Stabilizatoare de tensiune – Elementul regulator

2.2.2. Elementul regulator

În practică se folosesc două categorii de stabilizatoare în comutaţie: 1) cu element regulator (comutatorul S), tranzistor, utilizate pentru puteri mici şi medii şi 2) eu element regulator-tiristor, utilizate pentru puteri impor­tante.

Comparativ cu stabilizatoarele în regim liniar, stabi­lizatoarele de tensiune în comutaţie se caracterizează prin aceea că elementul lor regulator funcţionează în regim de impulsuri, la o frecvenţă relativ ridicată (de la 10 kHz la peste 100 kHz).

Funcţionarea tranzistorului bipolar în regim de comu­taţie este ilustrată în fig. 2.39. Se presupune că pe baza tranzistorului Q, conectat în circuitul sursei de alimen­tare în serie cu rezistenţa de sarcină, R_S, se aplică impul­suri de curent de comandă, de formă dreptunghiulară (fig. 2.39, b), cu amplitudinea I_B. În intervalul t₁—t₂, cînd curentul de bază este nul, punctul de funcţionare al tranzistorului este situat pe caracteristica V_CE—I_C în 1 (fig. 2.39 c); în acest interval de timp, tranzistorul este blocat, curentul prin el este extrem de mic şi aproape întreaga tensiune de la intrare, v₁, se aplică joncţiunii colector-emitor.

În intervalul t₂—t₃, pe baza tranzistorului se aplică un impuls de curent cu amplitudinea I_B >> I_B4 ; în acest inter­val punctul de funcţionare ocupă poziţia 2 pe caracteris­tica de ieşire şi tranzistorul se aduce în starea saturată; această stare se caracterizează prin aceea că, curentul de colector al tranzistorului se limitează de rezistenţa de sarcină, şi, deoarece căderea de tensiune pe tranzistor este (foarte) mică, aproape întreaga tensiune de intrare se aplică pe această rezistenţă.

În regimul de blocare şi în cel de saturaţie, pe tran­zistor se disipă o putere neînsemnată, deoarece într-un caz curentul de colector este extrem de mic, iar în celălalt caz, căderea de tensiune pe tranzistor este foarte mică.

Pe durata comutării tranzistorului, punctul de funcţio­nare trece din regiunea de blocare, în regiunea de satu­raţie şi invers, parcurgînd regiunea activă. La funcţionarea tranzistorului în regim de comutare, cînd punctul de funcţionare se găseşte în regiunea activă a caracteristicii, pe tranzistor de asemenea se disipa o putere care depinde ele timpul de comutare şi de amplitudinea impulsurilor de comandă. Puterea disipată pe tranzistor în regim de comutaţie, este de cîteva ori mai mică decît la funcţiona­rea sa în regim continuu pe sarcină, la un acelaşi consum de putere.

{image}

Fig. 2.39. Funcţionarea tranzist orului bipolar în comutaţie: a – schema de principiu, b – dependeţa i_n(t); V₀(t); c – caracteristica de ieşire.

Tensiunea de ieşire V₀ în schema din fig. 2.39 a, va avea forma de tren de impulsuri dreptunghiulare cu am­plitudinea aproximativ egală cu tensiunea de intrare.

Odată cu modificarea lărgimii impulsurilor de co­mandă, se modifică şi durata impulsurilor la ieşire (aşa cum se arată cu linie întreruptă în fig. 2.39 b) ceea ce conduce la modificarea valorii medii a tensiunii în sar­cină.

Tiristoarele de asemenea pot fi utilizate ca elemente regulatoare în stabilizatoarele de tensiune de comutaţie de puteri mari; ele prezintă însă un inconvenient faţă de tranzistoare deoarece odată aduse în conducţie este di­ficil să li se întrerupă curentul*. Pentru înlăturarea aces­tui inconvenient s-au imaginat o serie de circuite. Cel mai frecvent utilizat în aceste aplicaţii este circuitul Mor­gan, reprezentat în fig. 2.40.

În această schemă tiristorul este şuntat de un circuit oscilant LC, care conţine bobina n₁ şi condensatorul C. Bobinajul n₁ + n₂ se realizează pe un miez magnetic toroidal, care constituie un autotransformator saturat.

Pentru explicarea funcţionării montajului, se presu­pune momentul în care tiristorul este blocat la sfîrşitul unui ciclu. Condensatorul C este încărcat la o tensiune practic egală cu tensiunea de alimentare V₁ şi circuitul magnetic al torului este saturat pozitiv (punctul t₀ pe caracteristica sa de histerezis). Dacă acum pe poarta tiris- torului se aplică un impuls de comandă, acesta devenind conductor, condensatorul se descarcă prin bobina a torului, avînd ca efect desaturârea circuitului magnetic. Dacă bobinajele n₁, n₂ se realizează de aşa manieră încît amper-spirele (n₁i₁) în n₁, prin care se descarcă C₁ să fie preponderente faţă de numărul de amper-spire indus prin curentul de încărcare prin bobinajul n₂ (deci n₂i₂), des­cărcarea condensatorului va produce desaturarea în sens contrar, negativ, a circuitului magnetic. În acest moment (t₂) impedanţa prezentată de tor este foarte mică, iar cu­rentul de descărcare al lui C va scădea în continuare, ast­fel încît produsul amperspire în n₂ devine preponderant. Noua desaturare a circuitului magnetic şi curentul i₂ ce traversează n₂ care joacă rol de primar al autotransformatorului, va genera o tensiune negativă la bornele lui n₁, tensiune care, aplicată prin intermediul condensatoru­lui C la bornele tiristorului, îl va bloca. Aceasta provoacă întreruperea lui i₂, şi condensatorul se va reîncărca pozi­tiv prin rezistenţa de sarcină R₅, ceea ce va avea ca efect aducerea circuitului magnetic al torului în starea de satu­rare pozitivă, unde a fost găsit cînd am început explicarea funcţionării schemei. Acum, la un nou impuls de comandă aplicat pe poarta tiristorului, ciclul se reia. Frecvenţa la. care funcţionează un circuit în comutaţie de tip Morgan este de l÷5 kHz.

* Excepţie fac tiristoarele care se blochează pe poartă, de tipul GTO (gate turn-off, engl.).