<<
>>

5.2. Стабилизаторы напряжения с широтно-импульсной модуляцией

Возможен другой способ управления ключевым режимом работы регулирующего транзистора импульсного стабилизатора постоянного напряжения, при котором частота переключения не изменяется в процессе работы.

На базу регулирующего транзистора поступает импульсный сигнал с выхода специального управляемого генератора импульсного напряжения. Частота повторения импульсов Топределяется значениями элементов генератора, а коэффициент заполнения КЗзависит от величины сигнала управления, поступающего на управляющий вход генератора. При изменении величины сигнала управления изменяется длительность импульса на выходе генератора при относительном постоянстве периода повторения импульсов, т. е. изменяется величина коэффициента заполнения КЗ.Непрерывный сигнал (изменение выходного напряжения стабилизатора) преобразуется в импульсный (дискретный), который управляет режимом работы регулирующего транзистора [5].

Управление импульсным режимом работы регулирующего транзистора осуществляется путем квантования непрерывного сигнала по времени; сигнал на базе регулирующего транзистора изменяется скачками в фиксированные моменты, определяемые периодом повторения импульсного сигнала.

Способ управления работой регулирующего транзистора импульсного стабилизатора, когда на его базу подается импульсный сигнал с постоянным периодом повторения и изменяющейся в зависимости от изменения выходного напряжения длительностью импульса, называется широтно-импульсным. Устройство, осуществляющее такое преобразование непрерывного сигнала, называется широтно-импульсным модулятором (ШИМ), а импульсный стабилизатор носит название стабилизатора с широтно-импульсной модуляцией.

В импульсном стабилизаторе с ШИМ при постоянстве периода повторения импульсов Т=const изменяется коэффициент заполнения KЗ= tи/Т.

Длительность импульса при отклонении выходного напряжения от номинального значения изменяется двумя способами.

Если отклонение выходного напряжения вызывает изменение режима работы генератора импульсов ГИ, на выходе которого формируются импульсы изменяющейся длительности, то такой способ формирования импульсного сигнала называется широтно-импульсной модуляцией первого рода. На рис. 5.5, а показана структурная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения с ШИМ I рода.

а) б)

Рис. 5.5. Структурные схемы импульсных стабилизаторов с широтно-импульсным управлением.

Если мгновенное значение выходного напряжения Uвых(t) сравнивается с линейно изменяющимся напряжением Uпл(t)имеющим постоянный период повторенияТ, а длительность импульса относительно постоянных значений nТ (где n = 1, 2, 3, ...) определяется моментом сравнения этих напряжений, то такой способ формирования импульсного сигнала называется широтно-импульсной модуляцией второго рода. На рис. 5.5б приведена структурная схема импульсного стабилизатора постоянного напряжения с ШИМ II рода, где ГЛН – генератор линейно изменяющегося пилообразного напряжения; СС – схема сравнения.

Стабилизатор постоянного напряжения с импульсным режимом работы регулирующего элемента является замкнутой импульсной системой автоматического регулирования, структурная схема которой представлена на рис. 5.6. Импульсная схема автоматического регулирования состоит из двух частей: импульсного элемента ИЭ, преобразующего непрерывный сигнал в последовательность импульсов, и непрерывной части НЧ, в которой формируется непрерывный сигнал из последовательности модулированных импульсов.

Рис. 5.6.Структурная схема импульсного стабилизатора в виде системы автоматического регулирования.

С помощью цепи обратной связи ОС уровень сигнала на выходе НЧ (выходное напряжение стабилизатора) поддерживается постоянным. На вход импульсного элемента подается непрерывный сигнал рассогласования, равный разности между опорным напряжением Uoп и выходным напряжением: uc(t) =Uoп – Uвых(t).

Импульсный элемент можно представить состоящим из d-ключа (d-кл.) и формирующего элемента ФЭ. С помощью d-кл. непрерывная функция uc(t)преобразуется в последовательность импульсов ис(nТ), имеющих бесконечно малую длительность и беско­нечно большую амплитуду, модулированных сигналом uc(t):

. (5.6)

Формирующий элемент преобразует последовательность d-импульсов uс(nТ) в последовательность модулированных импульсов конечной амплитуды и длительности uн(t):

, (5.7)

где S(t) – функция, описывающая импульс.

Передаточная функция формирующего элемента ФЭ имеет вид

. (5.8)

При условии, что передаточная функция d-кл. равна 1, а передаточная функция непрерывной части НЧ обозначается Ннч(р), передаточная функция системы определяется как произведение передаточных функций ее элементов:

. (5.9)

Для импульсного стабилизатора типа ПН схема непрерывной части соответствует схеме Г-образного LC-фильтра с активной нагрузкой на выходе, показанной на рис. 5.7.

Считая, что реактор и конденсатор идеальны, получаем выражение для передаточной функции НЧ:

, (5.10)

где при i(0) = 0 и U(0) = 0.

Соответственно

, (5.11)

где – собственная частота контура LC-фильтра;

– волновое (характеристическое) сопротивление контура;

a = r/2Rн– коэффициент затухания контура.

Рис. 5.7. Принципиальная схема непрерывной части стабилизатора типа ПН.

Подставляем приведенные обозначения характеристик контура в выражение передаточной функции:

. (5.12)

Полученное выражение передаточной функции (5.7) импульсного стабилизатора постоянного напряжения с учетом (5.8) и (5.12) позволяет исследовать как установившиеся, так и переходные процессы, протекающие в нем.

<< | >>
Источник: Левашов Ю.А., Белоус И.А.. ЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ СВЯЗИ [Текст]: учебное пособие / Ю.А. Левашов, И.А. Белоус. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС,2016. - 205 с.. 2016

Еще по теме 5.2. Стабилизаторы напряжения с широтно-импульсной модуляцией:

  1. 4.3. Импульсный стабилизатор напряжения
  2. 4.5. Импульсный понижающий стабилизатор переменного напряжения в постоянное
  3. 5.1. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с импульсным регулированием
  4. 4. преобразователи и стабилизаторы напряжения с импульсным регулированием
  5. Глава 5. Стабилизаторы и преобразователи напряжения с импульсным регулированием
  6. 4.4. Импульсный инвертирующий преобразователь напряжения
  7. 4.5. Защита транзисторных стабилизаторов напряжения
  8. 3. Стабилизаторы напряжения с непрерывным регулированием
  9. Глава 4. Стабилизаторы напряжения с непрерывным регулированием
  10. 3.1. Широтная зональность
  11. 9.4. Формирование и детектирование сигналов угловой модуляции
  12. Материал для самостоятельной работы 3.1. Закон широтной зональности*
  13. 9.1. Принципы частотной и фазовой (угловой) модуляции
  14. 8.2. Амплитудная модуляция гармонического колебания
  15. 4.1. Импульсный понижающий преобразователь