ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
і
О б а в т о р е .
Штрапенин Геннадий Львович.
Кандидат физико-математичес-
ких наук, доцент кафедры элек-
троники Уральского государ-
ственного университета путей
сообщения.
Геннадий Ш трапенин
г. Екатеринбург
Интегральные стабилизаторы напряжения (ИСН) являются
неотъемлемой частью современной радиоэлектронной аппара-
туры (РЭА), характеристики которой в значительной степени
определяются стабильностью питающих напряжений. За срав-
нительно короткое время схемотехника ИСН прошла путь от
простейших линейных стабилизаторов, требовавших использо-
вания большого числа внешних элементов, до мощных универ-
сальных импульсных устройств с минимальным числом выводов
и коэффициентом полезного действия, достигающим 97%.
Фирма National Semiconductor является одним из ведущих миро-
вых производителей интегральных стабилизаторов напряжения
всех типов, микросхемы, разработанные National Semiconductor [1],
в огромных количествах выпускаются и другими фирмами во
многих странах.
Интегральные импульсные стабилизаторы
напряжения фирмы National Semiconductor
Стабилизатор напряжения (СН) -
это устройство, поддерживающее (с
определенной точностью) неизмен-
ным напряжение на нагрузке. Обыч-
но СН представляет собой замкну-
тую систему автоматического регу-
лирования напряжения, в которой
выходное напряжение поддержива-
ется равным или пропорциональ-
ным стабильному опорному напря-
жению, создаваемому специаль-
ным источником опорного напряже-
ния (ИОН). Стабилизаторы такого-
типа, называемые компенсацион-
ными, содержат регулирующий эле-
мент (биполярный или полевой
транзистор), включаемый последо-
вательно или параллельно нагруз-
ке. Регулирующий элемент может
работать в активном (непрерывном)
режиме, в этом случае стабилиза-
тор называется линейным или с не-
прерывным регулированием, а так-
же в ключевом (импульсном) режи-
ме. В этом случае стабилизатор
называется ключевым или импуль-
сным. Общие принципы работы ли-
нейных стабилизаторов напряже-
ния и ИСН с малым падением на-
пряжения LDO (Low drop output)
фирмы National Semiconductor рас-
смотрены в статье [
2
].
КПД линейных ИСН зависит от
соотношения входного U
b x и
вы-
ходного ивых напряжения, полагая
ток собственного потребления ИСН
пренебрежимо малым, получаем
КПД = ивых/ивх. Для LDO ИСН
38 |-------------------------------------------------------------
значение КПД может достигать
90%, однако в большинстве случа-
ев использования линейных ИСН
значение КПД невелико и состав-
ляет 30% и менее. Особенно невы-
годно применение линейных ИСН
в случае большой разницы входно-
го и выходного напряжения, отме-
тим также, что все Линейные ИСН
являются понижающими, т.е.
1
)вых
для них всегда меньше U
b x .
Импульсные ИСН обладают по
сравнению с линейными рядом
преимуществ. КПД их несравнен-
но выше, т к. благодаря использо-
ванию ключевого режима работы
регулирующего транзистора, сред-
няя рассеиваемая в нем мощность
оказывается существенно меньше,
чем в линейном стабилизаторе.
Малые тепловые потери позволя-
ют во многих случаях отказаться от
применения теплоотводов или су-
щественно уменьшить их габари-
ты. Кроме того, наряду с обычным
режимом понижения входного на-
пряжения (Step-Down), импульсные
ИСН могут работать в режиме его
повышения (Step-Up) и инвертиро-
вания (Inverting).
Рассмотрим коротко принцип
действия понижающего, повышаю-
щего и инвертирующего импульс-
ных стабилизаторов напряжения,
упрощенные структурные схемы
силовой части которых изображе-
ны на рис.
1
а, рис.
1
б и рис.
1
в со-
ответственно.
Регулирующий транзистор VT
1
переключается с определённой ча-
стотой устройством управления
(УУ) из состояния насыщения в со-
стояние отсечки. В узле накопле-
ния энергии, содержащем катушку
индуктивности L1 и конденсатор-
С2, импульсы преобразуются в по-
стоянное напряжение, величина
которого зависит от скважности и
частоты управляющих импульсов,
которые, в свою очередь, опреде-
ляются разностью между опорным
и фактическим выходным напряже-
нием. Управляющие импульсы пе-
ременной скважности (или часто-
ты) формируются в УУ специаль-
ной схемой широтно-импульсной
модуляции - ШИМ (Power-Width
Modulation - PWM) или частотно-
импульсной модуляции - ЧИМ
(Pulse Frequency Modulation - PFM).
В частности, для понижающего
стабилизатора (рис.
1
а), когда VT1
находится в состоянии насыщения,
диод VD
1
закрыт, через катушку L
1
течет линейно нарастающий ток, и
происходит накопление энергии в
катушке и заряд конденсатора С2.
Когда VT1 переходит в состояние
отсечки, ток через катушку начина-
ет уменьшаться, полярность напря-
жения на ней изменяется, открыва-
ется диод, и катушка становится
источником питания нагрузки. За-
тем процесс повторяется. Анало-
гично работают повышающий и ин-
вертирующий стабилизаторы, стой
| Родиолюбитель - 0 2 /2006
предыдущая страница 37 Радиолюбитель 2006-02 читать онлайн следующая страница 39 Радиолюбитель 2006-02 читать онлайн Домой Выключить/включить текст