Джерело живлення з фазовою модуляцією є однією з найостанніших розробок стабілізованих джерел живлення. Він може бути хорошим передвісником майбутніх конструкцій, вдало поєднують високий к.к.д., невисоку вартість і легке придушення електричних перешкод. Ці схеми також гарні для масового виробництва, тому що їх характеристики менш чутливі до розкиду зовнішніх компонент, ніж в інших високочастотних схем. На перший погляд фазова модуляція може здатися більш складною, ніж ШІМ або резонансний режим роботи. У свій час це дійсно могло бути сприйнято як реальна перешкода на шляху до їх застосування. Однак при існуючому стані розвитку, користувачеві не треба піклуватися про те, складний цей метод чи ні, вся логіка і керування вбудовані в дешеву керуючу ІВ. До того ж у різних постачальників можна знайти чотири зовнішніх перемикаючих МОП-транзистора у вигляді одного модуля.

Компанія Micro Linear Corporation була піонером в практичній реалізації цього цікавого методу стабілізації. Структура ІС ML481S цієї фірми показана на рис. 18.20. Спрощена схема, що ілюструє її застосування в стабілізованому джерелі харчування, зображена на рис. 18.21.

Щоб краще розібратися в роботі цієї схеми, перш за все треба зрозуміти що вона собою не являє. Вона не є резонансною схемою стабілізації. Це може здатися дивним у зв’язку з тим, що її робота безпосередньо пов’язана з обміном запасеної енергії між індуктивністю (індуктивність розсіювання вихідного трансформатора) і ємністю (паразитна вихідна ємність потужних МОП-транзисторів). Паразитні реактивні опору показані на рис. 18.21 тому, що вони мають безпосереднє відношення до роботи. Визначити індуктивність розсіювання трансформатора не просто, але її точна величина не критична, бо вибором єдиного зовнішнього резистора, підключеного до висновку 12, можна забезпечити роботу з трансформаторами, що мають різні індуктивності розсіювання. Іншими словами, надійна робота джерела живлення не пов’язана з будь-якої дискретної частотою перемикання; будь-яка вибрана частота залишається постійною.

Чотири потужних МОП-транзистора включені по схемі не випрямного моста, а так званого Н-моста, який часто використовується в ланцюгах сервоприводу і управління двигуном. Я-міст виконує операцію, протилежну тієї, яку здійснює випрямний міст; випрямляючий міст перетворює змінну напругу в постійне, а Н-міст дозволяє перетворити постійна напруга в змінну. На рис. 18.22 зображено електромеханічний аналог Я-моста. Показані стану комутатора, необхідні для формування одного повного циклу. Видно, що Я-міст здатний перетворити однополярної напругу в даний двуполярное змінну напругу.

Рис. 18.20. Структура ІС A/L4818, використовуваної для управління стабілізатором з фазовою модуляцією. Чотири двухтранзісторних виходу призначені для використання з зовнішніми вихідними каскадами Я-моста. Стабілізацію можна виконати зі стабілізацією по струму або без неї. Використовується фіксована частота перемикання. Micro Linear Софоration.

Рис. 18.21. Спрощена схема стабілізованого джерела з фазовою модуляцією. Чотири потужних МОП-транзистора, включені за схемою Н-моста, управляються логічними сигналами від ІС ML4818. Режим перемикання при нульовому напрузі обумовлений наявністю в схемі паразитних реактивностей. Micro Linear Corporation.

Рис. 18.22. Електромеханічний аналог Я-моста. Порівняння перемикачів у відповідні моменти часу створює змінний струм, що протікає через первинну обмотку трансформатора. Це індукує у вторинній обмотці (не показаної на малюнку) змінну напругу. Відзначимо, що тут досить одного джерела постійної напруги.

У спрощеній схемі (рис. 18.21) на чотири потужних МОП-транзистора, які є елементами Н-моста, подана така послідовність логічних сигналів, що на вихідному трансформаторі утворюється напруга однієї половини періоду, коли транзистори Q1 і Q1 включені. Потім за допомогою логічних сигналів, що включають транзистори Q3 і 04, формується друга половина. Протягом цих двох напівперіодів в трансформаторі тече струм в протилежних напрямках. Тому у вторинній обмотці трансформатора (на малюнку не показана) з’являється нормальне змінну напругу. Це все досить просто, а проте між періодами провідності спостерігається явище, яке призводить до режиму перемикання при нульовому напрузі.

Вивчення форми сигналів на рис. 18.23 показує, що періоди провідності транзисторів починаються, коли сигнал А \ приймає високий рівень, щоб сформувати перший напівперіод, а потім, коли високий рівень приймає сигнал А2, формується другий напівперіод. Фіксованого часу затримки появи цих провідних станів достатньо, щоб запобігти небажаним стану провідності в / 7-мосту. Час затримки, позначене як TDElAY визначається опором резистора, що зв’язує висновок 12 ІМ ML4SIS із землею. Зауважимо також, що періоди провідності закінчуються, коли сигнали на виходах В1і В2 приймають низький рівень.

Рис. 18.23. Форма сигналів в стабілізаторі з фазовою модуляцією. Зверніть увагу на фіксовану затримку TDELAY і змінну затримку 7 ^. На відміну від резонансних стабілізаторів робоча частота тут фіксована.

Таким чином, логічні рівні сигналів АХ і А2 визначають початку напівперіодів, а логічні стану сигналів В \ і JB2 вказують кінець напівперіодів. Однак тут з’являється друга затримка TPDl. Ця затримка, на відміну від першої, не фіксована і служить для управління тривалістю проводять станів транзисторів. Оскільки ця змінна затримка зроблена залежної від вихідної напруги джерела, є можливість стабілізації напруги.

Рис. 18.24. 350-ватний перетворювач з фазовою модуляцією, що використовує зворотний зв’язок по току. Як і в стабілізаторах з ШІМ, зворотній зв’язок по струму не обов’язкове. У цій схемі вона забезпечується за допомогою двох трансформаторних датчиків з коефіцієнтом трансформації 25:1, а не резисторами. Micro Linear Corporation.

Цілком природно побачити в цьому методі схожість з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Однак здається, що відмінності, які є в формуванні змінної затримки достатні, щоб дати цим методам різні назви. Особливо істотною відмінністю є згадане вище перемикання в Я-мосту при нульовому напрузі. Процес перемикання супроводжується постійно чергується зарядом і розрядом паразитної вихідний ємності чотирьох потужних МОПтранзісторов. Це пов’язано з обміном енергією між індуктивністю розсіювання вихідного трансформатора і паразитними вихідними ємностями МОП-транзисторів. Коли Ви стикаєтеся з фразою «обмін енергією між індуктивністю і ємністю», це природно викликає думки про резонанс. Проте в цій схемі можливість появи резонансних явищ виключена – при циркуляції заряду між індуктивністю і ємністю, в той момент, коли МОП-транзистор повинен включатися, напруга між стоком і витоком дорівнює нулю.

Схема 350-ватного перетворювача з фазовою модуляцією показана на рис. 18.24. У цій схемі застосована також зворотній зв’язок по току. Приблизна частота коливань генератора становить 175 кГц. Оптрон використовується в колі зворотного зв’язку по напрузі, щоб зберегти ізоляцію, забезпечується вихідним трансформатором. Цікава для експериментатора ІС А/Х4818 може працювати в перетворювачах цього типу на частоті близько 1,5 МГц.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.