книги из ГПНТБ / Белопольский, И. И. Стабилизаторы низких и милливольтовых напряжений

Рис. 13. Схемы тиристорных регуляторов.

воздействия обратного напряжения, а управление ими может осуществляться от одного, общего для двух тири­ сторов, преобразовательного устройства. Применение этой схемы является наиболее целесообразным в одно­ фазных регулирующих элементах.

При питании от трехфазных сетей переменного на­ пряжения могут применяться РЭ по рис. 13,г—е. Из этих схем наиболее простой по управлению тиристорами является схема рис. 13Д

В схемах плавно-ступенчатого регулирования наибо­ лее часто применяются элементы по рис. 13,а, в. Количе­ ство элементов определяется числом ступеней и фаз.

Электрические схемы однофазных и трехфазных РЭ в тех случаях, когда тиристоры используются также и в качестве выпрямительных диодов, приведены соответ­ ственно на рис. 13,оіс и з.

К достоинствам тиристорных стабилизаторов по сравнению с дроссельными стабилизаторами следует от­ нести большое быстродействие и лучшие динамические характеристики и лучшие удельные характеристики объемов и масс, в особенности при более низких часто­ тах питающей сети.

Недостатками тиристорных стабилизаторов являют­ ся сложность схем управления тиристорами и наличие помех, создаваемых при коммутации тиристоров как

29

в выходной цепи стабилизатора, так и в питающей его сети.

Из изложенного следует, что тиристорные стабилиза­ торы целесообразно применять при необходимости полу­ чения низких напряжений и больших токов нагрузки в тех случаях, когда стабилизаторы питаются от сетей низкой (промышленной) частоты (50 ац), а также при больших мощностях, когда масса и объем схемы управ­ ления стабилизатором составляет лишь незначительную часть общих массы и объема всего стабилизатора в це­ лом. Тиристорные стабилизаторы следует применять также и в тех случаях, когда требования к их динами­ ческим характеристикам достаточно высоки. По вели­ чинам пульсации выпрямленного напряжения тиристор­ ные и дроссельные стабилизаторы равноценны.

Практические схемы тиристорных стабилизато­ ров и методы их инженер­ ного расчета приведены

изменения момента открывания регулирующих элемен­ тов (дросселей насыщения и тиристоров). С целью устранения этого недостатка в транзисторных стабилиза­ торах, регулируемых по цепи переменного тока, в каче­ стве регулирующих элементов применяются транзисто­ ры, используемые в качестве управляемых активных со­ противлений или ограничителей.

Блок-схемы транзисторных стабилизаторов, регули­ руемых по цепям переменного однофазного и трехфаз-

30

ного тока, приведены на рис. 14; соответствующие элек­ трические схемы транзисторных регулирующих элемен­ тов— на рис. 15.

Схемы, приведенные на рис. 14, обладают более вы­ соким к. п. д., меньшей массой и габаритами, чем рав­ ноценные схемы транзисторных линейных стабилизато­ ров, регулируемых по цепям выпрямленного напряже­ ния, так как мощность, затрачиваемая в регулирующем элементе, не передается через трансформатор, а потреб­ ляется непосредственно из сети.

В схемах, рассчитанных на получение низких напря­ жений и больших токов, к. п. д. стабилизаторов этого ти­ па еще более повышается. Действительно (при одинако­

Рис. 15. Схемы транзисторных регуляторов для цепей переменного напряжения.

аоднофазный регулятор с включением транзистора в диагональ диодного

моста; б — однофазный регулятор с транзисторами, шунтированными диодами; в —трехфазный регулятор с транзистором, включенным на выход трехфазного

диодного моста; г — трехфазный регулятор с транзисторами в каждой фазе, шунтированными диодами.

меньше тока, протекающего через него в случае стаби­ лизации выпрямленного напряжения. Поскольку вели­ чина минимального напряжения на транзисторе (напря­ жения коллектор — эмиттер) в обоих случаях примерно одинакова, то мощность, рассеиваемая на регулирующем транзисторе, включенном в цепь переменного напряже-' ния, будет соответственно меньшей, что и приводит к со­ ответствующему повышению к. п. д.

31

В цепях однофазного тока регулирующие элементы могут выполняться по схемам рис. 15,а, б. По своим электрическим данным обе схемы равноценны, однако предпочтение обычно отдают схеме рис. 15,а, которая содержит лишь одни регулирующий транзистор. В цепях

из-за наличия в схеме лишь одного транзистора наибо­ лее часто используют схему рис. 15,б.

