Проектирование управляющей ИМС для импульсных источников питания по типу TDA16846

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

на тему: Проектирование управляющей ИМС для импульсных источников питания по типу TDA16 846.

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 — 2,3×2,3 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.

Рассмотрим подробнее работу импульсного источника питания.

Более подробная функциональная схема ИИП приведена на рисунке 1.2 [2].

Рисунок 1.2 — Более подробная функциональная схема ИИП.

Итак, напряжение сети поступает на сетевой выпрямитель (рисунок 1. 2) со сглаживающим емкостным фильтром С1-СФ. С конденсатора фильтра выпрямленное напряжение через обмотку W1 трансформатора Т1 поступает на коллектор транзистора VT1, выполняющего функцию ключевого преобразователя постоянного напряжения в импульсное с частотой повторения 20−100 кГц.

Ключевой преобразователь представляет собой импульсный генератор, работающий в режиме самовозбуждения. На рисунке 1.3 приведены временные диаграммы преобразователя [2].

Рисунок 1.3 — Временные диаграммы работы преобразователя

В течение времени ДТ, когда транзистор открыт, через первичную обмотку W1 трансформатора протекает линейно нарастающий ток IИ. В сердечнике трансформатора запасается энергия магнитного поля.

Когда транзистор закрывается, на верхнем по схеме выводе вторичной обмотки трансформатора W2 появляется положительный потенциал и накопленная энергия передается в нагрузку через диод VD2.

Изменяя ДТ, т. е. время, в течение которого открыт транзистор преобразователя, можно регулировать выходное напряжение. Размахи импульсов тока через транзистор и диод зависят от индуктивности первичной обмотки трансформатора. При оптимальном ее значении максимальный ток через первичную обмотку вдвое превышает средний ток через нее. При этом ток через диод прекращается в момент открывания транзистора.

Изменять ДТ можно разными способами. Наиболее подходящий способ регулирования величины выходного напряжения — широтно-импульсная модуляция (ШИМ) [2]. Принцип ШИМ (см. рисунок 1. 3) состоит в регулировании времени, в течение которого ключевой транзистор открыт, при этом происходит регулировка количества накопленной трансформатором энергии. Основные достоинства ШИМ — постоянство периода повторений Т и простота реализации.

Рассмотрим случай, когда в установившемся режиме ток нагрузки увеличился. Это означает, что энергия, запасенная трансформатором будет расходоваться быстрее, чем обычно, т. е. время закрытого состояния ключа уменьшится. А для увеличения накопленной энергии нужно увеличить время открытого состояния ключа, чтобы в трансформаторе накопилось больше энергии. В результате общее время Т = const. Аналогично при уменьшении тока нагрузки.

Из-за видимых преимуществ ШИМ применяют практически во всех конструкциях ИИП. По этой причине другие способы регулировки рассматривать не будем.

Схема запуска. Необходимость схемы запуска вызвана тем, что при включении ИИП самовозбуждение автогенератора невозможно, так как разряженные конденсаторы фильтров импульсных выпрямителей представляют собой короткое замыкание для импульсов, снимаемых с вторичных обмоток трансформатора. Пусковые токи могут достигать 50… 100А, что создает аварийный режим работы для автогенератора.

Устройство запуска обеспечивает принудительное включение и выключение автогенератора в течение нескольких циклов, за время действия которых происходит заряд конденсаторов фильтров импульсных выпрямителей. Одновременно это исключает возможность возникновения аварийной ситуации, так как автогенератор плавно выходит на номинальный режим работы.

