Описание

U2010B спроектирована как микросхема для фазового управления по биполярной технологии. Она позволяет отслеживать нагрузку по току и имеет функцию плавного пуска, а также выход опорного напряжения. Предпочтительными применениями являются управление двигателем с обратной связью по току и защитой от перегрузки.

Функции:

• Измерение полного волнового тока
• Коррекция изменения питающей сети
• Программируемое ограничение тока нагрузки с выходом сверхвысокой мощности
• Изменяемый плавный пуск
• Синхронизация напряжения и тока
• Автоматическая перезагрузка
• Типовой переключающий импульс 125 мА
• Внутренний контроль напряжения питания
• Потребляемый ток ≤ 3 мА
• Температурная компенсация опорного напряжения

Применение:

• Расширенное управление двигателем
• Шлифовальщики (гриндеры)
• Сверлильные станки, бормашины

Общее описание

Сетевое питание

U2010B имеет ограничение по напряжению и может быть подключена к сети через диод D₁ и резистор R₁. Напряжение питания — между контактом 10 и контактом 11 — сглаживается конденсатором C₁. В случае, если напряжение  V₆ ≤ (70% порогового напряжения перегрузки), контакты 11 и 12 замыкаются, посредством чего V_sat ≤ 1,2 В. Когда |V₆| ≥ |V_T70|, ток питания протекает через светодиод D₃.

Конфигурация контактов

 

Описание контактов

Вывод	Обозначение	Функция
1	Isense	Измерение тока нагрузки
2	Isense	Измерение тока нагрузки
3	Cφ	Напряжение разгона
4	Control	Вход управления
5	Comp.	Выход компенсации
6	ILoad	Ограничение тока нагрузки
7	Сsoft	Плавный пуск
8	VRef	Опорное напряжение
9	Mode	Выбор режима
10	GND	Земля
11	VS	Напряжение питания
12	High load	Индикация высокой нагрузки
13	Overload	Индикация перегрузки
14	VRφ	Регулировка скорости нарастания тока
15	VSync.	Синхронизация напряжения
16	Output	Выход триггера (запускающих импульсов)

Последовательное сопротивление R1 может быть рассчитано следующим образом:

Где:

V_mains    = Сетевое напряжение питания

V_Smax     = Максимальное напряжение питания

I_tot           = Общее потребление тока = I_Smax + I_x

I_Smax      = Максимальное потребление тока ИС

I_x             = Потребление тока внешних компонентов

 

Контроль напряжения

Когда напряжение нарастает, неконтролируемые выходные импульсы исключаются благодаря внутреннему контролю напряжения. Кроме того, все триггеры в цепи (управление фазой, регулирование предела нагрузки) сбрасываются, а конденсатор плавного пуска замыкается накоротко. Это гарантирует определенный режим запуска при каждом включении напряжения питания или после коротких перерывов в питании. Плавный пуск запускается после того, как напряжение питания возрастет до номинального значения. Такое поведение гарантирует плавный запуск двигателя и автоматически обеспечивает оптимальное время запуска.

 

Фазовое управление

Функция управления фазой во многом идентична известной микросхеме U211B. Фазовый угол импульса запуска определяется путем сравнения изменения линейного напряжения V3, которое синхронизируется с сетью детектором напряжения, с заданным значением на управляющем входе, вывод 4. Наклон линейного изменения определяется C_φ и его зарядным током I_φ. Зарядный ток можно изменять с помощью R_φ на выводе 14. Максимальный фазовый угол α_max, также можно регулировать с помощью R_φ (минимальный угол прохождения тока φ_min), см. Рисунок 5.

Когда потенциал на контакте 3 достигает уровня уставки на входе 4, ширина импульса запуска t_p определяется из значения C_φ (t_p = 9 мкс/нФ). В то же время защелка устанавливается с выходным импульсом, пока автоматическое повторное включение не было активировано, тогда в этом полупериоде не может быть создано больше импульсов. Управляющий вход на контакте 4 (по отношению к контакту 10) имеет активный диапазон от V₈ до -1 В. Когда V₄ = V₈, тогда фазовый угол максимален, α_max, что соответствует минимальному току. Минимальный фазовый угол, α_min, устанавливается с V₄ ≥ -1 В.

 

Автоматическая перезагрузка

Цепь детектора тока контролирует состояние симистора после открытия путем измерения падения напряжения на затворе симистора. Ток, протекающий через симистор, распознается, когда падение напряжения превышает пороговый уровень номинального значения 40 мВ.

Если симистор выключен в пределах соответствующей полуволны после запуска (например, из-за низких токов нагрузки до или после пересечения нуля или после коммутации двигателя из-за щеток), схема автоматического повторного включения обеспечивает немедленное повторное включение, если необходимо с высокой частотой повторения, t_pp/t_p, до тех пор, пока симистор не откроется.

 

Синхронизация по току

Синхронизация по току выполняет две функции:

• Контроль тока после запуска. В случае, если симистор снова закрывается или он не включается, автоматический запуск активируется до тех пор, пока запуск не будет успешным.
• Избежание срабатывания из-за индуктивной нагрузки. В случае работы с индуктивной нагрузкой токовая синхронизация гарантирует, что в новой полуволне не будет импульса, пока есть ток, доступный из предыдущей полуволны, который протекает в противоположной полярности к фактическому напряжению питания.

Особенностью интегральной схемы U2010B является реализация функции токовой синхронизации. Микросхема оценивает напряжение на импульсном выходе между затвором и опорным электродом симистора. Это приводит к экономии отдельного входа синхронизации тока с заданной серией сопротивлений.

 

Синхронизация напряжения с компенсацией сетевого напряжения

Детектор напряжения синхронизирует опорное линейное изменение с напряжением сети. В то же время зависящий от сети входной ток на выводе 15 формируется и выпрямляется внутри. Этот ток активирует автоматическое повторное включение и в то же время доступен на выводе 5. При соблюдении подходящих значений можно получить указанный эффект компенсации. Автоматическая перезагрузка и компенсация сетевого напряжения не активируются до того как |V_{15 — 10}| не превысит 8 В. Сопротивление R_sync. определяет ширину импульса при пересечении нуля, ток синхронизации и, следовательно, ток компенсации сетевого напряжения питания.

 

Если компенсация сетевого напряжения и автоматическое повторное включение не требуются, обе функции могут быть отключены путем ограничения |V_{15 — 10}| ≤ 7 В, см. рисунок 4.

 

Компенсация тока нагрузки

Схема непрерывно измеряет ток нагрузки как падение напряжения на сопротивлении R₆. Отслеживание и использование обеих полуволн  приводит к быстрой реакции на изменение тока нагрузки. Из-за падения напряжения на сопротивлении R6 существует разница между обоими входными токами на контактах 1 и 2. Эта разница контролирует внутренний источник тока, положительные значения тока которого доступны на выводах 5 и 6. Выходной ток, генерируемый на выводе 5, содержит разницу между отслеживаемым током нагрузки и  компенсацией напряжения сети, см. рисунок 2.

Эффективное управляющее напряжение на выводе 4 представляет собой конечный ток на выводе 5 вместе с желаемым значением сети. Увеличение сетевого напряжения вызывает увеличение угла управления, увеличение тока нагрузки приводит к уменьшению угла управления. Это позволяет избежать снижения оборотов при увеличения нагрузки, а также увеличения оборотов при повышении напряжения сети.

 

Ограничение тока нагрузки

Общий выходной ток нагрузки доступен на выводе 6. Он дает падение напряжения на  R₁₁. Когда потенциал тока нагрузки достигает примерно 70% от порогового значения (V_T70), то есть около 4,35 В на выводе 6, он переключает компаратор высокой нагрузки и размыкает переключатель между контактами 11 и 12. Используя светодиод между этими контактами (11 и 12) может быть реализована индикация высокой нагрузки.

Если напряжение на выводе 6 увеличивается примерно до 6,2 В (= V_T100), оно переключит компаратор перегрузки. Последующее поведение задается  наличием или отсутствием перемычек на выводе 9 (режим работы).

 

Выбор режима:

a) α_max (V₉ = 0)

В этом режиме работы контакт 13 переключается на -V_S (контакт 11) и контакт 6 на GND (контакт 10) после того, как V₆ достигает порога V_T100. Конденсатор плавного пуска закорачивается, а угол управления переключается на α_max. Это положение сохраняется до тех пор, пока напряжение питания не отключится. При повторном включении питания двигатель можно снова запустить с функцией плавного пуска. Поскольку состояние перегрузки переключает контакт 13 на контакт 11, можно использовать меньший угол управления, α_max, путем подключения дополнительного сопротивления между контактами 13 и 14.

b) Автоматический запуск (контакт 9 – отключен), см. рисунок 12. Схема работает так, как описано выше (α_max (V₉ = 0)), за исключением того, что контакт 6 не подключен к GND. Если значение V₆ уменьшается до 25% от порогового значения (V_T25), схема снова активируется с плавным пуском.

с) I_max (V₉ = V₈), см. рисунок 14. Когда V₆ достигает предельного значения максимальной перегрузки (т. е. V₆ = V_T100), контакт 13 переключается на контакт 8 (V_Ref) через сопротивление R (= 2 кОм) без разрядки конденсатора плавного пуска на контакте 7. При таком режиме работы возможно прямое регулирование тока нагрузки (I_max). Рекомендуемая схема представлена на рисунке 19.

 

Абсолютные максимальные значения

Напряжения, выходящие за пределы, перечисленные в разделе «Абсолютные максимальные значения», могут нанести существенный ущерб устройству. Это только номинальные значения напряжения, и функциональная работа устройства в этих или любых других условиях, помимо тех, которые указаны в рабочих разделах данной технической документации, не подразумевается. В условиях воздействия абсолютными максимальными значениями на длительные периоды может повлиять на надежность устройства.

Контрольная точка контакт 10, если не указано иное

Параметр	Выводы	Обозначение	Значение	Ед. Изм.
Ток потребления t < 10 мкс	11	-Is	30	мА
	11	-is	100	мА
*Токи синхронизации* t < 10 мкс	15	± IsyncV	5	мА
	15	±isyncV	20	мА
Фазовое управление
Управляющее напряжение	4, 8	-Vi	0 — V8	В
Входной ток	4	±Ii	500	мкА
Зарядный ток	14	— Iφ max	0.5	мА
Плавный пуск
Входное напряжение	7, 8	-Vi	0 — V8	В
Импульсный выход
Входное напряжение	16	+Vi	2	В
		-Vi	V11	В
Источник опорного напряжения
Выходной ток t < 10 мкс	8	Io	10	мА
	8	Io	30	мА
Измерение тока нагрузки
Входные токи	1, 2	±Ii	1	мА
Входные напряжения	5, 6	-Vi	0 – V8	В
Выход перегрузки	13	IL	1	мА
Выход с высокой нагрузкой t < 10 мкс	12	IL	30	мА
	12	IL	100	мA
Диапазон температур хранения		Tstg	-40 … +125	°C
Диапазон температуры кристалла		Tj	125	°C
Диапазон температуры окружающей среды		Tamb	-10 … +100	°C

 

Тепловое сопротивление

Параметры		Обозначение	Значения	Ед. изм.
Кристалл – окружающая среда	DIP16	RthJA	120	K/Вт
	SO16 on p.c.		180	K/Вт
	SO16 on ceramic		100	K/Вт

 

