《電子技術(shù)應(yīng)用》
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采用UC3842來(lái)實(shí)現(xiàn)低頻電磁驅(qū)動(dòng)
摘要: 這個(gè)是自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中,邊學(xué)邊畫的UC3842的SCH庫(kù)元件,,里面有兩種封裝,,8腳和14腳,設(shè)計(jì)原理圖時(shí)可以一目了然,,避免錯(cuò)誤,。希望能給新入門的師弟師妹們一些幫助和啟示。
Abstract:
Key words :

這個(gè)是自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中,,邊學(xué)邊畫的UC3842的SCH庫(kù)元件,,里面有兩種封裝,8腳和14腳,,設(shè)計(jì)原理圖時(shí)可以一目了然,,避免錯(cuò)誤。希望能給新入門的師弟師妹們一些幫助和啟示,。

對(duì)3842的理解和注意事項(xiàng),,自己標(biāo)在了元件內(nèi),發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或有什么新的信息,,可以隨時(shí)在庫(kù)元件中修改,。

有些朋友可能說(shuō)這樣沒(méi)有必要,我不這樣想,,這樣做能讓自己更深入地理解3842或其它新接觸的芯片,。

UC3842大家用了很多年了,有很多經(jīng)驗(yàn),,我實(shí)際是剛剛接觸,,因工作需要做過(guò)幾種電源,都屬于自己用的,,功率不大,,如TOP2XX和MC34063。我不是做電源行業(yè)的,,但我很喜歡這個(gè)論壇,,也很喜歡大家技術(shù)討論的氛圍。電源技術(shù)方面我是小學(xué)生,,還望大家多指教,!我屬于行外人,想法有時(shí)候可能和各位有所不同,,如果我的異類想法能給大家?guī)?lái)一絲啟示,,我將很高興。

現(xiàn)在正在做一個(gè)幾百瓦的電磁機(jī)械的線圈驅(qū)動(dòng),,其實(shí)就是一個(gè)電感,,原理和開關(guān)電源很相近,,也需要考慮CCM、BCM,、DCM等工作模式,,也是PWM驅(qū)動(dòng),負(fù)載電流也是三角波,。

1,、電感范圍大致是10mH到100mH,要求驅(qū)動(dòng)頻率手動(dòng)可變,,目的是利用振動(dòng)來(lái)減小靜態(tài)摩擦,,因?yàn)槭菣C(jī)械裝置,我準(zhǔn)備把頻率調(diào)整范圍定在30~300Hz,。

2,、電流寬范圍可調(diào)和顯示,0~30A平均電流,,屬于恒流驅(qū)動(dòng)吧,。

3、現(xiàn)場(chǎng)有18VDC的電源,,功率夠,。

準(zhǔn)備用UC3842,我需要的東西它幾乎都有,,只是剛接觸,,需要更深入地理解和掌握才行。

經(jīng)過(guò)一周的努力,,感覺(jué)用3842沒(méi)有問(wèn)題,,而且比原來(lái)預(yù)想的分立器件方案要簡(jiǎn)單,性能要好許多,。只是在理解3842方面用的時(shí)間有點(diǎn)多,。

最早想到用34063,因?yàn)樗亲约罕容^熟悉的器件,。同時(shí)考慮它有周期內(nèi)檢測(cè)峰值電流的功能,,于是考慮是否可以用該芯片做波形產(chǎn)生器和控制器,。

可以利用的資源:

1,、電源電壓范圍,;

2,、輸出驅(qū)動(dòng)管1.5A;

3,、周期內(nèi)峰值電流檢測(cè) — 0.3V固定閾值到達(dá)后結(jié)束ton的控制方式,;

4,、電壓檢測(cè)閉鎖PWM — 可以用做平均電流反饋控制,。

但34063用在這個(gè)電路有以下問(wèn)題:

1,、對(duì)Ct的充放電是恒流源,電流分別約是31uA和190uA(不同廠家略有不同),,閾值電壓范圍是0.75~1.25V=0.5V,。廠家資料上圖表中的最大電容是0.1uF,計(jì)算得出最大ton=1.6mS,,toff=0.3mS,,D=0.84,f=520Hz >>30Hz,,不能滿足最低頻需求,。

2、如果需要調(diào)整頻率,,從常規(guī)用法上看,,這需要改變Ct,而根本就沒(méi)有這么大的可變電容,。

1,、2問(wèn)題的解決方案:考慮Ct內(nèi)部是恒流源,可以直接將外部時(shí)基信號(hào)接到該管腳,,低頻率和頻率可調(diào)整的問(wèn)題都可以解決,。

3、34063不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)周期的工作,。它時(shí)用一種時(shí)斷時(shí)續(xù)的方式進(jìn)行控制,。

對(duì)34063的特點(diǎn)的體會(huì):

1)占空比固定D=0.86,由單元件CT產(chǎn)生(因?yàn)槌浞烹姸加脙?nèi)部恒流源,,所以沒(méi)有RT)

2)電壓反饋不是調(diào)整占空比,,而是取樣、放大,、最后與閾值2.5V比較,、閉鎖PWM輸出

3)峰值電流Ipk限制,逐周期監(jiān)控,,當(dāng)輸出管電流超過(guò)閾值電壓0.3V時(shí),,提前關(guān)閉ton

雖然也改變占空比,但這只是保護(hù)輸出管,,并非是通過(guò)可變占空比進(jìn)行控制

34063是否可以實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)整控制,?

占空比控制通過(guò)三角波和閾值電壓比較實(shí)現(xiàn),不論三角波是來(lái)自RC電壓還是電感L的電流,,通常三角波的斜率是確定的,,其電壓高低對(duì)應(yīng)時(shí)間,閾值電壓可以看作是三角波的限制,,限制越強(qiáng),,三角波的峰值電壓就越低,,對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通時(shí)間就越短,占空比就越小,。

34063的Ipk可以逐周期輸入開關(guān)管電流的三角波,,但與之比較的閾值電壓0.3V外部無(wú)引腳,不能改變,,也就無(wú)法簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)可變占空比控制了,!

有一種方法可以實(shí)現(xiàn)可變占空比控制

增加誤差放大器,增加電流取樣比較器,,類似3842一樣,,輸出高于或低于Vcc-0.3V的開關(guān)信號(hào)給34063的P7腳Ipk,用于關(guān)斷ton,,實(shí)現(xiàn)占空比控制,。

方案是可行的,不過(guò)回頭想想,,這是在做什么,?造3842!有必要嗎,?沒(méi)有

因此34063不能用在該設(shè)計(jì)中,,但對(duì)其工作原理的分析和設(shè)計(jì)思想的學(xué)習(xí),給自己帶來(lái)啟示,,也因此迫使自己將注意力集中到了3842,,并盡力深入去領(lǐng)悟。

3842中的誤差放大器輸出形式是否是OC形式,,我剛接觸也不敢肯定,。一般的運(yùn)放輸出都有上拉和下拉兩個(gè)輸出管,而在這個(gè)放大器輸出端連接了一個(gè)恒流源,,如果輸出有上拉管,,那么恒流源就不能起到應(yīng)有作用,如圖2,。

          

  另外在一份資料中看到這個(gè)圖3,,所以猜測(cè)它的輸出是集電極開路(OC)形式。 

 

 

這里說(shuō)的灌電流和拉電流,,沒(méi)有找到測(cè)試電路,,因?yàn)檫@個(gè)放大器的輸出節(jié)點(diǎn)位置在內(nèi)部連接到放大器外部的電路,如恒流源,、后級(jí)二極管等,,那么datasheet中的這兩個(gè)電流,是只有生產(chǎn)廠才能測(cè)量的獨(dú)立放大器輸出節(jié)點(diǎn)的電流,而不是3842的管腳P1-COM,。

灌電流是從外部往放大器里流入的電流,,這樣理解對(duì)吧,這里的2~12mA是說(shuō)放大器本身的能力,,如果P1腳不外接任何電路,,放大器沒(méi)有條件實(shí)現(xiàn)這么大的電流,,因?yàn)槟芴峁┻@個(gè)方向電流的是1.0mA的電流源,。但是如果P1管腳外接上拉電阻,那么這個(gè)電流值在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮了,。

上面說(shuō)的灌電流,,不影響猜斷輸出是不是OC,關(guān)鍵是那個(gè)拉電流,。

拉電流還應(yīng)該理解為,,從獨(dú)立放大器輸出節(jié)點(diǎn)向外流出的電流,這個(gè)電流可以流向后級(jí)電路,,也可以通過(guò)管腳P1流出到芯片外部,。如果這么理解是正確的話,當(dāng)發(fā)達(dá)其輸出電壓Vo=5V時(shí),,它還有向外部流出的電流(顯然1mA的量級(jí)不是漏電流),,就應(yīng)該判斷在獨(dú)立放大器內(nèi)部輸出節(jié)點(diǎn)與正電源之間是有電阻或輸出驅(qū)動(dòng)管的,那么就應(yīng)該判斷這個(gè)E.A輸出不是OC,。

我遍歷一下手里的資料,,沒(méi)有找到明確說(shuō)是OC的依據(jù)。但是,,如果輸出不是OC,,那么輸出節(jié)點(diǎn)上接的1.0mA恒流源又是做什么用的呢?

