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零電壓開關(guān)溫度/功率控制器UAA1016/UAA2016及其應(yīng)用

作者: 時間:2005-06-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:是采用零技術(shù)設(shè)計(jì)的、可驅(qū)動雙向可控硅的集成電路,通過該芯片可實(shí)現(xiàn)電阻性負(fù)載的無RFI調(diào)節(jié)。文中介紹了的主要特點(diǎn)、基本原理及電路。

關(guān)鍵詞:;零;控制

1 概述

目前有許多專用集成電路(ASIC)采用了零(ZVS)技術(shù),它們通過處于過零模式的三端雙向可控硅元件(Triac)來控制AC線路上的電阻性負(fù)載。這些電阻性負(fù)載隨處可見,例如電烙鐵、恒溫箱(器)、孵化器、熱清毒器、熱沖壓機(jī)械、射流式烘干器和車窗玻璃除霜器等。

圖1

ZVS與功率ASIC大多采用雙極工藝制作,并采用8引腳DIP或SO封裝,僅需少量的外部元件便可直接在AC線路上進(jìn)行操作,而且沒有DC電流成份流過主線路。此類ASIC有很多品種和型號,本文僅對摩托羅拉和安森美公司生產(chǎn)的UAA1016和UAA2016兩種芯片作簡要介紹。

2 ZVS溫度UAA1016

UAA1016采用8引腳塑料DIP封裝,內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖外部元件連接如圖1所示。

2.1 比例溫度控制

UAA1016通過8腳上的檢測電阻Rsync在AC主線電壓跨零時在6腳輸出一個負(fù)電流脈沖,以控制Traic。為了使AC線路上無任何DC成份,在全波周期期間,IC內(nèi)部的全波邏輯允許Traic鎖存。IC腳3上連接的NTC熱敏電阻RT用來感測溫度。當(dāng)腳3上的電壓高于腳4電壓(Vref)時,器件會產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖。為了限制頻率,應(yīng)在AC電路上連接一個1kW或1kW以上的負(fù)載。IC內(nèi)部的時基可用于控制比例溫度。事實(shí)上,多數(shù)加熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)都有較高的精度和穩(wěn)定性,而且要求溫度過沖較小,因此不能直接用開/關(guān)(on/off)來調(diào)節(jié)。

2.2 UAA1016關(guān)鍵電路功能

a. 電源

UAA1016通過5腳外部的降壓電阻?通常為18kΩ/2W?、二極管?1N4005?和100μF的濾波電容直接從AC線路提取電源,其電流消耗低于1mA。

b. 比較器

當(dāng)IC腳3上的電壓Vpin3高于腳4上的電壓Vpin4?Vref?時,比較器允許觸發(fā)邏輯為Triac遞交一個脈沖。為了使非可控溫度范圍?與滯后成比例?減小到最低程度,偏移滯后輸入電壓應(yīng)設(shè)計(jì)得比較小?≤10mV?。

比較器反相輸入端?腳4?上的參考電壓Vref的平均值可由電阻R2、R3和R4?參見圖1?設(shè)置,迭加在Vref上的鋸齒信號幅度可確定其比例范圍。

當(dāng)溫度傳感器RT上的溫度高于設(shè)定值時,由于沒有加熱,溫度將緩慢降低。在重新施加功率之前,Vpin3-Vpin4將超過滯后值的50%。反之,當(dāng)RT溫度低于設(shè)定值時,將出現(xiàn)相反的結(jié)果。

c. 鋸齒波發(fā)生器

IC腳2內(nèi)部7.5μA的恒流源可在門限電平VTH1和VTH2之間對外部電容Cpin2進(jìn)行充電來產(chǎn)生一個鋸齒波。實(shí)際上,Cpin2僅在AC線路的負(fù)半周才發(fā)生充電和放電。IC腳1上的鋸齒波信號可作為電壓源,其電壓Vpin1為Vpin2-0.75V。為保持鋸齒信號的良好線性寬,推薦使用40μA的源電流。

d. 采樣全波邏輯

為保持最小的噪聲,在AC線路電壓的正半周,會產(chǎn)生兩個相鄰的過零脈沖,而在跨零范圍內(nèi)的脈沖產(chǎn)生過程如圖2所示。此時若AC線路的電壓頻率是fAC?50/60Hz?,電壓有效值為Vrms?如220V?,那么,圖2中的tP1和tP2分別為:

實(shí)際上,脈沖寬度tP1、tP2還可通過IC腳8上的電阻Rsync進(jìn)行調(diào)節(jié),圖3所示是輸出脈沖寬度與同步電阻之間的關(guān)系曲線。

e. 同步電路

同步電路通過Rsync檢測AC線路的跨零,Rsync的值決定著觸發(fā)脈沖的寬度。所使用的過零電流檢測帶有27μA~98μA的門限。

UAA1016中的脈沖放大器可為Triac提供不小于60mA的觸發(fā)灌電流。

2.3 UAA1016的電路

UAA1016?B?在電暖器中的電路如圖4所示。該電路中的加熱器功率為2KW,RT=22kΩ10%?@25℃?,B值為370,在25℃下的比例溫度范圍為1℃。

3 ZVS功率控制器UAA2016

UAA2016采用8引腳DIP?UAA2016P?或SO?UAA2016D?封裝,其引腳排列如圖5所示。

圖6為UAA2016的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電路。IC電源可通過與降壓電阻RS相串聯(lián)的高壓整流二極管提供,并通過IC腳7與腳5之間的電容CF濾波。電路中調(diào)節(jié)系統(tǒng)的總電流可分為四部分,即IC電流、傳感橋路電流、Triac控制極觸發(fā)脈沖和內(nèi)部齊納二極管電流。

連接在IC腳3與腳1(Vref=-5.5V)之間的NTC熱敏電阻RT用于檢測溫度。腳3上的電壓是所測量溫度的函數(shù),該電壓要與內(nèi)部控制電壓相比較。而內(nèi)部控制?參考?電壓值則取決于鋸齒電壓、溫度降低及滯后調(diào)節(jié)量的大小。為了節(jié)能,UAA2016專門設(shè)置了一個可編程溫度降低端?腳4?,溫度閾值電平由4腳與Vcc腳之間的電阻R1設(shè)置,設(shè)計(jì)時可根據(jù)制造商提供的R1選擇曲線來確定其阻值。當(dāng)腳3上的輸入高于內(nèi)部參考值時,比較器會允許觸發(fā)邏輯給Triac的控制極發(fā)送脈沖。為改善抗噪擾能力,該比較器還具有一個可調(diào)滯后。IC腳2與腳7?Vcc?間的電阻R3用于設(shè)置比較器的滯后電平。設(shè)置腳2開路可得到一個10mV的滯后電平,相當(dāng)于0.15℃。把腳2連接到Vcc可得到最大滯后,此情況被設(shè)置在5℃上。

為符合歐洲規(guī)范,負(fù)載上的開/關(guān)周期必須超過30秒。UAA2016內(nèi)部數(shù)字鋸齒波通過履行比例調(diào)節(jié)來完成此功能,而且無需任何附加元件。

當(dāng)溫度傳感器開路時,比較器輸入電壓將超過專門設(shè)置的門限電壓,此時安全電路將禁止脈沖輸出。采樣全波邏輯可保證在每個AC線路的正半周產(chǎn)生兩個相鄰的跨零觸發(fā)脈沖,IC輸出脈沖寬度?TP?可由IC腳8的外部電阻Rsync進(jìn)行調(diào)節(jié)。若負(fù)載功率為PL,AC線路電壓為Vrms,那么,負(fù)載電阻RL為:

RL=V2rms/PL

在AC線路頻率為f?且Triac的最大導(dǎo)通態(tài)電壓為VTM時,負(fù)載電流IL可通過下面公式計(jì)算:

IL=?Vrms 21/2sin?2πft?-VTM?/RL

設(shè)計(jì)人員可根據(jù)負(fù)載參數(shù)和制造商提供的曲線來確定Rsync和TP值。

UAA2016從腳6到VEE的脈沖放大器灌電流幅值不低于70mA,有效輸出電流幅度可由腳6外部輸出電阻Rout給出。根據(jù)制造商提供的電阻與Triac控制極電流?IGT?之間的關(guān)系曲線可以確定所需的Rout值。例如:對于一個2kW負(fù)載和220Vrms線路電壓,若Triac選擇MAC212A8,則它的最大峰值門極觸發(fā)電流為50mA?@25℃?時,Rout應(yīng)當(dāng)選擇60Ω。

圖6

4 結(jié)束語

ZVS Triac控制器UAA1016和UAA2016可直接在AC線路上操作。它使用元件少,可實(shí)現(xiàn)電阻性負(fù)載的無RFI功率調(diào)節(jié)。這類ZVS功率和溫度控制器的應(yīng)用非常廣泛,而且設(shè)計(jì)簡單,成本也很低。



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