Дипломная работа: Проектирование управляющей ИМС для импульсных источников питания по типу TDA16846

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 TDA 16846

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: