Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока

Могут работать на переменный или постоянный ток и используют принцип непрерывного или импульсного автоматического регулирования стабилизируемого параметра (напряжения или тока).

Структурные схемы.

Существуют 2 основные схемы:

- с последовательным включением регулируемого элемента по отношении к нагрузке.

- с параллельным включением регулируемого элемента.

Рисунок 13.12 – Структурная схема компенсационного стабилизатора с последовательным включением регулируемого элемента.

Рисунок 13.13 – Структурная схема компенсационного стабилизатора с параллельным включением регулируемого элемента.

В компенсационном стабилизаторе с последовательным включением регулируемого элемента напряжение на нагрузке Uн сравнивается с опорным напряжением

, (13.26)

где - коэффициент усиления.

В реальных стабилизаторах источник опорного напряжения (ИОН) питается от выходного стабильного напряжения .

, (13.27)

где - внутреннее потребление.

Недостатки:

- последовательное включение по отношению к нагрузке РЭ, требует большой пропускной способности по току в стабилизаторах с непрерывным регулированием;

- на РЭ постоянно рассеивается энергия и КПД трудно обеспечить выше 60%.

На практике используют импульсный режим автоматического регулирования.

Разгрузить РЭ по току позволяет схема с параллельным включением РЭ по отношению к нагрузке (рисунок 13.13).

тогда

Схема позволяет применить РЭ малой мощности, но ставит добавочное сопротивление (ДС).

Схема целесообразна в устройствах малой мощности с импульсным питанием.

Приведенные функциональные схемы отражают принципы работы в импульсных стабилизирующих устройствах, обеспечивающие импульсный режим работы.

13.4.1 Транзисторный компенсационный стабилизатор постоянного напяжения с непрерывным регулированием.

Рассмотрим наиболее распространенную схему с последовательным включением регулирующего элемента.

Рисунок 13.14

, , , , . Можно убедиться, что в схеме за счет действия отрицательной обратной связи, достигается стабилизация. Анализ показывает, что коэффициент стабилизации пропорционален в цепи ОС, который определяется:

(13.28)

(13.29)

Приведенная основа схем с непрерывным регулированием на практике может претерпевать различные усложнения по следующим направлениям.

В РЭ для увеличения коэффициента передачи и согласования мощного РЭ с маломощным УПТ прим схема составного транзистора.

Рисунок 13.15

УПТ для термокомпенсации может быть постороен по симметричной схеме (рисунок 13.16):

Рисунок 13.16

Для повышения устойчивости работы стабилизатора при импульсном потреблении тока нагрузкой на выходе стабилизатора может устанавливаться аккумулятор-емкость. Это подключение практически не увеличивает сглаживание пульсаций.

Увеличение сглаживания пульсаций достагается за счет:

- изменения способа питания УПТ (от отдельного дополнительного источника, непосредственно от входного стабилизатора, либо через эмиттерный повторитель от входного стабилизатора).

- изменения схемы сравнения, в частности при применении схемы сравнения с так называемой «с опущенной спорой».

В тех случаях, когда имеющиеся в распоряжении силовые трансформаторы не обеспечивают необходимый ток нагрузки Iн, применяется параллельное включение нескольких транзисторов (рисунок 13.17).

Рисунок 13.17

Используется также и последовательное включение транзисторов в РЭ для исключения опасности перегрузки по Uкэ.

Последние меры так же усложняют стабилизатор в целом и на практике схемы отличаются значительным разнообразием. В особенности, они включают ещё и устройства защиты от перегрузки по току и напряжению или даже устройствами сигнализации.

Современные схемы имеют тенденцию к использованию импульсных режимов работы.

13.4.2 Импульсные стабилизаторы.

Рисунок 13.18 - Структурная схема импульсного стабилизатора

СФ – сглаживающий фильтр;

ИЭ – импульсный элемент;

СхСиУ. – схема сравнения и усиления.

Эффективное сглаживание на рабочей частоте возможно фильтрами либо при условии достаточно большой рабочей частоты. Повышаются требования к быстродействию.

ИЭ может работать в автоколебательном режиме (релейный стабилизатор). При этом изменяется как длительность импульсов тока так и частота следования импульсов в нагрузке. Изменение частоты затрудняет эффективное сглаживание пульсации неперестраиваемым фильтром.

Частоту срабатывания ИЭ можно специально задавать, синхронизируя его работу с помощью задающего генератора (ЗГ). В том случае регулирование осуществляется за счет длительности импульсов тока.

РЭ, СхСиУ, ИОН схемно не отличаются от узлов, используемых в непрерывном стабилизаторе. В качестве ИЭ применяются релаксационные генераторы, мультивибраторы, триггеры и др.

Импульсные стабилизаторы в отличие от стабилизаторов с непрерывным регулированием позволяют реализовать высокие КПД и широко используются в современной технике.

Недостатки:

- усложнение схемы;

- импульсный режим работы исключает принципиально возможность снижения пульсации до нуля.

- осложнение обеспечения магнитной совместимости ИВЭП с электронной аппаратурой.

Для рационального использования непрерывного и импульсного методов регулирования и ослабления недостатков, соответствующих этим методам устройств, применяют стабилизаторы с двойным управлением.

13.4.3 Стабилизаторы с двойным управлением.

Рисунок 13.19 – Структурная схема стабилизатора с двойным управлением

Недостатки:

- высокие масса, габариты, стоимость;

- низкая эксплуатационная надежность;

- сложность.

В случае, если требуется получение повышенных значений коэффициента стабилизации, возможно использование двойного управления. Для этого РЭ ставятся на стороне как постоянного так и переменного тока. При этом коэффициент стабилизации получающегося таким образом двухкаскадного стабилизатора равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных каскадов.

В качестве РЭ на стороне переменного тока могут использоваться диодно-транзисторные схемы, тиристоры, магнитные усилители.