8. Силовой каскад

На принципиальной схеме, приведенной на рис.2 конденсаторы C5 и С6 вместе с силовыми транзисторами VT9 и VT10 образуют схему полного моста, в диагональ которого последовательно с конденсатором С7 включена первичная обмотка силового импульсного трансформатора ТVЗ. Параллельно каждому силовому транзистору VT9 и VT10 установлен защитный диод VD23 и VD24 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 ТVЗ при возникновении асимметрии временных интервалов протекания тока через первичную обмотку ТVЗ. Конденсатор С7 устраняет постоянную составляющую в цикле перемагничивания сердечника и этим исключает увеличение токовой нагрузки на одном из силовых транзисторов. К первичной обмотке трансформатора ТVЗ подключена RС цепь на элементах R48 и С25, которая предназначена для гашения паразитных высокочастотных колебаний.

Силовой каскад работает под управлением колебаний, сформированных ШИМ-регулятором. С помощью трансформатора ТV2 осуществляется согласование уровней импульсных колебаний его первичной цепи и входом силового каскада. Входная сигнальная цепь усилителя мощности образована вторичными обмотками трансформатора ТV2 и элементами, установленными между этими обмотками и базами транзисторов VT9 иVT10.

Каждая из вторичных сигнальных обмоток трансформатора ТV2 подключается к соответствующему силовому транзистору между базовой цепью пассивных элементов и эмиттером этого транзистора. Включение вторичных обмоток согласующего трансформатора ТV2 выбрано таким образом, чтобы обеспечить подачу отпирающих импульсов в базовые цепи транзисторов VT9 и VT10 в противофазе. Микросхемой IС1 сформированы две последовательности, поступающие на двухтактный усилительный каскад на транзисторах VT7 и VT8. Во время коммутации VT7 и VT8 во вторичных обмотках трансформатора ТV3 наводится эдс самоиндукции. Во время закрывания транзистора VT8 импульс положительной полярности появляется на вторичной обмотке, подсоединенной к базовой цепи транзистора VT9. Соответственно при запирании транзистора VT7 аналогичный сигнал возникает на обмотке, соединенной с базовой цепью VT10. Каждый из транзисторов в паре VT7 и VT8 управляет силовым транзистором. Сигналы управления, т. е. импульсы положительной полярности, разнесены во времени и разделены паузами – интервалами «мертвая зона».

Транзисторы VT9 и VT10 работают в ключевом режиме. Включаясь поочередно, они попеременно подключают вывод первичной обмотки ТVЗ(точка соединения эмиттер VT9 – коллектор VT10), то к положительному потенциалу источника первичного напряжения (положительная обкладка конденсатора С5), то к отрицательному (отрицательная обкладка конденсатора С6). При открытом транзисторе VT9 через первичную обмотку трансформатора ТVЗ протекает ток по цепи: положительная обкладка конденсатора С5 – переход коллектор-эмиттер транзистора VT9 – первичная обмотка трансформатора ТVЗ – конденсатор С7 – точка соединения конденсаторов С5 и С6. В течение этого интервала происходит частичная подзарядка конденсатора С6, разрядка конденсатора С5 и перемагничивание сердечника трансформатора ТVЗ. В течение «мертвой зоны» значение заряда на конденсаторах С5 и С6 практически не меняется, так как постоянная времени разряда этих конденсаторов через резисторы R30и R31 гораздо больше интервала «мертвой зоны». В течение «мертвой зоны» оба силовых транзистора VT9 и VT10 закрыты. В этот момент их можно рассматривать, как пару высокоомных сопротивлений, включенных последовательно. Одинаковые по величине сопротивления транзисторов образуют делитель напряжения. Напряжение на коллекторе VT10 устанавливается на уровне, равном половине напряжения питания силового каскада, и сохраняет свое значение в течение всего интервала «мертвой зоны». При открывании транзистора VT10 направление протекания тока через первичную обмотку трансформатора ТVЗ изменяется на противоположное.

Для ускорения процесса переключения в базовую цепь транзистора VT9 включена цепочка: конденсатор С21 – диод VD21 – резистор R36. Аналогичная последовательность из элементов С22, VD22 и R37 имеется в базовой цепи транзистора VT10.

