العمل الأساسي
الآن داخل هذا IC لدينا العديد من اللبنات الأساسية المهمة. هناك مكبر للصوت الجهد ، ثم مضاعف تمثيلي ومقسم ، ومكبر للصوت الحالي و PWM يعمل بتردد ثابت.
لدينا أيضًا برنامج تشغيل بوابة يعمل بشكل جيد مع MOSFETs Power ، ثم مرجع 7.5 فولت ، وهو شيء يسمى متوقع الخط ، ومقارنة قابلة للحمل ، وكاشف منخفض الإمداد ، ومقارنة التيار الزائد.
لذلك يعمل هذا IC باستخدام شيء يسمى متوسط التحكم في الوضع الحالي. هذا يعني أنه يتحكم في التيار بطريقة تبقي التردد ثابتًا ولكنه يتأكد أيضًا من أن النظام يبقى مستقرًا ويبقى التشويه منخفضًا.
الآن إذا قمنا بمقارنة هذا مع التحكم في وضع الذروة الحالي ، فإن النوع المتوسط يبدو أفضل لأنه يحافظ على شكل الموجة الحالية للمدخلات الجيبية بشكل صحيح دون الحاجة إلى تعويض المنحدر ودون أن يكون حساسًا للغاية لارتفاع الضوضاء.
يحتوي هذا IC على جهد مرجعي عالي وإشارة مذبذب قوية حتى لا تتأثر بسهولة بالضوضاء. أيضًا لأنه يحتوي على دوائر PWM سريعة ، يمكن أن يعمل على تبديل الترددات التي تزيد عن 200 كيلو هرتز وهو مرتفع جدًا.
الآن يمكننا استخدامه في كل من الأنظمة ذات الطور الواحد وثلاث مراحل ويمكنه التعامل مع فولتية الإدخال من 75 فولت إلى 275 فولت ، مع العمل أيضًا مع ترددات خط التيار المتردد في أي مكان من 50 هرتز إلى 400 هرتز.
ميزة أخرى لطيفة هي أنه عندما تبدأ IC ، فإنها لا ترسم الكثير من الطاقة ، وبالتالي فإن تغذية إمدادات الطاقة لا يتم تحميلها بشكل زائد.
عندما يتعلق الأمر بالتعبئة ، يأتي هذا IC في إصدارات البلاستيك والسيراميك (الحزمة المزدوجة في الخط) ، وهناك أيضًا خيارات سطحية متاحة. بشكل عام ، فإن IC مفيد جدًا لجعل تصحيح عامل الطاقة يعمل بشكل صحيح!
وصف مفصل
يساعدنا UC3854 IC على إجراء تصحيح عامل الطاقة النشط في الأنظمة التي يكون لدينا خلاف ذلك ، سيكون لدينا تيار غير محدد يتم استخلاصه من خط طاقة الجيوب الأنفية. لذلك يتأكد هذا IC من أن النظام يسحب الطاقة من الخط بأفضل طريقة ممكنة مع الحفاظ على تشويه الخط الحالي بأكبر قدر ممكن ، حسنًا؟
ولتحقيق ذلك ، لدينا متوسط التحكم في الوضع الحالي داخل هذا IC ، وما يفعله هذا هو ، فإنه يحافظ على التردد الثابت للسيطرة الحالية ولكن في الوقت نفسه ، فإنه يضمن أيضًا الاستقرار الجيد والتشويه المنخفض.
الشيء الجيد في متوسط التحكم في الوضع الحالي هو أنه يتيح لمرحلة التعزيز التحرك بين الوضع المستمر والوضع المتوقف دون التسبب في أي مشكلات في الأداء.
ولكن إذا استخدمنا وضع الذروة الحالي ، فسوف نحتاج إلى تعويض منحدر وما زلنا قادرين على الحفاظ على تيار خط الجيوب الأنفية المثالي. يميل وضع الذروة الحالي إلى رد فعل أكثر مع عابرة الضوضاء ، لكن متوسط الوضع الحالي لا يتأثر كثيرًا ، حسنًا؟
الآن هذا UC3854 IC يحتوي على كل ما بداخله ، نحتاج إلى إنشاء مصدر طاقة يمكنه استخراج التيار على النحو الأمثل من خط الطاقة مع الحفاظ على التشويه الحالي إلى الحد الأدنى.
لذا ، لدينا هنا مضخم الجهد ، ومضاعف التناظرية ومقسم ، ومضخم حالي ، وأيضًا PWM الثابتة في كل هذا IC الفردي.
ولكن الانتظار ، يحتوي هذا IC أيضًا على برنامج تشغيل بوابة متوافق تمامًا مع MOSFETs Power ، ومرجع 7.5 فولت ، ومرور خط ، ومقارنة قابلة للحمل ، وكاشف منخفض الإمداد ، ومقارنة التيار الزائد.
لذلك كل ما نحتاجه لتصحيح عامل الطاقة النشط موجود بالفعل في الداخل ، مما يجعل هذا IC مفيدًا للغاية لتصميم إمدادات الطاقة الفعالة.
يحتوي UC3854 IC على جميع الدوائر الموجودة في الداخل التي نحتاجها للتحكم في مصحح عامل الطاقة ، أليس كذلك؟ الآن تم تصميم هذا IC بشكل أساسي للعمل مع متوسط التحكم في الوضع الحالي ، لكن الشيء الجيد هو أنه يمكننا أيضًا استخدامه مع طوبولوجيا الطاقة المختلفة وطرق التحكم إذا أردنا ذلك. لذلك ، إنه مرن للغاية.
مخطط كتلة
تأمين أقل من الجهد وتمكين المقارنات
إذا نظرنا إلى مخطط الكتلة ، في الزاوية اليسرى العلوية ، نرى شيئين مهمين-مقارنة قفل الجهد غير المتقدمة ومقارنة تمكين. يجب أن يكون هذان الاثنان في الحالة 'الحقيقية' لبدء العمل ، حسناً؟
مضخم خطأ الجهد ووظيفة الاضطراب الناعم
ثم لدينا مضخم خطأ في الجهد الذي يذهب إدخال مقلوب إلى دبوس VSense. الآن في المخطط ، نرى بعض الثنائيات حول مضخم خطأ الجهد ولكن هذه الثنائيات موجودة فقط لمساعدتنا على فهم كيفية عمل الدوائر الداخلية. أنها ليست الثنائيات الفعلية في الداخل.
الآن ماذا عن الإدخال غير المهمل لمضخم الخطأ؟ يتصل عادة بمرجع 7.5 فولت العاصمة ولكنه يستخدم أيضًا لبدء الناعمة.
إذن ما يحدث هو ، عند بدء تشغيل الدائرة ، يتيح هذا الإعداد حلقة التحكم في الجهد البدء في العمل قبل أن يصل جهد الخرج إلى المستوى النهائي.
وبهذه الطريقة ، لا نحصل على هذا الدور المزعج الذي يتجاوزه العديد من إمدادات الطاقة.
ثم هناك صمام ثنائي مثالي آخر في الرسم البياني بين VSense والمدخلات المقلوبة لمضخم الخطأ ولكن هناك فقط لمسح أي ارتباك - لا يوجد انخفاض ثنائي إضافي في الدائرة الفعلية. بدلاً من ذلك ، داخل IC نفعل كل هذا باستخدام مكبرات الصوت التفاضلية. أيضا ، لدينا مصدر تيار داخلي لشحن مكثف توقيت الابتدلة الناعمة.
وظائف مضاعفة
الآن دعنا نتحدث عن المضاعف. يتوفر إخراج مضخم خطأ الجهد على PIN VAOUT وهذا أيضًا أحد المدخلات للمضاعف.
مدخل آخر للمضاعف هو IAC ، والذي يأتي من مقومات الإدخال ويساعد على برمجة شكل الموجة. يتم الاحتفاظ هذا دبوس IAC داخليًا عند 6V ويعمل كمدخلات حالية.
بعد ذلك ، لدينا VFF وهو إدخال Feedforward وداخل IC يتم تربيع قيمته قبل الذهاب إلى إدخال المقسم للمضاعف.
شيء آخر يذهب إلى المضاعف هو ISET الذي يأتي من PIN RST ، ويساعد على ضبط الحد الأقصى لتيار الإخراج.
الآن ما الذي يخرج من المضاعف؟ تيار IMO الذي يتدفق من pin multout وهذا يتصل بالإدخال غير المقيد لمضخم الخطأ الحالي.
تحكم التحكم الحالي وعرض النبض
الآن ، يتم توصيل إدخال مضخم الصوت الحالي بـ Pin Isense وإخراجه إلى مقارن PWM ، حيث يتم مقارنته بإشارة منحدر المذبذب من دبوس CT.
