Типичная ошибка при использовании трансформаторов связи

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Кажется вполне естественным использовать трансформатор в качестве средства связи между источником, формирующим ШИМ-сигнал и вы­ходным каскадом. Можно предположить, что это надежный способ уп­равления выходным каскадом. В конце концов, трансформаторы давно использовались для подобных целей в усилителях звуковой частоты, где известно, что правильно разработанный трансформатор может без иска­жений передавать сигналы сложной формы. Проверенным фактом явля­ется то, что многие импульсные источники используют трансформато­ры в схемах драйверов. Тем не менее, такая трансформаторная связь часто приводит к серьезным проблемам, связанным с начальным расче­том схемы, работающей должным образом. Трудности обычно вызваны характеристиками трансформаторов, которые часто упускаются из вида. Оказывается, что не может быть верного воспроизведения, независимо от способа расчета трансформатора.

Предположим, что на первичную обмотку трансформатора подан однополярный ШИМ-сигнал, сформированный управляющей интег­ральной схемой. Предположим, что первоначально длительность рабо­чего цикла равна 50 %. Эта ситуация изображена на рис. 11.6. Большин­ство электронщиков-практиков из теории или из собственного опыта представляют себе, что напряжение на вторичной обмотке будет со­вершенно симметричным переменным напряжением с удвоенной амп­литудой 20 В (предполагается, что коэффициент трансформации равен 1:1). Но что происходит, когда длительность рабочего цикла отличает­ся от 50 %?

Рис. 11.6. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора, к пер­вичной обмотке которого приложен однополярный ШИМ-сигнал. Показана ситуация для трех рабочих циклов. Обратите внимание на изменения амплитуды во вторичной обмотке. Такое поведение имеет место в идеальном трансформаторе и может вызвать «загадочные» на­рушения работы управляемого каскада.

Предположим, что мы хотим управлять мощным л-канальным МОП-транзистором, для полного включения которого на затвор необ­ходимо подать напряжение 10 В. При длительности рабочего цикла 50 %, это требование удовлетворяется при 10 В положительном отклонении напряжения на вторичной обмотке. Теперь просмотрим, что происходит при длительности рабочего цикла 75 %. Полный размах напряжения на вторичной обмотке по-прежнему остается 20 В. Но амплитуда положи­тельного отклонения, поступающего на затвор МОП-транзистора, те­перь только 5 В. «Счастливым» остается только трансформатор, действу­ющий согласно принципу, состоящему в том, что на его вторичной обмотке должны быть сформированы положительные и отрицательные импульсы, имеющие равные произведения напряжения на время. Это приводит к равенству чередующихся площадей, как изображено на ри­сунке. Тоже самое можно наблюдать в третьем случае, где рабочий цикл составляет 25 %. В этой ситуации на затвор попадает избыточный сиг­нал. Результирующая величина произведения вольты на секунды оста­лась нулевой во всех трех рабочих циклах, но распределение амплитуд конечно изменилось.

Как это свойство трансформатора можно связать с тем фактом, что они часто используются для передачи однополярных ШИМ-сигналов?

clip_image002

Ответ состоит в том, что схема может работать, если диапазон измене­ния рабочего цикла не слишком велик. Таким образом, можно предпо­ложить, что приемлемым будет изменение запускающего напряжения на затворе между 10 и 15 В. Однако, чтобы проектировать с учетом такого компромисса, Вы должны знать это свойство трансформатора или же быть очень удачливыми человеком.

Схема, показанная на рис. 11.7, позволяет преодолеть только что описанное влияние длительности рабочего цикла на работу трансформа­тора. Здесь логические вентили используются для преобразования одно-полярных ШИМ-сигналов в биполярные, представляющие собой чисто переменное напряжение. Поскольку через первичную обмотку транс­форматора больше не течет постоянная составляющая тока, то нет про­блемы с сохранением произведения вольт на секунды; импульсы, наве­денные во вторичной обмотке, остаются симметричными относительно нулевого уровня, независимо от рабочего цикла. Выход этой схемы обычно соединяется с первичной обмоткой выходного трансформатора, за которым, в свою очередь, следуют двухполупериодный выпрямитель и фильтр. Хотя трансформатор драйвера имеет малые размеры, выход­ной трансформатор обычно большой, потому что работает с большими уровнями мощности. В любом случае оба трансформатора должны ра­ботать в линейной области. Непреднамеренное насыщение сердечников является общей причиной трудноуловимых нарушений, поскольку они чувствительны к рабочему циклу.

clip_image004

Рис. 11.7. Схема трансформаторного драйвера для правильного управления выходным каскадом коммутатора. На первичной обмотке трансформатора драйвера присутствует чисто переменное напряжение, так что нет никакой постоянной составляющей тока, влияющей на напряжение, наведенное во вторичной обмотке. Выходные транзисторы управляются должным образом независимо от рабочего цикла.

В рассмотренной схеме нет необходимости использовать два конден­сатора, как изображено на рис. 11.7; достаточно одного конденсатора, но его емкость должна быть достаточно большой, чтобы сохранить плоскую вершину ШИМ-сигналов.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты