Temel Çalışma
Şimdi bu IC'nin içinde birçok önemli yapı taşımız var. Bir voltaj amplifikatörü, daha sonra bir analog çarpan ve bölücü, bir akım amplifikatörü ve sabit bir frekansta çalışan bir PWM vardır.
Ayrıca Power MOSFET'ler, daha sonra 7.5V referansı, çizgi öngörü olan bir şey, yük etkin bir karşılaştırıcı, düşük tedarik dedektörü ve aşırı akım karşılaştırıcı ile iyi çalışan bir kapı sürücümüz var.
Böylece bu IC, ortalama akım mod kontrolü adı verilen bir şey kullanarak çalışır. Bu, akımı frekansı sabit tutacak, ancak sistemin sabit kalmasını ve bozulmanın düşük kalmasını sağlayacak şekilde kontrol ettiği anlamına gelir.
Şimdi bunu tepe akım mod kontrolü ile karşılaştırırsak, ortalama tip daha iyi görünür, çünkü giriş akım dalga formunu eğim telafisine ihtiyaç duymadan ve gürültü ani artışlara çok duyarlı olmadan düzgün bir şekilde sinüzoidal tutar.
Bu IC, yüksek referans voltajına ve güçlü bir osilatör sinyaline sahiptir, böylece gürültüden kolayca etkilenmez. Ayrıca hızlı PWM devresine sahip olduğu için, 200kHz'in üzerindeki anahtarlama frekanslarında oldukça yüksektir.
Şimdi hem tek fazlı hem de üç fazlı sistemlerde kullanabiliriz ve giriş voltajlarını 75V ila 275V arasında işleyebilir, aynı zamanda 50Hz'den 400Hz'e kadar AC hat frekanslarıyla çalışabilir.
Başka bir güzel özellik, IC başladığında çok fazla güç çekmemesidir, bu nedenle güç kaynağı beslenmesi aşırı yüklenmez.
Ambalaj söz konusu olduğunda, bu IC 16 pimli plastik ve seramik daldırma (çift sıralı paket) versiyonlarında gelir ve yüzey montaj seçenekleri de mevcuttur. Genel olarak, güç faktörü düzeltmesinin düzgün çalışmasını sağlamak için oldukça kullanışlı bir IC!
Ayrıntılı açıklama
Bu UC3854 IC, aksi halde aktif güç faktörü düzeltmesi yapmamıza yardımcı olur, aksi halde sinüzoidal bir güç hattından alınan sinüzoidal olmayan bir akımın bulunacağı. Yani bu IC, sistemin hattı akım bozulmasını mümkün olduğunca düşük tutarken, güçten mümkün olan en iyi şekilde çekmesini sağlar, tamam mı?
Bunu başarmak için, bu IC'nin içinde ortalama akım mod kontrolümüz var ve bunun yaptığı şey, mevcut kontrol sabit frekansını tutar, ancak aynı zamanda iyi stabilite ve düşük bozulma sağlar.
Ortalama akım mod kontrolü ile ilgili iyi olan, herhangi bir performans sorununa neden olmadan sürekli mod ve süreksiz mod arasında destek aşamasının hareket etmesine izin vermesidir.
Ancak pik akım modunu kullansaydık, o zaman eğim telafisine ihtiyacımız olacaktı ve yine de mükemmel bir sinüzoidal çizgi akımını koruyamazdı. Ayrıca pik akım modu gürültü geçici maddelere daha fazla tepki verme eğilimindedir, ancak ortalama akım modu çok fazla etkilenmez, tamam mı?
Şimdi bu UC3854 IC, içinde, hat akımı bozulmasını minimumda tutarken, akımı güç hattından en iyi şekilde çıkarabilen bir güç kaynağı yapmamız gereken her şeye sahiptir.
Yani burada bir voltaj amplifikatörü, bir analog çarpan ve bölücü, bir akım amplifikatörü ve ayrıca bu tek IC'nin içinde sabit frekanslı bir PWM var.
