JHARP - IP3M02. Эта микросхема предназначена специально для построения ШИМ узлов. В корпусе микросхемы TL494CN заключены все необходимые каскады.

Функциональная схема интегрального ШИМ преобразователя типа TL494 изображена на рис. 2.7.

Элементы, изображенные на функциональной схеме, имеют следующие наименования и назначение:

на элементах, входящих в состав узла под общим названием Генератор , собран основной каскад генератора пилообразного напряжения, временные характеристики колебаний которого задаются внешними элементами, подключаемыми к выводам 5 и 6;

источник опорного напряжения предназначен для формирования стабильного напряжения с номинальным значением +5 В, используемого для работы каскадов сравнения и выработки напряжения ошибки. Точность источника опорного напряжения находится в пределах ±5%;

элемент DA1 - компаратор мертвой зоны , временного интервала между выходными импульсами;

элемент DA2 - компаратор сравнения сигналов рассогласования и пилообразного напряжения - ШИМ компаратор;

операционные усилители DAS и DA4 - схемы выработки сигналов рассогласования;

элементы с номерами DDI - DD6 относятся к технике цифровой автоматики и выполняют логическую обработку сигнала, поступающего от ШИМ компаратора DA2;

7 М 12 10

11 9

Рис. 2.7. Функциональная схема интегрального ШИМ преобразователя типа TL494

два транзистора VT1 и VT2 используются для построения усилителей уровня и мощности выходных итпульсных последовательностей. Выводы коллекторов и эмиттеров этих транзисторов оставлены ненагружепными для расширения возможностей по их подключению к последующим каскадам.

Операционные усилители сигнала ошибки имеют рабочий диапазон входных напряжений от -0,3 до 2 В. Последнее (наибольшее) значение соответствует - напряжению питания микросхемы. На входе компаратора мертвой зоны технологически установлено смещение, обеспечивающее гарантированное наличие минимальной паузы между импульсами управления. Рабочее напряжение питания на микросхеме в диапазоне от 7 до 40 В может быть установлено произвольным. Предельное значение напряжения питания микросхемы и уровень напряжения на коллекторах выходных транзисторов составляет 41В. Максимальное значение тока коллектора max равно 250 мА, рекомендованный рабочий ток - 200 мА.

Рабочий диапазон частот генератора пилообразного напряжения составляет от 1 до 300 кГц. Конденсатор, подключаемый к выводу 5 микросхемы IC1, может иметь любое значение номинала от 470 пФ до 10 мкФ, резисторы для установки во времязада-ющей цепи - в пределах 1,8-500 кОм.

Температурный диапазон работы микросхемы типа TL494CN составляет 0-70 °С.

С момента подачи напряжения питания на вывод 12 относительно вывода 7 ШИМ регулятор начинает формирование на выходных контактах (выводы коллекторов и эмиттеров транзисторов VT1 и VT2) импульсных сигналов. Формально для получения на этих выводах последовательностей им-nyj:b:oB никаких сигналов обратной связи не требуется. Но к микросхеме должны быть подключены пассивные элементы, задающие параметры работы генератора и обеспечивающие смещения на входах операционных усилителей. Для наблюдения импульсов на выводах выходных транзисторов в схеме должны быть установлены дополнительные нагрузочные резисторы, определяющие схему их включения.

Рассмотрим схему включения ШИМ преобразователя в системе управления импульсным источником питания, пользуясь обозначениями на принципиальной схеме, приведенными на рис. 2.2, и функциональной схемы - на рис. 2.7.

При подаче напряжения питания на вход импульсного источника на транзисторе Q3 включается автогенераторный вспомогательный источник, который формирует на своих вторичных обмотках два напряжения. Первое предназначено для запитки

стабилизатора канала дежурного режима, а второе - для подачи питающего постоянного напряжения на микросхему ШИМ стабилизатора. Обмотка трансформатора Тб, с которой снимаются напряжения для питания IC1 и стабилизатора канала дежурного режима (+5VSB), включена во вторичную цепь источника питания. Это означает, что общие проводники этих цепей объединены между собой. Таким образом, питание ШИМ преобразователя производится напряжением, гальванически развязанным от первичной сети питания. Напряжение, подаваемое на вывод 12 микросхемы IC1 от выпрямителя на D9, нестабилизированно и служит для начального запуска этой микросхемы. В зависимости от величины нагрузки канала дежурного режима +5VSB уровень напряжения на вторичной обдют-ке трансформатора Тб, а, следовательно, и питания на IC1/12, будет изменяться в некоторых пределах.

Для формирования пилообразного напряжения внутренним генератором микросхемы IC1 между ее выводом б и общим проводом вторичного напряжения подключен резистор R29 с номинальным значением сопротивления 12 кОм, а между общим проводом и выводом IC1/5 включен конденсатор С18 емкостью 1500 пФ. Согласно сервисной документации на микросхему TL494, расчет частоты генерации, применительно к элементам данной принципиальной схемы, может быть произведен по следующей формуле:

R28 С18

(2.1)

При указанных значениях элементов RC цепочки, частота работы генератора составляет -55,5 кГц. Внутренний генератор формирует сигнал с нарастающим напряжением, форма которого представлена на верхней диаграмме рис. 2.8. Согласно данным технической документации на микросхему TL494, нарастание напряжения доходит до уровня +3 В, после чего конденсатор разряжается и напряжение на нем скачком падает до нулевого значения. Затем процесс циклически повторяется (см. диаграммы на рис. 2.8). Вид сигналов имеет качественный характер и не отражает реальных временных и амплитудных соотношений.

Пилообразное напряжение подается на инвертирующие входы компаратора мертвой зоны - элемент DA1 и ШИМ компаратора - элемента DA2. Ко второму входу компаратора подключен внутренний источник начального смещения, величина которого задана и составляет 100 мВ. На диаграмме 1 рис. 2.8 наличие этого источника условно изображено прямой линией, пересекающей зубцы пилообразного напряжения. Компаратор является пороговым устройством, поэтому на его выходе формируется

Рис. 2.8. Диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу микросхемы TL494

сигнал, значения которого принимают только два состояния. Если на инвертирующем входе напряжение превышает уровень напряжения на неинверти-рующем, то на выходе компаратора устанавливается низкое напряжение, в данном случае нулевое И наоборот, если величина напряжения на инвертирующем входе меньше, чем на неинвертирую-щем, то на выходе напряжение принимает значение высокого уровня, близкого к уровню питания. В нашем случае, когда напряжение начального смещения на неинвертирующем входе компаратора DA1 больше напряжения пилообразного генератора, поданного на второй вход, выходное напряжение (диаграмма 2 на рис. 2.8) имеет высокий уровень. Ко входу 1С 1/4 подключены дискретные элементы каскадов только с положительным напряжением питания. Смещение на неинвертирующем входе DA1 на величину 100 мВ является минимальным, и приращение напряжения на 1С 1/4 может тольк] увеличить его. Поэтому можно сделать вывод о том, что длительность импульсов, формируемых на выходе DA1, при данном начальном смещении имеет минимальное значение и с повышением напряжения на выводе 1С 1/4 длительность импульсов положительной полярности будет только увеличиваться. Какое влияние это свойство оказывает на работу всей схемы управления, будет рассмотрено ниже.

Периодическая последовательность импульсов с выхода компаратора DA1 поступает на цифровой логический элемент типа ИЛИ - DDI. Частота следования импульсов определяется временными характеристиками пилообразного напряжения.