В импортных схемах наибольшее распространение нашли схемы подачи начального открывающего смещения на ключ [2]. В момент подачи питания через резисторы от «+» сетевого выпрямителя на базу ключа подается начальное смещение, достаточное для создания начального тока через ключ. За счет обмотки обратной связи происходит нарастание тока через ключ до насыщения, при этом диоды вторичных выпрямителей заперты и не мешают процессу. Как только ключ входит в режим насыщения, нарастание тока прекращается, напряжение на базе ключа становится равным начальному, коллекторный ток ключа резко уменьшается, что приводит к изменению полярности на обмотках трансформатора, в том числе появляется минус на выводе обмотки обратной связи, подключенной к базе ключа, ключ закрывается, диоды импульсных выпрямителей открываются и энергия, накопленная трансформатором, через диоды переходит в разряженные конденсаторы фильтров импульсных выпрямителей. Так как конденсаторы представляют собой в этот момент короткое замыкание, то энергия трансформатора убывает очень быстро. После нескольких циклов заряда конденсаторов автогенератор переходит в нормальный режим и больше схема запуска не используется. Во многих импортных ИИП цепь запуска не отключается, что иногда приводит к выходу из строя ключа при неисправности одного из вторичных выпрямителей, если не применяется схема защиты от короткого замыкания.

Иногда в качестве схемы запуска ИИП применяется генератор на транзисторе [2]. В течение некоторого времени, задаваемого схемой и достаточного для надежного запуска автогенератора, генератор вырабатывает импульсы, которые подаются на базу ключа как начальное смещение и вызывают запуск цикла работы автогенератора. Если неисправность отсутствует, то конденсаторы фильтров заряжаются и автогенератор входит в нормальный режим работы. Иначе схема запуска отключится и ИИП не запустится.

Схема управления. На схемы управления возлагается функция отслеживания уровня выходного напряжения, выработка сигнала ошибки и, часто, непосредственного управления ключом. Обычно схема управления представляет собой схему сравнения реального выходного напряжения и образцового, выработанный сигнал ошибки подается на исполнительную схему, управляющую непосредственно ключевым транзистором (см. рисунок 1. 4) [2].

Рисунок 1.4 — Функциональная схема устройства управления.

Схема управления питается от одной из обмоток трансформатора Т1, поэтому напряжение питания на ней всегда соответствует напряжению на других обмотках, т. е. реальному (см. рисунок 1. 5) [2].

Рисунок 1.5 — Устройство управления.

Пока автогенератор не вошел в нормальный режим, напряжение питания мало и транзистор VT1 закрыт. По мере увеличения напряжения питания на стабилитроне VD1 появляется образцовое напряжение, и затем транзистор начинает открываться. В рабочем режиме на выходе присутствует положительное напряжение, которое подается на исполнительную схему. Таким образом, при изменении реального напряжения, напряжение, подаваемое на исполнительное устройство, также будет изменяться, изменяя условия работы исполнительного устройства. Исполнительное устройство представляет собой либо ключевую схему, срабатывающую при достижении импульсом тока коллектора силового ключа определенной величины, либо схему, шунтирующую переход база-эмиттер того же силового ключа при достижении определенного уровня напряжения на базе.

На рисунке 1.6 приведены эпюры, поясняющие работу устройства управления при ШИМ — модуляции [2].

Рисунок 1.6 — Диаграммы поясняющие работу устройства управления при ШИМ — модуляции

По диаграммам видно, как изменение реального напряжения и вместе с ним сигнала ошибки влияет на ширину импульса, вырабатываемого ключевым транзистором. Меандр Uзг — работа автогенератора без управления. При работе с управлением напряжение ошибки Uош воздействует на исполнительное устройство совместно с напряжением обратной связи Uп, меняя порог его срабатывания. В результате при изменении тока нагрузки изменяется ширина импульсов, вырабатываемых ключевым транзистором.

Схема защиты. Сложность того или иного ИИП зависит, в основном, от примененных схем защиты. Вообще защитные устройства можно разделить на следующие типы по функциям: защитные устройства всего ИИП, сетевого выпрямителя, от большого напряжения сети, от малого напряжения сети, от перегрузки, от холостого хода и так далее. По сложности исполнения их можно разделить на простые (предохранители, защитные резисторы), среднего уровня сложности и большой сложности. В ИИП может быть применено сразу несколько типов защит, различной степени сложности.

