Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2003 №1

Токовые ШИМ–контроллеры фирмы Unitrode Products (Texas Instruments inc.)

Ермаков Юрий


Как это покажется странным, но некоторым разработчикам такие микросхемы неизвестны. На вопрос, заданный знакомым инженерам: "А что значит" токовое"? - самым внятным был совет почитать datasheet. Я так и зделал. Созданные для построения источников питания, токовые ШИМ годятся и для применения в различных системах автоматики, регуляторах и даже в детских игрушках. По крайней мере, мой интерес к ним возник именно на этой почве.

Сочетание низкой стоимости и интересного схемотехнического решения позволяет использовать их при каждом удобном случае. Кстати, о стоимости. UC 2843 стоит около 19 рублей в розницу, UC 2844 — 26, UC 3843 — 14 –16, UC 3845 — 16 –20.

Что же это за «зверушки »? Семейство микросхем UC1842/3/4/5, UC2842/3/4/5, UC3842/3/4/5 — по сути, один и тот же кристалл, приспособленный для работы в различных температурных диапазонах, при различных порогах включения-выключения, с раздельными или совместными выводами выходного каскада и питания и разным максимальным рабочим циклом.

Каждый прибор имеет несколько исполнений. На вариант исполнения указывает буква после цифр (рис.1 –3). В вариантах N, J и D8 (рис.1) используется 8-выводной корпус DIP или SOIC. При этом коллектор верхнего транзистора выходного тотемного n-p-n-каскада соединен с плюсовым выводо питания, а эмиттер нижнего транзистора выходного каскада — с «земляным » выводом. В вариантах D, W (корпуса SOIC-14, CFP-14) (рис.2) и Q (корпус PLCC-20D)(рис.3) коллектор верхнего транзистора выходного тотемного каскада и эмиттер нижнего транзистора выходного каскада имеют собственные выводы. Вот, в принципе, и весь спектр отличий приборов внутри семейства.

Таблица 1.Семейство микросхем UC1842/3/4/5, UC2842/3/4/5, UC3842/3/4/5
Тип прибора Температурный диапазон,°C Напряжение включения выключения, В Максимальный рабочий цикл, %
UC1842 –55...+125 16/10 100
UC1843 –55...+125 8,4/7,6 100
UC1844 –55...+125 16/10 50
UC1845 –55...+125 8,4/7,6 50
UC2842 –40...+85 16/10 100
UC2843 –40...+85 8,4/7,6 100
UC2844 –40...+85 16/10 50
UC2845 –40...+85 8,4/7,6 50
UC3842 0...+70 16/10 100
UC3843 0...+70 8,4/7,6 100
UC3844 0...+70 16/10 50
UC3845 0...+70 8,4/7,6 50

Рассмотрим блок-схемы базовых кристаллов, изображенные на рис.4 и 5. Рис.4 — для 8-выводного корпуса, а рис.5 — для 14-и 20-выводного корпуса.

Микросхемы содержат блок защитного выключения при снижении напряжения питания. Блок состоит из триггера Шмитта, имеющего дифференциальные входы, и источника опорного напряжения. С помощью RS-триггера этот блок управляет общим источником опорного напряжения 5 В. Этот источник имеет собственный вывод и обеспечивает ток до 50 мА. В режиме короткого замыкания он способен выдать ток до 100 мА. Пороги срабатывания блока защитного выключения приведены в таблице 1. Кстати, определение «токовые », эти ШИМ-контроллеры получили именно из-за этого самого блока защитного отключения (рис.6). Микросхемы начинают работать при токе потребления около 1 мА и допускают питание от источника высокого напряжения через цепочку резисторов, главное, чтобы обеспечивался диапазон рабочих токов и напряжений по выводам питания. Для этой цели между плюсовой и «земляной » ножкой включен стабилитрон с напряжением пробоя 34 В. Кроме блока защитного отключения на кристалле выполнена схема внутреннего смещения и схема питания логики. Ну и конечно же, непременная часть подобных устройств — генератор импульсов. Он имеет один вывод для подключения времязадающей RC-цепи (рис.7). На минимальную частоту никаких ограничений не указано. Максимальная же частота генератора установлена в 500 кГц. Частота генератора приблизительно рассчитывается по формуле:

Выражение справедливо для R T >5 кОм. Подключение времязадающей RC-цепочки и графики зависимости рабочего цикла от емкости конденсатора и частоты от сопротивления резистора и емкости конденсатора показаны на рис.7. На кристалле имеется усилитель ошибки (рис.8), неинвертирующий вход которого «сидит » на внутреннем источнике напряжения 2,5 В, а инвертирующий вход имеет собственный вывод, служащий входом обратной связи. Выход этого усилителя соединяется с выводом 1 и через цепочку сдвига уровня с инвертирующим входом компаратора ограничения тока. Неинвертирующий вход компаратора ограничения тока выведен на отдельный вывод и служит для подключения к внешнему токоизмерительному резистору (рис.9), через который течет ток нагрузки. Номинал этого резистора и, соответственно, падение напряжения на нем и определяет предельный ток, текущий через мощный внешний ключ, которым управляет контроллер. Другие устройства на кристалле — это RS-защелка и гика. Вместе они обеспечивают модуляцию ширины импульса в зависимости от напряжения усилителя ошибки и сигнала токового компаратора. Кроме того, в микросхемах UC Х844/5 присутствует Т-триггер, который обеспечивает максимальную скважность 50%.

И последнее — тотемный выходной каскад. Он состоит из двух n-p-n-транзисторов. Максимальный ток выходного каскада — ±1 А. Такой выходной каскад может обеспечить нормальную работу мощного МОП-транзистора на приличной частоте, если микросхемы применяются в преобразователе напряжения либо непосредственно коммутировать нагрузку. Если эти транзисторы выполнены в 8-выводном корпусе, то они подключены к выводам питания, а если в 14 –20-выводном, то, как было сказано выше, питание каскада имеет отдельные выводы. Подобное подключение обеспечивает большую гибкость в применении.

Микросхемы можно дистанционно включать и выключать. Специальных выводов для этого не предусмотрено, но, учитывая внутреннее устройство микросхемы, реализовать эту функцию можно двумя способами (рис.10). Первый способ заключается в подаче на 3 (8-выводной корпус), 5 (14-выводной корпус) или 7 (20-выводной корпус) вывод напряжения выше 1 В. Второй способ — опустить напряжение на 1 (8-и 14-выводной корпус) или 2 (20-выводной корпус) выводе к уровню «земли » на величину напряжения пары диодов или транзистора. Эти методы переводят токовый компаратор в выключенное состояние, что вызывает сброс выходной защелки. Сигнал с защелки является доминирующим на логическом элементе и проходит на выходной каскад, открывая нижний транзистор и закрывая верхний. Таким образом, на выходе микросхемы появляется напряжение низкого уровня. Состояние выхода не изменится, пока на этих входах в первом случае — напряжение не опустится ниже порога срабатывания токового компаратора, во втором случае — не перестанет шунтировать выход усилителя ошибки. Показанный на рис.6 первый способ годится для включения и выключения источника питания. Ведь тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение не уменьшится до нуля, а при новом включении все будет работать по-прежнему. Следует отметить, что оба способа предложены фирмой-изготовителем.

Предельно допустимые параметры:

Таблица 2. Электрические параметры контроллеров UC1842/3/4/5, UC2842/3/4/5, UC3842/3/4/5
Параметр Условия измерения UC1842/3/4/5, UC2842/3/4/5 UC3842/3/4/5 Ед.изм.
мин. тип. макс. мин. тип. макс.
Источник опорного напряжения:
выходное напряжение Т кр =25 °С,I вых =1 мА 4,95 5,00 5,05 4,90 5,00 5,10 В
нестабильность выхода 12 .U пит .25 В   6 20   6 20 мВ
нестабильность по току 1 .I вых .20 мА   6 25   6 25 мВ
температурная нестабильность     0,2 0,4   0,2 0,4 мВ/°С
разброс выходного напряжения   4,9   5,1 4,82   5,18 В
ток при замыкании выхода   –30 –100 –180 –30 –100 –180 мА
Тактовый генератор:
разброс частоты Т кр =25 °С 47 52 57 47 52 57 кГц
нестабильность по напряжению 12 .U пит .25 В   0,2 1   0,2 1 %
температурная нестабильность Т мин .Т окр .Т макс   5     5   %
амплитуда вывод 4 (8 выводной корпус)   1,7     1,7   В
Схема усилителя ошибки:
входное напряжение U выв.1 =2,5 В 2,45 2,50 2,55 2,42 2,50 2,58 В
входной ток     -0,3 –1   –0,3 -0,2 мкА
частота ед.усиления Т кр =25 °С   0,7 1   0,7 1 МГц
ОСС 12 .U пит .25 В 60 70   60 70  
выходной втекающий ток U выв.2 =2,7 В,U выв.1 =1,1 В 2 6   2 6   мА
выходной вытекающий ток U выв.2 =2,3 В,U выв.1 =5 В 0,5 0,8   –0,5 –0,8   мА
Uвых.макс. U выв.2 =2,3 В,RL =15 кОм на зем. 5 6   5 6   В
Uвых.мин. U выв.2 =2,7 В,RL =15 кОм на выв.8   0,7 1,1   0,7 1,1 В
Схема токового сенсора:
крутизна характеристики U выв.2 =0,формула ниже 2,85 3 3,15 2,85 3 3,15 В/В
макс.входной сигнал U выв.1 =5 В,U выв.2 =0 В 0,9 1 1,1 0,9 1 1,1 В
ОСС 12 .U пит .25 В,U выв.2 =0 В   70     70   dB
входной ток     –2 –10   –2 –10 мкА
задержка сигнала U выв.3 =0 –2 В   150 300   150 300 нс
Выходной каскад:
падение напряжения на нижнем транзисторе I вых =20 мА   0,1 0,4   0,1 0,4 В
I вых =200 мА   1,5 2,2   1,5 2,2 В
падение напряжения на верхнем транзисторе I вых =20 мА 13 13,5   13 13,5   В
I вых =200 мА 12 13,5   12 13,5   В
время переключения низ/верх Т кр =25 °С,СL =1 нФ   50 150   50 150 нс
время переключения верх/низ Т кр =25 °С,СL =1 нФ   50 150   50 150 нс
ШИМ модулятор:
максимальная скважность UCX842/3 95 97 100 95 97 100 %
UCX844/5 46 48 50 47 48 50 %
минимальная скважность     0     0   %
Срабатывание по потребляемому току:
ток включения     0,5 1   0,5 1 мА
рабочий ток U выв.2 =U выв.3 =0 В   11 17   11 17 мА
напряжение стабилитрона I пот =25 мА 30 34   30 34   В
  • Напряжение источника питания (источник с низким импедансом)— 30 В;
  • Напряжение источника питания (источник, способный выдать не более 30 мА)— внутренний ограничитель;
  • Выходной ток — ±1 А;
  • Максимальное входное напряжение на аналоговых входах (выводы 2,3; корпус 8-выводной)— –0,3 до +6,3 В;
  • Максимальный втекающий ток усилителя ошибки — 10 мА;
  • Максимально рассеиваемая мощность при tкорп 25 °С: DIL-8 — 1 Вт SOIC-14 — 725 мВт;
  • Температура пайки (не более 10 с)— 300 °С.

Более подробная информация — на сайте производителя: www.ti.com .

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке