Ice3b1565 схема включения


Ice3b1565 схема включения

 

 

В системных блоках последних выпусков достаточно часто стали использоваться микросхемы семейства CoolSET-F2. С примером использования этой микросхемы в системном блоке питания наши читатели могли ознакомиться в предыдущих статьях, где мы рассматривали принципиальную схему блока питания PowerMan (InWin) одного из последних выпусков, а именно модель IP-P350AJ2. В том блоке питания микросхема ICE2A0565 используется для построения дежурного источника питания. А так как выход из строя дежурного источника питания является одной из самых частых проблем, то рассказ о методах диагностирования данных микросхем будет очень полезен всем, кто занимается системами электропитания. Тем более что область применения микросхем этого семейства гораздо шире, чем только системные блоки питания персональных компьютеров.

Микросхемы семейства CoolSET представляют собой интегрированные импульсные контроллеры со встроенными силовыми ключами, т.е. микросхемы состоят из двух основных модулей: ШИМ-контроллера и полевого транзистора (CoolMOS). Применение микросхем такого типа позволяет обойтись минимальным набором электронных компонентов при построении блока питания (рис.1), что позволяет уменьшать его габариты и стоимость.

Рис.1

В семейство CoolSET-F2 входит целый ряд микросхем, отличия между которыми отражены в табл.1.

Таблица 1.

Тип контроллера

Корпус

Напряжение перехода сток-исток VDS 

Частота генерации FOSC 

Сопротивление открытого перехода сток-исток RDSON / Ток стока

Мощность источника питания

(при 230/85-265 VAC)

ICE2A0565

DIP-8-6

650 V 

100 кГц

4.7 Ом / 0.5А

23 / 13 Вт

ICE2A165

DIP-8-6

650 V 

100 кГц

3.0 Ом / 1А

31 / 18 Вт

ICE2A265

DIP-8-6

650 V 

100 кГц

0.9 Ом / 2А

52 / 32 Вт

ICE2A365

DIP-8-6

650 V

100 кГц 

0.45 Ом / 3А

67 / 45 Вт

ICE2B0565

DIP-8-6

650 V

67 кГц 

4.7 Ом / 0.5А

23 / 13 Вт

ICE2B165

DIP-8-6

650 V

67 кГц

3.0 Ом / 1А

31 / 18 Вт

ICE2B265

DIP-8-6 

650 V

67 кГц

0.9 Ом / 2А

52 / 32 Вт

ICE2B365

DIP-8-6 

650 V

67 кГц

0.45 Ом / 3А

67 / 45 Вт

ICE2A0565Z

DIP-7-1 

650 V

100 кГц

4.7 Ом / 0.5А

23 / 13 Вт

ICE2A180Z

DIP-7-1 

800 V

100 кГц

3.0 Ом / 1А

29 / 17 Вт

ICE2A280Z

DIP-7-1 

800 V

100 кГц

0.8 Ом / 2А

50 / 31 Вт

ICE2A765I

TO-220-6

650 V

100 кГц 

0.45 Ом / 7А

240 / 130 Вт

ICE2B765I

TO-220-6

650 V

67 кГц

0.45 Ом / 7А

240 / 130 Вт

ICE2A765P2

TO-220-6

650 V

100 кГц

0.45 Ом / 7А

240 / 130 Вт

ICE2B765P2

TO-220-6

650 V

67 кГц

0.45 Ом / 7А

240 / 130 Вт

В последней колонке этой таблицы указывается рекомендуемое значение максимальной мощности источников питания, созданных на основе соответствующей микросхемы семейства. В этой колонке представлены два значения:

- первое – для источников питания с фиксированным входным переменным напряжением 230В;

- второе – для источников питания с широким диапазоном входного переменного напряжения (от 85В до 265 В).

