“Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники”
Кафедра защиты информации
РЕФЕРАТ
на тему:
«Параметрические феррорезонансные стабилизаторы переменного напряжения. Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока»
МИНСК, 2009
Параметрические феррорезонансные стабилизаторы переменного напряжения
Параллельно Lн ставят емкость и настраивают в резонанс (рисунок 1).
/>(1)
Учитывая, что при одинаковых напряжениях /> на /> и />, их токи будут в противофазе.
Если суммировать при одних значениях U, токи в L и C, то получится зависимость />.
Наклон />
Коэффициент стабилизации увеличивается, коэффициент мощности схемы увеличивается.
Эта схема является более эффективной, чем схема простого электромагнитного стабилизатора.
Для улучшения её характеристик используется специально введенные компенсирующие обмотки.
/>
Рисунок 1
Компенсирующая обмотка позволяет увеличить коэффициент стабилизации, но усложняет схему.
Рассмотренные схемы не обеспечивают гальванической развязки.
Имеется разнообразные феррорезонансные стабилизаторы.
Достоинства:
— простота;
— высокая механическая надежность;
— устойчивость к перегрузкам;
— отсутствие стареющих элементов;
— высокий КПД;
— возможность реализации больших Iн, а, значит, и больших мощностей;
— высокие коэффициенты мощностей;
— низкая стоимость.
Недостатки:
— большие массогабаритные размеры;
— возможно возникновение акустического фона за счет вибрации магнитопровода.
Компенсационные стабилизаторы напряжения и тока
Могут работать на переменный или постоянный ток и используют принцип непрерывного или импульсного автоматического регулирования стабилизируемого параметра (напряжения или тока).
Структурные схемы.
Существуют 2 основные схемы:
— с последовательным включением регулируемого элемента по отношении к нагрузке.
— с параллельным включением регулируемого элемента.
/>
Рисунок 2 – Структурная схема компенсационного стабилизатора с последовательным включением регулируемого элемента.
/>
Рисунок 3 – Структурная схема компенсационного стабилизатора с параллельным включением регулируемого элемента.
В компенсационном стабилизаторе с последовательным включением регулируемого элемента напряжение на нагрузке Uн сравнивается с опорным напряжением
/>, (2)
где />— коэффициент усиления.
В реальных стабилизаторах источник опорного напряжения (ИОН) питается от выходного стабильного напряжения />.
/>, (3)
где />— внутреннее потребление.
Недостатки:
— последовательное включение по отношению к нагрузке РЭ, требует большой пропускной способности по току в стабилизаторах с непрерывным регулированием;
— на РЭ постоянно рассеивается энергия и КПД трудно обеспечить выше 60%.
На практике используют импульсный режим автоматического регулирования.
Разгрузить РЭ по току позволяет схема с параллельным включением РЭ по отношению к нагрузке (рисунок 3).
/>
тогда
/>
Схема позволяет применить РЭ малой мощности, но ставит добавочное сопротивление (ДС).
Схема целесообразна в устройствах малой мощности с импульсным питанием.
Приведенные функциональные схемы отражают принципы работы в импульсных стабилизирующих устройствах, обеспечивающие импульсный режим работы.
Транзисторный компенсационный стабилизатор постоянного напяжения с непрерывным регулированием
Рассмотрим наиболее распространенную схему с последовательным включением регулирующего элемента.
/>
Рисунок 4
/>, />, />, />, />. Можно убедиться, что в схеме за счет действия отрицательной обратной связи, достигается стабилизация. Анализ показывает, что коэффициент стабилизации пропорционален />в цепи ОС, который определяется:--PAGE_BREAK--
/>(4)
/>(5)
Приведенная основа схем с непрерывным регулированием на практике может претерпевать различные усложнения по следующим направлениям.
В РЭ для увеличения коэффициента передачи />и согласования мощного РЭ с маломощным УПТ прим схема составного транзистора.
/>
Рисунок 5
УПТ для термокомпенсации может быть постороен по симметричной схеме (рисунок 6):
/>
Рисунок 6
Для повышения устойчивости работы стабилизатора при импульсном потреблении тока нагрузкой на выходе стабилизатора может устанавливаться аккумулятор-емкость. Это подключение практически не увеличивает сглаживание пульсаций.
Увеличение сглаживания пульсаций достагается за счет:
— изменения способа питания УПТ (от отдельного дополнительного источника, непосредственно от входного стабилизатора, либо через эмиттерный повторитель от входного стабилизатора).
— изменения схемы сравнения, в частности при применении схемы сравнения с так называемой «с опущенной спорой».
В тех случаях, когда имеющиеся в распоряжении силовые трансформаторы не обеспечивают необходимый ток нагрузки Iн, применяется параллельное включение нескольких транзисторов (рисунок 7).
/>
Рисунок 7
Используется также и последовательное включение транзисторов в РЭ для исключения опасности перегрузки по Uкэ.
Последние меры так же усложняют стабилизатор в целом и на практике схемы отличаются значительным разнообразием. В особенности, они включают ещё и устройства защиты от перегрузки по току и напряжению или даже устройствами сигнализации.
Современные схемы имеют тенденцию к использованию импульсных режимов работы.
Импульсные стабилизаторы
/>
Рисунок 8 — Структурная схема импульсного стабилизатора
СФ – сглаживающий фильтр;
ИЭ – импульсный элемент;
СхСиУ. – схема сравнения и усиления.
Эффективное сглаживание на рабочей частоте возможно фильтрами либо при условии достаточно большой рабочей частоты. Повышаются требования к быстродействию.
ИЭ может работать в автоколебательном режиме (релейный стабилизатор). При этом изменяется как длительность импульсов тока так и частота следования импульсов в нагрузке. Изменение частоты затрудняет эффективное сглаживание пульсации неперестраиваемым фильтром.
Частоту срабатывания ИЭ можно специально задавать, синхронизируя его работу с помощью задающего генератора (ЗГ). В том случае регулирование осуществляется за счет длительности импульсов тока.
РЭ, СхСиУ, ИОН схемно не отличаются от узлов, используемых в непрерывном стабилизаторе. В качестве ИЭ применяются релаксационные генераторы, мультивибраторы, триггеры и др.
Импульсные стабилизаторы в отличие от стабилизаторов с непрерывным регулированием позволяют реализовать высокие КПД и широко используются в современной технике.
Недостатки:
— усложнение схемы;
— импульсный режим работы исключает принципиально возможность снижения пульсации до нуля.
— осложнение обеспечения магнитной совместимости ИВЭП с электронной аппаратурой.
Для рационального использования непрерывного и импульсного методов регулирования и ослабления недостатков, соответствующих этим методам устройств, применяют стабилизаторы с двойным управлением.
Стабилизаторы с двойным управлением.
/>
Рисунок 9 – Структурная схема стабилизатора с двойным управлением
Недостатки:
— высокие масса, габариты, стоимость;
— низкая эксплуатационная надежность;
— сложность.
В случае, если требуется получение повышенных значений коэффициента стабилизации, возможно использование двойного управления. Для этого РЭ ставятся на стороне как постоянного так и переменного тока. При этом коэффициент стабилизации получающегося таким образом двухкаскадного стабилизатора равен произведению коэффициентов стабилизации отдельных каскадов.
В качестве РЭ на стороне переменного тока могут использоваться диодно-транзисторные схемы, тиристоры, магнитные усилители.
ЛИТЕРАТУРА
Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. — Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200
Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Под ред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.
Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.
Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.