2.2.6. Scheme de principiu
Deoarece stabilizatoarele de tensiune în comutaţie prezintă caracteristici de stabilizare inferioare stabilizatoarelor de tensiune în regim liniar, ele se utilizează adesea ca preregulatoare de tensiune, beneficiindu-se de randamentul lor ridicat. Stabilizarea finală a tensiunii se asigură cu stabilizatoare de tensiune în regim liniar, în majoritatea cazurilor utilizîndu-se aşa-numitele stabilizatoare de tensiune fixă integrate monolitice. Deci schema bloc a unui sistem de alimentare stabilizat cuprinde un stabilizator de tensiune în comutaţie, urmat de un stabilizator de tensiune în regim liniar, dispus în imediata apropiere a blocului alimentat.
Datorită acestei posibilităţi, pentru alimentarea instalaţiilor electronice cu mai multe tensiuni de curent continuu a apărut o nouă concepţie: în locul montajului clasic cu un transformator cu mai multe înfăşurări secundare, fiecare cu redresorul şi circuitul său de filtrare (fig. 2.45, a) se poate utiliza un transformator cu un singur secundar care furnizează tensiunea cea mai mare cerută de montaj, reducerea tensiunilor la valorile necesare asigurîndu-se cu regulatoare de tensiune în comutaţie (de tip coborîtor), aşa cum se arată în fig. 2.45, b.
Această modalitate de alimentare poate fi utilizată eficient în aparatura de gabarit mare, la care distanţele între blocul de alimentare şi diversele subansamble electronice alimentate sînt relativ mari. In acest caz energia este transformată în curent continuu de tensiune relativ ridicată — deci sub intensitate redusă şi pierderi mici pentru aceeaşi secţiune de conductor — şi apoi „transformată* la faţa locului” la valoarea dorită (fig. 2.45, b).
Pentru a evita reacţiile nedorite între diversele frecvente de comutare ale stabilizatoarelor în comutaţie folosite, într-un astfel de sistem poate fi utilizat un bloc de sincronizare a tuturor stabilizatoarelor. Trebuie menţionat faptul că circuitele integrate specializate ca regulatoare de tensiune în comutaţie, dispun prin construcţie de această posibilitate.
Pentru comanda elementului comutator se folosesc două categorii de circuite de comandă:
- circuite cu oscilator de comandă independent (pilot);
- circuite autooscilante.
Din punct de vedere practic, a doua categorie de circuite permite realizarea de scheme simple şi economice. Totuşi ele prezintă incovenientul că furnizează la ieşire o tensiune mai puţin bine filtrată, deoarece întreţinerea oscilaţiilor se realizează prin intermediul tensiunii ondulatorii de la ieşire.
- a) Stabilizatoare în comutaţie cu oscilator independent
În paragraful de faţă, vom prezenta cîteva scheme de stabilizatoare cu oscilator independent, cu ajutorul cărora se realizează comanda elementului comutator al stabilizatorului.
Circuitul stabilizator în comutaţie din fig. 2.46 utilizează un tranzistor unijoncţiune ca oscilator de frecvenţă variabilă, de la ieşirea căruia se comandă tiristorul regulator.
Semnalul kV0, reglabil cu potenţiometrul P, amplificat cu tranzistoarele Q1, Q2 se compară cu tensiunea de referinţă de 6 V furnizată de dioda Z2 din emitorul tranzistorului Q2. În funcţie de nivelul tensiunii KV0, Q2 va modifica frecvenţa de oscilaţie a tranzistorului Q3 şi implicit durata de conducţie a tiristorului T; în acest mod se reglează nivelul tensiunii V0 de ieşire.
Schema din fig. 2.47 prezintă un stabilizator de tensiune în comutaţie, care furnizează la ieşire 20 V la 5 A cu o stabilitate de 0,1% atît la variaţia sarcinii (variabilă între 0 şi 5 A) cît şi la variaţia tensiunii reţelei (în domeniul ±20%).
Schema conţine cîteva blocuri electronice, aşa cum se poate deduce din figură.
Circuitul oscilator este constituit dintr-un muîtivîbrator asimetric. Constanta de timp de încărcare a condensatorului C2 determină perioada de conducţie a tranzistoarelor funcţie de tensiunea de eroare. Tranzistoarele Q2, Q7 formează un amplificator diferenţial, care compară tensiunea la bornele divizorului R—R plasat la ieşirea stabilizatorului, cu tensiunea de referinţă furnizată de dioda Z2 alimentată de asemenea la tensiunea de ieşire a stabilizatorului (punctul B). Ieşirile acestui amplificator diferenţial, comandă perechea de tranzistoare Q5—Q6, care constituie surse de curent pentru încărcarea condensatoarelor C2 şi C3, de care depinde perioada de conducţie a tranzistoarelor Q3—Q4 care formează un etaj multivibra- tor astabil. Orice creştere a diferenţei între tensiunea de ieşire şi tensiunea de referinţă are ca efect reducerea perioadei de conducţie a lui Q4 şi prin urmare cea a tranzistorului de comutaţie Q1, acţionat prin intermediul etajului de comandă realizat cu tranzistoarele Q8 şi Q9.
