Podstawowa praca
Teraz w tym IC mamy wiele ważnych elementów składowych. Istnieje wzmacniacz napięcia, a następnie analogowy mnożnik i dzielnik, wzmacniacz prądowy i PWM, który działa na stałej częstotliwości.
Mamy również sterownik bramki, który działa dobrze z mocy MOSFET, a następnie odniesienie 7,5 V, coś, co nazywa się przewidywnikiem linii, komparatorem obciążenia, detektorem niskiej zaopatrzenia i komparatorem nadprądowym.
Więc ten IC działa przy użyciu czegoś o nazwie średniej kontroli trybu prądu. Oznacza to, że kontroluje prąd w taki sposób, który utrzymuje częstotliwość, ale także zapewnia, że system pozostaje stabilny, a zniekształcenie pozostaje niskie.
Teraz, jeśli porównamy to z kontrolą szczytowej trybu prądu, średni typ wygląda lepiej, ponieważ utrzymuje prąd prądowy kształt fali prądu wejściowego bez konieczności kompensacji nachylenia i nie jest zbyt wrażliwy na skoki hałasu.
Ten układ scalony ma wysokie napięcie odniesienia i silny sygnał oscylatora, dzięki czemu hałas nie może go łatwo wpływać. Również dlatego, że ma szybkie obwody PWM, może działać na częstotliwościach przełączania powyżej 200 kHz, co jest dość wysokie.
Teraz możemy używać go zarówno w systemach jednofazowych, jak i trójfazowych i może obsługiwać napięcia wejściowe od 75 V do 275 V, a także współpracować z częstotliwościami linii prądu przemiennego w dowolnym miejscu od 50 Hz do 400 Hz.
Kolejną fajną funkcją jest to, że po uruchomieniu IC nie przyciąga dużej mocy, więc zasilacz zasilania nie jest przeciążony.
Jeśli chodzi o opakowanie, ten układ scalkowy jest dostępny w wersjach 16-pinowych z dipu z tworzywa sztucznego i ceramicznego (podwójny pakiet w linii), a także dostępne są również opcje montażu powierzchni. Ogólnie rzecz biorąc, całkiem przydatne układy scalone do prawidłowego tworzenia korekty współczynników mocy!
Szczegółowy opis
Ten IC UC3854 pomaga nam dokonać korekcji czynnika aktywnego w systemach, w których inaczej mielibyśmy prąd nie-sinusoidalny pobierany z sinusoidalnej linii energetycznej. Tak więc ten układ scalony upewnia się, że system wyciąga moc z linii w najlepszy możliwy sposób, jednocześnie utrzymując zniekształcenie prądu linii tak niskie, jak to możliwe, OK?
Aby to osiągnąć, mamy średnią kontrolę trybu prądu w tym IC, a to, co robi, utrzymuje bieżącą kontrolę stałej częstotliwości, ale jednocześnie zapewnia dobrą stabilność i niskie zniekształcenie.
Dobrą rzeczą w przeciętnej kontroli trybu prądu jest to, że umożliwia przesuwanie etapu wzmocnienia między trybem ciągłym a trybem nieciągłym bez powodowania problemów z wydajnością.
Ale gdybyśmy użyli trybu prądu szczytowego, potrzebowalibyśmy kompensacji nachylenia i nadal nie byłby w stanie utrzymać doskonałego prądu linii sinusoidalnej. Plus tryb prądu szczytowego ma tendencję do reagowania bardziej na przejściowe hałas, ale średni tryb prądu nie ma wiele wpływu, OK?
Teraz ten IC UC3854 ma w sobie wszystko, co potrzebujemy, aby uzyskać zasilacz, który może optymalnie wydobyć prąd z linii zasilania, przy jednoczesnym utrzymaniu zniekształceń prądu linii do minimum.
Więc tutaj mamy wzmacniacz napięcia, mnożnik analogowy i dzielnik, wzmacniacz prądowy, a także PWM o stałej częstotliwości w tym pojedynczym IC.
