Відмінності між версіями «Імпульсний стабілізатор напруги»

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
[перевірена версія][перевірена версія]
Рядок 1: Рядок 1:
 
[[Файл:ATX power supply interior-1000px transparent.png|міні|300пкс|[[Імпульсний стабілізатор напруги]] [[Персональний комп'ютер|персонального комп'ютера]]]]
 
[[Файл:ATX power supply interior-1000px transparent.png|міні|300пкс|[[Імпульсний стабілізатор напруги]] [[Персональний комп'ютер|персонального комп'ютера]]]]
'''Імпульсний стабілізатор напруги''' (ключовий стабілізатор напруги<ref>[http://www.ukrndnc.org.ua/index.php?option=com_terminus&Itemid=194&task=view&id=9467 Національний банк стандартизованих науково-технічних термінів]</ref>) - це [[стабілізатор напруги]], в якому регулювальний елемент працює в ключовому режимі, тобто більшу частину часу він знаходиться або в режимі відсічення, коли його опір максимально великий, або в режимі насичення - коли опір регулювального елемента максимально малий.
+
'''Імпульсний стабілізатор напруги''' (ключовий стабілізатор напруги<ref>[http://www.ukrndnc.org.ua/index.php?option=com_terminus&Itemid=194&task=view&id=9467 Національний банк стандартизованих науково-технічних термінів]</ref>)&nbsp;— це [[стабілізатор напруги]], в якому регулювальний елемент працює в ключовому режимі, тобто більшу частину часу він знаходиться або в режимі відсічення, коли його опір максимально великий, або в режимі насичення&nbsp;— коли опір регулювального елемента максимально малий.
   
 
== Принцип роботи ==
 
== Принцип роботи ==
  +
 
=== Безтрансформаторний стабілізатор зі зменшенням напруги ===
 
=== Безтрансформаторний стабілізатор зі зменшенням напруги ===
 
[[Файл:Buck conventions.svg|200px|ліворуч]]
 
[[Файл:Buck conventions.svg|200px|ліворуч]]
Рядок 11: Рядок 12:
 
=== Безтрансформаторний стабілізатор з підвищенням напруги ===
 
=== Безтрансформаторний стабілізатор з підвищенням напруги ===
 
[[Файл:Boost conventions.svg|200px|ліворуч]]
 
[[Файл:Boost conventions.svg|200px|ліворуч]]
В цій схемі комутуючий елемент S ввімкнутий після дроселя. Коли він замкнутий, струм від джерела тече через дросель L; струм через нього збільшується, в ньому накопичується енергія. При роз'єднанні кола струм від джерела тече через дросель L, діод D і опір навантаження. Напруга джерела і ЕРС самоіндукції дроселя прикладені в одному напрямку і сумуються на опорі навантаження. Струм поступово зменшується, дросель віддає енергію в навантаження. Поки перемикач замкнутий, навантаження живиться напругою конденсатора C. Діод D не дає йому розрядитися через ключ S.
+
В цій схемі комутуючий елемент S ввімкнутий після дроселя. Коли він замкнутий, струм від джерела тече через дросель L; струм через нього збільшується, в ньому накопичується енергія. При роз'єднанні кола струм від джерела тече через дросель L, діод D і опір навантаження. Напруга джерела і ЕРС самоіндукції дроселя прикладені в одному напрямку і сумуються на опорі навантаження. Струм поступово зменшується, дросель віддає енергію в навантаження. Поки перемикач замкнутий, навантаження живиться напругою конденсатора C. Діод D не дає йому розрядитися через ключ S.
   
 
=== Трансформаторний імпульсний стабілізатор ===
 
=== Трансформаторний імпульсний стабілізатор ===
Рядок 18: Рядок 19:
 
Трансформаторний імпульсний стабілізатор включає (див. Блок-схему імпульсного стабілізатора напруги):
 
Трансформаторний імпульсний стабілізатор включає (див. Блок-схему імпульсного стабілізатора напруги):
 
* Випрямляч змінного струму побутової частоти (50 або 60 Гц) з накопичувальним конденсатором значної ємності.
 
* Випрямляч змінного струму побутової частоти (50 або 60 Гц) з накопичувальним конденсатором значної ємності.
* [[Інвертор]] - перетворює постійний струм в змінний високої частоти (звичайно в діапазоні 10-100 кГц).
+
* [[Інвертор]]&nbsp;— перетворює постійний струм в змінний високої частоти (звичайно в діапазоні 10-100 кГц).
 
* Схему управління інвертором, яка забезпечує стабілізацію вихідної напруги (в окремих випадках також захист, спеціальні режими пуску тощо).
 
* Схему управління інвертором, яка забезпечує стабілізацію вихідної напруги (в окремих випадках також захист, спеціальні режими пуску тощо).
 
