Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



них дополнительных транзистора Ti и Гг- В этой схеме регулирующий элемент микросхемы работает как усилитель с нагрузкой /?2. В рабочем режиме данной схемы и при изменении тока нагрузки выходное напряжение несколько изменяется. Это изменение через делитель ReRiRa передается иа вывод 12 обратной связи микросхемы, усиливается и выделяется на резистор R. Выделенное напряжение усиливается транзистором Ti, который управляет регулирующим транзистором Га. С помощью диода Д2 создается напряжение смещения на транзисторе Ти Резистор Ri служит для создания необходимого рабочего тока через диоды и Да-

Недостатком схемы последовательного линейного стабилизатора напряжения является то, что в случае питания нескольких нагрузок от одного НКСН возникают взаимные связи, так как изменение тока нагрузки приводит к некоторому изменению напряжения - источника питания, поскольку его сопротивление Rn конечно. Схема параллельного стабилизатора лишена этого недостатка, так как величина тока, потребляемого от источника питания, не зависит от изменения тока нагрузки. Таким образом, при питании от одного источника нескольких нагрузок обеспечивается достаточно надежная развязка.

Однако схема параллельного стабилизатора напряжения имеет и существенные недостатки. Если нагрузка периодически отключается или значительно уменьшается, то и КПД стабилизатора существенно снижается. Для создания стабилизатора напряжения, имеющего достаточно высокий КПД и обеспечивающую надежную развязку нагрузки, можно использовать принцип последовательно-параллельного включения микросхем. В этом случае удается создать стабилизатор с достоинством последовательного и параллельного стабилизаторов напряжения. Пример построения схемы такого стабилизатора напряжения показан на рис. 2.23.

В данной схеме последовательный стабилизатор (стабилизатор тока) выполнен на микросхеме HMCi, параллельный стабилизатор - на микросхеме ИМС2 и транзисторе Гг. Резистор Rs выполняет роль датчика тока. На резисторе Ro выделяется напряжение под действием тока, проходящего через параллельный стабилизатор и нагрузку. Для питания обратной связи (вывод 12) введены цепь Ti-Д1 и делитель R1R2. Транзистор 7i- стабилизатор тока, питающий стабилитрон


Рис. 2.23. Схема НКСН с последовательно-параллельным включением регулирующего элемента

В последовательно-параллельном стабилизаторе напряжения при увеличении входного напряжения на 10% КПД снижается также на 10%, т. е. как у стабилизатора последовательного типа. В случае использования параллельного стабилизатора КПД мог бы уменьшиться на 40%. Таким образом, приведенная схема последовательно-параллельного стабилизатора напряжения обладает основными свойствами стабилизаторов как параллельного, так и последовательного типов, т. е. высокой развязкой и достаточно малой зависимостью изменения КПД от возмущений по входу.

2.6. Активные сглаживающие фильтры

Активный сглал<ивающий фильтр (АСФ) служит для подавления пульсаций первичного источника. Особенно возрастает роль АСФ в системах электропитания информационных технических средств, разработанных на основе микропроцессоров. С переходом на новую элементную базу (например, серию 137) существенно уменьшается уровень допустимой пульсации, обеспечить который удается только в том случае, если АСФ конструктивно объединяется с микропроцессорами, располагаясь в непосредственной близости от них (без сколько-нибудь протяженных линий связи). Такая глубокая децентрализация выходных каскадов систем электропитания станет возможной, если в структуре АСФ не будет крупногабаритных реактивных элементов и будут сведены к минимуму энергетические .потери. Это позволит выполнить АСФ ми- кроэлектронными методами и решить сложную проблему электропитания современных информационных систем.

Электрическая схема АСФ во многом совпадает со схемой НКСН. Как и в стабилизаторе напряжения, процесс регулирования (подавление пульсаций) осуществляет РЭ. По способу его включения АСФ разделяют на последовательные и параллельные, а по режиму работы РЭ - на непрерывные и импульсные. На практике наибольшее распространение получили непрерывные АСФ с последовательно включенным РЭ. Активный сглаживающий фильтр может быть использован для подавления в нагрузке пульсаций напряжения или тока. Чаще всего на практике АСФ применяются для подавления пульсаций напряжения.

