Источники вторичного электропитания

Плюсы двух полупериодной схемы выпрямления со средней точкой приведены ниже:
1. Коэффициент пульсаций в данной ситуации намного меньше, чем у однополупериодного выпрямителя KП=0,67.
2. Поскольку ток во вторичной обмотке трансформатора двухполу-периодного выпрямителя не пульсирующий, а синусоидальный, он не со-держит постоянную составляющую. Тепловые потери при этом снижаются, что позволяет снизить размеры трансформатора.
Минусы двухполупериодной схемы выпрямления со средней точкой представлены ниже:
1. Во время прохождения тока через один из диодов обратное напряжение на закрытом (другом) диоде в пике достигает удвоенного наибольшего входного напряжения:
Uобр max=2Umax.
Поэтому выбирают диоды с большим обратным напряжением.
2. Потребность в двух источниках входного напряжения. Один из выводов сопротивления нагрузки периодически переключается между двумя источниками напряжения, а иной вывод постоянно подключен к средней точке таких источников.
2.2. Мостовая двухполупериодная выпрямительная схема
Тем не менее, необходимость в средней точке отпадает, если и второй вывод нагрузки с помощью второй подобной диодной схемы будет проти-вофазно и синхронно подключаться к неиспользуемым на соответствую-щем интервале времени выводам источников питания.
Схемотехническая реализация этого метода показана на рис. 9. Дан-ная схема представляет собой самую распространенную из всех схем вы-прямления, которые предназначены для работы с однофазными источни-ками переменных напряжений, и называется мостовой, так как в ней при-меняется диодный мост. К одной из диагоналей моста присоединяется вто-ричная обмотка трансформатора, а к другой — нагрузочный резистор. Иногда на схемах диодный мост изображается при помощи одного диода.


Рисунок 9 - Схема мостового двухполупериодного выпрямителя

Диаграммы токов и напряжений, 1.5. Выходное напряжение Uн при активной нагрузке, как и в схеме с выводом средней точки трансформато-ра, имеет вид однополярных полуволн напряжения. Это получается в ито-ге поочередного отпирания диодов VD3, VD1 и VD4, VD2. Диоды VD3 и VD1 открыты при полуволне напряжения U2 положительной полярности (без скобок), обеспечивая при этом связь вторичной обмотки трансформа-тора с нагрузкой и создавая на ней напряжение Uн той же полярности, что и напряжение U2. На полуволне напряжения U2 отрицательной полярно-сти (со скобками) открыты диоды VD2 и VD4, которые подключают напряжение U2 к нагрузке с той же полярностью, что и на предыдущем интервале.
ТАкая схема имеет такие же значения коэффициента пульсаций и среднего напряжения, что и схема выпрямителя с выводом от средней точ-ки трансформатора.
Достоинства мостовой двухполупериодного выпрямления приведены ниже:
1. Обратное напряжение на диодах в два раза меньше.
2. Вторичная обмотка трансформатора содержит в два раза меньше витков, чем вторичная обмотка трансформатора в схеме с общей точкой.
3. Зачастую все четыре диода с одинаковыми показателями разме-щаются в одном корпусе - диодная сборка. Диодная сборка является более технологичной деталью, потоу что она занимает меньше места на печатной плате.


Рисунок 10 - Форма напряжения и тока на входе и выходе
двухполупериодного выпрямителя с мостовой схемой

4. Стабилизатор.
Стабилизатор предназначается для поддержания неизменным в за-данных пределах выходного постоянного напряжения при колебаниях входного напряжения (которое поступает с фильтра). Используют три главных схемы стабилизаторов: компенсационный, параметрический, им-пульсный. Главным показателем стабилизатора является коэффициент ста-билизации, который определяется по формуле:
ст =(Duвх/Uвх)/(Duвых/Uвых),
где D - знакопеременные приращения выходного и входного напря-жений соответственно.
Принцип работы параметрического стабилизатора основывается на свойстве полупроводникового элемента – стабилитрона сохранять неиз-менным напряжение обратимого пробоя (напряжение стабилизации) при колебаниях в известных пределах входного напряжения. Схема и вольт-амперная характеристика параметрического стабилизатора приведены на рис. 11, 12.


Рисунок 11 - Схема параметрического стабилизатора


Рисунок 12 - Принцип работы параметрического стабилизатора
где Uпр, Uобр, Iпр, Iобр – показатели вольтамперной характеристи-ки стабилитрона,
Uвх - напряжение на входе стабилизатора (на выходе фильтра),
Iст – ток через стабилитрон,
Uст – напряжение на стабилитроне и нагрузке
Рабочая точка находится на пересечении показателя стабилитрона и нагрузочной прямой, угол наклона которой определяется следующей формулой:
Rэкв = (Rб*Rн)/(Rб+Rн)
Колебания входного напряжения вызывают изменения тока через стабилитрон относительно номинального значения, при этом выходное напряжение стабилизатора остаётся практически неизменным. При этом нагрузочная прямая перемещается параллельно самой себе. Балластное сопротивление Rб необходимо для ограничения тока через стабилитрон, который должен располагаться в допустимых пределах при наибольших отклонениях входного напряжения, напряжение на нём всегда равняется разности между выходным и входным напряжениями. Используя закон Кирхгофа для контурных токов, можно показать, что коэффициент стаби-лизации будет равняться:
Кст =(Uвых / Uвх )*(Rб/Rст.дин.),
где Rст.дин. = DUст/Diст - выходное динамическое сопротивление стабилитрона, размеры которого зависят от крутизны падающей ветви ха-рактеристики стабилитрона. Для маломощных стабилитронов Rст.дин находится в пределах 5…..50 Ом. Коэффициент стабилизации схем такого типа невысок и составляет 10….30 относительных единиц, их применяют в основном для ограничения уровней напряжений, к примеру, для форми-рования опорных напряжений в компараторах. Более качественными по-казателями обладают компенсационные импульсные и аналоговые стаби-лизаторы, которые имеют в своем составе регулируемый по цепи обратной связи элемент (обычно