Коэффициент нестабильности по напряжению в стабилизаторах

Нестабильность выходного напряжения источника питания DC-DC

Методика расчета нестабильности выходного напряжения источника питания DC-DC

Одним из параметров, определяющих качественные характеристики источника питания DC-DC, является нестабильность выходного напряжения при воздействии следующих факторов: изменения температуры, входного напряжения, выходного тока и времени.

Значения частных нестабильностей выходного напряжения измеряют до и во время воздействия одного из факторов. Величина выходного напряжения до воздействия заданного фактора принимается за исходное значение (U).

При воздействии каждого из факторов выбирают максимальную (Umax) и минимальную (Umin) величину выходного напряжения. По этим значениям вычисляют частные нестабильности, каждая из которых обычно имеет положительную и отрицательную составляющие. По результатам измерения частных нестабильностей рассчитывается суммарная нестабильность выходного напряжения.

1. Проверка нестабильности выходного напряжения при плавном изменении входного напряжения

Подключить к источнику питания номинальное входное напряжение. Произвести подключение к выходу источника номинальной нагрузки и измерить выходное номинальное напряжение (U).

Плавно увеличить входное напряжение до максимальной величины. Измерить выходное напряжение (Umax). Плавно уменьшить входное напряжение до минимальной величины. Измерить выходное напряжение (Umin).

Рассчитать частную нестабильность выходного напряжения (Нu) по формуле (1):

2. Проверка нестабильности выходного напряжения при изменении выходного тока

Подключить к источнику питания номинальное входное напряжение. Измерить выходное напряжение (U) источника питания при 0,5 номинальной нагрузки. Измерить выходное напряжение (Umax) в режиме наименьшего значения выходного тока источника питания (в режиме холостого хода). Измерить выходное напряжение (Umin) источника питания при номинальной нагрузке.

Рассчитать частную нестабильность выходного напряжения (НI) по формуле (2):

3. Проверка временной нестабильности выходного напряжения

Подключить к источнику питания номинальное входное напряжение. Произвести подключение к выходу источника номинальной нагрузки. Первое измерение выходного напряжения (U) провести через 30 мин после включения источника, а остальные измерения — через каждые 2 ч в течение 8 ч непрерывной работы.

Выбрать из данных показаний наименьшее (Umin) и наибольшее (Umax) значения выходного напряжения. Рассчитать частную нестабильность выходного напряжения (НT) по формуле (3):

4. Проверка температурной нестабильности выходного напряжения

Подключить к источнику питания номинальное входное напряжение. Произвести подключение к выходу источника номинальной нагрузки и измерить выходное номинальное напряжение (U) при нормальных климатических условиях.

Провести измерения выходного напряжения при увеличении температуры окружающей среды до повышенной рабочей температуры, а затем — при уменьшении температуры до величины пониженной рабочей температуры источника.

Выбрать из данных показаний наименьшее (Umin) и наибольшее (Umax) значения выходного напряжения. Рассчитать частную нестабильность выходного напряжения (Нt) по формуле (4):

5. Расчет суммарной нестабильности выходного напряжения

Расчет суммарной нестабильности выходного напряжения (H∑) источника производится непосредственным суммированием отдельно положительных и отдельно отрицательных величин частных нестабильностей:

• нестабильности при плавном изменении входного напряжения;
• нестабильности при плавном изменении выходного тока;
• временной нестабильности;
• нестабильности при изменении температуры.

Испытания считаются положительными, если суммарная нестабильность выходного напряжения не превышает заданных значений для данного типа испытываемого источника питания DC-DC.

ЗАО «РЕОМ» производит источники питания ПНВ27 класса DC-DC.
ИВЭП серии ПНВ27 рассчитаны на питание от сети постоянного тока напряжением в диапазоне от 22В до 34В.

Контактная информация:
тел: (812) 387-55- 06, 387-65-64, 387-86-94
тел/факс: (812) 327-96-60
e- mail: ,

ExpoElectronica 2020. 23-я международная выставка электронных компонентов, модулей и комплектующих

Минпромторг РФ представил стратегию развития микроэлектроники до 2030 года.