Как и НКСН, АСФ по принципу действия являются усилителем постоянного тока с общей отрицательной обратной связью. Поэтому схема АСФ, за исключением задающего фильтра (ЗФ), полностью совпадает со схемами НКСН на рис. 2.24. Управляющим воздействием для АСФ является напряжение с выхода ЗФ, регулируемой переменной - напряжение на нагрузке, возмущающие воздействия - пульсации напряжения питания, изменение тока нагрузки, технологический и температурный разброс характеристик компонентов схемы и их временной дрейф. Процесс подавления пульсации напряжения на нагрузке в АСФ тот же, что и в НКСН: пульсации напряжения на нагрузке, вызванные пульсациями питающего напряжения, передаются через цепь ООС на вход электронного тракта АСФ, где сравниваются с сигналом ЗФ,



усиливаемый ОУ разностный сигнал поступает на вход РЭ и изменяет режим его работы таким образом, чтобы пульсации на на-гоузке были подавлены до заданного уровня, Отличительным свойством АСФ является то, что потери в его элементах, а следовательно, и КПД практически не зависят от


Рис. 2.24. Схемы активных сглаживающих фильтров на операционных усилителях

. медленных изменений напряжения источника питания. Поэтому КПД АСФ всегда больше КПД ИКСЫ и равен ему при мини-. мал1>Ном Un. Статические и динамические показатели АСФ совпадают с аналогичными показателями НКСН.

Более подробно следует рассмотреть коэффициент фильтрации АСФ. Пульсации напряжения от источника питания передаются .в нагрузку двумя путями. Первый путь - через ЗФ и электронный тракт:

J пульс.н==ОСЗФ» (2-42)

где Отпульсн и U- напряжения пульсации в нагрузке и на выходе ЗФ;

oc=VPoc=(i + Wi. Для уменьшения t/тпульс.и следует уменьшить Кос (приближая его к единице) и , т. е. увеличивая, фильтрующие свойства ЗФ (его коэффициент фильтрации). Коэффициент фильтрации для этого пути передачи пульсации

Кфг = Кгф1Кос- (2-43)

Второй путь передачи пульсаций - через РЭ.~ Уровень этих пульсаций, проходящих в нагрузку, прямо зависит от глубины ООС. Коэффициент фильтрации пульсации для этого пути

Кф, = КрэвКоуРос- (2.44)

Общий коэффициент фильтрации АСФ [1]

ф-ЗФФ2/(Ф2 + 0СФ2)- (2.45)

При значительном неравенстве коэффициентов Кф1 и Кфо общий коэффициент фильтрации будет определяться меньшим из них. Из этого следует, что нельзя увеличивать общий коэффициент фильтрации, увеличивая только один из коэффициентов: Кфг или Кф2- Если увеличивать коэффициент фильтрации ЗФ, то это позволит лишь предельно приблизиться к коэффициенту фильтрации Кф2, потребовав значительного увеличения емкостей конденсаторов ЗФ для незначительного увеличения коэффициента фильтрации АСФ.

Для получения большого коэффициента фильтрации АСФ необходимо увеличивать коэффициенты фильтрации в каждой из двух цепей, по которым пульсации источника питания передаются в нагрузку. Введение в структуру АСФ маломощного усилителя-позволяет получать практически любые коэффициенты подавления пульсаций активным фильтром. При этом в схеме АСФ предусматривается избыток коэффициента усиления электронного тракта, предельно сокращается суммарная емкость задающего фильт--ра, исключается-еезависимость от тока нагрузки.

, 2.7. Порядок проектирования активного сглаживающего

фильтра

Порядок проектирования АСФ практически полностью совпадает с порядком проектирования НКСН. Исключение составляет структурный и параметрическийсинтез задающего фильтра. В дополнение к этапам расчета НКСН необходимо:

1) определить коэффициенты Кфх и Кф2:

Кф1 = тКф = т Кос Кзф, (2.46)

КфКфШПт-!), (2.47)

где т - расчетный коэффициент; обычно т>2;

2) по коэффициенту Кф определить количество звеньев задающего фильтра

л = 0,5 In т% (2.48)

3) рассчитать коэффициент передачи цепи ООС по напряженик>

Рос = ад(«+1). (2.49)

где f/n = fH 4" мин "Ь тпульс.п;

4) определить коэффициент усиления ОУ

упт = Фй/Рэ в Рос. - (2.50)

5) вычислить емкость конденсатора одного звена задающего фильтра

г--qnx пНп-\)УтКф{п\)и,/и,. (2.51)

Un со

пульс

Это уравнение позволяет уточнить количество звеньев задающего фильтра, при котором суммарная емкость этого фильтра будет минимальной.

