零电压开关温度/功率控制器UAA1016/UAA2016及其应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:UAA1016/UAA2016是采用零电压技术设计的、可驱动双向可控硅的温度/功率控制器集成电路,通过该芯片可实现电阻性负载的无RFI功率调节。文中介绍了UAA1016/UAA2016的主要特点、基本原理及应用电路。 关键词:UAA1016/UAA2016;零电压开关;温度与功率控制 1 概述 目前有许多专用集成电路(ASIC)采用了零电压开关(ZVS)技术,它们通过处于过零模式的三端双向可控硅开关元件(Triac)来控制AC线路上的电阻性负载。这些电阻性负载随处可见,例如电烙铁、恒温箱(器)、孵化器、热清毒器、热冲压机械、射流式烘干器和车窗玻璃除霜器等。 图1 ZVS温度与功率控制器ASIC大多采用双极工艺制作,并采用8引脚DIP或SO封装,仅需少量的外部元件便可直接在AC线路上进行操作,而且没有DC电流成份流过主线路。此类ASIC有很多品种和型号,本文仅对摩托罗拉和安森美公司生产的UAA1016和UAA2016两种芯片作简要介绍。 2 ZVS温度控制器UAA1016 UAA1016采用8引脚塑料DIP封装,内部结构框图及其外部元件连接如图1所示。 2.1 比例温度控制 UAA1016通过8脚上的检测电阻Rsync在AC主线电压跨零时在6脚输出一个负电流脉冲,以控制Traic。为了使AC线路上无任何DC成份,在全波周期期间,IC内部的全波逻辑允许Traic锁存。IC脚3上连接的NTC热敏电阻RT用来感测温度。当脚3上的电压高于脚4电压(Vref)时,器件会产生一个触发脉冲。为了限制频率,应在AC电路上连接一个1kW或1kW以上的负载。IC内部的时基可用于控制比例温度。事实上,多数加热调节系统都有较高的精度和稳定性,而且要求温度过冲较小,因此不能直接用开/关(on/off)来调节。 2.2 UAA1016关键电路功能 a. 电源 UAA1016通过5脚外部的降压电阻通常为18kΩ/2W、二极管1N4005和100μF的滤波电容直接从AC线路提取电源,其电流消耗低于1mA。 b. 比较器 当IC脚3上的电压Vpin3高于脚4上的电压Vpin4Vref时,比较器允许触发逻辑为Triac递交一个脉冲。为了使非可控温度范围与滞后成比例减小到最低程度,偏移滞后输入电压应设计得比较小≤%26;#177;10mV。 比较器反相输入端脚4上的参考电压Vref的平均值可由电阻R2、R3和R4参见图1设置,迭加在Vref上的锯齿信号幅度可确定其比例范围。 当温度传感器RT上的温度高于设定值时,由于没有加热,温度将缓慢降低。在重新施加功率之前,Vpin3-Vpin4将超过滞后值的50%。反之,当RT温度低于设定值时,将出现相反的结果。 c. 锯齿波发生器 IC脚2内部7.5μA的恒流源可在门限电平VTH1和VTH2之间对外部电容Cpin2进行充电来产生一个锯齿波。实际上,Cpin2仅在AC线路的负半周才发生充电和放电。IC脚1上的锯齿波信号可作为电压源,其电压Vpin1为Vpin2-0.75V。为保持锯齿信号的良好线性宽,推荐使用40μA的源电流。 d. 采样全波逻辑 为保持最小的噪声,在AC线路电压的正半周,会产生两个相邻的过零脉冲,而在跨零范围内的脉冲产生过程如图2所示。此时若AC线路的电压频率是fAC50/60Hz,电压有效值为Vrms如220V,那么,图2中的tP1和tP2分别为: 实际上,脉冲宽度tP1、tP2还可通过IC脚8上的电阻Rsync进行调节,图3所示是输出脉冲宽度与同步电阻之间的关系曲线。 e. 同步电路 同步电路通过Rsync检测AC线路的跨零,Rsync的值决定着触发脉冲的宽度。所使用的过零电流检测带有%26;#177;27μA~%26;#177;98μA的门限。 UAA1016中的脉冲放大器可为Triac提供不小于60mA的触发灌电流。 2.3 UAA1016的应用电路 UAA1016B在电暖器中的应用电路如图4所示。该电路中的加热器功率为2KW,RT=22kΩ%26;#177;10%@25℃,B值为370%26;#176;,在25℃下的比例温度范围为1℃。 3 ZVS功率控制器UAA2016 UAA2016采用8引脚DIPUAA2016P或SOUAA2016D封装,其引脚排列如图5所示。 图6为UAA2016的内部结构及应用电路。IC电源可通过与降压电阻RS相串联的高压整流二极管提供,并通过IC脚7与脚5之间的电容CF滤波。电路中调节系统的总电流可分为四部分,即IC电流、传感桥路电流、Triac控制极触发脉冲和内部齐纳二极管电流。 连接在IC脚3与脚1(Vref=-5.5V)之间的NTC热敏电阻RT用于检测温度。脚3上的电压是所测量温度的函数,该电压要与内部控制电压相比较。而内部控制参考电压值则取决于锯齿电压、温度降低及滞后调节量的大小。为了节能,UAA2016专门设置了一个可编程温度降低端脚4,温度阈值电平由4脚与Vcc脚之间的电阻R1设置,设计时可根据制造商提供的R1选择曲线来确定其阻值。当脚3上的输入高于内部参考值时,比较器会允许触发逻辑给Triac的控制极发送脉冲。为改善抗噪扰能力, 该比较器还具有一个可调滞后。IC脚2与脚7Vcc间的电阻R3用于设置比较器的滞后电平。设置脚2开路可得到一个10mV的滞后电平,相当于0.15℃。把脚2连接到Vcc可得到最大滞后,此情况被设置在5℃上。 为符合欧洲规范,负载上的开/关周期必须超过30秒。UAA2016内部数字锯齿波通过履行比例调节来完成此功能,而且无需任何附加元件。 当温度传感器开路时,比较器输入电压将超过专门设置的门限电压,此时安全电路将禁止脉冲输出。采样全波逻辑可保证在每个AC线路的正半周产生两个相邻的跨零触发脉冲,IC输出脉冲宽度TP可由IC脚8的外部电阻Rsync进行调节。若负载功率为PL,AC线路电压为Vrms,那么,负载电阻RL为: RL=V2rms/PL 在AC线路频率为f且Triac的最大导通态电压为VTM时,负载电流IL可通过下面公式计算: IL=Vrms%26;#183; 21/2sin2πft-VTM/RL 设计人员可根据负载参数和制造商提供的曲线来确定Rsync和TP值。 UAA2016从脚6到VEE的脉冲放大器灌电流幅值不低于70mA,有效输出电流幅度可由脚6外部输出电阻Rout给出。根据制造商提供的电阻与Triac控制极电流IGT之间的关系曲线可以确定所需的Rout值。例如:对于一个2kW负载和220Vrms线路电压,若Triac选择MAC212A8,则它的最大峰值门极触发电流为50mA@25℃时,Rout应当选择60Ω。 图6 4 结束语 ZVS Triac控制器UAA1016和UAA2016可直接在AC线路上操作。它使用元件少,可实现电阻性负载的无RFI功率调节。这类ZVS功率和温度控制器的应用非常广泛,而且设计简单,成本也很低。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200703/12203.html
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