Описание выводов ШИМ-контроллера К1156ЕУ2

Создание SPICE-модели осуществлялось поэтапно. Вначале были выбраны и настроены компоненты из библиотеки программы MicroCap 12: компараторы, усилитель рассогласования, триггеры RS и D-типа, логические элементы. Затем, на основе моделей, описанных в работах [3, 4], были синтезированы осциллятор и выходные драйвера. Далее был создан источник опорного напряжения с защитой от пониженного напряжения питания. В результате макромодель ШИМ-контроллера К1156ЕУ2 приобрела вид, представленный на рис. 2.

Как следует из рисунка, все функциональные узлы модели имеют такие же обозначения, что и в технической документации. В качестве ШИМ-защёлки DD3 используется RS-триггер, а в качестве фазорасщепителя DD5-DD6 – два D-триггера. Компоненты O1, O2, O3 являются компонентами с цифровым выходом (O-компонент). Они используются для создания аналого-цифрового интерфейса [5].

Результаты исследования и их обсуждение

Для установления степени адекватности макромодели ШИМ-контроллера физическому прототипу использовалась схема ее подключения к внешним цепям, приведенная на рис. 3. В данном подключении временно был отключен плавный старт.

В технической документации указано, что при сопротивлении R = 3,65кОм и ёмкости C = 1нф, подключённым к входам осциллятора Rt и Ct, частота осциллятора равна 400кГц +/- 10 %. При этом, на входе осциллятора Ct пороговое напряжение высокого уровня должно быть не менее 2.6В и не более 3В, а пороговое напряжение низкого уровня не менее 0.7В и не более 1.1В. Выходное напряжение усилителя ошибок должно быть не менее 4В, а скорость нарастания выходного напряжения не менее 6В/мкс. Время нарастания и спада сигнала выходных драйверов должно составлять не более 60 нс [2].

Как видно из временной диаграммы рис. 5, частота осциллятора в модели при сопротивлении R = 3,65кОм и ёмкости C = 1нф равна 417кГц, напряжение высокого уровня 2,76В, а низкого 1В. При этом, выходное напряжение усилителя ошибок ровно 4В, и это значение достигается за 0.745 мкс. Время нарастания и спада сигнала выходных драйверов также удовлетворяет требуемому. На диаграмме вывод B был смещен на 1В вверх.

Рис. 2. SPICE-модель ШИМ-контроллера К1156ЕУ2

Рис. 3. Схема подключения внешних цепей к макромодели

Рис. 4. Временные диаграммы работы макромодели ШИМ-контроллера

Рис. 5. Временные диаграммы работы осциллятора и усилителя рассогласования ШИМ со значениями главных характеристик

Рис. 6. Временные диаграммы выходных драйверов и напряжения на усилителе рассогласования

Для включения плавного старта, на выводе Start устанавливался конденсатор ёмкостью 0.1мкф. Ограничение напряжения на выводе усилителя рассогласования осуществляется pnp-транзистором UT1, эмиттер которого подключён к выводу усилителя рассогласования, а база к конденсатору плавного старта. По мере заряда внутренним источником тока с номиналом 9 мкА конденсатора плавного старта, возрастает и напряжение на выводе усилителя рассогласования, подаваемого на инверсный вход ШИМ-компаратора. Далее, по мере роста напряжения на выводе усилителя рассогласования, транзистор UT1 закрывается, так как потенциал его базы становится больше потенциала эмиттера, и управление контроллером передаётся усилителю рассогласования [3].

На рис. 6 видно, что благодаря плавному старту напряжение на входе ШИМ-компаратора плавно нарастает, и соответственно длительность импульсов также плавно изменяется. Благодаря плавному старту в ШИМ-контроллере предотвращается перегрузка выходных драйверов.

Заключение

Результаты представленных экспериментов подтвердили адекватность разработанной SPICE-модели ШИМ-контроллера ее физическому прототипу – микросхеме К1156ЕУ2. Данную SPICE-модель можно использовать для синтеза модели микросхемы К1156ЕУ3, заменив триггеры DD5 и DD6 на ИЛИ-НЕ. Помимо этого, данную модель можно использовать как основу для синтеза ШИМ-контроллеров схожей архитектуры.