Ale poczekaj, ten układ scalony ma również sterownik bramki, który jest w pełni kompatybilny z MOSFETS Power, odniesieniem 7,5 V, przewidyworem linii, komparatorem obciążenia, detektorem niskiej zaopatrzenia i komparatorem nadprądowym.
Tak więc wszystko, czego potrzebujemy do korekcji czynników aktywnych, jest już w środku, co sprawia, że IC jest bardzo przydatny do projektowania wydajnych zasilaczy.
Ten IC UC3854 ma wszystkie obwody w środku, które musimy kontrolować korektor współczynnika mocy, prawda? Teraz ten układ scalony jest zaprojektowany głównie do pracy ze średnią kontrolą trybu prądu, ale dobrą rzeczą jest to, że możemy go również używać z różnymi topologii zasilania i metodami sterowania, jeśli chcemy. Jest to dość elastyczne.
Schemat blokowy
Blokada pod napięciem i komparatory Włącz
Jeśli spojrzymy na schemat blokowy, w lewym górnym rogu, widzimy dwie ważne rzeczy-komparator blokady pod napięciem i komparator Enable. Ci dwaj muszą być w stanie „prawdziwy”, aby IC mógł zacząć działać, OK?
Wzmacniacz błędu napięcia i funkcja miękka start
Następnie mamy wzmacniacz błędu napięcia, którego odwracanie wejściowe trafia do PIN VSense. Teraz na schemacie widzimy niektóre diody wokół wzmacniacza błędu napięcia, ale te diody są po prostu, aby pomóc nam zrozumieć, jak działają obwody wewnętrzne. W środku nie są to rzeczywiste diody.
A co z nieodwracającym wejściem wzmacniacza błędów? Zwykle łączy się z referencją 7,5 V DC, ale jest również używany do miękkiego start.
Tak jak się dzieje, gdy uruchomi się obwód, ta konfiguracja pozwala pętli sterowania napięcia rozpocząć działanie, zanim napięcie wyjściowe osiągnie jego końcowy poziom.
W ten sposób nie otrzymujemy tego irytującego przekroczenia, które ma wiele zasilaczy.
Następnie istnieje inna idealna dioda na schemacie między VSense a odwracającym wejściem wzmacniacza błędu, ale jest po prostu wyczyścić każde zamieszanie - nie ma dodatkowego spadku diody w rzeczywistym obwodzie. Zamiast tego w IC robimy to wszystko za pomocą wzmacniaczy różnicowych. Mamy również wewnętrzne źródło prądu, aby naładować kondensator czasowy miękkiego startowego.
Funkcjonalność mnożnika
Porozmawiajmy teraz o mnożniku. Wyjście wzmacniacza błędu napięcia jest dostępne na Pin Vaout, a jest to również jeden z wejść do mnożnika.
Kolejnym wejściem do mnożnika jest IAC, który pochodzi z prostowników wejściowych i pomaga zaprogramować kształt fali. Ten pin IAC jest wewnętrznie utrzymywany przy 6 V i działa jako aktualne dane wejściowe.
Następnie mamy VFF, który jest wejściem do przodu, a wewnątrz IC jego wartość jest kwadratowa przed przejściem do wejścia dzielnika mnożnika.
Kolejną rzeczą, która trafia do mnożnika, jest ISET, który pochodzi z PIN RSET, i pomaga ustawić maksymalny prąd wyjściowy.
Co teraz wynika z mnożnika? Prąd IMO, który wypływa z Multout PIN, a to łączy się z niewinisterstwem wejściowym bieżącego wzmacniacza błędu.
Kontrola prądu i modulacja szerokości impulsu
Teraz wejście odwrócające bieżące wzmacniacze jest podłączone do Isense Pin, a jego wyjście trafia do komparatora PWM, gdzie jest porównywany z sygnałem rampy Oscillatora z CT PIN.
