Làm việc cơ bản
Bây giờ bên trong IC này, chúng tôi có nhiều khối xây dựng quan trọng. Có một bộ khuếch đại điện áp, sau đó là hệ số nhân và bộ chia tương tự, bộ khuếch đại hiện tại và PWM chạy ở tần số cố định.
Chúng tôi cũng có một trình điều khiển cổng hoạt động tốt với MOSFETS, sau đó là tham chiếu 7.5V, một thứ gọi là bộ dự đoán dòng, bộ so sánh có thể kích hoạt tải, máy dò cung cấp thấp và bộ so sánh quá dòng.
Vì vậy, IC này hoạt động bằng cách sử dụng một thứ gọi là điều khiển chế độ hiện tại trung bình. Điều đó có nghĩa là nó điều khiển dòng điện theo cách giữ cho tần số cố định nhưng cũng đảm bảo hệ thống vẫn ổn định và độ méo vẫn ở mức thấp.
Bây giờ nếu chúng ta so sánh điều này với điều khiển chế độ dòng cực đại, thì loại trung bình trông tốt hơn vì nó giữ cho dạng sóng dòng đầu vào đúng hình sin mà không cần bù độ dốc và không quá nhạy cảm với tăng nhiễu.
IC này có điện áp tham chiếu cao và tín hiệu dao động mạnh để nó không dễ bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn. Ngoài ra bởi vì nó có mạch PWM nhanh, nó có thể hoạt động ở các tần số chuyển đổi trên 200kHz khá cao.
Bây giờ chúng ta có thể sử dụng nó trong cả hai hệ thống một pha và ba pha và nó có thể xử lý các điện áp đầu vào từ 75V đến 275V, đồng thời làm việc với tần số dòng AC ở bất cứ đâu từ 50Hz đến 400Hz.
Một tính năng hay khác là khi IC khởi động, nó không thu hút được nhiều năng lượng, vì vậy nguồn cung cấp năng lượng cho ăn, nó không bị quá tải.
Khi nói đến bao bì, IC này có các phiên bản nhựa và gốm 16 chân (gói kép) và cũng có các tùy chọn gắn trên bề mặt. Vì vậy, về tổng thể, một IC khá hữu ích để làm cho yếu tố công suất hoạt động đúng!
Mô tả chi tiết
IC UC3854 này giúp chúng tôi thực hiện hiệu chỉnh yếu tố công suất tích cực trong các hệ thống, nơi nếu không, chúng tôi sẽ có một dòng điện không bị sin được rút ra từ một đường dây điện hình sin. Vì vậy, IC này đảm bảo rằng hệ thống lấy năng lượng từ dòng theo cách tốt nhất có thể trong khi giữ biến dạng dòng điện càng thấp càng tốt, OK?
Để đạt được điều này, chúng tôi có điều khiển chế độ hiện tại trung bình bên trong IC này, và điều này là gì, nó giữ cho điều khiển hiện tại tần số cố định nhưng đồng thời, nó cũng đảm bảo sự ổn định tốt và độ méo thấp.
Điều tốt về điều khiển chế độ hiện tại trung bình là nó cho phép giai đoạn tăng cường di chuyển giữa chế độ liên tục và chế độ không liên tục mà không gây ra bất kỳ vấn đề hiệu suất nào.
Nhưng nếu chúng tôi đã sử dụng chế độ dòng điện cực đại thì chúng tôi sẽ cần bù độ dốc và vẫn không thể duy trì dòng điện hình sin hoàn hảo. Cộng với chế độ hiện tại cực đại có xu hướng phản ứng nhiều hơn với các quá độ nhiễu nhưng chế độ hiện tại trung bình không bị ảnh hưởng nhiều, OK?
Bây giờ IC UC3854 này có mọi thứ bên trong nó mà chúng ta cần tạo nguồn cung cấp năng lượng có thể trích xuất dòng điện tối ưu từ đường dây điện trong khi giữ cho dòng điện dòng biến dạng ở mức tối thiểu.
Vì vậy, ở đây chúng tôi có bộ khuếch đại điện áp, hệ số nhân và bộ chia tương tự, bộ khuếch đại hiện tại và cũng có PWM tần số cố định tất cả bên trong IC đơn này.
Nhưng chờ đã, IC này cũng có trình điều khiển cổng hoàn toàn tương thích với MOSFET, tham chiếu 7.5V, bộ dự đoán đường dây, bộ so sánh kích hoạt tải, máy dò cung cấp thấp và bộ so sánh quá dòng.
Vì vậy, tất cả mọi thứ chúng ta cần để điều chỉnh yếu tố công suất tích cực đã ở bên trong, làm cho IC này trở nên siêu hữu ích để thiết kế nguồn cung cấp năng lượng hiệu quả.
IC UC3854 này có tất cả các mạch bên trong mà chúng ta cần kiểm soát một bộ điều chỉnh yếu tố công suất, phải không? Bây giờ IC này chủ yếu được thiết kế để hoạt động với điều khiển chế độ hiện tại trung bình nhưng điều tốt là chúng ta cũng có thể sử dụng nó với các cấu trúc liên kết công suất và phương pháp điều khiển khác nhau nếu chúng ta muốn. Vì vậy, nó khá linh hoạt.
Biểu đồ khối
Khóa dưới điện áp và bật bộ so sánh
Nếu chúng ta nhìn vào sơ đồ khối, ở góc trên cùng bên trái, chúng ta thấy hai điều quan trọng là bộ so sánh khóa điện áp và bộ so sánh cho phép. Cả hai đều phải ở trạng thái 'thực sự' để IC bắt đầu hoạt động, OK?
Bộ khuếch đại lỗi điện áp và chức năng khởi động mềm
Sau đó, chúng tôi có bộ khuếch đại lỗi điện áp có đầu vào đảo ngược chuyển sang Pin Vsense. Bây giờ trong sơ đồ, chúng ta thấy một số điốt xung quanh bộ khuếch đại lỗi điện áp nhưng các điốt này chỉ ở đó để giúp chúng ta hiểu cách các mạch bên trong hoạt động. Chúng không phải là điốt thực tế bên trong.
Bây giờ những gì về đầu vào không đảo ngược của bộ khuếch đại lỗi? Nó thường kết nối với tham chiếu DC 7.5V nhưng nó cũng được sử dụng cho khởi động mềm.
Vì vậy, những gì xảy ra là, khi mạch bắt đầu, thiết lập này cho phép vòng điều khiển điện áp bắt đầu hoạt động trước khi điện áp đầu ra đạt đến mức cuối cùng.
Bằng cách này, chúng tôi không nhận được sự thay đổi khó chịu mà nhiều nguồn cung cấp điện có.
Sau đó, có một diode lý tưởng khác trong sơ đồ giữa Vsense và đầu vào đảo ngược của bộ khuếch đại lỗi nhưng nó chỉ ở đó để xóa bất kỳ sự nhầm lẫn nào, không có sự sụt giảm diode nào trong mạch thực tế. Thay vào đó, bên trong IC, chúng tôi thực hiện tất cả điều này bằng cách sử dụng bộ khuếch đại vi sai. Ngoài ra, chúng tôi có một nguồn hiện tại bên trong để sạc tụ thời gian khởi động mềm.
Chức năng nhân
Bây giờ chúng ta hãy nói về số nhân. Đầu ra của bộ khuếch đại lỗi điện áp có sẵn trên PIN VAOUT và đây cũng là một trong những đầu vào cho hệ số nhân.
Một đầu vào khác cho hệ số nhân là IAC, xuất phát từ các bộ chỉnh lưu đầu vào và giúp lập trình hình dạng sóng. Pin IAC này được giữ bên trong 6V và hoạt động như một đầu vào hiện tại.
Sau đó, chúng tôi có VFF là đầu vào feedforward và bên trong IC, giá trị của nó được bình phương trước khi đi đến đầu vào bộ chia của số nhân.
Một điều khác đi vào hệ số nhân là ISET xuất phát từ Pin RSET và nó giúp đặt dòng điện đầu ra tối đa.
Bây giờ những gì đến từ số nhân? Dòng IMO chảy từ Pin Multout và điều này kết nối với đầu vào không đảo ngược của bộ khuếch đại lỗi hiện tại.
Điều khiển hiện tại và điều chế độ rộng xung
Bây giờ, đầu vào đảo ngược của bộ khuếch đại hiện tại được kết nối với pin isense và đầu ra của nó đi đến bộ so sánh PWM, trong đó nó được so sánh với tín hiệu RAMP của bộ tạo dao động từ pin CT.
Bộ dao động và bộ so sánh sau đó điều khiển bộ quay bộ cài đặt đã đặt, từ đó điều khiển đầu ra dòng điện cao tại PIN GTDRV.
Bây giờ để bảo vệ các mosfet điện, điện áp đầu ra của IC được kẹp bên trong đến 15V, vì vậy chúng tôi không kết thúc quá mức các cổng MOSFET.
Giới hạn hiện tại cao nhất và kết nối cung cấp điện
Để an toàn, có một hàm giới hạn hiện tại cực đại khẩn cấp được điều khiển bởi PIN PKLMT. Nếu pin này được kéo nhẹ dưới mặt đất, thì xung xuất sẽ tắt ngay lập tức.
Cuối cùng, chúng tôi có đầu ra điện áp tham chiếu trên PIN VREF và điện áp đầu vào chuyển sang PIN VCC.
Thông tin ứng dụng
OK, vì vậy IC này chủ yếu được sử dụng trong các nguồn cung cấp năng lượng AC-DC trong đó chúng ta cần hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động (PFC) từ một dòng AC phổ quát. Điều đó có nghĩa là chúng ta có thể sử dụng nó trong các hệ thống nơi điện áp đầu vào có thể thay đổi rộng rãi nhưng chúng ta vẫn cần đảm bảo rằng hệ số công suất ở mức cao và sóng hài dòng đầu vào ở mức thấp, OK?
Bây giờ các ứng dụng sử dụng IC UC3854 này thường tuân theo các tiêu chuẩn hài hòa hiện tại của Thiết bị D, là một phần của EN61000-3-2.
Đây là một tiêu chuẩn quan trọng đối với các nguồn cung cấp năng lượng có công suất định mức trên 75W, vì vậy nếu chúng ta đang thiết kế một cái gì đó tương tự, thì IC này giúp chúng ta đáp ứng các giới hạn biến dạng hài hòa mà không gặp rắc rối thêm.
Nếu chúng tôi kiểm tra hiệu suất của IC này trong mạch hiệu chỉnh hệ số công suất 250W, thì chúng tôi có thể thấy nó đã được kiểm tra đúng cách sử dụng dụng cụ đo PFC và THD chính xác.
Kết quả? Hệ số công suất là 0,999, gần như hoàn hảo và tổng biến dạng sóng hài (THD) chỉ là 3,81%. Các giá trị này được đo lên đến sóng hài thứ 50 của tần số dòng, ở điện áp đầu vào danh nghĩa và tải đầy đủ. Vì vậy, điều này cho chúng tôi biết rằng IC này thực sự có thể giúp chúng tôi có được chuyển đổi năng lượng sạch và hiệu quả.
Ứng dụng điển hình (Sơ đồ mạch PFC)
Nếu chúng ta nhìn vào hình trên, chúng ta sẽ thấy một mạch ứng dụng điển hình trong đó IC UC3854 được sử dụng như một yếu tố tiên tri với hệ số công suất cao và hiệu quả cao.
Vậy điều này được xây dựng như thế nào? Chúng tôi có hai phần chính trong mạch này:
- Mạch điều khiển được xây dựng xung quanh UC3854.
- Phần năng lượng thực sự xử lý chuyển đổi năng lượng.
Bây giờ phần năng lượng ở đây là bộ chuyển đổi tăng cường và cuộn cảm bên trong nó hoạt động ở chế độ dẫn liên tục (CCM).
Điều này có nghĩa là chu kỳ nhiệm vụ sẽ phụ thuộc vào tỷ lệ của điện áp đầu vào với điện áp đầu ra, OK? Nhưng điều tốt là, bởi vì cuộn cảm đang hoạt động ở chế độ liên tục, do đó, gợn dòng đầu vào ở tần số chuyển mạch vẫn ở mức thấp.
Điều này có nghĩa là chúng ta nhận được ít tiếng ồn hơn trên đường dây điện rất quan trọng đối với việc tuân thủ EMI.
Bây giờ một điều quan trọng trong mạch này là, điện áp đầu ra phải luôn cao hơn điện áp cực đại của điện áp đầu vào AC dự kiến cao nhất. Vì vậy, chúng tôi cần chọn tất cả các thành phần cẩn thận để đảm bảo rằng chúng có thể xử lý xếp hạng điện áp mà không có bất kỳ vấn đề nào.
Khi tải đầy đủ, mạch tiên tri này đạt được hệ số công suất 0,99, bất kể điện áp đường dây điện đầu vào là bao nhiêu, miễn là nó tồn tại từ 80V đến 260V RMS. Điều đó có nghĩa là ngay cả khi điện áp đầu vào thay đổi, mạch vẫn điều chỉnh hệ số công suất một cách hiệu quả.
Bây giờ nếu bạn cần một mức năng lượng cao hơn, thì bạn vẫn có thể sử dụng cùng một mạch này nhưng bạn có thể phải thực hiện những thay đổi nhỏ cho giai đoạn năng lượng. Vì vậy, bạn không cần thiết kế lại mọi thứ từ đầu, chỉ điều chỉnh một vài thứ để xử lý các yêu cầu năng lượng cao hơn.
Yêu cầu thiết kế
Đối với ví dụ thiết kế mạch PFC được hiển thị ở trên, chúng tôi sẽ sử dụng các tham số như được chỉ ra trong Bảng 1 sau làm các tham số đầu vào.
Quá trình thiết kế toàn diện
Cổng MOSFET trong giai đoạn điều khiển của mạch nhận được các xung PWM (GTDRV) từ UC3854. Bốn đầu vào khác nhau cho chip hoạt động cùng nhau để điều chỉnh đồng thời chu kỳ nhiệm vụ của đầu ra này.
Các điều khiển được thêm vào của một loại phụ trợ được cung cấp trong thiết kế này. Họ phục vụ như một biện pháp bảo vệ chống lại các tình huống thoáng qua cụ thể cho các mosfets chuyển đổi.
Đầu vào bảo vệ
Bây giờ chúng tôi nói về các đầu vào bảo vệ trong IC này. Đây là những điều quan trọng bởi vì chúng giúp chúng tôi kiểm soát mạch trong trường hợp có vấn đề, sự chậm trễ điện hoặc các tình huống quá dòng, OK.
PIN Ena (cho phép)
Bây giờ, ở đây chúng ta có pin Ena là viết tắt của kích hoạt. Chân này phải đạt 2,5 V trước khi đầu ra VREF và GTDRV có thể bật. Vì vậy, điều đó có nghĩa là chúng ta có thể sử dụng mã PIN này để tắt ổ đĩa nếu có sự cố hoặc chúng ta có thể sử dụng nó để trì hoãn khởi động khi mạch đầu tiên tăng sức mạnh.
Nhưng có nhiều hơn. Chân này có khoảng cách trễ 200 mV giúp ngăn chặn chuyển đổi thất thường hoặc các lượt quay không mong muốn do nhiễu. Vì vậy, một khi nó vượt qua 2,5 V, nó sẽ ở lại cho đến khi điện áp giảm xuống dưới 2,3 V, làm cho hoạt động ổn định hơn, OK.
Chúng tôi cũng có bảo vệ dưới điện áp bên trong IC trực tiếp hoạt động tại VCC. IC sẽ bật khi VCC đạt 16 V và sẽ tắt nếu VCC giảm xuống dưới 10 V. Điều này có nghĩa là nếu điện áp nguồn giảm quá thấp, thì IC sẽ tự động tắt để ngăn ngừa sự cố.
Nhưng nếu chúng ta không sử dụng pin ENA, thì chúng ta phải kết nối nó với VCC bằng điện trở 100 kilo-ohm. Nếu không, nó có thể nổi và gây ra hành vi không mong muốn.
Pin SS (khởi động mềm)
Tiếp theo, chúng tôi di chuyển đến pin SS là viết tắt của sự khởi đầu mềm mại. Nó kiểm soát tốc độ của mạch bắt đầu bằng cách giảm điện áp tham chiếu của bộ khuếch đại lỗi trong quá trình khởi động.
Thông thường nếu chúng ta để pin SS mở thì điện áp tham chiếu ở mức 7,5 V. Nhưng nếu chúng ta kết nối CSS tụ điện từ SS với mặt đất thì nguồn hiện tại bên trong IC sẽ sạc từ từ.
Dòng sạc là khoảng 14 miliamps, do đó, tụ điện tính tuyến tính từ 0 V đến 7,5 V. Thời gian cần thiết để điều này xảy ra được đưa ra bởi công thức này.
Thời gian bắt đầu mềm = 0,54 * CSS trong microfarads giây
Điều này có nghĩa là nếu chúng ta sử dụng một tụ điện lớn hơn thì thời gian khởi động trở nên dài hơn, làm cho mạch bật trơn tru thay vì đột nhiên nhảy lên điện áp đầy đủ, OK.
PKLMT (giới hạn hiện tại cực đại) pin
Bây giờ chúng tôi đến PKLMT là viết tắt của giới hạn hiện tại cao nhất. PIN này rất quan trọng vì nó đặt dòng điện tối đa mà MOSFET công suất được phép xử lý.
Hãy để chúng tôi nói rằng chúng tôi sử dụng bộ chia điện trở được hiển thị trong sơ đồ mạch. Đây là những gì xảy ra.
Điện áp tại chân PKLMT đạt 0 volt khi điện áp giảm qua điện trở cảm giác hiện tại là:
7,5 volt * 2 k / 10 k = 1,5 volt
Nếu chúng ta sử dụng điện trở cảm giác dòng điện 0,25 ohm, thì độ rơi 1,5 volt này tương ứng với dòng điện:
Hiện tại I = 1,5 / 0,25 ohms = 6 ampe
Vì vậy, điều này có nghĩa là dòng điện tối đa được giới hạn ở 6 ampe, OK.
Nhưng một điều nữa. TI khuyến nghị chúng tôi kết nối một tụ điện Bypass từ PKLMT với mặt đất. Tại sao. Bởi vì điều này giúp lọc ra tiếng ồn tần số cao, đảm bảo phát hiện giới hạn hiện tại hoạt động chính xác và không bị ảnh hưởng bởi các gai tiếng ồn không mong muốn.
Kiểm soát đầu vào
Vsense (cảm giác điện áp DC đầu ra)
Ok, bây giờ chúng ta nói về pin Vsense. Pin này được sử dụng để cảm nhận điện áp DC đầu ra. Điện áp ngưỡng cho đầu vào này là 7,5 volt và dòng sai lệch đầu vào thường là 50 nano.
Nếu chúng ta kiểm tra các giá trị trong sơ đồ mạch, chúng ta sẽ thấy chúng dựa trên điện áp đầu ra 400 volt DC. Trong mạch này, bộ khuếch đại điện áp hoạt động với mức tăng tần số thấp không đổi để giữ cho biến động đầu ra tối thiểu.
Chúng tôi cũng tìm thấy một tụ điện phản hồi 47 Nanofarad tạo ra một cực Hertz 15 trong vòng điện áp. Tại sao chúng ta cần điều này? Bởi vì nó ngăn chặn 120 gợn sóng Hertz ảnh hưởng đến dòng điện đầu vào, làm cho hoạt động ổn định hơn, OK.
IAC (dạng sóng dòng)
Bây giờ chúng ta hãy di chuyển đến pin IAC. Nó làm gì? Nó giúp đảm bảo rằng dạng sóng dòng dòng theo hình tương tự như điện áp đường.
Vậy nó hoạt động như thế nào? Một mẫu nhỏ của dạng sóng điện áp đường dây điện được đưa vào chân này. Bên trong IC, tín hiệu này được nhân với đầu ra của bộ khuếch đại điện áp trong hệ số nhân bên trong. Kết quả là tín hiệu tham chiếu được sử dụng bởi vòng điều khiển hiện tại, OK.
Nhưng đây là một cái gì đó quan trọng. Đầu vào này không phải là đầu vào điện áp mà là đầu vào hiện tại và đó là lý do tại sao chúng ta gọi nó là IAC.
Bây giờ làm thế nào để chúng ta thiết lập hiện tại này? Chúng tôi sử dụng một dải phân cách điện trở với 220 kilo-ohms và 910 kilo-ohms. Điện áp tại chân IAC được cố định bên trong với 6 volt. Vì vậy, các điện trở này được chọn theo cách mà dòng điện chảy vào IAC bắt đầu từ số 0 ở mỗi lần vượt qua và đạt khoảng 400 vi mô ở đỉnh của dạng sóng.
Chúng tôi sử dụng các công thức sau để tính toán các giá trị điện trở này:
RAC = VPK / IACPK
mà cho chúng ta
Rac = (260 volt ac * 2) / 400 microamperes = 910 kilo-ohms
trong đó VPK là điện áp đường cực đại.
Bây giờ, chúng tôi tính toán RREF bằng cách sử dụng:
Rref = rac / 4
Vì vậy, rref = 220 kilo-ohms
