Принцип действия ИСН с РЭ

У двухпозиционных (релейных) стабилизаторов напряжения в цепи отрицательной обратной связи имеется релейный элемент с двумя порогами срабатывания (рис. 30), управляющий работой регулирующего устройства (РУ). Такую характеристику, например, имеет триггер Шмитта.

В процессе работы стабилизатора на входе релейного элемента происходит непрерывное сравнивание выходного напряжения (U _вых) ИСН с заданным опорным пороговым напряжением. В зависимости от приложенного ко входу сигнала ошибки релейный элемент может находиться в одном из двух возможных состояний: открытом и закрытом.

Увеличение выходного напряжения U _вых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто определенного значения напряжения срабатывания. В этот момент произойдет размыкание силовой цепи стабилизатора и выходное напряжении начнет уменьшаться. Снижение U _вых будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение напряжения опускания U _отп. После этого регулирующее устройство (РУ) снова замкнет силовую часть ИСН, выходное напряжение начнет возрастать и описанный выше процесс снова повториться.

Интервал между напряжениями U _сраб и U _отп характеризует зону чувствительности релейного элемента.

Рассматривается установившийся режим работы ИСН, когда при замкнутом РУ ключе (рис. 57 внешние VT 2, VT 3 – открыты) происходит процесс накопления энергии в элементах L 1, С 4 силовой части от источника питания U _п и напряжение на сопротивлении нагрузки R _н растет [5].

При увеличении U _вых увеличивается и напряжение на сопротивлении R 9 (выв. 12) делителя R 7, R 9 цепи ООС на рис. 57. Это приведет к тому, что транзистор ИС (рис. 56надо рис. 95) VT 12 будет приоткрываться, VT 11 - призакрываться, VT 8 – приоткроется. В следствие этого положительный потенциал базы транзистора VT 6 повысится и как только он достигнет порогового значения U _у = U _сраб – VT 6 полностью откроется, а VT 5, VT 4 – полностью закроются. В результате чего на базу (выв. 4) VT 3 ИС сигнал U _рэ (рис.30) с выхода порогового устройства (выв. 11) поступать не будет, так как ток коллектора транзистора VT 4 равен нулю. В этом случае транзисторы VT 2, VT 3 ИС закроются и их токи коллекторов (выв. 2, 3) тоже будут равны нулю, следовательно, будут закрыты и внешние ключи VT 2, VT 3 (рис. 57) и через них коллекторный ток протекать не будет, а это приведет к тому, что накопленная энергия в фильтре L 1, C 4 начнет передаваться в нагрузку R _н и напряжение на ней будет уменьшаться (линейно при I _н = const).

Уменьшение U _вых вызовет снижение напряжения на R 9. Как только U _вых достигнет некоторого наименьшего значения, соответствующего U _у = U _отп транзистор VT 12 будет призакрываться, VT 11 – приоткрываться, VT 8 – призакрываться. Транзистор триггера Шмитта VT 6 полностью закроется, а транзисторы VT 5, VT 4 будут полностью открыты. При этом величина импульса прямоугольного напряжения U _рэ на выходе триггера (выв.11) будет достаточной (приближенно U _рэ = 5 В – напряжению питания порогового устройства) для полного отпирания внутренних и внешних ключей VT 2, VT 3. Напряжение на выходе ИСН будет снова повышаться. В схеме устанавливаются автоколебания, а напряжение на нагрузке поддерживается неизменным в пределах, определяемых чувствительностью (рис. 30) по напряжению микросхемы КР142ЕП1.

Пусть ключи разомкнуты (т.е. VT 2, VT 3 закрыты) в течение времени паузы t _п, а замкнуты в течение интервала t _и = T – t _п, где T = 1/ f – период работы ключа, а f – частота коммутации (переключения). Так как скорость разрядки конденсатора C 4 не зависит от напряжения U _п , то интервал t _п не меняется при изменении входного напряжения. Колебания входного напряжения вызывают изменения лишь одной зарядной части периода t _и = T - t _п. Ее значение уменьшается с ростом U _п, а вместе с ней и весь период T, что ведет к увеличению частоты f работы ключа.

Увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению зарядной и разрядной частей периода (последняя изменяется резче). По этой причине увеличению тока нагрузки соответствует уменьшение периода работы ключа T и снижение относительной длительности паузы t _п /T, т.е. частота коммутации транзисторов VT 2, VT 3 растет при увеличении тока нагрузки.

Самый большой период T _max работы ключа такого стабилизатора соот-ветствует наименьшему току I _{н min} нагрузки и входному напряжению U _{п min}. В реальных схемах добиваются того, чтобы этот период T _max получался достаточно малым, так как иначе (при низкой частоте) придется для сглаживания пульсаций U _~н выходного напряжения применять громоздкий фильтр [5].

Чем больше скорость изменения выходного напряжения и выше чувствительность релейного элемента, тем выше частота коммутации стабилизатора.