Усовершенствование импульсного стабилизатора напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Стабилизаторы напряжения

 Комментарии к статье

В журнале "Радио" № 8 за 1985 год в статье "Простой ключевой стабилизатор напряжения" был описан импульсный стабилизатор напряжения, который при относительной простоте технического решения имеет высокие энергетические показатели и вполне пригоден для электропитания устройств на микросхемах ТТЛ. Вместе с этим при дальнейшей доработке стабилизатора такие его характеристики, как КПД, нестабильность выходного напряжения, длительность и характер переходного процесса при воздействии импульсной нагрузки, удалось значительно улучшить.

Установлено, что при работе стабилизатора возникает так называемый сквозной ток через составной ключевой транзистор. Этот ток появляется в те моменты, когда по сигналу узла сравнения ключевой транзистор открывается, а коммутационный диод еще не успел закрыться. Наличие этого тока вызывает дополнительные потери на нагревание транзистора и диода и уменьшает КПД всего устройства.

Еще один недостаток - значительная пульсация выходного напряжения при токе нагрузки, близком к предельному. Для борьбы с пульсациями в стабилизатор был введен дополнительный выходной LC-фильтр (L2C6). Уменьшить нестабильность выходного напряжения от изменения тока нагрузки можно только уменьшением активного сопротивления дросселя L2. Улучшение динамики переходного процесса (в частности, понижение его длительности) связано с необходимостью уменьшить индуктивность дросселя, но при этом неизбежно увеличится пульсация выходного напряжения.

Рис.1 (нажмите для увеличения)

Поэтому оказалось целесообразным фильтр L2C6 исключить (рис. 1), а общую емкость конденсаторов С3, С4 увеличить в 5...10 раз параллельным соединением в батарею нескольких конденсаторов. На рис. 2 изображен вид переходного процесса в доработанном стабилизаторе при импульсном характере нагрузки. Сравнение с графиком, представленным на рис. 3,а в вышеупомянутой статье, показывает значительное улучшение переходного процесса.

Рис.2

Нагрузочные характеристики Uвых=f(Iн) (см. также рис. 2,б той же статьи) при различных значениях входного напряжения доработанного стабилизатора изображены на рис. 3. Из сравнения этих рисунков видно, что нестабильность выходного напряжения в интервале выходного тока от 0,5 до 4 А при входном напряжении 15...25 В уменьшилась в 2 раза.

Рис.3

Цепь R3C2 в исходном стабилизаторе практически не изменяет длительности спада выходного тока, поэтому ее можно удалить (замкнуть резистор R3), а сопротивление резистора R4 увеличить до 820 Ом. Но тогда при увеличении входного напряжения с 15 В до 25 В ток, протекающий через резистор R4 (в исходном устройстве), будет увеличиваться в 1,7 раза, а мощность рассеивания - в 3 раза (до 0,7 Вт). Подключением нижнего по схеме вывода резистора R4 (на схеме доработанного стабилизатора он тоже R4) к плюсовому выводу конденсаторов С3, С4 этот эффект можно ослабить, но при этом его сопротивление должно быть уменьшено до 620 Ом.

Один из эффективных путей борьбы со сквозным током - увеличение времени нарастания тока через открывшийся ключевой транзистор. Тогда при полном открывании транзистора ток через диод VD1 уменьшится почти до нуля. Этого можно достигнуть, если форма тока через ключевой транзистор будет близка к треугольной. Как показывает расчет, для получения такой формы тока индуктивность накопительного дросселя L1 не должна превышать 30 мкГн.

Еще один путь - применение более быстродействующего коммутационного диода (VD1), например, КД219Б. Это так называемый диод с барьером Шоттки. У таких диодов выше быстродействие и меньше падение напряжения при одном и том же значении тока по сравнению с обычным кремниевым высокочастотным. Конденсаторы С3-С7 - из серии К52-1.

Все перечисленные выше изменения не приводят к значительному изменению принципиальной схемы и печатной платы стабилизатора.

Улучшение параметров устройства может быть получено и при изменении режима работы ключевого транзистора. Особенность работы мощного транзистора VT3 в исходном и улучшенном стабилизаторах состоит в том, что он работает в активном режиме, а ненасыщенном, и поэтому имеет высокое значение коэффициента передачи тока и быстро закрывается. Однако из-за повышенного напряжения на нем, когда он открыт, рассеиваемая мощность в 1,5...2 раза превышает минимально достижимое значение.

Понизить напряжение на ключевом транзисторе можно подачей положительного относительно плюсового провода питания напряжения смещения на эмиттер транзистора VT2 (см. рис. 1). Значение напряжения смещения подбирают при налаживании стабилизатора. Если он питается от выпрямителя, подключенного к сетевому трансформатору, то для получения напряжения смещения можно предусмотреть отдельную обмотку на трансформаторе. Однако при этом напряжение смещения будет изменяться вместе с сетевым.

