Імпульсний стабілізатор з ШІМ

 

Стабілізатор складається з таких елементів та вузлів (рисунок 4.12) [3, 7, 9, 13]: регулюючого транзистора VT2; фільтра – L1, Cн1, Cн2, VD6; схеми закривання регулюючого транзистора R2, R3, VT1, VD5, С2, R4; схеми порівняння та підсилення постійного струму – R2, R5...R8, VT3, VD7; схеми керування – С1, R1, VD1- VD4, R3.

Імпульси керування Uкер мають прямокутну форму (рисунок 4.13) Їх частота перемикання задається зовнішнім джерелом. Імпульси диференціюються елементами С1, R1 (рисунок 4.13, Ua-b) і випрямляються діодами VD1...VD4 (рисунок 4.13, Uc-d при , де  – напруга на виході підсилювача постійного струму; форма керуючої напруги наведена при  умовно для пояснення принципу роботи стабілізатора). Частота сформованих пилкоподібних імпульсів вдвоє перевищує частоту напруги керування. 

Напруга з випрямляча надходить в ланцюг бази транзистора VT1 (резистор R3), де складається з підсиленим сигналом зворотного зв'язку – сигналом розладу, який формується на резисторі R2. Полярності падіння напруг на резисторах R3 та R2 вказані на схемі рисунка 4.12. Приклад форми напруги розладу при відсутності керуючих імпульсів, , наведено на рисунку 4.12 (Uc-d при ).

 

Рисунок 4.12 – Схема імпульсного стабілізатора з ШІМ

 

Часова функція результуючого (сумарного) сигналу керування, який діє на вході транзистора VT1, зображена на рисунку 4.12, .  

 

 

Рисунок 4.13 – Часові діаграми роботи імпульсного стабілізатора з ШІМ

 

Сигнал розладу формується на переході база-емітер транзистора VT3 і дорівнює , де:  – напруга параметричного стабілізатора, зібраного на елементах R5, VD7;  – коефіцієнт передачі вихідного дільника напруги. Він підсилюється і з резистора R2 надходить у базовий ланцюг транзистора VT1. При відсутності сигналів керування і при величині сигналу меншій мінус 0,6...0,8 В транзистор VT1 відкривається. Його перехід колектор-емітер шунтує перехід база-емітер транзистора VT2, і останній закривається. Струм вхідного джерела не надходить до навантаження.

Пилкоподібна напруга, яка виділяється на резисторі R2, направлена зустрічно з підсиленою напругою розладу. Якщо , то потенціал бази транзистора VT1 відносно його емітера буде позитивним і транзистор VT1 перейде в закритий стан, а транзистор VT2 – відкриється. Струм, який протікає через перехід база-емітер транзистора VT2, стабілітрон VD5 і резистор R4, заряджає конденсатор С2 до напруги . Позитивний заряд накопичується на обкладці конденсатора, яка з’єднана з базою транзистора VT2.

Струм джерела живлення протікає через транзистор VT2, дросель L 1 та опір навантаження. У дроселі і конденсаторах фільтра Сн1, Сн2 накопичується енергія.

Зі зменшенням регулюючої напруги на резисторі R3 напруга на переході база-емітер транзистора VT1 в певний момент часу стане рівною –0,6…0,7 В і він відкриється. Напруга конденсатора С2 через перехід колектор-емітер транзистора VT1 прикладається до переходу база-емітер транзистора VT2 і форсовано закриває його. Струм перестає надходити до навантаження. Діод VD5 виходить із стану електричного пробою, конденсатор С2 через нього не розряджається і підтримує закритим транзистор VT2.  

При зміні вихідної напруги у стаціонарному режимі регулювання, наприклад зменшенні, зменшуються позитивний потенціал бази транзистора VТ3, базовий і колекторний струми, падіння напруги на резисторі R2. Це призводить до збільшення загального часу закритого стану транзистора VТ1 і відкритого стану транзистора VТ2 – збільшується тривалість імпульсів на вході фільтра при незмінному періоді їх слідування. Вихідна напруга збільшується до свого первинного значення.