Иногда устройства защиты представляют собой схемы, состоящие из нескольких элементов и интегрированы со схемой ИИП. Такие устройства могут быть с внутренним управлением, отслеживающие состояние ИИП и управляющие им и с внешним управлением, следящими за состоянием цепей вторичных источников питания и даже исправность всего устройства в целом.

Корректор коэффициента мощности (на рисунке 1.2 не показан). Импульсные источники питания создают гармонические и нелинейные искажения тока в сети, которые отрицательно влияют на проводку электросети и электроприборы, подключаемые к ней [3]. Это влияние выражается не только в различного рода помехах, сказывающихся на работе чувствительных устройств, но и в перегреве нейтрального провода. При протекании в нагрузках токов со значительными гармоническими составляющими, не совпадающими по фазе с напряжением, ток в нейтральном проводе может увеличиться до критического значения.

Международная электротехническая комиссия (МЭК) и Европейская организация по стандартизации в электротехнике (CENELEC) приняли стандарты IEC555 и EN60555, устанавливающие ограничения на содержание гармоник во входном токе вторичных источников электропитания и других устройствах [3].

Один из эффективных способов решения этой задачи — применение корректоров коэффициента мощности (Power Factor Correction) [3]. На практике это означает, что во входную цепь любого импульсного преобразователя необходимо включать специальную PFC-схему, обеспечивающую снижение или полное подавление гармоник тока. Основной стандарт для разработки источников питания с коррекцией коэффициента мощности EN61000−3-2 устанавливает пределы интенсивности гармонических составляющих потребляемого тока со второй по сороковую гармоники. Это ограничение распространяется на все устройства свыше 75 Вт, питающиеся от общей электросети, и использующееся в бытовой аппаратуре.

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 TDA16 846

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 5 В 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 1,2 В, 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 1 В, 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 3

Ток на выводе 3

RZI

-

-10

6

-

В

мА

V3< -0.3 В

Ток на выводе 9

REF

-1

-

мА

-

Ток на выводе 13

OUT

-100

100

мА

мА

V13> VCC

V13<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 TDA16 846

Структурная схема ИМС TDA 16 846 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 5 В, 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. 5 В 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 2 В (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 2 В (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 5 В. 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 TDA16 846

Один из возможных вариантов схемы включения ИМС TDA16846 приведен в приложении Б [4].

Опишем принцип работы ИМС в составе импульсного источника питания.

Сетевое напряжение 220 В через предохранитель F1 поступает на помехоподавляющий LС — фильтр предназначенный для подавления импульсных помех, которые могут проникать из схемы импульсного питания в сеть.

С фильтра сетевое напряжение поступает на мостовую схему выпрямителя (диоды D1-D4), выпрямляется и заряжает конденсатор С7.

Преобразователь напряжения выполнен на мощном полевом транзисторе T1 и трансформаторе ТR1 и работает по обратно — ходовому принципу, т. е. в фазе отпирания транзистора T1 (на прямом ходу) происходит накопление энергии в магнитном поле трансформатора ТR1, а в фазе запирания (на обратном ходу) — накопленная энергия передается в нагрузку.

Для ограничения скорости нарастания напряжения на стоке транзистора T1 параллельно первичной обмотке трансформатора ТR1 включен конденсатор С9, что необходимо для исключения помех оказываемых источником питания на приборы.

Нарастающее напряжение на обмотке трансформатора ТR1 после закрывания транзистора T1 трансформируется во вторичные цепи и через выпрямительные диоды подзаряжает сглаживающие конденсаторы фильтров вторичных источников питания — происходит передача накопленной в магнитном поле энергии. По окончанию накопленной энергии напряжение на обмотках трансформатора ТR1 уменьшается, и выпрямительные диоды закрываются. При последующем открывании транзистора T1 происходит накопление очередной порции энергии в магнитном поле трансформатора ТR1.

