IC1的3脚外围电路的C3、R5时构成上电软启动时间维持以及电路保护状态维持的关键性电路。实际上不管是电路软启动的控制还是保护电路的启动控制,其最终结果均反映在I的3脚的电平状态上。当电路上电或保护电路启动时,IC1的3脚为高电平,对电容C3沿R5支路进行充电。当导致保护电路启动的诱因消失后,C3通过R5支路进行放电,因放电所需时间较长,故电路的保护状态仍得以维持一段时间。
当IC1的3脚为高电平时,将沿R8、VD4支路对电容C7进行充电,同时将电容C7两端的电压提供给IC2的4脚,使IC2的4脚保持为高电平状态。从图3-2的芯片内部电路可知,当4脚为高电平时,将抬高芯片内死区时间比较器同相输入端的电位,使该比较器输出保持为恒定高电平,经或门、或非门后使内置的三极管VT1和三极管VT2均截止。当IC2内置三极管VT1和三极管VT2截止时,图3-4电路中的VT5和VT8处于饱和导通状态,VT5、VT8导通后,其后级的MOS管VT6和VT9将因栅极无正偏压而都处于截止状态,逆变电源电路停止工作。
IC1的5脚外接电容C4和6脚外接电阻R7为脉宽调制器的定时元件,所决定的脉宽调制频率为:F=1.1÷ (0.0047×4.3)kHz=50kHz.即电路的三极管VT1、VT2、VT3、VT4、变压器T1的工作频率均为50KHZ左右,因此T1应选用EL33型的高频铁氧体磁心变压器,变压器T1的作用是将12V脉冲升压为220V的脉冲,其初级匝数为20×2,次级匝数为380。
IC2的5脚外接电容C8和6脚外接的电阻R14为脉宽调制器的定时元件,所决定的脉宽调制频率为:F=L1÷(C8×R14)=1.1÷(0.1×220)kHz=50Hz。
R29、R30、R27、C11、DZ2、组成XAC插座220V输出端的过压保护电路,当输出电压过高时将导致稳压管DZ2击穿,使IC2的4脚的对地电压上升,芯片IC2内的保护电路动作,切断输出。
3.4 本章小结
这一章主要介绍了车载逆变电源的原理以及在原理中应用到主要芯片TL494CN。逆变电源的主要思路是以TL494CN为控制核心,通过二次频变,分三个步骤来实现。其中电路保护的设计要求有点高,是在王老师的指导下完成设计的。
- 18 -
第四章 原理图绘制和电路板调试
随着电子工业的发展,新型器件尤其是集成电路的不断涌现,电路板设计越来越复杂和精密,手工设计越来越难以适应形势发展的需要。计算机的普及和发展很好地解决了这个问题。人们可以利用CAD辅助设计软件进行辅助设计。这些软件有一些共同的特征:他们都能够协助用户完成电子产品线路的设计工作,比较完善的电子线路CAD软件至少具有自动布线的功能,更完善的还应有自动布局、逻辑检测、逻辑模拟等功能。Protel就是这类软件中的杰出代表。
4.1 PROTEL99介绍
Protel99的一个最大的特点就是它采用了“客户/服务器”这样的架构。用户在设计大型系统原理图时,可采用自上而下的模块化设计方案。用户可以先分别对各基本块进行设计,全部完成后再按照各个基本块之间的关系将他们再组织起来形成一个整体,从而完成系统的整个设计过程。相反,用户也可以实现自下而上的设计。
Protel99的PCB设计组件具有强大的设计自动化功能、编辑功能以及完善的库元件管理等。它能提供交互式的全局编辑,对象属性的修改操作同原理图一样。PCB设计组件的设计自动化是借助于自动布线组件实现的,同时他还具备在线式的设计检查功能(DRC),以修正违反设计规则的错误。它同时也具备了完善的库元件管理功能,用户可以方便地创建一个新的PCB元件。通过网络还可以共享更多用户库。
在Protel99中,实现自动布线的组件是Route 5.0,它主要为PCB设计组件实现设计的自动化功能而服务。该方法基于人工智能,可以对PCB版面进行优化。[8]
4.2 原理图的绘制
先新建一个DATABASE。然后在Documents中建立sch文件。就可以在原理图文件中绘制原理图了。
首先要在Libraries中添加lib文件。常用的lib在Library\\sch\\目录下
- 19 -
的Miscellaneous Devices.ddb文件和Protel DOS Schematic Libraries.ddb文件中都有了。电阻的Filte是RES1,电解电容的Filte是CAPACITOR,瓷片电容的Filte是CAP,IC1,IC2的Filte是DIP—16,可变电阻的Filte是POT1,SW1的Filte是SW DIP-4,稳压二级管的Filte是DIODE VARACTOR,三级管的Filte是NPN,发光二极管的Filte是LED,变压器的Filte是T1,MOS管的Filte是NPN,其他没的就需要在DATABASE中新建lib文件。
把器件挪到图纸上,双击它,可以修改它的属性。在Desianation中写入器件的名称,在Part中写入器件的数值,在Footprint中写入器件的封装。只要把这些元件放在合适的位置,再按照设计的电路图把器件用线连起来就可以了。最后只要加以修改,使得图纸变得美观。
4.3 PCB图的绘制
在该DATABASE中新建PCB文件。在Design栏中的Options选项中的Layers页中,选中TopLayer和BottomLayer,在Silkscreen中选择TopOverlay和BottomOverlay,在Other中选择Keepout和Multilayer。其中Keepout和Mech层规定了PCB板的电气界限和物理界限。
Protel99提供了众多的工作层,我们需要对它们有一定的了解。如Signal Layer(信号层)、Internal Plane(内部电源/接地层)、Mechanical Layer(机械层)、Drill Layer(转孔层)、Solder Mark(阴焊层)、Paste Mark(防锡膏层)、Silkcreen(丝印层)、Others(其他层)。
其中Signal Layer(信号层)由16个子层组成,包括TopLayer(顶层)、BottomLayer(底层)、Mid1(中间层1)、Mid2(中间层2)、Mid3(中间层3)、?.、Mid14(中间层14)。信号层中的顶层和底层主要用于放置元件和信号的走线,中间层主要用放置信号的走线。
Mechanical Layer(机械层)也有四个。分别为Mech1、Mech2、Mech3、Mech4。他们主要用于放置有关制作和装配的信息。
和绘制原理图一样,要在Beowse PCB的边框中选择Libraries,增加Library\\Pcb\\Generic Footprints\\目录下的
Advpcb.ddb
文件和
Miscellaneous.ddb文件。常用的封装在这里都有了。
电解电容的Footprints是E5-10,瓷片电容的Footprints是E5-10,电阻的Footprints是0805, D2 LED的Footprints是RAD 0.2,三极管的Footprints是
- 20 -
E5-10,可变电阻Rt还有CK4的封装是自己由BNC的基础上修改的。SW DIP-4的Footprints是绘制在Topoverlay层上的。
绘制的方法也和原理图一样,把器件拖到PCB图上后,双击。可以在Component对话框中Designator中对器件命名。可以自己手动布线,也可以在原理图中生成网络表,再由网络表产生PCB图。确定了物理和电气界限后就可以自动布线了。
在原理图中的Reports中的Bill of Material,选择Sheet、Footprint、Description就可以生成网络表。然后在PCB的界面下选Design的Load Nets,便可以载入网络表了。再使用Auto Route工具就可以自动布线了,生成PCB图。(如图4-1)。
图4-1 PCB图
4.4 实物的制作及调试
在PCB板子上安装元器件比在面包板上安装简单多了,板子表层上都已标好
- 21 -
元器件的位置,只是在焊接的时候应当注意虚焊。
实物做出来后,接下来就是对其进行调试。在调试之前,必须要用万用表检查场效应管的各个管脚是否有短路现象,因为出现短路,一旦在电路板两端加入12V直流电源,很容易就烧掉场效应管。确保没有任何问题的时候,开始在输入端加入电压源,在输出端用示波器检测,但发现输出的波形比较乱。我马上仔细的检查各个线路,但发现都没有错的。但是测量芯片IC1的3脚对地直流电压时,该电压在1V以上说明芯片已经被软启动,第一步逆变部分正常工作。经过几天的检查,无奈找不出问题,调试结果失败了。
4.5本章小结
这一章主要介绍了运用protel软件设计电路原理图和PCB图的过程以及电路板的调试。在PCB图的绘制过程中,遇到了封装上的问题。由于是第一次画PCB图,书上又没有详细介绍每个元器的对应封装表。我是在同学的帮助下完成封装的。由于很多无法预料的因素,在调试时遇到许多问题无法解释清楚。
- 22 -