Исследование понижающего регулятора
Постоянного напряжения
Методические указания к лабораторной работе
Цель работы: Исследования понижающего регулятора постоянного напряжения при работе на активно-емкостную нагрузку.
Краткие теоретические сведения
Импульсные источники напряжения постоянного тока применяются главным образом как стабилизаторы напряжения. В отличие от непрерывных стабилизаторов напряжения импульсные стабилизаторы обладают лучшими энергетическими характеристиками, меньшими массами и габаритами.
Рассмотрим схему понижающего импульсного источника напряжения.
Схема понижающего импульсного источника напряжения приведена на рисунке 1 а.
Рис. 1. Понижающий импульсный источник постоянного напряжения
В этой схеме используется накопительная индуктивность (дроссель) L, включенная последовательно с нагрузкой RH. Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей включен конденсатор фильтра С. Ключевой транзистор VT включен между источником питания UП и накопительной индуктивностью L. Схема управления включает или выключает транзистор. При включении транзистора VT в индуктивности L начинает возрастать ток, достигая своего максимального значения к моменту выключения транзистора VT (рис. 1 б).
По сигналу, поступившему от схемы управления, транзистор VT запирается, а диод D отпирается. Энергия, накопленная в дросселе L, начинает расходоваться в нагрузке и ток дросселя начинает уменьшаться по линейному закону. Этот спад продолжается вплоть до нового отпирания транзистора VT.
Включение в схему диода D обеспечивает непрерывность тока в индуктивности L и исключает появление опасных выбросов напряжения на транзисторе VT в момент коммутации.
На рисунке 1 в, г приведены эквивалентные схемы замещения для двух рассмотренных интервалов работы схемы. В зависимости от значения параметров схемы возможны два режима работы: 1 – непрерывного и 2 – прерывистого тока в индуктивности. Обычно значение индуктивности выбирается такой, чтобы обеспечить режим непрерывного тока. Этот режим работы и рассматривается в дальнейшем.
Электромагнитные процессы в схеме представлены на (рис. 1 б). При анализе схемы можно считать, что напряжение на нагрузке постоянно. Включение и выключение транзистора приводит к скачкообразному изменению напряжения на индуктивности L и пульсации тока в индуктивности (рис. 1 б). Напряжение на нагрузке определяется исходя из того, что среднее напряжение на индуктивности за период равно нулю, т. е. площади (рис. 1 б) положительной и отрицательной части равны между собой
(UП – UН) γ = (1 – γ) UН
откуда
UН = γ UП (*)
Регулировочная характеристика понижающего импульсного источника напряжения, построенная по уравнению (*), изображена на рисунке 2.
Рис. 2. Регулировочная характеристика понижающего импульсного источника напряжения
К энергетическим характеристикам импульсных источников питания относятся:
- средние и эффективные токи в нагрузке;
- средние и эффективные токи в транзисторе;
- средние и эффективные токи в диоде;
- средние и эффективные токи в источнике питания.
