Текст книги "Импульсные блоки питания для IBM PC"

Автор книги: Александр Куличков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 17 страниц) [доступный отрывок для чтения: 7 страниц]

Рис. 2.10. Диаграмма напряжения на коллекторах транзисторов Q7, Q8

На рис. 2.10 представлена диаграмма напряжения на коллекторе одного из транзисторов промежуточного усилителя в произвольный момент времени. Следует учитывать, что на коллекторе второго транзистора формируются аналогичные по виду, но сдвинутые по времени, импульсы. Фрагмент импульсной последовательности в точке подключения катода диода D19 к обмотке трансформатора T2 показан на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Фрагмент импульсной последовательности в точке подключения катода D19 к обмотке трансформатора T2

На рис. 2.11 условно сплошными линиями выделены контуры импульсов, которые появляются при коммутации транзистора Q7, а пунктирными – при переключении транзистора Q8.

Диод D19 установлен для снижения влияния импульсного сигнала, возникающего в средней точке первичной обмотки трансформатора T2 на цепь питания микросхемы IC1.

2.4.3. Импульсный усилитель мощности

Каскад усилителя мощности импульсного преобразователя подключен к выпрямителю на диодах D11 – D14. Выпрямленное напряжение первичной сети фильтруется комбинированным фильтром, состоящим из дросселя Т и последовательно соединенных электролитических конденсаторов С5 и С6. Параллельно каждому конденсатору фильтра подключены резисторы R30 и R31 соответственно. Включение резисторов не обязательно, поэтому не все производители источников питания применяют их в своих конструкциях. Резисторы используются для ускоренного разряда емкостей фильтра при выключении источника питания. Конденсаторы C5 и C6 в данном варианте схемы имеют двойное назначение: первое – фильтрация выпрямленного сетевого напряжения питания и второе – работа в составе схемы полумостового усилителя мощности. Эти конденсаторы вместе с силовыми транзисторами Q9 и Q10 образуют схему полного моста, в диагональ которого последовательно с конденсатором C7 включена первичная обмотка силового импульсного трансформатора Т3. Общее описание полумостового усилителя приведено в главе 1. Там же соотношением (1.13) были установлены минимальные требования к емкости конденсаторов полумостовой схемы. В импульсных источниках для персональных компьютеров, как правило, применяется схема включения фильтрующих конденсаторов, аналогичная схеме, приведенной на рис. 2.2. При таком включении допускается применение конденсаторов C5 и C6 с максимальным рабочим напряжением на каждом в 200 В, так как в точке соединения этих конденсаторов устанавливается напряжение близкое к U_п/2. А совмещение их функций позволяет сэкономить два неполярных конденсатора емкостью 0,5–1,0 мкФ и рабочим напряжением не менее 200 В.

Параллельно каждому силовому транзистору Q9 и Q10 установлен защитный диод D23 и D24 соответственно, устраняющий выбросы напряжения в моменты коммутации транзисторов, а также служащий для создания пути частичного возврата энергии, запасенной в силовом импульсном трансформаторе, в источник первичного питания. Наличие конденсатора С7 исключает насыщение сердечника трансформатора T3 при возникновении асимметрии временных интервалов протекания тока через первичную обмотку T3. Конденсатор С7 устраняет постоянную составляющую в цикле перемагничивания сердечника и этим исключает увеличение токовой нагрузки на одном из силовых транзисторов. К первичной обмотке трансформатора T3 подключена демпфирующая RC цепь на элементах R48 и C25. Цепь предназначена для гашения паразитных высокочастотных колебаний, возникающих в моменты переключения транзисторов в контуре, образованном межвитковой емкостью первичной обмотки T3 и ее индуктивностью рассеяния. Конденсатор C25 дополняет общую паразитную емкость первичной обмотки трансформатора T3, что приводит к снижению частоты паразитных колебаний и уменьшению их амплитуды. Ввод резистора R48 в колебательный контур снижает его добротность и способствует ускорению затухания колебательного процесса.

Усилитель мощности работает под управлением колебаний, сформированных ШИМ регулятором. С помощью трансформатора T2 осуществляется согласование уровней импульсных колебаний его первичной цепи и входом силового каскада. Входная сигнальная цепь усилителя мощности образована вторичными обмотками трансформатора T2 и элементами, установленными между этими обмотками и базами транзисторов Q9 и Q10. Энергетические характеристики импульсных последовательностей управления и параметры трансформатора выбираются на основании оценки:

• усилительных свойств транзисторов силового каскада;

• структуры базовой цепи силового транзистора;

• инерционных свойств транзисторов, примененных в усилителе мощности.

Усилительный каскад (см. рис. 2.2) отличается от источников питания, используемых для компьютеров типа AT и более ранних моделей. Силовой каскад в источниках питания ATX форм-фактора работает исключительно под управлением внешних колебаний, поэтому базовые цепи транзисторов Q9 и Q10 имеют структуру, обеспечивающую только работу в этом режиме. Здесь нет никаких элементов смещения, предусмотренных для начального автозапуска.

Каждая из вторичных сигнальных обмоток трансформатора T2 подключается к соответствующему силовому транзистору между базовой цепью пассивных элементов и эмиттером этого транзистора. Включение вторичных обмоток согласующего трансформатора T2 выбрано таким образом, чтобы обеспечить подачу отпирающих импульсов в базовые цепи транзисторов Q9 и Q10 в противофазе. Микросхемой IC1 сформированы две последовательности, поступающие на двухтактный усилительный каскад на транзисторах Q7 и Q8. Во время коммутации Q7 и Q8 во вторичных обмотках трансформатора T2 наводится ЭДС самоиндукции. В дальнейшем при обсуждении вопроса о прохождении сигналов на вторичных обмотках T2, мы рассмотрим и форму напряжения в точках подключения этих обмоток к анодам диодов D21 и D22. Во время закрывания транзистора Q8 импульс положительной полярности появляется на вторичной обмотке, подсоединенной к базовой цепи транзистора Q9. Соответственно при запирании транзистора Q7 аналогичный сигнал возникает на обмотке, соединенной с базовой цепью Q10. Каждый из транзисторов в паре Q7 и Q8 управляет силовым транзистором. Сигналы управления, то есть импульсы положительной полярности, разнесены во времени и разделены паузами – интервалами «мертвая зона». Вид импульсных сигналов на вторичных обмотках трансформатора T2 и напряжения на базах транзисторов Q9 и Q10 представлен на рис. 2.12. На том же рисунке изображены напряжения на коллекторах Q7 и Q8.

Рис. 2.12. Вид импульсных сигналов в цепях силовых транзисторов Q9 и Q10

На диаграмме напряжения на рис. 2.12а показан общий вид импульсной последовательности, формируемой на коллекторе транзистора Q8. На рис. 2.12е представлен вид сигналов на базовой обмотке транзистора Q9. Импульсы положительной полярности на этой обмотке образуются во время закрывания транзистора Q8. Форма сигнала непосредственно на базе транзистора Q9 приведена на диаграмме (см. рис. 2.12в). Таким образом, импульсы положительной полярности на всех элементах базовой цепи Q9 синфазны с сигналом на коллекторе транзистора Q8.

Аналогичная картина наблюдается при работе транзистора Q7 и базовой цепи силового транзистора Q10. Сигналы в этих цепях также синфазны. Их вид показан на диаграммах (см. рис. 2.12б – сигнал на коллекторе Q7, рис. 2.12 г – последовательность на базе Q10, рис. 2.12д – форма импульсов на базовой обмотке Q10).

Измерение напряжений на коллекторах Q7 и Q8 проведено относительно общего провода вторичных напряжений. Напряжения на вторичных обмотках и базах транзисторов Q9 и Q10 измерены относительно эмиттера соответствующего транзистора.

Импульсный сигнал в базовой цепи каждого силового транзистора имеет три уровня и три различных рабочих интервала. Рассмотрим каждый рабочий интервал на примере транзистора Q9. Можно предположить, что цикл начинается с фронтом импульса положительной полярности. Импульсы воздействуют на переход база-эмиттер, открывая транзистор и переводя его в режим насыщения. В интервале действия положительного уровня на базе состояние открытого транзистора не изменяется. Затем следует спад положительного импульса, транзистор Q9 переходит в закрытое состояние, длящееся до следующего фронта положительного импульса. В момент спада транзистор закрывается, начинается временной интервал «мертвой зоны», в течение которого оба транзистора закрыты. По окончании «мертвой зоны» на базовую обмотку Q9 воздействует импульс отрицательной полярности, усиливая эффект запирания. Но в этот же момент на второй транзистор усилителя – Q10 поступает положительный импульс, и он открывается. На базе Q9 отрицательный импульс вновь сменяется «мертвой зоной», сохраняя его в режиме отсечки тока. Следующий фронт импульса положительной полярности завершает данный цикл и начинает новый. Стадии работы транзистора Q10 полностью аналогичны, но сдвинуты по времени относительно описанного процесса. Интервалы «мертвой зоны» по времени для обоих транзисторов совпадают.

Транзисторы Q9 и Q10 работают в ключевом режиме. Включаясь поочередно, они попеременно подключают вывод первичной обмотки T3 (точка соединения эмиттер Q9 – коллектор Q10), то к положительному потенциалу источника первичного напряжения (положительная обкладка конденсатора C5), то к отрицательному (отрицательная обкладка конденсатора С6). При открытом транзисторе Q9 через первичную обмотку трансформатора T3 протекает ток по цепи: положительная обкладка конденсатора C5 – переход коллектор-эмиттер транзистора Q9 – первичная обмотка трансформатора T3 – конденсатор С7 – точка соединения конденсаторов C5 и C6. В течение этого интервала происходит частичная подзарядка конденсатора C6, разрядка конденсатора C5 и перемагничивание сердечника трансформатора T3. В течение «мертвой зоны» значение заряда на конденсаторах C5 и C6 практически не меняется, так как постоянная времени разряда этих конденсаторов через резисторы R30 и R31 гораздо больше интервала «мертвой зоны». В течение «мертвой зоны» оба силовых транзистора Q9 и Q10 закрыты. В этот момент их можно рассматривать, как пару высокоомных сопротивлений, включенных последовательно. Одинаковые по величине сопротивления транзисторов образуют делитель напряжения. Напряжение на коллекторе Q10 устанавливается на уровне, равном половине напряжения питания силового каскада, и сохраняет свое значение в течение всего интервала «мертвой зоны». При открывании транзистора Q10 направление протекания тока через первичную обмотку трансформатора Т3 изменяется на противоположное. Цепь протекания тока в этом случае следующая: точка соединения конденсаторов C5 и C6 – конденсатор С7 – первичная обмотка трансформатора T3 – переход коллектор-эмиттер транзистора Q10 – отрицательный полюс первичного источника питания. Конденсатор C5 в это время получает дополнительный заряд, а конденсатор C6 частично разряжается. Во время открывания транзистора Q10 перемагничивание сердечника T3 происходит в направлении, обратном предыдущему. Если баланс циклов открывания и закрывания транзисторов Q9 и Q10 соблюдается, то перемагничивание сердечника происходит симметрично. Напряжение в точке соединения C5 и C6 в этих условиях сохраняется постоянным на уровне, равном половине напряжения питания.

При проектировании источника питания и расчете элементов базовой цепи силового транзистора основное внимание уделяется обеспечению максимальной скорости его переключения. Чем короче этап переключения, тем меньше выделяется тепловой энергии и выше общий КПД импульсного преобразователя напряжения. Для ускорения процесса переключения в базовую цепь транзистора Q9 включена цепочка: конденсатор C21 – диод D21 – резистор R36. Аналогичная последовательность из элементов C22, D22 и R37 имеется в базовой цепи транзистора Q10. Так как базовые цепи у обоих транзисторов абсолютно идентичны и процессы, протекающие в них, те же, то объяснение работы этой цепочки будет рассмотрено на примере ее взаимодействия с транзистором Q9. Таким образом, все, что сказано для базовой цепи транзистора Q9, будет справедливо и для аналогичных элементов, подключенных к транзистору Q10. Естественно, что при сопоставлении процессов, протекающих в транзисторах Q9 и Q10, нужно учитывать временной сдвиг.

