Автоматический переключатель источников питания при питании устройства от нескольких источников (например, с использованием буферного источника питания) чаще всего необходимо использовать тот, который в настоящее время имеет наибольшую мощность. Обычная схема с диодами Шоттки вносит небольшие потери энергии, особенно при высоком токе нагрузки. Представленная схема использует транзисторы MOSFET — N в качестве переключающих элементов, что сводит к минимуму потери энергии.
Работа этого автоматический переключатель источников питания основана на том факте, что он сравнивает два источника напряжения в режиме реального времени и выбирает тот, который имеет более высокое напряжение. Выбранный источник используется для питания устройства, подключенного к третьей паре клемм. Значение этого напряжения не важно. Другими словами, он ведет себя как диодный переключатель.
Этот переключатель в качестве управляющих элементов использует МОП-транзисторы с каналом N — они имеют самое низкое сопротивление открытого канала. Кроме того, диод между стоком и истоком направлен так, чтобы он не вызывал утечку тока из приемника после выключения обоих источников питания. Поскольку положительный кабель прерван, для поляризации затворов потребовался более высокий потенциал, чем у кабеля. Принципиальная схема автоматический переключатель источников питания показана на рисунке.
Диоды D1 и D2 защищают затвор транзистора, ограничивая максимальное напряжение затвора примерно до 13В. Это напряжение, в свою очередь, достаточно для полного включения этого транзистора. Резистор R1 разряжает затвор — транзистор случайно не включится. Резистор R2 ограничивает ток, протекающий через стабилитроны и выход операционного усилителя, до нескольких миллиампер.
Операционный усилитель US1A работает как компаратор выходного напряжения (поступающего на потребитель), подключенный к инвертирующему входу и входу от источника, уменьшенный примерно на 0,1%, подключенный к не инвертирующему входу. Если напряжение источника выше, чем то, которое подается на приемник, потенциал не инвертирующего входа перевешивает инвертирующий вход. Выходной сигнал операционного усилителя высокий, что поляризует затвор транзистора, открывая его.
Даже при нулевом падении напряжения на транзисторе взаимосвязь между входными потенциалами системы US1A все еще сохраняется. Этому способствует делитель напряжения, состоящий из резисторов R3 и R4, задачей которого является уменьшение входного напряжения на величину, превышающую смещение напряжения используемого усилителя — около 5 мВ.
Транзистор будет закрыт, когда выходной потенциал превысит входной потенциал. Выход будет иметь потенциал около 0В, то есть напряжение затвора станет отрицательным. Стабилитроны, включенные в обоих направлениях, гарантируют, что транзистор не будет поврежден в этой ситуации. Указанный делитель R3 + R4 необходим при выключении. Их роль состоит в том, чтобы преодолеть смещение усилителя настолько, что входное напряжение все еще выше, чем входное.
Без этого транзистор может щелкнуть в своем состоянии проводимости. Только с идеальным усилителем, с нулевым смещением напряжения, вы можете отказаться от этого делителя. Напряжение питания для операционного усилителя обеспечивается простым импульсным преобразователем. Он питается от напряжения, предназначенного для потребителя, чтобы не зависеть от его работы.
Автоматический переключатель источников питания был собран на микросхеме MC34063A в обычном ее включении, и выходное напряжение составляет около 28В. Микросхема LM358 допускает напряжение питания не более 32В. Схема собрана на двухсторонней печатной плате размером 45 мм × 55 мм показана на рисунке.
Транзисторы должны быть установлены на радиатор. В модели используются транзисторы типа IRL3705N. Нагрузка, потребляемая ток 2 А, вызывала падение напряжения на 23 мВ. Для сравнения, диод Шотки SK34 вызывает падение напряжения на 0,5 В. Ничто не мешает вам использовать транзисторы MOS-FET-N другого типа, если их выводы имеют, то же расположение, что и IRL3705N. Диапазон допустимых входных напряжений, подаваемых на разъёмы J1 и J2, составляет 5 … 16В. Нижний предел обусловлен необходимостью обеспечения нормальных условий работы преобразователя. Диапазон 5 … 16В делает схему идеальной для взаимодействия с батареями и устройствами на 6 и 12В.