Повышающий импульсный стабилизатор

Здесь, выходное напряжение больше входного.

Когда транзистор VT открыт, к дросселю L приложено входное напряжение V_IN. В этом случае согласно закону электромагнитной индукции

Vin = L(dI_L/dt), (6.10)

и ток в дросселе будет расти, увеличивая запасаемую в нем энергию (Рис. 6.12).

К диоду VD будет приложено запирающее напряжение, и ток нагрузки будет поддерживаться за счет разряда конденсатора С. После запирания транзистора потенциал на его коллекторе поднимается до величины, превышающей выход­ное напряжение, за счет ЭДС самоиндукции дросселя. Диод откроется. Ток в дросселе при этом будет убывать, и его энергия, запасенная в первом такте, вместе с энергией, поступающей от первичного источника, будет питать на­грузку и заряжать конденсатор. Скорость изменения тока на этом такте определяется соотношением (6.3). Приращение тока в первом такте равно убыли тока во втором:

Откуда следует

Выражение (6.12) представляет собой регулировочную характеристику по­вышающего преобразователя, график которой приведен на Рис. 6.13.

Формула (6.12) справедлива, если только в течение периода коммута­ции ток дросселя нигде не достигает нуля. В противном случае выход­ное напряжение будет больше, чем величина, рассчитанная по этой формуле. При работе нерегулируемого импульсного преобразователя данного типа на холостом ходу его напряжение может возрасти до опасных значений!

Примером ИМС повышающего импульс­ного стабилизатора может служить микросхе­ма МАХ856 фирмы Maxim, преобразующая постоянное нестабилизированное напряже­ние от 0.8 до 6 В в постоянное напряжение 5 В при токе нагрузки до 100 мА. Кристалл разме­ром 2.1 х 1.5 мм в восьмивыводном корпусе содержит устройство управления и коммути­рующий МОП-транзистор. Диод, дроссель и конденсатор — внешние. КПД устройства при токе нагрузки в 40 мА достигает 85%. Ток, по­требляемый самой микросхемой, составляет не более 25 мкА. Способ регулирования — ЧИМ, при частоте до 500 кГц. Устройство управления ограничивает входной ток вели­чиной 0.5 А и контролирует напряжение пер­вичного источника тока.

Для повышения КПД при преобразовании низких напряжений в этой схеме вместо диода также можно использовать синхронный вы­прямитель на МОП-транзисторе. На Рис. 6.14 приведена схема повышающего преобразова­теля с синхронным выпрямителем.

МОП-транзисторы — n-канальный VT1 и p-канальный VT₂ — переключаются в противофазе. Прямое падение напряжения на от­крытом транзисторе VТ₂ значительно меньше, чем на диоде, даже если это диод Шоттки.

Другое достоинство этой схемы — ток через дроссель не прерывается. В фазе, когда транзистор VТ₂ открыт, ток дросселя, снизившись до нуля, затем меняет свое направление и начинает течь от нагрузки к источнику. Часть энергии от нагрузки возвращается источнику, т. е. имеет место реактивный обмен или ре­куперация энергии. Формула (6.12) в этом случае справедлива для любого тока нагрузки, и перенапряжения на холостом ходу не происходит.

Реактивный обмен не всегда желателен, поэтому некоторые ИМС контрол­леров для управления импульсными стабилизаторами напряжения содержат цепи контроля, которые при снижении тока дросселя до установленного поро­гового уровня обеспечивают запирание транзистора VT₂.