Grunnleggende arbeid
Nå i denne IC har vi mange viktige byggesteiner. Det er en spenningsforsterker, deretter en analog multiplikator og skillelinje, en strømforsterker og en PWM som kjører med en fast frekvens.
Vi har også en portdriver som fungerer godt med Power MOSFET-er, deretter en 7.5V-referanse, noe som kalles en linjestrømning, en last-aktivert komparator, en lavforsyningsdetektor og en overstrøm komparator.
Så denne IC fungerer ved å bruke noe som kalles gjennomsnittlig strømmodus kontroll. Det betyr at den kontrollerer strømmen på en slik måte som holder frekvensen fast, men også sørger for at systemet holder seg stabilt og forvrengningen holder seg lav.
Hvis vi sammenligner dette med topp strømmodus-kontroll, ser gjennomsnittlig type bedre ut fordi den holder inngangsstrømbølgeformen riktig sinusformet uten å trenge hellingskompensasjon og uten å være for følsom for støypigger.
Denne IC har en høy referansespenning og et sterkt oscillatorsignal, slik at det ikke blir lett påvirket av støy. Også fordi den har raske PWM -kretsløp, kan den fungere ved byttefrekvensene over 200kHz som er ganske høy.
Nå kan vi bruke den i både enfase- og trefasesystemer, og den kan håndtere inngangsspenninger fra 75V til 275V, samtidig som vi jobber med AC-linjefrekvenser hvor som helst fra 50Hz opp til 400Hz.
En annen fin funksjon er at når IC starter opp, trekker den ikke mye strøm, så strømforsyningen som fôrer den blir ikke overbelastet.
Når det gjelder emballasje, kommer denne IC i 16-pinners plast- og keramisk dukkert (dobbelt in-line-pakke) versjoner, og det er også overflatemonteringsalternativer tilgjengelig. Så totalt sett fungerer en ganske nyttig IC for å få effektfaktor -korreksjon til å fungere ordentlig!
Detaljert beskrivelse
Denne UC3854 IC hjelper oss med å gjøre aktiv effektfaktor-korreksjon i systemer der ellers vil vi ha en ikke-sinusoidstrøm som blir trukket fra en sinusformet kraftlinje. Så dette IC sørger for at systemet trekker strøm fra linjen på best mulig måte mens du holder linjen nåværende forvrengning så lav som mulig, OK?
For å oppnå dette har vi gjennomsnittlig gjeldende modus kontroll inne i denne IC, og hva dette gjør er, det holder den nåværende kontrollen fast frekvens, men samtidig sikrer det også god stabilitet og lav forvrengning.
Det gode med gjennomsnittlig strømmodus kontroll er at den lar boost -trinnet bevege seg mellom kontinuerlig modus og diskontinuerlig modus uten å forårsake noen ytelsesproblemer.
Men hvis vi hadde brukt toppstrømmodus, ville vi trenge skråningskompensasjon, og fremdeles ville den ikke være i stand til å opprettholde en perfekt sinusformet linjestrøm. Pluss toppstrømmodus har en tendens til å reagere mer på støyomslag, men gjennomsnittlig strømmodus blir ikke påvirket mye, OK?
Nå har denne UC3854 IC alt inni seg som vi trenger for å lage en strømforsyning som kan trekke ut strøm optimalt fra strømledningen mens vi holder linjen nåværende forvrengning til et minimum.
Så her har vi en spenningsforsterker, en analog multiplikator og skillelinje, en strømforsterker, og også en fast frekvens PWM alt inne i denne enkelt IC.
Men vent, denne IC har også en portdriver som er fullt kompatibel med Power MOSFET-er, en 7.5V-referanse, en linjestrømning, en belastningsaktiverende komparator, en lavforsyningsdetektor og en overstrøm komparator.
Så alt vi trenger for aktiv effektfaktor -korreksjon er allerede inne, noe som gjør denne IC -super nyttig for å designe effektive strømforsyninger.
Denne UC3854 IC har alle kretsløpene i at vi trenger å kontrollere en effektfaktor korrektor, ikke sant? Nå er denne IC hovedsakelig designet for å fungere med gjennomsnittlig strømmodus kontroll, men det gode er at vi også kan bruke den med forskjellige strømtopologier og kontrollmetoder hvis vi vil. Så det er ganske fleksibelt.
Blokkdiagram
Underspenningslåsing og aktiverer komparatorer
Hvis vi ser på blokkdiagrammet, i øverste venstre hjørne, ser vi to viktige ting-underspennings-lockout-komparatoren og Aktiver-komparatoren. Disse to må begge være i den 'sanne' tilstanden for IC for å begynne å jobbe, OK?
Spenningsfeilforsterker og mykstartfunksjon
Da har vi spenningsfeilforsterkeren hvis inverterende inngang går til pin vsense. Nå i diagrammet ser vi noen dioder rundt spenningsfeilforsterkeren, men disse diodene er bare der for å hjelpe oss med å forstå hvordan de indre kretsene fungerer. De er ikke faktiske dioder inne.
Hva med den ikke-inverterende inngangen til feilforsterkeren? Den kobles normalt til en 7,5V DC-referanse, men den brukes også til mykstart.
Så det som skjer er at når kretsen starter, lar dette oppsettet spenningskontrollsløyfen begynne å fungere før utgangsspenningen når sitt endelige nivå.
På denne måten får vi ikke den irriterende overskyten som mange strømforsyninger har.
Så er det en annen ideell diode i diagrammet mellom vSense og den inverterende inngangen til feilforsterkeren, men det er bare der for å fjerne enhver forvirring - det er ingen ekstra diodefall i selve kretsen. I stedet, inne i IC gjør vi alt dette ved hjelp av differensialforsterkere. Vi har også en intern strømkilde for å lade mykstart-timingkondensatoren.
Multiplikatorfunksjonalitet
La oss nå snakke om multiplikatoren. Utgangen fra spenningsfeilforsterkeren er tilgjengelig på PIN VAOUT, og dette er også en av inngangene til multiplikatoren.
En annen inngang til multiplikatoren er IAC, som kommer fra inngangspensjonene og hjelper til med å programmere bølgeformen. Denne IAC -pinnen holdes internt på 6V og fungerer som en nåværende inngang.
Så har vi VFF som er den fremadgående inngangen og inne i IC blir dens verdi kvadrat fører før vi går til skillelinjen til multiplikatoren.
En annen ting som går inn i multiplikatoren er ISET som kommer fra PIN RSET, og det hjelper med å sette den maksimale utgangsstrømmen.
Hva kommer nå ut av multiplikatoren? IMO-strømmen som flyter fra PIN-multout, og dette kobles til den ikke-inverterende inngangen til den gjeldende feilforsterkeren.
Gjeldende kontroll og pulsbreddemodulasjon
Nå er den inverterende inngangen til den gjeldende forsterkeren koblet til PIN -ISENSE og dens utgang går til PWM -komparatoren, der den blir sammenlignet med oscillatorrampsignalet fra PIN CT.
Oscillatoren og komparatoren kontrollerer deretter den faste tilbakestilling av flip-flop som igjen driver den høye strømutgangen ved PIN GTDRV.
Nå for å beskytte Power MOSFET -ene, er utgangsspenningen til IC klemt internt til 15V, så vi ender ikke opp med å overdrive MOSFET -portene.
Toppstrømgrense og strømforsyningstilkoblinger
For sikkerhet er det en nødsituasjonsgrensefunksjon som styres av PIN PKLMT. Hvis denne pinnen trekkes litt under bakken, slår utgangspulsen av umiddelbart.
Endelig har vi referansespenningsutgangen på PIN VREF og inngangsspenningen går til PIN VCC.
Applikasjonsinformasjon
OK, så denne IC brukes hovedsakelig i AC-DC strømforsyninger der vi trenger aktiv effektfaktorkorreksjon (PFC) fra en universell AC-linje. Det betyr at vi kan bruke den i systemer der inngangsspenningen kan variere mye, men vi må fortsatt sørge for at effektfaktoren holder seg høy og inngangsstrømmen harmonikk holder seg lav, ok?
Nå følger applikasjoner som bruker denne UC3854 IC vanligvis klasse D-utstyrets inngående aktuelle harmoniske standarder, som er en del av EN61000-3-2.
Dette er en viktig standard for strømforsyninger som har en nominell kraft over 75W, så hvis vi designer noe sånt, hjelper denne IC oss med å møte de harmoniske forvrengningsgrensene uten ekstra problemer.
Hvis vi sjekker ytelsen til denne IC i en korreksjonskrets på 250w effektfaktor, kan vi se at den har blitt testet riktig ved hjelp av et presisjon PFC og THD måleinstrument.
