Предисловие (стр. 18 )

где U2max и U2 – амплитудное и действующее значения фазного напряжения, а средний ток через диод Iср = I0/3.

В мостовом трехфазном выпрямителе (рис. 2.35,б) соотношения для чисто активной нагрузки равны

где Um и U – амплитудное и действующее значения линейного напряжения сети, а средний ток через каждый диод Iср = I0/3.

Пример 4. Чему равно выпрямленное напряжение мостового трехфазного выпрямителя (рис. 2.29, б), подключенного к сети с линейным напряжением U = 380 В, и на какое обратное напряжение должны быть рассчитаны диоды?

Р е ш е н и е. Постоянное напряжение равно U0 =1,35 380 =513 В и диоды должны быть рассчитаны на обратное напряжение

Uобр=Umax=√2U= √2∙380=537 В.

2.4.3. Сглаживающие фильтры

Для питания электронной аппаратуры допускается пульсация напряжения, не превышающая долей процента, однако на выходе выпрямителей пульсации значительно больше. Для их уменьшения применяют сглаживающие фильтры, которые должны максимально уменьшить (подавить) переменные составляющие и с возможно меньшими потерями пропустить постоянную составляющую выпрямленного напряжения.

Простейшим фильтром служит конденсатор, включенный на выходе выпрямителя В параллельно нагрузке (рис. 2.36,а), который запасает энергию, заряжаясь во время возрастания напряжения выпрямителя, и отдает ее, разряжаясь на сопротивление нагрузки, когда оно снижается. На рис. 2.36,б показана форма напряжения на конденсаторе Uс (а значит, и на параллельно включенном Rн) при двухполупериодном выпрямителе. Для дальнейшего снижения пульсаций применяют Г-образные LC-фильтры (рис. 2.36,в).

Индуктивное сопротивление XL=wLф стремятся сделать значительно больше Rн для того, чтобы переменные составляющие выпрямленного напряжения с частотами пульсаций от основной w и выше «задерживались» фильтром в виде падения напряжения на XL, не достигая нагрузки. Емкостное же сопротивление Хс = 1/ wСф выполняют значительно меньше, чем Rн, для того, чтобы переменные составляющие выпрямленного тока замыкались через Хс минуя Rн. При этом постоянная составляющая тока, для которой XL = 0, Хс = ¥, не создает падения напряжения на Lф и не замыкается через Сф, целиком поступая в нагрузку.

Недостатком LC-фильтров является громоздкость и трудность изготовления индуктивности в микроэлектронном исполнении. Поэтому в интегральных микросхемах при токах нагрузки в несколько миллиампер используют RC-фильтры (рис. 2.36,г), несмотря на их несколько худшие сглаживающие свойства и меньшие КПД.

2.4.4. Стабилизаторы напряжения

Стабилизатором напряжения называется устройство, автоматически поддерживающее напряжение на нагрузке при изменении в определенных пределах таких дестабилизирующих факторов, как напряжение первичного источника, сопротивление нагрузки, температура окружающей среды. Существует три вида стабилизаторов: параметрические, компенсационные и импульсные.

Параметрический стабилизатор напряжения (ПСН) использует элементы, в которых напряжение остается неизменным при изменении протекающего через них тока. Такими элементами являются стабилитроны, в которых при изменении тока в очень широких пределах падение напряжения изменяется на доли процента. Параметрические стабилизаторы применяются, как правило, в качестве источников опорного (эталонного) напряжения в мощных компенсационных стабилизаторах (рис. 2.37) или для стабилизации напряжения в высокоомных цепях (когда Rн велико).

