В отличие от традиционных
линейных ИП, предполагающих гашение излишнего нестабилизированного напряжения
на проходном линейном элементе, импульсные ИП используют иные методы и физические
явления для генерации стабилизированного напряжения, а именно: эффект накопления
энергии в катушках индуктивности, а также возможность высокочастотной трансформации
и преобразования накопленной энергии в постоянное напряжение. Существует три
типовых схемы построения импульсных ИП (см. рис. 3.4-1): повышающая (выходное
напряжение выше входного), понижающая (выходное напряжение ниже входного) и
инвертирующая (выходное напряжение имеет противоположную по отношению к входному
полярность). Как видно из рисунка, отличаются они лишь способом подключения
индуктивности, в остальном, принцип работы остается неизменным, а именно.
Ключевой
элемент (обычно применяют биполярные или МДП транзисторы), работающий с частотой
порядка 20-100 кГц, периодически на короткое время (не более 50% времени) прикладывает к катушке индуктивности
полное входное нестабилизированное напряжение. Импульсный ток. протекающий при
этом через катушку, обеспечивает накопление запаса энергии в её магнитном поле
1/2LI^2 на каждом импульсе. Запасенная таким образом энергия из катушки передастся
в нагрузку (либо напрямую, с использованием выпрямляющего диода, либо через
вторичную обмотку с последующим выпрямлением), конденсатор выходного сглаживающего
фильтра обеспечивает постоянство выходного напряжения и тока. Стабилизация выходного
напряжения обеспечивается автоматической регулировкой ширины или частоты следования
импульсов на ключевом элементе (для слежения за выходным напряжением предназначена
цепь обратной связи).
.
Такая, хотя и достаточно
сложная, схема позволяет существенно повысить КПД всего устройства. Дело в том,
что, в данном случае, кроме самой нагрузки в схеме отсутствуют силовые элементы,
рассеивающие значительную мощность. Ключевые транзисторы работают в режиме насыщенного
ключа (т.е. падение напряжения на них мало) и рассеивают мощность только в достаточно
короткие временные интервалы (время подачи импульса). Помимо этого, за счет
повышения частоты преобразования можно существенно увеличить мощность и улучшить
массогабаритные характеристики.
Важным технологическим
преимуществом импульсных ИП является возможность построения на их основе малогабаритных
сетевых ИП с гальванической развязкой от сети для питания самой разнообразной
аппаратуры. Такие ИП строятся без применения громоздкого низкочастотного силового
трансформатора по схеме высокочастотного преобразователя. Это, собственно, типовая
схема импульсного ИП с понижением напряжения, где в качестве входного напряжения
используется выпрямленное сетевое напряжение, а в качестве накопительного элемента
— высокочастотный трансформатор (малогабаритный и с высоким КПД), со вторичной
обмотки которого и снимается выходное стабилизированное напряжение (этот трансформатор
обеспечивает также гальваническую развязку с сетью).
К недостаткам импульсных
ИП можно отнести: наличие высокого уровня импульсных шумов на выходе, высокую,
сложность и низкую надежность (особенно при кустарном изготовлении), необходимость
применения дорогостоящих высоковольтных высокочастотных компонентов, которые
в случае малейшей неисправности легко выходят из строя "всем скопом"
(при этом. как правило, можно наблюдать впечатляющие пиротехнические эффекты).
Любителям покопаться во внутренностях устройств с отверткой и паяльником при
конструировании сетевых импульсных ИП придется быть крайне осторожными, так
как многие элементы таких схем находятся под высоким напряжением.
