Описание схемы источника питания эксилампы

На первом этапе необходимо было разработать и изготовить резонансный источник питания гармонического напряжения с подачей импульсов пачками и провести эксперимент по зажиганию эксилампы барьерного разряда с молекулой XeCl.

Рис.14. Функциональная схема резонансного источника питания гармонического напряжения

На рис.14 изображена функциональная схема резонансного источника питания гармонического напряжения. В главе 3 будет описана разработка идеи применения паузы между импульсами для схемы источника питания.

Элементы использованные в схеме:

· Микросхема К561ЛН2;

· Микросхема К561ЛА7;

· Микросхема К561АГ1;

· Микросхема К561ТМ2;

· Драйвер IR2110;

· Диодный мост RS405;

· Полевые транзисторы с изолированным затвором IRF840;

· Термистор SCK103 NTC;

· Резисторы (постоянные, подстроечные);

· Конденсаторы (постоянной емкости, поляризованные);

· Диод;

· Трансформатор.

Для создания меандра (периодический сигнал прямоугольной формы) используется микросхема К561ЛН2.

Микросхема К561ЛН2 содержит шесть буферных инверторов. Для микросхемы необходимо лишь одно напряжение питания (на вывод 14), поэтому она удобна как транслятор логических уровней. Если на вывод 14 подано коллекторное напряжение U_и.п = 5 В, то можно передавать уровни от КМОП к ТТЛ, причем нагрузочная способность инвертора — два ТТЛ-входа (I_вых ≥ 3,2 мА при выходном напряжении низкого уровня не менее 0,4 В).

Рис.15. Расположение выводов микросхемы К561ЛН2

Характеристики:

· Напряжение питания (Uпит) +3..+15В;

· Параметры при Uпит = +5В /+10В /+15В;

· Ток потребления (статический) < 2мкA;

· Выходное напряжение лог. "0", не более 0,95В / 2,9В;

· Выходное напряжение лог. "1", не менее 3,6В / 7,2В;

· Входное напряжение лог. "0", не более 1,5В / 3В / 4В;

· Входное напряжение лог. "1", не менее 3,5В / 7В / 11В;

· Входной ток лог. "0"/"1" < 0,1мкA;

· Выходной ток лог. "0"/"1" 1,25мA / 1,25мA;

· Время нарастания 0/1 <120нс / <90нс;

· Время спада 1/0 <110нс / <50нс;

· Рабочий диапазон температур -40^oC..+85^oC;

·

Рис.16. Схема генератора меандра на базе микросхемы К561ЛН2

Для создания таймеров dead-time и паузы использовалась микросхема К561АГ1.

Она содержит два одновибратора, каждый из которых имеет три входа и два взаимно инверсных выхода.

Рис.17. Выводы микросхемы К561АГ1

Таблица 3

Сокращенное обозначение и назначение выводов

Микросхема К561ТМ2 содержит два D-триггера, имеющих по два асинхронных установочных входа S и R соответственно для установки триггеров в состояние логической 1 и сброса информации. Микросхема К561ТМ2 изготавливается на основе КМОП-технологии и выпускается в пластмассовом корпусе.

Рис.18. Выводы микросхемы К561ТМ2

Таблица 4

Сокращенное обозначение и назначение выводов

Характеристики:

· Ток, потребляемый микросхемой от источника питания (Uп = 15 В) - 20 мкА;

· Входные токи низкого и высокого уровней - не более 0,3 мкА;

· Выходное напряжение низкого уровня (Uп = 10 В) - не более 1 В;

· Выходное напряжение низкого уровня (Uп = 5 В) - не более 0,8 В;

· Выходное напряжение высокого уровня (Uп = 10 В) - не менее 9 В;

· Выходное напряжение высокого уровня (Uп = 5 В) - не менее 4,2 В;

· Выходной ток низкого уровня (Uп = 10 В) - 0,9 мА;

· Выходной ток низкого уровня (Uп = 5 В) - 0,5 мА;

· Выходной ток высокого уровня (Uп = 10 В) - 0,6 мА;

· Выходной ток высокого уровня (Uп = 5 В) - 0,25 мА;

· Время задержки распространения сигнала при включении и выключении (Uп = 5 В) - не более 420 нс;

· Время задержки распространения сигнала при включении и выключении (Uп = 10 В) - не более 150 нс;

· Предельный диапазон напряжений питания - от 5 до 15 В;

· Температура окружающей среды - от -45 до +85 ° C.

