Stabilizatory impulsowe

To już ostatnia część tego kursu. Dzisiaj dowiedziecie się o stabilizatorach impulsowych, czyli ostatnimi czasy o jednych z najpopularniejszych stabilizatorów, które są wykorzystywane. Więcej informacji poniżej:

Spis treści:

  1. Co to stabilizator impulsowy i zasada działania
  2. Stabilizatory Step-Down
  3. Stabilizatory Step-Up
  4. Stabilizatory odwracające
  5. Przykład stabilizatora impulsowego Step-Up na bazie układu LM2596
  6. Przykład stabilizatora impulsowego Step-Down na bazie układu XL6009
  7. Spis stabilizatorów
  8. Podsumowanie

1. Co to stabilizator impulsowy i zasada działania

Zasadę działania przedstawia schemat blokowy poniżej:

schemat-blokowy

Element regulacyjny pracuje jako łącznik, tzn. zwiera i rozwiera się bardzo szybko. Jest on sterowany Układem sterującym. Elementem regulacyjnym jest zazwyczaj tranzystor, który pracuje w dwóch stanach: zatkania i otwarcia. W momencie zwarcia (przewodzenia tego elementu) napięcie wejściowe podawane jest na wyjście poprzez filtr LC. Dioda w tym momencie nie przewodzi, ponieważ jest wpięta zaporowo. W momencie rozwarcia tranzystora (przejścia w stan otwarcia) dochodzi na cewce L do samoindukcji, tzn. zmniejszający się prąd powoduje wytwarzanie się napięcia na tej cewce w wyniku czego cewka staje się źródłem zasilania dla wyjścia (obciążenia). W tym momencie przepływ prądu w układzie jest zamknięty, ponieważ z cewki płynie prąd na obciążenie, a na wyjściu obciążenia robi „okrążenie” przez diodę, która z tego punktu widzenia jest wpięta do układu w kierunku przewodzenia. Dodatkowo kondensator C, dzięki swojej pojemności przechowuje trochę energii oraz wygładza prąd. Natomiast jakie będzie napięcie wyjściowe ?
Jest ono określone wzorem:
wzor-uwy
gdzie gamma jest współczynnikiem szerokości impulsów. Współczynnik szerokości impulsów określa nam, stosunek czasu zwarcia Elementu regulacyjnego do jednego okresu. Gamma jest określony wzorem:

wzor-gamma

tr to czas rozwarcia elementu regulacyjnego. Zatem sterując szerokością impulsu podawanego do elementu regulacyjnego możemy otrzymywać różne wartości napięcia wyjściowego, ponieważ element regulacyjny przewodzi dłużej albo krócej. Dzielnik napięcia na wyjściu zwraca do układu sterującego napięcie, które to po przetworzeniu wprowadza dodatkową poprawkę do szerokości sygnału. Jest to wprowadzone w celu uwzględnienia zmian napięcia wejściowego jak i obciążenia, aby napięcie wyjściowe było jak najbardziej stałe. Stałość napięcia wyjściowego uzyskuje się poprzez dobranie tak elementu indukcyjnego L, aby był na nim ciągły przepływ prądu oraz częstotliwość przełączania była jak największa. Duża częstotliwość (liczona w dziesiątkach kHz) gwarantuje dobrą stabilizację napięcia wyjściowego. Kolejnym plusem jest zmniejszenie elementów filtra LC, ponieważ energia w nich odłożona nie będzie tam długo „zalegać”.

Sprawność stabilizatora impulsowego potrafi dojść do nawet do 90%, natomiast jest to opłacone zakłóceniami elektromagnetycznymi sianymi przez cewkę L oraz dłuższym czasem reakcji na zmianę napięcia wejściowego oraz obciążenia (parę ms) niż to miało miejsce w stabilizatorach liniowych. Ostatnią wadą tego układu jest większe napięcie tętnień, które można niwelować kondensatorami o większej pojemności, lecz i tak będzie ono zawsze większe niż w przypadku stabilizatora liniowego, którego działanie jest stałe, a nie zmienne jak to w przypadku stabilizatora impulsowego.