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    热水器脉冲电路图(一)

    如图14-23所示是一种常用的燃气热水器脉冲点火电路,其工作原理如下。

    热水器脉冲电路图(五款热水器脉冲电路设计原理图详解)

    图14-23燃气热水器点火电路

    1)点火脉冲的产生

    该电路主要由集成块LM339及其相关元器件组成,电路中的Q4、B1等组成振荡电路。B1所接线圈为正反馈绕组,二次电压整流后,经B2一次侧对C1进行充电,当晶闸管Q9导通时电容C1经B2一次侧放电,B2次级产生高压点火脉冲。

    (2)点火脉冲的控制

    点火脉冲的控制主要由Q6、Q7、Q8及其外围元器件来完成,产生点火脉冲时,其维持时间的长短由C2决定,C2的容量越大,点火时间越长,反之,则点火维持时间就越短。

    热水器脉冲电路图(二)

    强排式热水器脉冲点火器电源电路

    热水器脉冲电路图(五款热水器脉冲电路设计原理图详解)

    电路工作原理:220V交流电经变压器T降压、整流桥D整流、C1滤波变为脉冲直流电压,经lC1稳压,为继电器K提供12V的工作电压。只要用户开通自来水阀,水压开关S1接通,继电器K得电吸合使开关S3接通,风机得电工作。

    热水器脉冲电路图(三)

    由于煤气是易燃、易爆气体,所以对燃气器具中的点火控制器的要求是安全、稳定、可靠。为此电路中有这样一个功能,即打火确认针产生火花,才可打开燃气阀门;否则燃气阀门关闭,这样就保证使用燃气器具的安全性。

    图8-25为燃气热水器中的高压打火确认电路原理图。在高压打火时,火花电压可达一万多伏,这个脉冲高电压对电路工作影响极大,为了使电路正常工作,采用光电耦合器VB进行电平隔离,大大增强了电路抗干扰能力。当高压打火针对打火确认针放电时,光电耦合器中的发光二极管发光,耦合器中的光敏三极管导通,经V1、V2、V3放大,驱动强吸电磁阀,将气路打开,燃气碰到火花即燃烧。若高压打火针与打火确认针之间不放电,则光电耦合器不工作,V1等不导通,燃气阀门关闭。

    热水器脉冲电路图(五款热水器脉冲电路设计原理图详解)

    燃气热水器的高压打火确认电路原理图

    热水器脉冲电路图(四)

    工作原理

    1、点火控制电路

    该电路由C3、VT8、VT9、VT10等组成。SW是装在水/气联动阀(亦称压差检测器)内的微行程限位电源开关。热水器未工作时,SW(1)、(2)端接通,并使VT9基极为高电平。热水器工作时,打开进(冷)、出(热)水阀后,足够的水压(》0.03MPa)通过水/气联动阀内顶杆使SW(1)、(3)端接通,整机得电工作。与此同时,燃烧室小火(亦称常明火)气源也被接通。SW接通电源后,VT9集电极加正电压而正偏导通(C3正端使基极为高电平),VT10随之导通,通过T1(2)脚为振荡电路供电,开始进行放电点火。如果经过数秒钟(实测约8s左右),仍未点燃小火,则C3经R12、VT9发射结放电,使VT9反偏,于是VT9、VT10相继截止,切断振荡及点火电源。若想重新点火,需关断水(进、出均可)阀,使C3充电后,再重复以上工作过程。如果小火已被点燃,则火焰检测管vT7导通,VT8随之导通,c3经R11和VT8的集电极和发射极放电,使vT9反偏截止,VT10随之截止,停止为振荡点火电路供电,结束点火操作。

    2.振荡及高压产生电路

    振荡电路由T1、VT11等组成。高压产生电路由VD6及可控硅VS、储能电容C6、保护管VD8、升压变压器T2等元件组成。

    VT11与自耦变压器T1构成电感反馈振荡电路。T1(2)~(4)绕组为初级,(2)~(1)绕组为正反馈线圈。在正反馈作用下,VT11反复导通和截止,形成振荡,此期间LFD闪亮,作为振荡指示。在VT11关断期间,T1(2)~(5)绕组逆程感应电压经VD6半波整流,向C6充电,随C6两端电压升高,T1(4)脚与地之间的逆程电压也成正比升高。当C4两端电压升至200V左右时,T1(4)脚输出的电压经电阻R16、R17分压后触发可控硅VS,使之导通,C6上所存储的电能经VS和T2初级(A—C)绕组迅速放电,在T2次级(B—C)绕组形成上万伏脉冲高压,经点火针对机壳放电,引燃小火。R14是LED的限流电阻,VD7、VD8是保护二极管,R18是C6的泄放电阻。

    3.火焰检测及电磁阀控制电路

    火焰检测由感温探针(热电偶)和开关管VT7等元件组成。电磁阀控制电路由VD4、VD5、VT6、VT5等元件组成。一旦引燃小火,火焰探针便感测到高温,由于火焰离子的导电作用,相当于探针对地接了一只电阻(随感测温度高低而变,约为O.6MΩ~3MΩ),VT7正偏导通。vT7导通后,一方面使VT8导通,VT9、VT10截止,则振荡及高压产生电路停止工作;另一方面由于VD4正偏,使VT6、VT5相继导通,电磁阀‘YV的维持绕组L2中有电流通过,但因电流较小(约5mA左右)无法开启电磁阀。VD3是保护二极管。实际上,在打开出水阀、接通整机电源后,在VT10导通为振荡电路供电的同时,VD5也正偏,使VT6、VT5相继导通。

    YV的L2中已有维持电流。只不过点燃小火后,VT7导通并控制VT10截止,振荡电路停止工作,同时又使VD4导通,接替VD5使VT6、VT5导通,保持YV中L2的电流不中断。当出现意外熄火时(如气压不足、风吹、电磁阀故障等),火焰离子电流消失,相当R9开路,VT7、VT6、VT5均截止,YV维持绕组L2失电从而关闭电磁阀,防止热水器燃烧室内聚积燃气引起爆燃,确保人身和设备安全。

    4、电磁阀启动控制电路

    该电路由VT1~VT4、R1~R5、C1、C2及VD1、VD2等元件组成,其工作过程分以下3个阶段:

    (1)在打开出水阀、接通电源开关SW时,由于C1、C2两端电压不能突变,有一个经R2、R3充电的缓变过程,所以VT1、VT3因基极为低电平(《0.7V)而截止。此时,VT4也截止,电磁阀YV的启动绕组L1中无电流。这样,尽管维持绕组L2中有小电流,但电磁阀不会打开,防止点燃小火前,燃烧室内聚积有燃气而引发事故。大约1s后,C1上的充电电压使VT3正偏导通,由于R4上拉作用使VT2也导通,VT4通过VT3、VT2获得偏置电压随之导通,在电磁阀w的L1绕组通过较大的启动电流(实测约600mA),与L2产生的合力使电磁阀YV打开,燃气进入气排,并由小火引燃。

    (2)经过2s左右,C2的充电电压使VT1正偏导通,VT2截止,VT4绕组截止,YV的L1绕组失电,L2绕组中的小电流维持电磁阀的导通,热水器进入正常工作状态,启动过程(约2s)结束。

    (3)启动结束后,C1、C2分别通过R2、R1和R3放电,为下次启动电磁阀作准备。

    热水器脉冲电路图(五款热水器脉冲电路设计原理图详解)

    热水器脉冲电路图(五)

    工作原理

    该热水器控制电路由点火定时、振荡电源控制、振荡、点火指示、脉冲高压产生、火焰检测、主电磁气阀启动控制及维持等单元电路组成,其组成框图如图所示,电路原理图如图所示。

    热水器脉冲电路图(五款热水器脉冲电路设计原理图详解)

    1.点火时间定时控制电路

    该电路主要由IC1-1等组成。合上S2,再打开进、出水阀后,足够的水压(要求》0.03MPa)通过水/气联动阀内滑动顶杆使s1闭合,控制电路得电开始工作。R1、R2分压后为IC1-1同相输入端(3)脚提供1.5V基准参考电压。由于电容C1两端电压不能突变,因此在刚接通电源的一段时间内,IC1-1反相输入端(2)脚电压高于(3)脚电压,比较器(1)脚输出低电平(接近0V),其作用有二:

    一是使开关管VT2正偏导通,接通振荡电路电源,同时LED点亮,作点火时间指示(C2是滤波电容);二是使VD5导通,并控制VT4饱和,电磁阀YV的副绕组L2通过4mA~5mA的维持电流。由于此电流过小,并不能开启电磁阀。随着C1两端电压的升高,约10s后,IC1-1(2)脚电压低于(3)脚电压,其(1)脚跳变为高电平(约等于电源电压3v),VT2截止,振荡电路失电停振,点火过程结束,同时LED熄灭。当IC1-1(1)脚输出高电平时,VD5也截止,但此时VT4的导通已由火焰控制电路IC2-1控制,所以L2中的维持电流不会中断。

    2.振荡及脉冲高压产生电路

    VT3、T1等元件组成电感反馈式振荡电路,偏置电阻R10、R11确定VT3的直流工作点,即振荡强弱,VD2是保护二极管。T1次级(5)-(7)绕组输出的高压经VD8半波整流后,通过触发变压器T2初级为C4充电,同时经限流电阻R12为触发电容C3充电。当C4两端电压约升至200V时,C3两端电压使双向二极管VD3导通,并触发单向可控硅VS导通,c4经VS、T2初级迅速放电,T2次级感应出约12kV的脉冲高压,通过点火针对地(机壳)放电,引燃小火(俗称常明火),完成一次放电点火过程。随后C3、C4又被充电,进行新一轮放电,放电频率由R12、C3的时间常数决定。

    3.火焰检测电路

    该电路由IC2-1及外围元件组成。

    IC2-1接成零电平检测器,其反相输入端(6)脚被R16设置为0V。电源电压先经限流电阻R18后由VD4钳位为0.7V,再由R17、R14、R13分压,为同相输入端(5)脚提供一个很微小的正电压,则(7)脚输出高电平,VD6截止。一旦燃气被点燃,检测针(热电偶)感测到高温,火焰离子电流使IC2-1(5)脚电压变为负电压(约-0.3V),(7)脚输出翻转为低电平,VD6导通,VT4也处于导通状态,保持电磁阀YV的副绕组L2中维持电流不中断。

    热水器脉冲电路图(五款热水器脉冲电路设计原理图详解)

    4.电磁阀启动控制电路

    该电路由IC1-2、VT5、VT6等元件组成。IC1-2及其外围元件组成定时器,其外围元件及参数与IC1-1基本一样,只是定时电容C5(10μF)取得小些,使电磁阀YV主启动绕组L1的通电时间为2s左右。驱动管VT5、VT6并联,以增加驱动电流(约400mA~470mA)。接通电源后,L1便通电启动,启动后由VT4为L2提供维持电流。在电磁阀启动过程中,正偏压经R4使VT1导通,将vT2基极电位拉低,保证在此期间振荡和点火不停顿,防止在IC1-1工作失常后燃烧室聚积燃气而引起爆燃。


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    锁相环作为集成电路中关键的模块,被广泛地应用于各领域中。作为数字电路的“心脏”,锁定时间被视为关键的指标。一个典型的锁相环环路如图1所示,其开环传递函数表示为:

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    其中Icp为电荷泵镜像电流,Kvco为压控振荡器增益,N为分频比,ωlpf为滤波器-3 dB带宽。锁相环的闭环传递函数表达为:

    将式(2)整理为标准二阶系统传递函数:

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    对此闭环系统的输入施加X(s)=1/s的阶跃信号时,得到输出信号:

    对式(6)作拉普拉斯反变换,得到该系统在欠阻尼(04e79798c282c5cc2ca6f1ca775e036e6.gif

    1 快速锁定方案原理

    本文实现快速锁定的方案如图2所示,在典型锁相环环路中设置辅助充电模块,其内部由模式鉴别逻辑电路、电流源、开关构成。模式鉴别逻辑电路实现的功能为:在参考时钟与反馈时钟频率相差较大时,控制开关闭合,使电流源为滤波器中的电容充电,进入快速锁定模式;当参考时钟与反馈时钟频率相近时,控制开关断开,关闭电流源输出通道,退出快速锁定模式。

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    因此,减小锁定时间的关键问题转化为:如何分辨参考时钟与反馈时钟的频率差距,并转化为电路的实现方式。

    在锁相环初启动时,振荡器处于起振阶段,由于振荡器控制信号(Vcont)电压较低,反馈时钟(clk_fb)频率较为缓慢,其频率与参考时钟信号(clk_ref)频率相差较大,如图3所示,在每个反馈时钟信号的周期内,参考时钟信号经历了多个周期。故可将每个反馈时钟周期内参考时钟经历的周期个数作为分辨快速锁定模式的依据。本设计中周期个数取值为2,即在每个反馈时钟周期间隔内,若检测到存在两个或两个以上的参考时钟周期,则判定进入快速锁定模式,若检测到小于两个参考时钟周期,则退出快速锁定模式。在退出快速锁定模式后,仅依靠传统电荷泵对滤波器中的电容充电,直至锁相环达到锁定状态。

