功率调节UAA1016B的特性及其应用

    摘要：介绍了过零比例控制驱动IC-UAA1016B的工作原理及两个实际运用电路。

    关键词：电磁干扰　过零触发　比例控制

1 引言

    目前，大量交流调温调速器都使用可控硅移相触发调压电路，虽然电路简单，调试容易，但是在进行功率调节时会使电源波形发生畸变，产生大量的高频电磁辐射（在移相角为90°时最大），对其他电子产品的正常工作产生很大的干扰，特别是对广播、通信、计算机等设备影响更大，严重时甚至使他们无法正常工作。大量的高频电磁辐射产生的电磁污染还会影响人的身体健康，这种影响随着家电设备的增多和功率的增加而加重，移相触发调压电路产生大量的高次谐波，还会引起的传导干扰，不但会干扰同一供电线路的电器的正常工作，严重时甚至会威胁整个电网的安全，现已成为电力公害。此外，在进行功率调节时，可控硅导通瞬间会产生浪涌干扰，在感性负载和大电流负荷时尤其严重。

    为了解决浪涌干扰和高频电磁辐射等问题，电子工程师开发出了过零触发电路，让电路在交流电压过零时接通负载。为了调节功率，又开发了比例控制电路，通过改变单位时间内的可控硅导通的时间所占的比例，改变单位时间内通过的周波数以改变负载获得的平均功率。单位时间内通过的周波数越多，负载获得的平均功率越大。

    UAA1016B是MOTOROLA公司开发的同时集成了比例控制和过零触发的多功能新型温控/调功驱动IC，能对大功率负载进行过零比例控制。

２ UAA1016B特性

    它的主要特性：能绝对与电源电压相位同步，实现过零开关，无噪声，无火花；能作比例控制，控制精度和稳定性远高于开关型控制方式；外围元件少，可直接外接温度传感器；直接从主电源供电，无需电源变压器；传感器故障时，自动关断输出，保护用电设备；驱动能力强，能带10kW负载。UAA1016B的主要参数见下表1。

表1 UAA1016B主要参数

    UAA1016B是双列直插式8引脚IC，内部框图见图1。它主要由电源、锯齿波发生器、采样全波逻辑、同步电路、脉冲放大器、比较器和故障保护电路等组成。下面结合UAA1016B调温控温典型应用电路介绍其工作原理。

    Cpin2为锯齿波发生器的外接电容，改变它的大小可以改变锯齿波的周期Tc。锯齿波发生器产生的锯齿波电压由1引脚输出，经R4送到电路4引脚，比较器对3引脚和4引脚的电压进行比较，并输出相应的高低电平，形成与锯齿波频率相同的矩形波，矩形波的占空比取决于3引脚电压的高低，3引脚电压越高，占空比越大。该矩形波电压送到采样全波逻辑电路，该电路在同步电路脉冲的控制下，每个交流电源周期Tac对比较器采样一次（50Hz的交流电就采样50次），比较器输出高电平，采样电路也输出高电平。这样就保证了每次导通时至少为一个完整的正弦波，这对感性负载来说是必须保证的（有些过零触发开关每次导通时最小单位是半个正弦波，在开关感性负载时可能会损坏负载电路，使用时必须注意！）。同步电路通过8引脚的电阻检测到主回路电压过零时产生过零同步脉冲，与采样电路输出相与，产生过零触发脉冲，如果采样电路输出为低电平，则不产生过零触发脉冲。过零触发脉冲由脉冲放大器放大后由6引脚输出，触发外接双向可控硅，使之导通，负载得电工作。当温度升高时，温敏电阻阻值下降，3端的电压也下降，比较器产生的矩形波占空比变小，Tc周期内产生的过零触发脉冲数量减少，使负载单位时间内产生的功率下降，直到温度升高至设定温度时，Tc周期内产生的触发脉冲保持不变。调节R1可以设定温度高低。

    Cde是外接移相电容，当负载为感性负载时，为保证可靠触发，过零触发脉冲应适当后移，因此必须在8引脚与地之间外接大小合适的无极性电容，一般用22nF即可。

    运用UAA1016B设计控制电路时的注意事项：

    1.R4要求大于5倍R5，以保证电路稳定工作。

    2.根据温度调节范围、温敏电阻的阻值及温度特性选择R2和R3的大小，使4引脚的电压摆幅满足控温要求。

    3.合理选择R2和R3的比值，使得送到4引脚电压的变化范围以1引脚输出摆幅为中心并保持对称，且R2略大于R3。

3 应用电路

    图2为一个用于家电电取暧器和电炒锅等大功率纯电阻性负载的调温和控温电路，Rt是负温度系数温敏电阻。

    该调功电路具有如下特点：它是一个过零开关，对其它电器没有干扰，另外，它还是一个比例控制器，即它的输出功率随着控制电压的变化成比例变化，而不是简单地接通和关断，因而具有很小的过冲量和很高的稳定性。