Grundlæggende arbejde
Nu inde i denne IC har vi mange vigtige byggesten. Der er en spændingsforstærker, derefter en analog multiplikator og divider, en strømforstærker og en PWM, der kører med en fast frekvens.
Vi har også en portdriver, der fungerer godt med Power MOSFETS, derefter en 7,5V-reference, noget kaldet en linjeforventator, en belastningsaktlig komparator, en lavforsyningsdetektor og en overstrøm komparator.
Så denne IC fungerer ved hjælp af noget, der kaldes gennemsnitlig strømtilstandskontrol. Det betyder, at det styrer strømmen på en sådan måde, at frekvensen er fast, men også sørger for, at systemet forbliver stabilt, og at forvrængningen forbliver lav.
Hvis vi nu sammenligner dette med den maksimale strømtilstandskontrol, ser den gennemsnitlige type bedre ud, fordi den holder indgangsstrømbølgeformen korrekt sinusformet uden at have brug for hældningskompensation og uden at være for følsom over for støjspidser.
Denne IC har en høj referencespænding og et stærkt oscillatorsignal, så det ikke let påvirkes af støj. Også fordi det har hurtigt PWM -kredsløb, kan det fungere ved at skifte frekvenser over 200 kHz, hvilket er ret højt.
Nu kan vi bruge det i både enfaset og trefaset systemer, og det kan håndtere indgangsspændinger fra 75V til 275V, mens vi også arbejder med AC-linjefrekvenser overalt fra 50Hz op til 400Hz.
En anden dejlig funktion er, at når IC starter op, trækker den ikke meget strøm, så strømforsyningen, der fodrer, bliver ikke overbelastet.
Når det kommer til emballage, kommer denne IC i 16-polet plastik og keramisk dip (dobbelt in-line-pakke) versioner, og der er også tilgængelige overflademonteringsmuligheder. Så samlet set fungerer en ret nyttig IC til at få styring af styringsfaktor til at fungere korrekt!
Detaljeret beskrivelse
Denne UC3854 IC hjælper os med at udføre aktiv effektfaktor-korrektion i systemer, hvor vi ellers ville have en ikke-sinusoid strøm, der trækkes fra en sinusformet effektlinje. Så denne IC sørger for, at systemet trækker strøm fra linjen på den bedst mulige måde, mens den holder linjen nuværende forvrængning så lav som muligt, OK?
For at opnå dette har vi gennemsnitlig strømtilstandskontrol inde i denne IC, og hvad det gør er, det holder den aktuelle kontrol med fast frekvens, men på samme tid sikrer det også god stabilitet og lav forvrængning.
Den gode ting ved gennemsnitlig strømtilstandskontrol er, at det lader boost -scenen bevæge sig mellem kontinuerlig tilstand og diskontinuerlig tilstand uden at forårsage problemer med ydelser.
Men hvis vi havde brugt topstrømtilstand, ville vi have brug for skråningskompensation, og det ville stadig ikke være i stand til at opretholde en perfekt sinusformet linjestrøm. Plus spidsstrømtilstand har en tendens til at reagere mere på støjtransienter, men gennemsnitlig strømtilstand påvirkes ikke meget, ok?
Nu har denne UC3854 IC alt inde i det, som vi er nødt til at foretage en strømforsyning, der kan udtrække strømmen optimalt fra kraftledningen, mens den holder den nuværende forvrængning til et minimum.
Så her har vi en spændingsforstærker, en analog multiplikator og divider, en strømforstærker og også en fastfrekvent PWM, der er alle inde i denne enkelt IC.
Men vent, denne IC har også en portdriver, der er fuldt kompatibel med Power MOSFETs, en 7,5V-reference, en linjeforventator, en belastningsaktivitetskomparator, en lavforsyningsdetektor og en overstrømskomparator.
Så alt, hvad vi har brug for til aktiv effektfaktor -korrektion, er allerede inde, hvilket gør denne IC super nyttig til at designe effektive strømforsyninger.
Denne UC3854 IC har alle kredsløb inde i, at vi er nødt til at kontrollere en Power Factor -korrektion, ikke? Nu er denne IC hovedsageligt designet til at arbejde med gennemsnitlig strømtilstandskontrol, men det gode er, at vi også kan bruge den med forskellige effekttopologier og kontrolmetoder, hvis vi vil. Så det er ret fleksibelt.
Blokdiagram
Underspændings lockout og muliggør komparatorer
Hvis vi ser på blokdiagrammet, i øverste venstre hjørne, ser vi to vigtige ting-underspændings lockout-komparator og Enable Comparator. Disse to skal begge være i den 'sande' tilstand for IC for at begynde at arbejde, OK?
Spændingsfejlforstærker og soft-start-funktion
Derefter har vi spændingsfejlforstærkeren, hvis inverterende input går til pin vSense. Nu i diagrammet ser vi nogle dioder omkring spændingsfejlforstærkeren, men disse dioder er bare der for at hjælpe os med at forstå, hvordan de interne kredsløb fungerer. De er ikke faktiske dioder inde.
Hvad nu med den ikke-inverterende input af fejlforstærkeren? Det forbindes normalt til en 7,5V DC-reference, men den bruges også til soft-start.
Så hvad der sker er, når kredsløbet starter, lader denne opsætning lader spændingen kontrolsløjfe begynde at arbejde, før udgangsspændingen når sit endelige niveau.
På denne måde får vi ikke den irriterende turn-on overskydning, som mange strømforsyninger har.
Så er der en anden ideel diode i diagrammet mellem vSense og invertering af input af fejlforstærkeren, men det er bare der for at rydde enhver forvirring - der er ikke noget ekstra diode -fald i det faktiske kredsløb. I stedet for i IC gør vi alt dette ved hjælp af differentielle forstærkere. Vi har også en intern strømkilde til at oplade soft-start timing-kondensatoren.
Multiplikatorfunktionalitet
Lad os nu tale om multiplikatoren. Outputet fra spændingsfejlforstærkeren er tilgængelig på pin vaout, og dette er også en af inputene til multiplikatoren.
Et andet input til multiplikatoren er IAC, der kommer fra input ensretterne og hjælper med at programmere bølgeformen. Denne IAC -pin afholdes internt på 6V og fungerer som et aktuelt input.
Derefter har vi VFF, som er den fremadrettede input, og inde i IC bliver dens værdi kvadrat, før vi går til dividerinput af multiplikatoren.
En anden ting, der går ind i multiplikatoren, er ISET, der kommer fra pin rset, og det hjælper med at indstille den maksimale udgangsstrøm.
Hvad kommer nu ud af multiplikatoren? IMO-strømmen, der strømmer fra Pin multout, og dette forbinder til den ikke-inverterende input af den aktuelle fejlforstærker.
Aktuel kontrol og pulsbredde modulering
Nu er inverteringsinput af den aktuelle forstærker forbundet til pin -iSenden, og dens output går til PWM -komparatoren, hvor den sammenlignes med oscillatorrampesignalet fra PIN CT.
Oscillatoren og komparatoren kontrollerer derefter den sæt-reset flip-flop, som igen driver højstrømsudgangen ved pin GTDRV.
Nu for at beskytte effekten MOSFET'er, er udgangsspændingen på IC fastklemt internt til 15V, så vi ender ikke med at overdrive MOSFET -porte.
Peak Strømgrænse og strømforsyningsforbindelser
For sikkerhed er der en nødsituationsstrømsgrænsefunktion, der styres af pin pklmt. Hvis denne stift trækkes lidt under jorden, lukkes udgangen straks af.
Endelig har vi referencespændingsudgangen på pin VREF, og indgangsspændingen går til PIN VCC.
Ansøgningsoplysninger
OK, så denne IC bruges hovedsageligt i AC-DC-strømforsyninger, hvor vi har brug for aktiv effektfaktor-korrektion (PFC) fra en universel AC-linje. Det betyder, at vi kan bruge det i systemer, hvor indgangsspændingen kan variere meget, men vi er stadig nødt til at sørge for, at effektfaktoren forbliver høj, og indgangsstrømmen harmonik forbliver lav, OK?
Nu følger applikationer, der bruger denne UC3854 IC normalt klasse D-udstyrets indgangsstrømmoniske standarder, som er en del af EN61000-3-2.
Dette er en vigtig standard for strømforsyninger, der har en nominel strøm over 75W, så hvis vi designer noget lignende, hjælper denne IC os med at imødekomme de harmoniske forvrængningsgrænser uden ekstra besvær.
Hvis vi kontrollerer ydelsen af denne IC i et 250W Power Factor -korrektionskredsløb, kan vi se, at det er blevet testet korrekt ved hjælp af et præcisions -PFC- og THD -måleinstrument.
Resultaterne? Strømfaktoren var 0,999, hvilket er næsten perfekt, og total harmonisk forvrængning (THD) var kun 3,81%. Disse værdier blev målt op til den 50. harmoniske af liniefrekvensen ved nominel indgangsspænding og fuld belastning. Så dette fortæller os, at denne IC virkelig kan hjælpe os med at få en ren og effektiv strømkonvertering.
Typisk anvendelse (PFC Circuit Diagram)
Hvis vi ser på figuren ovenfor, ser vi et typisk applikationskredsløb, hvor UC3854 IC bruges som en forudgulator med høj effektfaktor og høj effektivitet.
Så hvordan er dette bygget? Vi har to hovedafsnit i dette kredsløb:
- Kontrolkredsløbet, der er bygget omkring UC3854.
- Strømsektionen, der faktisk håndterer strømkonvertering.
Nu er strømafsnittet her en boost -konverter, og induktoren inde i den fungerer i kontinuerlig ledningstilstand (CCM).
Hvad dette betyder er, at driftscyklussen afhænger af forholdet mellem indgangsspændingen og udgangsspændingen, OK? Men den gode ting er, fordi induktoren arbejder i kontinuerlig tilstand, så indgangsstrømskursten ved skiftfrekvensen forbliver lav.
Dette betyder, at vi får mindre støj på kraftledningen, som er vigtig for EMI -overholdelse.
Nu er en vigtig ting i dette kredsløb, at udgangsspændingen altid skal være højere end spidsspændingen for den højeste forventede AC -indgangsspænding. Så vi er nødt til at vælge alle komponenterne omhyggeligt og sørge for, at de kan håndtere spændingsvurderingerne uden problemer.
Ved fuld belastning opnår dette forudgående kredsløb en effektfaktor på 0,99, uanset hvad indgangspersonens spænding er, så længe den forbliver mellem 80V til 260V RMS. Det betyder, at selv hvis indgangsspændingen ændres, korrigerer kredsløbet stadig effektfaktoren effektivt.
Hvis du nu har brug for et højere effektniveau, kan du stadig bruge det samme kredsløb, men du er muligvis nødt til at foretage små ændringer i powerstadiet. Så du behøver ikke at redesigne alt fra bunden af, bare finjustere et par ting for at håndtere de højere effektkrav.
Designkrav
For ovenstående vist PFC -kredsløbsdesigneksempel bruger vi parametrene som angivet i følgende tabel 1 som inputparametrene.
Omfattende designproces
Power MOSFET -porten i kontrolstadiet af kredsløbet modtager PWM -impulser (GTDRV) fra UC3854. Fire forskellige input til chip arbejder sammen for samtidig at regulere driftscyklussen for denne output.
Tilføjet kontrol af en hjælpetype tilbydes i dette design. De tjener som en beskyttelse mod specifikke forbigående situationer for skiftende effekt MOSFETs.
Beskyttelsesindgange
Nu taler vi om beskyttelsesindgange i denne IC. Disse er vigtige, fordi de hjælper os med at kontrollere kredsløbet i tilfælde af problemer, power-up forsinkelser eller overstrømssituationer, OK.
Ena (enable) pin
Nu, her har vi ena -pin, der står for Aktivér. Denne pin skal nå 2,5 V, før VREF- og GTDRV -udgange kan tænde. Så det betyder, at vi kan bruge denne pin til at lukke portdrevet, hvis noget går galt, eller vi kan bruge den til at forsinke opstart, når kredsløbet først driver op.
Men der er mere. Denne pin har en hysterese kløft på 200 mV, hvilket hjælper med at forhindre uberegnelig skifte eller uønskede turn-ons på grund af støj. Så når det krydser 2,5 V, vil den forblive på, indtil spændingen falder under 2,3 V, hvilket gør operationen mere stabil, OK.
Vi har også underspændingsbeskyttelse inde i IC, der direkte fungerer på VCC. IC tændes, når VCC når 16 V og slukker, hvis VCC falder under 10 V. Dette betyder, at hvis strømforsyningsspændingen falder for lavt, lukkes IC automatisk ned for at forhindre funktionsfejl.
Men hvis vi ikke bruger ENA-stiften, skal vi forbinde den til VCC ved hjælp af en 100 kilo-OHM-modstand. Ellers kan det flyde og forårsage uønsket opførsel.
SS (Soft Start) Pin
Derefter flytter vi til SS -pin, der står for Soft Start. Det styrer, hvor hurtigt kredsløbet starter med at reducere referencespændingen af fejlforstærkeren under opstart.
Normalt, hvis vi forlader SS -stiften åben, forbliver referencespænding ved 7,5 V. Men hvis vi forbinder en kondensator CSS fra SS til jorden, vil den interne strømkilde inde i IC oplade denne kondensator langsomt.
Opladningsstrømmen er ca. 14 milliamps, så kondensatoren oplades lineært fra 0 V til 7,5 V. Den tid, det tager for dette at ske, gives af denne formel.
Blød starttid = 0,54 * CSS i mikrofarader
Dette betyder, at hvis vi bruger en større kondensator, bliver starttid længere, hvilket får kredsløbet til at tænde glat i stedet for pludselig at hoppe til fuld spænding, OK.
PKLMT (Peak Strømgrænse) Pin
Nu kommer vi til PKLMT, der står for den maksimale strømgrænse. Denne pin er meget vigtig, fordi den indstiller den maksimale strøm, som den magt MOSFET får lov til at håndtere.
Lad os sige, at vi bruger den modstandsdeler, der er vist i kredsløbsdiagram. Her er hvad der sker.
Spændingen ved PKLMT -stiften når 0 volt, når spændingsfaldet over den aktuelle sansemodstand er:
7,5 volt * 2 k / 10 k = 1,5 volt
Hvis vi bruger en 0,25 ohm strømforsikringsmodstand, svarer dette 1,5 volt dråbe til en strøm på:
Nuværende i = 1,5 / 0,25 ohm = 6 ampere
Så dette betyder, at den maksimale strøm er begrænset til 6 ampere, OK.
Men en ting mere. TI anbefaler, at vi forbinder en bypass -kondensator fra PKLMT til jorden. Hvorfor. Fordi dette hjælper med at filtrere højfrekvent støj, skal du sørge for, at den aktuelle grænsedetektion fungerer nøjagtigt og ikke bliver påvirket af uønskede støjspidser.
Kontrolindgange
VSense (output DC spændingsfølelse)
OK, nu taler vi om Vsense -pin. Denne pin bruges til at føle output -DC -spændingen. Tærskelspændingen for dette input er 7,5 volt, og indgangsbiasstrømmen er typisk 50 nanoamperes.
Hvis vi kontrollerer værdierne i kredsløbsdiagram, ser vi, at de er baseret på en udgangsspænding på 400 volt DC. I dette kredsløb fungerer spændingsforstærkeren med en konstant lavfrekvent gevinst for at holde udgangssvingningerne minimal.
Vi finder også en 47 nanofarad -feedback -kondensator, der skaber en 15 Hertz -pol i spændingssløjfen. Hvorfor har vi brug for dette? Fordi det forhindrer, at 120 Hertz Ripple påvirker indgangsstrømmen, hvilket gør operationen mere stabil, OK.
IAC (Line Waveform)
Lad os nu flytte til IAC -stiften. Hvad gør det? Det hjælper med at sikre, at linjestrømbølgeformen følger den samme form som linjespændingen.
Så hvordan fungerer det? En lille prøve af kraftledningsspændingsbølgeformen føres ind i denne pin. Inde i IC ganges dette signal med udgangen af spændingsforstærkeren i den interne multiplikator. Resultatet er et referencesignal, der bruges af den aktuelle kontrolsløjfe, OK.
Men her er noget vigtigt. Dette input er ikke et spændingsindgang, men et aktuelt input, og det er derfor, vi kalder det IAC.
Hvordan indstiller vi nu denne strøm? Vi bruger en modstandsdelere med 220 kilo-ohms og 910 kilo-ohms. Spændingen ved IAC -stiften er internt fastgjort til 6 volt. Så disse modstande vælges på en sådan måde, at den nuværende, der flyder ind i IAC, starter fra nul ved hver nul krydsning og når omkring 400 mikroamperer på toppen af bølgeformen.
Vi bruger følgende formler til at beregne disse modstandsværdier:
Rac = vpk / iacpk
hvilket giver os
Rac = (260 volt Ac * √2) / 400 mikroamperer = 910 kilo-ohms
hvor VPK er spidslinjespændingen.
Nu beregner vi RREF ved hjælp af:
Rref = rac / 4
Så rref = 220 kilo-ohms
