Мікросхема 4046 (К564ГГ1) для пристроїв з утриманням резонансу – принцип роботи

При створенні силового електронного пристрою з утриманням резонансу в LC-контурі, для синхронізації отриманих коливань з керуючими імпульсами, що йдуть від драйвера, проектують схему резонансного контролера.

Завдання даного контролера – утримати резонансні коливання в LC-контурі за допомогою її порушення в такт власним коливанням. Щоб цього домогтися, контролеру необхідно по ланцюгу зворотного зв’язку отримувати від контуру сигнал, що містить дані про поточну частоті і фазі вільних коливань в ньому, після чого, з опорою на ці дані, підтримувати роботу драйверного каскаду синхронно з цими частотою і фазою, тоді і резонанс в контурі буде автоматично зберігатися.

Для побудови такого контролера підходить мікросхема CD4046 або її вітчизняний аналог К564ГГ1. Давайте розглянемо пристрій цієї мікросхеми, призначення її висновків і схему підключення навісних компонентів, щоб при необхідності розуміти, з чим маєш справу.

Дана мікросхема дозволяє легко організувати ланцюг ФАПЧ – фазового автопідстроювання частоти. Для побудови ФАПЧ тут використовуються три необхідних блоку, розташовані всередині мікросхеми: ГУН – генератор, керований напругою, ФК – фазовий компаратор і ФНЧ – фільтр низької частоти.

Вбудований в мікросхему, ГУН видає послідовність прямокутних імпульсів з заповненням 50%, тобто чистий меандр, початкова частота якого залежить від параметрів двох RC-ланцюгів: R1C1 і R2C2, приєднаних до нього зовні мікросхеми, а амплітуда в даному випадку наближена до напруги харчування мікросхеми U +.

Принцип роботи ФАПЧ

Зовнішній вхідний сигнал fвх подається на мікросхему, насправді – на один з входів фазового компаратора ФК (ФК1 або ФК2 – вибирає розробник) всередині неї. На другий вхід ФК паралельно подається меандр, що виробляється гуном. В результаті, на виході ФК виходить прямокутний сигнал, тривалість імпульсів в якому залежить від різниці між імпульсами з Гуна і зовнішніми імпульсами в кожен момент часу.

По суті, тривалість вихідних імпульсів з ФК пропорційна різниці фаз двох порівнюваних сигналів. Справа в тому, що в ролі ФК часто використовується логічний елемент «виключає АБО», це означає, що на виході ФК високий рівень напруги буде лише в тому випадку, якщо між сигналами є різниця, а якщо різниці немає то на виході з ФК буде низький рівень напруги або стан бездіяльності.

З виходу ФК сигнал подається на фільтр низької частоти, що представляє собою просту RC-ланцюг, на конденсаторі якої виходить пульсуюча напруга неузгодженості, причому рівень пульсацій виявляється пропорційний різниці двох сигналів (від внутрішнього ГУН і подається на мікросхему ззовні), по суті – різниці їх фаз .

Отримане на конденсаторі ФНЧ, напруга неузгодженості тут же подається назад на вхід ГУН, і в залежності від його середньої величини частота ГУН буде автоматично перебудовуватися так, щоб частота меандру на його виході fвих наближалася б до частоти зовнішнього сигналу, що приходить на мікросхему ззовні. Після досягнення такої ситуації, середня напруга на конденсаторі фільтра низької частоти буде найменшим – це і є ознака настання максимального зближення двох сигналів по частоті і фазі. Коли сигнал таким чином захоплений, він продовжить утримуватися петлею ФАПЧ.

Межі перебудови ГУН

Як ви вже зрозуміли, частота ГУН здатна перебудовуватися в межах певного діапазону автопідстроювання. Даний діапазон задається зовнішніми компонентами мікросхеми. А швидкість реакції системи ФАПЧ визначається постійної часу НЧФ (величинами C2 і R3). З цієї причини слід строго підходити до вибору навісних компонентів мікросхеми.

Напруга живлення мікросхеми, конденсатор C1, а також резистори R1 і R2 визначають діапазон автопідстроювання частоти ГУН всередині мікросхеми. Резистор R2 зміщує мінімальну частоту fmin ГУН вище від нуля. А співвідношення між номіналами резисторів R1 і R2 визначає співвідношення між максимальною і мінімальною частотами – fmax / fmin, перебудовується вихідного сигналу з ГУН.

Входи і виходи мікросхеми

Висновок 4 – сигнальний вихід ГУН, на ньому в робочому режимі меандр. Даний вихід можна використовувати для подачі сигналу до інших блоків проектованого пристрою.

Висновок 5 відповідає за включення і виключення ГУН. При подачі на даний висновок напруги високого рівня, мікросхема відключиться. При подачі напруги низького рівня (при підключенні виведення 5 до загального проводу) – мікросхема буде працювати в штатному режимі.

Висновки 6 і 7. До них підключається конденсатор C1 – це частотозадающіх конденсатор Гуна.

Висновок 8 – загальний провід живлення мікросхеми.

Резистор R1 – між висновком 11 і загальним проводом. Резистор R2 – між висновком 12 і загальним проводом. Це частотозадающіх резистори. Резистор R3 фільтра НЧ – до висновку 9 і висновку 2 або 13 (про різницю між ними буде сказано далі), конденсатор C2 фільтра НЧ – між висновком 9 і загальним проводом.

Висновок 10 – вихід підсилювача-повторювача. Напруга на ньому в процесі роботи мікросхеми – це напруга неузгодженості, що подається на ФНЧ. Висновок 10 призначений для того, щоб напруга неузгодженості можна було при необхідності просто виділити без шунтирующего впливу на конденсатор ФНЧ. До цього висновку допускається підключити резистор опором більше 10 кОм.

Висновок 15 – на ньому знаходиться катод вбудованого стабилитрона з напругою стабілізації 5,6 вольт (напруга стабілізації цього стабілітрона може бути іншим, що залежить від виробника мікросхеми). Даний стабілітрон можна при бажанні використовувати в ланцюзі живлення мікросхеми.

Висновок 16 – плюс харчування мікросхеми.

Входи і виходи фазових компараторів ФК1 і ФК2

Меандр з виходу ГУН береться з виведення 4 і подається на висновок 3, приєднаний через підсилювач-формувач до входів фазових компараторів ФК1 і ФК2. При бажанні сигнал з ГУН можна додатково пропустити через дільник частоти.

Вхід 14 – сигнальний, на нього і подається вхідний сигнал, з яким необхідно синхронізувати вихідний сигнал на виході ГУН. Залежно від характеру вхідного сигналу, розробник може вибрати, який з фазових компараторів використовувати: ФК1 або ФК2, і до заданої компаратору приєднати резистор ФНЧ (до висновку 2 або 13). У фазового компаратора ФК2 є індикаторний висновок 1, на ньому з’являється напруга високого рівня, коли сигнали максимально синхронізовані.

Особливість ФК1 в тому, що він являє собою простий логічний елемент «виключає АБО», і якість його роботи залежить від параметрів ФНЧ на його виході. Робота починається з центральної частоти f0 = (fmax-fmin) / 2, є можливість захоплення гармоніки центральної частоти. Має високу завадостійкістю.

Особливість ФК2 в тому, що він обробляє лише позитивні перепади подаються на нього імпульсів, і шпаруватість імпульсів тому не має значення. Робота починається з мінімальної частоти fmin, можливості захоплення гармоніки центральної частоти немає. Володіє низькою завадостійкістю. У ФНЧ потрібно конденсатор з малим струмом витоку. ФК2 краще підходить для використання в силових схемах з LC-резонансом.

Вибір навісних компонентів

В якості фільтра низької частоти ФНЧ встановлюються резистор R3 і конденсатор C2. Для коректної роботи ФАПЧ, постійна часу RC повинна бути в десятки разів більше зразкової частоти захоплення ФАПЧ.

Як правило, частота захоплення приблизно відома розробнику, тому спочатку задаються діапазоном автопідстроювання частоти: fmin і fmax. За першою номограмме визначають, з урахуванням напруги живлення мікросхеми і необхідного fmin, величини R2 і С1. Потім, по другий номограмме, виходячи з необхідного співвідношення fmax / fmin підбирають R1. Краще передбачити можливість регулювання резисторів в схемі.

Ссылка на основную публикацию