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    2 方案实现与仿真

    一种以上述判别方式实现的模式鉴别逻辑电路如图4所示,该电路由一个二选一数据选择器(Mux2)和一个二位二进制计数器(Counter2)构成,其内部信号描述为:A与B为数据选择器的待选择信号,s为选择控制信号,rst为计数器的异步复位信号,clk为计数器的时钟信号,A1与A0分别为计数器的高位与低位输出。

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    此时序电路的波形图如图5所示,每次反馈时钟的上升沿都会执行异步复位功能,计数器输出A1A0=2′b00,此时低电位的A1信号会使clk_ref信号通过数据选择器,控制计数器开始计数。当计数器输出达到2′b10时,高电位的A1信号使得数据选择器的输出发生变化,计数器不再计数并保持当前的输出状态,直到下一次输出被复位。当反馈时钟频率足够大时,每次反馈时钟周期内无法检测到两个参考时钟周期,A1将一直保持低电位。故可将A1信号作为控制开关的信号(en)。

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    图4中计数器的RTL级电路如图6所示,异或门与反相器构成的次态逻辑为A1A0(次态)=A1A0+1,以此实现计数功能,若存在最高位进位则溢出。

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    上述模式鉴别逻辑电路存在一个缺点,在参考时钟与反馈时钟频率差距较大时,每次复位后en信号都保持两个参考时钟周期的低电位,开关断开,时间未被有效地利用。一个解决此问题的方法如图7所示,在输出处连接一个D触发器,先锁存前一个周期得到的高位信号,再执行复位操作。为了保证锁存与复位的先后顺序,使用了一个缓冲器(Buffer)。

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    图7改进的模式鉴别逻辑电路的实际仿真结果如图8所示,在两个信号频率相近时,由于相位的差别,反馈时钟周期内有可能存在两个参考时钟的上升沿,因此在临近锁定状态时,en信号翻转属于正常现象。然而一个值得注意的问题是:在最开始的一段时间内,en信号为低,并没有进入到快速锁定模式。造成这种现象的原因为:由于振荡器在最开始起振的过程中频率缓慢,使分频器输出的第一个上升沿到来过于迟缓,而D触发器依靠此上升沿锁存高位信号,故在开始的一段时间内en信号保持为低,未能进入到快速锁定模式。

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    上述问题可以通过在时域内增加窗口的方法解决,如图9所示。将图9(a)中的阶跃(step)信号与图9(b)中的en_pre信号作逻辑处理,得到与图9(c)中的en信号,执行此逻辑的真值表如表1所示。

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    整理成最简逻辑表达式为:

    进一步改进的模式鉴别器如图10所示,添加了反相器和与非门实现了式(11)的逻辑功能。在锁相环刚开始启动时,step信号为低,无论en_pre信号为何值,en都保持为高,直接进入到快速锁定模式,而当step信号为高时失去作用,振荡器已经建立了一段时间,此时en信号的逻辑值与en_pre信号相同。

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    在图10中由3个级联的四分频器(Div4)与数据选择器构成的反馈环路中,step信号最初为低电位,使得clk_ref通过数据选择器并控制分频器开始翻转,当step信号达到高电位时,切换数据选择器的输入,使分频器不再工作。以此方式,控制分频比可以得到任意上升位置的阶跃信号。分频比视具体情况而定(例如本次设计中参考时钟周期为50 ns,经过64分频后得到3 μs左右的低电平窗口,足够覆盖图8中信号在最开始阶段的低电位时间段)。

    进一步改进的模式鉴别逻辑电路仿真结果如图11所示,Vcont_normal与Vcont_fast分别代表了普通锁相环环路与应用本文方案的锁相环环路在相同滤波器的条件下的振荡器控制信号。滤波器参数分别为:C1=120 pF,C2=25 pF,R1=15 kΩ。当指定环路带宽ωc与相位裕度φc时,滤波器参数由下列公式给出[6]

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    仿真结果表明,传统环路与经过本文提出的方法加速的环路的锁定时间分别为61 μs与15 μs,因此极大地减少了锁定时间,且锁定时间仍可以通过调整充电电流进一步改善。

    3 结论

    在传统锁相环的基础上,引入了辅助充电模块,通过不断地对模式鉴别逻辑电路结构优化,在无需改变普通锁相环环路参数情况下,达到了缩短锁定时间的目的。仿真结果表明,在相同的滤波器参数下,与传统的典型锁相环环路相比,锁定时间降低了约75%,且仍有改善空间,该方案可应用于绝大多数电荷泵锁相环的设计当中。

    参考文献

    [1] AMOURAH M,KRISHNEGOWDA S,WHATELY M.A novel OTA-based fast lock PLL[C].Proceedings of the IEEE 2013 Custom Integrated Circuits Conference,2013:1-4.

    [2] AMOURAH M,WHATELY M.A novel switched-capacitor-filter based low-area and fast-locking PLL[C].2015 IEEE Custom Integrated Circuits Conference(CICC),2015:1-6.

    [3] ABEDI M,HASANI J Y.A fast locking phase-locked loop with low reference spur[C].Iranian Conference on Electrical Engineering(ICEE),2018:92-97.

    [4] 但慧明,柴旭朝,于宗光,等.一种用于锁相环快速锁定的动态鉴频鉴相器[J].微电子学,2010,40(5):653-656,661.

    [5] 韦雪明,李平.一种可快速锁定的低抖动自偏置锁相环设计[J].微电子学,2011,41(2):185-188.

    [6] 姜梅,刘三清,李乃平,等.用于电荷泵锁相环的无源滤波器的设计[J].微电子学,2003(4):339-343.

    作者信息:

    潘鸿泽1,王东兴1,宋明歆2

    (1.哈尔滨理工大学 理学学院,黑龙江 哈尔滨150080;2.海南大学,海南 海口 570228)

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  • UC3845是高性能固定频率电流模式控制器,专为离线和直流至直流变换器应用和设计,它内部具有振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿参考、高增益误差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱式输出,可以说是驱动...

    前言
    本人于近期在项目中用到开关电源,故深入探索了开关电源的制作,在这里简单分享一下使用UC3845制作的开关电源,以控制电源的通断。

    一、UC3845芯片介绍
    先介绍UC3845芯片的特点和功能使用。

    UC3845是高性能固定频率电流模式控制器,专为离线和直流至直流变换器应用和设计,它内部具有振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿参考、高增益误差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱式输出,可以说是驱动功率场效应管(MOSFET)的理想器件。其管脚图如下。
    在这里插入图片描述

    UC3845有低压锁定门限,即当它的供电电源低于等于10V时,停止输出;当大于10V时,才能使得正常输出(典型值为16V通,10V断)。电流模式工作到500KHZ。
    现在对他的引脚进行介绍。(这个芯片手册上也有)。

    1-COMP:补偿端。该管脚是内部误差放大器的输出端,可用于环路补偿
    2-VFB :电压反馈端。该管脚是误差放大器的反相输入端,通常通过一个电阻连至开关电源输出。这个端反馈的电压值超过2.5V就会停止输出。
    3-ISENSE:电流取样端。脉宽调制器使用该端反馈的电压信息中止输出开关的导通。通常会在MOS管的源级接个电流采样电阻。如果该端反馈的电压值超过1V,则停止输出。
    4-RT/CT :这个主要是外接一个电阻R和一个电容C,调整输出频率,以及最大输出占空比,
    F=1.72/(RT*CT)。
    5-VREF :参考输出端。该管脚为4脚的电容提供充电电流。
    6-VCC :电源端。当VCC小于芯片开的阈值,则没有任何输出。
    7-OUTPUT:输出端。可直接驱动功率MOSFET管,输出高达1A的电流。当VCC小于芯片开的阈值,则没有任何输出。在达到50%的占空比的时候,输出频率为振荡器的一半。
    8-GROUND:地端。

    二、实际电路
    本次项目所用到的电路如图所示:

    在这里插入图片描述

    C4和R3组成小型RC滤波器抑制开关瞬变。

    R1和C1组成振荡电路。C2为滤波电容

    R7为电流采样电阻。

    本次项目中,VFB管脚通过一个电阻和电源相连,然后这个管脚用STM32ADC去采集电压值。并显示实际输出电压。

    图中电感和MOS管的漏极接一个变压器,以控制他的输出电压。

    COMP,由两个三极管驱动,主要是为了让单片机软件控制输出。当CONTROL为高时,UC3845可以正常输出。

    工作过程如下:
    首先软件把CONTROL端设置为高电平,Q导通,Q2截止,然后COMP就没有和地连接。另外还要使得VCC的工作电压超过10V,这个时候UC3845开始有输出,当开关电源的电压升至一定电压时,使得电压反馈电阻端上的电压大于2.5V,则UC3845停止输出,因为电阻与VFB相连(图上没有画出)。因为是程序控制,程序每次循环执行,每次都升到一定的电压就停了,这样的动态平衡就给人看到的现象就是输出固定的电压。

    使用该电路可以轻而易举地想升压。但是要注意供电功率。有任何不对的地方请多多指教

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压控振荡器电路图设计