Принцип действия повышающего ИСН

Емкость конденсатора определяют из выражения:

где - допустимая амплитуда пульсации выходного напряжения.

Коэффициент полезного действия ИСН является функцией частоты коммутации, и с увеличением последней уменьшается, поскольку с увеличением в ИСН возрастают коммутационные потери мощности в транзисторе и диоде силовой части. При высоких частотах (более 20 кГц) необходимо учитывать также потери мощности в , [5]. Несмотря на это, КПД ИСН при прочих равных условиях значительно выше, чем в непрерывном стабилизаторе напряжения.

В общем случае ИСН имеет внутреннее (выходное) сопротивление r, которое ранее не учитывалось, зависящее от сопротивления насыщенного транзистора и открытого разрядного диода , сопротивление катушки дросселя и внутреннего сопротивления первичного источника питания r. При анализе ИСН считают, что . В этом случае и равными оказываются постоянные времени зарядки и разрядки цепей дросселя. Такой подход упрощает получение выражения для семейства выходных и регулировочных характеристик силовой части ИСН, которое имеет вид:

При заданных и можно определить условие реализуемости стабилизатора:

при котором возможно осуществить схему силовой части ИСН.

Выражение для выходной и регулировочной характеристики удобнее записать в следующем виде:

рис. 86

Семейство выходных (зависимость ) характеристик строится при различных значениях от 0 до 1. Выходное сопротивление такого источника равно r при любом значении .

Семейство регулировочных (зависимость ) характеристик строится при различных значениях .

Построив семейство выход-ных и регулировочных характе-ристик (рис. 86), можно определить диапазон изменения длительности относительной паузы , необхо-димой для сохранения неизменным выходного напряжения при колебаниях как входного (от до ) напряжения, так и тока нагрузки (от до ) [5].

Схемы силовых цепей повышающего ИСН показаны на рис.87. Если транзистор VT 1открыт, то к дросселю прикладывается входное напряжение и через дроссель начинает протекать нарастающий ток. При этом в дросселе запасается электромагнитная энергия.

а б

Рис. 87

В интервале времени диод не пропускает тока, так как к нему приложено обратное напряжение конденсатора C. Напряжение на в интервале равно ; эдс дросселя в это время равна величине напряжения питания , (показана на рис. 87, б без скобок). При запирании транзистора ток, протекающий через дроссель, и магнитный поток и сердечнике дросселя не могут мгновенно снизиться до нуля. На время, в течение которого магнитный поток снижается, в обмотке дросселя индуцируется эдс, которая противодействует уменьшению мдс и имеет полярность, согласную с полярностью входного напряжения (на рис. 87, б в скобках), эдс оказывается включенной последовательно с . Суммарное напряжение +открывает диод VD 1и дозаряжает конденсатор C. Таким образом, напряжение на нагрузке получается больше входного напряжения на величину, равную эдс самоиндукции дросселя .

Приближенно выходное и входное напряжение ИСН при безразрывном токе дросселя связаны соотношением:

откуда , или .

Здесь , а .

Если учесть падение напряжения на открытом проводящем ток диоде и напряжение насыщения на открытом транзисторе , то

Тогда требуемое отношение равно

А напряжение – .

Средний за период (Т) ток дросселя, средний за время импульса () ток коллектора транзистора VT 1, средний за время паузы () ток замыкающего диода VD 1 в данной схеме зависит от следующим образом:

Амплитуда пульсации тока дросселя L 1, отклонение от средних значений токов коллектора транзистора VT 1 и замыкающего диода VD 1 определяются по формуле:

или

После открывания транзистора VT 1 диод VD 1 закрывается так как , а ток через катушку L 1 возрастает до пикового значения:

В момент закрывания транзистора VT 1 магнитное поле изменяет полярность напряжения на катушке L 1. В результате диод VD 1 открывается и напряжение добавляется к входному (). В этой части цикла ток через катушку спадает до тех пор, пока транзистор VT 1 не откроется снова.

Минимальное значение тока через дроссель и диод будет равно:

Индуктивность катушки L 1 «повышающего» ИСН рассчитывают по формуле

или

Если считать, что сопротивления насыщенного транзистора и открытого диода одинаковыми, то в приведенных выше выражениях:

Емкость конденсатора C 2, который питает нагрузку () в течение времени , определяется следующим образом:

Семейство выходных (в функции ) и регулировочных (в функции , при различных) характеристик для этого стабилизатора можно построить по выражению:

Семейство выходных и регулировочных характеристик имеет огибающую, определяемую уравнением:

Максимальное значение выходного напряжения при заданном сопротивлении нагрузки равно:

Основным достоинством стабилизатора с силовой цепью, состоящей из последовательного дросселя и параллельного транзистора, является непрерывность тока, потребляемого от источника , а следовательно, отсутствуют импульсные помехи, связанные с прерывистым током потребления.