Pentru ca montajul să poată fi pus în funcţiune este necesar să se apese pe butonul normal deschis S de pornire. Sistemul acesta asigură şi protecţia montajului în. caz de scurtcircuit la masă, deoarece, în caz de anulare a tensiunii la ieşire, multivibratorul va înceta în mod automat să fie alimentat şi în consecinţă tranzistorul de comutaţie Q1 neavînd semnal de comandă pe bază, nu va funcţiona.
Montajul descris funcţionează pe frecvenţă fixă şi factor de umplere, ton/toff, variabil deoarece în momentul în care perioada de conducţie a unuia din tranzistoare se măreşte, concomitent a celuilalt se micşorează în mod corespunzător.
În fig. 2.48 a se prezintă o schemă de principiu cu ajutorul căreia se obţin rezultate similare cu cele anterioare, în. acest caz se compară, în comparatorul C, tensiunea de eroare (ε=VREF±kV0) amplificată cu amplificatorul de eroare A, cu o tensiune liniar variabilă (TLV) de frecvenţă fixă. În fig. 2.48, p sînt prezentate formele de undă ale semnalelor la intrarea şi ieşirea comparatorului C. Se observă că impulsurile pozitive la ieşirea comparatorului şi în consecinţă perioadele de conducţie ale tranzistorului în comutaţie vor fi cu atît mai lungi cu cît tensiunea de eroare, Aε, va fi mai mică; în consecinţă în aceste intervale de timp va rezulta o creştere a tensiunii la bornele condensatorului de ieşire al filtrului L—C.
Pa baza schemei de principiu din fig. 2.48, vom prezenta trei scheme realizate cu componente discrete.
În schema din fig. 2.49, se prezintă un bloc de comandă realizat cu tranzistoare. Tensiunea liniar variabilă este furnizată de un oscilator de relaxare cu tranzistor unijoncţiune (TUJ).
Schema din fig. 2.50 este realizată cu circuite integrate.
În fig. 2.51 se prezintă o schemă de stabilizator în comutaţie cu tranzistoare bipolare capabil să furnizeze 30 V Ia 50 W, tensiunea la intrare variind între 40 şi 65 V.
Frecvenţa de comutaţie a tranzistorului Q1 de tipul 2N 3055, este suficient de mică încît randamentul schemei să fie de aproximativ 80%, la o putere disipată pe tranzistor de 2 … 3 W.
Circuitul foloseşte un tranzistor Q3, modulator al duratei impulsului de comutaţie, comandat de oscilatorul LC realizat cu tranzistorul Q4. Tranzistorul comparator Q5 controlează nivelul de intrare în conducţie al lui Q3 prin P1 şi R9. Emitorul tranzistorului Q5 este fixat prin R11 la un potenţial fix furnizat de dioda Z, în timp ce pe baza sa se aplică o fracţiune kV0 din tensiunea de ieşire care trebuie reglată, prin intermediul lui R14, Rl5, P2. Tranzistorul modulator Q3 comandă tranzistorul de comutaţie Q2 printr-un etaj tampon realizat cu tranzistorul Q2 conectat în montaj repetor pe emitor. Tranzistorul Q6 are rolul de a proteja montajul împotriva unor scurtcircuitări a ieşirii la masă; cînd se produce un scurtcircuit acest tranzistor intră în conducţie şi polarizează tranzistorul Q2 astfel încît să blocheze tranzistorul Q1.
b) Stabilizatoare în comutaţie autooscilante
Pentru a obţine astfel de montaje, mijlocul cel mai simplu este acela de a utiliza scheme de stabilizatoare în regim liniar prezentate anterior (exemplu cel din fig. 2.20) cărora li se adaugă filtrul LC, dioda D şi li se realizează o reacţie pozitivă suficientă pentru a intra în (auto)oscilaţie. Fig. 2.52 prezintă o astfel de realizare; prin linii groase se scoate în evidenţă modificarea menţionată. In felul acesta un stabilizator liniar cu reacţie simplu, la care se asociază elementele L-C şi D, se transformă în stabilizator de comutaţie prin adăugarea unui simplu condensator de reacţie C1, care transformă amplificatorul de tensiune de eroare constituit din tranzistoarele Q2-Q3 într-un multivibrator nesimetric.* Stabilizatorul de tensiune în comutaţie în acest caz joacă rolul unui “transformator”. De exemplu, dacă într-un stabiolizator linear intensitatea curentului de intrare este practice aceeaşi cu curentul de la ieşire, într-un stabilizator în comutaţie, curentul mediu la intrare poate fi sensibil mai mic decît cel de la ieşire, dacă tensiunea de la ieşire este (mult) mai mica decît tensiunea de la intrare. În plus, cum s-a arătat, unele tipuri de stabilizatoare în comutaţie pun în evidenţă posibilitatea de recuperare a energiei (flyback) accumulate la bornele unei inductanţe şi adăugarea acesteia la tensiunea primară de alimentare astfel că e posibil să se obţină o tensiune de ieşire mai mare decît tensiunea la intrare. In ambele cazuri, stabilizatorul în comutaţie se comportă, în curent continuu, ca un transformator coborîtor sau ridicător de tensiune şi aceasta cu un randament care este ap.roxi-> mativ acelaşi cu randamentul unui transformator de curent alternativ, de aceeaşi putere.
Articole din aceasi publicatie