Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (ИСПН)

Получают все большее распространение из- за высокого КПД, достигающего 0,8…0,85, меньшие габариты и массу.

Так же, как и в компенсационном стабилизаторе, в нем применяется отрицательная обратная связь, ослабляющая изменение выходного напряжения или нагрузочного тока. Отличием ИСПН от компенсационных стабилизаторов является работа регулирующего элемента РЭ- транзистора в режиме ключа, когда транзистор либо открыт, либо закрыт. Именно режим ключа позволяет получать очень высокий КПД.

Работа регулирующего транзистора в режиме ключа дает возможность получить с его выхода однополярные импульсы прямоугольной формы. Для последующего преобразования таких импульсов в постоянное напряжение служит сглаживающий фильтр Ф. Регулирующий элемент и сглаживающий фильтр охвачены отрицательной обратной связью, которую осуществляют блок сравнения БС и импульсный блок ИС. В блоке сравнения выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) напряжением. Получающаяся при этом разность напряжений воздействует на импульсный блок, который вырабатывает управляющие импульсы разной длительности или частоты следования, удовлетворяющие работе регулирующего элемента.

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения по способу управления регулирующего элемента подразделяются на стабилизаторы с частотно- импульсной модуляцией и широтно- импульсной модуляцией (ШИМ).

Рассмотрим работу ИСПН на примере релейного стабилизатора. В этом стабилизаторе в блоке сравнения функции сравнения эталонного (опорного) напряжения с выходным напряжением стабилизатора совмещены с функциями релейного устройства, те и другие функции выполняет стабилитрон Д₁.

Релейное устройство через транзисторы Т₃, Т₂, принадлежащие импульсному блоку, управляет регулирующим элементом- транзистором Т₁. В качестве сглаживающего фильтра чаще всего используются Г- образные LC- фильтры.

Релейный стабилизатор работает таким образом. При подаче постоянного входного напряжения Uвх регулирующий транзистор Т₁ открывается. Благодаря наличию индуктивной катушки Lф, ток через которую не может изменяться скачком, напряжение на выходе стабилизатора будет постепенно увеличиваться, bUвых, где b- коэффициент деления делителя R₈R₉R₁₀. При некотором значении этого напряжения стабилитрон Д₁ открывается, что приводит к отпиранию транзистора Т₃ и запиранию транзистора Т₂, так как транзистор Т₃ закрывает его вход. В свою очередь, транзистор Т₂ запирает регулирующий транзистор Т₁. После этого, напряжение на выходе стабилизатора и в блоке сравнения начинает уменьшаться. При определенном значении bUвых стабилитрон Д₁ закрывается, что приводит к запиранию транзистора Т₃ и отпиранию транзисторов Т₂ и Т₁. Далее процесс повторяется.

Изменения выходного напряжения из- за воздействия дестабилизирующих факторов приводят к соответствующим изменениям длительности закрытого и открытого состояний регулирующего транзистора Т₁, в результате, среднее значение выходного напряжения будет поддерживаться с определенной степенью точности.

Стабилитрон Д₂- для шунтирования обратного выброса ЭДС.

Основным преимуществом всех релейных ИСПН является их высокое быстродействие, а существенным недостатком- относительно большая амплитуда пульсаций выходного напряжения. Эти пульсации невозможно свести к нулю, т.к. переключение релейных элементов возможно только при изменениях выходного напряжения.