Принцип действия ИСН с РЭ

Рис. 56

 

Источник образцового напряжения – ИОН – (выводы 5 ¸ 9) построен по стандартной схеме. Положительный температурный коэффициент напряжения (ТКН) стабилизации стабилитрона VD1 компенсирован отрицательным ТКН эмиттерного перехода транзистора VT1 и p–n перехода диода VD2. Вывод 7 от базы транзистора VT1 может быть использован для снятия некомпенсированного образцового напряжения, для изменения режима работы источника, для использования узла как датчика температуры.

В составной транзистор (выводы 1 ¸ 4, 16) входят транзисторы VT2,VT3. Пороговое устройство состоит из входного дифференциального усилителя, триггера Шмитта и узла внешней синхронизации.

Дифференциальный усилитель выполнен на транзисторах VT11 и VT12, а транзисторы VT9 и VT10 включены по схеме «токового зеркала» и служат высокоомной нагрузкой транзисторов VT11 и VT12. При этом VT9 является простейшим стабилизатором тока, а VT10, включенный как диод, используется для формирования напряжения U_БЭ транзистора VT9.

На базу VT12 подается с делителя цепи сравнения часть выходного напряжения стабилизатора, а на базу VT11 - опорное напряжение. Дифференциальный усилитель усиливает разность значений напряжения сигналов на его входах. Усиленное разностное напряжение снимается с коллектора VT11 и поступает на базу транзистора VT8, включенного по схеме с общим коллектором.

Этот транзистор обеспечивает развязку дифференциального усилителя и входа триггера Шмитта, собранного на транзисторах VT4 ¸ VT6 и резисторах R4 ¸ R8. Триггер Шмитта преобразует выходное напряжение дифференциального усилителя в прямоугольные импульсы (их снимают с коллектора транзистора VT4).

Диодный мост VD3 ¸ VD6 вместе с транзистором VT7 позволяют синхронизировать триггер Шмитта внешним сигналом.

Типовая схема ключевого стабилизатора напряжения, построенного на ИС КР142ЕП1А, изображена на рис. 57.

Рис. 57

ИОН микросхемы питается непосредственно входным напря-жением стабилизатора, а порого-вое устройство – стабилизирова-нным, снимаемым с вывода 6 (оно поступает через транзистор VT1, работающий усилителем тока). Коммутирующим элемен-том стабилизатора, собранным на внешних транзисторах VT2, VT3, управляет импульсный сигнал, снимаемый с выводов 2, 3 микросхемы. На базу (выв. 4) внутреннего составного транзис-тора микросхемы, служащего встроенным коммутирующим элементом, сигнал поступает с выхода порогового устройства (выв. 11). Сигнал обратной связи снимается с выхода стабилизатора и через резистивный делитель напряжения R7, R9 подводится к выходу дифференциального усилителя порогового устройства (выв. 12). На второй вход дифференциального усилителя (выв. 13) подано высокостабильное напряжение с ИОН.

 

 

У двухпозиционных (релейных) стабилизаторов напряжения в цепи отрицательной обратной связи имеется релейный элемент с двумя порогами срабатывания (рис. 30), управляющий работой регулирующего устройства (РУ). Такую характеристику, например, имеет триггер Шмитта.

В процессе работы стабилизатора на входе релейного элемента происходит непрерывное сравнивание выходного напряжения (U_вых) ИСН с заданным опорным пороговым напряжением. В зависимости от приложенного ко входу сигнала ошибки релейный элемент может находиться в одном из двух возможных состояний: открытом и закрытом.

Увеличение выходного напряжения U_вых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто определенного значения напряжения срабатывания. В этот момент произойдет размыкание силовой цепи стабилизатора и выходное напряжении начнет уменьшаться. Снижение U_вых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение напряжения опускания U_отп. После этого регулирующее устройство (РУ) снова замкнет силовую часть ИСН, выходное напряжение начнет возрастать и описанный выше процесс снова повториться.

Интервал между напряжениями U_сраб и U_отп характеризует зону чувствительности релейного элемента.

Рассматривается установившийся режим работы ИСН, когда при замкнутом РУ ключе (рис. 57 внешние VT2, VT3 – открыты) происходит процесс накопления энергии в элементах L1,С4 силовой части от источника питания U_п и напряжение на сопротивлении нагрузки R_н растет [5].

При увеличении U_вых увеличивается и напряжение на сопротивлении R9 (выв. 12) делителя R 7, R9цепиООС на рис. 57. Это приведет к тому, что транзистор ИС (рис. 56надо рис. 95) VT12 будет приоткрываться, VT11 - призакрываться, VT8 – приоткроется. В следствие этого положительный потенциал базы транзистора VT6 повысится и как только он достигнет порогового значения U_у = U_сраб– VT6 полностью откроется, а VT5 ,VT4 – полностью закроются. В результате чего на базу (выв. 4) VT3 ИС сигнал U_рэ (рис.30) с выхода порогового устройства (выв. 11) поступать не будет, так как ток коллектора транзистора VT4 равен нулю. В этом случае транзисторы VT2, VT3 ИС закроются и их токи коллекторов (выв. 2, 3) тоже будут равны нулю, следовательно, будут закрыты и внешние ключи VT2, VT3 (рис. 57) и через них коллекторный ток протекать не будет, а это приведет к тому, что накопленная энергия в фильтре L1,C4 начнет передаваться в нагрузку R_н и напряжение на ней будет уменьшаться (линейно при I_н = const).

Уменьшение U_вых вызовет снижение напряжения на R9. Как только U_вых достигнет некоторого наименьшего значения, соответствующего U_у = U_отп транзистор VT12 будет призакрываться, VT11 – приоткрываться, VT8 – призакрываться. Транзистор триггера Шмитта VT6 полностью закроется, а транзисторы VT5, VT4 будут полностью открыты. При этом величина импульса прямоугольного напряжения U_рэ на выходе триггера (выв.11) будет достаточной (приближенно U_рэ = 5 В – напряжению питания порогового устройства) для полного отпирания внутренних и внешних ключей VT2, VT3. Напряжение на выходе ИСН будет снова повышаться. В схеме устанавливаются автоколебания, а напряжение на нагрузке поддерживается неизменным в пределах, определяемых чувствительностью (рис. 30) по напряжению микросхемы КР142ЕП1.

Пусть ключи разомкнуты(т.е. VT2, VT3 закрыты) в течение времени паузы t_п, а замкнуты в течение интервала t_и =T – t_п , где T = 1/f – период работы ключа, а f – частота коммутации (переключения). Так как скорость разрядки конденсатора C4 не зависит от напряжения U_п , то интервал t_п не меняется при изменении входного напряжения. Колебания входного напряжения вызывают изменения лишь одной зарядной части периода t_и = T - t_п. Ее значение уменьшается с ростом U_п, а вместе с ней и весь период T , что ведет к увеличению частоты f работы ключа.

Увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению зарядной и разрядной частей периода (последняя изменяется резче). По этой причине увеличению тока нагрузки соответствует уменьшение периода работы ключа T и снижение относительной длительности паузы t_п/T, т.е. частота коммутации транзисторов VT2, VT3 растет при увеличении тока нагрузки.

Самый большой период T_max работы ключа такого стабилизатора соот-ветствует наименьшему току I_{н min} нагрузки и входному напряжению U_{п min}. В реальных схемах добиваются того, чтобы этот период T_max получался достаточно малым, так как иначе (при низкой частоте) придется для сглаживания пульсаций U_~н выходного напряжения применять громоздкий фильтр [5].

Чем больше скорость изменения выходного напряжения и выше чувствительность релейного элемента, тем выше частота коммутации стабилизатора.