我很關(guān)注這個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的芯片內(nèi)部電路,,是因?yàn)槲乙谕獠看罱ㄒ粋€(gè)誤差放大器E.A,,要從這個(gè)節(jié)點(diǎn)接入,可能有些情況做電源設(shè)計(jì)也可能需要,,希望大家理解,,也希望各位幫我分析判斷一下。如果有3842生產(chǎn)廠家的工程師在這里說(shuō)一句話,,就不用這樣亂猜了,。

我簡(jiǎn)單整理一下設(shè)計(jì)的要求:

  1、輸入電源:18VDC
  2,、感性負(fù)載:螺線管,,電感變化范圍10~100mH
  3、驅(qū)動(dòng)電流:PWM形式,PI控制,,平均直流0~30A連續(xù)可調(diào)
  4,、電流換向:無(wú)要求,單向直流
  5,、振動(dòng)功能:即驅(qū)動(dòng)電流的交流成分
         (1),、其峰峰值占最大電流10~100%連續(xù)可調(diào)
         (2)、振動(dòng)頻率10~200Hz連續(xù)可調(diào)
         (3),、振動(dòng)電流波形要求三角或正弦波形
  6,、保護(hù)檢測(cè):
        (1)、電感匝間短路,,即短路報(bào)警
        (2),、電感對(duì)地短路,即漏電報(bào)警,,閾值50mA
        (3),、驅(qū)動(dòng)過(guò)程中電感量的檢測(cè)和示值,精度不高,,<15%即可
        (4),、功率開關(guān)管逐周期限制峰流Ipk
        (5)、功率開關(guān)管過(guò)熱保護(hù)及報(bào)警
        (6),、感性負(fù)載誤操作過(guò)流保護(hù),,要安全限流設(shè)定調(diào)節(jié)旋鈕
  7、其它要求:想起來(lái)再說(shuō)吧,。
 

關(guān)于電流取樣

要想實(shí)現(xiàn)輸出電流0~30A連續(xù)可調(diào),,需要對(duì)電感負(fù)載的平均電流進(jìn)行取樣和處理,取樣點(diǎn)不能在開關(guān)管下面,,因?yàn)橥ǔy(cè)量的Ipk不包括負(fù)載續(xù)流時(shí)段的電流,。我在負(fù)載近端接入取樣電阻,并且在靠近電源一側(cè),,這樣交流擺動(dòng)電壓就比較小,,信號(hào)處理起來(lái)麻煩少。

取樣后,,將很小的電壓進(jìn)行放大,,輸出一個(gè)對(duì)地的電壓,滿量程30A對(duì)應(yīng)5V,,并在后級(jí)進(jìn)行二階濾波,,這樣所得到的代表負(fù)載平均電流的電壓If,就相當(dāng)于我們平時(shí)電壓反饋控制的反饋電壓Vf,,那么后級(jí)的控制電路就和普通電源幾乎是相同的了,,如圖4所示。

          

關(guān)于電壓反饋及3842誤差放大器的接線

因?yàn)橐玫?842,就想多了解它,??戳艘恍┵Y料,認(rèn)為這個(gè)放大器除了輸出方式是OC(如果確認(rèn)的話),,和普通運(yùn)算放大器一樣,,用法也一樣。在芯片內(nèi)電路中已經(jīng)接了一部分“外圍”電路,,包括正端輸入連接到內(nèi)部的2.5V,、輸出端1.0mA恒流源以及后級(jí)電流檢測(cè)比較器。

其中2.5V對(duì)于3842內(nèi)電路來(lái)說(shuō),,可以看作是虛擬地或稱它為參考地,,誤差放大器以它為參考,輸入等于2.5V,,就相當(dāng)于輸入為“0V”,輸出也為“0V”,,但這個(gè)“0V”對(duì)整個(gè)電路的地來(lái)測(cè)量的話其實(shí)是2.5V,。