Электрические характеристики

Параметры	Условия испытаний	Выводы	Обозначение	Мин.	Ном.	Макс.		Ед. изм.
Питание                                                                                                                                                11
Ограничение напряжения питания	-Is = 3.5 мА -Is = 30 мА	—	-Vs -Vs	14.5	—	16.5		В
				14.6	—	16.8		В
Потребляемый ток	-Vs = 13.0 В	1, 2, 8 и 15 отключены	-Is	—	—	3.6		мА
Источник опорного напряжения                                                                                     8
Опорное напряжение	-IL = 10 мкА -IL = 2.5 мА	—	-VRef -VRef	8.6	8.9	9.2		В В
				8.4	8.8	9.1
Температурный коэффициент	IS = 2.5 мA IS = 10 мкA	—	TCVRef TCVRef	— —	-0,004 +0,006	— —		%/K %/K
Контроль напряжения                                                                                                           11
Порог включения	—	—	-VSon	—	11.3	12.3		В
Синхронизация фазового управления                                                                          15
Входной ток	Синхронизация напряжения	—	±IsyncV	0.15	—	2		мА
Ограничение напряжения	±IL = 2 мA	—	± VsyncV	8.0	8.5	9.0		В
Входной ток	Синхронизация тока	16	±IsyncI	3	—	30		мкА
Опорное линейное напряжение, см. рис. 5
Ток заряда	—	14	-Iφ	1	—	100		мкА
Пусковое напряжение	—	3	-Vmax	1.85	1.95	2.05		В
Температурный коэффициент от пускового напряжения	—	3	TCR	—	-0.003	—		%/K
Конечное напряжение	—	3	-Vmin	(V8 ± 200 мВ)
Rφ — опорное напряжение	Iφ = 10 мкA	11, 14	VRφ	0.96	1.02	1.10		В
Температурный коэффициент	Iφ = 10 мкA Iφ = 1 мкA	14	TCVRφ TCVRφ	— —	0,03 0,06	— —		%/K %/K
Импульсный выходной ток	V16 = -1.2 В, рис.	16	I0	100	125	150		мА
Ширина выходного импульса	VS = Vlimit C3 = 3.3 нФ, см. рис.	16	tp	—	30	—		мкс
Автоматический перезапуск
Частота повторения	I15 ≥ 150 мкA	—	tpp	3	5	7.5		tp
Пороговое напряжение	—	16	±VI	20	—	60		мВ
Плавный пуск, см. рис.    и рис.                                                                                          7
Пусковой ток	V7 = V8	—	-I0	5	10		15	мкА
Конечный ток	V7-10 = -1 В	—	-I0	15	25		40	мкА
Ток разряда	—	—	+I0	0.5	—		—	мА
Выходной ток	—	4	+I0	0.2	—		2	мА
Компенсация сетевого напряжения см. рис.                                                                15
Коэффициент передачи	I15/I5	15/5 (1 и 2 не подключены)	Gi	14	17		30	—
Выходной ток смещения	V(R6) = V15 = V5 = 0	—	±I0	—	—		2	мкА
Детектирование тока нагрузки, R1 = R2 = 3 кОм, V15 = 0, V5 = V6 = V8, см. рис.
Коэффициент передачи	I5/150 мВ, I6/150 мВ	—	GI	0.28	0.32		0.37	мкА/мВ
Выходные токи смещения	—	5, 6, 7, 8	-I0	0	3		6	мкА
Опорное напряжение	I1, I2 = 100 мкA	1,2	VRef	300	—		400	мВ
Амплитуда напряжения шунта	см. рис.	—	±V(R6)	—	—		250	мВ
Ограничение тока нагрузки                                                                                                 6, 7, 8
Переключение с высокой нагрузкой	Порог VT70 см. рис.	—	VT70	4	4.35		4.7	В
Переключение при перегрузке	Порог VT100 см. рис.	—	VT100	5.8	6.2		6.6	В
Переключение при сбросе	Порог VT25 см. рис.	—	VT25	1.25	1.55		1.85	В
Входной ток	*Режим запроса*	—	Ii	—	—		1	мкА
Выходной импеданс	Режим переключения	—	R0	2	4		8	кОм
Вход для программирования, см. рис.,                                                                          9
Входное напряжение – автозапуск	—	9 не подключен	-V9	3.8	4.3		4.7	В
Входной ток	V9 = 0 (αmax) V9 = V8 (Imax)	—	-I9 I9	5 5	10 10		20 20	мкА мкА
Выход высокой нагрузки, VT70, см. рис. , I12 = -3 мA                                             11, 12
Напряжения насыщения	V6-8 ≤ VT70 V6-8 ≥ VT70	—	Vsat Vlim	0.5 7.0	0.75 7.4		1.0 7.8	В В
Выход перегрузки, VT100, V9 = Open или V9 = V10, см. рис.
Ток утечки	V6-8 ≤ VT25, V13 = (V11+1) В	13	Ilkg	—	—		0.5	мкА
Напряжения насыщения	V6-8 ≥ VT100, I13 = 10 мкA	11, 12, 13	Vsat	—	—		0.1	В
Выходной ток, максимальная нагрузка	V9 = V8, см. рис.	13	I13	—	—		1	мА
Ток утечки	V6 ≤ VT100	13	Ilkg	—	—		4	мкА
Выходной импеданс	Открытый коллектор, V6 ≥ VT100	13	R0	2	4		8	кОм
Напряжение насыщения	V6-8 ≥ VT100, I13 = 10 мкA	13	V13-8	—	100		—	мВ