Изменения в ФЗ «Об обеспечении единства измерений»

ЭкспоЭлектроника 2019 — 22-я международная выставка электронных компонентов, модулей и комплектующих

Международная выставка Electronica 2018 прошла с 13 по 16 ноября в Мюнхене (Германия)

Конференция «Испытания ЭКБ. Возможности и проблемы»

Источник

Параметры стабилизаторов

Стабилизатор — это устройство, предназначенное для автоматического поддержания в заданных пределах напряжения или тока при изменении входного напряжения, тока нагрузки, температуры, давления, влажности, вибрации и других дестабилизирующих факторов.

Основными параметрами стабилизаторов являются:

1. Коэффициент стабилизации
2. Нестабильность выходного напряжения
3. Внутреннее сопротивление стабилизатора
4. Температурная нестабильность
5. Коэффициент сглаживания пульсаций
6. Коэффициент полезного действия

Коэффициент стабилизации выходного напряжения можно определить как отношение нестабильности выходного напряжения к нестабильности входного напряжения:

Нестабильность выходного напряжения (статическая ошибка) измеряется как отношение изменения выходного напряжения к его номинальному значению:

Измерение нестабильности выходного напряжения производится при постоянной нагрузке (ток нагрузки не должен изменяться).

Внутреннее сопротивление стабилизатора можно определить как

Измерение внутреннего сопротивления стабилизатора производится при неизменном входном напряжении ().

Нестабильность выходного напряжения в зависимости от тока нагрузки. Этот параметр применяется вместо внутреннего сопротивления.

Температурная нестабильность Для выходного напряжения она определяется следующим образом:

Коэффициент сглаживания пульсаций вычисляется следующим образом:

где U_m — амплитуда пульсаций.

Коэффициент полезного действия определяется как отношение выходной мощности к мощности, потребляемой стабилизатором:

Следует отметить, что мы перечилили только основные параметры стабилизаторов. Для стабилизаторов переменного тока дополнительно оговариваются требования по стабильности частоты сети переменного тока, нестабильность входного импеданса и его реактивной составляющей, коэффициент мощности. Кроме того важными параметрами являются габариты, масса и надежность стабилизатора, но эти требования относятся уже к любому радиоэлектронному устройству.

Наибольший вклад в общую нестабильность выходного напряжения вносят нестабильности по напряжению, току и температуре и, в зависимости от этого, получается результирующая нестабильность стабилизатора:

Cтабилизаторы классифицируются в зависимости от стабильности на стабилизаторы:

• низкой точности δ = 2 . 5%
• средней точности δ = 0,5 . 2%
• высокой точности δ = 0,1 . 0,5%
• прецизионные δ Дата последнего обновления файла 07.06.2015

Понравился материал? Поделись с друзьями!

1. Сажнёв А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. “Электропитание устройств и систем связи”: Учебное пособие/ ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2008г. – 112 с.
2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 5-е издание, стереотипное. – М.: ИП РадиоСофт, 2010. – 384с.
3. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчёт. Учебное пособие. – М., 2008. – 448 с.
4. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М.Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.,2009. – 384 с.
5. Денисов А.И., Зволинский В.М., Руденко Ю.В. Вентильные преобразователи в системах точной стабилизации. – К.: Наукова думка, 1997. – 250 с.

Вместе со статьей «Параметры стабилизаторов» читают:

Источник

Основные параметры стабилизаторов

Основные параметры стабилизаторов.

1. Номинальное выходное напряжение стабилизатора UН, В; и пределы его изменения: верхний UН. МАКС и нижний UН. МИН.

2. Пределы регулировки выходного напряжения стабилизатора: верхний UН, РЕГ, МАКС, нижний UН. РЕГ. МИН, В.

3. Номинальное значение тока нагрузки стабилизатора и пределы его изменения: максимальное IН. МАКС и минимальное IН. МИН.

