Разработка и исследование компенсационного стабилизатора с импульсным регулированием и входным фильтром
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ючен, либо выключен) потери энергии минимальны;
меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
На рисунке 5 изображена структурная схема компенсационного стабилизатора с импульсным регулированием.
Рисунок 5 - Структурная схема импульсного стабилизатора
РЭ - регулирующий элемент. Его функции в импульсных стабилизаторах выполняет ключ на биполярном транзисторе. Когда он открыт, он находится в насыщении, поэтому падение напряжения ан нем мало, что обеспечивает малую мощность рассеивания. Другое его состояние соответствует отсечке. В этом случае ток транзистора практически равен нулю, и мощность рассеивания также равна нулю. Для уменьшения пульсаций выходного напряжения частоту переключения элемента необходимо выбирать как можно больше, однако при этом возрастает время, в течение которого транзистор находится в переходном (активном) режиме, когда имеет место относительно большое падение напряжения на транзисторе и относительно большой ток, и, соответственно, рассеивается повышенная мощность. Поэтому рабочая частота импульсного стабилизатора является результатом некоторого компромисса и находится в пределах от 5кГц до 20кГц. В данной работе частота преобразования равна 20кГц, что удовлетворяет этому условию.
УС - устройство сравнения. Оно сравнивает выходное напряжение с опорным. В компенсационных стабилизаторах с импульсным регулированием устройство сравнения выполнено на компараторе. Компаратор напряжения - это логическое устройство, предназначенное для сравнения двух аналоговых сигналов. При их равенстве компаратор резко меняет состояние своего выхода.
НЭ - накопительный элемент. Его роль выполняет конденсатор. Он заряжается, когда транзистор ключевого элемента находится в насыщении, и питает нагрузку, когда транзистор находится в отсечке.
R1 и R2 - делитель напряжения для согласования уровней выходного и опорного напряжений.
(1).
Базовый вариант схемы компенсационного стабилизатора напряжения с импульсным регулированием приведен на рис. 6.
Рисунок 6 - Базовая схема импульсного стабилизатора
Однако в задании говорится о том, что в данной схеме необходим входной фильтр. Роль фильтра выполняет конденсатор. Для подачи Uоп. на компаратор можно использовать отдельный источник питания, но это не очень удобно, т.к. в этом случае нужен дополнительный источник питания. Вместо этого можно использовать один источник Uвх., поставив между ним и входом компаратора простейший параметрический стабилизатор, состоящий из стабилитрона и резистора. Таким образом схема, которую я выбрал для расчета выглядит так, как показано на рисунке 7.
Рисунок 7 - Выбранная схема для расчета
Назначение элементов и принцип работы схемы
VT1, R1, R2, R3 - ключ на биполярном транзисторе. В нем R1 обеспечивает второй способ надежного закрывания ключа. R2 задает входной базовый ток. R3 ограничивает ток коллектора транзистора в режиме насыщения.
А1 - интегральный компаратор напряжения, необходимый для сравнения выходного и опорного напряжений.
С1 - конденсатор, выполняющий роль входного фильтра.
С2 - конденсатор, выполняющий роль накопительного элемента.
R4 - резистор, обеспечивающий положительную обратную связь для быстрого и устойчивого переключения компаратора.
VD1, R5 - простейший параметрический стабилизатор напряжения, обеспечивающий подачу на компаратор опорного напряжения от входного источника.
R6, R7 - цепь для согласования уровней выходного и опорного напряжений.
В исходном состоянии при отключенном входном напряжении конденсатор С2 разряжен, поэтому Uвых.=0. В момент подачи входного напряжения Uоп становится больше, чем UА, т.к. конденсатор мгновенно зарядиться не может. При этом компаратор будет находиться в состоянии низкого импеданса, благодаря чему появляется базовый ток транзистора VT1, открывающий его. Появляется ток коллектора, заряжающий конденсатор С2. В результате возрастает выходное напряжение, а вместе с ним и напряжение в точке А. В этом случае напряжение в точке А определяется по эквивалентной схеме, изображенной на рисунке 8а.
Рисунок 8 - Эквивалентные схемы для определения напряжения в точке А:
а) когда компаратор в состоянии низкого импеданса
б) когда компаратор в состоянии высокого импеданса
Как только напряжение в точке А становится равным опорному, компаратор переключается и входит в состояние высокого импеданса. При этом левый вывод R4 подключается к источнику входного напряжения через резисторы R1 и R2, т.к. сопротивление компаратора в этом состоянии очень велико. За счет этого напряжение в точке А скачком увеличится, т.к. теперь на него влияют два источника - Uвх. и Uвых. Это увеличение форсирует переключение компаратора. При этом ток базы транзистора VT1 мал, и транзистор входит в отсечку. Конденсатор С2 начинает разряжаться через нагрузку (резисторы R6 и R7 не учитываются, т.к. они высокоомные, и по ним потечет маленький ток, не соизмери