Treball bàsic
Ara, dins d'aquesta IC, tenim molts blocs de construcció importants. Hi ha un amplificador de tensió, un multiplicador i un divisor analògic, un amplificador de corrent i un PWM que funciona a una freqüència fixa.
També tenim un controlador de porta que funciona bé amb Power MOSFETS, després una referència de 7.5V, una cosa anomenada anticipadora de línies, un comparador que permet la càrrega, un detector de subministrament baix i un comparador de sobrecorrent.
De manera que aquesta IC funciona utilitzant una cosa anomenada control mitjà actual. Això significa que controla el corrent de manera que mantingui la freqüència fixa, però també s’assegura que el sistema es manté estable i la distorsió es manté baixa.
Ara, si ho comparem amb el control de mode de corrent màxim, el tipus mitjà es veu millor perquè manté la forma d'ona actual d'entrada correctament sinusoïdal sense necessitat de compensació de pendent i sense ser massa sensible a les punxes de soroll.
Aquesta IC té una tensió de referència elevada i un senyal oscil·lador fort per la qual cosa no es veu fàcilment afectat pel soroll. També perquè té circuits PWM ràpids, pot funcionar a freqüències de commutació superiors a 200 kHz, cosa que és força elevada.
Ara podem utilitzar-lo tant en sistemes de fase i trifàsic i pot gestionar les tensions d’entrada de 75V a 275V, alhora que treballem amb freqüències de línia de CA des de 50Hz fins a 400Hz.
Una altra característica agradable és que, quan la IC s’inicia, no atrau gaire potència, de manera que l’alimentació d’alimentació no es sobrecarrega.
Quan es tracta d’envasos, aquesta IC inclou versions de plàstic i ceràmica de 16 pins (paquet de doble línia) i també hi ha opcions de muntatge de superfície disponibles. Així, en general, una IC força útil per fer que la correcció del factor de potència funcioni correctament.
Descripció detallada
Aquesta IC UC3854 ens ajuda a fer una correcció activa del factor de potència en sistemes on d’una altra manera, tindríem un corrent no sinusoïdal que s’extreu d’una línia elèctrica sinusoïdal. Així que aquesta IC s’assegura que el sistema treu la potència de la línia de la millor manera possible mantenint la distorsió de corrent de línia el més baix possible, d'acord?
Per aconseguir-ho, tenim un control mitjà de mode de corrent dins d’aquesta IC i el que fa això és, manté el control actual de freqüència fixa, però, alhora, també garanteix una bona estabilitat i una baixa distorsió.
El bo del control mitjà de mode actual és que deixa que l’etapa d’impulsió es mogui entre el mode continu i el mode discontinu sense causar problemes de rendiment.
Però si haguéssim utilitzat el mode de corrent màxim, necessitaríem una compensació de pendent i, tot i així, no seria capaç de mantenir un corrent de línia sinusoïdal perfecte. El mode de corrent més alt tendeix a reaccionar més als transitoris de soroll, però el mode de corrent mitjà no es veu molt afectat, d'acord?
Ara, aquesta IC UC3854 té tot el que és necessari que necessitem fer una font d'alimentació que pugui extreure el corrent de manera òptima de la línia elèctrica mantenint una distorsió de corrent de línia al mínim.
Així que aquí tenim un amplificador de tensió, un multiplicador i un divisor analògic, un amplificador de corrent i també un PWM de freqüència fixa tot dins d'aquesta IC única.
Però espereu, aquesta IC també té un controlador de porta que és totalment compatible amb Power MOSFETS, una referència de 7.5V, un anticipador de línies, un comparador que permet la càrrega, un detector de subministrament baix i un comparador de sobrecorrent.
De manera que tot el que necessitem per a la correcció de factors de potència activa ja està dins, cosa que fa que aquesta IC sigui molt útil per dissenyar fonts d’alimentació eficients.
Aquesta IC UC3854 té tots els circuits que hem de controlar un corrector de factor de potència, oi? Ara, aquesta IC està dissenyada principalment per treballar amb control mitjà de mode actual, però el bo és que també podem utilitzar -lo amb diferents topologies de potència i mètodes de control si volem. Per tant, és força flexible.
Diagrama de blocs
Bloqueig de tensió i activar els comparadors
Si mirem el diagrama de blocs, a la part superior esquerra, veiem dues coses importants: el comparador de bloqueig de tensió i el comparador Habilitar. Aquests dos han d'estar en l'estat 'veritable' perquè la IC comenci a funcionar, d'acord?
Amplificador d'error de tensió i funció d'inici suau
A continuació, tenim l'amplificador d'error de tensió que l'entrada invertida es dirigeix a Pin Vsense. Ara al diagrama, veiem alguns díodes al voltant de l’amplificador d’error de tensió, però aquests díodes són només per ajudar -nos a comprendre el funcionament dels circuits interns. No són díodes reals al seu interior.
Ara, què passa amb l’entrada no inversor de l’amplificador d’error? Normalment es connecta a una referència de 7.5V de corrent continu, però també s’utilitza per a l’inici suau.
El que passa és que, quan s’inicia el circuit, aquesta configuració permet que el bucle de control de la tensió comenci a funcionar abans que la tensió de sortida arribi al seu nivell final.
D’aquesta manera, no aconseguim aquest despreniment molest que tenen moltes fonts d’alimentació.
Després hi ha un altre díode ideal al diagrama entre vsense i l’entrada invertida de l’amplificador d’error, però només hi és per esborrar qualsevol confusió: no hi ha cap caiguda de díode addicional al circuit real. En canvi, dins de la IC fem tot això mitjançant amplificadors diferencials. A més, tenim una font de corrent interna per carregar el condensador de sincronització de programari.
Funcionalitat multiplicadora
Ara parlem del multiplicador. La sortida de l'amplificador d'error de tensió està disponible al pin vaout i aquesta és també una de les entrades del multiplicador.
Una altra entrada al multiplicador és la IAC, que prové dels rectificadors d’entrada i ajuda a programar la forma d’ona. Aquest PIN IAC es manté internament a 6V i actua com a entrada actual.
A continuació, tenim VFF, que és l’entrada d’avançament i dins de la IC, el seu valor es queda quadrat abans d’anar a l’entrada del divisor del multiplicador.
Una altra cosa que entra al multiplicador és ISET que prové de PIN RSET i ajuda a establir el corrent màxim de sortida.
Ara, què surt del multiplicador? El corrent IMO que flueix de la muleta de PIN i això es connecta a l’entrada no inversor de l’amplificador d’error de corrent.
Control de corrent i modulació de l'amplada de pols
Ara l’entrada invertida de l’amplificador de corrent està connectada a PIN Isense i la seva sortida va al comparador PWM, on es compara amb el senyal de rampa de l’oscil·lador del PIN CT.
L'oscil·lador i el comparador controlen el flip-flop del conjunt de conjunts que, al seu torn, condueix la sortida de corrent alt al pin GTDRV.
Ara, per protegir la potència MOSFETS, la tensió de sortida de la IC es subjecta internament a 15V, de manera que no acabem sobredint -se a les portes MOSFET.
Límit de corrent màxim i connexions d’alimentació
Per a la seguretat, hi ha una funció de límit de corrent màxima d’emergència controlada per PKLMT PIN. Si aquest passador es tira lleugerament per sota del sòl, el pols de sortida s’apaga immediatament.
Finalment, tenim la sortida de tensió de referència al pin VREF i la tensió d’entrada es dirigeix al PIN VCC.
Informació de l'aplicació
D’acord, de manera que aquesta IC s’utilitza principalment en fonts d’alimentació AC-DC on necessitem correcció de factor de potència activa (PFC) des d’una línia de CA universal. Això vol dir que podem utilitzar -lo en sistemes on la tensió d’entrada pot variar àmpliament, però encara hem d’assegurar -nos que el factor de potència es mantingui alt i que els harmònics de corrent d’entrada siguin baixos, d'acord?
Ara les aplicacions que utilitzen aquesta IC UC3854 solen seguir els estàndards actuals de l’entrada de l’equip de classe D, que forma part de l’EN61000-3-2.
Aquest és un estàndard important per a les fonts d’alimentació que tenen una potència nominal per sobre dels 75W, de manera que si estem dissenyant alguna cosa així, aquesta IC ens ajuda a complir aquests límits de distorsió harmònics sense molèsties addicionals.
Si comprovem el rendiment d'aquesta IC en un circuit de correcció de factors de potència de 250W, podem veure que s'ha provat correctament mitjançant un instrument de mesura PFC i THD de precisió.
Els resultats? El factor de potència va ser de 0,999, que és gairebé perfecte i la distorsió harmònica total (THD) va ser només del 3,81%. Aquests valors es van mesurar fins al 50è harmònic de la freqüència de línia, a la tensió d'entrada nominal i a la càrrega completa. Així que això ens diu que aquesta IC ens pot ajudar realment a obtenir una conversió de potència neta i eficient.
Aplicació típica (diagrama de circuits PFC)
Si ens fixem en la figura anterior, veiem un circuit d’aplicació típic on s’utilitza la IC UC3854 com a preeregulador amb factor d’alta potència i alta eficiència.
Llavors, com es construeix això? Tenim dues seccions principals en aquest circuit:
- El circuit de control que es construeix al voltant de la UC3854.
- La secció de potència que realment gestiona la conversió de potència.
Ara, la secció de potència aquí és un convertidor d’increment i l’inductor que hi ha al seu interior funciona en mode de conducció contínua (CCM).
El que això significa és que el cicle de treball dependrà de la relació de la tensió d’entrada a la tensió de sortida, oi? Però el bo és que l’inductor funciona en mode continu, de manera que el corrent d’entrada es desprèn de la freqüència de commutació es manté baixa.
Això vol dir que rebem menys soroll a la línia elèctrica que és important per al compliment de l'EMI.
Ara és una cosa important en aquest circuit, la tensió de sortida ha de ser sempre superior a la tensió màxima de la tensió d’entrada de CA més alta esperada. Per tant, hem de seleccionar detingudament tots els components assegurant -nos que puguin gestionar les valoracions de tensió sense cap problema.
A tota càrrega, aquest circuit prerregurador aconsegueix un factor de potència de 0,99, independentment de quina sigui la tensió de la línia d’energia d’entrada, sempre que es mantingui entre 80V a 260V RMS. Això vol dir que, fins i tot si la tensió d’entrada canvia, el circuit encara corregeix el factor de potència de manera eficaç.
Ara, si necessiteu un nivell de potència superior, encara podeu utilitzar aquest mateix circuit, però potser haureu de fer petits canvis a l’etapa d’alimentació. Per tant, no cal que redissenyeu -ho tot des de zero, només cal que ajusteu algunes coses per gestionar els requisits de potència més elevats.
Requisits de disseny
Per a l'exemple de disseny de circuits PFC anteriorment mostrat, utilitzarem els paràmetres tal com s'indica a la taula 1 següent com a paràmetres d'entrada.
Procés de disseny complet
La porta de potència MOSFET en l'etapa de control del circuit rep els polsos PWM (GTDRV) de la UC3854. Quatre entrades diferents al xip treballen junts per regular simultàniament el cicle de treball d'aquesta sortida.
En aquest disseny s’ofereixen controls afegits d’un tipus auxiliar. Serveixen de salvaguarda contra situacions transitòries específiques per a la potència de commutació.
Entrades de protecció
Ara parlem de les entrades de protecció d’aquest IC. Aquests són importants perquè ens ajuden a controlar el circuit en cas de problemes, retards d’energia o situacions de sobrecàrrega, d’acord.
PIN ENA (Habilitar)
Ara, aquí tenim el pin ENA que significa Habilitar. Aquest pin ha d’arribar a 2,5 V abans que les sortides VREF i GTDRV s’encenguin. Per tant, vol dir que podem utilitzar aquest pin per tancar la unitat de la porta si alguna cosa va malament o podem utilitzar -lo per retardar la startup quan el circuit s’enfronti.
Però n’hi ha més. Aquest passador té una bretxa d’histèresi de 200 mV, que ajuda a evitar un canvi erràtic o girs no desitjats a causa del soroll. Així, un cop creuat 2,5 V, es mantindrà encès fins que la tensió caigui per sota de 2,3 V, fent que l'operació sigui més estable, d'acord.
També disposem de protecció de subestat dins de la IC que funciona directament a VCC. La IC s’encendrà quan VCC arribi a 16 V i s’apagarà si el VCC cau per sota de 10 V. Això significa que si la tensió d’alimentació baixa massa baixa, la IC s’apagarà automàticament per evitar un mal funcionament.
Però si no utilitzem el pin ENA, hem de connectar-lo a VCC mitjançant una resistència de 100 quilo-ohm. En cas contrari, pot surar i provocar un comportament no desitjat.
Pin SS (Start Start)
A continuació, ens traslladem al passador SS que significa un inici suau. Controla la rapidesa que s’inicia el circuit reduint la tensió de referència de l’amplificador d’error durant l’inici.
Normalment si deixem el passador SS obert, la tensió de referència es manté a 7,5 V. Però si connectem un condensador CSS de SS a terra, la font de corrent interna dins de la IC carregarà aquest condensador lentament.
El corrent de càrrega és d’uns 14 mil·límetres, de manera que el condensador es carrega linealment de 0 V a 7,5 V. El temps que triga a passar és donat per aquesta fórmula.
Hora d’inici suau = 0,54 * CSS en microfarads segons
Això vol dir que si utilitzem un condensador més gran, el temps d’inici es fa més llarg, fent que el circuit s’encengui sense problemes en lloc de saltar de sobte a la tensió completa, d’acord.
Pklmt (límit de corrent màxim)
Ara arribem a PKLMT, que significa límit de corrent màxim. Aquest pin és molt important perquè estableix el corrent màxim que es pot manejar el MOSFET.
Diguem que utilitzem el divisor de resistència que es mostra al diagrama de circuits. Això és el que passa.
La tensió del passador PKLMT arriba a 0 volts quan la tensió cau a través de la resistència del sentit del corrent és:
7,5 volts * 2 K / 10 K = 1,5 volts
Si utilitzem una resistència de sentit de corrent de 0,25 ohm, aquesta caiguda de 1,5 vol correspon a un corrent de:
Actual i = 1,5 / 0,25 ohms = 6 amperes
Per tant, això significa que el corrent màxim està limitat a 6 amperes, d'acord.
Però una cosa més. Ti recomana que connectem un condensador de bypass de PKLMT a terra. Per què. Com que això ajuda a filtrar el soroll d’alta freqüència, assegurant-se que la detecció de límit actual funciona amb precisió i no es veu afectada per pics de soroll no desitjats.
Controlar les entrades
Vsense (sentit de la tensió de sortida de sortida)
D’acord, ara parlem del passador VSense. Aquest pin s'utilitza per intuir la tensió de corrent continu. La tensió llindar d'aquesta entrada és de 7,5 volts i el corrent de biaix d'entrada normalment és de 50 nanoamperes.
Si comprovem els valors del diagrama de circuits, veiem que es basen en una tensió de sortida de 400 volts dc. En aquest circuit, l'amplificador de tensió funciona amb un guany constant de baixa freqüència per mantenir les fluctuacions de sortida mínimes.
També trobem un condensador de retroalimentació de 47 nanofarad que crea un pol Hertz al bucle de tensió. Per què necessitem això? Com que impedeix que 120 Hertz es produeixin afectant el corrent d’entrada, fent que l’operació sigui més estable, està bé.
IAC (forma d'ona de línia)
Ara passem al passador IAC. Què fa? Ajuda a assegurar -se que la forma d’ona de corrent de línia segueix la mateixa forma que la tensió de la línia.
Llavors, com funciona? Una petita mostra de la forma d'ona de la línia d'alimentació s'alimenta en aquest passador. Dins de la IC, aquest senyal es multiplica per la sortida de l'amplificador de tensió al multiplicador intern. El resultat és un senyal de referència utilitzat pel bucle de control actual, d'acord.
Però aquí hi ha alguna cosa important. Aquesta entrada no és una entrada de tensió, sinó una entrada de corrent i és per això que l’anomenem IAC.
Ara, com definim aquest corrent? Utilitzem un divisor de resistència amb 220 quilo-ohms i 910 quilo-ohms. La tensió del passador IAC es fixa internament a 6 volts. De manera que aquestes resistències són escollides de manera que el corrent que flueix cap a la IAC comença des de zero a cada creuament zero i arriba a uns 400 microamperes al pic de la forma d'ona.
Utilitzem les fórmules següents per calcular aquests valors de resistència:
RAC = VPK / IACPK
que ens dóna
RAC = (260 volts AC * √2) / 400 microamperes = 910 quilo-ohms
on VPK és la tensió de la línia màxima.
Ara, calculem Rref mitjançant:
Rref = Rac / 4
Per tant, rref = 220 quilo-ohms
