Zasilacze impulsowe

Klasyczne zasilacze, zawierające transformatory sieciowe, układy prostowników i stabilizatory napięcia o działaniu ciągłym, charakteryzują się prostą budową, dużą niezawodnością działania, dobrą stabilizacją napięcia wyjściowego, małymi fluktuacjami tego napięcia oraz dużą dynamiką. Układy te nie zapewniają jednak dużych sprawności. Sprawność energetyczna na ogół nie przekracza 50% co ogranicza zakres stosowania głównie do układów małej i średniej mocy. Wynika to przede wszystkim ze znacznych trudności odprowadzania ciepła przy większych stratach mocy. Dlatego między innymi w stabilizatorach i zasilaczach większej mocy jest pożądane znaczne zwiększenie ich sprawności energetycznej. Sprawność zasilaczy można radykalnie z większych stosując układy impulsowe, umożliwiające uzyskanie sprawności energetycznej dochodzącej nawet do 95%, co oczywiście znacznie zmniejsza wydzielaną w nich moc strat i powoduje, że rozmiary stabilizatorów impulsowych mogą być o wiele mniejsze niż rozmiary stabilizatorów zwykłych. Oprócz dużej sprawności, zasilacze impulsowe odznaczają się wieloma innymi cechami, przy tym nie zawsze są to cechy korzystne. Zawierają one układy impulsowego przetwarzania i stabilizowania napięcia wyjściowego, najczęściej przełączania z częstotliwością ponad akustyczną. Mogą być zakłóceń, niekiedy wręcz uniemożliwiających ich wykorzystanie (np. w aparaturze zawierającej bardzo czułe wzmacniacze). Są one znacznie bardziej skomplikowane i rozbudowane niż stabilizatory o działaniu ciągłym, co powoduje zmniejszenie ich trwałości i niezawodności. Stabilizacja napięcia wyjściowego oraz szybkość reakcji na zmiany obciążenia jest w stabilizatorach impulsowych na ogół gorsza niż w stabilizatorach o działaniu ciągłym. Natomiast wśród istotnych zalet -poza dużą sprawnością- należy przede wszystkim wymienić małe wymiary, łatwość transformacji napięcia zasilającego oraz możliwość uzyskania izolacji galwanicznej miedzy źródłem zasilającym a obwodem wyjściowym. Ta ostatnia cecha jest bardzo istotna przy wykorzystaniu sieci energetycznej o częstotliwości 50 Hz, jako źródła zasilającego, gdyż nie trzeba stosować kłopotliwych i ciężkich transformatorów sieciowych.

Rys.1 Bezstratny impulsowy regulator napięcia stałego ; a) schemat; b) przebieg napięcia na wyjściu klucza

Ogólna koncepcja zasilaczy impulsowych opiera się na spostrzeżeniu zmiany wartości średniej napięcia wyjściowego można dokonywać przez regulacje czasu zamknięcia klucza jak przedstawiono na rys 1. W przedstawionym układzie znajduje się klucz K, przełączający cyklicznie wejście filtru LC do zasilania (pętla I) i do masy (pętla II).

Przy czym wartość średnia tego napięcia zależy od iloczynu współczynnika wypełnienia ciągu impulsów d i napięcia wejściowego. Przy idealnym kluczu i bezstratnych elementach L, C przetworzenie napięcia wejściowego U1 na mniejszą wartość U0 odbywa się bez strat. Napięcie stałe U0 na wyjściu filtru bezstratnego jest równe wartości średniej napięcia na jego wejściu.

Sterowane konwertery napięcia stałego

Zmieniając współczynnik wypełnienia przełączania klucza tj. stosunek czasu włączenia klucza dT do okresu przełączania T, można dokonywać bezstratnie regulacji napięcia wyjściowego. Jak widać zasada impulsowej regulacji napięcia stałego jest bardzo prosta.

Rys. 2 Schemat blokowy typowego zasilacza impulsowego

Na rys przedstawiono schemat blokowy typowego zasilacza impulsowego. Zasada stabilizacji napięcia wyjściowego jest ta sama, co w stabilizatorach o działaniu ciągłym. Odmienne są jedynie realizacje poszczególnych bloków stabilizatorów. Istnieje wiele sposobów regulacji i stabilizacji napięcia wyjściowego w układach impulsowych. Od rodzaju użytej regulacji zależą niektóre właściwości zasilaczy np. stopień komplikacji układu, stałość napięcia wyjściowego, dynamika, poziom napięcia tętnień na wyjściu, poziom zakłóceń, częstotliwość pracy.

---