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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Перспективы альтермагнетизма для сверхбыстрой электроники 12.12.2024 Магнитные свойства материалов играют ключевую роль в создании современных технологий - от магнитных хранилищ данных до сенсоров и процессоров. Ученые давно изучают магнитные явления и различают материалы с сильными, слабыми или вовсе отсутствующими магнитными свойствами. Однако недавнее открытие физиков может перевернуть представления о магнетизме: они доказали существование альтермагнетизма - нового типа магнитного поведения, которое открывает перспективы для создания более быстрых и эффективных электронных устройств. Альтермагнетизм как явление обсуждался в научной среде на протяжении последних четырех лет, но только сейчас физики смогли экспериментально подтвердить его существование. С помощью мощного рентгеновского микроскопа исследователи получили убедительные доказательства альтермагнетизма, изучая уникальные свойства кристаллической структуры нового материала. Чтобы понять уникальность альтермагнитных материалов, стоит вспомнить существующие типы магнетизма. Например, ферромагнитные материалы (такие как железо) сильно реагируют на магнитные поля, потому что их электроны вращаются параллельно друг другу, создавая устойчивое магнитное поле. Именно такие материалы используются для создания жестких дисков и магнитных накопителей. В антиферромагнитных материалах электроны соседних атомов вращаются в противоположных направлениях, нейтрализуя магнитное поле и делая материал невосприимчивым к внешним магнитным воздействиям. Альтермагнитные материалы, как выяснили ученые, объединяют свойства обоих типов магнетизма. Электроны в них вращаются особым образом внутри кристаллической решетки, образуя сложные магнитные структуры. Именно это поведение и придает материалам их уникальные альтермагнитные характеристики, которые позволяют добиться высокой скорости обработки информации. В ходе экспериментов физики впервые зафиксировали альтермагнитные свойства у теллурида марганца - сплава марганца и теллура. С помощью рентгеновского микроскопа ученые наблюдали магнитные вихри внутри кристаллической структуры этого материала в масштабе 100 нанометров. Кроме того, они смогли изменять альтермагнитную конфигурацию материала различными методами, что подтверждает гибкость и потенциал управления его свойствами. По мнению исследователей, использование альтермагнитных материалов позволит в 1000 раз увеличить скорость обработки и хранения данных по сравнению с традиционными магнитными накопителями. Это открывает широкие перспективы для создания сверхбыстрых и надежных электронных устройств, которые могут стать основой будущей электроники. Однако теллурид марганца не подходит для массового производства из-за его токсичности. Поэтому следующая задача ученых - найти альтермагнитные материалы, безопасные и доступные для промышленной обработки. Исследователи предполагают, что около 100 различных сплавов могут обладать альтермагнитными свойствами, и их предстоящее изучение станет ключевым этапом на пути к практическому применению этой технологии.

Другие интересные новости:

▪ Водяной велосипед

▪ Палочки для еды, усиливающие соленый вкус

▪ Многократно наносимые и стираемые чернила

▪ Искусственная сетчатка поможет незрячим

▪ Jawbone Up следит за здоровьем

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электродвигатели. Подборка статей

▪ статья Оглянись во гневе. Крылатое выражение

▪ статья С помощью чего можно лопать пузырчатую упаковку в бесконечном режиме? Подробный ответ

▪ статья Ценхрус реснитчатый. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Устранение щелчков при включении и выключении аппаратуры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Свет без проводов. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026