5.2 ИС импульсного преобразователя напряжения

Для нашего случая необходима микросхема с высоковольтным силовым ключом и схемой запуска, для питания собственных схем управления. В качестве ИС импульсного преобразователя используется микросхема DA2 DPA422G. Ее структура изображена на рис.5.1.

Рис.5.1.Структура DPA422G

Основные параметры микросхемы:

Максимальное напряжения стока силового ключа:220В

Максимальный ток стока силового ключа:1.31A

Частота коммутаций 300/400 кГц

Ток потребления: 10ma

Сопротивление канала Ом

Мощность рассеяния:1.5Вт

Особенности этой микросхемы:

"Мягкий" запуск и перезапуск, уменьшающие перегрузки.

Внешняя установка тока ограничения.

Внешняя установка допустимого уровня входного напряжения.

Возможность работы на одной из частот 300/400 кГц.

Описание выводов микросхемы:

D-Drain: высоковольтный вывод - сток силового транзистора.

L-Line-sense: входной вывод для датчика перенапряжения, пониженного напряжения, с отключением нагрузки случае обнаружения на этом выходе критических напряжений.

X- EXTERNAL CURRENT LIMIT: вход для внешнего ограничения тока, либо удаленного включения, выключения контроллера.

F -FREQUENCY: вход задания частоты коммутаций. Если соединен с землей-400кГц, если соединен с выводом С -300кГц.

S -Source: сток силового транзистора соединяется с общей точкой преобразователя.

С-Control: вход обратной связи. Также используется для питания контроллера и для заряда конденсатора питающего контроллер.

Принцип работы микросхемы:

Микросхема включает в себя (рис.5.1.) мощный высоковольтный транзистор VT2 и все необходимые цепи его управления. Это, прежде всего, задающий генератор G1, с трех выходов которого снимаются сигналы требуемой формы. Сигнал с выхода D_MAX поступающий на вход элемента И-НЕ DD6, определяет максимально возможный коэффициент заполнения. Короткие импульсы с выхода CLOCK устанавливают триггер DD5 в единичное состояние, что включает (при отсутствии на двух верхних входах DD6 запрещающий сигналов) транзистор VT2.

В нормальном режиме работы сброс триггера происходит по сигналу рассогласования с выхода компаратора A3. На один из его входов поступает напряжение треугольной формы с выхода SAW генератора G1, на другой -- напряжение, пропорциональное превышению напряжения на управляющем входе С микросхемы уровня 5.8 В, что реализует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Операционный усилитель А1. полевой транзистор VT1 и резисторы R1 и R2 обеспечивают стабильный нормированный коэффициент передачи сигнала превышения уровни 5.8 В на вход компаратора, а цепочка R3C1 совместно с внешними элементами цепи обратной связи -- устойчивость петли авторегулирования.

Остальные элементы микросхемы решают вспомогательные, но очень важные для надежной работы устройства задачи.

При повышении температуры кристалла микросхемы сверх допустимой, сигнал с выхода узла тепловой защиты А5 блокирует прохождение импульсов генератора G1 через элемент DD6, что запрещает включение транзистора VT2.

Компаратор А6 сравнивает падение напряжения на канале сток-исток включенного транзистора VT2 с максимально допустимой величиной, определяемой узлом установки тока ограничения А8. В результате, если ток через транзистор VT2 превысит заданный уровень, выходной сигнал компаратора А6 сбросит триггер DD5 и закроет транзистор. При нормальной работе преобразователя в момент включения транзистора VT2 возникает кратковременный импульс тока стока, вызванный восстановлением обратного сопротивлении одного из диодов во вторичной цепи преобразователя напряжения. При этом, хотя компаратор А6 срабатывает, это не приводит к сбросу триггера DD5 за счет кратковременного сигнала запрета, поступающего на вход элемента DD8 с выхода узла маскирования переднего фронта импульса А7.

Генератор тока А9 обеспечивает питание микросхемы в момент пуска.

При подаче питания, напряжение на конденсаторе подключенного к выводу С равно нулю, и он относительно медленно заряжается через генератор тока А9 и замкнутый ключ SW1 (рис. 5.1.), как это показано на диаграмме U_c (рис 5.2. , временной участок 1). Когда напряжение на конденсаторе достигает величины 5.8 В, компаратор А2 закрывает ключ SW1, и конденсатор начинает разряжаться на элементы микросхемы. Импульсы с генератора G1 поступают на затвор транзистора VT2 и преобразователь начинает работать в режиме плавного запуска. При этом коэффициент заполнения плавно увеличивается от нуля до максимума. Диаграмма U_DS на (рис.5.2.) демонстрирует упрощенную форму напряжения сток-исток U_DS ключевого транзистора микросхемы. Если напряжение на конденсаторе соответствует номинальному, амплитуда импульсов в цепи обратной связи достаточна для питания микросхемы по входу С, преобразователь выходит на рабочий режим. Работа микросхем происходит аналогично ранее описанному -- при отсутствии перегрузки замыкается цепь обратной связи. Элементы микросхемы, образующие широтно-импульсный модулятор, поддерживают коэффициент заполнения D на таком уровне, чтобы напряжение на входе С было близко к 5,8 В (большая часть участка 2).

Рис.5.2. Временные диаграммы работы ИС.

Если во вторичной цепи есть короткое замыкание или перегрузка (конец участка 2 и участок 3), напряжение в ОС не достигнет необходимой величины, и конденсатор С1, разрядившись до напряжения 4.8 В (диаграмма U_C на рис.5.2. ) переключит компаратор А2. Компаратор, в свою очередь, замкнет ключ SW1 и переключит счетчик DD1 в новое состояние, что запретит прохождение импульсов тактового генератора G1 через элементы DD6 и DD7 на затвор VT2. Напряжение на конденсаторе начнет снова повышаться. После семи циклов за ряда-разряда конденсатора счетчик DD1 вновь разрешит прохождение импульсов через DD6, и произойдет новая попытка запуска преобразователя. В таком режиме время работы преобразователя в 20 раз меньше периода попыток запуска, что предотвращает перегрев его элементов и делает безопасными короткие замыкания во вторичной цепи. Когда перегрузка будет снята, преобразователь выйдет на рабочий режим.

На графиках (рис. 5.2.) проиллюстрированы также процессы при снижении входного напряжения до недопустимого уровня (участок 4).

Для микросхемы DPA422 есть некоторые особенности при управлении ими по входам F, X и L, возможно одновременное управление током ограничения I_LIMIT (вывод Х) и контроль за выходом напряжения питания за допустимые пределы(Вывод L).

Если выводы F, X и L соединить с выводом истока S, реализуется простейший трехвыводной режим с работой на частоте 400 кГц, если же вывод F соединить с управляющим входом микросхемы С, частота работы составит 300 кГц,

Особенности микросхем более полно реализуются при соответствующем подключении выводов X и L, управляющих режимом иx работы.