Принцип работы ПСН заключается в поддержании неизменного напряжения на нагрузке UН за счет перераспределения токов, протекающих через балластный резистор RБ и стабилитрон VD. Стабилитрон VD включен встречно, поэтому следует рассматривать его отрицательную ВАХ. Рабочая точка на ней должна находиться в пределах рабочего участка (см. рис. 2.37,б). Нагрузка включена параллельно стабилитрону, поэтому Uн = Uст= Uвх – IстRБ. Решением уравнения будет являться точка пересечения ВАХ стабилитрона и нагрузочной характеристики для текущего входного напряжения Uвх. На рис. 2.37 показаны две точки 1 и 2 для двух значений входного напряжения Uвх1 и Uвх2. Если сравнить изменения напряжения на входе DUвх и выходе DUст, то налицо эффект стабилизации выходного напряжения. Очевидно, что входное напряжение должно быть несколько выше выходного. Резистор Rб называют балластным потому, что он «гасит» избыток входного напряжения. При расчете ПСН необходимо следить, чтобы ток стабилитрона находился в пределах Iст.min £ Iст £ Iст.max. Следует иметь в виду, что стабилизирующие свойства стабилитрона напрямую зависят от его дифференциального сопротивления Rд на участке стабилизации (чем меньше Rд, тем круче наклон характеристики и, следовательно, выше стабилизация).

Основным параметром стабилизатора является коэффициент стабилизации – отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе:

Для ПСН

и составляет от нескольких единиц до нескольких десятков.

Недостатками ПСН являются:

- малый КПД (из-за использования балластного резистора и значительного дополнительного тока через стабилитрон);

- малый коэффициент стабилизации Kст (для его увеличения включают два каскада ПСН);

- невозможность регулирования выходного напряжения;

- низкая термостабильность.

Компенсацтонный стабилизатор

напряжения (КСН) представляет собой систему автоматического регулирования (рис. 2.38). Он также относится к СН непрерывного действия. Сущность компенсационного метода стабилизации напряжения состоит в том, что в процессе работы с помощью измерительного устройства ИУ осуществляется сравнение выходного напряжения с опорным или эталонным, вырабатываемым источником опорного напряжения ИОН. Разностное напряжение усиливается усилителем У и подается на регулирующий элемент РЭ, сопротивление которого изменяется прямо пропорционально изменению выходного напряжения.

Помимо последовательного включения РЭ используется вариант его параллельного включения с добавлением балластного резистора (как в ПСН, имеем РЭ с регулируемым Rд), но по причине низкого КПД вариант используется редко.

В качестве ИУ часто используется ОУ (он имеет дифференциальный вход и высокий коэффициент усиления напряжения), а в качестве РЭ – транзистор.

Для примера на рис. 2.39 приведена принципиальная схема КСН, который обеспечивает Kсг не менее 1000. Резисторы R4–R6 образуют регулируемый делитель выходного напряжения, выход которого подключен к инвертирующему входу ОУ DA1. На неинвертирующий вход ОУ подается опорное напряжение с ПСН (R3, VD2), выполняющего роль ИОН. Цепью R1, VD1, R2 задается необходимый режим РЭ на транзисторе VT1. На указанную цепь воздействует выходное напряжение У на ОУ. В норме, когда выходное напряжение равно номинальному, на выходе ОУ нулевое напряжение и транзистор VT1 находится в расчетном активном режиме. При понижении выходного напряжения (по любым причинам) на выходе ОУ появляется отрицательное напряжение, изменяющее режим транзистора в сторону его меньшего сопротивления перехода к–э. Падающее на нем напряжение уменьшается, что ведет к увеличению напряжения на выходе КСН.

В настоящее время выпускаются готовые КСН в интегральном исполнении (ИСН) как с возможностью регулирования, так и с фиксированными значениями выходного напряжения. В качестве примера можно назвать отечественную серию 142 (положительные напряжения) и 1162 (отрицательные напряжения), являющимися аналогами зарубежных ИСН соответственно серий 78хх и 79хх.

На рис. 2.40 приведена типовая схема включения и цоколевка ИСН серии КР142. Конденсаторы С1 и С2 должны иметь емкость не менее 10 мкФ для алюминиевых типов, они предназначены для устранения возможного самовозбуждения ИСН. Корпусы компонентов типизированы. Указанные ИСН выпускают в корпусе ТО220. Отверстие во фланце корпуса предназначено для крепления ИСН на радиатор для отвода тепла.