В начальный момент возникновения положительного напряжения на обмотке, подключенной к базовой цепи транзистора Q9 (положительная обкладка конденсатора C21), конденсатор С21 разряжен и представляет собой коротко замкнутую цепь. По цепи: конденсатор C21 – резистор R40, переход база-эмиттер транзистора Q9 – начинает протекать максимально возможный ток. Такой скачок тока позволяет произвести резкое открывание транзистора Q9. По мере зарядки конденсатора C21 происходит падение уровня тока, протекающего через него в базу транзистора Q9. Когда конденсатор C21 полностью зарядится, ток, поступающий через него, снизится до нуля. Напряжение на обкладках конденсатора определяется падением напряжения на диоде D21 и резисторе R36, через которые протекает ток базы транзистора Q9, поддерживающий его в открытом состоянии после зарядки конденсатора C21. По окончании положительного импульса в обмотке трансформатора Т2 и начала «мертвой зоны» резко, благодаря заряженному конденсатору С21, меняется полярность напряжения, приложенного к переходу база-эммитер транзистора Q9. Это приводит к ускоренному закрыванию транзистора Q9 и рассасыванию избыточных носителей в базе. Напряжение на переходе база-эмиттер принимает небольшое отрицательное значение. Диод D21 с момента наступления интервала «мертвой зоны» имеет обратное смещение, что позволяет сохранять напряжение на конденсаторе C21 неизменным в течение всего интервала. Наличие этого элемента имеет существенное значение для работы всей схемы. При отсутствии диода происходил бы постепенный перезаряд емкости конденсатора C21, и базовый потенциал транзистора Q9 постепенно приближался бы к потенциалу его эмиттера, снижая степень его «закрытости». На диаграмме, приведенной на рис. 2.12в (а также на рис. 2.12 г), интервал «мертвой зоны» отмечен прямой неспадающей линией с уровнем примерно —0,7 В. При возникновении на базовой обмотке импульса отрицательной полярности, соответствующего открыванию транзистора Q10, усиливается степень закрывания транзистора Q9, надежно поддерживая его в этом состоянии, в то время как транзистор Q10 открыт и находится в проводящем состоянии. После отрицательного импульса на переход база-эмиттер транзистора Q9 вновь воздействует сигнал паузы, и транзистор Q9 сохраняет закрытое состояние. А для транзистора Q10 наступает время первичного выхода из проводящего состояния. Завершение второго интервала «мертвой зоны» для Q9 наступает с приходом нового фронта импульса положительной полярности. Рабочий цикл для Q9 вновь начинается с ускоренного открывания этого транзистора током, протекающим через конденсатор C21. На базовую цепь транзистора Q10 поступает отрицательный импульс напряжения и, благодаря действию конденсатора С22 и диода D22, в этот промежуток времени он находится в закрытом состоянии.

После пояснений работы элементов базовых цепей силовых транзисторов становится понятно, почему конденсаторы C21 и C22 являются ускоряющими или форсирующими процесс переключения транзисторов полумостового усилителя из состояния отсечки в проводящее и обратно. Наличие диодов D21 и D22 влияет на поддержание закрывающего потенциала на базах Q9 и Q10 в течение интервалов «мертвой зоны» и действия импульсов отрицательной полярности.

В завершение описания работы силового каскада приведем диаграммы напряжений в точке соединения эмиттера Q9 и коллектора Q10. На рис. 2.13 представлены три диаграммы, показывающие поведение силового каскада в целом при изменении уровня нагрузки во вторичных каналах.

Рис. 2.13. Диаграммы напряжения на силовых транзисторах при различных уровнях нагрузки

На рис. 2.13а показана форма напряжения на коллекторе транзистора Q10 при полном отсутствии нагрузки во вторичных цепях, подключаемой через разъемные соединители блока питания. Источник питания, выполненный по принципиальной схеме, соответствующей рис. 2.2, может запускаться без ограничения нижнего предела величины нагрузки. Выходы вторичных каналов подключены к внутренним цепям защиты источника питания, которые и в данном случае составляют единственные нагрузочные элементы. Без подключения потребителей энергии к выходам вторичных каналов напряжений общее сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке трансформатора T3, имеет достаточно большую величину. Поэтому на рис. 2.13а только моменты переключения транзисторов силового каскада имеют короткую продолжительность – крутые фронты и резкие спады. Крутой фронт импульса от напряжения 200 В до уровня 300 В и характерный спад напряжения до 200 В соответствует времени включенного состояния транзистора Q9. Интервал времени от крутого спада напряжения с уровня 100 В практически до нуля и постепенное повышение напряжения до 100 В составляет время нахождения в проводящем состоянии транзистора Q10. Промежуточные интервалы спадающего и возрастающего напряжения между активными состояниями силовых транзисторов – это «мертвые зоны». Если в реальных условиях наблюдать форму импульсов напряжения на коллекторах транзисторов Q9 и Q10, то на осциллографе можно будет увидеть лишь очень тонкие импульсы, больше похожие на выбросы. Это объясняется малым потреблением энергии вторичными цепями источника питания, поэтому сигнал рассогласования, формируемый в IC1, имеет слишком малое отклонение от уровня эталонного опорного напряжения. В результате IC1 формирует очень узкие импульсы управления для возбуждения каскада усилителя мощности. Импульсы положительной полярности малой длительности подают в базовую цепь силового транзистора достаточно энергии для начального толчка, необходимого для быстрого открывания транзистора. Но энергетического запаса недостаточно для его ускоренного и глубокого запирания, поэтому на диаграмме наблюдаются пологие спады в сигнале при закрывании транзисторов.