Регулируя время открытого состояния транзистора T1, можно изменять количество накопленной энергии, отдаваемой в нагрузку, и таким образом осуществлять групповую стабилизацию выходных напряжений.

Энергия, накапливаемая в магнитном поле трансформатора ТR1, поступает с конденсатора С7, который, в свою очередь, подзаряжается от схемы накачки заряда, состоящей из диодов D8, D9, дросселя L8 и конденсатора С8. Схема накачки зарядом позволяет повысить коэффициент мощности, т. е. приблизить форму потребляемого тока из сети переменного тока к форме сетевого напряжения, что благоприятно сказывается на снижении действующего значения тока в электрической сети и уменьшает потери электроэнергии (см. пункт 1 — коррекция коэффициента мощности).

Схема накачки заряда работает следующим образом: во время открытого состояния транзистора T1 происходит накопление магнитной энергии в дросселе L8. При этом количество накапливаемой энергии зависит от напряжения на конденсаторе С7 в каждое очередное отпирание транзистора T1, но так как емкость конденсатора С7 выбрана сравнительно небольшой, то напряжение на конденсаторе С7 оказывается модулированным формой напряжения питающей сети и потребляемый из питающей сети ток на подзарядку конденсатора С7 будет также модулирован сетевым напряжением.

Накопленная в фазе открытого состояния транзистора T1 энергия в индуктивности дросселя L8 передается конденсатору С8 при закрывании транзистора T1. При этом конденсатор С8 перезаряжается током от первичной обмотки трансформатора ТR1.

Заряженный в фазе запертого состояния транзистора T1 конденсатор С8 используется для накачки дросселя L8 при отпирании транзистора T1.

Наличие схемы накачки заряда позволяет также отказаться от ограничителя амплитуды, паразитного выброса напряжения на стоке силового транзистора, обусловленного индуктивностью рассеяния трансформатора ТR1, т.к. вся паразитная энергия этой индуктивности в чистом виде через диод D9 идет на заряд конденсатора С8, а затем, на накачу дросселя L8, следовательно, нет дополнительных потерь мощности.

Для управления транзистором T1 во всех режимах работы и осуществления групповой стабилизации на ИМС IC1 выполнено устройство управления преобразователем напряжения. Главной особенностью данной ИМС является возможность приведения рабочей частоты переключения транзистора в соответствии с величиной сопротивления нагрузки так, чтобы при минимальной нагрузке частота переключения была минимальной, а при возрастании величины нагрузки частота увеличивается. Включение транзистора T1 происходит при минимальном напряжении. Такое включение ИМС наилучшим образом подходит для ИИП с коррекцией коэффициента мощности.

Минимальная рабочая частота (дежурный режим) задается элементами, подключенными к выводу 1 ИМС IC1. Вывод 2 ИМС IC1 используется для имитации тока силового транзистора, а элементы, подключенные на данный вывод, определяют максимально разрешенный ток. Вывод 3 ИМС IC — детектор нуля, запрещает включение транзистора T1 до окончания полной передачи энергии трансформатором в нагрузку. Вывод 4 ИМС IC — выход усилителя ошибки, конденсатор С25 определяет скорость плавного запуска ИМС. Вывод 5 используется для управления напряжением через оптопару IC2. Вывод 6 — компаратор напряжения. Если напряжение на этом выводе превысит величину 1,2 В, то работа ИМС IC1 блокируется. Вывод 7 используется для задания фиксированной частоты переключения или для синхронизации ИИП. Вывод 8 — не задействован. Вывод 9 ИМС IC1 — опорное напряжение +5 В. Вывод 10 — компаратор напряжения. Если напряжение на этом выводе превысит величину 1,0 В, то работа ИМС IC1 блокируется. Вывод 11- контроль напряжения. Если напряжение на этом выводе ниже 1,0 В, то силовой транзистор T1 выключен. Вторая функция данного вывода — коррекция максимального тока накачки силового транзистора T1 по напряжению в сети. Вывод 12 ИМС — общий. Вывод 13 — выход для управления силовым транзистором T1. Вывод 14 ИМС IC1 — питающее напряжение.

3.2 Электрические характеристики микросхемы TDA16 846

Электрические характеристики ИМС приведены в таблицах 3. 1−3. 14.

Если дополнительно не указано, то: -25< Tj<125, VCC=12 В.

Таблица 3.1 — Параметры цепи запуска ИМС (вывод 14 — VCC).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Ток потребления в выключенном состоянии

I14

-

40

100

мкА

0< VCC<V14ON

Ток потребления во включенном состоянии

I14

-

5

8

мА

На выходе сигнал низкого уровня

Пороговое напряжение включения

V14ON

14,5

15

15,5

В

-

Пороговое напряжение выключения

V14OFF

7,5

8

8,5

В

-

Таблица 3.2 — Параметры источника опорного тока (вывод 2 — PCS).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Основная величина

V2

1,45

1,5

1,55

В

I2=100 мкА

Пиковое значение

V2

4,85

5

5,15

В

V11=1,2 В

Время включения

-

9

10,5

11,5

мкс

V11=1,2 В

C2=220 пФ

I2=75 мкА

Ток смещения

-

-1

-0,3

-

мкА

-

Таблица 3.3 — Параметры цепи обратной связи (вывод 11 — PVC).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Пиковое значение

V2

3,8

4,1

4,3

В

V11=4,5 В

Время включения

-

6,2

7,5

8,5

мкс

V11=1,2 В

C2=220 пФ

I2=75 мкА

Ток смещения по

выводу 11

-

-1,0

-0,3

-

мкА

-

Таблица 3.4 — Цепь управления временем выключения (вывод 1 — ОТС).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Ток заряда

I1

0,9

1,1

1,4

мА

V3>3 В

Ток заряда

I1

0,35

0,5

0,65

мА

V3<2 В

Пиковое значение

V1

3,38

3,5

3,62

В

-

Основная величина

V1

1,92

2

2,08

В

-

Время выключения

TD1MAX

65

72

80

мкс

C1=680 пФ

R1=100 кОм

Ток смещения

по выводу 1

-

-1,1

-0,4

-

мкА

-

Порог сигнала «перехода через нуль» (вывод 3)

-

15

25

35

мВ

-

Задержка включения

-

280

350

480

нс

-

Ток смещения

по выводу 3

-

-2

-1,2

-

мкА

V3< 25 мВ

Таблица 3.5 — Параметры усилителя сигнала ошибки (вывод 3, вывод 4 — ЕА).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Порог включения

(вывод 3)

VEATH

4,85

5

5,15

В

-

Ток смещения

-

-

-0,9

-

мкА

V3>3 В

Ток заряда для плавного запуска

-

-2,5

-1,8

-1,2

мкА

-

Таблица 3.6 — Вход оптопары (вывод 5).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Диапазон входного напряжения

V5

0,3

-

6

В

-

Номинал резистора при подключении его к VREF

R1

15

20

25

кОм

-

Таблица 3.7 — Цепь синхронизации и стабилизации частоты (вывод 7 — SYN).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Частота

-

78

88

98

кГц

C7=470 пФ

R7=20 кОм

Ток заряда

I7

1

1,3

1,6

мА

-

Верхний порог

V7

3,5

3,6

3,7

В

-

Нижний порог

V7

1,43

1,5

1,57

В

-

Время заряда

-

0,4

0,55

0,75

мкс

-

Ток смещения по

выводу 7

-

-2,4

-1,8

-1,1

мкА

-

Диапазон входного напряжения

V7

0,3

-

6

В

-

Таблица 3.8 — Напряжение выключения ИМС (вывод 14 — SVC).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Порог

V14OFF

7,5

8

8,5

В

-

Таблица 3.9 — Защита от превышения напряжения питания (вывод 14 — ОV).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Порог

V14ON

15,7

16,5

17

В

-

Таблица 3. 10 — Контроль опорного напряжения (вывод 11 — PVC).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Порог

V11

0,95

1

1,06

В

-

Таблица 3. 11 — Уровень опорного напряжения на выводе 9.

