Basiswerk
Nu hebben we in dit IC veel belangrijke bouwstenen. Er is een spanningsversterker, vervolgens een analoge multiplier en verdeler, een stroomversterker en een PWM die op een vaste frequentie werkt.
We hebben ook een poortchauffeur die goed werkt met Power MOSFET's, vervolgens een 7.5V-referentie, iets dat een lijnverwachter wordt genoemd, een load-compatibele comparator, een low-supply-detector en een overstroomvergelijker.
Dus deze IC werkt met behulp van iets dat gemiddelde huidige modusregeling wordt genoemd. Dat betekent dat het de stroom op een zodanige manier regelt die de frequentie vasthoudt, maar er ook voor zorgt dat het systeem stabiel blijft en de vervorming laag blijft.
Als we dit nu vergelijken met piekstroommodusregeling, ziet het gemiddelde type er beter uit omdat het de ingangsstroomgolfvorm sinusoïdaal goed houdt zonder hellingscompensatie nodig te hebben en zonder te gevoelig te zijn voor ruisspieken.
Deze IC heeft een hoge referentiespanning en een sterk oscillatorsignaal, zodat het niet gemakkelijk wordt beïnvloed door ruis. Ook omdat het snel PWM -circuits heeft, kan het werken op schakelfrequenties boven 200 kHz, wat vrij hoog is.
Nu kunnen we het gebruiken in zowel eenfase- als driefasige systemen en het kan ingangsspanningen verwerken van 75V tot 275V, terwijl het ook werkt met AC-lijnfrequenties van 50Hz tot 400Hz.
Een andere leuke functie is dat wanneer het IC opstart, het niet veel stroom trekt, dus de voeding die het voedt, wordt niet overbelast.
Als het gaat om verpakking, wordt deze IC geleverd in versies met een plastic en keramische dip (dubbele in-line pakket) en er zijn ook oppervlaktemontage-opties beschikbaar. Dus over het algemeen een behoorlijk nuttige IC voor het correct maken van vermogensfactorcorrectie!
Gedetailleerde beschrijving
Dit UC3854-IC helpt ons om actieve vermogensfactorcorrectie te doen in systemen waar anders een niet-sinusoïdale stroom uit een sinusvormige stroomlijn zou worden getrokken. Dus deze IC zorgt ervoor dat het systeem op de best mogelijke manier stroom uit de lijn haalt, terwijl de lijnstroomvervorming zo laag mogelijk wordt gehouden, oké?
Om dit te bereiken, hebben we de gemiddelde huidige modusregeling in dit IC, en wat dit doet is, het houdt de huidige controle vaste frequentie, maar tegelijkertijd zorgt het voor een goede stabiliteit en lage vervorming.
Het goede van de gemiddelde huidige modusregeling is dat het de boost -fase kan bewegen tussen de continue modus en de discontinue modus zonder prestatieproblemen te veroorzaken.
Maar als we de piekstroommodus hadden gebruikt, zouden we de hellingscompensatie nodig hebben en toch zou het niet in staat zijn om een perfecte sinusvormige lijnstroom te behouden. Plus de piekstroommodus reageert meer op ruistransiënten, maar de gemiddelde stroommodus wordt niet veel beïnvloed, oké?
Nu heeft dit UC3854 -IC er alles in dat we een voeding moeten maken die de stroom optimaal uit de stroomlijn kan extraheren, terwijl de lijnstroomvervorming tot een minimum kan worden gehaald.
Dus hier hebben we een spanningsversterker, een analoge multiplier en verdeler, een stroomversterker en ook een vaste frequentie PWM in deze enkele IC.
Maar wacht, deze IC heeft ook een poortdriver die volledig compatibel is met Power MOSFET's, een 7,5V-referentie, een lijnverwachter, een load-sabiele comparator, een low-supply-detector en een overstroomvergelijker.
Dus alles wat we nodig hebben voor actieve vermogensfactorcorrectie is al binnen, waardoor dit IC super nuttig is voor het ontwerpen van efficiënte voedingen.
Deze UC3854 IC heeft alle circuits erin die we nodig hebben om een Power Factor Corrector te besturen, toch? Nu is deze IC voornamelijk ontworpen om te werken met de gemiddelde huidige modusregeling, maar het goede is dat we het ook kunnen gebruiken met verschillende power -topologieën en besturingsmethoden als we dat willen. Het is dus vrij flexibel.
Blokdiagram
Onder-voltage-lockout en comparators inschakelen
Als we naar het blokdiagram kijken, in de linkerbovenhoek, zien we twee belangrijke dingen-de onder-voltage-vergrendelingsvergelijker en de inschakelende comparator. Deze twee moeten allebei in de 'echte' status zijn voor het IC om te beginnen met werken, oké?
Spanningsfoutversterker en soft-start-functie
Vervolgens hebben we de spanningsfoutversterker wiens inverterende invoer naar pin vSense gaat. Nu in het diagram zien we enkele diodes rond de spanningsfoutversterker, maar deze diodes zijn er gewoon om ons te helpen begrijpen hoe de interne circuits werken. Ze zijn geen echte diodes binnen.
Hoe zit het nu met de niet-inverterende invoer van de foutversterker? Het verbindt normaal gesproken met een 7,5 V DC-referentie, maar het wordt ook gebruikt voor softstart.
Dus wat er gebeurt, is dat wanneer het circuit begint, deze instelling laat de spanningsbesturingslus beginnen te werken voordat de uitgangsspanning zijn uiteindelijke niveau bereikt.
Op deze manier krijgen we niet die vervelende inschrijving die veel voedingen hebben.
Dan is er nog een ideale diode in het diagram tussen vSense en de inverterende invoer van de foutversterker, maar het is er gewoon om enige verwarring te wissen - er is geen extra diode -daling in het eigenlijke circuit. In plaats daarvan doen we in het IC dit allemaal met differentiële versterkers. We hebben ook een interne stroombron om de soft-start-timingcondensator op te laden.
Vermenigvuldigingsfunctionaliteit
Laten we nu praten over de multiplier. De uitgang van de spanningsfoutversterker is beschikbaar op Pin Vaout en dit is ook een van de ingangen voor de multiplier.
Een andere invoer voor de vermenigvuldiger is IAC, die afkomstig is van de invoerrichters en helpt de golfvorm te programmeren. Deze IAC -pin wordt intern op 6V gehouden en fungeert als een huidige input.
Vervolgens hebben we VFF, wat de FeedForward -ingang is en binnen de IC wordt de waarde in het kwadraat gekwadrateerd voordat we naar de verdeling van de multiplier gaan.
Een ander ding dat in de multiplier gaat, is ISET dat afkomstig is van pin rset en het helpt de maximale uitgangsstroom in te stellen.
Wat komt er nu uit de multiplier? De IMO-stroom die stroomt van Pin Multout en dit verbindt zich met de niet-inverterende ingang van de huidige foutversterker.
Stroomregeling en pulsbreedtemodulatie
Nu is de inverterende ingang van de huidige versterker verbonden met pin -isense en de uitgang gaat naar de PWM -comparator, waar deze wordt vergeleken met het oscillatorhellingsignaal van Pin CT.
De oscillator en comparator regelen vervolgens de set-reset flip-flop die op zijn beurt de hoogstroomuitgang op pin GTDRV aandrijft.
Om de Power MOSFET's te beschermen, wordt de uitgangsspanning van het IC intern vastgeklemd tot 15V, dus we worden niet de MOSFET -poorten overdreven.
Piekstroomlimiet en voeding verbindingen
Voor de veiligheid is er een limietfunctie van de noodpiekstroom die wordt geregeld door Pin PKLMT. Als deze pen iets onder de grond wordt getrokken, wordt de uitgangspuls onmiddellijk uitgeschakeld.
Eindelijk hebben we de referentiespanningsuitgang op Pin VREF en de ingangsspanning gaat naar PIN VCC.
Applicatie -informatie
OK, dus deze IC wordt voornamelijk gebruikt in AC-DC-voedingen waar we actieve Power Factor Correction (PFC) nodig hebben van een universele AC-lijn. Dat betekent dat we het kunnen gebruiken in systemen waar de ingangsspanning sterk kan variëren, maar we moeten er nog steeds voor zorgen dat de vermogensfactor hoog blijft en de input huidige harmonischen laag blijven, oké?
Nu volgen applicaties die deze UC3854 IC gebruiken meestal de klasse D-apparatuur input huidige harmonische normen, die deel uitmaakt van EN61000-3-2.
Dit is een belangrijke standaard voor voedingen met een nominale stroom boven 75W, dus als we zoiets ontwerpen, helpt dit IC ons zonder extra gedoe om die harmonische vervormingslimieten te voldoen.
Als we de prestaties van dit IC controleren in een 250 W Power Factor Correction Circuit, kunnen we zien dat het correct is getest met behulp van een precisie PFC- en THD -meetinstrument.
De resultaten? De vermogensfactor was 0,999, wat bijna perfect is en totale harmonische vervorming (THD) was slechts 3,81%. Deze waarden werden gemeten tot de 50e harmonische van de lijnfrequentie, bij nominale ingangsspanning en volledige belasting. Dus dit vertelt ons dat deze IC ons echt kan helpen een schone en efficiënte stroomconversie te krijgen.
Typische toepassing (PFC Circuit Diagram)
Als we hierboven naar de figuur kijken, zien we een typisch applicatiecircuit waarbij de UC3854 IC wordt gebruikt als een preregulator met een hoge vermogensfactor en een hoge efficiëntie.
Dus hoe is dit gebouwd? We hebben twee hoofdsecties in dit circuit:
- Het besturingscircuit dat is gebouwd rond de UC3854.
- Het stroomgedeelte dat daadwerkelijk de stroomconversie afhandelt.
Nu is het stroomgedeelte hier een boost -omzetter en de inductor in het werkt in continue geleidingsmodus (CCM).
Wat dit betekent is dat de duty -cyclus zal afhangen van de verhouding van de ingangsspanning en de uitgangsspanning, OK? Maar het goede is, omdat de inductor in de continue modus werkt, dus de ingangsstroom rimpel bij de schakelfrequentie blijft laag.
Dit betekent dat we minder lawaai krijgen op de stroomlijn, wat belangrijk is voor EMI -compliance.
Nu een belangrijk ding in dit circuit is dat de uitgangsspanning altijd hoger moet zijn dan de piekspanning van de hoogst verwachte AC -ingangsspanning. We moeten dus alle componenten zorgvuldig selecteren om ervoor te zorgen dat ze de spanningsbeoordelingen zonder problemen kunnen verwerken.
Bij volledige belasting bereikt dit preregulatorcircuit een vermogensfactor van 0,99, ongeacht de spanning van de invoerstroomlijn, zolang deze tussen 80V tot 260V RMS blijft. Dat betekent dat zelfs als de ingangsspanning verandert, het circuit de vermogensfactor nog steeds effectief corrigeert.
Als je nu een hoger vermogensniveau nodig hebt, kun je nog steeds hetzelfde circuit gebruiken, maar je moet misschien kleine wijzigingen aanbrengen in de power -fase. U hoeft dus niet alles helemaal opnieuw te ontwerpen, een paar dingen aan te passen om aan de hogere stroomvereisten te voldoen.
Ontwerpvereisten
Voor het bovenstaande voorbeeld van PFC -circuitontwerp gebruiken we de parameters zoals aangegeven in de volgende tabel 1 als de invoerparameters.
Uitgebreid ontwerpproces
De Power MOSFET -poort in de besturingsfase van het circuit ontvangt de PWM -pulsen (GTDRV) van de UC3854. Vier verschillende inputs voor de chip werken samen om gelijktijdig de dienstcyclus van deze output te reguleren.
Toegevoegde bedieningselementen van een hulptype worden in dit ontwerp aangeboden. Ze dienen als een beveiliging tegen specifieke tijdelijke situaties voor de schakelmoSFET's.
Beschermingsinvoer
Nu praten we over de beveiligingsinvoer in deze IC. Deze zijn belangrijk omdat ze ons helpen het circuit te regelen in geval van problemen, power-up vertragingen of overstroomsituaties, OK.
Ena (inschakelen) pin
Nu, hier hebben we de ENA -pin die staat voor inschakelen. Deze pin moet 2,5 V bereiken voordat de VREF- en GTDRV -uitgangen kunnen worden ingeschakeld. Dus het betekent dat we deze pin kunnen gebruiken om de poortaandrijving af te sluiten als er iets misgaat of we kunnen het gebruiken om de startup uit te stellen wanneer het circuit eerst omhoog gaat.
Maar er is meer. Deze pin heeft een hysteresis gap van 200 mV die helpt om grillige schakelen of ongewenste turn-ons te voorkomen vanwege ruis. Dus zodra het 2,5 V kruist, blijft het aan totdat de spanning onder 2,3 V daalt, waardoor de bewerking stabieler wordt, OK.
We hebben ook onderspanningsbeveiliging in het IC dat rechtstreeks werkt bij VCC. De IC wordt ingeschakeld wanneer VCC 16 V bereikt en wordt uitgeschakeld als VCC onder de 10 V valt. Dit betekent dat als de voedingsspanning te laag daalt, IC automatisch wordt uitgeschakeld om storing te voorkomen.
Maar als we de ENA-pin niet gebruiken, moeten we deze aansluiten op VCC met behulp van een 100 kilo-ohmweerstand. Anders kan het drijven en ongewenst gedrag veroorzaken.
