Отличие реальной схемы от идеальной

До сих пор мы рассматривали идеализированную схему бустерного преобразователя, полагая, что ключевой элемент, источник питания, дроссель и диод имеют нулевое активное сопротивление. В реальных схемах это не так.

Рис.9. Реальная схема бустерного преобразователя.

rдр – активное сопротивление обмотки дросселя;

ru – внутреннее сопротивление источника питания;

rкл – активное сопротивление ключевого элемента в состоянии "замкнут";

rvd – активное сопротивление блокирующего диода.

Предположим, что rкл ~ rvd. Тогда сопротивления разрядной и зарядной цепей дросселя окажутся также одинаковыми, что и отражено на рис.10: r = ru + rдр + rкл = ru + rдр + rvd.

Рис.10. Преобразованная расчетная схема, в которой учитываются все паразитные сопротивления.

Давайте выясним характер регулировочной характеристики в случае реальной схемы. В зарядной и разрядной фазах теперь необходимо учесть падение напряжения на сопротивлении r. Составим уравнение баланса токов через индуктивность в фазе заряда и разряда:

После несложных преобразований получаем:

Считаем, что iн = iL /2.

Окончательно выражение для реальной регулировочной характеристики:

Графически семейство регулировочных характеристик с разным соотношением сопротивления нагрузки и паразитных сопротивлений показано на рис.11.

Рис.11. Семейство регулировочных характеристик бустерных преобразователей.

Данное выражение справедливо для γ < γкр, где γкр - так называемый критический коэффициент заполнения, при превышении которого регулировочная характеристика стабилизатора приобретает падающий характер. Это происходит потому, что падение напряжения на паразитном сопротивлении r уже не может быть скомпенсировано нарастанием тока в индуктивности. Поэтому пользоваться приведенной формулой на "падающем" участке регулировочной характеристики уже нельзя. Да и проектировать стабилизатор для работы в таком режиме бессмысленно.

Критический коэффициент заполнения определяется из выражения:

Чтобы получить достаточно протяженный начальный участок и, следовательно, расширить диапазон регулирования выходного напряжения, необходимо уменьшать сопротивление зарядной цепи r. Из рисунка 11. хорошо видно, что невозможно получить бесконечно большие значения напряжений UH при ограниченном напряжении Un. Практически в стабилизаторах коэффициент заполнения выбирается не более 0,8...0,9, а коэффициент повышения напряжения для самых высоковольтных вариантов - не более 5.