Операция выделения постоянной составляющей эквивалентна определению среднего значения сигнала. Как мы уже выяснили, напряжение на входе фильтра имеет импульсный характер. Фильтруя постоянную составляющую, мы как бы усредняем сигнал, «размазываем» его по всему периоду Т. Как это объяснить проще? Представьте, что импульсы - это горки песка, насыпанные на дорожке через равные промежутки. Мы берем в руки каток и разравниваем песок равномерно по всей дорожке. Конечно, высота сплошного слоя будет меньше высоты отдельных горок, зато дорожка получится гладкой. А математически операция сглаживания выглядит следующим образом:

U„=-liit)RJt, о

где i(t) - мгновенное (то есть взятое в конкретный момент) значение тока в нагрузке.

Подынтегральное выражение - это мгновенное значение напряжения на нагрузке, которое мы должны вычислить для каждого момента времени внутри периода, а затем, сложив их, усреднить по времени периода. Не пугайтесь, вам уже (в который раз) не придется вычислять интеграл. Дело в том, что сглаживающие фильтры проектируются так, чтобы на их выходе остаточные пульсации были как можно меньше и приближали выходной сигнал к идеалу. Как рассчитать такой фильтр, мы расскажем в следующем разделе, а сейчас, предполагая, что наш фильтр полностью подавляет пульсации, вычислим среднее значение напряжения на нагрузке чоппера. Учтем тшсже, что ток i(t) обладает постоянством во времени:

i(t)=i - постоянный максимальный ток в нагрузке, который протекает, когда ключ замкнут на длительное время, то есть схема управления не работает.

Итак,

Как мы видим, напряжение на нагрузке прямо пропорционально ширине импульса Когда ключ открыт на длительное время, = С/„. Когда ключ на длительное время закрыт, U„ = 0. Отсюда ясно, что

Таким образом, при наличии хорошего сглаживающего фильтра, управляя ТОЛЬКО коэффициентом заполнения, увеличивая или уменьшая длительность открытого состояния ключа, мы можем легко регулировать напряжение на нагрузке.

Попутный вывод, который можно сделать, прочитав этот раздел, - в данной схеме принципиально невозможно получить напряжение на нагрузке больше, чем напряжение питания стабилизатора. В дальнейшем мы попробуем изменить подобную ситуацию, а сейчас перейдем к определению основных параметров чопперной схемы.

9.2. Расчет чопперной схемы

Номенклатура микросхем управления чопперными стабилизаторами, выпускаемых в мире, весьма широка. При необходимости профессиональный разработчик или радиолюбитель сможет без труда выбрать подходящую микросборку по таким параметрам, как напряжение стабилизации, мощность, габаритные размеры, стоимость и т.д. В справочной документации на эти микросхемы всегда приводится типовая схема включения со всеми номиналами и типами дополнительных элементов, таких, как резисторы, конденсаторы, индуктивности. К сожалению, производители микросхем редко объясняют, почему на типовой схеме они указали именно такие номиналы, а не какие-либо другие. В то же время у разработчика импульсного блока питания может просто не оказаться под рукой идеально подходящего элемента, но есть другие, похожие. Подойдут ли они? Трудности могут возникнуть у радиолюбителя при самостоятельном изготовлении индуктивного элемента. Какой магнитопровод или сердечник взять? Сколько витков намотать? Каким проводом? Поэтому и профессионалам, и любителям нелишне познакомиться с методикой определения параметров элементов чопперной схемы.

Внимание! Чоппер может работать в двух режимах (не путать с фазами!): режиме безразрывных токов дросселя и режиме разрывных токов дросселя.

Рассмотрим особенности этих режимов, воспользовавшись рис. 9.6. Закон спада тока дросселя в фазе его разряда приближенно определяется из выражения:

где il - мгновенное значение тока в дросселе в момент окончания фазы заряда.

В случае, если

- n-L

говорят о разрывности тока дросселя.

Рис. 9.6. Режим безразрывных токов дросселя

Режим безразрывных токов дросселя

в этом случае форма тока через дроссель будет подобна изображенной на рис. 9.6. Из курса теоретических основ электротехники известно, что закон, описывающий соотношение между током и напряжением на индуктивном элементе, выглядит следующим образом:

Отсюда

M,=j\u,dt.

Сделаем допущение, которое избавит нас от необходимости интегрирования по всем правилам.

Напряжение на индуктивном элементе с большой степенью точности можно считать постоянным, поскольку напряжение питания