4. Нестабильность выходного напряжения, которое определяется как отношение изменения выходного напряжения DUН к номинальному значению выходного значения стабилизатора UН при заданных изменениях входного напряжения или тока нагрузки.

Коэффициент нестабильности по напряжению dUН, % определяется при заданном изменении входного питающего напряжения на величину DUВХ и IН=const.

Коэффициент нестабильности по току определяется при заданном изменении тока нагрузки на величину DIН=IН. МАКС-IН. МИН при DUВХ=const.

Часто в справочниках используются коэффициенты нестабильности по напряжению и току с другой размерностью %/В или %/А.

Для получения коэффициентов нестабильности с такой размерностью предыдущие формулы перепишутся следующим образом:

Коэффициент нестабильности по напряжению %/В.

Коэффициент нестабильности по току %/А.

5. Наряду с коэффициентом нестабильности для характеристики стабилизирующих свойств используется коэффициент стабилизации по напряжению КСТ, который показывает, во сколько раз относительное изменение входного напряжения больше относительного изменения выходного напряжения при неизменном токе нагрузки:

6. Коэффициент подавления пульсаций — отношение переменной составляющей на входе стабилизатора и переменной составляющей на выходе стабилизатора:

7. Внутреннее сопротивление постоянному току — отношение изменения выходного напряжения к медленному изменению выходного тока при постоянном входном напряжении:

8. Внутреннее динамическое сопротивление, которое определяет импульсное изменение выходного напряжения стабилизатора DUНИ при импульсном изменении тока нагрузки DIНИ при постоянном входном напряжении:

9. Температурный коэффициент напряжения aН, %/°С (ТКН) показывает изменение выходного напряжения стабилизатора при изменении температуры окружающей среды ТСР на 1°С:

10. Коэффициент полезного действия стабилизатора hСТ определяется как отношение полезной мощности, отдаваемой в нагрузку, к мощности, потребляемой от источника входной электроэнергии:

Источник

Тема 4.3. Стабилизаторы напряжения

Виды стабилизаторов и их основные характеристики.Стабилизатором напряжения называют устройство, поддерживающее с определенной точностью неизменным напряжение на нагрузке. Изменение напряжения на нагрузке может быть вызвано рядом причин: колебаниями напряжения первичного источника питания (сети переменного напряжения, аккумулятора, гальванического элемента), изменением нагрузки, изменением температуры окружающей среды и др.

По принципу работы стабилизаторы делят на параметрические и компенсационные. В свою очередь параметрические стабилизаторы бывают однокаскадными, многокаскадными и мостовыми. Компенсационные стабилизаторы могут быть с непрерывным или импульсным регулированием; и те и другие могут быть последовательного или параллельного типа.

Параметрические стабилизаторы осуществляют стабилизацию напряжения за счет изменения параметров полупроводниковых приборов: стабилитронов, стабисторов, транзисторов и др. Изменяемым параметром полупроводниковых стабилизаторов напряжения является их сопротивление или проводимость.

Компенсационные стабилизаторы представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования напряжения на нагрузке, выполненные па полупроводниковых приборах. Выходное напряжение в этих стабилизаторах поддерживается равным или пропорциональным стабильному опорному напряжению, которое обычно создается одним из типов параметрических стабилизаторов. Компенсационные стабилизаторы содержат регулирующий элемент (обычно транзистор), который может включаться последовательно или параллельно нагрузке. Стабилизатор с последовательным включением регулирующего элемента называют сериесным, а с параллельным включением — шунтовым. Регулирующий элемент может работать в непрерывном или ключевом режимах. В импульсных стабилизаторах используется ключевой режим работы регулирующего элемента. В стабилизаторах с непрерывным регулированием регулирующий элемент работает в непрерывном режиме.

По выходной мощности стабилизаторы можно разделить на маломощные (до 1Вт), средней мощности (до 250 Вт) и большой мощности (свыше 250 Вт).

По точности поддержания выходного напряжения па нагрузке стабилизаторы делят на прецизионные (изменение напряжения не более 0,005%), точные (изменение напряжения от 0,01 до 0,005%), средней точности (изменение напряжения от 0,1 до’0,01%) и низкой точности (изменение напряжения от 1 до 0,1%). В прецизионных стабилизаторах для получения наивысшей точности поддержания выходного напряжения используются специальные устройства, исключающие влияние изменения температуры окружающей среды (термостаты или криостаты).

Основные параметры стабилизаторов напряжения. Параметры стабилизаторов напряжения позволяют сравнивать их по качеству работы, выбирать те, которые удовлетворяют требованиям эксплуатации электронных устройств. К таким параметрам относят: номинальное выходное напряжение U_вых, диапазон изменения входного напряжения U_Bx.min и U_Bx.max, диапазон изменения тока нагрузки I_н.min и I_н.max коэффициент полезного действия η, коэффициент нестабильности по напряжению K_нU и коэффициент нестабильности по току К_нI, коэффициент сглаживания пульсаций К_сг и быстродействие.

Кроме эксплуатационных используются также расчетные параметры, которые необходимы при проектировании стабилизаторов с заданными свойствами. К таким параметрам относят: дифференциальное выходное сопротивление г_ст, температурный коэффициент напряжения ТКН, напряжение шумов U_ш, временной дрейф выходного напряжения ΔU_Т и некоторые другие.

Номинальное напряжение стабилизации U_вых — это выходное напряжение стабилизатора при нормальных условиях его эксплуатации (определенное входное напряжение, заданный ток нагрузки, установленная температура окружающей среды). Если стабилизатор позволяет регулировать выходное напряжение, то задается диапазон изменения выходного напряжения U_выx.min и U_вых.max.

Диапазон изменения входного напряжения U_вх позволяет установить пределы изменения напряжения на входе стабилизатора, при которых сохраняются точностные свойства стабилизатора.

Диапазон изменения тока нагрузки I_н, позволяет установить пределы изменения тока нагрузки, при котором сохраняются точностные свойства стабилизатора.

Коэффициент полезного действия стабилизатора η_ст — это отношение мощности, отдаваемой в нагрузку Р_н, к мощности Р_пот, потребляемой от первичного источника питания:

Коэффициент нестабильности по напряжению K_нU — это отношение относительного изменения выходного напряжения ΔU_вых/U_вых к вызвавшему его изменению входного напряжения ΔU_вх:

Коэффициент нестабильности по току К_нI —это отношение относительного изменения выходного напряжения ΔU_вых/U_вых к вызвавшему его относительному изменению тока нагрузки ΔI_н/I_н:

Коэффициент сглаживания пульсаций — это отношение амплитудного значения пульсаций входного напряжения к амплитудному значению пульсаций выходного напряжения:

Быстродействие стабилизатора характеризует его способность быстро отрабатывать скачкообразные изменения входного напряжения или тока нагрузки. Обычно быстродействие стабилизатора определяют временем установления выходного напряжения при заданном скачкообразном изменении напряжения на входе или тока нагрузки.

Дифференциальное выходное сопротивление стабилизатора — это отношение приращения выходного напряжения к приращению тока нагрузки:

Температурный коэффициент — это отношение относительного изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению температуры окружающей среды:

Приведенная система параметров достаточно полно отражает функциональные свойства стабилизатора напряжения любого типа независимо от его схемы или конструкции.

Параметрические стабилизаторы напряжения выполняют на специальных полупроводниковых диодах: стабилитронах и стабисторах. Для стабилизации напряжения при помощи стабилитрона используют обратную ветвь вольт-амперной характеристики полупроводникового диода, а при помощи стабистора — его прямую ветвь.

В стабилитронах используется явление электрического лавинного пробоя. При этом в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется очень незначительно. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают сопротивление. Типовая схема включения стабилитрона приведена на рис. 1.а. Основными параметрами стабилитрона являются: номинальное напряжение стабилизации U_ст, его дифференциальное сопротивление г_ст и температурный коэффициент напряжения стабилизации ТКН.

Температурный коэффициент напряжения стабилизации зависит от напряжения стабилизации и тока через стабилитрон. Типовые зависимости ТКН стабилитрона от U_ст и I_ст приведены на рис. 1.б. Из этих зависимостей следует, что при низком напряжении стабилизации (менее 5 В) ТКН имеет отрицательный знак и при токе около 10мА составляет примерно -2,1мВ/°С. При напряжении выше 6В ТКН имеет положительный знак и при Uст=10В достигает значения 6мВ/°С. Выбирая ток стабилитрона, можно добиться почти нулевого значения ТКН.

Рис. 1. Типовая схема включения стабилитрона (а) и зависимость ТКН стабилитрона от напряжения и тока стабилитрона.

Работа типовой схемы стабилизатора, приведенной на рис. 1.а, происходит следующим образом. Входное напряжение Uвх через ограничительное сопротивление Rr подводится к параллельно включенным стабилитрону Д и сопротивлению нагрузки Rн. Поскольку напряжение на стабилитроне меняется незначительно, то же относится и к напряжению на нагрузке. Если входное напряжение увеличивается, то практически все приращение ΔUвх передается на сопротивление Rr, что приводит к увеличению тока в нем. Это увеличение тока происходит за счет увеличения тока стабилитрона при почти неизменном токе нагрузки.

Компенсационные стабилизаторы. Структурная схема компенсационного стабилизатора напряжения приведена на рис. 2.а. Выходное напряжение Uвых стабилизатора через делитель напряжения ДН подводится к усилителю сигнала рассогласования (сигнала ошибки) УСО, где сравнивается с напряжением Uoп источника опорного напряжения ИОН. С выхода УСО напряжение ошибки поступает на регулирующий элемент РЭ и изменяет его коэффициент передачи. Уравнение компенсационного стабилизатора можно записать, используя схему рис. 2.а.

где U_oп — напряжение опорного источника, U_вых — выходное напряжение стабилизатора, К_д — коэффициент передачи делителя напряжения ДН, К₀ — коэффициент усиления усилителя сигнала рассогласования УСО и регулирующего элемента РЭ.

Из уравнения (1) получаем значение напряжения на выходе стабилизатора:

Если усиление УСО достаточно велико, то при условии К₀К_д >> 1 получаем из (2)

Рис. 2. Упрощенная структурная схема стабилизатора напряжения с непрерывным регулированием (а) и функциональная схема стабилизатора фиксированного
напряжения (б).

Таким образом, из уравнения (3) следует, что выходное напряжение компенсационного стабилизатора не зависит от изменения напряжения на входе Uвх и пропорционально опорному напряжению. Иначе говоря, стабильность выходного напряжения компенсационного стабилизатора зависит только от нестабильности элементов, включенных в цепь обратной связи, и не зависит от нестабильности элементов в цепи прямой передачи. В качестве источника опорного напряжения обычно используется один из видов параметрических стабилизаторов, рассмотренных ранее. В этом случае применение делителя напряжения ДН позволяет получать выходное напряжение, отличное от напряжения опорного источника.

К напряжению на входе предъявляются требования такие же, как к напряжению питания усилителя: оно должно быть больше, чем напряжение на выходе, хотя бы на падение напряжения на регулирующем элементе. Чем меньше падение напряжения на регулирующем элементе, тем выше будет КПД компенсационного стабилизатора. Поэтому для нормальной работы стабилизатора необходимо выполнение условий

По принципу действия компенсационные стабилизаторы делят на две группы: с непрерывным и импульсным регулированием. Основное различие этих стабилизаторов заключается в режиме работы регулирующего элемента: в стабилизаторах с непрерывным регулированием регулирующий элемент работает в непрерывном режиме (т. е. как регулируемое сопротивление), а в стабилизаторах с импульсным регулирования он работает как ключ.

Компенсационные стабилизаторы с непрерывным регулированием. Упрощенная схема компенсационного стабилизатора напряжения с непрерывным регулированием приведена на рис. 2.б. В этой схеме делитель напряжения ДН выполнен на резисторах R1 и R2. Коэффициент передачи такого делителя

Источник