這個(gè)放大器接成了反相放大器,負(fù)端輸入P2-VFB與輸出P1-COMP兩個(gè)管腳,,就象以2.5V為中間支點(diǎn)的蹺蹺板,,輸入高于2.5V,輸出就低于2.5V,;而輸入低于2.5V,,輸出就高于2.5V。想像的蹺蹺板兩端的臂長(zhǎng)不相等,,輸出那一側(cè)較長(zhǎng),,當(dāng)輸入偏離2.5V一點(diǎn)點(diǎn),輸出可能就偏離很多,,這就是放大的作用,,兩個(gè)臂長(zhǎng)的比例就是放大倍數(shù),在這個(gè)實(shí)際電路中放大倍數(shù)就是兩個(gè)電阻的比例,,一個(gè)是接于P1-P2兩個(gè)管腳之間的反饋電阻,,另一個(gè)是接于負(fù)端輸入管腳P1到前及電壓源的輸入電阻。呵呵,,用白話做了一下小結(jié),,以后自己再看到的時(shí)候一定感覺(jué)很有意思。

UC3842誤差放大器E.A常用接線圖

          

           

           

           

關(guān)于UC3842電壓反饋取樣和電流反饋取樣

對(duì)于誤差放大器來(lái)說(shuō),,電壓反饋和電流反饋也沒(méi)有多大區(qū)別,,電流取樣處理以后也是電壓信號(hào),只是這個(gè)電壓與目標(biāo)參數(shù)的平均電流有著線性關(guān)系。

參照電壓反饋的基本電路,,將0~5V代表0~30A的電流反饋信號(hào)接入誤差放大器,,電路如圖6。

 

 

該電路是固定輸出模式,,無(wú)法實(shí)現(xiàn)輸出連續(xù)可調(diào),。

關(guān)于UC3842輸出連續(xù)可調(diào)的反饋電路

如何用UC8342實(shí)現(xiàn)從0(V或A)開始的輸出連續(xù)可調(diào)。

電壓反饋和電流反饋是一樣的道理,。用大家熟悉的電壓取樣反饋說(shuō)話,,一般情況,輸出電壓Vout經(jīng)過(guò)分壓產(chǎn)生一個(gè)反饋電壓Vf,,分壓系數(shù)是kvf,,然后用Vf與一個(gè)基準(zhǔn)參考電壓進(jìn)行比較和放大,產(chǎn)生誤差信號(hào)電壓,,用它來(lái)修正和控制占空比,。

沒(méi)有光耦的電路,基準(zhǔn)電壓就是E.A正端輸入的2.5V,,放大器就是E.A,;有光耦的電路,基準(zhǔn)電壓是光耦發(fā)光管下面的TL431的內(nèi)參電壓,,擔(dān)任放大器工作的是TL431,。

分析以后知道,正常反饋控制的狀態(tài)下,,輸出電壓和基準(zhǔn)參考電壓呈線性關(guān)系,,即Vout=Vf / kvf,如果改變基準(zhǔn)參考電壓,,輸出電壓就會(huì)改變,,如果基準(zhǔn)電壓可調(diào)整范圍是從0開始,那么輸出電壓也將會(huì)從0開始可調(diào)整,。(這里僅考慮控制電路部分)

回過(guò)頭來(lái)看3842,,沒(méi)有光耦的電路,要實(shí)現(xiàn)輸出連續(xù)可調(diào),,只要按圖7電路,,斷掉誤差放大器正端輸入與內(nèi)部2.5V之間的連線,在外部接一個(gè)電位器,,參考電壓就可以從0起調(diào)了,。道理簡(jiǎn)單,我們卻無(wú)法實(shí)現(xiàn),。

          

用改變基準(zhǔn)參考電壓的方式實(shí)現(xiàn)輸出連續(xù)可調(diào),,這是一種方法,,朋友們可能還有其它的方法,不妨說(shuō)出來(lái)讓大家學(xué)習(xí)一下,。

UC3842片外誤差放大器

3842的基準(zhǔn)參考電壓放到芯片里了,,只有忍痛割愛(ài),放棄這個(gè)片內(nèi)E.A,,再搭一個(gè)和這個(gè)相同的片外E.A,,電路如圖8所示。

          

運(yùn)放后面加了一個(gè)三極管,,造一個(gè)集電極開路,,因?yàn)檫@個(gè)三極管相當(dāng)于一個(gè)反相器,所以運(yùn)放的正負(fù)輸入端換了個(gè)位置,。

基準(zhǔn)參考電壓來(lái)自3842的P8-Vref,,經(jīng)電位器調(diào)節(jié)改變,調(diào)節(jié)范圍是0~2.5V,,這樣受控的輸出電壓或電流就可以連續(xù)調(diào)節(jié)了,。圖中的參數(shù)是我這個(gè)電路的,PWM選擇2KHz,,這里的C1R5時(shí)間參數(shù)是330Hz,,不知道合適不?