Основным недостатком всех рассмотренных типов стабилизаторов выпрямленного напряжения являются большие размеры и масса трансформаторов н сглажи­ вающих фильтров выпрямителей. Это объясняется отно­ сительно низкими частотами питающих напряжений, как правило не превышающими 400 гц.

В тех случаях, когда по условиям использования ста­ билизатора требуется заземление одного из его полю­ сов, цепи выпрямленного и переменного напряжений должны быть электрически развязаны друг от друга, и поэтому включение регулирующих элементов следует производить через трансформаторы тока.

К достоинствам транзисторных стабилизаторов, регу­ лируемых по цепям переменного тока, следует отнести: 1 ) меньшие пульсации выпрямленного напряжения вследствие отсутствия искажений формы кривой пере­ менного напряжения, подаваемого на вход выпрямите­ ля (по сравнению с дроссельными и тиристорными ста­ билизаторами); 2 ) отсутствие помех, создаваемых при коммутации тиристоров (по сравнению с тиристорными стабилизаторами); 3) высокое быстродействие и хоро­ шие динамические свойства (по сравнению с транзистор­ ными стабилизаторами, регулируемыми по цепям вы­ прямленного напряжения).

Недостатками стабилизаторов рассматриваемого ти­ па являются небольшие выходные мощности (несколько сотен ватт), что объясняется параметрами серийных транзисторов, а также необходимостью гальванической развязки цепей переменного и выпрямленного напря­ жений.

Таким образом, применение транзисторных стабили­ заторов, регулируемых по цепям переменного тока, вполне оправдано и целесообразно для получения низ-

32

ких напряжений и больших токов (при мощностях до нескольких сотен ватт), в особенности при питании от се­ тей повышенной частоты (400 гц и более).

Практические схемы транзисторных стабилизаторов рассматриваемого типа и методы их инженерного расче­ та приводятся в [Л. 14].

В последние годы в связи с тенденцией микроми­ ниатюризации радиотехнической аппаратуры вопрос об

В)

Рис. 16. Блок-схемы стабилизаторов с пре­ образователями.

уменьшении размеров и массы стабилизированных источ­ ников питания приобрел большое значение. Единствен­ ным средством для осуществления уменьшения размеров^ и массы трансформаторов и сглаживающих фильтров

является значительное (до 10—25 кгц) повышение частоты питающих напряжений.

На рис. 16 приведены блок-схемы стабилизаторов выпрямленного напряжения, в которых увеличение ча­ стоты питающего напряжения достигается путем вве­ дения в схему инвертора И, преобразующего входное постоянное напряжение в переменное напряжение повы­ шенной до указанных выше значений частоты. Транс­ форматор инвертора входит в его схему и работает при повышенной частоте.

Блок-схемы стабилизаторов с инверторами, питаю­ щиеся от сети постоянного напряжения, приведены на

транзисторного линейного стабилизатора, либо путем стабилизации выходного напряжения (рис. 16,б) с по­ мощью стабилизатора СН, выполняемого обычно по схе­ ме транзисторного ключевого стабилизатора, либо пу­ тем введения обратной связи с выхода стабилизатора в инверторе (рис. 16,0).

Наибольшее применение на практике для питания бортовой аппаратуры, имеющей централизованный источник постоянного напряжения, нашли схемы стаби­ лизаторов, выполняемые по рис. 16,6 и в.

При питании от источников переменного напряже­ ния наиболее целесообразно применение блок-схем рис. 16,г, д, в которых питание инвертора осуществляет­ ся от бестрансформаторного выпрямителя либо с филь­ тром (рис. 16,г), либо без фильтра (рис. 16,6). В обоих случаях входной выпрямитель В следует выполнять по мостовой схеме выпрямления.

Все схемы, приведенные на рис. 16, позволяют осу­ ществить миниатюризацию, так как не содержат гро­ моздких элементов типа низкочастотных трансформато­ ров и дросселей. Они могут быть использованы для по­ лучения низких и милливольтовых напряжений при мощностях порядка нескольких десятков ватт.

Достоинствами стабилизаторов с преобразователями частоты являются: 1 ) малые удельные размеры и масса, обеспечивающие возможность миниатюризации стабили­ затора; 2 ) небольшие пульсации выпрямленного иапря-

34

щий элемент РЭі (дроссель насыщения). В простейшем случае элементы УЭі и ИЭі могут отсутствовать и об­ мотка управления д. и. оказывается подключенной па­ раллельно регулирующему транзистору. При такой свя­ зи изменение сопротивления РЭ%, вызванное изменением входного напряжения, приводит к одновременному из­ менению сопротивления элемента РЭі. Поэтому все изменение входного напряжения приходится на регули­ рующий элемент РЭі, а мощность, выделяемая на РЭъ остается практически неизменной. Это позволяет (по сравнению со схемой стабилизатора с одним регулирую­ щим элементом) либо увеличить ток нагрузки стабили­ затора и тем самым повысить его выходную мощность, либо при неизменной выходной мощности значительно увеличить пределы регулирования выходного напряже­ ния. Существенным недостатком такой схемы являются ее плохие динамические характеристики, улучшения ко­ торых можно добиться только за счет значительного ухудшения к. п. д. и увеличения размеров стабилиза­ тора.

При наличии в схеме рис. 16,а элементов УЭі и ИЭі точность стабилизации повышается; однако динамиче­ ские ее характеристики остаются такими же, как и в схе­ ме без указанных элементов.

На рис. 17,6 приведена блок-схема стабилизатора последовательного типа с улучшенными динамическими характеристиками. В этой схеме используется обратная связь по току нагрузки, в результате чего достигается улучшение динамических характеристик без увеличения мощности, рассеиваемой на РЭ2. Это осуществляется введением в цепь нагрузки измерительного резистора Ріь напряжение с которого подается на вход ИЭь Бла­ годаря этому напряжение на РЭі принудительно изме­ няется при изменении тока нагрузки таким образом, чтобы скомпенсировать изменения выходного напряже­ ния стабилизатора, возникающие при изменении тока нагрузки.

Стабилизаторы по блок-схеме рис. 17,6 применяют­ ся при высоких требованиях к динамической нестабиль­ ности (около I—2% . от уровня выходного напряжения). При менеежестких требованиях могут использоваться стабилизаторы по блок-схеме рис. 17,а.

Магнитно-транзисторные стабилизаторы последова­ тельного типа могут применяться для получения низких

36

и средних напряжений, начиная от 10— 12 в и токов на­ грузки до 10—20 а. В источниках более низких напря­ жений и при больших токах нагрузки схемы транзистор­ ных стабилизаторов последовательного типа должны со­ держать большое количество параллельно включенных

t

г)

транзисторов. Это значительно ухудшает к. п. д. и на­ дежность всего источника.

В этих случаях более предпочтительными являются магнитно-транзисторные стабилизаторы параллельного типа, выполненные по блок-схемам рис. 17,в, г и обла­ дающие рядом преимуществ по сравнению с рассмотрен­

37

ными выше стабилизаторами. К ним относятся: 1) боль­ ший (на 30—50%) к. п. д.; 2) меньший ток через регу­ лирующий транзистор, составляющий 20—30% номи­ нального выходного тока; 3) хорошие динамические свойства (величина нестабильности не превышает

1- 2 % ).

В схеме рис. 17,е с помощью дроссельного стабилиза­ тора осуществляется стабилизация напряжения на кол­ лекторном резисторе регулирующего транзистора неза­ висимо от установленной величины выходного напряже­ ния. Следовательно, в этой схеме ток коллектора регу­ лирующего транзистора стабилизируется с высокой точ­ ностью.

В схеме рис. 17,5 с помощью дроссельного стабили­ затора осуществляется стабилизация напряжения на за­ жимах коллектор — эмиттер регулирующего транзистора (ИЭ2). Все изменения выходного напряжения стабили­ затора выделяются на резисторе RK. Следовательно, в этой схеме в отличие от схемы рис. 17,в среднее значе­ ние тока через регулирующий транзистор при регули­ ровке выходного напряжения будет изменяться.

Поскольку в стабилизаторах, выполненных по схемам рис. 17,в, г, отсутствует балластный резистор, в состав фильтра Ф должен входить сглаживающий дроссель. Указанные схемы практически равноценны, однако в боль­ шинстве практических применений предпочтение отдает­ ся схеме, выполненной по рис. 17,б, так как при сравни­ тельно неглубоких пределах регулировки выходного напряжения (не более і± 20%) эта схема имеет наиболь­ ший к. п. д. и наименьшую мощность, рассеиваемую на регулирующем транзисторе.

К достоинствам магнитно-транзисторных стабилиза­ торов следует отнести: 1) возможность получения малых пульсаций на выходе стабилизатора; 2) возможность регулировки выходного напряжения в широких преде­ лах; 3) высокие динамические свойства (близкие к свой­ ствам транзисторных стабилизаторов); 4) возможность построения стабилизаторов на мощности в несколько киловатт при использовании элементов, серийно изготов­ ляемых промышленностью; 5) отсутствие помех.

Основным недостатком стабилизаторов рассматри­ ваемого типа является их относительно большие удель­ ные масса и размеры (по сравнению с дроссельными и транзисторными стабилизаторами), а также некоторая

38