Проектирование управляющей ИМС для импульсных источников питания по типу TDA16846 (стр. 1 из 11)

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

на тему: Проектирование управляющей ИМС для импульсных источников питания по типу TDA16846.

Задание на дипломный проект

Студент:

1 Тема: Проектирование управляющей ИМС для импульсных источников питания по типу TDA16846.

Утверждена приказом по

2 Срок представления проекта к защите:

3 Исходные данные для проектирования: схема электрическая принципиальная, фотография кристалла ИМС TDA16846, проектные нормы на разработку топологии.

4 Содержание пояснительной записки:

Введение.

4.1 Общие принципы построения импульсных источников питания

4.2 Анализ структурной схемы и алгоритма работы ИМС TDA16846.

4.3 Анализ схемы электрической принципиальной ИМС TDA16846.

4.4 Разработка физической структуры кристалла и технологического маршрута изготовления ИМС.

4.5 Разработка топологии ИМС.

4.5.1 Разработка библиотеки элементов

4.5.2 Компоновка элементов и блоков и трассировка

4.6 Организационно-экономический раздел: расчет сметы затрат на проектирование ИМС.

4.7 Экологичность и безопасность дипломного проекта: анализ опасных и вредных факторов при работе с ПК.

4.8 Заключение.

5 Перечень графического материала:

5.1 Схема структурная ИМС TDA16846.

5.2 Схема электрическая принципиальная ИМС TDA16846.

5.3 Схема включения ИМС в составе импульсного источника питания.

5.4 Топология ИМС.

5.5 Временные диаграммы работы ИМС.

6 Приложения:

6.1 Схема структурная ИМС TDA16846.

6.2 Схема электрическая принципиальная ИМС TDA16846.

6.3 Схема включения ИМС в составе импульсного источника питания.

6.4 Топология ИМС.

6.5 Временные диаграммы работы ИМС.

Руководитель проекта к.т.н., доцент _________________________

Консультанты по разделам:

Организационно-экономический ____________________________

Экологичность и безопасность _______________________________

Задание принял к исполнению ________________________________

Реферат

Пояснительная записка содержит листов, рисунка, таблиц, источников, приложений.

ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, МИКРОСХЕМА, АНАЛИЗ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА, СИЛОВОЙ ТРАНЗИСТОР, КОРРЕКЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР,TDA16846.

Объектом разработки является ИМС для управления импульсным источником питания.

Цель работы – проектирование ИМС для управления импульсным источником питания.

В процессе работы проводился анализ схемы электрической принципиальной, моделирование схемы и разработка топологии на ПК.

В результате проведенной работы выполнен анализ схемы электрической принципиальной, разработана физическая структура кристалла, технологический маршрут изготовления и топология ИМС для управления импульсным источником питания.

Основные конструктивные и технико-эксплутационные характеристики: число элементов электрической принципиальной схемы – 660 в том числе 350 транзисторов, 296 резисторов, 11 конденсаторов, 5 диодов, размеры кристалла ИМС - 2,3 x 2,3 мм.

Применение разработанной ИМС возможно в схемах блоков питания телевизоров, стационарных радиоприемников, мониторов персональных компьютеров.

Содержание

Введение

1 Общие принципы построения импульсных источников питания

1.1 Функции и особенности микросхемы TDA16846

1.1.1 Описание ИМС

1.1.2 Особенности и достоинства микросхемы

1.1.3 Назначение выводов микросхемы

1.1.4 Краткое описание функций выводов

1.1.5 Предельно допустимые характеристики ИМС

2 Анализ алгоритма работы ИМС TDA16846

2.1 Поведение устройства в момент запуска

2.2 Инициализация тока первичной обмотки, ограничение тока

2.3 Управление по цепи обратной связи

2.4 Схема управления временем выключения

2.5 Усилитель ошибки, мягкий запуск

2.6 Фиксирование частоты и схема синхронизации

3 Анализ принципиальной электрической схемы

3.1 Анализ схемы включения ИМС TDA16846

3.2 Электрические характеристики микросхемы TDA16846

3.2 Анализ электрической принципиальной схемы ИМС TDA16846

4 Разработка физической структуры кристалла и технологического

маршрута изготовления ИМС

5 Разработка топологии ИМС

5.1 Разработка библиотеки элементов

5.2 Компоновка элементов и блоков

6 Расчет сметы затрат на проектирование ИМС

6.1 Организационная часть

6.2 Экономическая часть

7 Анализ опасных и вредных факторов при работе с ПЭВМ

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение

Целью дипломного проекта является проектирование управляющей ИМС для импульсных источников питания по типу TDA16846.

