Здається цілком природним використовувати трансформатор як засіб зв’язку між джерелом, що формує ШІМ-сигнал і вихідним каскадом. Можна припустити, що це надійний спосіб управління вихідним каскадом. Зрештою, трансформатори давно використовувалися для подібних цілей в підсилювачах звукової частоти, де відомо, що правильно розроблений трансформатор може без спотворень передавати сигнали складної форми. Перевіреним фактом є те, що багато імпульсні джерела використовують трансформатори в схемах драйверів. Тим не менш, така трансформаторна зв’язок часто призводить до серйозних проблем, пов’язаним з початковим розрахунком схеми, яка працює належним чином. Труднощі зазвичай викликані характеристиками трансформаторів, які часто не беруться до виду. Виявляється, що не може бути вірного відтворення, незалежно від способу розрахунку трансформатора.

Припустимо, що на первинну обмотку трансформатора поданий однополярний ШІМ-сигнал, сформований керуючої інтегральною схемою. Припустимо, що спочатку тривалість робочого циклу дорівнює 50%. Ця ситуація зображена на рис. 11.6. Більшість електронників-практиків з теорії або з власного досвіду уявляють собі, що напруга на вторинній обмотці буде абсолютно симетричним змінним напругою з подвоєною амплітудою 20 В (передбачається, що коефіцієнт трансформації дорівнює 1:1). Але що відбувається, коли тривалість робочого циклу відрізняється від 50%?

Рис. 11.6. Напруга на вторинній обмотці трансформатора, до первинної обмотці якого прикладено однополярний ШІМ-сигнал. Показана ситуація для трьох робочих циклів. Зверніть увагу на зміни амплітуди у вторинній обмотці. Така поведінка має місце в ідеальному трансформаторі і може викликати «загадкові» порушення роботи керованого каскаду.

Припустимо, що ми хочемо керувати потужним л-канальним МОП-транзистором, для повного включення якого на затвор необхідно подати напругу 10 В. При тривалості робочого циклу 50%, це вимога задовольняється при 10 В позитивному відхиленні напруги на вторинній обмотці. Тепер переглянемо, що відбувається при тривалості робочого циклу 75%. Повний розмах напруги на вторинній обмотці як і раніше залишається 20 В. Але амплітуда позитивного відхилення, що надходить на затвор МОП-транзистора, тепер тільки 5 В. «Щасливим» залишається тільки трансформатор, діючий згідно принципу, складається в тому, що на його вторинної обмотці повинні бути сформовані позитивні і негативні імпульси, які мають рівні твору напруги на час. Це призводить до рівності чергуються площ, як зображено на малюнку. Теж саме можна спостерігати в третьому випадку, де робочий цикл становить 25%. В цій ситуації на затвор потрапляє надлишковий сигнал. Результуюча величина твори вольти на секунди залишилася нульової у всіх трьох робочих циклах, але розподіл амплітуд звичайно змінилося.

Як це властивість трансформатора можна пов’язати з тим фактом, що вони часто використовуються для передачі однополярних ШІМ-сигналів?

Відповідь полягає в тому, що схема може працювати, якщо діапазон зміни робочого циклу не занадто великий. Таким чином, можна припустити, що прийнятним буде зміна запускає напруги на затворі між 10 і 15 В. Однак, щоб проектувати з урахуванням такого компромісу, Ви повинні знати це властивість трансформатора або ж бути дуже щасливими людиною.

Схема, показана на рис. 11.7, дозволяє подолати тільки що описане вплив тривалості робочого циклу на роботу трансформатора. Тут логічні вентилі використовуються для перетворення однополярних ШІМ-сигналів в біполярні, що представляють собою чисто змінну напругу. Оскільки через первинну обмотку трансформатора більше не тече постійна складова струму, то немає проблеми зі збереженням твори вольт на секунди; імпульси, наведені у вторинній обмотці, залишаються симетричними щодо нульового рівня, незалежно від робочого циклу. Вихід цієї схеми зазвичай з’єднується з первинною обмоткою вихідного трансформатора, за яким, в свою чергу, слідують двухполуперіодний випрямляч і фільтр. Хоча трансформатор драйвера має малі розміри, вихідний трансформатор зазвичай великий, тому що працює з великими рівнями потужності. У будь-якому випадку обидва трансформатора повинні працювати в лінійній області. Ненавмисне насичення сердечників є загальною причиною важковловимий порушень, оскільки вони чутливі до робочого циклу.

Рис. 11.7. Схема трансформаторного драйвера для правильного управління вихідним каскадом комутатора. На первинній обмотці трансформатора драйвера присутній чисто змінну напругу, так що немає ніякої постійної складової струму, що впливає на напругу, наведене у вторинній обмотці. Вихідні транзистори управляються належним чином незалежно від робочого циклу.

У розглянутій схемі немає необхідності використовувати два конденсатори, як зображено на рис. 11.7; достатньо одного конденсатора, але його ємність повинна бути досить великою, щоб зберегти плоску вершину ШІМ-сигналів.

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