Принципиальная схема ШИМ

Преобразователь импульсов, действующий по принципу модуляции их ширины, является одним из основных системы защиты. Непосредственно к каскаду ШИМ преобразователя относятся узлы, построенные на следующих активных элементах:

Микросхема типа КР1114ЕУ4 – ШИМ преобразователь. Цепи пассивных элементов, подключенные к микросхеме, задают динамические параметры ее работы, а также являются составными частями датчиков контроля уровней вторичных напряжений.

Группа элементов на трансформаторах T1–Т2 образуют каскады согласования уровня и мощности импульсных сигналов между выходом ШИМ преобразователя и входными цепями усилителя мощности. Все основные преобразования ШИМ сигналов, а также их формирование осуществляется модулятором, выполненным на микросхеме типа КР1114ЕУ4. В корпусе микросхемы КР1114ЕУ4 заключены все необходимые каскады.

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 импульсов 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.

При включении питания ВПН на вывод 12 микросхемы КР1114ЕУ4 подается напряжение 12В. Это напряжение стабилизировано и служит для начального запуска

Для формирования пилообразного напряжения внутренним генератором микросхемы КР1114ЕУ4 между ее выводом 6 и общим проводом вторичного напряжения подключен резистор R13 с номинальным значением сопротивления 3,3 кОм, а между общим проводом и выводом D1/5 включен конденсатор C11 емкостью 0,01 мкФ. Согласно сервисной документации на микросхему КР1114ЕУ4, расчет частоты генерации, применительно к элементам данной принципиальной схемы, может быть произведен по следующей формуле:

 

Согласно данным технической документации на микросхему КР1114ЕУ4, нарастание напряжения доходит до уровня +3 В, после чего конденсатор разряжается и напряжение на нем скачком падает до нулевого значения. Затем процесс циклически повторяется.

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 наличие этого источника условно изображено прямой линией, пересекающей «зубцы» пилообразного напряжения.

Компаратор является пороговым устройством, поэтому на его выходе формируется сигнал, значения которого принимают только два состояния. Если на инвертирующем входе напряжение превышает уровень напряжения на неинвертирующем, то на выходе компаратора устанавливается низкое напряжение, в данном случае нулевое. И наоборот, если величина напряжения на инвертирующем входе меньше, чем на неинвертирующем, 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) имеет высокий уровень. Ко входу D1/4 подключены дискретные элементы каскадов только с положительным напряжением питания.

Смещение на неинвертирующем входе DA1 на величину 100 мВ является минимальным, и приращение напряжения на D1/4 может только 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 D1/4 длительность импульсов положительной полярности будет только увеличиваться.

Периодическая последовательность импульсов с выхода компаратора DA1 поступает на цифровой логический элемент типа ИЛИ – DD1. 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 R5 и R6, подключенных между выводом D1/14 и общим проводом.

Превышение этого порога приведет к тому, что на выходе DA3 установится напряжение с нулевым значением. Далее будем предполагать, что этого не происходит, и схема работает в некотором заданном для зоны регулировки диапазоне.

Длительность положительного импульса увеличивается по мере возрастания уровня на выходе DA3, то есть продолжительность импульса прямо пропорциональна уровню напряжения на выходе усилителя рассогласования. Последовательность импульсов подается на второй вход цифрового элемента DD1, на первый вход которого поступает импульсный сигнал с выхода DA1 – компаратора «мертвой зоны».

Получая по входам аналоговые сигналы, на выходах они формируют двухуровневый сигнал.

Выходное состояние элемента DD1, логическое ИЛИ, принимает значение логической единицы тогда и только тогда, когда хотя бы на одном (произвольном) из его входов сигнал также имеет высокий логический уровень. Выход считается в состоянии низкого уровня, когда на все входы логического элемента типа ИЛИ подводятся напряжения также низкого уровня.

В данной принципиальной схеме вывод D1/13 постоянно соединен с D1/14 – выходом источника внутреннего опорного напряжения +5 В. Этот потенциал является постоянным разрешением для прохождения последовательностей от выходов триггера на выходы DD3 и DD4.

На выходе каждого из логических элементов DD5 и DD6 поочередно появляются импульсы из последовательности, сформированной на выходе DD1.

На элементе DD1 производится логическое сложение импульсных сигналов от компараторов DA1 и DA2.

Появлением импульсных сигналов на выходах элементов DD5 и DD6 заканчивается логическая обработка сигнала рассогласования и формирование ШИМ последовательностей в преобразователе.

Схема подключения КР1114ЕУ4 выполнена на основе двух согласующих трансформаторов Т1 и Т2, каждый из них используется для управления только одним силовым транзистором преобразователя.

В моменты пауз между импульсами управления на коллекторах VT1 и VT2 устанавливаются потенциалы, равные напряжению питания каскада. В течение пауз токи через обмотки Т1 и Т2 не протекают, транзисторы закрыты. Импульс управления высокого уровня открывает выходной транзистор VT1 микросхемы КР1114ЕУ4,

напряжение на нем спадает до уровня насыщения. Выводы обмотки W1 оказываются под разными потенциалами.

Благодаря наличию магнитной связи по окончании действия управляющего импульса на транзистор VT1 на выводе обмотки, подключенной к катоду диода D2, возникает импульс отрицательной полярности. Диод открывается.

Токи, протекающие через обмотки Т1 и Т2, взаимно противоположны.

Трансформаторы T1 и T2 не оказывают влияния на работу друг друга.

В начальный момент запуска ШИМ преобразователя каскад управления выводится в рабочий режим с помощью специальной схемы, обычно называемой схемой «медленного» (или «плавного») запуска.

После подключения источника к первичному питанию происходит формирование напряжения питания всего каскада ШИМ. Напряжение питания подается по цепи, подключенной к выводу D1/12 микросхемы КР1114ЕУ4.

Появление напряжения в этой точке инициирует работу внутренних каскадов микросхемы D1. Запускается генератор пилообразного напряжения, внутренним стабилизатором на выводе D1/14 формируется опорное напряжение питания +5 В.

После появления питания на D1 резисторным делителем из R5 и R6 на вход D1/2 подается положительный потенциал. Соотношение потенциалов на входах D1/1 и D1/2 таково, что напряжение на выходе внутреннего компаратора DA3 равно нулю. По мере передачи энергии во вторичную цепь происходит постепенный заряд конденсаторов в выходной цепи канала +5 В. Повышение уровня напряжения на выходе DA3 является следствием нарастания положительного потенциала на входе D1/1. Внутренним компаратором производится сравнение входных напряжений.

Происходит плавное наращивание мощности сигнала управления и плавное нарастание напряжений вторичных цепей. Передача управления от компаратора «мертвой зоны» DA1 тракту усилителя ошибки осуществляется тогда, когда конденсаторы вторичных цепей уже заряжены и требуется передача энергии для поддержания уровня этого заряда.