Oscylator i komparator następnie kontrolują flip-flop z ustaleniami, który z kolei napędza wyjście o wysokiej prądu przy pin GTDRV.
Teraz, aby chronić MOSFET mocy, napięcie wyjściowe IC jest zaciśnięte wewnętrznie do 15 V, więc nie kończymy przejeżdżania bram MOSFET.
Połączenia prądu szczytowego i połączenia zasilające
Dla bezpieczeństwa istnieje funkcja ograniczenia prądu awaryjnego, która jest kontrolowana przez PKLMT PIN. Jeśli ten szpilka zostanie pociągnięta nieznacznie pod ziemią, impuls wyjściowy natychmiast wyłącza się.
Wreszcie mamy wyjście napięcia odniesienia na PIN VREF, a napięcie wejściowe przechodzi do PIN VCC.
Informacje o aplikacji
OK, więc ten układ scalony jest używany głównie w zasilaczach AC-DC, w których potrzebujemy korekcji czynnika aktywnego (PFC) z uniwersalnej linii AC. Oznacza to, że możemy używać go w systemach, w których napięcie wejściowe może się znacznie różnić, ale nadal musimy upewnić się, że współczynnik mocy pozostaje wysoki, a harmoniczne prąd wejściowych pozostanie niskie, OK?
Teraz aplikacje, które korzystają z tego UC3854 IC zwykle podążają za standardami Harmoniczne wejściowe sprzętu klasy D, który jest częścią EN61000-3-2.
Jest to ważny standard dla zasilaczy, które mają moc znamionową powyżej 75W, więc jeśli projektujemy coś takiego, ten IC pomaga nam spełnić te granice zniekształceń harmonicznych bez dodatkowych problemów.
Jeśli sprawdzimy wydajność tego układu scalonego w obwodzie korekcji współczynnika mocy 250 W, możemy zobaczyć, jak został on odpowiednio przetestowany przy użyciu precyzyjnego przyrządu pomiarowego PFC i THD.
Wyniki? Współczynnik mocy wynosił 0,999, który jest prawie doskonały, a całkowite zniekształcenie harmoniczne (THD) wyniosło zaledwie 3,81%. Wartości te zmierzono do 50. harmonicznej częstotliwości linii, przy nominalnym napięciu wejściowym i pełnym obciążeniu. To mówi nam, że ten układ scalk może naprawdę pomóc nam uzyskać czystą i wydajną konwersję mocy.
Typowe zastosowanie (schemat obwodu PFC)
Jeśli spojrzymy na rysunek powyżej, widzimy typowy obwód zastosowania, w którym IC UC3854 jest używany jako wstępny czynnik o wysokiej mocy i wysoką wydajność.
Jak to jest zbudowane? Mamy dwie główne sekcje w tym obwodzie:
- Obwód sterujący zbudowany wokół UC3854.
- Sekcja zasilania, która faktycznie obsługuje konwersję mocy.
Teraz sekcja zasilania tutaj jest konwerterem doładowania, a induktor w środku działa w trybie ciągłego przewodzenia (CCM).
Oznacza to, że cykl pracy będzie zależeć od stosunku napięcia wejściowego do napięcia wyjściowego, OK? Ale dobrą rzeczą jest to, że induktor pracuje w trybie ciągłym, więc prąd wejściowy falowanie przy częstotliwości przełączania pozostaje niskie.
Oznacza to, że otrzymujemy mniej hałasu na linii energetycznej, która jest ważna dla zgodności EMI.
Teraz jedną ważną rzeczą w tym obwodzie jest to, że napięcie wyjściowe musi być zawsze wyższe niż napięcie szczytowe najwyższego oczekiwanego napięcia wejściowego prądu przemiennego. Musimy więc wybrać wszystkie komponenty, upewniając się, że mogą poradzić sobie z ocenami napięcia bez żadnego problemu.
Przy pełnym obciążeniu ten obwód premierowy osiąga współczynnik mocy 0,99, bez względu na napięcie linii mocy wejściowej, o ile pozostaje od 80 V do 260 V RMS. Oznacza to, że nawet jeśli zmienia się napięcie wejściowe, obwód nadal skutecznie koryguje współczynnik mocy.
Teraz, jeśli potrzebujesz wyższego poziomu mocy, nadal możesz użyć tego samego obwodu, ale być może będziesz musiał wprowadzić niewielkie zmiany na etapie mocy. Nie musisz więc przeprojektować wszystkiego od zera, po prostu poprawiaj kilka rzeczy, aby poradzić sobie z wymaganiami o wyższej mocy.
Wymagania projektowe
Dla powyższego przykładu projektu obwodu PFC użyjemy parametrów, jak wskazano w poniższej tabeli 1 jako parametry wejściowe.
Kompleksowy proces projektowania
Brama MOSFET mocy w stadium sterowania obwodu odbiera impulsy PWM (GTDRV) z UC3854. Cztery różne dane wejściowe do układu działają razem w celu jednoczesnego regulacji cyklu pracy tego wyjścia.
Dodane elementy sterujące typu pomocniczego są oferowane w tym projekcie. Służą jako zabezpieczenie przed określonymi przejściowymi sytuacjami dla mosfetów mocy przełączającej.
Wejścia ochrony
Teraz mówimy o wejściach ochrony w tym IC. Są one ważne, ponieważ pomagają nam kontrolować obwód w przypadku problemów, opóźnień ulepszenia lub sytuacji nadprądowych, OK.
Pin ENA (włącz)
Teraz mamy PIN ENA, który oznacza włączenie. Ten pin musi osiągnąć 2,5 V, zanim wyjścia VREF i GTDRV mogą się włączyć. Oznacza to, że możemy użyć tego pinu do zamknięcia napędu bramki, jeśli coś pójdzie nie tak lub możemy go użyć, aby opóźnić uruchamianie, gdy obwód pierwszy przyspieszy.
Ale jest więcej. Ten PIN ma szczelinę histerezy wynoszącą 200 mV, która pomaga zapobiegać nieobliczalnemu przełączaniu lub niechcianym skręcie z powodu hałasu. Tak więc, gdy przekroczy 2,5 V, pozostanie włączony, aż napięcie spadnie poniżej 2,3 V, co czyni operację bardziej stabilną, OK.
Mamy również ochronę podnapietową wewnątrz IC, która bezpośrednio działa w VCC. IC włączy się, gdy VCC osiągnie 16 V i wyłączy się, jeśli VCC spadnie poniżej 10 V. Oznacza to, że jeśli napięcie zasilające spadnie zbyt niskie, wówczas IC zostanie automatycznie zamknięty, aby zapobiec awarii.
Ale jeśli nie używamy PIN ENA, musimy podłączyć go do VCC za pomocą rezystora 100 kilo-OHM. W przeciwnym razie może unosić się i powodować niechciane zachowanie.
SS (miękki start)
Następnie przechodzimy do PIN SS, który oznacza miękki start. Kontroluje, jak szybko rozpoczyna się obwód od zmniejszenia napięcia odniesienia wzmacniacza błędu podczas uruchamiania.
Zwykle, jeśli pozostawimy otwarte pin SS, napięcie odniesienia pozostaje przy 7,5 V. Ale jeśli podłączymy kondensator CSS z SS do uziemienia, źródło prądu wewnętrznego wewnątrz IC powoli ładuje ten kondensator.
Prąd ładowania wynosi około 14 miliampów, więc kondensator ładuje się liniowo od 0 V do 7,5 V. Czas, w którym tak się stanie, jest podany przez tę formułę.
Miękki czas rozpoczęcia = 0,54 * CSS w sekundach mikrofarad
Oznacza to, że jeśli użyjemy większego kondensatora, czas uruchamiania staje się dłuższy, dzięki czemu obwód włącza się gładko, zamiast nagle skakać do pełnego napięcia, OK.
PKLMT (szczytowy limit prądu)
Teraz przyjeżdżamy do PKLMT, co oznacza szczyt prądu. Ten pin jest bardzo ważny, ponieważ ustawia maksymalny prąd, do którego może obsługiwać MOSFET Power.
Powiedzmy, że używamy dzielnika rezystora pokazanego na schemacie obwodu. Oto, co się dzieje.
Napięcie na pinie PKLMT osiąga 0 woltów, gdy spadek napięcia na bieżącą rezystor zmysłowy wynosi:
7,5 wolta * 2 k / 10 k = 1,5 wolta
Jeśli używamy rezystora sensora prądu 0,25 omowego, ten spadek 1,5 wolta odpowiada prądowi:
Prąd I = 1,5 / 0,25 omów = 6 amperów
Oznacza to, że maksymalny prąd jest ograniczony do 6 amperów, OK.
Ale jeszcze jedna rzecz. TI zaleca, abyśmy podłączyli kondensator obejściowy z PKLMT do podłoża. Dlaczego. Ponieważ pomaga to odfiltrować szum o wysokiej częstotliwości, upewniając się, że bieżące wykrywanie limitu działa dokładnie i nie wpływa na niechciane kolce szumów.
Wejścia sterujące
VSense (wyjściowe zmysł napięcia DC)
OK, teraz mówimy o styku VSense. Ten pin służy do wyczucia wyjściowego napięcia DC. Napięcie progowe dla tego wejścia wynosi 7,5 wolta, a prąd odchylenia wejściowego wynosi zazwyczaj 50 nanoamperów.
Jeśli sprawdzimy wartości na schemacie obwodu, widzimy one one oparte na napięciu wyjściowym 400 woltów prądu stałego. W tym obwodzie wzmacniacz napięcia działa ze stałym wzmocnieniem niskiej częstotliwości, aby utrzymać minimalne fluktuacje wyjściowe.
Znajdujemy również kondensator zwrotny 47 nanofarad, który tworzy słup 15 Hertz w pętli napięcia. Dlaczego tego potrzebujemy? Ponieważ zapobiega to, że 120 Hertz Ripple wpływa na prąd wejściowy, co czyni operację bardziej stabilną, OK.
IAC (przebieg linii)
Przejdźmy teraz do szpilki IAC. Co to robi? Pomaga upewnić się, że przebieg prądu linii ma ten sam kształt co napięcie linii.
Jak to działa? Mała próbka przebiegu napięcia linii zasilania jest podawana do tego pinu. Wewnątrz IC sygnał ten jest mnożony przez wyjście wzmacniacza napięcia w mnożniku wewnętrznym. Wynikiem jest sygnał odniesienia używany przez bieżącą pętlę sterowania, OK.
Ale oto coś ważnego. To wejście nie jest wejściem napięcia, ale prądem wejściowym i dlatego nazywamy to IAC.
Jak ustawić ten prąd? Używamy dzielnika rezystora z 220 kilo-Ohmami i 910 kilo-Ohmami. Napięcie na pinie IAC jest wewnętrznie przymocowane przy 6 woltach. Tak więc rezystory te są wybierane w taki sposób, że prąd napływający do IAC zaczyna się od zera na każdym zerowym przejściu i osiąga około 400 mikroamperów przy szczycie przebiegu.
Używamy następujących formuł do obliczenia tych wartości rezystora:
RAC = VPK / IACPK
co nam daje
RAC = (260 woltów AC * √2) / 400 mikroamper = 910 kilo-ohm
gdzie VPK jest napięciem linii szczytowej.
Teraz obliczamy RREF za pomocą:
RREF = RAC / 4
Tak, RREF = 220 kilo-ohm
