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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK NF-Leistungsverstärker mit Diagnosetools TDA1562Q. Vergleichsdaten
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Referenzmaterialien Bei der beschriebenen Mikroschaltung handelt es sich um einen monophonen Brückensignalverstärker 3H mit einer maximalen Ausgangsleistung von bis zu 70 W bei einer Last von 4 Ohm und ist für den Einsatz in Tonwiedergabegeräten im Automobil- und Haushaltsbereich vorgesehen. Strukturell ist der Verstärker in einem DBS17P-Kunststoffgehäuse mit 17 starren verzinnten Leitungen untergebracht (Abb. 1).
Die hintere flache Seite des Gehäuses besteht aus einer metallischen Kühlplatte. Mit dieser Seite wird die Mikroschaltung an der massiven Metallwand des Gerätes befestigt, nachdem die Verbindungsfläche zuvor mit Wärmeleitpaste bedeckt wurde. Das Gewicht des Geräts beträgt nicht mehr als 10 g. Mit einem Minimum an erforderlichen externen Komponenten ermöglicht die Mikroschaltung den Aufbau eines Verstärkers mit hoher Ausgangsleistung, der von einer unipolaren Quelle gespeist wird. Wenn der Verstärker an die Betriebsspannung angeschlossen ist, kann er sich in einem von drei Modi befinden: „Ein“, „Mute“ und „Standby“. Im Betriebsmodus „Ein“ verstärkt die Mikroschaltung das Eingangssignal und gibt die eingestellte Leistung an die Last ab, während sie den entsprechenden Strom verbraucht (bis zu mehreren zehn Ampere). Im Silent-Modus durchläuft kein Eingangssignal den Ausgang des Verstärkers, seine leistungsstarken Ausgangsstufen bleiben jedoch eingeschaltet. Aus diesem Grund verbraucht der Verstärker viel Strom, kann aber fast augenblicklich in den „Ein“-Modus wechseln. Im „Standby-Modus“ sind fast alle Komponenten des Verstärkers stromlos und er verbraucht einen vernachlässigbaren Strom aus der Stromquelle – normalerweise einige Mikroampere. Die Umschaltzeit vom „Standby-Modus“ in den „Ein“-Modus beträgt maximal 50 ms. Das Umschalten von einem Modus in einen anderen erfolgt durch Anlegen einer Steuerspannung an den Modusauswahleingang der Mikroschaltung. Der Verstärker hat ein sehr niedriges Eigenrauschen und eine geringe harmonische Verzerrung. Ein vereinfachtes Funktionsdiagramm des Verstärkers und eine typische Schaltung für seinen Anschluss sind in Abb. dargestellt. 2.
Wenn die Ausgangsleistung 18 W nicht überschreitet, arbeitet der Verstärker im Klasse-B-Modus. Bei einer weiteren Erhöhung des Eingangssignalpegels erhöht sich die interne Versorgungsspannung des Verstärkers aufgrund der Einbeziehung von Spannungserhöhungseinheiten mit externem Hochleistungsoxid Kondensatoren, die an die Pins 3,5 und 13 der Mikroschaltung angeschlossen sind, wie im Funktionsdiagramm gezeigt. Der Verstärker wechselt in den Class-H-Modus und die Ausgangsleistung erhöht sich auf 15 W. Wenn sich der Mikroschaltungskristall auf eine Temperatur von 70 °C erwärmt, schaltet der eingebaute Temperatursensor den Verstärker in den Klasse-B-Modus. Die Ausgangsleistung überschreitet 120 W nicht. Sinkt die Versorgungsspannung U der Mikroschaltung auf 7 V, schaltet der Verstärker automatisch in den „Silent“-Modus. Bei einer anschließenden Erhöhung der Versorgungsspannung auf 9 V kehrt der Verstärker in den „Ein“-Modus zurück. Die Mikroschaltung ist außerdem mit eingebauten Schutzeinheiten gegen gegenseitigen Kurzschluss der Ausgangsleiter und deren Kurzschluss mit dem positiven Stromkabel und dem gemeinsamen Kabel ausgestattet. Pinbelegung der Mikroschaltung: Pin. 1 - nicht invertierender 3H-Signaleingang; vyv. 2 – invertierender Eingang des 3H-Signals; vyv. 3 und 5 - Anschlüsse zum Anschluss des Stromversorgungskondensators des Oberarms des Verstärkers gemäß der Schaltung; vyv. 4 - Steuersignaleingang zum Umschalten (Auswählen) der Betriebsart; vyv. 6 und 12 - gemeinsame Kabelklemmen, Minusklemmen der Stromversorgung; vyv. 7 - direkte Ausgabe des 3H-Signals; vyv. 8 - Signalausgang der Diagnoseeinheit; vyv. 9 und 10 - positive Anschlüsse der Stromversorgung; vyv. 11 – invertierte Ausgabe des 3H-Signals; vyv. 13 und 15 - Anschlüsse zum Anschließen des Spannungserhöhungskondensators des unteren Zweigs des Verstärkers gemäß dem Diagramm: Pin. 14 - Steuerausgang der internen Referenzspannungsquelle: Pin. 16 – Eingang des Verstärkerzustands-Steuersignals; Anzeigesignalausgang; vyv. 17 - Ausgang des gemeinsamen Signalkabels. Um den Anforderungen einer intelligenten Leistungssteuerung gerecht zu werden, sind im Chip Diagnose- und Steuer-/Anzeigeeinheiten für den Verstärkerstatus integriert. Die Diagnoseeinheit informiert über Notfallsituationen im Lastkreis und über Überlastung des Verstärkers. Am Ausgang des Knotens (Pin 8) erscheint ein Signal, dessen Höhe und Art leicht bestimmt werden kann. Was ist mit der Last passiert? Sie hatte einen Kurzschluss mit einem der Stromkabel, die Klemmen waren kurzgeschlossen oder es gab einen Bruch. Dieses Signal kann nach der Verarbeitung durch den Mikrocontroller an die entsprechenden Eingänge des Verstärkers angelegt werden, wodurch dieser in den abgesicherten Modus versetzt wird. Die Steuer-/Statusanzeigeeinheit verfügt nur über einen externen Pin – 16, der sowohl als Eingang als auch als Ausgang dient. Über den Eingang können Sie den Zustand des Verstärkers steuern. Ein Befehlssignal mit hohem Pegel schaltet den Verstärker unabhängig von der Temperatur des Kristalls in den Klasse-H-Modus (Spannungsverstärkung ein). Bei einem durchschnittlichen Befehlssignalpegel schaltet der Verstärker unabhängig von der Temperatur des Kristalls in den Klasse-B-Modus. Ein Befehl mit niedrigem Pegel versetzt den Verstärker sofort in den Ruhemodus. Ohne Verzögerung wechselt der Verstärker vom „Silent“-Modus in den „On“-Modus und der Wechsel der Verstärkungsklasse von B nach H und umgekehrt erfolgt in dem Moment, in dem das Eingangssignal den „Nullpunkt“ durchläuft. Wenn an diesen Eingang keine Steuerspannung angelegt wird, wird er zum Ausgang und der aktuelle Zustand des Verstärkers kann anhand der Ausgangssignale beurteilt werden. Die Ausgangsspannung kann drei diskrete Stufen annehmen: niedrig, mittel und hoch. Ein niedriger Wert weist darauf hin. dass sich der Verstärker im Silent-Modus befindet; mittel – im „Ein“-Modus und Betrieb in Klasse B wird die Spannungserhöhung durch ein Signal vom Temperatursensor ausgeschaltet (Temperatur übersteigt 120 °C); hoch – der Verstärker arbeitet in der Klasse H. Die Kristalltemperatur beträgt weniger als 120 °C. Das Umschalten des Verstärkers von Klasse B auf H erfolgt in dem Moment, in dem das Eingangssignal 34 „Null“ durchläuft. Wichtigste technische Merkmale
Betriebsgrenzen
Der Betrieb des Verstärkers in verschiedenen Modi wird durch vereinfachte Zeitdiagramme in Abb. veranschaulicht. 3.
Im ersten Moment liegt die Versorgungsspannung Up am Verstärker an und ein High-Pegel-Signal Uin control/ind liegt am Eingang der Steuer-/Anzeigeeinheit (Pin 16). Zum Zeitpunkt t empfing der Modusauswahleingang (Pin 4) ein High-Pegel-Signal, das dem Umschalten des Verstärkers in den „Ein“-Modus entspricht. Die Referenzspannungsquelle beginnt in den Betriebszustand zu gelangen (die Spannung an Pin 14 steigt). Bei einer bestimmten Schwellenspannung zum Zeitpunkt t2 wird der Verstärker eingeschaltet und an der Last erscheint eine Spannung von 3H Umax XNUMXH. und der Verstärker arbeitet im Klasse-H-Modus. Zum Zeitpunkt t3 wird der Verstärker am Eingang der Bedien-/Anzeigeeinheit in den Klasse-B-Modus geschaltet. Wenn die Spannung des 3H-Eingangssignals einen signifikanten Pegel aufweist, erfolgt sofort eine Begrenzung des Ausgangssignals. Zum Zeitpunkt t5 wird ein Befehl an den Eingang der Steuer-/Anzeigeeinheit gesendet, um den Verstärker in den Klasse-H-Modus zurückzusetzen. Beim ersten Übergang des Signals 34 durch „Null“ (Moment U) erfolgt diese Umschaltung. Während der Zeit von Zum Zeitpunkt t7 - t8 befindet sich der Verstärker im Modus „Ruhe“, und sowohl der Eintritt in diesen Modus als auch die Rückkehr in den Ausgangszustand erfolgen synchron mit dem Befehl, ohne auf den Übergang durch „Null“ zu warten. Im Intervall t9 - t12 wird der Verstärker in den gleichen „Silence“-Modus geschaltet, jedoch mit dem Signal Uper.mode am Steuereingang (Pin 4). Reis. 3 zeigt, dass in diesem Fall die Umschaltung in den Momenten erfolgt, in denen das 3H-Signal „Null“ durchläuft (in den Momenten t10 und t12). Reduziert man die Versorgungsspannung auf 7 V (t13), geht der Verstärker sofort in den „Silent“-Modus und kehrt auch ohne Verzögerung wieder in den „On“-Modus zurück, sobald die Versorgungsspannung ansteigend 9 V erreicht (t14). Zum Zeitpunkt t15 schaltet der Verstärker in den „Standby-Modus“. Wenn Pin 16 der Mikroschaltung als Ausgang der Steuer-/Anzeigeeinheit verwendet wird, erscheint zum Zeitpunkt des Einschaltens des Verstärkers (t1) an diesem Ausgang ein Ausgangssignal. control/ind, niedriger Pegel, entsprechend dem „Silence“-Modus. Sobald der Verstärker zu arbeiten beginnt (t2). An Pin 16 erscheint entweder ein hoher oder ein mittlerer Pegel (dargestellt durch die gestrichelte Linie), abhängig von der Temperatur, auf die der Mikroschaltungskristall erhitzt wird – weniger als 120 °C oder mehr. Das Umschalten des Verstärkers und das Ändern der Ausgangspegel von Pin 16 erfolgen in den Momenten, in denen das 3H-Signal „Null“ durchläuft (t4, t0, t10, t12). Ausnahmen bilden schnelle Übergänge in den „Silent“-Modus und zurück (t7, t8), während der Signalpegel an Pin 16 unverändert bleibt, sowie Fälle des Absenkens der Versorgungsspannung (t13, t14). Die Diagnoseeinheit dient zur Überwachung der Ausgangskreise des Verstärkers. Informationen über Notfallsituationen in der Last werden an Pin 8 (Open-Collector-Ausgang) gesendet. Vereinfachte Diagramme der U-Signale an diesem Ausgang sind in Abb. dargestellt. 4.
Im Normalmodus ist Pin 8 hoch (t0 - t2). Das Fehlen eines Tonsignals Uout am Ausgang des Verstärkers während der Zeit t0 - t1 wird durch die Anwendung des Befehls „Silence“ auf den Modusauswahleingang erklärt. Kommt es zu einer Überlastung der Endstufen des Verstärkers und damit zu einer Signalbegrenzung, kommt ein dynamischer Verzerrungsdetektor zum Einsatz und am Ausgang der Diagnoseeinheit erscheinen schmale Low-Pegel-Impulse (t2 - 13). Dieses Signal kann einem elektronischen Eingangsdämpfer zugeführt werden (er ist im Diagramm in Abb. 2 nicht dargestellt), der die Amplitude des 3H-Eingangssignals reduziert, bis die Verzerrung verschwindet. Wenn das eine oder andere Ausgangskabel mit dem positiven Stromkabel oder dem gemeinsamen Kabel kurzgeschlossen wird, verschwindet die Spannung an diesem Ausgangskabel und an Pin 8 wird der hohe Pegel durch einen niedrigen Pegel ersetzt – etwa 0,6 V (t4). Nach Aufhebung der Notschaltung wird die Spannung am Verstärkerausgang nach ca. 20 ms (t5) automatisch wiederhergestellt. Das Kurzschließen der Ausgangsklemmen des Verstärkers untereinander führt dazu, dass am Ausgang der Diagnoseeinheit eine Folge kurzer (50 μs) Hochpegelimpulse mit einer Periode von 20 ms (t6 – t7) erscheint. Unmittelbar nach dem Umschalten des Verstärkers vom Standby-Modus in den Silent- oder On-Modus prüft der eingebaute Lastdetektor, ob eine Last angeschlossen ist. Wenn in diesem Moment der Lastwiderstand 100 Ohm überschreitet. dann zwingt der Lastdetektor den Verstärker in den „Silence“-Modus und an Pin 8 liegt zu diesem Zeitpunkt ein Low-Pegel an (in Abb. 4 ist dies durch eine gepunktete Linie im Zeitintervall t0 - t1 dargestellt). Reis. 5 veranschaulicht die Funktionsweise von Wärmeschutzsystemen. Wenn die Kristalltemperatur 120 °C nicht überschreitet, kann der Verstärker im Klasse-H-Modus betrieben werden (durchgezogene Linie im Diagramm der Zeitabhängigkeit der Amplitude des Ausgangsaudiosignals Uout.zh). In diesem Fall liegt sowohl am Ausgang der Diagnoseeinheit als auch am Ausgang der Steuer-/Anzeigeeinheit ein High-Pegel an.
Wenn die Kristalltemperatur auf 120 °C ansteigt, schaltet der Temperatursensor den Verstärker in den Klasse-B-Modus und der hohe Pegel am Ausgang der Steuer-/Anzeigeeinheit ändert sich auf mittel. In Fällen, in denen die Kristalltemperatur aus dem einen oder anderen Grund weiter ansteigt und einen Wert von 145 °C erreicht, erzeugt die Wärmeschutzeinheit ein Signal, mit dem die Diagnoseeinheit den hohen Ausgangspegel in einen niedrigen ändert und so dies warnt die Kristalltemperatur nähert sich dem maximal zulässigen Wert von 150° C. Dieser Spannungsabfall kann zum Abschalten des Eingangssignals oder des Verstärkers selbst genutzt werden. Sobald die maximale Temperatur erreicht ist, muss der Eingangssignalpegel auf Null reduziert werden, um eine Beschädigung des Mikroschaltkreises zu vermeiden (bei einer Temperatur von 160 °C). Autor: V. Chudnov
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