Проектирование управляющей ИМС для импульсных источников питания по типу TDA16846 (стр. 4 из 11)
Структурная схема ИМС TDA 16846 приведена в приложение А [4].
2.1 Поведение устройства в момент запуска (вывод 14)
Когда к микросхеме подключается питание, и напряжение V14 на выводе 14 (VCC) - меньше чем верхний порог (VON) компаратора напряжения питания (SVC), ток I14 будет менее 100 мкА. Микросхема не активна, выходной сигнал (вывод 13) и сигнал управления (вывод 4) будут поддерживаться в состоянии низкого уровня. Когда V14 превышает верхний порог компаратора напряжения питания (VON), микросхема начинает работать и увеличивается ток I14. Когда напряжение V14 падает ниже нижнего порога компаратора напряжения питания (VOFF), микросхема переходит снова в её начальное состояние. На рисунке 2.1 показана схема запуска, а на рисунке 2.2 показано напряжение V14 в момент запуска [4].
Рисунок 2.1 - Упрощенная схема запуска.
Рисунок 2.2 - Диаграмма напряжения питания в момент запуска.
Зарядка C14 осуществляется резистором R2 “инициализация тока первичной обмотки” (см. позже) и внутренним диодом D1, таким образом, нет необходимости, чтобы в момент запуска ток ограничивался резистором. Конденсатор C14 является источником тока пока вспомогательная обмотка трансформатора не запитает микросхему током через внешний диод D14.
Рекомендуется подключить конденсатор небольшой емкости (например, 100 нФ) параллельно электролитическому конденсатору на выводе 14 как показано на схеме приложения Б.
2.2 Инициализация тока первичной обмотки (вывод 2-PCS). Ограничение тока
Напряжение, пропорциональное току мощного транзистора подводится к выводу 2 RC - комбинацией R2C2 (рисунок 2.1). Напряжение на выводе 2 поддерживается на уровне 1,5 В, тогда мощный транзистор выключен, и в течение этого времени C2 заряжается через R2. Связь V2 и тока в мощном транзисторе IP это [4]:
(2.1)где Lp- индуктивность первичной обмотки трансформатора.
Напряжение V2 прикладывается к одному входу компаратора управления временем включения (ONTC) (см. приложение А). Другой вход это управляющее напряжение. Если V2 превышает управляющее напряжение, выходной каскад выключается (ограничение тока). Максимальное значение управляющего напряжения это внутреннее опорное напряжение 5В, так что максимальное значение тока мощного транзистора это [4]:
(2.2)Управляющее напряжение может быть уменьшено либо усилителем ошибки EA (токовый режим регулирования) или оптопарой на выводе 5 (электрически развязанное управление при помощи оптопары) или напряжением V11 на выводе 11 (режим обратной связи).
2.3 Управление по цепи обратной связи (вывод 11- PVC)
Напряжение V11 поступает через делитель напряжения с диодного моста и уменьшает ограничение возможного максимального тока в мощном транзисторе, если напряжение сети увеличивается. То есть это ограничение независимо от напряжения сети (активизируется только в рабочем режиме). Максимальный ток зависит от напряжения V11 на выводе 11 следующим образом [4]:
(2.3)2.4 Схема управления временем выключения (вывод 1-OTC)
Рисунок 2.4.1 показывает схему управления выключением, которая определяет зависимость изменения частоты от величины сопротивления нагрузки [4].
Рисунок 2.3 - Схема управления временем выключения.
Когда выходной каскад выключен (рисунок 2.4) конденсатор С1 заряжается током I1 (примерно 1 мА) пока напряжение на конденсаторе не достигнет 3,5 В.
Рисунок 2.4 - Диаграммы напряжений схемы управления временем выключения
Время заряда ТС1 это [4]:
(2.4)Для надежного функционирования специальной внутренней схемы защиты от помех, время заряда ТС1 должно иметь то же самое значение что и резонансное время TR силовой цепи (рисунок 2.4). После заряда С1 вплоть до 3.5В источник тока отключается и С1 разряжается через резистор R1. Напряжение V1 на выводе 1 прикладывается к компаратору времени выключения (OFTC). Другой вход компаратора времени выключения это управляющее напряжение. Значение управляющего напряжения на входе компаратора времени выключения ограничено на уровне 2В (для устойчивости частоты при очень малой мощности нагрузки). Триггер управления временем включения ONTF действует, если выходной сигнал OFTC имеет высокий уровень (то есть V1 становится меньше чем ограниченное управляющее напряжение), и напряжение V3 на выводе 3 падает ниже 25 мВ (высокий сигнал, проходящий через ноль). Это гарантирует включение мощного транзистора при минимальном напряжении. Если никакой сигнал, пересекающий ноль не идет на вывод 3, то мощный транзистор включится после дополнительной задержки, когда V1 упадет ниже 1,5 В (смотри рисунок 2.3 OFTCD). Пока V1 выше, чем ограниченное управляющее напряжение, ONTF находится в выключенном состоянии, чтобы запретить ошибочные нулевые пересечения V3 из-за паразитных колебаний от трансформатора после включения. Время разрядки конденсатора C1 является функцией управляющего напряжения.
Если управляющее напряжение меньше 2В (низкая выходная мощность) время выключения максимальное и постоянное
Рисунок 2.5 показывает изменение частоты преобразователя в зависимости от выходной мощности [4].
Рисунок 2.5 - Изменение частоты выходного сигнала в зависимости от сопротивления нагрузки
2.5 Усилитель ошибки EA/мягкий запуск (вывод 3, вывод 4)
Рисунок 2.6 показывает упрощенную схему усилителя ошибки [4].
Рисунок 2.6 - Усилитель ошибки
На не инвертирующий вход усилителя ошибки подается опорное напряжение 5В. А на инвертирующий вход – импульсное выходное напряжение от вспомогательной обмотки трансформатора, которое подается через делитель R31 и R32. Конденсатор C3 служит только для задержки нулевых переходов и сглаживания первых скачков напряжения после выключения. Сглаживание регулирующего напряжения осуществлено с помощью конденсатора плавного включения С4 на выводе 4. В течение старта конденсатор С4 заряжается током примерно 2 мкА (мягкий старт). Рисунок 2.7 показывает графики напряжений схемы усилителя ошибки [4].
Рисунок 2.7 -Графики напряжений схемы усилителя ошибки.
2.6 Стабилизация частоты и схема синхронизации (вывод 7 -SYN)
Рисунок 2.8 показывает схему синхронизации и стабилизации частоты.
Рисунок 2.8 - Схема синхронизации и стабилизации частоты
Схема неработоспособна, когда вывод 7 не присоединен. С R7 и С7 на выводе 7 схема работает. Конденсатор С7 быстро заряжается током примерно 1мА и медленно разряжается через резистор R7 (рисунок 2.8). Мощный транзистор включается в начале фазы зарядки. Частота переключений (время заряда игнорируется) [4]:
(2.5)Когда схема генератора работает, обратная связь блокирована (нет необходимости для установки режима). Включение микросхемы возможно только когда прохождение нуля будет иметь место на выводе 3, иначе включение будет задерживаться (рисунок 2.9) [4].
Рисунок 2.9 - Графики импульсов для схемы фиксирования частоты.
Также возможен режим синхронизации. Частота синхронизации должна быть выше, чем частота генератора.
На рисунке 2.10 представлена внешняя схема синхронизации [4].
Рисунок 2.10 - Внешняя схема синхронизации.
3 Анализ принципиальной электрической схемы
3.1 Анализ схемы включения ИМС TDA16846
Один из возможных вариантов схемы включения ИМС TDA16846 приведен в приложении Б [4].
Опишем принцип работы ИМС в составе импульсного источника питания.
Сетевое напряжение 220В через предохранитель F1 поступает на помехоподавляющий LС - фильтр предназначенный для подавления импульсных помех, которые могут проникать из схемы импульсного питания в сеть.