|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100
Итоги мини-конкурса на замену микросхемы TDA4718A
("Радио", 2005, № 3, с. 42)
В 2003 г. в нашем журнале было опубликовано описание инверторного источника сварочного тока (ИИСТ) RytmArc фирмы Castolin Eutectic [1]. В марте 2005 г. оно было дополнено чертежами печатной платы блока управления ИИСТ [2], разработанной радиолюбителем из г. Волгодонска Ростовской обл. А. Мокосеевым. К тому времени выяснилось, что повторение источника затруднено дефицитностью одного из главных компонентов — ШИ контроллера TDA4718A фирмы Siemens (Infineon).
По этой причине одновременно с публикацией печатной платы редакция объявила мини-конкурс на лучшую замену контроллера более распространенным.
Рассмотрев поступившие материалы, жюри конкурса решило наградить
Ю. ЗАПОЛЬНОВА из г. Полярные Зори Мурманской обл., Н. САВЧЕНКО и А. ДЕРЕВЯНКО из ст. Канеловская Краснодарского края и В. ВОЛОДИНА
из г. Одесса, Украина поощрительными денежными призами (по 1000 руб.) и опубликовать схемы и краткие описания вариантов замены.
Позиционные обозначения "старых" элементов соответствуют приведенным в [1] на рис. 13, если не оговорено иное. Будьте внимательны, номиналы некоторых из них изменены. ШИ контроллер везде обозначен DA5.
Нумерация вновь
введенных элементов продолжает имеющуюся, начинаясь с DA9 (микросхемы), VT5 (транзистор), VD34 (диоды), R74 (резисторы), С39 (конденсаторы).
На ШИ контроллере КР1114ЕУ4, в котором есть большинство узлов, имеющихся в TDA4718A, остановил свой выбор Ю. Запольное. Принцип работы этого контроллера и его зарубежного прототипа TL494 был неоднократно описан как на страницах журнала "Радио" [3], так и в других изданиях. Предложенная схема замены изображена на рис. 1.
Переключением контроллера в двухтактный режим при использовании только одного выхода коэффициент заполнения выходных импульсов ограничен допустимым для однотактного инвертора максимальным значением 0,5. Управляющий длительностью генерируемых импульсов сигнал обратной связи пришлось проинвертировать с помощью ОУ DA9, а сигналы динамического ограничения тока подать на входы второго компаратора контроллера (выв. 15 и 16), срабатывание которого приводит к немедленному закрыванию открытого в данный момент выходного транзистора.
К блокировке ШИ контроллера приводит и подача напряжения высокого логического уровня на его выв. 3. Через развязывающие диоды VD35—VD38 сюда подключены несколько источников сигналов контроля и защиты. В их числе — узел контроля сетевого напряжения на ОУ DA10 и DA11, заменяющий внутренние компараторы контроллера TDA4718A.
Особого внимания заслуживает узел, уменьшающий частоту инвертора при снижении сварочного тока. Источником сигнала, управляющего частотой, служит, как и прежде, ОУ DA4.1, выход которого через стабилитрон VD23, резистор R39 (его номинал увеличен до 82...91 к) и диод VD25 соединен с выв. 6 контроллера DA5.
После предлагаемой переделки логика работы узла сигнализации, вход которого через диод VD39 подключен к выв. 3 контроллера, отличается от исходной. Светодиод HL1 выключен на холостом ходу ИИСТ, а во время сварки — включен. Включение светодиода на холостом ходу свидетельствует о срабатывании одной из блокировок.
Необходимо отметить, что в исходном варианте узел ограничения выходной мощности (на элементах U1, VD11 — VD13, VT2, R8—R10,C9—С11) имеет порог срабатывания, определяемый напряжением стабилизации стабилитрона VD12. Теперь явно выраженный порог отсутствует, в результате чего в систему регулирования, по существу, лишь вносится дополнительная отрицательная обратная связь по напряжению, делающая нагрузочную характеристику источника более жесткой. Это явление нельзя признать благоприятным для ручной сварки. Еще один недостаток — сниженный приблизительно в четыре раза коэффициент усиления в основной петле обратной связи, следствием чего может быть заметное уменьшение стабильности сварочного тока.
Много усилий на создание собственного сварочного аппарата на основе ИИСТ затратили за последние годы Н. Савченко и А. Деревянко. Хотя он существует пока только в виде действующего макета, им удалось разработать показанный на рис. 2 вполне работоспособный узел, заменяющий ШИ контроллер TDA4718A отечественным КР1156ЕУ2 [4, 5].
При подаче на выв. 3 этого контроллера положительного напряжения 2,45...4,1 В коэффициент заполнения выходных импульсов изменяется от минимального (вплоть до отсутствия импульсов) до максимального, не превышающего 0,425. Минимальный коэффициент заполнения регулируют подстроечным резистором R37.
Чтобы устранить различия в значении образцового напряжения (2,5 В на выв. 10 TDA4718A и 5,1 В на выв. 16 КР1156ЕУ2), введен резистивный делитель R74 R75. Это позволило оставить прежними номиналы значительного числа резисторов.
Подача дополнительного тока в цепь выв. 5 контроллера КР1156ЕУ2, уменьшая частоту повторения выходных импульсов, в отличие от прототипа, оставляет неизменным их коэффициент заполнения, а не длительность. При чрезмерном снижении частоты импульсы могут стать слишком длинными, что приведет к насыщению магнитопровода трансформатора ТЗ ([ 1 ], рис. 1) и неконтролируемому росту тока транзисторов VT1 и VT2 (там же). По этой причине резистор R39 и стабилитрон VD23 нужно тщательно подбирать.
Если рассчитать дроссель L1 ([1], рис. 1) на минимальный сварочный ток 5, а не 30 А (как в исходном промышленном приборе), от регулировки рабочей частоты инвертора можно отказаться, удалив узел на ОУ DА4.1 и на связанных с ним элементах.
Цепь плавного пуска инвертора переработана с учетом различий в работе заменяемого и заменяющего контроллеров. Конденсатор С26 заряжается приблизительно до 5,1 В — образцового напряжения, формируемого контроллером. Нужной продолжительности процесса пуска инвертора добиваются подборкой резистора R79.
Выходной каскад микросхемы КР1156ЕУ2 значительно мощнее имеющегося в TDA4718A и может без дополнительного усиления управлять коммутирующими транзисторами инвертора. Поэтому микросхема DD1 ([1], рис. 11) из устройства исключена, а выход контроллера соединен непосредственно с концом обмотки I трансформатора Т1 и анодом диода VD2 (там же).
Два ОУ микросхемы DA9 образуют двухпороговый компаратор узла контроля сетевого напряжения. Необходимо подобрать резистор R76 так, чтобы при срабатывании компаратора (высоком уровне в точке соединения катодов диодов VD34 и VD35 с резистором R76) напряжение на выв. 9 контроллера превысило 1,4 В.
Компаратор DA10 служит для организации динамической токовой защиты и должен иметь максимальное быстродействие. С указанным на схеме ОУ КР574УД1В удалось добиться задержки срабатывания менее 600 нc. Резистор R77 выбирают таким, чтобы при высоком уровне напряжения в точке соединения этого резистора с катодом диода VD36 напряжение на выв. 9 контроллера было больше 1, но меньше 1,4 В.
Принял участие в конкурсе и автор исходной статьи [1] В. Володин. Первое его предложение — заменить ШИ контроллер TDA4718A одним из его упрощенных вариантов TDA4714C или TDA4716C [6], выпускаемых той же фирмой. В отличие от "старшего брата", они не имеют входа внешней синхронизации, которая в данном случае и не требуется. Нет в этих контроллерах и компаратора контроля понижения напряжения. Недостаток легко исправить, подключив к входу OV контроллера внешний сдвоенный компаратор подобно тому, как это сделано в рассмотренных схемах. В таблице приведено соответствие выводов контроллеров TDA4714C, TDA4716C и TDA4718A, причем выводы 10 и 11 контроллера TDA4716C необходимо соединить.
Второе предложение В. Володина — еще один вариант замены контроллера
TDA4718A на UC3825 (прототип отечественного КР1156ЕУ2, примененного в предыдущей разработке). Основное внимание при разработке схемы, показанной на рис. 3, уделено сохранению неизменной длительности генерируемых импульсов при снижении их частоты подачей смещения на выв. 5 контроллера.
Проблема решена с помощью узла на транзисторе VT5. При закрытом транзисторе конденсатор С23 заряжается через резистор R49. Тактовый импульс, снимаемый с выв. 4 контроллера, открывает транзистор, что приводит к быстрой разрядке конденсатора. Так как скорость нарастания пилообразного напряжения на выв. 7 контроллера, поступающего на его ШИ модулятор, не зависит от частоты повторения выходных импульсов, от нее не зависит и их длительность. Процессы, происходящие в устройстве, иллюстрируют изображенные на рис. 4 осциллограммы сигналов на различных выводах ШИ контроллера, снятые при двух значениях частоты повторения импульсов. Увеличенная до 7 В амплитуда импульсов на выв. 11 контроллера объясняется тем, что именно таким было напряжение на его выв. 13 во время эксперимента. В действующем ИИСТ сюда подано напряжение 5 В, используемое для питания логических микросхем. Это позволило непосредственно соединить выход контроллера со входами микросхемы DD1 ([1], рис. 11). Все шесть элементов этой микросхемы теперь включены параллельно.
Формируемое контроллером UC3825 образцовое напряжение 5,1 В понижено до 2,5 В (как у контроллера TDA4718A) с помощью параллельного стабилизатора DA9. Компараторы DA10 и DA11 работают в узле контроля сетевого напряжения. В случае его выхода за допустимые пределы на выв. 9 контроллера DA5 будет установлено напряжение более 1,4 В, что приведет к блокировке работы ИИСТ. После нормализации сетевого напряжения произойдет "мягкое" включение. Емкость конденсатора С26 увеличена, чтобы сохранить прежней продолжительность процесса включения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Володин В. Инверторный источник сварочного тока. Опыт ремонта и расчет электромагнитных элементов. — Радио, 2003, № 8, с. 36—38; № 9, с. 32—34; № 10, с. 29—32.
2. Возвращаясь к напечатанному (В. Володин. Инверторный источник сварочного тока). — Радио, 2005, № 3, с. 42, 43.
3. Александров Р. Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. — Радио, 2002, № 5, с. 21-23; № 6, с. 22, 23; № 8, с. 23, 24.
4. Егоров С. Широтно-импульсные контроллеры серий КР1156ЕУ2 и КР1156ЕУЗ — Радио, 2003, № 6, с. 47—50.
5. Схемы ШИМ контроллеров 1156ЕУ2, 1156ЕУЗ. — .
6. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Справочник. — М.: Додека-XXI, 2001, с. 239—246.
Редактор — А. Долгий, графика — А. Долгий
|