Ancak bekleyin, bu IC ayrıca Power MOSFET'ler, 7.5V referansı, bir çizgi öngörü, yük etkin bir karşılaştırıcı, düşük tedarik dedektörü ve aşırı akım karşılaştırıcı ile tamamen uyumlu bir kapı sürücüsüne sahiptir.
Dolayısıyla, aktif güç faktörü düzeltmesi için ihtiyacımız olan her şey zaten içeridedir, bu da bu IC'yi verimli güç kaynakları tasarlamak için kullanışlı hale getirir.
Bu UC3854 IC, bir güç faktörü düzelticisini kontrol etmemiz gereken tüm devrelere sahiptir, değil mi? Şimdi bu IC esas olarak ortalama akım mod kontrolü ile çalışmak için tasarlanmıştır, ancak iyi olan şey, istersek farklı güç topolojileri ve kontrol yöntemleriyle de kullanabilmemizdir. Yani, oldukça esnek.
Blok şeması
Voltajlı kilitleme ve karşılaştırıcıları etkinleştirin
Blok diyagramına bakarsak, sol üst köşede, iki önemli şey görüyoruz-voltajlı kilitleme karşılaştırıcı ve etkin karşılaştırıcı. Bu ikisinin ikisi de IC'nin çalışmaya başlaması için 'gerçek' durumda olmalı, tamam mı?
Voltaj hatası amplifikatörü ve yumuşak başlama işlevi
Sonra ters girişi pin vsense'ye giden voltaj hatası amplifikatörümüz var. Şimdi diyagramda, voltaj hata amplifikatörünün etrafında bazı diyotlar görüyoruz, ancak bu diyotlar dahili devrelerin nasıl çalıştığını anlamamıza yardımcı olmak için oradadır. İçeride gerçek diyotlar değiller.
Şimdi hata amplifikatörünün ters olmayan girişi ne olacak? Normalde 7.5V DC referansına bağlanır, ancak yumuşak başlama için de kullanılır.
Öyleyse, devre başladığında, bu kurulum voltaj kontrol döngüsünün çıkış voltajı nihai seviyesine ulaşmadan çalışmaya başlamasına izin verir.
Bu şekilde, birçok güç kaynağının sahip olduğu can sıkıcı açma aşımını alamıyoruz.
Daha sonra vSense ve hata amplifikatörünün ters çevrici girişi arasındaki diyagramda başka bir ideal diyot daha var, ancak herhangi bir karışıklığı temizlemek için orada - gerçek devrede ekstra diyot düşüşü yok. Bunun yerine, IC'nin içinde tüm bunları diferansiyel amplifikatörler kullanarak yapıyoruz. Ayrıca, yumuşak start zamanlama kapasitörünü şarj etmek için dahili bir akım kaynağımız var.
Çarpan işlevselliği
Şimdi çarpan hakkında konuşalım. Voltaj hatası amplifikatörünün çıkışı pin vaout'ta mevcuttur ve bu aynı zamanda çarpan girişlerinden biridir.
Çarpana bir başka girdi, giriş düzelticilerinden gelen ve dalga şeklini programlamaya yardımcı olan IAC'dir. Bu IAC pimi dahili olarak 6V'de tutulur ve akım girişi görevi görür.
Sonra besleme girişi olan VFF'ye sahibiz ve IC'nin içinde, çarpanın bölücü girişine gitmeden önce değeri kareleşir.
Çarpana giren başka bir şey, pin RSET'ten gelen ISET'dir ve maksimum çıkış akımının ayarlanmasına yardımcı olur.
Şimdi çarpandan ne çıkıyor? Pin multout'tan akan IMO akımı ve bu, geçerli hata amplifikatörünün ters olmayan girişine bağlanır.
Akım kontrol ve nabız genişliği modülasyonu
Şimdi akım amplifikatörünün ters çevrilmesi pin ISENSE'ye bağlanmıştır ve çıkışı PWM karşılaştırıcısına gider, burada pin CT'den gelen osilatör rampası sinyali ile karşılaştırılır.
