Последовательный компенсационный стабилизатор напряжения.
Это замкнутая САР с глубокой ООС.
Рис. 5.1
Схема – это статическая САР.
ИОН – источник образцового напряжения. Это задающее устройство.
УН – усилитель напряжения. Практически выполняется на ИС ОУ. Обеспечивает усиление сигнала ошибки и увеличивает точность стабилизации. ОУ выполняет такую функцию элемента сравнения, обеспечивая выпускание сигнала ОС 
задающего воздействия 
.
РЭ – регулирующий элемент на БТ, работает в классе А.
ДН – делитель напряжения, датчик напряжения.
Возмущающее воздействие в схеме: изменении тока нагрузки ( 
= 0 ХХ до 
= 
), а также возмещение входного 
.
Принцип действия СН.
При подключении 
и увеличении , напряжение 
сначала уменьшается за счет конечного значения 
. Разность напряжения на входе 
увеличивается.
, где 
= ∙ Кд
Транзистор РЭ открывается, при этом в большей степени и 
увеличивается, компенсируя тем самым подключение нагрузки, однако восстанавливается до исходного не полностью. Ошибка регулирования определяется свойствами статической САР.
,
– возмущающее воздействие 
.
– коэффициент передачи по возмущающемуся воздействию (от точки приложения до выхода).
(1)
– коэффициент передачи прямой цепи.
– коэффициент обратной связи
Рис. 5.2
Как видно из (1) для уменьшения статической ошибки ε необходимо увеличить коэффициент усиления 
. Практически берут 
> 10000 (5000).
Увеличение 
с целью увеличения точности стабилизации ограничивается возможностью возникновения автоколебаний в замкнутой САР. Действие схемы при изменении 
рассмотрено выше. В практических схемах СН помимо рассмотренных элементов предусматривается нелинейный блок защиты от КЗ или узел тока ограничения.
Основные параметры СН.
Коэффициент нестабильности по напряжению
Коэффициент стабилизации по напряжении.
Коэффициент сглаживания пульсаций. Отношение пульсаций на входе и выходе
( 
– амплитуда импульсаций)
Выходное сопротивление
Это сопротивление нормируется как результирующее сопротивление 
СН при действии ОС.
Все рассмотренные параметры нормируются только в рабочем диапозоне выходных напряжений и токов, которые также приводятся в справочниках или на этикетке.
При практической реализации возможны три основных варианта выполнения схемы СН.
1) Полностью на дискретных элементах (транзистор, сопротивление, стабилитрон)
2) С дискретными элементами и интегральными ОУ.
3) В интегральном исполнении (К142ЕН5А 
В, ≤ 3А).
Схема СН на дискретных элементах.
Рис. 5.3
VD1– ИОН, ЗУ, 
– задающее воздействие.Погрешность 
при различном значении 
будет изменять погрешность СН.
– задает ток стабилитрона.
VT1 – УН (усилитель).
– резистор коллектора нагрузки VT1. Обеспечивает его работу в классе А.
VT2 – РЭ – мощность транзистора, включается по схеме с ОК.
, 
– делитель напряжения, датчик напряжения, цепь ООС.
Как ЭС использует переход база-эмиттер
При подключении 
в первый момент уменьшается. При этом уменьшается напряжение на базе VT1. VT1 прикрывается. Напряжение коллектора VT1 увеличивается, что вызывает увеличение напряжения на базе VT2. VT2 открывается в большей степени и увеличивается , тем самым компенсируется первоначальное падение и действие нагрузки.
При изменении входнго напряжения 
напряжение меняется незначительно. Дополнительная погрешность стабилизации может быть вызвана нестабильностью напряжения стабилитрона.
Увеличить точность стабилизации ИОН можно за счет замены 
на ПТ, работающего как стабилизатор тока.
Схема компенсационного СН.
Рис. 5.4
VD1 – ИОН (задатчик)
– задает номинальный ток стабилизации
А1 – интегральный ОУ. Усилитель напряжения, уменьшающий погрешности стабилизации (сигнала ошибки (рассогласовывания)). Обеспечение необходимого входного тока 
(VT1).
, , 
датчик напряжения. Он же делитель напряжения. Кроме того, обеспечивает согласование уровней на входе-выходе, обеспечивает установку заданного уровня 
.
– датчик тока выхода (при перегрузке) в блоке тока ограничения.
VT1 – регулирующий элемент. Усилитель мощности (тока). Работает в режиме класса А. На VT1 выделяется большая мощность за счет тока нагрузки и падения напряжения 
., которое необходимо для обеспечения регулирующих свойств 
3–5 В.
VT2 – активный элемент блока токоограничения.
При подключении нагрузки в первый момент уменьшается за счет влияния VT1. При этом разность напряжения 
увеличивается.
В результате чего VT1 открывается в большей степени и увеличивается до такого уровня, при котором на выходе А1 устанавливается статическая ошибка.
Если максимальный ток нагрузки 
больше определенного значения, то падение напряжения на 
открывает VT2. Который прикрывает VT1, что препятствует дальнейшему увеличению отрицательной схемы токоограничения – потеря мощности на VT1 и увеличение габаритов радиатора VT1. Кроме узла ТО, отключающее устройство триггерного действия, которые восстанавливают режим работы СН автоматически или вручную.
Плюсы рассматриваемой схемы СН:
– Высокий коэффициент стабилизации. 
> 1000. Есть возможность его неограниченного увеличения.
– Низкое 
10-3…10 -4 Ом, которое также задается.
– Сравнительно большое значение КПД
– Возможность установки любого значения .
Коэффициент передачи схемы по задающему воздействию отличается от типового выражения для статической САР. Это объясняется разными коэффициентами усиления ОУ по положительному и отрицательному входу.
; 
при 
по возмущающему воздействию.
Вариант 3 СН – НС с 3 или 4 выводами.
Рис. 5.5
Пример: данные для СН К142ЕН5А.
=5В; =9…15В
Коэф фициент нестабильности 
=0,05%/B.
Ток нагрузки =3А.
Есть другие варианты НС–СН, в которых предусматривается возможность подключения «внешней цепи ОС» мощного выходного транзистора, обеспечивающего точную установку , напр. К142ЕН1
Стабилизаторы тока
Компенсационный СТ – САП с ОС по току. Все функциональные элементы в схеме СТ аналогичны схеме СН, кроме датчика тока. Датчик тока – низкоомный регистр, включенный последовательно с нагрузкой 
.
Схема №1.
Рис. 5.6
В схеме действует ООС последовательного типа. Все изменения сопротивления компенсируются изменением ОУ, обеспечивая поддежание постоянного 
с заданной точностью за счет действия цепи ООС.
СТ Схема №2.
Рис. 5.7
Положительная сторона такой схемы – минимальное число элементов.
В схеме присутствует параллельно последовательная глубокая ООС. В схеме отсутствует датчик тока и весь ток нагрузки поступает во входную цепь. При 
и 
.
При 
var, 
,т.е. не зависит от =const, т.е. стабилизируется.
Недостатки схемы:
– низкое сопротивление 
, т.к. 
.
– отсутствие общей точки у нагрузки, ИП и источника 
(ИОН).
СТ Схема №3.
Рис. 5.8
Любой транзистор по цепи КЭ является параметрическим стабилизатором тока по причине нелинейности выходной характеристики. Регулирующий элемент VT2. VT1 – усилитель сигнала ошибки, он же выполняет функции ЭС. 
- датчик тока, преобразует ток в сигнал 
.
– обязательный элемент усилительного каскада, коллекторная нагрузка VT1.
При увеличении с уменьшением сигнал 
увеличивается, VT1 приоткрывается, потенциал коллектора VT1 уменьшается, VT2 приоткрывается и уменьшая 
до исходного с заданной степенью точности.
для 
транзисторов,
где 0,66В – открывающее напряжение перехода.
Точность стабилизации определяется в первую очередь произведением 
и термостабильностью .
Импульсные СН (ИСН)
ИСН по сравнению с непрерывными СН имеют более высокий КПД (0,8…0,9), меньшие габариты и массу. Эти плюсы проявляются в максимальной степени при низком уровне входного сигнала, и больших токах нагрузки, когда падение напряжения на РЭ соизмеримо с .
Функциональная схема ИСН содержит цепь ОС, ИОН 
(стабилитрон) как у непрерывных, УН, ЭС, РЭ.
Отличие РЭ (тиристор) работает в импульсном (ключевом) режиме, поэтому потери мощности на РЭ значительно меньше,следовательно можно исключить массивные радиатоы.
Рис. 5.9
УН – для увеличения точности стабилизатора
ДН – датчик напряжения цепи ОС
ШИМ – широко–импульсный модулятор. Обеспечивает формирование периодического импульса управления с переменной длительностью функции напряжения 
при постоянной частоте следования импульсов.
Может выполняться на основе компаратора и ГПН. При этом должна обеспечиваться линейная или синусоидальная зависимость 
.
Выходная часть ИСН содержит ФНЧ с катушкой 
, 
.Одновременно с этим уменьшаются импульсы напряжения на РЭ, вызываемые противо ЭДС и 
.
Рис. 5.10
Ток через VD1 и РЭ в паузах создается за счет энергии, накопленной в катушке и в ФНЧ. Практически рабочие частоты коммутации РЭ имеет свои пределы 10–20 кГц и при их выборе должна решаться задача оптимизации.
Для уменьшения габаритов и массы СН частоту коммутации 
надо увеличивать, а для снижения потерь в ключе РЭ и катушки 
частоту необходимо уменьшать.
Применение импульсного СН целесообразно при мощности более 1–5кВт и низких уровнях 
(24В).
Дата: 2019-04-23, просмотров: 323.