3-60 65



2.8. Некоторые практические схемы активных сглаживающих фильтров

Изложенные выше принципы проектирования иллюстрируются несколькими схемами последовательных АСФ. На рис. 2.24 приведены две схемы АСФ, выполненные на интегральных УПТ 1УТ401 и 1УТ402. В них отсутствуют дополнительные транзисторы; роль РЭ выполняют транзисторы выходных каскадов интегральных усилителей. Такие маломощные АСФ могут быть использованы для питания схем при токах нагрузки до нескольких миллиампер. Большой коэффициент усиления интегральных УПТ является основным параметром для получения значительных коэффициентов сглаживания (10-10*), а высокое входное сопротивление позволяет ограничить емкости конденсаторов фильтра .долями микрофарад.

На рис. 2.25 приведена схема АСФ иа интегральном усилителе 1УТ402 с дополнительными транзисторами, выполняющими роль РЭ. Это позврляет увеличить ток нагрузки до 0,7 А без ухудшения фильтрующих свойств АСФ по сравнению" со схемой на рис. 2.24.


Рис. 2.25. Схема активного, сглаживающего фильтра на операционном усилителе с дополнительными транзисторами

Таблица 2.3

К -

. «о

5 СО

Схема фильтра ,

ч<

§ л

а< £ 1§©

is"

(№ рисунка)

S< - 2 •ji .

«За

о S Н М

5 а

S а: О 5 S

Рис. 2.24,а

0,22

0,66

19-21

6000

0,22

0,66

19-21

Рис. 2.24,6

Г700

0,22

9,66

13-21

3 000

0,22

0,66

13-21

12 000

0,22 .

0,66

13-21

Рис2.25

2 000

0,22

0,66

13-21

4 000

0,22

0,66

13-21

6 000

0,22

0,66

13-21

12 000

0,22

0,66

13-21

. 15

Основные характеристики интегральных гибридных фильтров, изображегг-ных на рис. 2.24, 2.25, сведены в табл. 2.3.

На рис. 2.26 показана схема высоковольтного АСФ. Часть электронного тракта питается напряжением ±12 В. Это позволяет использовать в этой части схемы АСФ низковольтные элементы и (без учета пульсаций основного ис-

+ШВ:


Рис. 2.26. Схема высоковольтного активного сглаживающего фильтра

точника питания) предельно снизить напряжение на РЭ. Если для организации вспомогательного напряжение питания используется нестабилизированное напряжение сети, то ЗФ также может быть включен в низковольтную часть схемы. В этом случае в ЗФ также могут быть применены низковольтные конденсаторы.

Основные технические данные высоковольтного АСФ:

Напряжение питания............ 300 В

Амплитуда пульсаций источника питания . ..... 20 В

Интервал частот подавляемых пульсаций...... 100-10 Гц,

Ток нагрузки......"........ 0,5 А.

Амплитуда пульсации напряжения в нагрузке..... 0,5 В

КПД ............ 0,9а

Принципиальная схема активного сглаживающего фильтра на основе интегральной микросхемы стабилизатора напряжения показана на рис. 2.27. Дл» уменьшения пульсаций входное сопротивление микросхемы (/?bi~2 кОм сЪ стороны вывода 6) шунтируется конденсатором d. При этом чем больше емкость С], тем меньше пульсации в нагрузке.

Емкость конденсатора Ci выбирается из условий получения максимального коэффициента фильтрации Кф\ на частоте пульсаций. Для реализации большого значения Кф1 можно использовать методы синтеза пассивных и активных фильтров пульсаций, проникающих по первому пути.

3* • • 67



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [10] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46


0.0126