В начальный момент возникновения положительного напряжения на обмотке, подключенной к базовой цепи транзистора VT9 (положительная обкладка конденсатора С21), конденсатор С21 разряжен и представляет собой коротко замкнутую цепь. По цепи: конденсатор С21 – резистор R40, переход база-эмиттер транзистора VT9 – начинает протекать максимально возможный ток. Такой скачок тока позволяет произвести резкое открывание транзистора VT9. По мере зарядки конденсатора С21 происходит падение уровня тока, протекающего через него в базу транзистораVT9. Когда конденсатор С21 полностью зарядится, ток, поступающий через него, снизится до нуля. Напряжение на обкладках конденсатора определяется падением напряжения на диоде VD21 и резисторе R36, через которые протекает ток базы транзистора VT9, поддерживающий его в открытом состоянии после зарядки конденсатора С21. По окончании положительного импульса в обмотке трансформатора ТV2 и начала «мертвой зоны», резко благодаря заряженному конденсатору С21 меняется полярность напряжения, приложенного к переходу база – эммитер транзистораVT9. Это приводит к ускоренному закрыванию транзистора VT9 и рассасыванию избыточных носителей в базе.

9. Вторичные цепи источника питания С учетом максимальной нагрузки источника питания средний ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора ТVЗ, имеет величину ≈0,9 А. Токи же во вторичных цепях, особенно у каналов +5 В и +3,3 В, составляют десятки ампер. Необходимость применения диодов Шоттки (D83-004) в цепях с наибольшим токовым потреблением диктуется их преимуществами перед кремниевыми. У диодов Шоттки прямое падение напряжения составляет ≈ 0,3 В, а также они обладают относительно малым (менее 0,1 мкс) временем восстановления обратного сопротивления. Для выпрямителя канала +5 В используется сборка с двумя диодами Шоттки

Для каналов +5 В и +3,3 В используются две диодные сборки VD35 и VD36.

Выпрямитель +12 В собран на основе сборки кремниевых диодов типа CTX128, а выпрямители –5 В и –12 В собран на основе сборки кремниевых диодов типа FR102.

Все канальные фильтры содержат емкости и индуктивности. Фильтр канала +5 В – двухзвенный, включает в себя Г- и П-образные фильтры. Фильтры остальных каналов –однозвенные, Г-образные.

Потребление энергии каналами –-12 В и +12 В может значительно отличаться. Однако их выпрямительные элементы подключены к одноименным выводам трансформатора ТVЗ. К цепи обратной связи ШИМ-регулятора подсоединен только выход канала + 12 В. Уровень поступления энергии во вторичную цепь определяется мощностью нагрузки в канале +12 В. Для гашения избыточного напряжения в канале –12 В перед первым дросселем фильтра установлен дополнительный диод VD30. Таким образом уравниваются уровни напряжений по каналам с абсолютным значением напряжения 12 В.

В построении схемы стабилизации напряжения в канале +3,3 В тоже есть особенность: помимо фильтра на пассивных элементах здесь используется параметрический стабилизатор, в состав которого входят диод VD31, транзистор VT11, управляемый стабилизатор IС4 и группа элементов, устанавливающих режимы работы активных компонентов.

Напряжение стабилизации устанавливается внешним резистивным делителем (R49, R50, R51) и выбирается произвольно из диапазона 2,5–36,0 В. При номиналах резисторов, указанных на принципиальной схеме рис. 2, уровень напряжения на катоде стабилизатора IС4, электрод VO, составляет ≈2,8 В. Напряжение на базе транзистора VT11 имеет примерно такое же значение.

С помощью элементов стабилизатора организована следящая связь за уровнем напряжения на выходе канала +3,3 В. Цепь, состоящая из резистора R55, транзистора VT11 и диода VD31, шунтирует нижний выпрямительный диод сборки VD37 и дроссель фильтра этого канала. Импульсами отрицательной полярности, появляющимися на выводе 4 трансформатора ТVЗ, открывается диод VD31 и через него заряжается конденсатор С28. Напряжение на базе транзистора VT11 фиксировано. Выходное напряжение канала +3,3 В изменяется в некоторых пределах. Увеличение положительного напряжения на выходе этого канала передается на эмиттер транзистора VT11 и приводит к открыванию данного транзистора. При этом выходная цепь канала через резистор R55 подключается к источнику отрицательного напряжения, образованного диодомVD31 и конденсатором С28. Происходит частичный разряд конденсатора С34, и выходное напряжение снова снижается до уровня закрытия транзистора VT11.