SS (zachte start) pin
Vervolgens gaan we naar de SS -pin die staat voor een zachte start. Het bepaalt hoe snel het circuit begint door de referentiespanning van de foutversterker tijdens het opstarten te verminderen.
Normaal gesproken als we de SS -pin open laten, blijft de referentiespanning op 7,5 V. Maar als we een condensator CSS van SS naar de grond verbinden, laadt de interne stroombron binnen het IC deze condensator langzaam op.
De laadstroom is ongeveer 14 milliamps, zodat de condensator lineair in rekening brengt van 0 V naar 7,5 V. De tijd die nodig is om dit te laten gebeuren wordt gegeven door deze formule.
Zachte starttijd = 0,54 * CSS in seconden van microfarads
Dit betekent dat als we een grotere condensator gebruiken, de opstarttijd langer wordt, waardoor het circuit soepel wordt ingeschakeld in plaats van plotseling naar volle spanning te springen, OK.
PKLMT (piekstroomlimiet) Pin
Nu komen we bij PKLMT die staat voor piekstroomlimiet. Deze pin is erg belangrijk omdat deze de maximale stroom instelt die de Power MOSFET mag verwerken.
Laten we zeggen dat we de weerstandsverdeler gebruiken die wordt weergegeven in het circuitdiagram. Hier is wat er gebeurt.
De spanning op PKLMT -pin bereikt 0 volt wanneer de spanningsdaling over de stroomgevoelweerstand is:
7,5 volt * 2 k / 10 k = 1,5 volt
Als we een 0,25 ohm -stroom sense -weerstand gebruiken, dan komt deze 1,5 volt -daling overeen met een stroom van:
Stroom i = 1,5 / 0,25 ohm = 6 ampère
Dit betekent dus dat de maximale stroom beperkt is tot 6 ampère, OK.
Maar nog een ding. TI beveelt aan dat we een bypass -condensator van PKLMT naar de grond verbinden. Waarom. Omdat dit helpt bij het filteren van hoogfrequente ruis, zorgt u ervoor dat de huidige limietdetectie nauwkeurig werkt en niet wordt beïnvloed door ongewenste ruispieken.
Controle -ingangen
VSense (uitgang DC -spanningszintuig)
OK, nu praten we over de Vsense -pin. Deze pin wordt gebruikt om de uitgang DC -spanning te voelen. De drempelspanning voor deze ingang is 7,5 volt en de ingangsbiasstroom is meestal 50 nanoamperes.
Als we de waarden in het circuitschema controleren, zien we dat ze zijn gebaseerd op een uitgangsspanning van 400 volt DC. In dit circuit werkt de spanningsversterker met een constante laagfrequente versterking om de uitgangsschommelingen minimaal te houden.
We vinden ook een 47 Nanofarad -feedbackcondensator die een 15 Hertz -paal in de spanningslus creëert. Waarom hebben we dit nodig? Omdat het voorkomt dat 120 Hertz Ripple de invoerstroom beïnvloedt, waardoor de operatie stabieler wordt, OK.
IAC (lijngolfvorm)
Laten we nu naar de IAC -pin gaan. Wat doet het? Het helpt ervoor te zorgen dat de lijnstroomgolfvorm dezelfde vorm volgt als de lijnspanning.
Dus hoe werkt het? Een klein monster van de stroomlijnspanningsgolfvorm wordt in deze pin ingevoerd. Binnen het IC wordt dit signaal vermenigvuldigd met de uitgang van de spanningsversterker in de interne multiplier. Het resultaat is een referentiesignaal dat wordt gebruikt door de stroomregellus, OK.
Maar hier is iets belangrijks. Deze invoer is geen spanningsingang maar een stroominvoer en daarom noemen we het IAC.
Hoe stellen we deze stroom nu in? We gebruiken een weerstandsverdeler met 220 kilo-ohms en 910 kilo-ohms. De spanning op de IAC -pin is intern gefixeerd op 6 volt. Dus deze weerstanden worden zo gekozen dat de stroom die in IAC stroomt, begint vanaf nul bij elke kruising nul en ongeveer 400 micro -amperes bereikt op de piek van de golfvorm.
We gebruiken de volgende formules om deze weerstandswaarden te berekenen:
Rac = VPK / IACPK
die ons geeft
RAC = (260 volt AC * √2) / 400 micro-amperes = 910 kilo-ohms
waarbij VPK de pieklijnspanning is.
Nu berekenen we rref met behulp van:
Rref = rac / 4
Dus, rref = 220 kilo-ohms
