Проектирование управляющей ИМС для импульсных источников питания по типу TDA16846 (стр. 3 из 11)

Импульсный источник напряжения потребляет мощность только в те моменты, когда напряжение, подаваемое с выпрямителя на сглаживающий конденсатор, выше напряжения на нем (конденсаторе), что происходит в течение примерно четверти периода. В остальное время источник не потребляет мощности из сети, так как нагрузка питается от конденсатора. Это приводит к тому, что мощность отбирается нагрузкой только на пике напряжения, потребляемый ток имеет форму короткого импульса и содержит набор гармонических составляющих (рисунок 1.7.а).

а) б)

Рисунок 1.7 Ток и мощность, потребляемые источником питания без коррекции (а) и с коррекцией (б).

Импульсный источник питания, имеющий коррекцию коэффициента мощности, потребляет ток с малыми гармоническими искажениями, равномернее отбирает мощность от сети, имеет коэффициент амплитуды (отношение амплитудного значения тока к его среднеквадратичному значению) ниже, чем у некорректированного источника. Коррекция коэффициента мощности снижает среднеквадратическое значение потребляемого тока, что позволяет подключать к одному выводу электросети больше разных устройств, не создавая в ней перегрузок по току (см. рисунок 1.7.б) [3].

Недостатки. К недостаткам импульсных источников питания можно отнести: отсутствие гальванической развязки схемы ИИП от электросети, высокую сложность и низкую надежность, необходимость применения дорогостоящих высоковольтных высокочастотных компонентов, которые в случае малейшей неисправности легко выходят из строя.

1.1 Функции и особенности микросхемы TDA16846

1.1.1 Описание ИМС

Микросхема разработана для управления режимами работы импульсных источников питания работающих по обратноходовому принципу на фиксированной или зависящей от режима работы частоте с коррекцией или без коррекции коэффициента мощности в диапазоне мощностей от 1 Вт до более чем 300 Вт [4].

Для того чтобы обеспечить низкую потребляемую мощность источника питания при малых сопротивлениях нагрузки, эта микросхема уменьшает частоту переключений в соответствии с уменьшением сопротивления нагрузки в сторону настройки минимума (т.е. 20 кГц в дежурном режиме). Частотно - зависимая характеристика от нагрузки выгодна для новых режимов работы в телевизорах между рабочим режимом и режимом ожидания и для режимов экономии энергии в мониторах стандарта VESA-PC (стандарт локальной видеошины для персональных компьютеров). Микросхема обеспечивает отличную работу для всего диапазона нагрузок от предельной нагрузки до ее отсутствия. Дополнительно при этом ток запуска очень низкий. Для того чтобы избежать коммутационных перенапряжений в источнике питания, мощный транзистор всегда переключается при минимальном напряжении. С целью предотвращения пульсаций в схеме дополнительно введена специальная цепь.

Эта микросхема имеет несколько функций защиты:

а) от изменения (увеличения или уменьшения) напряжения источников вторичной цепи;

б) от колебаний сети переменного тока;

в) ограничение тока;

г) два независимо действующих компаратора ошибок.

Регулировки могут выполнятся используя внутренний усилитель ошибки или цепь обратной связи с оптроном (дополнительный вход). Выходной каскад разработан для управления мощным полевым транзистором, но также может быть использован биполярный транзистор. Также возможна работа в режиме фиксирование частоты и режиме синхронизации.

Микросхема разработана для использования в схемах телевизоров, видеомагнитофонов и стационарных радиоприемников. Также она может быть с успехом применена в мониторах персональных компьютеров.

1.1.2 Особенности и достоинства микросхемы

Микросхема проектируемая по типу TDA16846 имеет следующие особенности и преимущества по сравнению с имеющимися на сегодняшний день схемами подобного типа:

а) линейное изменение тока потребления при работе в схеме с коррекцией коэффициента мощности;

б) низкая потребляемая мощность;

в) возможность установки и настройки частоты дежурного режима;

г) очень низкий ток запуска;

д) мягкий старт для плавного запуска;

е) независимо - действующие компараторы ошибки;

ж) возможность синхронизации и фиксации частоты;

и) блокировка повышенного и пониженного напряжения;

к) защита от сетевого перенапряжения;

л) управление режимом обратной связи в зависимости от напряжения питания;

м) непрерывное уменьшение частоты с уменьшением сопротивления нагрузки;

н) подстройка и подавление пульсации напряжения питания в момент запуска.

1.1.3 Назначение выводов микросхемы

Обозначение выводов микросхемы и расшифровка их назначения приведены на рисунке 1.8 [4].

Рисунок 1.8 – Обозначение выводов микросхемы

OTC – вывод подключения цепи управления выключением ИМС (перехода в дежурный режим);

PCS – инициализация тока первичной обмотки трансформатора;

RZI – вход детектора перехода через “ноль”;

SRC – вход управления мягким запуском;

OCT – вывод подключения оптрона;

FC2 – вход второго компаратора ошибки;

SYN – вход внешней синхронизации;

NC – не используется;

REF – вывод опорного внутреннего напряжения;

FC1 – вход первого компаратора ошибки;

PVC – вход контроля напряжения первичной обмотки;

GND – общий «земля»;

OUT – выходной сигнал;

VCC – вход напряжения питания.

1.1.4 Краткое описание функций выводов микросхемы

Описание функций выводов приведено в таблице 1.1 [4].

Таблица 1.1 – Функции выводов.

Номер вывода	Назначение
1	Параллельная RC- цепочка между этим выводом и «землей» определяет время закрытого состояния транзистора в рабочем режиме и частоту переключения в дежурном режиме.
2	Вывод 2 используется для формирования тока мощного транзистора, а конденсатор между этим выводом и «землей» и резистор между этим выводом и положительной шиной, определяют максимально допустимый ток.
3	Вывод 3 – детектор нуля, запрещает включение силового транзистора до окончания полной передачи энергии трансформатором в нагрузку. Это также вход сигнала усилителя ошибки. Выходное напряжение делителя между управляющей обмоткой и «землей» соединяется с этим входом. Если импульсы на выводе 3 превышают порог 5В то управляющее напряжение на 4-м выводе понижается.
4	Это вывод управляющего напряжения. Между этим выводом и «землей» включается конденсатор. Емкость этого конденсатора определяет продолжительность плавного запуска и скорость управления.
5	Если для контроля используется оптопара, то она соединяется между этим выводом и землей. Делитель напряжения на выводе 3 должен тогда быть изменен таким образом, чтобы импульсы на выводе 3 были не более 5 В.
6	Вход второго компаратора ошибки. В случае появления на этом выводе напряжение больше 1,2В, то импульсный источник питания выключается
7	Если требуется режим фиксированной частоты, то между этим выводом и землей должна быть соединена параллельная RC цепочка. Значение сопротивления и емкости определяют частоту. Если требуется режим синхронизации, то синхроимпульсы могут быть поданы на этот вывод.
8	Не используется
9	Выход опорного напряжения (5В). Включение резистора между этим выводом и «землей» включает второй компаратор ошибки(вывод 6).
10	Вход первого компаратора ошибки. В случае появления на этом выводе напряжение больше 1В, то импульсный источник питания выключается.
11	Вход контроля напряжения в первичной обмотке. Напряжение от шины питания должно подаваться к этому выводу через делитель напряжения. Если напряжение на этом выводе падает ниже 1 В, импульсный источник питания выключается. Вторая функция данного вывода – коррекция максимального тока накачки силового транзистора по напряжению в сети.
12	Общий.
13	Выходной сигнал. Этот вывод соединяется через резистор с затвором мощного транзистора.
14	К этому выводу подключается напряжение питания и запускающий конденсатор. После запуска напряжение питания вырабатывается управляющей обмоткой трансформатора и выпрямляется внешним диодом

1.1.5 Предельно допустимые характеристики ИМС

Предельно допустимые характеристики ИМС приведены в таблице 1.2 [4].

Таблица 1.2 – Предельно допустимые характеристики

Параметр	Обозначение	Предельные значения		Единица измерения		Примечание
		min	max
Напряжение питания на выводе 14	VCC	-0.3	17	В		-
Напряжение на выводах 1, 4, 5, 6, 7, 9, 10	-	-0.3	6	В	-
Напряжение на выводах 2, 8, 11	-	-0.3	17	В	-
Напряжение на выводе 3Ток на выводе 3	RZI	--10	6-	ВмА	V3<-0.3 В
Ток на выводе 9	REF	-1	-	мА	-
Ток на выводе 13	OUT	-100	100	мАмА	V13>VCCV13<0 В
Электростатическая защита	-	-	2	кВ	MIL STD 883C метод 3015.6, 100 pF, 1500
Температура хранения	Tstg	-65	125		-
Действующая температура перехода	TJ	-25	125		-
Тепловое сопротивление переход-окружающая среда	RthJA	-	110	К/Вт	P-DIP-14-3
Температура при пайке	-	-	260		-
Время пайки	-	-	10	с	-

2 Анализ алгоритма работы ИМС TDA16846