double arrow

Принцип действия ИСН с РЭ


Рис. 56

Источник образцового напряжения – ИОН – (выводы 5 ¸ 9) построен по стандартной схеме. Положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизации стабилитрона VD1 компенсирован отрицательным ТКН эмиттерного перехода транзистора VT1 и p–n перехода диода VD2. Вывод 7 от базы транзистора VT1 может быть использован для снятия некомпенсированного образцового напряжения, для изменения режима работы источника, для использования узла как датчика температуры.

В составной транзистор (выводы 1 ¸ 4, 16) входят транзисторы VT2,VT3. Пороговое устройство состоит из входного дифференциального усилителя, триггера Шмитта и узла внешней синхронизации.

Дифференциальный усилитель выполнен на транзисторах VT11 и VT12, а транзисторы VT9 и VT10 включены по схеме «токового зеркала» и служат высокоомной нагрузкой транзисторов VT11 и VT12. При этом VT9 является простейшим стабилизатором тока, а VT10, включенный как диод, используется для формирования напряжения UБЭ транзистора VT9.

На базу VT12 подается с делителя цепи сравнения часть выходного напряжения стабилизатора, а на базу VT11 - опорное напряжение. Дифференциальный усилитель усиливает разность значений напряжения сигналов на его входах. Усиленное разностное напряжение снимается с коллектора VT11 и поступает на базу транзистора VT8, включенного по схеме с общим коллектором.




Этот транзистор обеспечивает развязку дифференциального усилителя и входа триггера Шмитта, собранного на транзисторах VT4 ¸ VT6 и резисторах R4 ¸ R8. Триггер Шмитта преобразует выходное напряжение дифференциального усилителя в прямоугольные импульсы (их снимают с коллектора транзистора VT4).

Диодный мост VD3 ¸ VD6 вместе с транзистором VT7 позволяют синхронизировать триггер Шмитта внешним сигналом.

Типовая схема ключевого стабилизатора напряжения, построенного на ИС КР142ЕП1А, изображена на рис. 57.

Рис. 57

ИОН микросхемы питается непосредственно входным напря-жением стабилизатора, а порого-вое устройство – стабилизирова-нным, снимаемым с вывода 6 (оно поступает через транзистор VT1, работающий усилителем тока). Коммутирующим элемен-том стабилизатора, собранным на внешних транзисторах VT2, VT3, управляет импульсный сигнал, снимаемый с выводов 2, 3 микросхемы. На базу (выв. 4) внутреннего составного транзис-тора микросхемы, служащего встроенным коммутирующим элементом, сигнал поступает с выхода порогового устройства (выв. 11). Сигнал обратной связи снимается с выхода стабилизатора и через резистивный делитель напряжения R7, R9 подводится к выходу дифференциального усилителя порогового устройства (выв. 12). На второй вход дифференциального усилителя (выв. 13) подано высокостабильное напряжение с ИОН.



У двухпозиционных (релейных) стабилизаторов напряжения в цепи отрицательной обратной связи имеется релейный элемент с двумя порогами срабатывания (рис. 30), управляющий работой регулирующего устройства (РУ). Такую характеристику, например, имеет триггер Шмитта.

В процессе работы стабилизатора на входе релейного элемента происходит непрерывное сравнивание выходного напряжения (Uвых) ИСН с заданным опорным пороговым напряжением. В зависимости от приложенного ко входу сигнала ошибки релейный элемент может находиться в одном из двух возможных состояний: открытом и закрытом.

Увеличение выходного напряжения Uвых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто определенного значения напряжения срабатывания. В этот момент произойдет размыкание силовой цепи стабилизатора и выходное напряжении начнет уменьшаться. Снижение Uвых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение напряжения опускания Uотп. После этого регулирующее устройство (РУ) снова замкнет силовую часть ИСН, выходное напряжение начнет возрастать и описанный выше процесс снова повториться.

Интервал между напряжениями Uсраб и Uотп характеризует зону чувствительности релейного элемента.



Рассматривается установившийся режим работы ИСН, когда при замкнутом РУ ключе (рис. 57 внешние VT2, VT3 – открыты) происходит процесс накопления энергии в элементах L1,С4 силовой части от источника питания Uп и напряжение на сопротивлении нагрузки Rн растет [5].

При увеличении Uвых увеличивается и напряжение на сопротивлении R9 (выв. 12) делителя R 7, R9цепиООС на рис. 57. Это приведет к тому, что транзистор ИС (рис. 56надо рис. 95) VT12 будет приоткрываться, VT11 - призакрываться, VT8 – приоткроется. В следствие этого положительный потенциал базы транзистора VT6 повысится и как только он достигнет порогового значения Uу = UсрабVT6 полностью откроется, а VT5 ,VT4 – полностью закроются. В результате чего на базу (выв. 4) VT3 ИС сигнал Uрэ (рис.30) с выхода порогового устройства (выв. 11) поступать не будет, так как ток коллектора транзистора VT4 равен нулю. В этом случае транзисторы VT2, VT3 ИС закроются и их токи коллекторов (выв. 2, 3) тоже будут равны нулю, следовательно, будут закрыты и внешние ключи VT2, VT3 (рис. 57) и через них коллекторный ток протекать не будет, а это приведет к тому, что накопленная энергия в фильтре L1,C4 начнет передаваться в нагрузку Rн и напряжение на ней будет уменьшаться (линейно при Iн = const).

Уменьшение Uвых вызовет снижение напряжения на R9. Как только Uвых достигнет некоторого наименьшего значения, соответствующего Uу = Uотп транзистор VT12 будет призакрываться, VT11 – приоткрываться, VT8 – призакрываться. Транзистор триггера Шмитта VT6 полностью закроется, а транзисторы VT5, VT4 будут полностью открыты. При этом величина импульса прямоугольного напряжения Uрэ на выходе триггера (выв.11) будет достаточной (приближенно Uрэ = 5 В – напряжению питания порогового устройства) для полного отпирания внутренних и внешних ключей VT2, VT3. Напряжение на выходе ИСН будет снова повышаться. В схеме устанавливаются автоколебания, а напряжение на нагрузке поддерживается неизменным в пределах, определяемых чувствительностью (рис. 30) по напряжению микросхемы КР142ЕП1.

Пусть ключи разомкнуты(т.е. VT2, VT3 закрыты) в течение времени паузы tп, а замкнуты в течение интервала tи =T tп , где T = 1/f – период работы ключа, а f – частота коммутации (переключения). Так как скорость разрядки конденсатора C4 не зависит от напряжения Uп , то интервал tп не меняется при изменении входного напряжения. Колебания входного напряжения вызывают изменения лишь одной зарядной части периода tи = T - tп. Ее значение уменьшается с ростом Uп, а вместе с ней и весь период T , что ведет к увеличению частоты f работы ключа.

Увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению зарядной и разрядной частей периода (последняя изменяется резче). По этой причине увеличению тока нагрузки соответствует уменьшение периода работы ключа T и снижение относительной длительности паузы tп/T, т.е. частота коммутации транзисторов VT2, VT3 растет при увеличении тока нагрузки.

Самый большой период Tmax работы ключа такого стабилизатора соот-ветствует наименьшему току Iн min нагрузки и входному напряжению Uп min. В реальных схемах добиваются того, чтобы этот период Tmax получался достаточно малым, так как иначе (при низкой частоте) придется для сглаживания пульсаций U~н выходного напряжения применять громоздкий фильтр [5].

Чем больше скорость изменения выходного напряжения и выше чувствительность релейного элемента, тем выше частота коммутации стабилизатора.







Сейчас читают про: