответствии с заданными условиями работы, определение типа транзисторов, проектирование трансформатора, являющегося од-»нм из основных элементов преобразователя.

Исходными данными для расчета автогенератора преобразователя служат; величина постоянного напряжения питания U, величины выходного тока / и выходного напряжения Ujy.; максимальная температура окружающей среды окр пих-

В результате расчета необходимо определить; рабочую частоту автогенератора f„, тип транзисторов; электрические и конструктивные параметры трансформатора.

Расчет автогенератора преобразователя производится в следующем порядке lU, с- 237-263].

1. Выбираем рабочую частоту автогенератора. При этом необходимо учитывать, что с ее увеличением легче осуществить сглаживание пульсаций в фильтре, но потери



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [ 12 ] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40]

0.0014