Stabilizatoare de tensiune – în comutaţie

2.2. Stabilizatoare de tensiune în comutaţie

Stabilizatoarele de tensiune de tip liniar prezintă avan­tajul asigurării unei stabilizări excelente dublată de po­sibilităţi remarcabile de filtrare a tensiunii ondulatorii reziduale de intrare.

Aceste avantaje sînt diminuate, prin însăşi concepţia acestor stabilizatoare, de un randament mediocru. Intr-adevăr, în stabilizatoarele de tensiune liniare, elemen­tul regulator disipa o putere egală cu produsul (v₁—V₀) • I₀. Aceasta constituie o limitare severă a sferei lor de utili­zare atît în cazul unor diferenţe mari între tensiunea de intrare şi tensiunea de ieşire cît şi la furnizarea unor curenţi importanţi în sarcină.

Aşa este cazul cu sursele de tensiune pentru apara­tura de bord destinată vehiculelor, prevăzută a furniza 24 V sau 28 V, în timp ce pentru alimentarea unor cir­cuite integrate TTL se utilizează tensiuni de 5 V la un consum de ordinul amperilor. Rezultă o pierdere impor­tantă de putere, fenomen net dezavantajos chiar şi pentru alimentatoarele destinate aparaturii staţionare.

În consecinţă, este important să se prevadă un mod de reglare adecvat, care să permită obţinerea de tensiuni stabilizate cu un randament ridicat. într-adevăr, în exem­plul menţionat, dacă un grup de circuite consumă, să zicem, 6 A la 5 V (deci 30 W), în acest caz sursa de 28 V ar debita o putere de 168 W; rezultă deci 138 W putere disipată în elementul regulator şi randamentul ansamblu­lui ar fi de numai 18%.

Acest randament foarte scăzut este neconvenabil din două considerente: 1) trebuie să se prevadă un element regulator de putere mare, bine răcit, pentru a disipa cei 138 W din exemplul menţionat şi 2) de la sursa de ali­mentare se va consuma o putere de 168 W, în timp ce în sarcină nu se folosesc efectiv decît 30 W.

Utilizarea stabilizatoarelor în regim de comutaţie con­tribuie atît la creşterea puterii disponibile în sarcină, cît şi la creşterea eficienţei de alimentare; se obţin randa­mente de peste 90% chiar şi în cazul în care tensiunea stabilizată de la ieşire este de numai o fracţiune din tensiunea de intrare.

În afară de eficienţa ridicată a transferului de putere, acest tip de stabilizator prezintă şi alte avantaje. Dato­rită funcţionării elementului regulator în regim de co­mutaţie, el poate asigura diferenţe de tensiune intrare- ieşire mai mari comparativ cu stabilizatoarele de tensiune liniare. Diminuarea pierderilor de putere elimină radia­toarele supradimensionate, reducînd gabaritul surselor de alimentare. Faţă de nivelul tensiunii de intrare, stabili­zatoarele în regim de comutaţie pot furniza la ieşire ni­vele de tensiune mai mari, mai mici sau de polaritate inversă.

Totuşi, trebuie remarcat că sub aspectul unor perfor­manţe electrice, stabilizatoarele în comutaţie prezintă cîteva dezavantaje. Răspunsul la variaţii rapide ale curen­tului de ieşire este mai lent. Tensiunea de ieşire conţine o componentă de ondulaţie cu amplitudinea de ordinul a cîţiva zeci de mV vîrf la vîrf şi frecvenţa de zeci de kHz. Complexitatea ridicată a schemelor electrice şi nece­sitatea ecranării radiaţiei de radiofrecvenţă emisă în tim­pul funcţionării, necesită un efort mai mare de construcţie.

Optimizarea performanţelor de stabilizare şi a celor de eficienţă a transferului de putere se asigură prin conecta­rea în cascadă a unui stabilizator de comutaţie urmat de unul linear. Costul unui astfel de sistem de alimentare este suficient de ridicat încît să limiteze utilizarea lui numai la cazuri de strictă necesitate.

* Switching regulators (engl.), impulsnîie stabilizatori (rusă), regulateurs a decoupage (franceză).