基于電流斜坡法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載電感(方案征求意見)

在第14貼的設(shè)計(jì)要求6-(3)中,,要在驅(qū)動(dòng)電感負(fù)載的同時(shí),實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示負(fù)載的電感值,。這個(gè)要求不是用戶提的,,是自己“找事”,電感監(jiān)測(cè)可以幫助操作者了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況以防患于未然,。如果能做到,,匝間短路報(bào)警及保護(hù)也就實(shí)現(xiàn)了。

突發(fā)其想,,我把考慮的想法給大家說(shuō)一說(shuō),,能否實(shí)現(xiàn),可能還要看試驗(yàn),,但如果從原理上都過(guò)不去,,希望各位老師及時(shí)提醒,以便我及時(shí)收手,,以免耽誤時(shí)間,。

          

我所想到的在線測(cè)量電感的原理是這樣的:

電感的定義來(lái)自一種現(xiàn)象,當(dāng)流過(guò)電感的電流發(fā)生變化時(shí),,電感的兩端就出現(xiàn)電壓,,這個(gè)電壓和電流的變化速率成正比,,正比系數(shù)就被定義成了電感,如圖中的公式,。

在本電路中,,開關(guān)管開通的時(shí)間里,電感兩端電壓是電源電壓U,,串聯(lián)流經(jīng)電感,、開關(guān)管、電流檢測(cè)電阻Rs的電流IR一直在上升,,上升的快慢與電源電壓U和電感L有關(guān),,圖中上坡斜線的坡度k(斜率)是U和L的比值。從這個(gè)關(guān)系上看,,電源電壓越高,,坡度越大;而電感越大,,斜線的坡度就越小,。換個(gè)角度看,電感L的數(shù)值為U/k,,電感與坡度成反比,,比例系數(shù)是電源電壓,在一個(gè)具體電路中可以看成是常量,。

關(guān)系有了,,其實(shí)坡度的信息也已經(jīng)有了。電流IR已經(jīng)通過(guò)Rs及放大器處理得到了,,就是給到3842芯片P3-Isen的信號(hào),,最大幅值是1.0V。那么下面的問(wèn)題是,,如何把混在取樣電流信號(hào)里的坡度提取出來(lái),,如何換算成電感的數(shù)值。

另一個(gè)問(wèn)題,,這個(gè)坡度信息并非一直在電流IR(即Isen)中,,只有在開關(guān)管打開的ton時(shí)段內(nèi)才有效,就是說(shuō)信息不連續(xù),。如果用單片機(jī)的話,,可以先采樣后用程序分析計(jì)算,可能比較簡(jiǎn)單,,可自己不懂單片機(jī),,還想用最簡(jiǎn)單的硬件手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。

想到以前做過(guò)的同步整流電路,,這里可以借鑒,。大致的想法是這樣的:

1,、將取樣電壓Isen濾波,盡量去除和壓制尖峰和振鈴,;

2,、同步信號(hào)Vsyn取自3842的P6-OUT管腳,對(duì)上升沿進(jìn)行適當(dāng)?shù)难舆t,,使后面取樣躲開開關(guān)管剛剛打開時(shí)的不穩(wěn)定和雜散信號(hào),;

3、對(duì)Isen進(jìn)行微分,;

4,、用同步信號(hào)Vsyn控制模擬開關(guān)的通斷,ton時(shí)開,,toff時(shí)斷,。模擬開關(guān)前面的信號(hào)來(lái)自微分器的輸出,后面加取樣RC,,時(shí)間參數(shù)設(shè)置成遠(yuǎn)低于開關(guān)頻率fpwm,;

5、對(duì)得到的斜度k的電壓進(jìn)行低通濾波和放大,。

這樣得到的是Isen在ton時(shí)段內(nèi)的電流上升速率,,電感和它成反比,如果用指針式電感表顯示,,就象指針表顯示電阻一樣,,那么工作到此就結(jié)束了。

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