Osilatör ve karşılaştırıcı daha sonra set-reset flip-flopu kontrol ederek PIN GTDRV'deki yüksek akım çıkışını yönlendirir.
Şimdi güç mosfetlerini korumak için, IC'nin çıkış voltajı dahili olarak 15V'ye kenetlenir, bu nedenle MOSFET kapılarını aşırı sürmüyoruz.
Pik akım sınırı ve güç kaynağı bağlantıları
Güvenlik için, pin pklmt tarafından kontrol edilen bir acil pik akım limit fonksiyonu vardır. Bu pim zeminin biraz altına çekilirse, çıkış darbesi hemen kapanır.
Son olarak PIN VREF üzerinde referans voltaj çıkışımız var ve giriş voltajı VCC pinine gidiyor.
Uygulama Bilgileri
Tamam, bu nedenle bu IC esas olarak evrensel bir AC hattından Aktif Güç Faktörü Düzeltme (PFC) 'e ihtiyaç duyduğumuz AC-DC güç kaynaklarında kullanılır. Bu, giriş voltajının büyük ölçüde değişebileceği sistemlerde kullanabileceğimiz anlamına gelir, ancak yine de güç faktörünün yüksek kaldığından ve giriş akımı harmoniklerinin düşük kaldığından emin olmalıyız, tamam mı?
Şimdi bu UC3854 IC kullanan uygulamalar genellikle EN61000-3-2'nin bir parçası olan D Sınıfı ekipman girişi akım harmonik standartlarını takip eder.
Bu, 75W'nin üzerinde nominal güce sahip güç kaynakları için önemli bir standarttır, bu nedenle böyle bir şey tasarlarsak, bu IC bu harmonik bozulma sınırlarını ekstra güçlük çekmeden karşılamamıza yardımcı olur.
Bu IC'nin performansını 250W güç faktörü düzeltme devresinde kontrol edersek, hassas bir PFC ve THD ölçüm cihazı kullanılarak uygun şekilde test edildiğini görebiliriz.
Sonuçlar? Güç faktörü 0.999 idi, bu neredeyse mükemmel ve toplam harmonik bozulma (THD) sadece%3.81 idi. Bu değerler, nominal giriş voltajı ve tam yükte hat frekansının 50. harmonikine kadar ölçüldü. Bu bize bu IC'nin temiz ve verimli bir güç dönüşümü elde etmemize gerçekten yardımcı olabileceğini söylüyor.
Tipik Uygulama (PFC devre şeması)
Yukarıdaki şekle bakarsak, UC3854 IC'nin yüksek güç faktörü ve yüksek verimliliğe sahip bir öngörü olarak kullanıldığı tipik bir uygulama devresi görüyoruz.
Peki bu nasıl inşa ediliyor? Bu devrede iki ana bölüm var:
- UC3854 etrafında inşa edilen kontrol devresi.
- Güç dönüşümünü gerçekleştiren güç bölümü.
Şimdi buradaki güç bölümü bir destek dönüştürücüdür ve içindeki indüktör sürekli iletim modunda (CCM) çalışır.
Bunun anlamı, görev döngüsünün giriş voltajının çıkış voltajına oranına bağlı olması, tamam mı? Ancak iyi olan şey, çünkü indüktör sürekli modda çalışıyor, bu nedenle anahtarlama frekansındaki giriş akımı dalgalanması düşük kalıyor.
Bu, EMI uyumluluğu için önemli olan güç hattında daha az gürültü elde ettiğimiz anlamına gelir.
Şimdi bu devrede önemli bir şey, çıkış voltajı her zaman beklenen en yüksek AC giriş voltajının tepe voltajından daha yüksek olmalıdır. Bu nedenle, voltaj derecelendirmelerini herhangi bir sorun olmadan işleyebileceklerinden emin olarak tüm bileşenleri dikkatlice seçmemiz gerekir.
Tam yükte, bu öngörü devresi, 80V ila 260V rms arasında kaldığı sürece, giriş güç hattı voltajı ne olursa olsun 0.99'luk bir güç faktörü elde eder. Bu, giriş voltajı değişse bile, devrenin güç faktörünü etkili bir şekilde düzelttiği anlamına gelir.
Şimdi daha yüksek bir güç seviyesine ihtiyacınız varsa, yine aynı devreyi kullanabilirsiniz, ancak güç aşamasında küçük değişiklikler yapmanız gerekebilir. Bu nedenle, her şeyi sıfırdan yeniden tasarlamanıza gerek yoktur, daha yüksek güç gereksinimlerini karşılamak için birkaç şeyi değiştirin.
Tasarım Gereksinimleri
Yukarıda gösterilen PFC devre tasarımı örneği için, parametreleri giriş parametreleri olarak aşağıdaki Tablo 1'de belirtildiği gibi kullanacağız.
Kapsamlı Tasarım Süreci
Devrenin kontrol aşamasındaki güç mosfet kapısı, UC3854'ten PWM darbelerini (GTDRV) alır. Bu çıktının görev döngüsünü eşzamanlı olarak düzenlemek için çipin dört farklı girişi birlikte çalışır.
Bu tasarımda yardımcı tipte ek kontroller sunulmaktadır. Anahtarlama gücü mosfets için belirli geçici durumlara karşı bir koruma görevi görürler.
Koruma Girişleri
Şimdi bu IC'deki koruma girişleri hakkında konuşuyoruz. Bunlar önemlidir, çünkü sorunlar, güçlendirme gecikmeleri veya aşırı akım durumları durumunda devreyi kontrol etmemize yardımcı olurlar.
ENA (Etkinleştir) PIN
Şimdi, etkinleştirmeyi temsil eden ENA pimimiz var. Bu pim, VREF ve GTDRV çıkışları açılmadan önce 2.5 V'ye ulaşmalıdır. Bu, bir şeyler ters giderse kapı sürücüsünü kapatmak için bu pimi kullanabileceğimiz veya devre ilk güçlendiğinde başlatmayı geciktirmek için kullanabileceğimiz anlamına gelir.
Ama daha fazlası var. Bu pim, gürültü nedeniyle düzensiz anahtarlamayı veya istenmeyen dönüşleri önlemeye yardımcı olan 200 mV'lik bir histerezis boşluğuna sahiptir. Bu nedenle, 2.5 V geçtikten sonra, voltaj 2.3 V'un altına düşene kadar açık kalır, bu da işlemi daha kararlı hale getirir, tamam.
Ayrıca doğrudan VCC'de çalışan IC içinde düşük voltaj korumasına sahibiz. IC, VCC 16 V'a ulaştığında açılır ve VCC 10 V'un altına düşerse kapanır. Bu, güç kaynağı voltajı çok düşerse, arızayı önlemek için IC'nin otomatik olarak kapanacağı anlamına gelir.
Ancak ENA pimini kullanmıyorsak, 100 kilo-ohm'luk bir direnç kullanarak VCC'ye bağlamalıyız. Aksi takdirde yüzebilir ve istenmeyen davranışlara neden olabilir.
SS (yumuşak başlangıç) pimi
Sonra yumuşak bir başlangıç anlamına gelen SS pimine geçiyoruz. Başlatma sırasında hata amplifikatörünün referans voltajını azaltarak devrenin ne kadar hızlı başladığını kontrol eder.
Normalde SS pimini açık bırakırsak, referans voltajı 7.5 V'de kalır. Ancak bir kapasitör CSS'yi SS'den Toprağa bağlarsak, IC içindeki dahili akım kaynağı bu kapasitörü yavaşça şarj edecektir.
Şarj akımı yaklaşık 14 miliamm'dır, bu nedenle kapasitör 0 V'den 7.5 V'ye doğrusal olarak şarj eder. Bunun gerçekleşmesi için geçen süre bu formül tarafından verilmiştir.
Yumuşak Başlangıç Süresi = 0.54 * Mikrofarad saniyelerde CSS
Bu, daha büyük bir kapasitör kullanırsak, başlangıç süresi uzar ve aniden tam voltaja atlamak yerine devrenin sorunsuz bir şekilde açılmasını sağlar.
PKLMT (tepe akım sınırı) pimi
Şimdi pik akım sınırını temsil eden PKLMT'ye geliyoruz. Bu pim çok önemlidir, çünkü Power Mosfet'in kullanmasına izin verildiği maksimum akımı ayarlar.
Diyelim ki devre diyagramında gösterilen direnç bölücüsünü kullandığımızı diyelim. İşte ne olacak.
PKLMT pimindeki voltaj, geçerli duyu direnci boyunca voltaj düşüşü:
7.5 Volt * 2 K / 10 K = 1.5 Volt
0.25 ohm akım duyu direnci kullanırsak, bu 1.5 volt düşüş aşağıdakilerin akımına karşılık gelir.
Akım i = 1.5 / 0.25 ohm = 6 amper
Yani bu, maksimum akımın 6 amper ile sınırlı olduğu anlamına gelir, tamam.
Ama bir şey daha. TI, PKLMT'den yere bir bypass kapasitörü bağlamamızı önerir. Neden. Bu, yüksek frekanslı gürültüyü filtrelemeye yardımcı olur, akım sınır algılamasının doğru çalıştığından ve istenmeyen gürültü ani artışlardan etkilenmemesini sağlar.
Kontrol girişleri
VSense (Çıkış DC voltaj duygusu)
Tamam, şimdi vsense pimi hakkında konuşuyoruz. Bu pim, çıkış DC voltajını algılamak için kullanılır. Bu giriş için eşik voltajı 7,5 volt ve giriş sapması akımı tipik olarak 50 nanoamper.
Devre şemasındaki değerleri kontrol edersek, 400 volt DC çıkış voltajına dayandıklarını görürüz. Bu devrede, voltaj amplifikatörü, çıkış dalgalanmalarını minimum tutmak için sabit bir düşük frekanslı kazanç ile çalışır.
Ayrıca voltaj döngüsünde 15 Hertz direği oluşturan 47 Nanofarad geri bildirim kapasitörü buluyoruz. Buna neden ihtiyacımız var? Çünkü 120 Hertz Ripple'ın giriş akımını etkilemesini önler, bu işlemi daha kararlı hale getirir, tamam.
IAC (çizgi dalga formu)
Şimdi IAC pinine geçelim. Ne yapıyor? Çizgi akım dalga formunun çizgi voltajı ile aynı şekli izlediğinden emin olmaya yardımcı olur.
Peki nasıl çalışır? Güç hattı voltajı dalga formunun küçük bir örneği bu pime beslenir. IC'nin içinde, bu sinyal iç çarpandaki voltaj amplifikatörünün çıkışı ile çarpılır. Sonuç, geçerli kontrol döngüsü tarafından kullanılan bir referans sinyalidir, tamam.
Ama işte önemli bir şey. Bu giriş bir voltaj girişi değil, bir akım girişidir ve bu yüzden buna IAC diyoruz.
Şimdi bu akımı nasıl ayarlarız? 220 kilo-ohm ve 910 kilo-ohms ile bir direnç bölücü kullanıyoruz. IAC pimindeki voltaj dahili olarak 6 voltta sabitlenir. Böylece bu dirençler, IAC'ye akan akım her sıfır geçişte sıfırdan başlayacak ve dalga formunun zirvesinde yaklaşık 400 mikroamperlere ulaşacak şekilde seçilir.
Bu direnç değerlerini hesaplamak için aşağıdaki formülleri kullanıyoruz:
RAC = VPK / IACPK
Bize Veren
RAC = (260 volt AC * √2) / 400 mikroamper = 910 kilo-ohms
burada VPK tepe hat voltajıdır.
Şimdi, RREF'i şu şekilde hesaplıyoruz:
Rref = RAC / 4
Yani, rref = 220 kilo ohms