Особенностями импульсных контроллеров семейства CoolSET является:

- высокое значение пробивного напряжения: 650В и 800 В;

- минимальное количество внешних элементов, необходимых для работы контроллера;

- наличие внутренней схемы блокировки при снижении входного питающего напряжения;

- частота переключения равна 67 кГц или 100 кГц;

- максимальное значение рабочего цикла составляет 72%;

- полное соответствие европейским требованиям режима малого энергопотребления;

- наличие схемы термической блокировки с последующим автоматическим стартом;

- наличие встроенной защиты от перегрузки (при коротком замыкании);

- наличие встроенной защиты от работы без нагрузки;

- наличие встроенной защиты от превышения напряжения во время автоматического рестарта;

- возможность регулировки порога токового ограничения с помощью внешнего резистора;

- допустимое отклонение от порога токового ограничения не превышает 5%;

- наличие внутренней схемы гашения по переднему краю импульса;

- наличие настраиваемой схемы мягкого старта, обеспечивающей низкий уровень электромагнитных помех.

Таким образом, контроллеры второго поколения семейства CoolSET-F2 обладают целым рядом возможностей, необходимых для построения маломощных дежурных источников питания со всеми необходимыми защитами. В режиме малого энергопотребления (в режиме Standby) контроллеры уменьшают рабочую частоту, что позволяет снизить потребляемую мощность, поддерживая при этом стабильность выходных напряжений. В режиме Standby частота уменьшается до значения 20/21.5 кГц. Такое значение частоты позволяет избежать образования акустических шумов. При возникновении различных аварийных ситуаций, например таких как: обрыв цепи нагрузки, превышение выходного напряжения или перегрузка, вызванная коротким замыканием в нагрузке, контроллер переключается в режим авто-рестарта, который управляется внутренним модулем защиты. За счет того, что контроллер имеет внутренний прецизионный ограничитель тока размеры импульсного трансформатора и вторичных выпрямительных диодов могут быть значительно снижены, что также положительно сказывается на стоимости источников питания.

Микросхемы контролеров семейства CoolSET-F2 могут выпускаться в корпусах различных типов (см. рис.2), но то, что пока приходилось встречать в системных блоках питания – это корпуса типа DIP (DIP-8-6 и DIP-7-1).

Рис.2

Эти микросхемы используются, как правило, для построения маломощных источников питания, и, в первую очередь, для дежурных источников и различных зарядных устройств. Корпус типа TO-220, как видно из таблицы 1, предназначен для мощных контроллеров, применяемых для построения источников питания с выходной мощностью до 240 Вт.

Так как диагностику микросхемы невозможно представить себе без точного знания назначения ее контактов, то в табл.2 приводим детальное описание сигналов микросхем семейства CoolSET-F2.

Таблица 2.

Обознач.

Описание

SoftStart

Контакт, предназначенный для обеспечения двух функций: «мягкого» старта (Soft Start) и автоматического рестарта (Auto Restart). К этому контакту подключается конденсатор, емкость которого задает длительность периода «мягкого» старта при запуске микросхемы, а также при автоматическом рестарте. Кроме того, емкость этого конденсатора позволяет управлять периодом автоматического рестарта при возникновении ошибок.

FB

Вход обратной связи. На этот контакт подается сигнал, пропорциональный уровню выходного напряжения источника питания. Этот сигнал анализируется внутренним блоком защиты микросхем, а также внутренним ШИМ-компаратором. Изменение величины сигнала FB приводит к изменению длительности рабочего цикла выходных импульсов контроллера.

ISENSE

Контакт, к которому подключается резистор, выполняющий функцию токового датчика. По падению напряжения на этом контакте определяется величина тока, протекающего через внутренний CoolMOS-транзистор. Внутри микросхемы контакт соединен с истоком CoolMOS-транзистора. Если напряжение на контакте ISENSE достигает порога токового ограничения (Vcsth), работа выходного драйвера блокируется, т.е. силовой транзистор CoolMOS запирается. Эту функцию обеспечивает компаратор ограничения тока.

DRAIN

Сток (Drain) внутреннего Cool-MOS-транзистора

VCC

Питающее напряжение. Микросхема имеет очень широкий диапазон питающих напряжений: от 8.5 до 21В. В целях обеспечения защиты от превышения напряжения, выходной драйвер блокируется, если при запуске микросхемы ее питающее напряжение становится выше 16.5В.

GND

«Земля»

Функциональная блок-схема контроллеров этого семейства представлена на рис.3.

Рис.3

Рассмотрим некоторые, наиболее важные, аспекты функционирования микросхем семейства CoolSET-F2.

Блок управления питанием

Питающее напряжение микросхемы VCC контролируется схемой UVLO (Under Voltage Lock Out – блокировка при снижении напряжения). Когда микросхема неактивна, она потребляет ток величиной до 55 мкА. При включении источника питания, ток, протекающий через резистор RSTARTUP, заряжает внешний конденсатор CVCC. Когда этот конденсатор зарядится до величины 13.5В, происходит запуск цепи внутреннего смещения и источника опорных напряжений. После этого формируется напряжение Vref=6.5В, которое используется для питания внутренних цепей. Для предотвращения процесса неконтролируемого переключения при запуске микросхемы, схема UVLO имеет гистерезис величиной 5В, т.е. после того, как контроллер запустился при Vcc=13.5В, его выключение происходит лишь при снижении Vcc до величины 8.5В. Если Входное напряжение падает до величины 8.5В, источник внутренних напряжений выключается и формируется сигнал, открывающий транзистор Т1. Через открытый транзистор Т1 осуществляется разряд конденсатора Css, подключенного к контакту SoftStart. Таким образом, гарантируется, что при каждом запуске микросхемы, конденсатор Css заряжается по экспоненциальному закону.

Схема улучшенного токового контроля

Токовый режим означает, что длительность рабочего цикла зависит от наклона (скорости нарастания) первичного тока. Пилообразный сигнал, снимаемый с токового датчика и усиленный (в 3.65 раза) операционным усилителем, сравнивается с сигналом FB (см. рис. 4). В момент, когда усиленный сигнал токового датчика достигает величины FB, импульс, формируемый выходным драйвером, обрывается триггером-защелкой ШИМ.

Рис.4

Величина первичного тока измеряется внешним резистором Rsen, установленным между истоком транзистора CoolMOS и «землей».

Использование токового режима позволяет добиться независимости величины вторичных напряжений от пульсаций первичной сети. Любое изменение величины первичного напряжения приводит к изменению наклона первичного тока, т.е. приводит к изменению длительности токового импульса.

Максимальную величину первичного тока можно регулировать путем подбора номинала резистора Rsen.

Для улучшения токового режима при малой нагрузке, используется внутренний генератор пилообразного напряжения, построенный с использованием транзистора T2, интегрирующей цепи C1/R1 и источника напряжения 0.8В - V1 (см. рис.5).

Рис.5

Транзистор Т2 управляется импульсами от внутреннего задающего генератора. Длительность рабочего цикла этих импульсов составляет 72%. Во время рабочего цикла, транзистор Т2 закрывается, что приводит к началу процесса заряда конденсатора С1 напряжением V1 через резистор R1. Напряжение на конденсаторе растет пилообразно и прикладывается к входам двух компараторов: ШИМ-компаратора и компаратора С5. Компаратор С5 управляет выходным драйвером и к его второму входу прикладывается смещение, величиной 0.3В. До тех пор, пока напряжение на С1 не достигнет величины 0.3, работа выходного драйвера запрещена. Это позволяет уменьшать длительность рабочего цикла вплоть до 0% при малом уровне сигнала VFB.

В случае малой нагрузки источника питания, сигнал от токового датчика является настолько малым, что стабильная работа ШИМ-регулятора не гарантируется. Однако рассмотренный генератор (Т2, С1, R1, V1) формирует пилообразный сигнал вполне определенной амплитуды, и этот сигнал уже можно сравнивать с сигналом FB. При этом длительность импульсов выходного драйвера характеризуется наклоном этой «искусственной пилы» (рис.6).

Рис.6 Схема «мягкого» старта

Обеспечивает плавный запуск контроллера и постепенное увеличение длительности выходных импульсов. Такой плавный запуск облегчает режим работы силового транзистора в начальный момент, когда сигнал обратной связи минимален. В случае отсутствия схемы «мягкого» старта, самый большой ток через силовой транзистор протекает в момент запуска, пока не появится сигнал обратной связи. И так как этот режим работы является наиболее тяжелым, вероятность выхода транзистора из строя на начальном этапе работы является очень высокой.