Влияние возрастания величины коммутируемого тока на форму напряжения в данной контрольной точке проявляется уже при подключении к выходу вторичного канала +5 В активной нагрузки, потребляющей ток 0,8 А (см. диаграмму на рис. 2.13б). Форма импульсов напряжения стала трапецевидной, и увеличилось время открытого состояния транзисторов Q9 и Q10. Импульсы управления транзисторами Q9 и Q10, поступающие от каскада промежуточного усиления, имеют большую энергетическую насыщенность, однако в течение «мертвой зоны» еще наблюдаются участки плавного изменения уровня напряжения, свидетельствующие о сравнительно медленном закрывании силовых транзисторов.

Практически прямоугольная форма напряжения на транзисторах силового каскада приведена на рис. 2.13 в. Такую форму приобретает этот сигнал при уровне нагрузки по каналу +5 В и ~3 А. На этой диаграмме четко выражены фазы каждого этапа работы силовых транзисторов. Крутые фронты и спады импульсов, а также горизонтальный уровень напряжения в течение «мертвой зоны» свидетельствуют о том, что источник питания вошел в рабочий режим. Переходные процессы переключения транзисторов занимают сопоставимо малое время относительно интервалов нахождения транзисторов в каждой из активных фаз коммутационного процесса.

2.4.4. Вторичные цепи источника питания

Способы конкретной реализации выходных цепей в источниках питания различных фирм-производителей могут различаться. В данном разделе на примере принципиальной схемы (см. рис. 2.2) будет рассмотрена структура выходных каскадов, которую можно рассматривать в качестве основной. Также будет показан и альтернативный способ их построения.

Вторичные цепи источника питания – это каскады, выходы которых непосредственно подключаются к устройствам потребителя, то есть к нагрузке. Источником энергии, подаваемой во вторичные цепи, является силовой каскад импульсного преобразователя. Благодаря действию магнитного потока, возбуждаемого переменным током первичной обмотки трансформатора T3, во вторичных обмотках T3 наводится ЭДС самоиндукции. Форма ЭДС на вторичной обмотке имеет вид, аналогичный трехуровневому сигналу на коллекторе Q10 (см. рис. 2.13). На принципиальной схеме (см. рис. 2.2) выводы вторичных обмоток трансформатора T3 имеют нумерацию от 1 до 5. Средний вывод вторичной обмотки (точка 3) подсоединен к общему проводу вторичной цепи. Для однозначного подключения начала обмоток трансформатора на рисунке обозначены точками. Количества витков в парных обмотках 2–3 и 3–4, а также 2–1 и 4–5 равны. Таким образом, относительно средней точки существует симметрия вторичных обмоток. Форма переменного сигнала на обмотках 3–2 и 3–4 представлена на рис. 2.14.

