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

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.

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:

• 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 .