ثم يتحكم المذبذب والمقارن في Flip-flop set-reset ، مما يؤدي بدوره إلى دفع الإخراج العالي في الدبوس GTDRV.
الآن لحماية MOSFETs الطاقة ، يتم تثبيت جهد الإخراج من IC داخليًا إلى 15 فولت ، لذلك لا ينتهي بنا المطاف إلى إفراط في إخراج أبواب MOSFET.
ذروة الحد الأقصى الحالي وتوصيلات تزويد الطاقة
من أجل السلامة ، هناك وظيفة الحد الحالي للطوارئ التي يتم التحكم فيها بواسطة PIN PKLMT. إذا تم سحب هذا الدبوس أسفل الأرض بقليل ، فسيتم إيقاف نبض الإخراج على الفور.
أخيرًا ، لدينا إخراج الجهد المرجعي على PIN VREF ويذهب جهد الإدخال إلى PIN VCC.
معلومات التطبيق
حسنًا ، لذلك يستخدم IC بشكل أساسي في إمدادات الطاقة AC-DC حيث نحتاج إلى تصحيح عامل الطاقة النشط (PFC) من خط AC عالمي. هذا يعني أنه يمكننا استخدامه في الأنظمة التي يمكن أن تختلف فيها جهد الإدخال على نطاق واسع ، لكن ما زلنا بحاجة إلى التأكد من أن عامل الطاقة يبقى مرتفعًا وأن تظل التوافقيات الحالية المدخلات منخفضة ، حسنًا؟
الآن التطبيقات التي تستخدم UC3854 IC عادة ما تتبع معايير CRASS D إدخال المعايير الحالية ، والتي تعد جزءًا من EN61000-3-2.
هذا معيار مهم بالنسبة لمستلزمات الطاقة التي لديها قوة مصنفة أعلى من 75 واط ، لذلك إذا قمنا بتصميم شيء من هذا القبيل ، فإن هذا IC يساعدنا على تلبية حدود التشويه التوافقية دون متاعب إضافية.
إذا تحققنا من أداء هذا IC في دائرة تصحيح عامل الطاقة 250W ، فيمكننا أن نرى أنه تم اختباره بشكل صحيح باستخدام أداة قياس PFC و THD الدقيقة.
النتائج؟ كان عامل الطاقة 0.999 وهو مثالي تقريبًا وكان التشويه التوافقي الكلي (THD) 3.81 ٪ فقط. تم قياس هذه القيم حتى التوافقي الخمسين لتردد الخط ، في جهد المدخلات الاسمية والحمل الكامل. لذلك يخبرنا هذا أن هذا IC يمكن أن يساعدنا حقًا في الحصول على تحويل طاقة نظيف وفعال.
تطبيق نموذجي (مخطط دائرة PFC)
إذا نظرنا إلى الشكل أعلاه ، فإننا نرى دائرة تطبيق نموذجية حيث يتم استخدام UC3854 IC كعامل مسبق ذي عامل عالية وكفاءة عالية.
فكيف يتم تصميم هذا؟ لدينا قسمين رئيسيان في هذه الدائرة:
- دائرة التحكم التي تم بناؤها حول UC3854.
- قسم الطاقة الذي يتولى بالفعل تحويل الطاقة.
الآن قسم الطاقة هنا هو محول دفعة ويعمل المحث داخله في وضع التوصيل المستمر (CCM).
ما يعنيه هذا هو أن دورة العمل تعتمد على نسبة جهد الإدخال إلى جهد الخرج ، حسنًا؟ ولكن الشيء الجيد هو ، لأن المحث يعمل في الوضع المستمر ، وبالتالي فإن تموج إدخال تيار في تردد التبديل يبقى منخفضًا.
هذا يعني أننا نحصل على ضوضاء أقل على خط الطاقة وهو أمر مهم لامتثال EMI.
الآن أحد الأشياء المهمة في هذه الدائرة ، يجب أن يكون جهد الخرج دائمًا أعلى من الجهد الذروة لأعلى جهد مدخلات التيار المتردد المتوقع. لذلك نحتاج إلى اختيار جميع المكونات بعناية مع التأكد من أنه يمكنها التعامل مع تصنيفات الجهد دون أي مشكلة.
في الحمل الكامل ، تحقق دائرة المسبق هذه عامل قوة قدره 0.99 ، بغض النظر عن جهد خط طاقة الإدخال ، طالما يبقى ما بين 80 فولت إلى 260 فولت. هذا يعني أنه حتى إذا تغير جهد الإدخال ، فإن الدائرة لا تزال تصحح عامل الطاقة بشكل فعال.
الآن إذا كنت بحاجة إلى مستوى طاقة أعلى ، فلا يزال بإمكانك استخدام هذه الدائرة نفسها ولكن قد تضطر إلى إجراء تغييرات صغيرة في مرحلة الطاقة. لذلك لا تحتاج إلى إعادة تصميم كل شيء من نقطة الصفر ، فقط قم بتعديل بعض الأشياء للتعامل مع متطلبات الطاقة العليا.
متطلبات التصميم
بالنسبة إلى مثال تصميم دائرة PFC الموضح أعلاه ، سنستخدم المعلمات كما هو موضح في الجدول التالي 1 كمعلمات الإدخال.
عملية تصميم شاملة
تتلقى بوابة Power Mosfet في مرحلة التحكم في الدائرة نبضات PWM (GTDRV) من UC3854. تعمل أربعة مدخلات مختلفة إلى الرقاقة معًا لتنظيم دورة عمل هذا الإخراج بشكل متزامن.
يتم تقديم عناصر تحكم إضافية من نوع مساعد في هذا التصميم. أنها بمثابة حماية ضد مواقف عابرة محددة ل MOSFETs قوة التبديل.
مدخلات الحماية
الآن نتحدث عن مدخلات الحماية في هذا IC. هذه مهمة لأنها تساعدنا على التحكم في الدائرة في حالة وجود مشاكل أو تأخير في الطاقة أو مواقف التيار الزائد ، حسنًا.
ENA (تمكين) دبوس
الآن ، لدينا هنا دبوس ENA الذي يرمز إلى التمكين. يجب أن يصل هذا الدبوس إلى 2.5 فولت قبل أن يتم تشغيل مخرجات VREF و GTDRV. وهذا يعني أنه يمكننا استخدام هذا الدبوس لإغلاق محرك البوابة إذا حدث خطأ ما أو يمكننا استخدامه لتأخير بدء التشغيل عند تشغيل الدائرة الأولى.
ولكن هناك المزيد. يحتوي هذا الدبوس على فجوة التباطؤ 200 mV مما يساعد على منع التبديل غير المنتظم أو الدورات غير المرغوب فيها بسبب الضوضاء. لذلك بمجرد عبوره 2.5 فولت ، سيبقى حتى ينخفض الجهد إلى أقل من 2.3 فولت ، مما يجعل العملية أكثر استقرارًا ، حسنًا.
لدينا أيضًا حماية أقل من الجهد داخل IC والتي تعمل مباشرة في VCC. سيتم تشغيل IC عندما تصل VCC إلى 16 فولت وستتوقف إذا انخفضت VCC إلى أقل من 10 فولت. وهذا يعني أنه إذا انخفض جهد إمدادات الطاقة منخفضًا جدًا ، فسيتم إيقاف تشغيل IC تلقائيًا لمنع العطل.
ولكن إذا لم نستخدم دبوس ENA ، فيجب علينا توصيله بـ VCC باستخدام مقاوم 100 كيلو أوم. وإلا فقد يطفو ويسبب سلوكًا غير مرغوب فيه.
دبوس SS (بداية ناعمة)
بعد ذلك ، ننتقل إلى دبوس SS الذي يرمز إلى بداية ناعمة. يتحكم في مدى سرعة بدء الدائرة بتقليل الجهد المرجعي لمضخم الخطأ أثناء بدء التشغيل.
عادةً إذا تركنا دبوس SS مفتوحًا ، فسيظل الجهد المرجعي عند 7.5 V. ولكن إذا قمنا بتوصيل مكثف CSS من SS إلى الأرض ، فإن المصدر الحالي الداخلي داخل IC سيشحن هذا المكثف ببطء.
يبلغ تيار الشحن حوالي 14 مللي أمهات ، لذا فإن المكثف يتقاضى خطيًا من 0 فولت إلى 7.5 فولت. يتم تقديم هذا الوقت الذي يستغرقه حدوث هذا بواسطة هذه الصيغة.
وقت البدء الناعم = 0.54 * CSS في ثواني microfarads
هذا يعني أنه إذا استخدمنا مكثفًا أكبر ، فإن وقت بدء التشغيل يصبح أطول ، مما يجعل الدائرة تعمل بسلاسة بدلاً من القفز فجأة إلى الجهد الكامل ، حسنًا.
PKLMT (الحد الأقصى الحالي لتيار) دبوس
الآن نأتي إلى PKLMT التي تعني الحد الأقصى الحالي الحالي. هذا الدبوس مهم للغاية لأنه يحدد الحد الأقصى للتيار الذي يُسمح له بالتعامل مع MOSFET الطاقة.
دعنا نقول أننا نستخدم مقسم المقاوم الموضح في مخطط الدائرة. هنا ما يحدث.
يصل الجهد في دبوس PKLMT إلى 0 فولت عندما يكون انخفاض الجهد عبر المقاوم للمعنى الحالي هو:
7.5 فولت * 2 ك / 10 ك = 1.5 فولت
إذا استخدمنا مقاومًا حاليًا 0.25 أوم ، فإن هذا الإسقاط 1.5 فولت يتوافق مع تيار:
الحالي i = 1.5 / 0.25 أوم = 6 أمبير
وهذا يعني أن الحد الأقصى للتيار يقتصر على 6 أمبير ، حسنًا.
لكن شيء آخر. توصي TI بتوصيل مكثف تجاوز من PKLMT إلى الأرض. لماذا. نظرًا لأن هذا يساعد على تصفية الضوضاء عالية التردد ، مع التأكد من أن الكشف عن الحد الحالي يعمل بدقة ولا يتأثر بمسامير الضوضاء غير المرغوب فيها.
المدخلات التحكم
vSense (الإخراج DC Sense)
حسنًا ، نتحدث الآن عن دبوس vsense. يستخدم هذا الدبوس لاستشعار جهد الناتج DC. الجهد العتبة لهذا المدخل هو 7.5 فولت ، وعادة ما يكون تيار تحيز المدخلات 50 نانو.
إذا تحققنا من القيم الموجودة في مخطط الدائرة ، نرى أنها تستند إلى جهد إخراج يبلغ 400 فولت. في هذه الدائرة ، يعمل مضخم الجهد مع كسب ثابت منخفض التردد للحفاظ على تقلبات الإخراج الحد الأدنى.
نجد أيضًا مكثف ردود الفعل 47 Nanofarad والذي يخلق عمودًا 15 هيرتز في حلقة الجهد. لماذا نحتاج هذا؟ لأنه يمنع 120 تموج هيرتز من التأثير على تيار الإدخال ، مما يجعل العملية أكثر استقرارًا ، موافق.
IAC (شكل موجة الخط)
الآن دعونا ننتقل إلى دبوس IAC. ماذا تفعل؟ يساعد على التأكد من أن الشكل الموجي الحالي يتبع نفس شكل جهد الخط.
فكيف يعمل؟ يتم تغذية عينة صغيرة من الشكل الموجي لجهد خط الطاقة في هذا الدبوس. داخل IC ، يتم ضرب هذه الإشارة عن طريق إخراج مضخم الجهد في المضاعف الداخلي. والنتيجة هي إشارة مرجعية تستخدمها حلقة التحكم الحالية ، OK.
ولكن هنا شيء مهم. هذا الإدخال ليس إدخال الجهد ولكن إدخال تيار وهذا هو السبب في أننا نسميها IAC.
الآن كيف نضع هذا التيار؟ نستخدم مقسم المقاوم مع 220 كيلو أوم و 910 كيلو أوم. يتم إصلاح الجهد في دبوس IAC داخليًا عند 6 فولت. لذلك يتم اختيار هذه المقاومات بطريقة تبدأ التيار الذي يتدفق إلى IAC من الصفر عند كل عبور صفر ويصل إلى حوالي 400 ميكرولد في ذروة الشكل الموجي.
نستخدم الصيغ التالية لحساب قيم المقاوم هذه:
RAC = VPK / IACPK
الذي يعطينا
RAC = (260 فولت AC * √2) / 400 microamperes = 910 كيلو أوم
حيث VPK هو جهد خط الذروة.
الآن ، نحسب RREF باستخدام:
RREF = RAC / 4
لذلك ، RREF = 220 كيلو أوم