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Напряжение на

выводе 9

V9

4,8

5

5,15

В

I9=100 мкА

Ток по выводу 9

I9

-200

-

0

мкА

VEATH (вывод3) —

V9< 100 мВ

Таблица 3. 12 — Компаратор ошибки (вывод 6 — FC2).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Порог срабатывания

V6

1,12

1,2

1,28

В

-

Ток смещения по

выводу 6

-

-1,0

-0,3

0,1

мкА

-

Таблица 3. 13 — Компаратор ошибки (вывод 10 — FC1).

Параметр

Обозначение

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Порог срабатывания

V10

0,95

1

1,06

В

-

Ток смещения по

выводу 10

-

0,48

0,9

1,2

мкА

-

Таблица 3. 14 — Параметры выходного каскада (вывод 13 — OD).

Параметр

Обозначе

ние

Значение

Единица измерения

Примечания

min

typ

max

Выходное напряжение низкого уровня

V13low

1,1

1,8

2,4

В

I13=100 мА

Выходное напряжение высокого уровня

V13high

9,2

10

11

В

I13=-100 мА

Напряжение на выходе при пониженном напряжении питания

V13aclow

0,8

1,8

2,5

В

I13=-10 мА

V14 повышается

0< V14<V14ON

V14 уменьшается

0< V14<V14OFF

Время нарастания выходного сигнала

-

70

110

180

нс

C13=10 нФ

V13=2…8 В

Время спада выходного сигнала

-

30

50

80

нс

C13=10 нФ

V13=2…8 В

3.3 Анализ электрической принципиальной схемы ИМС TDA16 846

Анализ принципиальной электрической схемы проводим на ПК с помощью системы проектирования электронных устройств OrCAD 9.2.

Первоначально проведем анализ блоков схемы для проверки функционирования каждого из них.

Проанализируем сначала цепи питания ИМС. Как видно из структурной схемы (приложение А) Основными блоками цепи питания являются: источник опорного напряжения — REF, компаратор напряжения питания — SVC и компаратор перенапряжения — OVC. На рисунке 3.1 приведена электрическая принципиальная схема трех этих каскадов.

Источник опорного напряжения (REF) должен вырабатывать напряжение 5±0. 15 В (см таблицу 3. 11), независимо от напряжения питания микросхемы.

Компаратор напряжения питания — компаратор с гистерезисом. Согласно таблицы 3. 1, верхний порог переключения этого компаратора составляет 15±0. 5 В, Нижний порог переключения 8±0,5 В. Компаратор включен таким образом, что управляет опорным напряжением. При срабатывании компаратора, он разрешает либо блокирует подачу опорного напряжения на всю схему, таким образом он включает или выключает ИМС.

Компаратор перенапряжения — защита от перенапряжения по цепи питания, порог срабатывания которого согласно 16,5±0. 5 В (таблица 3. 9).

Результаты компьютерного моделирования описанных блоков приведены на рисунке 3.2. Как видно из диаграмм все блоки выполняют свои функции, причем значения потенциалов полученные при моделирования совпадают с указанными в технической документации на ИМС TDA16846.

Рис. 3. 2

Рисунок 3.2 — Диаграммы работы блоков ИМС по цепи питания.

