Импульсный трансформатор

/ — блок питания; // — импульсный стабилизатор напряжения; /// — преобразователь напряжения; IV — измерительный усилитель постоянного тока; V — блок пределов измерения; VI — блок установки напряжения и выход; а — экран

Импульсный стабилизатор 5 28 0,175 4

1155ЕУ1 (LAS6380) Мощный импульсный стабилизатор <40 8,000 200 8,5

Как видно из схемы, получение коэффициента мощности, близкого к единице, достигается за счет исключения из выпрямителя емкости фильтра, которая обычно устанавливается в импульсных источниках питания (см. 34.2) для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Вместо этой емкости в схему вводится высокочастотный импульсный стабилизатор повышающего типа, с небольшой индуктивностью L на входе, работающий в граничном режиме прерывистого тока в индуктивности.

В этом разделе мы в два этапа расскажем все об импульсных источниках питания. Сначала мы опишем базовый импульсный стабилизатор, работающий от традиционного нестабилизированного источника постоянного тока. Существуют три схемы, используемые для а) понижения (выходное напряжение меньше входного), б) повышения (выходное напряжение больше входного) и инвертирования (полярность выходного напряжения противоположна полярности входного) напряжения. Затем мы сделаем радикальный шаг-опишем «еретические» (и наиболее широко используемые) схемы, работающие прямо от шины питания с выпрямленным напряжением без изолирую-

6.42. Маломощный импульсный стабилизатор на +5 В.

Повышающий стабилизатор; инвертирующий стабилизатор. За исключением высокого КПД понижающий импульсный стабилизатор, рассмотренный в предыдущем параграфе, не имеет существенных преимуществ (только существенные недостатки - число компонент, шум переключения) перед линейным стабилизатором. Однако импульсные источники становятся по-настоящему весьма притягательными, когда необходимо, чтобы выходное напряжение было больше входного нестабилизированного или когда полярность выходного напряжения должна быть обратной полярности входного нестабилизированного. На 6.43 показаны основные схемы повышения (или «подъема») и инвертирования напряжения.

Общие замечания относительно импульсных стабилизаторов. Как мы уже видели, способность импульсных источников повышать и инвертировать напряжение делает их весьма привлекательными для создания, скажем, слаботочных источников питания на +12 В прямо на полностью цифровой во всех других отношениях плате с питанием +5 В. Такие биполярные источники часто необходимы для питания «последовательных портов» (более подробно см. гл. 10 и 11) или линейных схем на операционных усилителях или схем с ЦАП и АЦП. Еще одно полезное применение повышающих импульсных источников - это питание дисплеев, для работы которых необходимо относительно высокое напряжение, например дисплеев, использующих люминесцентную или плазменную технологии. В тех применениях, где входное напряжение постоянного тока (обычно + 5 В) уже стабилизировано, вы часто произносите «преобразователь постоянного тока», а не «импульсный стабилизатор», хотя в действительности это одно и то же. Наконец, в оборудовании на батарейном питании вам, как правило, хочется получить высокий КПД во всем диапазоне напряжений батареи; например, 9-вольто-вый «транзисторный» щелочной аккумулятор начинает свою жизнь примерно с 9,5 В и постепенно угасает к концу своей полезной жизни до 6 В. Маломощный понижающий стабилизатор на +5 В сохраняет свою высокую эффективность, увеличивая ток, на протяжении всего срока службы батареи.

Немного терминологии. Вы иногда встречаете словосочетания «импульсный стабилизатор с ШИМ» и «стабилизатор с токовым режимом». Они относятся к конкретному способу изменения импульсных колебаний в соответствии с сигналом обратной связи (сигналом ошибки). В частности, ШИМ означает широт-но-импульсную модуляцию, в которой сигнал ошибки используется для управления длительностью импульса (при фиксированной частоте), в то время как при управлении в токовом режиме сигнал ошибки используется для управления пиковым током индуктивности (определяется с помощью резистора) посредством изменения интервала между импульсами. Стабилизаторы в токовом режиме обладают существенными достоинствами и становятся все более популярными в связи с тем, что теперь выпускаются хорошие ИС-контроллеры в токовом режиме.

Читая последний параграф, искушенный читатель возможно испытает своего рода deja vu1'. Действительно, это все очень похоже на импульсный стабилизатор (разд. 6.19). Одно существенное отличие состоит в том, что импульсные источники обычно используют индуктивности в качестве энергозапасающих элементов, в то время как высоковольтный источник со стабилизацией входа использует Тр2 как «обычный» (хотя и высокочастотный) трансформатор. То, что роднит высоковольтные источники с импульсными, так это высокочастотные пульсации и помехи.

6.57. Микромощный импульсный стабилизатор.

Основное требование, которому должен .удовлетворять импульсный трансформатор, — это передача кратковременных импульсов, без искажения формы (с наименьшим искажением), что зависит от свойств сердечника, конструктивного исполнения трансформатора и параметров устройств, с которыми работает трансформатор. .....

Учитывая, что импульсный трансформатор может работать при любом исходном состоянии сердечника, от полностью размагниченного до Вг, режим работы сердечника нужно выбирать в области полей, где влияние предыстории незначительно. При прочих равных условиях оказывается, что разница между перепадом индукции для полностью размагниченного сердечника и полностью намагниченного (В0 = = Вт) тем меньше, чем меньше величины Вг и Нс материала.

9.2. Импульсный трансформатор

Наличие импульсного трансформатора не позволяет создать полную схему блокинг-генератора в микроинтегральном исполнении. Поэтому микросхемы блокинг-генераторов, например микросхемы 119АГ1, К119АГ1, содержат только активные элементы и резисторы, а импульсный трансформатор и вре-мязадающий конденсатор выполняются отдельно и присоединяются к внешним выводам микросхемы.

импульсные, в которых между элементами применяется связь только по переменному току — через разделительный конденсатор или через импульсный трансформатор;

В качестве формирователя импульсов тока обычно используется бесконтактный ключ, выполненный на транзисторе либо тиристоре. В выходную цепь ключа включается источник питания Е, ограничитель амплитуды выходного импульса тока Огр и нагрузка Н ( 3-1). Во входную цепь включается схема, управляющая работой ключа. Схема управления ключом выполняет функции отделения полезного сигнала от помехи на входе формирователя и обеспечивает формирование длительности выходного импульса. В некоторых случаях схема управления ключом формирователя выполняет также функцию памяти. В формирователях, рассматриваемых в настоящей главе, схемы управления ключом содержат импульсный трансформатор на магнитном сердечнике с прямоугольной либо непрямоугольной петлей гистерезиса.

Импульсный трансформатор обеспечивает электрическую развязку входной и выходной цепей формирователя, позволяет согласовать входное сопротивление ключа с выходным сопротивлением источника входного сигнала. Через импульсный трансформатор обычно осуществляется обратная связь в формирователе. Импульс-

На 3-12 приведена схема формирователя на тиристоре Т и осциллограммы, поясняющие ее работу. Питание схемы осуществляется от источника импульсов напряжения «п прямоугольной либо трапецеидальной формы. Такое импульсное напряжение может быть получено, например, от сети переменного тока с помощью нелинейной электрической цепи, показанной на 3-12. Напряжение на стабилитроне будет иметь форму периодических импульсов трапецеидальной формы. Схема формирователя содержит резистор R, через который осуществляется заряд конденсатора С. Параллельно этому конденсатору включена нелинейная цепь, содержащая тиристор Т, резистор R0fp и нагрузку. Импульсы на управляющий электрод тиристора подаются через импульсный трансформатор Тр на сердечнике с ППГ. Схема работает следующим образом. Под действием напряжения и„ емкость С периодически заряжается до напряжения ?/<;„• Входные импульсы записи и считывания поступают во время отрицательных полупериодов «п, когда емкость С заряжена до напряжения Uc,- Во время действия импульса записи сердечник трансформатора Тр намагничивается в состояние 1. При этом на управляющий электрод тиристора действует напряжение отрицательной полярности и тиристор остается выключенным,

которого включена нагрузка — обмотка электромагнита. Чтобы уменьшить напряжение на обмотке при выключении, ее шунтируют диодом Д2. Включение тиристора осуществляется через импульсный трансформатор Тр импульсом iBX. Для выключения тиристора необходимо разомкнуть ключ /С/. В качестве К1 можно использовать транзистор в ключевом режиме.

Импульсным трансформатором называется трансформатор, который служит для передачи, формирования, преобразования и запоминания импульсных сигналов. В импульсных трансформаторах используют сердечники с малыми потерями на перемагничивание, выполненные на основе ферритов, оксиферов или пермаллоев. Помимо выполнения функций элемента разделительной цепи импульсный трансформатор изменяет амплитуду и полярность импульсных сигналов, согласовывает сопротивления, осуществляет разветвление сигналов на входы нескольких независимых цепей. В последнем случае применяют трансформаторы с несколькими вторичными об-

мотками. Импульсный трансформатор является также фазосдвигаю-щим элементом в импульсных генераторах с трансформаторной обратной связью (в блокинг-генераторах) , запоминающим элементом