Спрощена схема імпульсного стабілізатора, показана на рис. 7.1, допоможе нам зрозуміти основи різних методів, що дозволяють досягти стабілізації без розсіювання потужності. Очевидно, що основна увага при конструюванні джерела живлення звернено на стабілізацію напруги, хоча іноді буває необхідна стабілізація струму. У будь-якому випадку робота стабілізатора пов’язана з введенням ланцюга зворотного зв’язку, щоб контролювати вихідну напругу або струм і формувати сигнал корекції або неузгодженості, який використовується для автоматичного регулювання роботи комутуючого пристрою. Дія ланцюга зворотного зв’язку дозволяє стабілізувати вихідний сигнал, незважаючи на зміни або нестабілізованого вхідної напруги, або параметрів навантаження. Будь стабілізований джерело в особливих випадках можна позбавити можливості здійснювати автоматичну стабілізацію, просто розмикаючи ланцюг зворотного зв’язку. Це може бути бажаним, наприклад, при управлінні електродвигуном, де іноді потрібно ручна регулювання частоти обертання. Проте в більшості випадків в електроніці краще застосовувати автоматичне регулювання із замкнутою петлею зворотного зв’язку, тому подальший розгляд буде зосереджено на таких схемах.

Рис. 7.1. Імпульсний стабілізатор з самозбудженням. Коливальний режим схеми визначається умовами на вході і виході, що викликають зміни як ширини, так і частоти проходження імпульсів. Для отримання найкращих характеристик зазвичай необхідно експериментування.

На рис. 7.1 показана базова конфігурація та основні елементи простого імпульсного стабілізатора напруги. Щоб зосередити увагу на схемі перемикання, нестабілізований джерело живлення не показаний. Цікава особливість цього пристрою полягає в тому, що воно є автоколивальних. Частота коливань або частота перемикань визначається, перш за все, індуктивністю і ємністю вихідного фільтра, але впливають і інші фактори. Величина вихідної напруги пропорційна середньому за часом значенням послідовності імпульсів. Таким чином, функція фільтра полягає в усередненні амплітуди імпульсів з метою отримання постійного вихідної напруги, величина якого дорівнює арифметичному середньому напруги імпульсів, що формуються транзисторним комутатором. Зауважте, що сигнал перемикання «Випадковий», змінюються і ширина імпульсу, і частота повторення. Однак це не призводить до великих проблем, ланцюг зворотного зв’язку працює так, що для стабілізації використовується або ширина імпульсу, або частота їх проходження, або обидва цих параметра.

В цьому джерелі харчування, як і в більшості інших, є так званий фіксуючий діод. З попереднього розгляду однополупериодного випрямляча згадайте, що резистор, включений в цьому місці схеми, давав можливість току протікати в навантаження, але він має небажану властивість розсіювати потужність. Фіксуючий діод виконує цю функцію набагато краще, оскільки має високу провідність, коли це необхідно, і незначне розсіювання потужності в інших випадках.

Відчуття простоти, що випливає з розгляду цього автоколивального стабілізатора, може вводити в оману. Ви можете запитати, наприклад, чому таке просте пристрій давно не стало популярним. Відповідь частково криється в схемі входить до складу підсилювача сигналу помилки, але не показаний на малюнку. Можливо це і не очевидно, але до цього функціональним елементу пред’являється багато вимог. Якщо Ви хочете мати хороші параметри імпульсного стабілізатора, і в той же час бажаєте уникнути громіздких компонент фільтра, номінальна частота перемикань повинна бути в багато разів вище частоти мережі змінного струму. З причин, які будуть розглянуті пізніше, є тенденція обмежити роботу частотами близько 20 кГц. Хороший підсилювач сигналу помилки (або компаратор) був спочатку важко реалізованим елементом.

Крім того, у високочастотних ПІП відповідні перемикаючі транзистори, що фіксують діоди і навіть електролітичні конденсатори фільтра використовувалися в граничних режимах. Вартість необхідних компонент часто була висока. Переваги, які можна отримати спрощуючи систему, також були обмежені, тому що в порівнянні з лінійними стабілізаторами, де чудова стабілізація і відсутність перешкод при роботі досягаються відносно легко, вартість і зусилля, витрачені на створення хорошого імпульсного стабілізатора невиправдано великі.

Однією з дійсно поворотних точок, як в технічному розвитку, так і щодо вартості ПІП, була поява недорогих, високо надійних інтегральних схем. Тепер за один-два долари Ви можете придбати інтегральну схему операційного підсилювача (ОУ) для використання її в якості блоку, зображеного на рис. 7.1 трикутником. Такий ОУ може бути еквівалентний схемою, яка містить дюжину або більше дискретних компонент з безпосередніми зв’язками для роботи з постійними напругами. Ще більш привабливою для розробника, ніж схема ОУ, є інтегральна схема лінійного стабілізатора, оскільки вона містить не тільки ОУ, а й прекрасний вбудований джерело опорного напруги. Температурна стабільність і електричні параметри цього джерела опорного напруги перевищують відповідні характеристики простих стабілітронів. За вартістю вони конкурентоспроможні із стабілізаторами напруги. Хоча спочатку ці схеми були призначені для лінійного режиму, вони цілком годяться як «цеглинок» для схем імпульсних стабілізаторів. Фактично, більшість фірм-виробників лінійних стабілізаторів напруги охоче нададуть програми, роз’яснюють як використовувати їх лінійні стабілізатори для створення імпульсних стабілізаторів (більше того, є багато інтегральних схем, спеціально призначених для використання в ПІП).

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.