Основний недолік розглянутих вище мікросхем лінійних стабілізаторів – це велика потужність, що розсіюється на прохідному транзисторі, що обмежує область їх застосування. Основна перевага імпульсних джерел живлення полягає в їх здатності забезпечити більшу потужність в навантаженні, маючи при цьому високий коефіцієнт корисної дії (ККД) і малі габарити. На відміну від лінійних стабілізаторів, в імпульсних джерелах живлення прохідний транзистор переключається з великою частотою (від 20 кГц до 5,0 МГц). Ключовий транзистор комутує індуктивний елемент (обмотку трансформатора або дросель), в якому накопичується енергія, пропорційна часу відкритого стану транзистора. Після закриття ключового транзистора енергія, накопичена в индуктивном елементі, передається в навантаження. Завдяки того, що на прохідному транзисторі не відбувається падіння напруги Um — t/bix, Імпульсні ІМС розсіюють набагато меншу потужність порівняно з лінійними стабілізаторами. Імпульсні джерела живлення мають більш високий ККД.

Велика частота перемикання дозволяє використовувати індуктивні елементи малих значень і, відповідно, малих розмірів. Крім того, пульсує напруга великої частоти можна «згладити» ємністю невеликого значення. Як ключ зазвичай використовується потужний, швидкодіючий MOSFET, який за своїми характеристиками переважніше біполярного транзистора. Зміною часу включення MOSFET проводиться регулювання кількості енергії, що передається у вторинну ланцюг так, що вихідна напруга джерела живлення залишається незалежним від зміни навантаження.

Оскільки сигнал управління потужним транзистором, що видається з мікросхеми, являє собою послідовність прямокутних імпульсів з шириною, пропорційної керуючому сигналу, то такі мікросхеми називають ще ШІМ-контролерами [19], або ІМС управління імпульсними джерелами живлення [22]. Типова структурна схема, пояснює роботу імпульсного джерела живлення, наведена на рис. 3.23.

Блок випрямляча згладжує пульсації напруги. Мікросхема контролера імпульсним джерелом живлення, як правило, включає в себе джерело живлення з блоками опорного напруги (£ /оп), Підсилювач сигналу помилки (УСО), ШІМ-компаратор, генератор пилкоподібних напруг, блок логіки, формувач керуючих напруг, блок захисту від підвищеної температури кристала t ° С, підвищеного вихідного струму і струму короткого замикання, підвищеної і зниженої напруги живлення мережі.

Джерело живлення ІМС містить у своєму складі джерело опорного температуронезавісімого напруги. Служить джерело живлення для формування напруги живлення всіх блоків ІМС і для вироблення опорного напруги.

Рис. 3.23. Схема імпульсного джерела живлення з використанням ШІМ-контролера: УСО – підсилювач сигналу помилки; ДПН генератор пилкоподібної напруги; ЛСН – лінійний стабілізатор напруги

Опорне термостабілізованого напруга подається на підсилювач сигналу помилки, на другий вхід якого подається випрямленний сигнал з вторинної обмотки імпульсного трансформатора. Посилена різниця сигналів надходить на ШІМ-компаратор. Ця напруга порівнюється з напругою, вироблюваним генератором пилкоподібних напруг (ДПН). На виході ШІМ-компаратора з’являється прямокутний сигнал у випадку, якщо пилкоподібна напруга перевищує напругу сигналу помилки 1 /ош. Таким чином, чим вище напруга сигналу t /ouj, Тим менша тривалість імпульсу на виході шим компаратора. Так відбувається широтно-імпульсна модуляція. Цей сигнал проходить блок логіки, посилюється і подається на затвор потужного MOSFET-транзистора. MOSFET може бути окремим напівпровідниковим приладом або може входити до складу ІМС.

На блок логіки надходить сигнал з блоку захистів. Як правило, в ІМС управління імпульсними джерелами живлення є схеми захисту від підвищеної температури кристала, від підвищеного струму навантаження і короткого замикання в навантаженні, від стрибків напруги по верхній межі OVP і по нижній межі.

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.