1 — Напряжение источника питания;

2 — Напряжение стабилизатора;

3 — Диаграмма срабатывания компаратора защиты от превышения напряжения питания

Промоделируем работу выходного каскада ИМС совместно с логическим элементом G3 на его входе. Сигналы управления будем подавать на входы логического элемента. Логический элемент представляет из себя 3-х входовой элемент «И" — G3 (Приложение А). Как видно из структурной схемы, на верхний и нижний входы элемента подаются сигналы защиты, то есть в отсутствии «аварийных ситуаций» на этих входах присутствуют уровни напряжения соответствующие логической единице. На средний же вход подается управляющие импульсы прямоугольной формы с частотой порядка 20−100 кГц.

Согласно таблицы 3. 14 верхний уровень выходных импульсов должен составлять 10±0.5 В, нижний уровень 1,5 — 2,4 В [4].

Для моделирования на два входа G3 подаем постоянные потенциалы 1 В посредством источников V2, V3. На оставшийся вход подаем импульсное напряжение посредством источника V4. Уровни импульсов нижнего и верхнего примем 0 и 1 В соответственно, а частоту 20кГц.

В качестве нагрузки вместо МОП-транзистора включаем эквивалентную нагрузку — резистор RH1.

Схема электрическая принципиальная выходного каскада (Output Driver) и логического элемента G3 приведена на рисунке 3.3.

Диаграмма работы данных блоков приведена на рисунке 3.4.

Как видно из диаграмм полученные результаты удовлетворяют необходимым в соответствии с техническим описанием на ИМС TDA16846.

Рисунок 3.3 — Схема электрическая принципиальная выходного каскада с логическим элементом на входе.

1 — Входной сигнал;

2 — Выходной сигнал;

3 — Ток через нагрузку.

Рисунок 3.4 — Диаграммы работы выходного каскада и логического элемента G3.

Компараторы, такие как PVA, PVC, FC1, FC2 построены по одному принципу. Их основой является дифференциальный каскад на p-n-p транзисторах. В качестве нагрузки дифференциального каскада используется токовое зеркало на n-p-n транзисторах. Принцип работы компаратора в том, что он выставляет на своем выходе напряжение высокого или низкого уровня в зависимости от потенциалов на его входах.

Промоделируем работу компараторов на примере компаратора ошибок FC1.

На один вход компаратора подается опорное напряжение 1,2 В с источника REF. На другой вход подается управляющее напряжение сигнала ошибки. При превышении сигнала ошибки уровня 1,2 В происходит переключение компаратора.

На рисунке 3.5 приведена схема электрическая принципиальная компаратора ошибок FC1.

Рисунок 3.5 — Схема электрическая принципиальная компаратора ошибки FC1.

Результат моделирования данной схемы показан на рисунке 3.6.

1 — Опорное напряжение;

2 — Управляющий сигнал;

3 — Выходное напряжение.

Рисунок 3.6 — Диаграммы работы компаратора ошибки FC1.

Промоделируем работу блока ED1 — детектор перехода через «ноль» (условное название, на самом деле 25мВ) по выводу 3 микросхемы TDA16846. Принцип работы данной схема основан на том, что на один ее вход подается опорное напряжение 25мВ, а на другой управляющий сигнал. При пересечении опорного сигнала управляющим на выходе устройства происходит смена логического состояния на противоположное.

Схема данного блока приведена на рисунке 3.7 а диаграмма работы в на рисунке 3.8.

Рисунок 3.7 — Схема электрическая принципиальная блока детектора «нулевых» пересечений по выводу 3.

1 — Опорное напряжение;

2 — Входной сигнал;

3 — Выходной сигнал.

Рисунок 3.8 — Диаграмма работы детектора «нулевых» пересечений.

Проанализируем работу триггеров схемы ИМС. Построены все они одинаково, поэтому проведем анализ только одного триггера, например VOLF. VOLF — это RS триггер. На его выходе устанавливается напряжение, соответствующее уровню логической единицы или нуля в зависимости от напряжений на его входах. По выводу S (рисунок 3. 9) происходит переключение триггера в единичное состояние, а по входу R сброс в нулевое.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой