Trabalho básico
Agora, dentro deste IC, temos muitos blocos de construção importantes. Há um amplificador de tensão, depois um multiplicador e divisor analógicos, um amplificador de corrente e um PWM que é executado em uma frequência fixa.
Também temos um driver de portão que funciona bem com o Power MOSFETS, depois uma referência de 7,5V, algo chamado antecipador de linha, um comparador de carga, um detector de baixa suposição e um comparador de sobrecorrente.
Portanto, este IC funciona usando algo chamado controle médio no modo de corrente. Isso significa que ele controla a corrente de tal maneira que mantém a frequência fixa, mas também garante que o sistema permaneça estável e a distorção permaneça baixa.
Agora, se compararmos isso com o controle de modo de corrente de pico, o tipo médio ficará melhor porque mantém a forma de onda de corrente de entrada adequadamente sinusoidal sem precisar de compensação de inclinação e sem ser muito sensível aos picos de ruído.
Este IC possui uma tensão de alta referência e um sinal de oscilador forte, para que não seja facilmente afetado pelo ruído. Além disso, possui circuitos rápidos de PWM, pode funcionar na troca de frequências acima de 200kHz, o que é bastante alto.
Agora, podemos usá-lo em sistemas monofásicos e trifásicos e ele pode lidar com tensões de entrada de 75V a 275V, além de trabalhar com frequências de linha CA em qualquer lugar de 50Hz a 400Hz.
Outra característica agradável é que, quando o IC é iniciado, ele não consome muita energia; portanto, a alimentação da fonte de alimentação não fica sobrecarregada.
Quando se trata de embalagem, esse IC vem em versões de pinos de plástico e cerâmica (pacote duplo em linha) e também existem opções de montagem na superfície disponíveis. Então, no geral, um IC bastante útil para fazer a correção do fator de potência funcionar corretamente!
Descrição detalhada
Esse IC UC3854 nos ajuda a fazer a correção ativa do fator de potência em sistemas onde, de outra forma, teríamos uma corrente não sinusoidal sendo extraída de uma linha de energia sinusoidal. Portanto, este IC garante que o sistema puxe a energia da linha da melhor maneira possível, mantendo a distorção atual da linha o mais baixa possível, ok?
Para conseguir isso, temos o controle médio do modo atual dentro deste IC, e o que isso faz é que ele mantém o controle atual de frequência fixa, mas, ao mesmo tempo, também garante boa estabilidade e baixa distorção.
O bom controle médio do modo atual é que ele permite que o estágio de impulso se mova entre o modo contínuo e o modo descontínuo sem causar problemas de desempenho.
Mas se tivéssemos usado o modo de pico de corrente, precisaríamos de compensação de inclinação e ainda não seria capaz de manter uma corrente de linha sinusoidal perfeita. Além disso, o modo de corrente de pico tende a reagir mais aos transientes de ruído, mas o modo de corrente média não é afetado muito, ok?
Agora, este IC UC3854 tem tudo dentro dele que precisamos fazer uma fonte de alimentação que possa extrair a corrente ideal da linha de energia, mantendo a distorção de corrente da linha no mínimo.
Então, aqui temos um amplificador de tensão, um multiplicador e divisor analógicos, um amplificador de corrente e também um PWM de frequência fixa, tudo dentro deste único IC.
Mas espere, este IC também possui um driver de portão totalmente compatível com os MOSFETs de potência, uma referência de 7,5V, um antecipador de linha, um comparador de ativação de carga, um detector de baixa oferta e um comparador de sobrecorrente.
Portanto, tudo o que precisamos para a correção ativa do fator de potência já está dentro, tornando este IC super útil para projetar fontes de alimentação eficientes.
Este UC3854 IC possui todos os circuitos dentro de que precisamos controlar um corretor do fator de potência, certo? Agora, este IC foi projetado principalmente para funcionar com o controle médio do modo atual, mas o bom é que também podemos usá -lo com diferentes topologias de energia e métodos de controle, se quisermos. Então, é bastante flexível.
Diagrama de blocos
Bloqueio de menor tensão e habilitar comparadores
Se olharmos para o diagrama de blocos, no canto superior esquerdo, vemos duas coisas importantes-o comparador de bloqueio de menor tensão e o comparador de ativação. Esses dois devem estar no estado 'verdadeiro' para o IC começar a funcionar, ok?
Amplificador de erro de tensão e função de partida suave
Em seguida, temos o amplificador de erro de tensão cuja entrada invertida vai para Pin VSense. Agora no diagrama, vemos alguns diodos em torno do amplificador de erros de tensão, mas esses diodos estão lá apenas para nos ajudar a entender como os circuitos internos funcionam. Eles não são diodos reais dentro.
Agora, e a entrada não inversora do amplificador de erro? Normalmente, ele se conecta a uma referência de 7,5V DC, mas também é usada para partida suave.
Então, o que acontece é que, quando o circuito começa, essa configuração permite que o loop de controle de tensão comece a funcionar antes que a tensão de saída atinja seu nível final.
Dessa forma, não recebemos uma operação irritante que muitas fontes de alimentação têm.
Depois, há outro diodo ideal no diagrama entre o VSense e a entrada inversora do amplificador de erro, mas está lá apenas para esclarecer qualquer confusão - não há queda de diodo extra no circuito real. Em vez disso, dentro do IC, fazemos tudo isso usando amplificadores diferenciais. Além disso, temos uma fonte atual interna para carregar o capacitor de tempo de partida suave.
Funcionalidade multiplicadora
Agora vamos falar sobre o multiplicador. A saída do amplificador de erro de tensão está disponível no PIN VAUT e este também é uma das entradas do multiplicador.
Outra entrada para o multiplicador é o IAC, que vem dos retificadores de entrada e ajuda a programar a forma de onda. Este pino IAC é mantido internamente em 6V e atua como uma entrada atual.
Em seguida, temos VFF, que é a entrada do feedforward e, dentro do IC, seu valor é quadrado antes de ir para a entrada do divisor do multiplicador.
Outra coisa que entra no multiplicador é o ISET, que vem do pino rset e ajuda a definir a corrente máxima de saída.
Agora, o que sai do multiplicador? A corrente IMO que flui do Pin Multout e isso se conecta à entrada não inversora do amplificador de erro atual.
Controle atual e modulação de largura de pulso
Agora, a entrada inversora do amplificador de corrente é conectada ao Pin Isense e sua saída é destinada ao comparador PWM, onde é comparado com o sinal da rampa do oscilador do pino CT.
O oscilador e o comparador controlam o flip-flop do conjunto de ajustes que, por sua vez, aciona a saída de alta corrente no PIN GTDRV.
Agora, para proteger os MOSFETs de potência, a tensão de saída do IC é fixada internamente para 15V, para que não acabe a exagerar nos portões MOSFET.
Limite de corrente de pico e conexões de fonte de alimentação
Para segurança, existe uma função de limite de corrente de pico de emergência que é controlada pelo pino PKLMT. Se este pino for puxado ligeiramente abaixo do solo, o pulso de saída será desligado imediatamente.
Finalmente, temos a saída de tensão de referência no pino VREF e a tensão de entrada vai para o PIN VCC.
Informações do aplicativo
OK, então este IC é usado principalmente em fontes de alimentação AC-DC, onde precisamos de correção ativa do fator de potência (PFC) de uma linha CA universal. Isso significa que podemos usá -lo em sistemas em que a tensão de entrada pode variar amplamente, mas ainda precisamos garantir que o fator de potência permaneça alto e os harmônicos de corrente de entrada permaneçam baixos, ok?
Agora, os aplicativos que usam esse IC UC3854 geralmente seguem os padrões de Harmonics de entrada do equipamento Classe D, que fazem parte do EN61000-3-2.
Esse é um padrão importante para fontes de alimentação que possuem uma potência nominal acima de 75W; portanto, se estivermos projetando algo assim, esse IC nos ajuda a atingir esses limites de distorção harmônica sem problemas extras.
Se verificarmos o desempenho deste IC em um circuito de correção do fator de potência de 250W, podemos ver que ele foi testado corretamente usando um instrumento de medição de PFC e THD de precisão.
Os resultados? O fator de potência foi de 0,999, quase perfeito e a distorção harmônica total (THD) foi de apenas 3,81%. Esses valores foram medidos até o 50º harmônico da frequência da linha, na tensão de entrada nominal e na carga total. Portanto, isso nos diz que esse IC pode realmente nos ajudar a obter uma conversão de energia limpa e eficiente.
Aplicação típica (diagrama de circuito PFC)
Se olharmos para a Figura acima, vemos um circuito de aplicação típico em que o UC3854 IC é usado como pré -regulador com alto fator de potência e alta eficiência.
Então, como isso é construído? Temos duas seções principais neste circuito:
- O circuito de controle que é construído em torno do UC3854.
- A seção de energia que realmente lida com a conversão de energia.
Agora, a seção de energia aqui é um conversor de impulso e o indutor dentro dele funciona no modo de condução contínua (CCM).
O que isso significa é que o ciclo de trabalho dependerá da proporção da tensão de entrada e da tensão de saída, ok? Mas o bom é que o indutor está funcionando no modo contínuo, a ondulação da corrente de entrada na frequência de comutação permanece baixa.
Isso significa que temos menos ruído na linha de energia, o que é importante para a conformidade com a EMI.
Agora, uma coisa importante neste circuito é que a tensão de saída deve sempre ser maior que a tensão de pico da tensão de entrada CA mais alta esperada. Portanto, precisamos selecionar todos os componentes cuidadosamente para garantir que eles possam lidar com as classificações de tensão sem nenhum problema.
Em carga total, esse circuito pré -regulador atinge um fator de potência de 0,99, independentemente da tensão da linha de energia de entrada, desde que permaneça entre 80V e 260V RMS. Isso significa que, mesmo que a tensão de entrada altere, o circuito ainda corrige o fator de potência de maneira eficaz.
Agora, se você precisar de um nível de potência mais alto, ainda poderá usar esse mesmo circuito, mas pode precisar fazer pequenas alterações no estágio de energia. Portanto, você não precisa redesenhar tudo do zero, apenas ajuste algumas coisas para lidar com os requisitos de energia mais altos.
Requisitos de design
Para o exemplo de design do circuito PFC acima, usaremos os parâmetros conforme indicado na tabela 1 a seguir como os parâmetros de entrada.
Processo de design abrangente
O portão MOSFET de potência no estágio de controle do circuito recebe os pulsos PWM (GTDRV) do UC3854. Quatro entradas diferentes no chip trabalham juntas para regular simultaneamente o ciclo de trabalho desta saída.
Os controles adicionados de um tipo auxiliar são oferecidos neste design. Eles servem de salvaguarda contra situações transitórias específicas para os MOSFETs de comutação.
Entradas de proteção
Agora falamos sobre as entradas de proteção neste IC. Isso é importante porque nos ajudam a controlar o circuito em caso de problemas, atrasos de energia ou situações de sobrecorrente, OK.
ENA (Ativar) pino
Agora, aqui temos o pino da ENA que significa Ativar. Este pino deve atingir 2,5 V antes que as saídas VREF e GTDRV possam ativar. Então, isso significa que podemos usar esse pino para desligar a unidade do portão se algo der errado ou podemos usá -lo para atrasar a inicialização quando o circuito primeiro formar.
Mas há mais. Este pino possui uma lacuna de histerese de 200 mV, que ajuda a evitar comutação irregular ou turnos indesejados devido ao ruído. Portanto, uma vez que cruze 2,5 V, ele permanecerá até que a tensão caia abaixo de 2,3 V, tornando a operação mais estável, OK.
Também temos proteção de subtensão dentro do IC, que funciona diretamente no VCC. O IC liga quando o VCC atingir 16 V e desligar se o VCC cair abaixo de 10 V. Isso significa que, se a tensão da fonte de alimentação cair muito baixa, o IC desligará automaticamente para evitar o mau funcionamento.
Mas se não estivermos usando o pino ENA, devemos conectá-lo ao VCC usando um resistor de 100 quilos. Caso contrário, pode flutuar e causar comportamento indesejado.
Pin SS (Start Start)
Em seguida, passamos para o pino SS, que significa Soft Start. Ele controla a rapidez com que o circuito começa reduzindo a tensão de referência do amplificador de erro durante a inicialização.
Normalmente, se deixarmos o pino SS aberto, a tensão de referência permanece em 7,5 V. Mas se conectarmos um capacitor CSS de SS ao solo, a fonte de corrente interna dentro do IC cobrará esse capacitor lentamente.
A corrente de carregamento é de cerca de 14 miliampes, de modo que o capacitor cobra linearmente de 0 a 7,5 V. O tempo necessário para que isso aconteça é dado por esta fórmula.
Tempo de início suave = 0,54 * CSS em microfarads segundos
Isso significa que, se usarmos um capacitor maior, o tempo de inicialização se tornará mais longo, fazendo o circuito acender suavemente, em vez de pular de repente para a tensão total, ok.
Pklmt (pino de pico de corrente)
Agora chegamos ao PKLMT, que significa limite de pico de corrente. Este pino é muito importante porque define a corrente máxima que o Power MOSFET pode lidar.
Digamos que usamos o divisor de resistor mostrado no diagrama do circuito. Aqui está o que acontece.
A tensão no pino pklmt atinge 0 volts quando a queda de tensão através do resistor de senso atual é:
7,5 volts * 2 k / 10 k = 1,5 volts
Se usarmos um resistor de senso atual de 0,25 ohm, essa queda de 1,5 volts corresponde a uma corrente de:
Atual I = 1,5 / 0,25 ohms = 6 amperes
Portanto, isso significa que a corrente máxima é limitada a 6 amperes, ok.
Mas mais uma coisa. A TI recomenda que conectemos um capacitor de desvio de PKLMT ao solo. Por que. Porque isso ajuda a filtrar o ruído de alta frequência, garantir que a detecção de limite atual funcione com precisão e não seja afetada por picos de ruído indesejados.
Entradas de controle
VSense (saída de tensão DC de saída)
Ok, agora falamos sobre o Pin Vsense. Este pino é usado para detectar a tensão CC de saída. A tensão limite para essa entrada é de 7,5 volts e a corrente de polarização de entrada é tipicamente 50 nanoamperes.
Se verificarmos os valores no diagrama do circuito, vemos que eles são baseados em uma tensão de saída de 400 volts dc. Neste circuito, o amplificador de tensão funciona com um ganho constante de baixa frequência para manter o mínimo de flutuações de saída.
Também encontramos um capacitor de feedback de 47 nanofarad que cria um poste de 15 hertz no loop de tensão. Por que precisamos disso? Porque impede que 120 Hertz Ripple afete a corrente de entrada, tornando a operação mais estável, OK.
IAC (forma de onda de linha)
Agora vamos nos mudar para o pino IAC. O que isso faz? Ajuda a garantir que a forma de onda de corrente da linha siga a mesma forma que a tensão da linha.
Então, como funciona? Uma pequena amostra da forma de onda de tensão da linha de energia é alimentada neste pino. Dentro do IC, esse sinal é multiplicado pela saída do amplificador de tensão no multiplicador interno. O resultado é um sinal de referência usado pelo loop de controle atual, OK.
Mas aqui está algo importante. Essa entrada não é uma entrada de tensão, mas uma entrada atual e é por isso que a chamamos de IAC.
Agora, como definimos essa corrente? Usamos um divisor de resistor com 220 quilos e 910 quilos. A tensão no pino IAC é fixada internamente em 6 volts. Portanto, esses resistores são escolhidos de tal maneira que a corrente que flui para o IAC inicia de zero a cada cruzamento zero e atinge cerca de 400 microamperes no pico da forma de onda.
Usamos as seguintes fórmulas para calcular esses valores de resistor:
Rac = VPK / IACPK
o que nos dá
RAC = (260 volts AC * √2) / 400 microamperes = 910 quilo-OHMS
onde VPK é a tensão da linha de pico.
Agora, calculamos o RREF usando:
Rref = rac / 4
Então, rref = 220 quilo-ohms