Рис. 2.14. Форма сигнала на вторичных обмотках 3–2 и 3–4 трансформатора T3

В данном случае любая из диаграмм отображает форму напряжений на обеих обмотках, потому что они одинаковы и только сдвинуты во времени. Подключения обмоток 3–2 и 3–4 относительно средней точки противоположны. Противоположны по фазе и сигналы на них. Пусть верхняя диаграмма соответствует напряжению на выводе 2 трансформатора T3, снятого относительно общего провода вторичной цепи – вывода 3. Тогда на нижней диаграмме представлен вид напряжения на выводе 4, снятого также относительно вывода 3 (временной интервал один и тот же). На каждой диаграмме любое отклонение напряжения от нулевого значения (положительное или отрицательное) соответствует времени нахождения одного из силовых транзисторов в активном, то есть открытом состоянии. Временные интервалы, в течение которых на выводах обмоток действуют импульсные сигналы, на рис. 2.14 обозначены как t_и. Паузы в активной работе силовых транзисторов преобразователя, предшествующие каждому импульсу и следующие за ним промежутки «мертвых зон», обозначены на рис. 2.14 как t_п. Уровень напряжения в этот промежуток времени имеет нулевое значение. Представленные диаграммы качественно отражают картину процесса формирования напряжения на выводах вторичных обмоток трансформатора T3. Временные параметры всех составляющих сигнала полностью зависят от подключенной нагрузки.

Электропитание всех видов нагрузки, подключаемой к вторичным каналам, осуществляется постоянным напряжением с заданным уровнем стабильности. Элементы вторичной цепи предназначены для преобразования входного импульсного напряжения в постоянное, его фильтрации и, по мере необходимости, дополнительной стабилизации непосредственно во вторичных каскадах.

Элементы вторичного тракта должны выбираться и устанавливаться с учетом конструктивных особенностей конкретного устройства. Главными из них можно считать следующие:

• источником вторичных напряжений может служить импульсный преобразователь, формирующий сигналы частотой до 70 кГц;

• ток потребления по основным вторичным каналам может превышать 20 А;

• основная регулировка выходного напряжения производится воздействием на силовую цепь преобразователя с помощью контроля уровня напряжения только основных каналов;

• стабильность выходных напряжений должна поддерживаться на заданном уровне во всем диапазоне изменения нагрузки, соответствующем нормам технических характеристик;

• вторичные напряжения имеют абсолютные значения напряжения, не превышающие 12 В.

С учетом максимальной нагрузки источника питания средний ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора T3, имеет величину ~0,9 А. Токи же во вторичных цепях, особенно у каналов +5 В и +3,3 В, составляют десятки ампер. Самая большая токовая нагрузка ложится на каналы с относительно небольшими выходными напряжениями. В такой ситуации использование в этих каналах обычных схем двухполупериодных выпрямителей с четырьмя мощными кремниевыми диодами привело бы к существенному снижению общего КПД преобразователя. Это было бы особенно заметно при повышении токовой нагрузки. В данном случае используется преимущество высокочастотных трансформаторов, магнитопроводы которых имеют высокое значение магнитной проницаемости. Значение количества витков обмотки высокочастотного импульсного трансформатора на 1 В напряжения в трансформаторах прямо пропорционально частоте преобразования и магнитной проницаемости материала сердечника. В нашем случае импульсный силовой трансформатор имеет несколько витков на 1 В. Изготовители источников питания предпочитают создавать выпрямители для вторичных каналов на основе схемы с двумя полуобмотками и общей средней точкой. Для выпрямления напряжения каждого канала применяются по два диода, подключаемых к выводам полуобмоток. Количество витков вторичной обмотки при этом увеличивается незначительно, но повышается КПД. Нагрузка к вторичным обмоткам подключается симметрично относительно средней точки. При таком включении обеспечивается равномерность распределения токовой нагрузки на оба транзистора силового каскада. Транзисторы Q9 и Q10 работают в сбалансированном режиме, что благоприятно сказывается и на условиях функционирования трансформатора T3.

Для выпрямителя канала +5 В используется сборка с двумя диодами Шоттки типа D83-004. Аноды диодов сборки подсоединяются к выводам 2 и 4 трансформатора T3. Катоды диодов сборки соединены между собой и подключаются к дросселю фильтра. Включение вторичной обмотки производится так, что на выводе 2 напряжение изменяется синфазно с колебаниями на коллекторе Q10, на выводе 4 фаза напряжения обратная. Во время формирования импульса положительной полярности в течение открытого состояния Q9, открывается диод, подключенный к выводу 2. Диод, соединенный с выводом 4, в это время находится под воздействием отрицательного импульса и смещен в обратном направлении. Ток через него не протекает. В течение «мертвой зоны» на всех диодах выпрямительной схемы независимо от принадлежности к каналу установлено нулевое входное напряжение. Подпитки нагрузочной цепи в этот момент не происходит. Временной интервал открытого состояния транзистора Q10 совпадает с возникновением на выводе 4 импульса положительной полярности и переводом в проводящее состояние диода, подключенного к этому выводу. На второй диод этой сборки подается обратное смещение импульсом отрицательной полярности. Энергия в цепь нагрузки поступает равномерно при включении любого из силовых транзисторов. Равномерное поступление импульсных сигналов позволяет применять комбинированный фильтр со сравнительно небольшими значениями индуктивности и емкости. Сравнительный анализ номиналов этих элементов может быть проведен в сопоставлении с требованиями к параметрам аналогичных цепей для обычного трансформаторного источника с питанием от переменного напряжения с частотой 50 Гц.

