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案例详细
标题一种新型的脉宽调制放大器
技术领域
行业
简介SA18是美国Apex Microtechnology 公司新推出的一种性能优良的新型脉宽调制放大器,本文对SA18芯片进行了详细介绍,并对其性能及其使用做出具体分析。
内容

 

1概述.

SA18是一种性能优良的新型脉宽调制放大器,它可为负载提供10kw功率的它广泛应用于电机、电抗性负载、低频声波定位器、压敏元器件及离线式驱动器等。SA18脉宽调制放大器具有如下的特点:

     SA18的输出方式为半桥IGBT输出,其电压范围比较宽(16V---500V),在100的情况下,额定电流为20A

     控制方式为频率控制,非常灵活简单。

     SA18内部的振荡器无需外部任何元器件的激励,其时钟输入端可将振荡器二分频,即提供的开关频率为22.5KHZ

     SA18芯片上的停机(shut down)输入端信号可以关断半桥输入的两个驱动器,因此,当网侧电流较大时,通过停机端限制可以保护放大器的短路,当负载短路时,其保电路将认为其接地。

     SA18通过热过载直接显示温度的衰减来对输出端的IGBT进行保护。

     SA18的封装采用的是12管脚密封的MO---127,面积较小,在板子上仅占用三平方英寸。

SA18芯片外观示意图如图1所示:


1  SA18芯片外观


2.SA18
引脚功能介绍

 


2 SA18引脚排列


2为引脚分布说明:

CLK IN:外部振荡器输入管脚

CLK OUT:内部振荡器的输出,它的频率为45KHZ

FLAG(PWM/RAMP):内部比较器的反相端。SA08放大器在内部把CLK IN输入的振荡器方波频率进行二分频,然后通过RC网络输入到PWM/RAMP管脚。

SIG GND:信号地

PWR GND:功率地

SHDN:关断管脚,可以实现限流及外部关断两种功能。

OUT:放大器的输出管脚

Vcc:低压电源,典型值为15V

Vs:功率电源,电压范围15V~500V

 特别说明:

(1)       工作过程中,每一个输出IGBT都会有125W的功率损耗,但值得注意的是在任意一段时间内仅有一个IGBT工作。

(2)       在没有特别说明的情况下, 时, 的取值均为典型值(如上表所示)。

(3)       若芯片长时间工作在最大结温下,则会影响芯片的质量,减少芯片的寿命。降低器件的外部功率损耗可以获得较高的平均工作时间,具体的规则可参照与相应散热器有关的说明书。

SA18芯片由静态敏感性元器件组成,在使用过程中必须考虑电磁兼容的问题。内部物质含有氧化铍,不可以轻易打开封装,如果不慎破坏封装,切勿对其挤压,更不能对其进行机械处理,也不可以将其置于 的高温环境中,以避免产生有毒气体对人身造成伤害。






4.SA18
芯片原理框图及其典型应用

电压控制型电压源


   因为
SA18的输出为PWM信号,所以输出必须采用LC低通滤波器以解调需要的信号,截至频率通常选择为SA18芯片开关频率的十分之一,元件参数计算公式分别如下:

L=(1.4142*Rload*0.5)/(2π*Fc)

C=(0.7071*2)/(2π*Fc*Rload)

我们选择同样的截至频率设计有源滤波器,该运算放大器以及它周围的元件在这里有两个目的:

1)作为一个差分运算放大器反馈输出采样电压。

2)作为一个有源低通滤波器将输出采样电压从PWM信号中解调出来

参数计算如下:C=1/(2π*R*Fc)

在这里需要注意的是,在设计电路时必须确认反馈电压的极性,确保为负反馈。

积分器对输入信号和滤波后的反馈电压进行比较,实现电压反馈控制,克服电源电压、温度等参数变化对输出电压的影响。

5.芯片使用过程中的注意事项:

●时钟电路和斜坡信号发生器

SA18内部的时钟频率为45KHZ,在一般情况下,CLK 管脚和 CLK IN 连接在一起,时钟信号二分频,为产生斜坡信号的RC电路提供适当的频率。如果需要同步信号,可以从IN管脚输入时钟信号,确保其频率大小为45KHZ+/-2%

●输出标志位

SA18检测到电路的故障状况时,其标志位会置高电平(10V),同样,当电流超过所设计的网侧电流时,标志位同样会置高电平。在下一个时钟周期标志位会复位为低电平,这充分反映了按照脉冲来限制电流的一大特色。当触发了内部电流限定值或者达到温度限定值,标志位将锁定在高电平。

●保护电路

当网侧电流上升至额定输出电流的150%时,网侧电流监测器将会关断输出晶体管,当然,输出晶体管的温度也可以监测,当晶体管的温度达到大约时,两个晶体管也会关断。无论在上述那种情况下,我们都必须排除故障,再次给Vcc上电,重新启动电路。在PWR GND管脚接入一个压敏电阻可以保护+Vs的短路。保护电路如图所示


   
    很明显,在该保护电路中,我们可以看到,压敏电阻Rsence接入PWR GND,并且和SHDN管脚连接在一起,当短路电流产生100mV的电压时,该电压经过压敏电阻,则SHDN将会在剩下的时钟周期内关断输出晶体管,SA18将会在下一个时钟周期时重新启动并且进行相同的测试,保护电路中由 组成的滤波电路可以滤出开关过程中的尖峰电流,在实际应用时,需要进行实验调节电阻电容值,使其可以忽略正常电路中的小尖峰。外部的SHDN指令可以和保护电路合
为一体,如图所示
,

给定10VSHDN信号直接接入SHDN管脚,只要SHDN的信号保持高电平,输出晶体管就会一直保持关断状态。

●电源旁路

在正常运行过程中,足够的旁路设置是非常必要的。如果没有进行旁路设置,将会导致电路振荡,电路运行效率较低,并且在输出电路中也会有干扰。电源Vs两端可以并联一个容值至少 的陶瓷电容,由于开关管的快速动作及导线中存在电感,因此为防止输出有干扰,并联的电容必须靠近电源,直接接在电源管脚两侧。旁路电路对电压的要求不是很严格,但却是必须的。对于的陶瓷电容,芯片的Vcc管脚为其提供电压就足够了。


参考文献

1.       PULSE WIDTH MODULATION AMPLIFIERSSA18 DATASHEET

2.       Apex Microtechnology Volume 11 Databook