Рис.19. Цоколевка микросхемы К561ТМ2

Таблица 5

Таблица истинности микросхемы К561ТМ2

Входы	Выходы
C	D	R	S	Q	Qi
	X			Q	Qi
X	X
X	X
X	Z			Z	Z

Двухтактный D-триггер работает следующим образом. По фронту первого импульса синхронизации на входе C, логический уровень присутствующий на входе D, записывается в первый однотактный D-триггер. По фронту второго импульса синхронизации, на выходе Q устанавливается уровень, присутствующий на входе D перед первым синхроимпульсом. Таким образом, на выходе двухтактного D-триггера сигнал задерживается на один такт. Входы R и S не зависят от импульсов синхронизации и имеют активные высокие уровни. Поступление высокого уровня на входы R или S устанавливают оба однотактных D-триггера соответственно в «0» или «1» независимо от входов D и C.

Микросхема К561ЛА7 выполняет логическую функцию И-НЕ, изготавливается на основе КМОП-структур. В составе К561ЛА7 четыре 2-входовых логических элемента “И-HЕ”.

Рис.20. Выводы микросхемы К561ЛА7

Таблица 6

Таблица истинности микросхемы К561ЛА7

Характеристики:

· Ток, потребляемый микросхемой от источника питания - не более 2 мкА;

· Входные токи низкого и высокого уровней - не более 0,3 мкА;

· Выходное напряжение низкого уровня - не более 2,9 В;

· Выходное напряжение высокого уровня - не менее 7,2 В;

· Максимальный выходной ток низкого уровня = 0,45 мА;

· Максимальный выходной ток высокого уровня = 0,55 мА;

· Время задержки распространения сигнала при включении и выключении - не более 80 нс;

· Напряжение питания номинальное = 10 В;

· Предельный диапазон напряжений питания - от 3 до 15 В;

· Температура окружающей среды - от -45 до +85 ° C.

Для управления сигналами в схеме используется драйвер IR2110.

Драйвером обычно называется отдельное устройство или отдельный модуль, микросхема в устройстве, обеспечивающие преобразование электрических управляющих сигналов в электрические или другие воздействия, пригодные для непосредственного управления исполнительными или сигнальными элементами.

Рис.21. Выводы драйвера IR2110

Таблица 7

Сокращенное обозначение и назначение выводов

На функциональной схеме (Рис.22) видно, что левая часть микросхемы представляет собой генератор, а правая – драйвер управления высоковольтными МДП-транзисторами.

Если один транзистор в двухтактной импульсной схеме открыт, то другой должен быть заперт. В противном случае транзисторы будут пробиты так называемым сквозным током. Для предотвращения этого явления в микросхеме предусмотрена специальная задержка открывающих сигналов на затворах выходных транзисторов. Эта задержка в англоязычной литературе называется DEAD TIME.

Рис.22. Функциональная схема микросхемы IR2110

Отличительные особенности:

· Управляющие каналы разработаны для нагруженного функционирования полностью работоспособны до +500В или +600В;

· Нечувствителен к отрицательным напряжениям при переходных процессах;

· Стойкость к скорости нарастания напряжения (dV/dt);

· Диапазон напряжения питания драйверов 10…20В;

· Блокировка при снижении напряжения;

· Отдельное питание логики от 5В до 20В;

· Смещение логики и общего питания ±5В;

· Входы с КМОП триггерами Шмита с привязочными резисторами к общему питания;

· Тактирование логики выключения;

· Согласованная задержка распространения для обоих каналов;

· Выходы драйвера в фазе со входами;

· Напряжение смещения U_OFFSET не более 500В для IR2110, и не более 600В для IR2113);

· Имп.вых. ток к.з I_о ± 2 А/ 2 А;

· Выходное напряжение драйверов U_OUT = 10 – 20В;

· Время вкл./выкл. - 120/94 нс;

· Согласованная задержка - 10 нс.

Диодный мост RS405 предназначен для преобразования («выпрямления») переменного тока, подаваемого с лабораторного автотрансформатора, в пульсирующий. В данном устройстве используются четыре диода.

Рис.23. Осциллограммы напряжения на входе и выходе диодного моста

Принцип работы диодного моста заключается в следующем: так как каждый диод пропускает только одну полуволну переменного тока, то для получения большего КПД на каждый из входов устанавливаются по два диода. Включены эти диоды таким образом, чтобы положительная полуволна переменного тока уходила на "плюсовой" выход, а отрицательная на "минусовой". Так как колебания на входах строго противофазны (когда на одном из входов положительная полуволна, то на другом в это время будет отрицательная), во время работы каждого из полупериодов напряжение на выходе будет браться то с одного входа, то с другого и, в результате, мы получим суммированное значение обеих полуволн.

Чтобы полностью отфильтровать переменный ток на выходе диодного моста в схеме установлен конденсатор, который будет накапливать заряд во время действия полуволны и отдавать этот заряд при её спаде.

Рис.24. Конфигурация диодного моста

Характеристики:

· Конфигурация: 1-фазный мост;

· Максимальное постоянной обратное напряжение 600 В;

· Максимальный прямой ток 4 А;

· Максимальное импульсное обратное напряжение 720 В;

· Максимальный допустимый прямой импульсный ток 200А;

· Максимальный обратный ток 10 мкА;

· Максимальное прямое напряжение 1 В;

· Рабочая температура от -55 до 125 ⁰С.

Полевые транзисторы IRF840 (MOSFET или МДП-транзистор).

IRF840 – это мощный полевой транзистор с изолированным затвором n-каналом. Он открывается положительным напряжением на затворе по отношению к истоку. Паразитный диод в структуре канала катодом подсоединен к стоку, анодом— к истоку.

Рис.25. Выводы МДП-транзистора с изолированным затвором n-каналом:

G - Gate (З - затвор), S - Source (И - исток), D - Drain (С - сток)

Данный транзистор изготовлен на основе кремния Si и имеет встроенный в цепи «исток-сток» защитный диод. При больших токовых нагрузках полупроводниковый прибор сильно нагревается, и по этой причине непосредственно крепится к радиатору. Транзистор характеризуется малым сопротивлением открытого канала «исток- сток» 0.85Ohm, высокой скоростью переключения и напряжением пробоя сток-исток – 500V. Постоянный ток стока составляет 8A, рассеиваемая мощность – 125W.

Характеристики:

· Постоянный ток стока: 8A;

· Напряжение пробоя сток-исток: 500V;

· Сопротивление открытого канала исток-сток: 0.85Ohm;

· SOA ограниченная рассеиваемая мощность;

· Скорость переключения: наносекунды;

· Линейная характеристика передачи;

· Высокое входное сопротивление.

Для ограничения пусковых токов применяется термистор SCK103 NTC (Negative temperature coefficient) - это терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления характеризует зависимость электрического сопротивления от температуры и измеряется в кельвинах в минус первой степени.

(6)

При повышении температуры сопротивление падает.

Рис.26. Символ терморезистора

Подстроечные резисторы используются для установления значений длительности импульсов, паузы (5 кОм) и частоты (100 кОм).

Рис.27. Символ подстроечного резистора

На основе всех перечисленных элементов был изготовлен резонансный источник питания гармонического напряжения, представленный на рис.28.

Рис.28. Изготовленный резонансный источник питания гармонического напряжения

Поиск по сайту: