Grundläggande arbete
Nu inom denna IC har vi många viktiga byggstenar. Det finns en spänningsförstärkare, sedan en analog multiplikator och avdelare, en strömförstärkare och en PWM som körs med en fast frekvens.
Vi har också en gate-drivrutin som fungerar bra med Power MOSFETS, sedan en 7,5V-referens, något som kallas en linjeförväntare, en lastanvändbar komparator, en lågförsörjningsdetektor och en överströms komparator.
Så denna IC fungerar med något som kallas genomsnittlig strömkontroll. Det betyder att det styr strömmen på ett sådant sätt som håller frekvensen fixerad men också ser till att systemet förblir stabilt och distorsionen förblir låg.
Om vi nu jämför detta med toppströmskontroll, ser den genomsnittliga typen bättre ut eftersom det håller ingångsströmvågformen ordentligt sinusformad utan att behöva sluttningskompensation och utan att vara för känslig för brusspikar.
Denna IC har en hög referensspänning och en stark oscillatorsignal så att den inte lätt påverkas av brus. Även för att den har snabba PWM -kretsar kan det fungera vid växlingsfrekvenser över 200 kHz vilket är ganska högt.
Nu kan vi använda den i både enfas- och trefas-system och det kan hantera ingångsspänningar från 75V till 275V, samtidigt som vi arbetar med AC-linjefrekvenser var som helst från 50Hz upp till 400Hz.
En annan trevlig funktion är att när IC startar drar den inte mycket kraft, så strömförsörjningen matar den inte överbelastas.
När det gäller förpackningar finns denna IC i 16-stifts plast- och keramiska dopp (dubbla in-line-paket) versioner och det finns också ytmonteringsalternativ tillgängliga. Så totalt sett, en ganska användbar IC för att få kraftfaktorkorrigering att fungera ordentligt!
Detaljerad beskrivning
Denna UC3854 IC hjälper oss att göra aktiv effektfaktorkorrigering i system där annars skulle vi ha en icke-sinusformad ström som dras från en sinusformad kraftledning. Så denna IC ser till att systemet drar ström från linjen på bästa möjliga sätt samtidigt som linjens strömförvrängning är så låg som möjligt, OK?
För att uppnå detta har vi genomsnittlig strömläge kontroll inom denna IC, och vad detta gör är, det håller den nuvarande kontrollen fast frekvens men samtidigt säkerställer det också god stabilitet och låg distorsion.
Det bra med genomsnittlig strömläge -kontroll är att det låter boost -steget flytta mellan kontinuerligt läge och diskontinuerligt läge utan att orsaka prestationsproblem.
Men om vi hade använt toppströmläge skulle vi behöva sluttningskompensation och fortfarande skulle det inte kunna upprätthålla en perfekt sinusformad linje. Plus Peak Current Mode tenderar att reagera mer på brustransienter men genomsnittligt strömläge påverkas inte mycket, OK?
Nu har denna UC3854 IC allt inuti det som vi måste göra en strömförsörjning som kan extrahera strömmen optimalt från kraftledningen samtidigt som linjen håller strömförvrängningen till ett minimum.
Så här har vi en spänningsförstärkare, en analog multiplikator och avdelare, en strömförstärkare, och även en fast frekvens PWM alla inuti denna enda IC.
Men vänta, den här IC har också en grinddrivrutin som är helt kompatibel med Power MOSFETS, en 7,5V-referens, en linjetillämpare, en belastningsmedelbar komparator, en lågförsörjningsdetektor och en överströms komparator.
Så allt vi behöver för aktiv kraftfaktorkorrigering är redan inne, vilket gör denna IC super användbar för att utforma effektiva kraftförsörjningar.
Denna UC3854 IC har alla kretsar inuti som vi behöver för att kontrollera en effektfaktorkorrigerare, eller hur? Nu är denna IC huvudsakligen utformad för att arbeta med genomsnittlig strömläge kontroll men det goda är att vi också kan använda den med olika krafttopologier och kontrollmetoder om vi vill. Så det är ganska flexibelt.
Blockdiagram
Underspänningslåsning och möjliggör komparatorer
Om vi tittar på blockdiagrammet, i det övre vänstra hörnet, ser vi två viktiga saker-underspänningslåsets komparator och Enable Comparator. Dessa två måste båda vara i det 'sanna' tillståndet för IC att börja arbeta, OK?
Spänningsfelförstärkare och mjukstartfunktion
Sedan har vi spänningsfelförstärkaren vars invertering ingång går till stiftet vsense. Nu i diagrammet ser vi några dioder runt spänningsfelförstärkaren men dessa dioder är bara där för att hjälpa oss att förstå hur de inre kretsarna fungerar. De är inte faktiska dioder inuti.
Vad sägs nu om den icke-inverterande ingången till felförstärkaren? Den ansluter normalt till en 7,5V DC-referens men den används också för mjukstart.
Så vad som händer är att när kretsen startar, låter denna installation spänningskontrollslingan börja arbeta innan utgångsspänningen når sin slutliga nivå.
På så sätt får vi inte den irriterande turn-on-overshoot som många strömförsörjningar har.
Sedan finns det en annan idealisk diod i diagrammet mellan VSense och inverterande ingången till felförstärkaren, men den är bara där för att rensa någon förvirring - det finns ingen extra diodfall i den faktiska kretsen. Istället, inuti IC, gör vi allt detta med hjälp av differentiella förstärkare. Vi har också en intern strömkälla för att ladda den mjuka startkondensatorn.
Multiplikatorfunktionalitet
Låt oss nu prata om multiplikatorn. Utgången från spänningsfelförstärkaren är tillgänglig på PIN VAOUT och detta är också en av ingångarna till multiplikatorn.
En annan ingång till multiplikatorn är IAC, som kommer från ingångsrikatorerna och hjälper till att programmera vågformen. Denna IAC -stift hålls internt vid 6V och fungerar som en aktuell ingång.
Då har vi VFF som är den framåtriktade ingången och inuti IC blir dess värde kvadrat innan vi går till divideringången på multiplikatorn.
En annan sak som går in i multiplikatorn är ISET som kommer från PIN RSET, och det hjälper till att ställa in den maximala utgångsströmmen.
Vad kommer nu ut ur multiplikatorn? IMO-strömmen som flyter från PIN-multout och detta ansluter till den icke-inverterande ingången till den aktuella felförstärkaren.
Aktuell kontroll- och pulsbreddmodulering
Nu är inverterande ingången till den aktuella förstärkaren ansluten till stift -isens och dess utgång går till PWM -komparatorn, där den jämförs med oscillatorrampsignalen från Pin CT.
Oscillatorn och komparatorn styr sedan den inställda flip-flop som i sin tur driver högströmsutgången vid PIN GTDRV.
Nu för att skydda kraften MOSFETS är IC: s utspänningsspänning klämt internt till 15V, så vi hamnar inte över MOSFET -grindarna.
Toppströmgräns och strömförsörjningsanslutningar
För säkerhet finns det en nödsituationsströmgränsfunktion som styrs av PIN PKLMT. Om denna stift dras något under marken, stängs utpulsen omedelbart.
Slutligen har vi referensspänningsutgången på PIN VREF och ingångsspänningen går till PIN VCC.
Ansökningsinformation
OK, så denna IC används främst i AC-DC-kraftförsörjning där vi behöver aktiv effektfaktorkorrigering (PFC) från en universell AC-linje. Det betyder att vi kan använda den i system där ingångsspänningen kan variera mycket men vi måste fortfarande se till att effektfaktorn förblir hög och ingångsströmmen harmonik förblir låg, OK?
Nu följer applikationer som använder denna UC3854 IC vanligtvis inmatningsstandarder för klass D-utrustning, som är en del av EN61000-3-2.
Detta är en viktig standard för strömförsörjning som har en nominell kraft över 75W så om vi utformar något liknande, så hjälper denna IC oss att uppfylla de harmoniska distorsionsgränserna utan extra krångel.
Om vi kontrollerar prestandan för denna IC i en 250W effektfaktorkorrigeringskrets, kan vi se att den har testats korrekt med hjälp av ett PRFC- och THD -mätinstrument.
Resultaten? Kraftfaktorn var 0,999 vilket är nästan perfekt och total harmonisk distorsion (THD) var bara 3,81%. Dessa värden mättes upp till den 50: e harmoniken i linjefrekvensen, vid nominell ingångsspänning och full belastning. Så detta säger oss att denna IC verkligen kan hjälpa oss att få en ren och effektiv kraftomvandling.
Typisk applikation (PFC Circuit Diagram)
Om vi tittar på figuren ovan ser vi en typisk applikationskrets där UC3854 IC används som en föregångare med hög effektfaktor och hög effektivitet.
Så hur är detta byggt? Vi har två huvudsektioner i denna krets:
- Kontrollkretsen som är byggd runt UC3854.
- Kraftsektionen som faktiskt hanterar kraftomvandlingen.
Nu är kraftsektionen här en boost -omvandlare och induktorn inuti den fungerar i kontinuerligt ledningsläge (CCM).
Vad detta betyder är att tullcykeln kommer att bero på förhållandet mellan ingångsspänningen och utgångsspänningen, OK? Men det goda är, eftersom induktorn arbetar i kontinuerligt läge, så den ingångsströmskippel vid växlingsfrekvensen förblir låg.
Detta innebär att vi får mindre buller på kraftledningen som är viktigt för EMI -efterlevnad.
Nu är en viktig sak i denna krets, utgångsspänningen måste alltid vara högre än toppspänningen för den högsta förväntade AC -ingångsspänningen. Så vi måste välja alla komponenter noggrant och se till att de kan hantera spänningsgraderingarna utan problem.
Vid full belastning uppnår denna preregulatorkrets en effektfaktor på 0,99, oavsett vilken ingångs kraftledningsspänning är, så länge den förblir mellan 80V till 260V RMS. Det betyder att även om ingångsspänningen ändras, korrigerar kretsen fortfarande effektfaktorn effektivt.
Om du nu behöver en högre effektnivå kan du fortfarande använda samma krets men du kanske måste göra små ändringar i kraftstadiet. Så du behöver inte göra om allt från grunden, bara justera några saker för att hantera de högre effektkraven.
Designkrav
För exemplet ovan visas PFC Circuit Design kommer vi att använda parametrarna som anges i följande tabell 1 som ingångsparametrar.
Omfattande designprocess
Power MOSFET -grinden i kontrollsteget på kretsen tar emot PWM -pulserna (GTDRV) från UC3854. Fyra olika ingångar till chipet arbetar tillsammans för att samtidigt reglera tullcykeln för denna utgång.
Lade till kontroller av en hjälptyp erbjuds i denna design. De fungerar som en skydd mot specifika övergående situationer för växlingskraftmosfets.
Skyddsinput
Nu pratar vi om skyddsinmatningar i denna IC. Dessa är viktiga eftersom de hjälper oss att kontrollera kretsen vid problem, förseningar i uppstart eller överströmssituationer, OK.
ENA (Enable) Pin
Nu har vi här ENA -stiftet som står för aktivering. Denna stift måste nå 2,5 V innan VREF- och GTDRV -utgångarna kan slås på. Så det betyder att vi kan använda den här stiftet för att stänga av grindenheten om något går fel eller om vi kan använda den för att försena starten när kretsen först driver upp.
Men det finns mer. Denna stift har ett hysteresgap på 200 mV vilket hjälper till att förhindra ojämn växling eller oönskade vändningar på grund av brus. Så när den passerar 2,5 V kommer den att fortsätta tills spänningen sjunker under 2,3 V, vilket gör operationen mer stabil, OK.
Vi har också undervolstskydd inuti IC som direkt fungerar på VCC. IC kommer att slås på när VCC når 16 V och stängs av om VCC faller under 10 V. Detta innebär att om strömförsörjningsspänningen sjunker för låg, kommer IC automatiskt att stängas av för att förhindra fel.
Men om vi inte använder ENA-stiftet, måste vi ansluta den till VCC med ett 100 kilo-ohm-motstånd. Annars kan det flyta och orsaka oönskat beteende.
Ss (mjuk start) stift
Därefter flyttar vi till SS -stiftet som står för mjuk start. Den styr hur snabbt kretsen börjar med att minska referensspänningen för felförstärkaren under start.
Normalt om vi lämnar SS -stiftet öppet, förblir referensspänningen vid 7,5 V. Men om vi ansluter en kondensator CSS från SS till mark kommer den interna strömkällan inuti IC att ladda denna kondensator långsamt.
Laddningsströmmen är cirka 14 milliamp så kondensatorn laddar linjärt från 0 V till 7,5 V. Den tid det tar för att detta ska hända ges av denna formel.
Mjuk starttid = 0,54 * CSS i mikrofarads sekunder
Detta innebär att om vi använder en större kondensator så blir starttiden längre, vilket gör att kretsen slås på smidigt istället för att plötsligt hoppa till full spänning, OK.
PKLMT (Peak Current Limit) Pin
Nu kommer vi till PKLMT som står för toppströmgränsen. Denna stift är mycket viktig eftersom den ställer in den maximala strömmen som kraften MOSFET får hantera.
Låt oss säga att vi använder motståndsdelaren som visas i kretsschema. Här är vad som händer.
Spänningen vid PKLMT -stiftet når 0 volt när spänningen sjunker över det aktuella sensmotståndet är:
7,5 volt * 2 k / 10 k = 1,5 volt
Om vi använder ett 0,25 ohm strömmotstånd, motsvarar detta 1,5 volt droppe en ström av:
Ström i = 1,5 / 0,25 ohm = 6 ampere
Så detta betyder att den maximala strömmen är begränsad till 6 ampere, OK.
Men en sak till. TI rekommenderar att vi ansluter en förbikopplingskondensator från PKLMT till mark. Varför. Eftersom detta hjälper till att filtrera bort högfrekventa brus, se till att den nuvarande gränsdetekteringen fungerar exakt och inte påverkas av oönskade brusspikar.
Kontrollingång
VSense (utgångs DC -spänningssense)
OK, nu pratar vi om VSense Pin. Denna stift används för att avkänna utgångs DC -spänningen. Tröskelspänningen för denna ingång är 7,5 volt, och ingångsförspänningsströmmen är vanligtvis 50 nanoamper.
Om vi kontrollerar värdena i kretsschema ser vi att de är baserade på en utgångsspänning på 400 volt DC. I denna krets fungerar spänningsförstärkaren med en konstant lågfrekvensförstärkning för att hålla utgångsfluktuationer minimala.
Vi hittar också en 47 nanofarad -feedbackkondensator som skapar en 15 Hertz -stolpe i spänningsslingan. Varför behöver vi det här? Eftersom det förhindrar 120 Hertz -krusning från att påverka ingångsströmmen, vilket gör operationen mer stabil, OK.
IAC (Line WaveForm)
Låt oss nu flytta till IAC -stiftet. Vad gör det? Det hjälper till att se till att linjströmvågformen följer samma form som linjespänningen.
Så hur fungerar det? Ett litet prov av kraftledningsspänningsvågformen matas in i denna stift. Inuti IC multipliceras denna signal med utgången från spänningsförstärkaren i den interna multiplikatorn. Resultatet är en referenssignal som används av den aktuella kontrollslingan, OK.
Men här är något viktigt. Denna ingång är inte en spänningsingång utan en aktuell ingång och det är därför vi kallar det IAC.
Hur ställer vi in den här strömmen? Vi använder en motståndsdelare med 220 kilo-ohm och 910 kilo-ohm. Spänningen vid IAC -stiftet är internt fixerat till 6 volt. Så dessa motstånd väljs på ett sådant sätt att strömmen som strömmar in i IAC börjar från noll vid varje nollövergång och når cirka 400 mikroamper på toppen av vågformen.
Vi använder följande formler för att beräkna dessa motståndsvärden:
Rac = vpk / iacpk
som ger oss
Rac = (260 volt AC * √2) / 400 mikroamper = 910 kilo-ohms
där VPK är topplinjespänningen.
Nu beräknar vi RREF med:
Rref = rac / 4
Så RREF = 220 kilo-ohms
