При питании схемы от нескольких источников (например с использованием буферного блока питания) чаще всего необходимо использовать тот, который имеет на данный момент наибольшую электродвижущую силу. Обычная схема с диодами Шоттки приводит к потерям энергии, особенно при высоком токе нагрузки. В представленной схеме в качестве переключающих элементов используются транзисторы MOSFET-N, что сводит потери энергии к минимуму.
Действие переключателя заключается в том, что он сравнивает два источника напряжения в реальном времени и выбирает те, которые имеют более высокое напряжение. Выбранный источник используется для питания нагрузки, подключенной к третьей паре клемм. Само значение этого напряжения не имеет значения. Другими словами, модуль ведет себя как диодный переключатель.
Тут в качестве переключателя используются N-канальные полевые МОП-транзисторы – они имеют самое низкое сопротивление открытого канала. Кроме того диод, расположенный между стоком и истоком, ориентирован так, чтобы не вызывать утечки тока из потребителя, когда оба источника выключены. Поскольку положительный провод прерывается, для поляризации затвора требовался потенциал выше, чем тот, который присутствует в положительном проводе. Эта задача относится к повышающему преобразователю.
Диоды D1 и D2 защищают изолятор промежуточного затвора транзистора, ограничивая максимальное напряжение затвор-исток примерно до 13 В. Этого напряжения достаточно для полного включения транзистора. Резистор R1 разряжает затвор – случайно транзистор не включится. Резистор R2 ограничивает ток, протекающий через стабилитроны и выход операционного усилителя, до нескольких миллиампер. Операционный усилитель US1A действует как компаратор выходного напряжения (поступающего на потребитель), подключенный к инвертирующему входу, и вход от источника, уменьшенный примерно на 0,1%, подключенный к неинвертирующему входу. Если напряжение источника выше чем напряжение, подаваемое на потребитель, потенциал неинвертирующего входа больше, чем у инвертирующего входа. Выход операционного усилителя принимает высокий уровень.
Даже при нулевом падении напряжения на транзисторе соотношение между потенциалами входов US1A сохраняется. Это связано с делителем напряжения состоящим из резисторов R3 и R4, задача которых – уменьшить входное напряжение на величину, превышающую смещение напряжения используемого усилителя – примерно 5 мВ.
Закрывание транзистора произойдет когда выходной потенциал поднимется выше входного. На выходе усилителя будет потенциал около 0 В, то есть напряжение затвор-исток станет отрицательным. Стабилитроны включенные двунаправленно гарантируют, что транзистор в этой ситуации не будет поврежден. Делитель R3 + R4 нужен только для отключения. Его роль – достаточно сильно преодолеть смещение усилителя, чтобы он не думал, что входное напряжение все еще выше, чем входное. Без этого транзистор может заблокироваться в проводящем состоянии. Только если бы тут был идеальный усилитель с нулевым смещением напряжения, могли бы отказаться от этого делителя.
Напряжение питания для операционного усилителя обеспечивает простой импульсный преобразователь. Он питается от напряжения, предназначенного для потребителя, чтобы его работа не зависела от конкретного источника питания. Он был изготовлен на микросхеме MC34063A в типовом включении, а выходное напряжение составляет около 28 В.
Микросхема LM358 принимает напряжение питания не более 32 В, поэтому есть некоторый запас для возможного разброса сопротивления R11 и R12.
Схема переключателя собрана на двусторонней печатной плате размером 45 х 55 мм. Сильноточные пути не закрыты маской, поэтому их можно легко утолщить оловом или припаять дополнительный медный провод. Транзисторы следует прикрутить к радиатору, если потери мощности на них будут настолько велики, что без дополнительного охлаждения они перегреваются. В прототипе использованы транзисторы IRL3705N. Их сопротивление открытого канала составляет примерно 10 мОм. Нагрузка, потребляющая ток 2 А, вызвала падение напряжения на 23 мВ. Для сравнения, диод Шоттки типа SK34 вызывает общее падение напряжения на 500 мВ. Конечно можно использовать и другие типы транзисторов MOSFET-N, если их выводы имеют такое же расположение, как у IRL3705N.
Диапазон допустимых входных напряжений подаваемых на клеммы разъемов J1 и J2 составляет 5-16 В. Нижний предел обусловлен необходимостью обеспечения правильного режима работы преобразователя. Верхний предел вызван необходимостью полностью открыть транзисторы T1 и T2, то есть чтобы их напряжение затвор-исток могло быть не менее 10 В. Данный диапазон 5-16 В делает схему идеальной для работы с аккумуляторами 6 – 12 В, и устройствами с питанием от USB 5 В.
