Разработать импульсный стабилизатор тока на основе прямоходового преобразователя

1. Задание на проектирование и исходные данные

Для схемы, представленной на рис. 1 провести выбор и расчет элементов силовой части схемы. Выбрать и рассчитать все элементы системы управления, обобщенная структура которой приведена на рис. 2. Система управления должна обеспечивать требуемый алгоритм управления силовой частью стабилизатора и обеспечивать заданную точность выходных параметров при изменении входного напряжения в заданном диапазоне.

Для данного варианта задания стабилизатор должен иметь следующие параметры:

— обратная связь по току;

— входное напряжение изменяется от 40 до 80 В;

— напряжение на нагрузке 10 В;

— ток на нагрузке 20 А;

— частота преобразования 10 кГц;

— точность стабилизации 2%.

Рисунок 1 — Исходная схема преобразователя

Рисунок 2 — Обобщенная схема импульсного источника питания Д — датчик тока; СУ — согласующее устройство;  - суммирующий усилитель; УК — устройство коррекции; Пр — широтноимпульсный преобразователь; УМ — усилитель мощности; ИОН — источник опорного напряжения

2. Обзор аналогичных устройств

Стабилизатором напряжения (тока) называется устройство, автоматически обеспечивающее поддержание напряжения (тока) на нагрузке с заданной степенью точности при изменении дестабилизирующих факторов в заданных пределах.

В настоящее время известны два основных способа, позволяющих обеспечить режим стабилизации напряжения или тока электропитания: параметрический и компенсационный. При параметрическом способе режим электропитания стабилизируется за счет применения элемента с нелинейной вольтамперной характеристикой, имеющей пологий участок, в пределах которого стабилизируемый параметр (напряжение или ток) изменяется незначительно при воздействии дестабилизирующего фактора. При параметрическом способе стабилизации дестабилизирующий фактор (изменение входного напряжения или тока нагрузки) непосредственно воздействует на нелинейный элемент, а изменение выходного напряжения (или тока) относительно заданного значения не контролируется и определяется только параметрами нелинейного элемента (степенью нелинейности его вольтамперной характеристики). Параметрическим стабилизатором напряжения (тока) называется устройство, у которого стабилизирующие свойства определяются характеристикой нелинейного элемента, и отсутствует элемент, измеряющий отклонение выходного напряжения (тока) от заданного значения.

При компенсационном способе режим электропитания стабилизируется за счет измерения отклонения выходного напряжения (тока) от заданного значения, сравнения его с эталонной величиной, и воздействия полученного сигнала рассогласования на регулирующий элемент. Регулирующий элемент при этом изменяет свое динамическое сопротивление таким образом, что компенсирует возникшее отклонение выходной величины. При компенсационном способе стабилизации имеется отрицательная обратная связь между выходом стабилизирующего устройства и регулирующим элементом. Для улучшения качества стабилизации в цепь обратной связи включают усилитель сигнала рассогласования. Наличие цепи обратной связи превращает стабилизирующее устройство в замкнутую систему автоматического регулирования. При компенсационном способе стабилизации действием стабилизирующего устройства управляет отклонение стабилизируемой величины от ее заданного значения, информация о котором по цепи обратной связи поступает на регулирующий элемент. Компенсационным стабилизатором напряжения (тока) называется устройство, в котором имеются элемент, измеряющий величину отклонения выходного напряжения (тока) от заданного значения, и элемент, вырабатывающий опорное напряжение. Полученный в результате сравнения этих напряжений сигнал рассогласования управляет работой регулирующего элемента, изменение состояния которого приводит к компенсации происшедшего отклонения. Таким образом, действием компенсационного стабилизатора управляет отклонение выходной стабилизируемой величины от заданного значения.

Параметрические стабилизаторы.

При параметрическом методе режим стабилизации напряжения (тока) электропитания осуществляется за счет применения элемента с нелинейной вольтамперной характеристикой. От степени нелинейности вольтамперной характеристики элемента зависит качество стабилизации.

Для параметрической стабилизации тока используют бареттеры. Бареттер — вакуумный прибор, наполненный водородом, в котором помещена стальная или