Resultatene? Effektfaktoren var 0,999 som er nesten perfekt og total harmonisk forvrengning (THD) var bare 3,81%. Disse verdiene ble målt opp til den 50. harmoniske av linjefrekvensen, ved nominell inngangsspenning og full belastning. Så dette forteller oss at denne IC virkelig kan hjelpe oss med å få en ren og effektiv kraftkonvertering.
Typisk applikasjon (PFC -kretsdiagram)
Hvis vi ser på figur ovenfor, ser vi en typisk applikasjonskrets der UC3854 IC brukes som en forhåndsegulator med høy effektfaktor og høy effektivitet.
Så hvordan bygges dette? Vi har to hoveddeler i denne kretsen:
- Kontrollkretsen som er bygget rundt UC3854.
- Kraftseksjonen som faktisk håndterer strømkonvertering.
Nå er strømdelen her en boost -omformer og induktoren inne i den fungerer i kontinuerlig ledningsmodus (CCM).
Hva dette betyr er at pliktsyklusen vil avhenge av forholdet mellom inngangsspenningen og utgangsspenningen, OK? Men det gode er at fordi induktoren fungerer i kontinuerlig modus, så inngangsstrømmen ved byttefrekvensen forblir lav.
Dette betyr at vi får mindre støy på kraftledningen som er viktig for EMI -etterlevelse.
Nå en viktig ting i denne kretsen er at utgangsspenningen alltid må være høyere enn toppspenningen til den høyest forventede AC -inngangsspenningen. Så vi må velge alle komponentene nøye og sørge for at de kan håndtere spenningsvurderingene uten noe problem.
Ved full belastning oppnår denne forhåndsegulatorkretsen en effektfaktor på 0,99, uansett hva inngangsstrømspenningen er, så lenge den holder seg mellom 80V til 260V RMS. Det betyr at selv om inngangsspenningen endres, korrigerer kretsen fortsatt effektfaktoren effektivt.
Hvis du nå trenger et høyere effektnivå, kan du fremdeles bruke den samme kretsen, men du må kanskje gjøre små endringer i kraftstadiet. Så du trenger ikke å redesigne alt fra bunnen av, bare finjustere noen få ting for å håndtere kravene til høyere strøm.
Designkrav
For ovennevnte vist PFC -kretsdesigneksempel, vil vi bruke parametrene som angitt i følgende tabell 1 som inngangsparametere.
Omfattende designprosess
Power Mosfet -porten i kontrollstadiet til kretsen mottar PWM -pulser (GTDRV) fra UC3854. Fire forskjellige innganger til brikken fungerer sammen for samtidig å regulere pliktsyklusen til denne utgangen.
Lagt til kontroller av en hjelpetype tilbys i denne designen. De fungerer som en beskyttelse mot spesifikke forbigående situasjoner for byttekraft MOSFET -er.
Beskyttelsesinnganger
Nå snakker vi om beskyttelsesinngangene i denne IC. Disse er viktige fordi de hjelper oss med å kontrollere kretsen i tilfelle problemer, oppstart av oppstart eller overstrømssituasjoner, OK.
ENA (Aktiver) PIN -kode
Nå, her har vi ENA -pinnen som står for Aktiver. Denne pinnen må nå 2,5 V før VREF- og GTDRV -utgangene kan slå på. Så det betyr at vi kan bruke denne pinnen til å slå av portstasjonen hvis noe går galt, eller vi kan bruke den til å utsette oppstarten når kretsen først reiser opp.
Men det er mer. Denne pinnen har et hysterese gap på 200 mV som hjelper til med å forhindre uberegnelig bytte eller uønskede turn-ons på grunn av støy. Så når den krysser 2,5 V, vil den fortsette til spenningen synker under 2,3 V, noe som gjør operasjonen mer stabil, OK.
Vi har også underspenningsbeskyttelse inne i IC som direkte fungerer på VCC. IC vil slå på når VCC når 16 V og vil slå seg av hvis VCC faller under 10 V. Dette betyr at hvis strømforsyningsspenningen synker for lav, vil IC automatisk slå seg av for å forhindre funksjonsfeil.
Men hvis vi ikke bruker ENA-pinnen, må vi koble den til VCC ved hjelp av en 100 kilo-ohm-motstand. Ellers kan det flyte og forårsake uønsket atferd.
SS (myk start) Pin
Neste flytter vi til SS -pinnen som står for myk start. Den kontrollerer hvor raskt kretsen starter ved å redusere referansespenningen til feilforsterkeren under oppstart.
Normalt hvis vi lar SS -pinnen være åpen, holder referansespenningen ved 7,5 V. Men hvis vi kobler en kondensator CSS fra SS til bakken, vil den indre strømkilden inne i IC lade denne kondensatoren sakte.
Ladestrømmen er omtrent 14 milliamp, slik at kondensatoren lades lineært fra 0 V til 7,5 V. Tiden det tar før dette skal skje er gitt av denne formelen.
Myk starttid = 0,54 * CSS i mikrofarader sekunder
Dette betyr at hvis vi bruker en større kondensator, blir oppstartstiden lengre, slik at kretsen slår seg jevnt på i stedet for å plutselig hoppe til full spenning, OK.
PKLMT (Peak Current Limit) Pin
Nå kommer vi til Pklmt som står for toppstrømgrense. Denne pinnen er veldig viktig fordi den setter den maksimale strømmen som kraften MOSFET får lov til å håndtere.
La oss si at vi bruker motstandsdeleren vist i kretsdiagram. Her er hva som skjer.
Spenningen ved PKLMT -pinnen når 0 volt når spenningen faller over gjeldende sansemotstand er:
7,5 volt * 2 K / 10 K = 1,5 volt
Hvis vi bruker en 0,25 ohm nåværende sansemotstand, tilsvarer dette 1,5 volt fallet en strøm på:
Strøm I = 1,5 / 0,25 ohm = 6 ampere
Så dette betyr at den maksimale strømmen er begrenset til 6 ampere, OK.
Men en ting til. Ti anbefaler at vi kobler en bypass -kondensator fra PKLMT til bakken. Hvorfor. Fordi dette hjelper til med å filtrere ut høyfrekvent støy, og sørger for at gjeldende begrensningsdeteksjon fungerer nøyaktig og ikke blir påvirket av uønskede støypigger.
Kontrollinnganger
VSense (utgang DC spenningssans)
OK, nå snakker vi om vSense -pinnen. Denne pinnen brukes til å føle utgangsspenningen på utgangen. Terskelspenningen for denne inngangen er 7,5 volt, og inngangsskjevhetsstrømmen er typisk 50 nanoamperes.
Hvis vi sjekker verdiene i kretsdiagram, ser vi at de er basert på en utgangsspenning på 400 volt likestrøm. I denne kretsen fungerer spenningsforsterkeren med en konstant lavfrekvensforsterkning for å holde produksjonssvingningene minimale.
Vi finner også en 47 nanofarad -tilbakemeldingskondensator som skaper en 15 Hertz -stolpe i spenningssløyfen. Hvorfor trenger vi dette? Fordi det forhindrer 120 Hertz -krusning fra å påvirke inngangsstrømmen, noe som gjør operasjonen mer stabil, OK.
IAC (linjebølgeform)
La oss nå flytte til IAC -pinnen. Hva gjør det? Det hjelper til med å sørge for at linjestrømbølgeformen følger samme form som linjespenningen.
Så hvordan fungerer det? En liten prøve av strømlinjespenningsbølgeformen mates inn i denne pinnen. Inne i IC multipliseres dette signalet med utgangen fra spenningsforsterkeren i den interne multiplikatoren. Resultatet er et referansesignal som brukes av gjeldende kontrollsløyfe, OK.
Men her er noe viktig. Denne inngangen er ikke en spenningsinngang, men en strøminngang, og det er derfor vi kaller det IAC.
Nå hvordan setter vi denne strømmen? Vi bruker en motstandsdelere med 220 kilo-ohm og 910 kilo-ohm. Spenningen ved IAC -pinnen er internt fast ved 6 volt. Så disse motstandene er valgt på en slik måte at strømmen som strømmer inn i IAC starter fra null ved hvert null kryssing og når omtrent 400 mikroamperer på toppen av bølgeformen.
Vi bruker følgende formler for å beregne disse motstandsverdiene:
RAC = VPK / IACPK
som gir oss
RAC = (260 volt AC * √2) / 400 mikroamperer = 910 kilo-ohm
hvor VPK er topplinjespenningen.
Nå beregner vi RREF ved hjelp av:
Rref = rac / 4
Så, rref = 220 kilo-ohm
