Прежде чем проектировщик сможет приступить к разработке устойчивой цепи отрицательной обратной связи, следует определить поведение управляемой системы. Для этого необходимо иметь общее понимание о вкладе всех основных секций схемы импульсного источника питания в общую характеристику Боде разомкнутого контура. К счастью, общепринятые топологии, описанные в этой книге, уже разбиты на две категории в соответствии с основными типами характеристик. Выбор одной из характеристик зависит от ранее выбранного хода проектирования. Итак, типы характеристик бывают следующими:
• прямоходовые преобразователи с управлением по напряжению;
• обратноходовые преобразователи с управлением по напряжению, а также прямоходовые и обратноходовые преобразователи с управлением по току.
Используется ли в топологии изолирующий трансформатор или нет, влияет только на характеристики постоянного тока. Упомянутые выше обратноходовые преобразователи работают исключительно в прерывистом режиме.
Характеристика "схема управления - выход" — это просто поведение источника питания, когда из системы удален усилитель ошибки. Точка, в которой напряжение рассогласования поступает в преобразователь с ШИМ, рассматривается как входная пара полюсов системы. Точка, в которой обратная связь по выходному напряжению поступает на отрицательный вход усилителя ошибки, является выходной парой полюсов системы.

"Сердцем" каждого линейного и импульсного источника питания является контур отрицательной обратной связи, который поддерживает постоянный уровень выходного напряжения. Для этого используется усилитель ошибки, который пытается минимизировать рассогласование между выходным и идеальным опорным напряжениями. Если бы мир вел себя правильно, то можно было бы использовать только инвертирующий усилитель с большим усилением, и не было бы никаких проблем. Однако реальность заключается в том, что нагрузки изменяются, и входное напряжение внезапно то подскакивает, то падает. Усилитель ошибки должен реагировать на эти изменения быстро и без каких-либо колебаний, а это сделать сложно, поскольку реакция схемы питания всегда "вялая". Если усилитель ошибки реагирует на изменения нагрузки слишком медленно, то источник питания становится инертным. Если же скорость реакции повышается, то сигнал достигает точки, где в нем могут появиться ненужные колебания. Таким образом, проблема заключается в том, насколько быстро и в какой степени реакция усилителя ошибки должна быть подогнана под схему питания.
Не думайте, что познаниями в этой области обладают все, кроме вас. Лишь очень немногие инженеры разбираются в компенсации контура обратной связи, потому что для этого вопроса требуется слишком много фундаментальных математических знаний, которые не так-то легко применить к проектированию реальных схем. В этой книге предложен пошаговый метод, которые всегда действует и позволяет выполнить расчеты меньше, чем за 20 минут.

Желательно, чтобы частота резонанса колебательного контура составляла 1 МГц. В квазирезонансных преобразователях с ПНН цепь колебательный контур не отвечает за сохранение и передачу энергии, как это имеет место в преобразователях с ПНТ. В данном случае колебательный контур можно рассматривать скорее как формирователь переходных процессов выключения, подобный демпферу при использовании преобразователей с ШИМ. Здесь можно выбирать значения для индуктора и конденсатора в широком диапазоне, лишь бы их объединенная частота резонанса составляла 1 МГц, т. е. пока соблюдается равенство
f=—L—.
Воспользуемся индуктивностью рассеяния первичной обмотки как частью резонансного индуктора. Для трансформаторов такого характера типична индуктивность рассеяния 0,5-1,0 мкГн. Укажем изготовителю трансформатора метод его намотки, чтобы колебания индуктивности рассеяния были сведены к минимуму. Добавим небольшой внешний, по отношению к трансформатору, индуктор. Также воспользуемся выходной емкостью Coss мощного полевого МОП-транзистора в качестве части резонансного конденсатора. Это очень непостоянная и нелинейная емкость, поэтому очень трудно предугадать ее величину. Значение Coss зависит от напряжения VDSS во время запирания полевого МОП-транзистора, которое во время резонансного выключения будет изменяться. Очевидно, что на этапе макетирования потребуется некоторая корректировка.

Резонансный колебательный контур обеспечивает уникальную функциональность квазирезонансному импульсному источнику питания. Поскольку импульсные источники питания состоят из множества мощных элементов с различными паразитными характеристиками, резонансные топологии могут фактически превратить эти раздражающие паразитные характеристики в полезные функции источника питания. Искусство проектировщика заключается в том, чтобы знать, где локализованы паразитные характеристики и как лучше разместить колебательный LC-контур, чтобы получить от него больше всего выгоды.
Колебательный контур состоит из реактивных элементов без каких-либо резистивных элементов, создающих потери. Он дает самый низкий импеданс ветви, когда импедансы индуктора и конденсатора эквивалентны друг другу, или сдвиг фазы в цепи равен нулю градусов. Эта точка называется естественной частотой резонанса. Если колебательный контур подвергается сигналу, частота которого равна частоте резонанса, то он, фактически, будет выдавать напряжение, уровень которого значительно превышает сигнал возбуждения. Степень такого "усиления" обозначают буквой "Q". Значение Q пропорционально величине резистивного демпфирования или потерям внутри колебательного контура. Будучи подвергнут одиночному всплеску переходного процесса или ступенчатой функции, контур будет "звенеть" на своей естественной частоте резонанса, таким образом придавая проходящему через него входному сигналу синусоидальную форму.