В течение действия импульсов напряжения на выводах вторичных обмоток ток протекает то через один диод выпрямителя, то через другой. В эти моменты происходит подзарядка емкостей фильтров и накопление энергии в дросселях. В соответствии с законом коммутации ток, проходя через индуктивный элемент, не может изменяться мгновенно. В течение пауз энергия, накопленная в дросселе, подается в нагрузку, поддерживая номинальный уровень тока и обеспечивая равномерность его поступления.

Необходимость применения диодов Шоттки в цепях с наибольшим токовым потреблением диктуется их преимуществами перед кремниевыми. Использование диодов Шоттки предпочтительнее прежде всего с энергетической точки зрения, а также из-за их скоростных возможностей в режиме переключения. Оба фактора одинаково существенны. Первый заключается в меньшем падении напряжения при прямом смещении диода. У диодов Шоттки прямое падение напряжения составляет ~0,6 В. Эта величина оказывается существенной, так как тот же параметр у мощных кремниевых диодов равен 1–1,2 В и более в зависимости от уровня протекающего тока. Использование кремниевых диодов в выпрямителе канала +5 В привело бы к дополнительной потере 20 % энергии только в этой цепи.

Второй фактор важен потому, что для цепей выпрямления импульсных сигналов необходимо подбирать диоды, соответствующие не только требованиям по максимальному значению обратного напряжения и прямого тока, но и по времени восстановления обратного сопротивления. То есть диоды должны быть особыми, точнее, безинерционными. Когда нагрузка источника питания приближается к максимальной, длительность импульсных сигналов увеличивается, в то же время интервал «мертвой зоны» сокращается. Время переключения диодов вторичного выпрямителя из проводящего состояния в закрытое и обратно также уменьшается. Длительность фронта и спада входного импульса составляет десятые доли микросекунды. В предельном случае импульсы изменяющейся полярности следуют друг за другом. Выпрямительные диоды в течение смены полярности импульса (длительности фронта), должны полностью восстановить свои свойства. То есть время восстановления сопротивления диода не должно превышать 0,1–0,2 мкс. Если свойства диодов не отвечают этим требованиям, то в короткие промежутки времени, когда происходит переключение силовых транзисторов усилителя мощности, выпрямитель будет представлять собой проводящую цепь, замыкающую вторичную обмотку. В момент переключения один диод должен выйти из проводящего состояния, а второй – включиться. Пусть время восстановления обратного сопротивления первого диода больше длительности фронта импульса, тогда существует время, когда первый еще не полностью закрывается, а второй под действием прямого напряжения начинает открываться. Нагрузка на открытый транзистор преобразователя возрастет, и появится всплеск тока. На фронте импульса возникнут помеховые высокочастотные выбросы. Силовой транзистор будет находиться в форсированном режиме до восстановления первым диодом обратного сопротивления. Таким образом, из-за возможного длительного переключения выпрямительных диодов транзисторы преобразователя начинают работать в режиме коммутации увеличенного тока и возникают дополнительные высокочастотные помехи. Первое явление приводит к перегреву силовых транзисторов, второе – к необходимости дополнительной фильтрации «фронтальных» помех. Избежать этих явлений можно двумя способами: применением мощных высокочастотных диодов и схемотехническими приемами.

Диоды Шоттки обладают относительно малым (менее 0,1 мкс) временем восстановления обратного сопротивления, поэтому применение сборок на их основе оправдано и с точки зрения выпрямления импульсных сигналов.

В схеме источника питания фирмы DTK сборка с диодами Шоттки применена и в канале выпрямителя +3,3 В. Тип сборки, установленной здесь, имеет обозначение F10P048.