Усилитель ошибки на элементе DA3 проводит сравнение напряжения обратной связи и опорного напряжения, уровень последнего определяется соотношением резисторов R23 и R24, подключенных между выводом IC1/14 и общим проводом. Внутренний каскад схемы IC1 формирует на выводе IC1/14 стабильное напряжение с номинальным значением +5 В. Резисторы R23 и R24 образуют делитель напряжения, средняя точка которого подключена через вывод IC1/2 к инвертирующему входу операционного усилителя ВАЗ. На неинвертиру-ющий вход ВАЗ через два резистора R46 и R47 поступает напряжение от выходов вторичных каналов напряжения со значениями +5 В и +12 В соответственно. Вход 1С 1/1 через параллельно соединенные резисторы R25 и R26 подключен к общему проводу вторичного питания. Величины сопротивлений резисторов R25, R26, R46 и R47, образующих делитель, подобраны таким образом, что при номи-наяьных значениях выходных вторичных напряжений на выводе 1С 1/1 устанавливается напряжение чуть ниже значения +2,5 В. Этим создано некоторое начальное дифференциальное смещение на входах DA3. Усилитель ВАЗ работает в линейном режиме, параметры усиления определяются внутренней схемотехникой этого каскада. Питание БАЗ осуществляется только от внутреннего источника с положительным значением напряжения. Следовательно, изменение выходного напряжения на ВАЗ может происходить только в положительной области. Для выполнения этого условия напряжение на выводе IC1/1 не должно превышать +2,5 В. Превышение этого порога приведет к тому, что на выходе ВАЗ установится напряжение с нулевым значением. Далее будем предполагать, что этого не происходит, и схема работает в некотором заданном для зоны регулировки диапазоне.

Итак, на входе 1С 1/2 - напряжение постоянное, а на вход 1С 1/1 поступает напряжение обрат-I ной связи, которое имеет отклонение, определяемое поведением нагрузки. На выходе усилителя DA3 формируется сигнал рассогласования, или ошибки, точность которого определяется параметрами стабильности внутреннего источника опорного напряжения микросхемы IC1. Понятно, что все его отклонения от номинала будут передаваться на к IC1/2. Выход ВАЗ подключен к неинвертирующе-* му входу ШИМ компаратора - ВА2, на второй его вход подается пилообразное напряжение от генератора. Формы различных сигналов на входах ВА2 показаны на диаграмме 3, приведенной на рис. 2.8. Линией, пересекающей пилу , изображено напряжение на неинвертирующем входе ВА2. Внешний ВИЯ результирующего сигнала на выходе DA2 предоставлен на диаграмме 4 (см. рис. 2.8). Видно, что

импульсы положительной полярности формируются здесь в том случае, когда уровень напряжения, поданного с выхода ВАЗ, превышает уровень линейно нарастающего напряжения на инвертирующем входе ВА2. На диаграмме 4 показано, как происходит изменение длительности положительных импульсов и соответственно паузы между ними в зависимости от формы напряжения на выходе ВАЗ. Длительность положительного импульса увеличивается по мере возрастания уровня на выходе ВАЗ, то есть продолжительность импульса прямо пропорциональна уровню напряжения на выходе усилителя рассогласования. Последовательность импульсов подается на второй вход цифрового элемента ВВ1, на первый вход которого поступает импульсный сигнал с выхода ВА1 - компаратора мертвой зоны .

Элементы микросхемы IC1, работа которых описана выше, входят в аналоговую часть обработки и формирования сигналов. Необходимо отметить, что компараторы занимают здесь пограничное положение. Получая по входам аналоговые сигналы, на выходах они формируют двухуровневый сигнал. Компоненты же с буквенным обозначением В В относятся к элементам исключительно цифровой автоматики, работающими с дискретными сигналами как по входам, так и по выходам. Сигналы имеют только два уровня. В позитивной логике (этой терминологии мы будем придерживаться и далее) логической единицей принято считать значение напряжения, близкое к уровню положительного питания. Уровень логического нуля - низкий уровень, близкий к потенциалу общего провода.

Выходное состояние элемента ВВ1, логическое или, принимает значение логической единицы тогда и только тогда, когда хотя бы на одном (произвольном) из его входов сигнал таюке имеет высокий логический уровень. Выход считается в состоянии низкого уровня, когда на все входы логического элемента типа ИЛИ подводятся напряжения также низкого уровня.

Вид импульсных сигналов на входах элемента ВВ1 представлен на диаграммах 2 и 4 (см. рис. 2.8). По времени начало формирования положительных импульсов на обеих диаграммах совпадает, но их длительность больше в последовательности, поступающей с выхода ВАЗ. В данном случае выходной сигнал элемента ВВ1 будет совпадать с диаграммой 4. Последовательность, полученная на выходе ВВ1, является базовой для формирования конечного управляющего воздействия на силовые элементы усилителя мощности. Все временные соотношения конечного сигнала уже заложены в этой исходной последовательности. Выход ВВ1 соединен со счетным входом С динамического триггера -