* Високочастотний вихідний трансформатор для гальваничної розв'язки та пониження напруги з інвертора до необхідного рівня або рівнів.
 
* Високочастотний вихідний трансформатор для гальваничної розв'язки та пониження напруги з інвертора до необхідного рівня або рівнів.
 
* Вихідний випрямляч з фільтром (може бути кілька).
 
* Вихідний випрямляч з фільтром (може бути кілька).
   
Змінна напруга електричної мережі (в залежності від регіону світу між 100-240В і 50-60Гц) [[Випрямлення змінного струму|випрямляється]] на вхідному діодному мосту і згладжується конденсатором великої ємності, після чого подається на високочастотний інвертор. Регулювання вихідної напруги відбувається шляхом широтно-імпульсної мудуляції в схемі управління - порівнянням вихідної напруги з пилкоподібними імпульсами. При цьому час, поки ключ виявляється закритим, виявляється пропорційним вихідній напрузі, і таким чином зміна енергії в вихідному високочастотному трансформаторі забезпечує стабілізацію вихідної напруги стабілізатора.
+
Змінна напруга електричної мережі (в залежності від регіону світу між 100—240В і 50-60Гц) [[Випрямлення змінного струму|випрямляється]] на вхідному діодному мосту і згладжується конденсатором великої ємності, після чого подається на високочастотний інвертор. Регулювання вихідної напруги відбувається шляхом широтно-імпульсної мудуляції в схемі управління&nbsp;— порівнянням вихідної напруги з пилкоподібними імпульсами. При цьому час, поки ключ виявляється закритим, виявляється пропорційним вихідній напрузі, і таким чином зміна енергії в вихідному високочастотному трансформаторі забезпечує стабілізацію вихідної напруги стабілізатора.
   
 
=== Переваги та недоліки імпульсного стабілізатора напруги ===
 
=== Переваги та недоліки імпульсного стабілізатора напруги ===
 
У порівнянні зі стабілізатором напруги на силовому трансформаторі імпульсний стабілізатор має наступні переваги:
 
У порівнянні зі стабілізатором напруги на силовому трансформаторі імпульсний стабілізатор має наступні переваги:
* Вхідний конденсатор працює при напрузі, яка становить <math>U_c=1.41U_{in}</math>, де <math>U_{in}</math> - напруга в мережі (для мережі 220 В напруга на конденсаторі становить біля 310 В). Зважуючи на те, що енергія конденсатора пропорційна квадрату напруги <math>E=(CU^2)/2</math>, конденсатор здатен запасати значну енергію при відносно невеликій ємності.
+
* Вхідний конденсатор працює при напрузі, яка становить <math>U_c=1.41U_{in}</math>, де <math>U_{in}</math>&nbsp;— напруга в мережі (для мережі 220 В напруга на конденсаторі становить біля 310 В). Зважуючи на те, що енергія конденсатора пропорційна квадрату напруги <math>E=(CU^2)/2</math>, конденсатор здатен запасати значну енергію при відносно невеликій ємності.
 
* Розсіювана на ключовому елементі інвертора потужність складає <math>P=UI</math>. Зважаючи на те, що цей елемент більшу частину часу знаходиться або в режимі малого струму (коли він закритий), або в режимі малої напруги (коли відкритий), розсіювана на ключі потужність є незначною.
 
* Розсіювана на ключовому елементі інвертора потужність складає <math>P=UI</math>. Зважаючи на те, що цей елемент більшу частину часу знаходиться або в режимі малого струму (коли він закритий), або в режимі малої напруги (коли відкритий), розсіювана на ключі потужність є незначною.
 
* Вихідний трансформатор та вихідні фільтри працюють на високій частоті, тому їх розміри можуть бути незначними.
 
* Вихідний трансформатор та вихідні фільтри працюють на високій частоті, тому їх розміри можуть бути незначними.
Рядок 62: Рядок 63:
   
 
== Примітки ==
 
== Примітки ==
  +
{{примітки}}
<references/>
 
   
 
== Література ==
 
== Література ==

Версія за 17:30, 19 вересня 2016

Імпульсний стабілізатор напруги (ключовий стабілізатор напруги[1]) — це стабілізатор напруги, в якому регулювальний елемент працює в ключовому режимі, тобто більшу частину часу він знаходиться або в режимі відсічення, коли його опір максимально великий, або в режимі насичення — коли опір регулювального елемента максимально малий.

Принцип роботи

Безтрансформаторний стабілізатор зі зменшенням напруги

Buck conventions.svg

Окрім ключа S, найпростіша схема з дроселем L включає діод D і конденсатор C. Коли ключ S замикає коло, струм від джерела тече через дросель L в навантаження. ЕРС самоіндукції дроселя скерована проти напруги джерела напруги. В результаті напруга на опорі навантаження дорівнює різниці напруг джерела і ЕРС самоіндукції дроселя, струм через дросель росте, як і напруга на конденсаторі C і навантаженні. При розімкнутому ключі S струм продовжує текти через дросель в тому ж напрямку через діод D і навантаження, а також конденсатор C. ЕРС самоіндукції прикладена до опору R через діод D, струм через дросель зменшується, як і напруга на конденсаторі C і на навантаженні.

В якості перемикача S може бути використаний польовий чи біполярний транзистор, або тиристор. Напруга на опорі навантаження не може перевищувати напругу джерела.

Безтрансформаторний стабілізатор з підвищенням напруги

Boost conventions.svg

В цій схемі комутуючий елемент S ввімкнутий після дроселя. Коли він замкнутий, струм від джерела тече через дросель L; струм через нього збільшується, в ньому накопичується енергія. При роз'єднанні кола струм від джерела тече через дросель L, діод D і опір навантаження. Напруга джерела і ЕРС самоіндукції дроселя прикладені в одному напрямку і сумуються на опорі навантаження. Струм поступово зменшується, дросель віддає енергію в навантаження. Поки перемикач замкнутий, навантаження живиться напругою конденсатора C. Діод D не дає йому розрядитися через ключ S.

Трансформаторний імпульсний стабілізатор

Блок-схема імпульсного стабілізатора напруги
Спрощена принципова схема імпульсного стабілізатора напруги з блоком порівняння на операційному підсилювачі

Трансформаторний імпульсний стабілізатор включає (див. Блок-схему імпульсного стабілізатора напруги):

  • Випрямляч змінного струму побутової частоти (50 або 60 Гц) з накопичувальним конденсатором значної ємності.
  • Інвертор — перетворює постійний струм в змінний високої частоти (звичайно в діапазоні 10-100 кГц).
  • Схему управління інвертором, яка забезпечує стабілізацію вихідної напруги (в окремих випадках також захист, спеціальні режими пуску тощо).
  • Високочастотний вихідний трансформатор для гальваничної розв'язки та пониження напруги з інвертора до необхідного рівня або рівнів.
  • Вихідний випрямляч з фільтром (може бути кілька).

Змінна напруга електричної мережі (в залежності від регіону світу між 100—240В і 50-60Гц) випрямляється на вхідному діодному мосту і згладжується конденсатором великої ємності, після чого подається на високочастотний інвертор. Регулювання вихідної напруги відбувається шляхом широтно-імпульсної мудуляції в схемі управління — порівнянням вихідної напруги з пилкоподібними імпульсами. При цьому час, поки ключ виявляється закритим, виявляється пропорційним вихідній напрузі, і таким чином зміна енергії в вихідному високочастотному трансформаторі забезпечує стабілізацію вихідної напруги стабілізатора.

Переваги та недоліки імпульсного стабілізатора напруги

У порівнянні зі стабілізатором напруги на силовому трансформаторі імпульсний стабілізатор має наступні переваги:

  • Вхідний конденсатор працює при напрузі, яка становить , де  — напруга в мережі (для мережі 220 В напруга на конденсаторі становить біля 310 В). Зважуючи на те, що енергія конденсатора пропорційна квадрату напруги , конденсатор здатен запасати значну енергію при відносно невеликій ємності.
  • Розсіювана на ключовому елементі інвертора потужність складає . Зважаючи на те, що цей елемент більшу частину часу знаходиться або в режимі малого струму (коли він закритий), або в режимі малої напруги (коли відкритий), розсіювана на ключі потужність є незначною.
  • Вихідний трансформатор та вихідні фільтри працюють на високій частоті, тому їх розміри можуть бути незначними.

Як наслідок, імпульсні стабілізатори напруги мають високий ККД при невеликих розмірах, вазі і вартості.

Недоліком таких стабілізаторів є значне високочастотне випромінювання і, як наслідок, необхідність екранування в чутливій апаратурі. Крім того, на виході стабілізатора можуть бути присутні пульсації, які виникають через високочастотні наведення від трансформатора та з'єднуючих провідників.

Різновиди

За співвідношенням вхідної та вихідної напруги
  • Знижуючі
  • Підвищуючі
  • З довільною зміною напруги
  • Інвертори
За типом ключового елемента
Інтегруючим елементом може бути
Залежно від режиму роботи поділяються на

Застосування

Імпульсні блоки живлення майже повністю замінили блоки живлення на силовому трансформаторі. Вони використовуються практично у всіх пристроях, підключених до побутової мережі напруги: телевізорах, комп'ютерах, аксесуарах тощо.

Див. також

Примітки

Література

  • Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. — Изд.5-е, перераб. — М. : Мир, 1998. — 698 с. — ISBN 978-5-9518-0351-1. (рос.)