Существует класс блоков электропитания, в которых напряжение сети сначала преобразуется трансформатором, а затем поступает во вторичные цепи. В таких блоках питания трансформатор имеет значительные размеры, поэтому цепи питания составляют ощутимую долю массы радиоустройства в целом. Так, например, в мощных устройствах блоки питания могут составлять 25 — 30%. всей массы.

Решение проблемы снижения материалоемкости и энергопотребления бытовой радиоэлектронной аппаратуры связано с использованием импульсных источников вторичного электропитания. Их преимущества по сравнению с традиционными источниками электропитания обеспечиваются заменой силового трансформатора, работающего на частоте промышленной сети 50 Гц, малогабаритным импульсным трансформатором, работающим на частотах 20 — 100 кГц, а также использованием импульсных методов стабилизации вторичных напряжений взамен компенсационных. Это приводит к снижению материалоемкости в 3 - 4 раза и повышению КПД до 85 — 90%.

На сегодняшний день разработка импульсных источников питания в основном связана с разработкой микросхем контроллеров, которые управляют работой источника. Существует не мало микросхем подобного рода, но все они зарубежного производства, в том числе взятая за основу проектирования TDA16846, поэтому имеют высокую стоимость (для TDA16846 порядка 2-х долларов).

Изготовление подобной микросхемы на предприятии ОАО “Орбита” позволит получить конкурентоспособный аналог, имеющий меньшую цену, и позволит обеспечить предприятия отечественной радиоэлектронной промышленности данным прибором на взаимовыгодных условиях.

Исходя из вышеизложенного следует, что разработка и усовершенствование импульсных источников питания является на сегодняшний день актуальной проблемой.

1 Общие принципы построения импульсных источников питания

Для получения постоянных напряжений с помощью импульсных источников питания (ИИП) в них осуществляется тройное преобразование напряжения. Переменное напряжение сети выпрямляется и сглаживается. Полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсное прямоугольное напряжение частотой несколько десятков килогерц, которое трансформируется с соответствующим коэффициентом на вторичную сторону, выпрямляется и сглаживается.

Функциональная схема импульсного источника питания приведена на рисунке 1.1 [1]. Его основными функциональными частями являются: входной помехоподавляющий фильтр (1), сетевой выпрямитель со сглаживающим емкостным фильтром (2), ключевой преобразователь напряжения с импульсным трансформатором (3), схема управления (4), цепи вторичных напряжений (5).

1 – помехоподавляющий фильтр;

2 – выпрямитель со сглаживающим фильтром;

3 – ключевой преобразователь напряжения с импульсным трансформатором;

4 – схема управления;

5 - цепи вторичных напряжений.

Рисунок 1.1 - Структурная схема импульсного источника питания

Напряжение первичной электросети поступает через помехоподавляющий фильтр (1) на выпрямитель (2), откуда после выпрямления и сглаживания пульсаций C-фильтром поступает на ключевой каскад (3) и схемы управления (4). Ключевой каскад преобразует постоянное напряжение в импульсное высокой частоты, которое через импульсный трансформатор поступает на выпрямители выходных цепей (5). Благодаря высокой рабочей частоте габариты и масса у импульсного трансформатора гораздо меньше, чем у трансформатора такой же мощности, работающего при частоте 50 Гц.

Выпрямительная секция ИИП, как правило, выполняется по мостовой схеме. На входе выпрямителя устанавливается LC-фильтр, назначение которого — ослабить уровень помех, поступающих от источника питания в сеть.

На выходе выпрямителя ставится C-фильтр служащий для сглаживания пульсаций.

Необходимо отметить, что через конденсатор фильтра протекает также импульсная составляющая тока транзисторов преобразователя, работающего на частоте 20 — 100 кГц. Как правило, конструкция высоковольтных электролитических конденсаторов не обеспечивает достаточно малого полного сопротивления на этих частотах, поэтому конденсаторы могут перегреваться из-за протекания высокочастотных импульсных токов. Для устранения перегрева электролитический конденсатор фильтра обычно шунтируется конденсатором пленочного или керамического типа.

В зависимости от назначения и заданных параметров, ИИП может содержать различные дополнительные блоки и цепи: стабилизаторы напряжений, устройства защиты от перегрузок и аварийных режимов, цепи первоначального запуска, подавления помех и др. Однако определяющим узлом любого ИИП является ключевой преобразователь напряжения и в первую очередь его силовая часть. Выходные каскады преобразователей напряжения можно разделить на два больших класса: однотактные и двухтактные.

Силовая часть однотактного преобразователя может быть выполнена двумя способами, по которым следует различать прямоходовые и обратноходовые преобразователи.

В прямоходовых преобразователях ток подзарядки накопительных емкостей во вторичной цепи протекает во время открытого состояния ключевого транзистора, а в обратноходовых - во время закрытого состояния этого транзистора.