Travail de base
Maintenant, à l'intérieur de ce CI, nous avons de nombreux éléments constitutifs importants. Il y a un amplificateur de tension, puis un multiplicateur analogique et un diviseur, un amplificateur de courant et un PWM qui fonctionne à une fréquence fixe.
Nous avons également un pilote de porte qui fonctionne bien avec les MOSFET de puissance, puis une référence de 7,5 V, quelque chose appelé anticipateur de ligne, un comparateur de charge, un détecteur à faible teneur en fonctionnalités et un comparateur de surintensité.
Ainsi, ce CI fonctionne en utilisant quelque chose appelé contrôle moyen de courant de courant. Cela signifie qu'il contrôle le courant de telle manière qui maintient la fréquence fixe, mais s'assure également que le système reste stable et que la distorsion reste faible.
Maintenant, si nous comparons cela avec un contrôle de courant de courant maximal, le type moyen semble mieux car il maintient la forme d'onde de courant d'entrée correctement sinusoïdale sans avoir besoin d'une compensation de pente et sans être trop sensible aux pointes de bruit.
Ce CI a une tension de référence élevée et un fort signal d'oscillateur afin qu'il ne soit pas facilement affecté par le bruit. De plus, parce qu'il a des circuits PWM rapides, il peut fonctionner à des fréquences de commutation supérieures à 200 kHz, ce qui est assez élevé.
Maintenant, nous pouvons l'utiliser dans les systèmes monophasés et triphasés et il peut gérer les tensions d'entrée de 75 V à 275 V, tout en travaillant avec des fréquences de ligne CA de 50 Hz à 400 Hz.
Une autre fonctionnalité est que lorsque le CI démarre, il ne tire pas beaucoup de puissance, donc l'alimentation alimentaire ne se surcharge pas.
En ce qui concerne l'emballage, ce CI est disponible en versions en plastique à 16 broches et en céramique (double emballage en ligne) et il existe également des options de montage en surface disponibles. Donc, dans l'ensemble, un CI assez utile pour faire fonctionner correctement la correction du facteur de puissance!
Description détaillée
Cet IC UC3854 nous aide à effectuer une correction active du facteur de puissance dans les systèmes où sinon, nous aurions un courant non sinusoïdal issu d'une ligne d'alimentation sinusoïdale. Donc, ce CI garantit que le système tire la puissance de la ligne de la meilleure façon possible tout en gardant la distorsion de courant de ligne aussi faible que possible, OK?
Pour y parvenir, nous avons le contrôle moyen du mode de courant à l'intérieur de ce CI, et ce que cela fait, il maintient le contrôle actuel à fréquence fixe mais en même temps, il assure également une bonne stabilité et une bonne distorsion.
La bonne chose à propos du contrôle moyen du mode de courant est qu'il permet de se déplacer de l'étape de boost entre le mode continu et le mode discontinu sans causer de problèmes de performances.
Mais si nous avions utilisé le mode de courant de pointe, nous aurions besoin d'une compensation de pente et il ne serait toujours pas en mesure de maintenir un courant sinusoïdal parfait. Plus le mode de courant de pointe a tendance à réagir davantage aux transitoires de bruit, mais le mode de courant moyen n'est pas beaucoup affecté, ok?
Maintenant, cet UC3854 IC a tout à l'intérieur que nous avons besoin pour faire une alimentation qui peut extraire le courant de manière optimale de la ligne électrique tout en gardant la distorsion du courant de ligne au minimum.
Nous avons donc ici un amplificateur de tension, un multiplicateur analogique et un diviseur, un amplificateur de courant et également un PWM à fréquence fixe dans ce seul IC.
Mais attendez, ce CI a également un pilote de porte entièrement compatible avec les MOSFET de puissance, une référence de 7,5 V, un anticipateur de ligne, un comparateur de chargement, un détecteur à faible teneur en charge et un comparateur de surintensité.
Ainsi, tout ce dont nous avons besoin pour la correction active du facteur de puissance est déjà à l'intérieur, ce qui rend ce CI super utile pour concevoir des alimentations efficaces.
Cet UC3854 IC a tous les circuits à l'intérieur que nous avons besoin pour contrôler un correcteur de facteur de puissance, non? Maintenant, ce CI est principalement conçu pour fonctionner avec le contrôle moyen du mode de courant, mais la bonne chose est que nous pouvons également l'utiliser avec différentes topologies de puissance et méthodes de contrôle si nous le souhaitons. Il est donc assez flexible.
Schéma de blocage
Verrouillage sous tension et activer les comparateurs
Si nous regardons le schéma de bloc, dans le coin supérieur gauche, nous voyons deux choses importantes: le comparateur de verrouillage sous tension et le comparateur d'activation. Ces deux doivent être à la fois dans l'état 'True' pour que le CI commence à fonctionner, ok?
Amplificateur d'erreur de tension et fonction de démarrage en douceur
Ensuite, nous avons l'amplificateur d'erreur de tension dont l'entrée inverse va à la broche vsense. Maintenant dans le diagramme, nous voyons quelques diodes autour de l'amplificateur d'erreur de tension, mais ces diodes sont juste là pour nous aider à comprendre comment les circuits internes fonctionnent. Ce ne sont pas des diodes réelles à l'intérieur.
Maintenant, qu'en est-il de l'entrée non inversée de l'amplificateur d'erreur? Il se connecte normalement à une référence CC 7.5 V mais il est également utilisé pour le démarrage doux.
Donc, ce qui se passe, c'est que lorsque le circuit démarre, cette configuration permet à la boucle de commande de tension commencer à fonctionner avant que la tension de sortie n'atteigne son niveau final.
De cette façon, nous n'obtenons pas ce dépassement ennuyeux de ce que de nombreuses alimentations ont.
Ensuite, il y a une autre diode idéale dans le diagramme entre Vsense et l'entrée inverse de l'amplificateur d'erreur, mais il est juste là pour effacer toute confusion - il n'y a pas de chute de diode supplémentaire dans le circuit réel. Au lieu de cela, à l'intérieur du CI, nous faisons tout cela en utilisant des amplificateurs différentiels. De plus, nous avons une source de courant interne pour charger le condensateur de synchronisation de démarrage en douceur.
Fonctionnalité multiplicateur
Maintenant, parlons du multiplicateur. La sortie de l'amplificateur d'erreur de tension est disponible sur PIN VAOUT et c'est également l'une des entrées du multiplicateur.
Une autre entrée au multiplicateur est l'IAC, qui provient des redresseurs d'entrée et aide à programmer la forme des vagues. Cette broche IAC est maintenue en interne à 6V et agit comme une entrée de courant.
Ensuite, nous avons un VFF qui est l'entrée à force d'alimentation et à l'intérieur du CI, sa valeur est au carré avant d'aller à l'entrée du diviseur du multiplicateur.
Une autre chose qui va dans le multiplicateur est l'ISET qui provient de PIN RSET, et il aide à définir le courant de sortie maximal.
Maintenant, qu'est-ce qui sort du multiplicateur? Le courant IMO qui circule à partir de PIN Multout et cela se connecte à l'entrée non inversée de l'amplificateur d'erreur de courant.
Contrôle actuel et modulation de largeur d'impulsion
Maintenant, l'entrée inverse de l'amplificateur actuel est connectée à la broche et sa sortie va au comparateur PWM, où elle est comparée au signal de rampe oscillateur de Pin CT.
L'oscillateur et le comparateur contrôlent ensuite la bascule de réinitialisation SET-RESET qui à son tour entraîne la sortie à courant élevé à PIN GTDRV.
Maintenant, pour protéger les MOSFET de puissance, la tension de sortie du CI est serrée en interne à 15V, nous ne finissons donc pas par surdiquer les portes MOSFET.
Connexions de limite de courant de pointe et d'alimentation
Pour la sécurité, il existe une fonction de limite de courant de crête d'urgence qui est contrôlée par PIN PKLMT. Si cette broche est légèrement tirée sous le sol, la pouls de sortie s'arrête immédiatement.
Enfin, nous avons la sortie de tension de référence sur la broche VREF et la tension d'entrée va à la broche VCC.
Informations sur les applications
OK, donc ce CI est principalement utilisé dans les alimentations AC-DC où nous avons besoin d'une correction du facteur de puissance actif (PFC) à partir d'une ligne AC universelle. Cela signifie que nous pouvons l'utiliser dans des systèmes où la tension d'entrée peut varier considérablement, mais nous devons toujours nous assurer que le facteur de puissance reste élevé et que les harmoniques de courant d'entrée restent faibles, OK?
Désormais, les applications qui utilisent ce UC3854 IC suivent généralement les normes harmoniques de courant d'entrée de l'équipement de classe D, qui fait partie de EN61000-3-2.
Il s'agit d'une norme importante pour les alimentations qui ont une puissance nominale supérieure à 75 W, donc si nous concevons quelque chose comme ça, alors ce CI nous aide à respecter ces limites de distorsion harmonique sans tracas supplémentaires.
Si nous vérifions les performances de ce CI dans un circuit de correction de facteur de puissance de 250W, nous pouvons voir qu'il a été correctement testé à l'aide d'un instrument de mesure PFC et THD de précision.
Les résultats? Le facteur de puissance était de 0,999, ce qui est presque parfait et la distorsion harmonique totale (THD) n'était que de 3,81%. Ces valeurs ont été mesurées jusqu'à la 50e harmonique de la fréquence de ligne, à la tension d'entrée nominale et à la pleine charge. Cela nous dit donc que ce CI peut vraiment nous aider à obtenir une conversion de puissance propre et efficace.
Application typique (diagramme de circuit PFC)
Si nous examinons la figure ci-dessus, nous voyons un circuit d'application typique où le CI UC3854 est utilisé comme préinsprésentant avec un facteur de puissance élevé et une efficacité élevée.
Alors, comment est-ce construit? Nous avons deux sections principales dans ce circuit:
- Le circuit de commande qui est construit autour de l'UC3854.
- La section de puissance qui gère réellement la conversion de puissance.
Maintenant, la section d'alimentation ici est un convertisseur de boost et l'inductance à l'intérieur fonctionne en mode de conduction continue (CCM).
Cela signifie que le cycle de service dépendra du rapport de la tension d'entrée à la tension de sortie, OK? Mais la bonne chose est, car l'inductance fonctionne en mode continu, donc l'ondulation du courant d'entrée à la fréquence de commutation reste faible.
Cela signifie que nous obtenons moins de bruit sur la ligne électrique, ce qui est important pour la conformité EMI.
Maintenant, une chose importante dans ce circuit est que la tension de sortie doit toujours être supérieure à la tension de crête de la tension d'entrée CA la plus élevée attendue. Nous devons donc sélectionner tous les composants en nous assurant qu'ils peuvent gérer les notes de tension sans aucun problème.
À pleine charge, ce circuit de prérégulator atteint un facteur de puissance de 0,99, quelle que soit la tension de ligne d'alimentation d'entrée, tant qu'elle reste entre 80 V et 260 V. Cela signifie que même si la tension d'entrée change, le circuit corrige toujours efficacement le facteur de puissance.
Maintenant, si vous avez besoin d'un niveau de puissance supérieur, vous pouvez toujours utiliser ce même circuit, mais vous devrez peut-être apporter de petites modifications à l'étape de puissance. Vous n'avez donc pas besoin de tout repenser à partir de zéro, ajuster simplement quelques éléments pour gérer les besoins en puissance supérieurs.
Exigences de conception
Pour l'exemple de conception du circuit PFC ci-dessus, nous utiliserons les paramètres comme indiqué dans le tableau 1 suivant comme paramètres d'entrée.
Processus de conception complet
La porte MOSFET de puissance au stade de commande du circuit reçoit les impulsions PWM (GTDRV) de l'UC3854. Quatre entrées différentes de la puce travaillent ensemble pour réguler simultanément le cycle de service de cette sortie.
Des commandes supplémentaires d'un type auxiliaire sont proposées dans cette conception. Ils servent de sauvegarde contre des situations transitoires spécifiques pour les MOSFET de puissance de commutation.
Entrées de protection
Nous parlons maintenant des entrées de protection dans ce CI. Celles-ci sont importantes car elles nous aident à contrôler le circuit en cas de problèmes, de retards de mise sous tension ou de situations de surintensité, OK.
Brochet ena (activer)
Maintenant, nous avons ici la broche ena qui signifie activer. Cette broche doit atteindre 2,5 V avant que les sorties VREF et GTDRV puissent s'allumer. Cela signifie donc que nous pouvons utiliser cette broche pour arrêter le lecteur de porte en cas de problème ou que nous pouvons l'utiliser pour retarder le démarrage lorsque le circuit se dresse d'abord.
Mais il y a plus. Cette broche a un espace d'hystérésis de 200 mV, ce qui aide à prévenir la commutation erratique ou les virages indésirables en raison du bruit. Ainsi, une fois qu'il traverse 2,5 V, il restera allumé jusqu'à ce que la tension tombe en dessous de 2,3 V, ce qui rend l'opération plus stable, OK.
Nous avons également une protection contre la sous-tension à l'intérieur du CI qui fonctionne directement chez VCC. Le CI s'allume lorsque VCC atteindra 16 V et s'éteindra si VCC tombe en dessous de 10 V. Cela signifie que si la tension d'alimentation baisse trop faible, le CI s'arrête automatiquement pour éviter le dysfonctionnement.
Mais si nous n'utilisons pas la broche ENA, nous devons le connecter à VCC à l'aide d'une résistance de 100 kilo-ohms. Sinon, il pourrait flotter et provoquer un comportement indésirable.
Broche SS (Démarrage souple)
Ensuite, nous passons à la broche SS qui signifie Soft Start. Il contrôle à quelle vitesse le circuit commence par réduire la tension de référence de l'amplificateur d'erreur pendant le démarrage.
Normalement, si nous laissons la broche SS ouverte, la tension de référence reste à 7,5 V. Mais si nous connectons un condensateur CSS de SS à terre, la source de courant interne à l'intérieur du CI chargera lentement ce condensateur.
Le courant de charge est d'environ 14 milliampères, donc le condensateur charge linéairement de 0 V à 7,5 V. Le temps nécessaire pour que cela se produise est donné par cette formule.
Temps de démarrage soft = 0,54 * CSS en microfarads secondes
Cela signifie que si nous utilisons un condensateur plus grand, le temps de démarrage devient plus long, ce qui permet au circuit de s'allumer en douceur au lieu de sauter soudainement en pleine tension, OK.
Broche pklmt (limite de courant de crête)
Maintenant, nous arrivons à PKLMT qui représente la limite de courant de pointe. Cette broche est très importante car elle définit le courant maximum que le MOSFET de puissance est autorisé à gérer.
Disons que nous utilisons le diviseur de résistance indiqué dans le diagramme du circuit. Voici ce qui se passe.
La tension à la broche PKLMT atteint 0 volts lorsque la chute de tension à travers la résistance de sens du courant est:
7,5 volts * 2 k / 10 k = 1,5 volts
Si nous utilisons une résistance de sens du courant de 0,25 ohm, cette chute de 1,5 volt correspond à un courant de:
Courant I = 1,5 / 0,25 ohms = 6 ampères
Cela signifie donc que le courant maximum est limité à 6 ampères, OK.
Mais encore une chose. TI recommande de connecter un condensateur de contournement de PKLMT à la terre. Pourquoi. Parce que cela aide à filtrer le bruit à haute fréquence, en s'assurant que la détection de limite de courant fonctionne avec précision et ne se affecte pas par les pics de bruit indésirables.
Entrées de contrôle
VSense (Sortie de tension DC de sortie)
Ok, maintenant nous parlons de la broche Vsense. Cette broche est utilisée pour détecter la tension CC de sortie. La tension de seuil pour cette entrée est de 7,5 volts et le courant de biais d'entrée est généralement de 50 nanoampères.
Si nous vérifions les valeurs du diagramme de circuit, nous voyons qu'elles sont basées sur une tension de sortie de 400 volts CC. Dans ce circuit, l'amplificateur de tension fonctionne avec un gain à basse fréquence constant pour maintenir les fluctuations de sortie minimales.
Nous trouvons également un condensateur de rétroaction Nanofarad 47 qui crée un pôle Hertz dans la boucle de tension. Pourquoi en avons-nous besoin? Parce qu'il empêche 120 Hertz Ripple d'affecter le courant d'entrée, ce qui rend l'opération plus stable, OK.
IAC (forme d'onde de ligne)
Passons maintenant à la broche IAC. Que fait-il? Il aide à s'assurer que la forme d'onde de courant de ligne suit la même forme que la tension de ligne.
Alors, comment ça marche? Un petit échantillon de la forme d'onde de tension de ligne électrique est introduit dans cette broche. À l'intérieur du CI, ce signal est multiplié par la sortie de l'amplificateur de tension dans le multiplicateur interne. Le résultat est un signal de référence utilisé par la boucle de contrôle actuelle, OK.
Mais voici quelque chose d'important. Cette entrée n'est pas une entrée de tension mais une entrée de courant et c'est pourquoi nous l'appelons IAC.
Maintenant, comment régler ce courant? Nous utilisons un diviseur de résistance avec 220 kilo-ohms et 910 kilo-ohms. La tension à la broche IAC est fixée en interne à 6 volts. Ces résistances sont donc choisies de telle manière que le courant qui coule dans l'IAC commence à partir de zéro à chaque traversée zéro et atteint environ 400 microampères au sommet de la forme d'onde.
Nous utilisons les formules suivantes pour calculer ces valeurs de résistance:
RAC = VPK / IACPK
qui nous donne
RAC = (260 volts ac * √2) / 400 microampères = 910 kilo-ohms
où VPK est la tension de la ligne de crête.
Maintenant, nous calculons RREF en utilisant:
Rref = rac / 4
Donc, rref = 220 kilo-ohms