Плавный запуск реализуется за счет внутреннего «подтягивающего» резистора Rss и внешнего времязадающего конденсатора Css и нарастает по экспоненциальному закону. Напряжение «мягкого» старта Vss формируется за счет заряда конденсатора по экспоненциальному закону. Компаратор мягкого старта сравнивает сигнал Vss с пилообразным напряжением, в результате чего, получаются импульсы, длительность которых постепенно возрастает. Процесс «мягкого» старта прекращается, когда напряжение на конденсаторе Css достигнет величины 5.3В (рис.7). Компаратор мягкого старта (С4) выключается и процесс управления выходным драйвером передается компаратору обратной связи (С3), который анализирует сигнал FB, уже достигший к этому моменту времени некоторого значения.

Рис.7 Гашение переднего края импульса

При каждом включении транзистора CoolMOS, формируется токовый импульс-всплеск, обусловленный резонансными явлениями первичной обмотки импульсного трансформатора (из-за наличия межвитковой емкости) и конечным временем восстановления обратного сопротивления вторичных выпрямительных диодов. Этот импульс может стать причиной преждевременного срабатывания токовой защиты. Чтобы избежать ложного срабатывания, схема токовой защиты должна блокироваться на время прохождения этого импульса. Время блокировки составляет примерно 220 нс (рис.8).

Рис.8 Схема компенсации задержки

Любая электронная схема имеет конечное время реакции на входное воздействие. А так как между компаратором ограничения тока и выходным драйвером имеется несколько логических элементов, то время реакции на превышение тока может оказаться достаточно большим. Другими словами, между моментом, когда зафиксировано превышение тока через силовой транзистор, и моментом его выключения, проходит достаточно времени, в течение которого ток транзистора становится еще больше. Именно эта временная задержка может привести к пробою силового транзистора. Кроме того, стоит учесть, что величина превышения тока зависит не только от длительности временной задержки, а определяется еще и скоростью нарастания тока через силовой ключ (см. рис.9). Чем быстрее нарастает ток, тем большим будет его пиковое значение из-за влияния временной задержки. Полностью избавиться от превышения тока сверх установленного значения ILIMIT невозможно, но уменьшить это превышение позволяют определенные схемотехнические решения.

Рис.9

Для компенсации рассмотренного негативного явления, в составе контроллеров семейства CoolSET имеется схема, интегрирующая величину превышения тока (Iovr) в зависимости от скорости нарастания тока (dI/dt). Работа схемы заключается в том, что с ее помощью напряжение Vcsth превращается из постоянного в динамически изменяющееся напряжение. Форма напряжения Vcsth представлена на рис.10. Напомним, что напряжение Vcsth задает порог срабатывания токовой защиты, т.е., фактически, задает величину ILIMIT. Как видно из рис.10, интегрированная форма напряжения Vcsth позволяет осуществлять ограничение тока на одном и том же фиксированном уровне, даже при условии изменения скорости нарастания тока.

Рис.10 Диагностика контроллера

С практической точки зрения, важно знать, как проверить исправность микросхемы. Методы диагностики контроллеров семейства CoolSet-F2 очень просты и мало чем отличаются от проверки любых других ШИМ-контроллеров. Можно предложить два основных метода диагностики ШИМ-контроллеров семейства CoolSET-F2:

- проверка внутреннего транзистора CoolMOS методом «прозвонки»;

- проверка функционирования микросхемы.

Приемы диагностирования микросхем семейства CoolSET-F2 мы представим на примере контроллера ICE2A0565Z.

Проверка транзистора CoolMOS

Так как силовой транзистор расположен внутри микросхемы, то ее наиболее вероятной неисправностью будет являться пробой этого транзистора. Выявить неисправность такого рода чрезвычайно просто – достаточно «прозвонить» переход сток-исток CoolMOS транзистора, т.е. проверить его на отсутствие пробоя. Для этого необходимо измерить сопротивление между контактами [DRAIN] и [ISENSE]. Для микросхемы ICE2A0565Z (корпус DIP7-1) – это сопротивление измеряется между конт.5 и конт.3.В случае исправного CoolMOS транзистора между этими контактами должно наблюдаться бесконечно большое сопротивление. Наличие же здесь малого сопротивления однозначно указывает на пробой транзистора и на необходимость замены микросхемы.

При «прозвонке» CoolMOS транзистора необходимо учитывать наличие встроенного демпферного диода.

Функциональная проверка

Функциональная проверка заключается в попытке запуска микросхемы и в контроле на ее выходе импульсного сигнала. Такая проверка проводится непосредственно в схеме, без выпаивания контроллера. Перед проведением этой проверки, необходимо убедиться, что внутренний транзистор CoolMOS исправен (см. предыдущий пункт). Для диагностики нам понадобится следующее оборудование:

- регулируемый лабораторный источник питания;

- осциллограф;

- тестер;

- переменный резистор номиналом 10 кОм.

Проверка проводится без включения источника питания в сеть переменного тока, что позволяет избежать всяких неприятных ситуаций, вызванных наличием в схеме высоковольтного напряжения.

Так как первичное напряжение отсутствует, запуск и питание микросхемы осуществляется от лабораторного источника. Для этого, выходное напряжение источника питания напрямую прикладывается к контакту Vcc (конт.6). Выходное напряжение источника питания необходимо регулировать в диапазоне от 8 до 15 В. Кроме того, выходное напряжении источника питания необходимо приложить и к первичной обмотке импульсного трансформатора.

Итак, процедура функциональной проверки контроллера ICE2A0565Z осуществляется следующим образом:

1) Между контактом FB (конт.2) микросхемы и «землей» схемы (конт.7) необходимо впаять переменный резистор номиналом 10 кОм. Этим резистором будет имитироваться обратная связь. Устанавливаем движок резистора в положение, при котором его сопротивление составляет 10 кОм.

2) От лабораторного источника напряжение величиной 8В прикладываем к контакту Vcc (конт.6). Это же напряжение прикладывается и к первичной обмотке импульсного трансформатора.

3) Начинаем увеличивать выходное напряжение лабораторного источника питания. Когда это напряжение достигнет величины 13.5 – 14 В, контроллер должен запуститься. В этом можно убедиться по следующим признакам:

- микросхема начнет потреблять больший ток;

- на контактах FB (конт.2) и SoftStart (конт.1) должно установиться напряжение, величиной 6.5В.

4) Если теперь уменьшать питающее напряжение, то микросхема, все равно, должна оставаться работоспособной, т.е. напряжение 6.5В на конт.2 и на конт.1 должно присутствовать. Однако в момент, когда напряжения питания опустится до 8.5 В, микросхема выключится, и напряжение 6.5 В на конт.1. и на конт.2. пропадет. Таким образом, мы проверили работоспособность схемы UVLO.

5) Далее опять доводим питающее напряжение на контакте Vcc до величины 13.5В и запускаем микросхему. Теперь для проверки остальной части контроллера, начинаем уменьшать величину сигнала обратной связи на контакте FB. Для этого начинаем выкручивать переменный резистор в сторону уменьшения его сопротивления. Когда его сопротивление уменьшится до величины 3.6 кОм, должна начаться генерация. Это можно проконтролировать с помощью осциллографа по наличию импульсов на конт.5. Импульсы должны пропадать в двух случаях:

- при уменьшении питающего напряжения до величины 8.5 В;

- при увеличении сопротивления резистора сверх 3.6 кОм.

Такая функциональная проверка позволит убедиться в исправности не только микросхемы, но и всего импульсного преобразователя. Дело в том, что при запуске микросхемы через первичную обмотку импульсного трансформатора начинает протекать импульсный ток. В результате, импульсы должны контролироваться и во всех вторичных обмотках импульсного трансформатора. При этом, на катодах вторичных выпрямительных диодов должно присутствовать постоянное напряжение, хотя и значительно меньшего номинала, чем при работе в штатном режиме. Схема стенда для диагностики микросхемы ICE2A0565Z представлена на рис.11.

Рис.11

Внимание! Такую функциональную проверку не рекомендуется проводить в течение длительного периода времени. Это может привести к выходу из строя микросхемы контроллера.

Предельные параметры работы и характеристики микросхем семейства CoolSET-F2 приведены в табл.3.

Таблица 3.

Параметр

Значение

Напряжение питания [Vcc]

22 В

Напряжение контакта FB

6.5 В

Напряжение контакта ISENSE

3 В

Напряжение контакта SoftStart

6.5 В


Ice3b1565 схема включения

Похожие записи:



Брошь с вышивкой гладью

Как сделать из бумаги самолет который летает 1 километров

Поздравление с днем елены и константина