 |
Электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа.
|
|
|
|
Техническое задание.
Исходные данные.
Первичный источник питания - трехфазный генератор переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов.
1) Минимальная частота вращения генератора
nmin, об./мин. 1000
2) Максимальная частота вращения генератора
nmax, об./мин. 2000
3) Число пар полюсов, р 6
4) Диапазон входного напряжения Uвх., В 30-60
5) Номинальное выходное напряжение Uн., В 28
6) Номинальная мощность нагрузки Рн., Вт 250
7) Минимальная мошность нагрузки Рн мин., Вт 0
8) Амплитуда пульсаций напряжения на нагрузке, Uвыхм, В 0.1
9) Всплеск выходного напряжения при скачкообразном
уменьшении мощности на нагрузке от Рн до Рн мин., В 1
10) Допустимое отклонение выходного напряжения в установившемся режиме в процентах от номинального
значения, % 1
11) Температура окружающей Среды, С -60 - +60
12) Влажность воздуха, % 98
13) Срок службы, лет 10
14) КПД стабилизатора п более, % 90
Гальваническая развязка между первичным источником
питания и нагрузкой не требуется.
Разработка электрической схемы импульсного стабилизатора напряжения.
|
|
|
Анализ технического задания.
Стабилизатор напряжения - это устройство, поддерживающее неизменным напряжение на своем выходе, т.е. на нагрузке, при изменении входного напряжения и тока нагрузки.С точки зрения режима работы регулирующего элемента стабилизаторы напряжения разделяют на непрерывные (регулирующий элемент работает в линейном режиме) и дискретные (регулирующий элемент работает в ключевом режиме). Непрерывный стабилизатор напряжения не имеет смысла выбирать, так как его главным недостатком явлиется низкий КПД.Следовательно, свой выбор остановим на дискретном стабилизаторе напряжения. Дискретные стабилизаторы напряжения делятся на релейные и импульсные. Релейный стабилизатор работает в режиме автоколебаний, частота и амплитуда которых зависит от значений внешних возмущающих воздействий (входного напряжения и тока нагрузки), что является главным его недостатком. Наличие в системе питания автоколебаний может привести к неустойчивой работе некоторых систем, являющихся потребителями этой энергии. Поэтому в качестве стабилизирующего источника вторичного электропитания выбираем импульсный стабилизатор напряжения, характеризующийс тем, что у него частота коммутаций регулирующего транзистора постоянна и регулирующий транзистор управляется от модулятора ширины импульса (МШИ), т.е.стабилизация входного напряжения осуществляется за счет изменения времени нахождения транзистора в открытом состоянии.
Т.к. в техническом задании указан диапазон изменения входного напряжения: 30-60 В, а значание выходного напряжения: 28 В и не требуется гальванической развязки между первичным источником питания и нагрузкой, то выбираем импульсный стабилизатор напряжения понижающего типа.
Электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа.
Iп.ср. Iк L Iн
|
|
|
VT
Iсп I L
|
Uп VD
Сп Iд Iсн Сн Uн Rн
Рис.4
В импульсном стабилизаторе напряжений регулирующий элемент транзистор (VT) работает в режиме переключений.VT коммутируется с постоянной и высокой частотой. Регулирование напряжения на нагрузке осуществляется за счет изменения времени включения VT. Когда VT включен, конденсатор Сн заряжается, и ток течет по контуру, показанном на рис.5а.
Сп Сн Rн
 | ||||
 | ||||
 | ||||
Рис.5а.
Происходит накопление электромагнитной энергии в дросселе и конденсаторе, при этом в дросселе возникает ЭДС самоиндукции Ulнак.Энергия источника питания передается в нагрузку.
При выключении VT ток в дросселе мгновенно упасть не может: он медленно уменьшается, что приводит к возникновению ЭДС рассасывания Ul рас., препятствующей уменьшению тока.Если бы не было диода VD при большой скорости выключения VT, то Uрас. достигла бы большой величины, т.к. по формуле:
Ul = L*di
dt
При наличии VD, как только Ul рас. достигнет величины Uvd+Uн пр то образуется контур для рассеивания накопленной в дросселе энергии, и под действием Ul ток потечет по контуру, показанном на рис.5б. Накопленная в элементах L и Сн энергия передается в нагрузку. Осциллограммы работы стабилизатора напряжения показаны на рис.6.
 |
VD Cн Rн
 |
Рис.5б.
Uвх
Uп
t
Uкэ
 |
Uкэн Uп-Uд пр.
 |  | ||||
 | |||||
U L
U L нак
 |
U L расс.
|
|
|
Uд Uд пр.
 |
Uп-Uкэн
| |  |
Iк
 | |||||
 | |||||
 | |||||
Iд
 |
I L
 |
Рис.6.
Временем включенного состояния VT управляет модулятор ширины импульса (МШИ). Это устройство, преобразующее сигнал постоянного тока в последовательность импульсов неизменных высоты и периода следования. Классическая структура МШИ приведена на рис.7.
Она состоит из:
1) генератора тактовых импульсов (ГТИ), вырабатывающего короткие импульсы стабильной частоты, а следовательно и постоянного периода следования;
2) генератора пилообразного напряжения (ГПИ), который запускается импульсами ГТИ.После прихода каждого короткого импульса ГТИ появляется линейно нарастающее напряжение, которое с приходом очередного импульса быстро падает до нуля и потом снова начинает нарастать;
3) компаратора (К), на инвертирующий вход которого подается пилиобразное напряжение, а на неинвертирующий вход - сигнал постоянного тока, который является входным для МШИ.
На рис.8 показаны сигналы на входах компаратора и выходной сигнал МШИ. На участке (0 - t1) напряжение на неинвертирующем входе компаратора, равное Uвх.мши, больше пилообразного напряжения на инвертирующем входе. Следовательно на выходе компаратора будет положительный сигнал, равный Е пит.. На участке (t1 - t2) пилообразное напряжение выше, чем постоянный входной сигнал, и напряжение на выходе компаратора будет отрицательным.
Uтг Uгпн
 |
|
|
t t
т
Епк
 |
K Uвых.мши
 | |||||||
 |  | ||||||
 | |||||||
|
|
|
Uвх. мши Епк
Uвых.мши
t
 | |  | |||
T
Рис.7.
Uвх.мши Uвх.мши Uгпн
Uгпн
 |
t
 |
Uвых.мши
t
0 t1 t2
| |  | |  |
Рис.8.
|
|
|
