Lavoro di base
Ora all'interno di questo IC abbiamo molti blocchi di costruzione importanti. C'è un amplificatore di tensione, quindi un moltiplicatore e un divisore analogici, un amplificatore di corrente e un PWM che funziona a una frequenza fissa.
Abbiamo anche un driver di gate che funziona bene con MOSFET di potenza, quindi un riferimento a 7,5 V, qualcosa chiamato Absimatore di linea, un comparatore abilitato a carico, un rilevatore a basso contenuto di fornitura e un comparatore di corrente eccezionale.
Quindi questo IC funziona usando qualcosa chiamato controllo medio in modalità corrente. Ciò significa che controlla la corrente in modo tale da mantenere la frequenza fissa, ma si assicura anche che il sistema rimanga stabile e che la distorsione rimanga bassa.
Ora, se lo confrontiamo con il controllo del massimo della corrente di picco, allora il tipo medio sembra migliore perché mantiene la forma d'onda di corrente di ingresso correttamente sinusoidale senza bisogno di compensazione della pendenza e senza essere troppo sensibili ai picchi di rumore.
Questo IC ha una tensione di riferimento elevata e un forte segnale di oscillatore, quindi non viene facilmente influenzato dal rumore. Anche perché ha circuiti PWM veloci, può funzionare a frequenze di commutazione sopra i 200 kHz, il che è piuttosto elevato.
Ora possiamo usarlo in sistemi monofase e trifase e può gestire tensioni di ingresso da 75 V a 275 V, lavorando anche con frequenze di linea CA ovunque da 50Hz a 400Hz.
Un'altra bella caratteristica è che quando si avvia l'IC, non disegna molta potenza, quindi l'alimentazione dell'alimentazione non viene sovraccarica.
Quando si tratta di imballaggi, questo IC è disponibile in versioni di immersione in plastica e ceramica (pacchetto in linea) a 16 pin e ci sono anche opzioni a disposizione della superficie. Quindi, nel complesso, un IC piuttosto utile per far funzionare correttamente la correzione del fattore di potenza!
Descrizione dettagliata
Questo UC3854 IC ci aiuta a eseguire la correzione del fattore di potenza attivo nei sistemi in cui altrimenti, avremmo una corrente non-sinusoidale che venga estratta da una linea di alimentazione sinusoidale. Quindi questo IC si assicura che il sistema estragga la potenza dalla linea nel miglior modo possibile mantenendo la distorsione della corrente della linea il più basso possibile, OK?
Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo un controllo medio in modalità corrente all'interno di questo IC e ciò che fa è, mantiene l'attuale controllo a frequenza fissa ma allo stesso tempo garantisce anche una buona stabilità e bassa distorsione.
La cosa buona del controllo della modalità corrente media è che consente alla fase di spostamento di spostarsi tra la modalità continua e la modalità discontinua senza causare problemi di prestazione.
Ma se avessimo usato la modalità di corrente di picco, avremmo bisogno di una compensazione della pendenza e non sarebbe ancora in grado di mantenere una corrente di linea sinusoidale perfetta. Inoltre, la modalità di corrente di picco tende a reagire di più ai transitori di rumore, ma la modalità di corrente media non viene influenzata molto, OK?
Ora questo IC UC3854 ha tutto al suo interno che dobbiamo creare un alimentatore in grado di estrarre la corrente in modo ottimale dalla linea di alimentazione mantenendo al minimo la distorsione della corrente della linea.
Quindi qui abbiamo un amplificatore di tensione, un moltiplicatore e un divisore analogici, un amplificatore di corrente e anche un PWM a frequenza fissa tutto all'interno di questo singolo IC.
Ma aspetta, questo IC ha anche un driver di gate completamente compatibile con MOSFET di alimentazione, un riferimento a 7,5 V, un anticipatore di linea, un comparatore abilitato a carico, un rivelatore a basso contenuto di offerta e un comparatore di sovracorrente.
Quindi tutto ciò di cui abbiamo bisogno per la correzione del fattore di potenza attivo è già all'interno, rendendo questo IC super utile per la progettazione di alimentatori efficienti.
Questo UC3854 IC ha tutti i circuiti all'interno che dobbiamo controllare un correttore del fattore di potenza, giusto? Ora questo IC è progettato principalmente per funzionare con il controllo della modalità corrente medio, ma la cosa buona è che possiamo anche usarlo con diverse topologie di potenza e metodi di controllo se vogliamo. Quindi, è abbastanza flessibile.
Diagramma a blocchi
Blocco sotto tensione e abilitare i comparatori
Se guardiamo il diagramma a blocchi, nell'angolo in alto a sinistra, vediamo due cose importanti: il comparatore di blocco sotto tensione e il comparatore abilitato. Questi due devono essere entrambi nello stato 'vero' per l'IC per iniziare a funzionare, ok?
Amplificatore di errore di tensione e funzione soft-start
Quindi abbiamo l'amplificatore di errore di tensione il cui ingresso di inversione va al pin vsense. Ora nel diagramma, vediamo alcuni diodi attorno all'amplificatore di errore di tensione, ma questi diodi sono lì solo per aiutarci a capire come funzionano i circuiti interni. Non sono diodi reali all'interno.
Ora che dire dell'ingresso non invertito dell'amplificatore di errore? Normalmente si collega a un riferimento a 7,5 V CC ma viene utilizzato anche per il soft-start.
Quindi quello che succede è, quando si avvia il circuito, questa configurazione consente al ciclo di controllo della tensione di iniziare a funzionare prima che la tensione di uscita raggiunga il suo livello finale.
In questo modo non otteniamo quel fastidioso superamento di accensione che molti alimentatori hanno.
Poi c'è un altro diodo ideale nel diagramma tra Vsense e l'input di invertire dell'amplificatore di errore, ma è lì solo per eliminare qualsiasi confusione: non c'è una caduta di diodo extra nel circuito reale. Invece, all'interno dell'IC facciamo tutto questo usando amplificatori differenziali. Inoltre, abbiamo una sorgente di corrente interna per caricare il condensatore di temporizzazione del softt-start.
Funzionalità del moltiplicatore
Ora parliamo del moltiplicatore. L'output dell'amplificatore di errore di tensione è disponibile su PIN Vaout e questo è anche uno degli ingressi per il moltiplicatore.
Un altro input al moltiplicatore è IAC, che deriva dai raddrizzatori di input e aiuta a programmare la forma delle onde. Questo perno IAC è tenuto internamente a 6V e funge da input corrente.
Quindi abbiamo VFF che è l'ingresso feedforward e all'interno dell'IC il suo valore viene quadrata prima di andare all'input del divisore del moltiplicatore.
Un'altra cosa che entra nel moltiplicatore è ISET che proviene da PIN RSET e aiuta a impostare la corrente di uscita massima.
Ora cosa viene fuori dal moltiplicatore? La corrente IMO che scorre dal pin multout e questo si collega all'ingresso non invertito dell'amplificatore di errore di corrente.
Controllo della corrente e modulazione della larghezza dell'impulso
Ora l'ingresso di inversione dell'amplificatore di corrente è collegato al pin isense e la sua uscita va al comparatore PWM, dove viene confrontato con il segnale di rampa dell'oscillatore da Pin CT.
L'oscillatore e il comparatore controllano quindi il flip-flop set-reset che a sua volta guida l'uscita ad alta corrente al pin GTDRV.
Ora per proteggere i MOSFET di potenza, la tensione di uscita dell'IC è bloccata internamente a 15 V, quindi non finiamo per sovraccaricare le porte del MOSFET.
Limite di corrente di picco e connessioni di alimentazione
Per sicurezza, esiste una funzione limite di corrente di picco di emergenza che è controllata dal pin PKLMT. Se questo pin viene estratto leggermente sotto il suolo, l'impulso di uscita si spegne immediatamente.
Infine abbiamo l'uscita di tensione di riferimento sul pin VREF e la tensione di ingresso va al pin VCC.
Informazioni sull'applicazione
OK, quindi questo IC è utilizzato principalmente negli alimentatori AC-DC in cui abbiamo bisogno di correzione del fattore di potenza attivo (PFC) da una linea CA universale. Ciò significa che possiamo usarlo nei sistemi in cui la tensione di input può variare ampiamente, ma dobbiamo comunque assicurarci che il fattore di potenza rimanga elevato e che le armoniche di corrente di input rimangono basse, ok?
Ora le applicazioni che utilizzano questo IC UC3854 di solito seguono gli standard di armonica corrente di input di Classe D, che fa parte di EN61000-3-2.
Questo è uno standard importante per gli alimentatori che hanno una potenza nominale superiore a 75 W, quindi se stiamo progettando qualcosa del genere, allora questo IC ci aiuta a soddisfare quei limiti di distorsione armonica senza problemi extra.
Se controlliamo le prestazioni di questo IC in un circuito di correzione del fattore di potenza da 250 W, possiamo vedere che è stato testato correttamente utilizzando uno strumento di misurazione PFC e THD di precisione.
I risultati? Il fattore di potenza era 0,999 che è quasi perfetto e la distorsione armonica totale (THD) era solo del 3,81%. Questi valori sono stati misurati fino alla 50a armonica della frequenza di linea, alla tensione di ingresso nominale e al pieno carico. Quindi questo ci dice che questo IC può davvero aiutarci a ottenere una conversione di potenza pulita ed efficiente.
Applicazione tipica (diagramma del circuito PFC)
Se guardiamo la figura sopra, vediamo un tipico circuito dell'applicazione in cui l'IC3854 IC viene utilizzato come preregolatore con un fattore di potenza elevato e elevata efficienza.
Allora come viene costruito? Abbiamo due sezioni principali in questo circuito:
- Il circuito di controllo che è costruito attorno all'UC3854.
- La sezione di potenza che gestisce effettivamente la conversione di potenza.
Ora la sezione di potenza qui è un convertitore Boost e l'induttore al suo interno funziona in modalità di conduzione continua (CCM).
Ciò significa che il ciclo di lavoro dipenderà dal rapporto tra la tensione di ingresso e la tensione di uscita, OK? Ma la cosa buona è che l'induttore funziona in modalità continua, quindi la ondulazione della corrente di ingresso alla frequenza di commutazione rimane bassa.
Ciò significa che otteniamo meno rumore sulla linea elettrica che è importante per la conformità EMI.
Ora una cosa importante in questo circuito è che la tensione di uscita deve essere sempre superiore alla tensione di picco della tensione di ingresso CA più alta. Quindi dobbiamo selezionare attentamente tutti i componenti assicurandosi che possano gestire le valutazioni di tensione senza alcun problema.
A pieno carico, questo circuito preregolatore raggiunge un fattore di potenza di 0,99, indipendentemente dalla tensione della linea di alimentazione di ingresso, purché rimanga tra 80 V e 260 V RM. Ciò significa che anche se la tensione di ingresso cambia, il circuito corregge ancora il fattore di potenza in modo efficace.
Ora se hai bisogno di un livello di potenza più elevato, puoi comunque utilizzare lo stesso circuito ma potresti dover apportare piccole modifiche alla fase di potenza. Quindi non è necessario ridisegnare tutto da zero, basta modificare alcune cose per gestire i requisiti di potenza più elevati.
Requisiti di progettazione
Per l'esempio di progettazione del circuito PFC mostrato sopra, utilizzeremo i parametri come indicato nella seguente tabella 1 come parametri di input.
Processo di progettazione completa
La porta MOSFET di potenza nella fase di controllo del circuito riceve gli impulsi PWM (GTDRV) dall'UC3854. Quattro diversi input al chip lavorano insieme per regolare contemporaneamente il ciclo di lavoro di questo output.
In questo progetto sono offerti controlli aggiunti di un tipo ausiliario. Servono da salvaguardia contro specifiche situazioni transitorie per i MOSFET di potenza di commutazione.
Input di protezione
Ora parliamo degli input di protezione in questo IC. Questi sono importanti perché ci aiutano a controllare il circuito in caso di problemi, ritardi di accensione o situazioni di sovracorrente, OK.
Pin Ena (abilita)
Ora, qui abbiamo il pin ENA che sta per abilitare. Questo pin deve raggiungere 2,5 V prima che le uscite VREF e GTDRV possano accendere. Quindi significa che possiamo usare questo pin per spegnere l'unità del gate se qualcosa va storto o possiamo usarlo per ritardare l'avvio quando il circuito si alimenta prima.
Ma c'è di più. Questo pin ha un divario di isteresi di 200 mV che aiuta a prevenire commutazione irregolare o turni indesiderati a causa del rumore. Quindi, una volta attraversato 2,5 V, rimarrà acceso fino a quando la tensione scenderà al di sotto di 2,3 V, rendendo l'operazione più stabile, OK.
Abbiamo anche una protezione della sottotensione all'interno dell'IC che funziona direttamente su VCC. L'IC si accenderà quando VCC raggiunge i 16 V e si spegne se VCC scende al di sotto di 10 V. Ciò significa che se la tensione di alimentazione diminuisce troppo in basso, l'IC si chiuderà automaticamente per evitare il malfunzionamento.
Ma se non stiamo usando il pin ENA, dobbiamo collegarlo a VCC usando un resistore da 100 kilo-ohm. Altrimenti potrebbe galleggiare e causare comportamenti indesiderati.
Pin SS (start soft)
Successivamente ci spostiamo sul perno SS che sta per inizio morbido. Controlla la velocità con cui il circuito inizia riducendo la tensione di riferimento dell'amplificatore di errore durante l'avvio.
Normalmente se lasciamo il pin SS aperto, la tensione di riferimento rimane a 7,5 V. ma se colleghiamo un CSS di condensatore da SS a terra, la sorgente di corrente interna all'interno dell'IC caricerà lentamente questo condensatore.
La corrente di ricarica è di circa 14 milliamps, quindi il condensatore si carica linearmente da 0 V a 7,5 V. Il tempo impiegato per ciò che accade è dato da questa formula.
Tempo di inizio morbido = 0,54 * CSS in microfaradi secondi
Ciò significa che se utilizziamo un condensatore più grande, il tempo di avvio diventa più lungo, facendo accendere il circuito senza intoppi invece di saltare improvvisamente alla piena tensione, OK.
PIN PKLMT (limite di corrente di picco)
Ora arriviamo a PKLMT che sta per il limite di corrente di picco. Questo pin è molto importante perché imposta la corrente massima che il MOSFET di potenza può gestire.
Diciamo che usiamo il divisore di resistenza mostrato nello schema circuitale. Ecco cosa succede.
La tensione sul pin PKLMT raggiunge 0 volt quando la caduta di tensione attraverso il resistore di senso di corrente è:
7,5 volt * 2 k / 10 k = 1,5 volt
Se utilizziamo un resistore di senso di corrente di 0,25 ohm, questa caduta di 1,5 volt corrisponde a una corrente di:
Corrente i = 1,5 / 0,25 ohm = 6 ampere
Quindi questo significa che la corrente massima è limitata a 6 ampere, OK.
Ma un'altra cosa. TI consiglia di collegare un condensatore di bypass da PKLMT a terra. Perché. Poiché questo aiuta a filtrare il rumore ad alta frequenza, assicurarsi che l'attuale rilevamento dei limiti funzioni accuratamente e non viene influenzato da picchi di rumore indesiderati.
Input di controllo
Vsense (senso di tensione DC in uscita)
Ok, ora parliamo del perno Vsense. Questo pin viene utilizzato per percepire la tensione CC di uscita. La tensione di soglia per questo ingresso è di 7,5 volt e la corrente di polarizzazione di ingresso è in genere 50 nanoampere.
Se controlliamo i valori nel diagramma del circuito, vediamo che si basano su una tensione di uscita di 400 volt DC. In questo circuito, l'amplificatore di tensione funziona con un guadagno costante a bassa frequenza per mantenere le fluttuazioni della produzione minima.
Troviamo anche un condensatore di feedback di Nanofarad 47 che crea un polo Hertz a 15 Hertz nel ciclo di tensione. Perché abbiamo bisogno di questo? Perché impedisce a 120 Hertz che ondula influisce sulla corrente di input, rendendo l'operazione più stabile, OK.
IAC (forma d'onda di linea)
Ora ci spostiamo sul perno IAC. Cosa fa? Aiuta a assicurarsi che la forma d'onda della corrente di linea segua la stessa forma della tensione di linea.
Allora come funziona? Un piccolo campione della forma d'onda di tensione della linea di alimentazione viene immesso in questo pin. All'interno dell'IC, questo segnale viene moltiplicato per l'uscita dell'amplificatore di tensione nel moltiplicatore interno. Il risultato è un segnale di riferimento utilizzato dal ciclo di controllo corrente, OK.
Ma ecco qualcosa di importante. Questo input non è un ingresso di tensione ma un input di corrente ed è per questo che lo chiamiamo IAC.
Ora come impostiamo questa corrente? Usiamo un divisore di resistenza con 220 kilo-ohm e 910 kilo-ohms. La tensione sul perno IAC è fissata internamente a 6 volt. Quindi questi resistori sono scelti in modo tale che la corrente che scorre in IAC inizi da zero ad ogni passaggio zero e raggiunge circa 400 microamperi al picco della forma d'onda.
Usiamo le seguenti formule per calcolare questi valori di resistenza:
RAC = VPK / IACPK
che ci dà
Rac = (260 volt ac * √2) / 400 microamperi = 910 kilo-ohms
Dove VPK è la tensione della linea di picco.
Ora calcoliamo RREF usando:
Rref = rac / 4
Quindi, rref = 220 kilo-ohms