Для получения стабилизированного напряжения смещения стабилизатор надо доработать (рис. 4), а дроссель превратить в трансформатор Т1, намотав дополнительную обмотку II. Когда ключевой транзистор закрыт, а диод VD1 открыт, напряжение на обмотке 1 определяется из выражения: U1==Uвых+Uvd1. Поскольку напряжение на выходе и на диоде в это время меняется незначительно, то независимо от значения входного напряжения на обмотке II напряжение практически стабилизировано. После выпрямления его подают на эмиттер транзистора VT2.

Рис.4 (нажмите для увеличения)

Улучшение энергетических характеристик второго варианта доработанного стабилизатора иллюстрирует рис. 5, где для сравнения показаны аналогичные зависимости и первого варианта (сравните также с рис. 2,а в упомянутой выше статье). При этом потери на нагрев снизились в первом варианте доработанного стабилизатора на 14,7%, а во втором - на 24,2%, что позволяет им работать при токе нагрузки до 4 А без установки ключевого транзистора на теплоотвод.

Рис.5

В стабилизаторе варианта 1 дроссель L1 содержит 11 витков, намотанных жгутом из восьми проводников ПЭВ-1 0,35. Обмотку помещают в броневой магнитопровод Б22 из феррита 2000НМ. Между чашками нужно заложить прокладку из текстолита толщиной 0,25 мм. В стабилизаторе варианта 2 трансформатор Т1 образован намоткой поверх катушки дросселя L1 двух Витков провода ПЭВ-1 0.35. Вместо германиевого диода Д310 можно использовать кремниевый, например, КД212А или КД212Б, при этом число витков обмотки II нужно увеличить до трех.

Автор: А. Миронов г. Люберцы Московской обл.; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Стабилизаторы напряжения.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Измерено время квантового туннелирования 05.04.2019 Если вы ударите мячом об стену, он отскочит в обратном направлении в соответствии со всеми канонами классической физики. Но мир квантовой физики является намного более загадочным и непредсказуемым, если вместо мяча взять квантовую частицу, то она может внезапно появиться с другой стороны стены благодаря явлению, называемому квантовым туннелированием. Несмотря на то, что это явление изучено достаточно хорошо и широко используется в практических целях, лишь недавно группе ученых-физиков удалось измерить время, требующееся на "телепортацию" частицы из одного места в другое. Явление квантового туннелирования используется в электронных микроскопах, диодах, транзисторах и некоторых других электронных компонентах. Именно это явление несет ответственность за самопроизвольный распад радиоактивных элементов, именно при помощи квантового туннелирования частицы, из которых состоят ядра атомов радиоактивных элементов, покидают пределы этих ядер. Несмотря на достаточно высокую степень изученности явления квантового туннелирования, ученым до последнего времени не было достоверно известно, сколько времени занимает процесс перехода частицы сквозь барьер. Некоторые из ученых предполагали, что туннелирование происходит мгновенно, но это, в свою очередь, означает, что частица движется быстрее скорости света и она может стать нарушителем причинно-следственных связей. Для измерения времени квантового туннелирования, исследователи из университета Гриффита (Griffith University) и австралийского Национального университета "обрушили" на атомы водорода свет мощного лазера, который излучает 1000 импульсов за одну секунду. Это, по мнению ученых, должно было создать правильные условия, при которых электрон может "сбежать" из атома и дать возможность измерить время туннелирования. В результате экспериментов ученые получили обескураживающие результаты. Весьма похоже, что квантовое туннелирование происходит практически мгновенно, на этот процесс требуется менее 1.8 аттосекунды (одной миллиардной доли из одной миллиардной доли секунды). Интересен тот факт, что это не первая попытка измерения времени квантового туннелирования. В 2017 году исследователи из института Макса Планка, Германия, используя атомы криптона и аргона, выяснили, что для туннелирования частиц требуется порядка 180 аттосекунд времени. Тем не менее, ученые считают, что в результатах более ранних экспериментов могли возникнуть ошибки из-за их сложности, связанных с использованием более сложных атомов, нежели атомы водорода, у которых имеется всего один электрон.

Другие интересные новости:

▪ Новый VoIP-чип для систем Wi-Fi-телефонии

▪ Самая маленькая камера с ультразумом

▪ Нужен сканер для бутылок

▪ Качественное выращивание на кремнии полупроводниковых лазеров

▪ Однокристальный контроллер SM2320 для портативных внешних SSD

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Прошивки. Подборка статей

▪ статья Много шума из ничего. Крылатое выражение

▪ статья Как город Ном, что на Аляске, получил свое имя? Подробный ответ

▪ статья Слесарь по ремонту и техническому обслуживанию газового оборудования автомобилей. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Усилитель PowerAmper 250. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Отрезанный палец. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026