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典型功率因數校正電路

日期: 2021-03-25
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? ? ? ?在電源系統中,平均電流控制模式的應用比較廣泛,它具有工作穩定性好和畸變小等優點,并且其應用功率能達到6kW。下面介紹典型控制器UC3854及其應用。

? ? ? ?UC3854是一種有源功率因數校正專用控制電路。它可以完成升壓變換器校正功率因數所需的全部控制功能,使功率因數達到0.99以上,輸入電流波形失真小于5%。該控制器采用平均電流型控制,控制精度很高,開關噪聲較低。采用UC3854功率因數校正電路后,不僅可以校正功率因數,而且還可以保持輸出電壓穩定不變(當輸入電壓在80 ~ 260V之間變化時) , 因此也可作為AC/DC穩壓電源。UC3854采用推拉輸出級,其輸出電流可達到1A以上,因此輸出的固定PWM脈

沖可驅動大功率MOSFET。


? ? ? ?( 1 ) UC3854的內部框圖及其組成

? ? ? ?UC3854的內部框圖如圖4-4所示,它由以下幾部分組成。

? ? ? ?①欠壓封鎖比較器( UVLC )當電源電壓Vcc高于16V時,基準電壓建立,振蕩器開始振蕩,輸出級輸出PWM脈沖。當電源電壓Vcc低于10V時,基準電壓中斷,振蕩器停止振蕩,輸出級被封鎖。


? ? ? ?②使能比較器( EC)使能端 (端子10 )輸出電壓高于2.5V時,輸出級輸出驅動脈沖;使能端輸出電壓低于2.25V時,輸出級關斷。UVLC比較器與EC比較器輸出分別接到與[輸入端,只有在兩個比較器都輸出高電平時,才能建立基準電壓,器件才輸出脈沖。

? ? ? ?③電壓誤差放大器( VEA)功率因數校正電路的輸出電壓經電阻分壓電路后,加到電壓誤差放大器(VEA )的反相輸入端,與7.5V基準電壓比較后,其差值經放大后加到乘法器的一個輸入端(A)。

? ? ? ?④乘法器( MUL )乘法器輸入信號除了誤差電壓外,還有與已整流交流電壓成正比的電流IAC(B端)和前饋電壓VRRMS(C端)。

? ? ? ?⑤電流誤差放大器( CEA )乘法器輸出的基準電流Imo在電阻RMo兩端產生基準電壓。檢測電阻Rg兩端壓降與Rmo兩端電壓相減后產生電流取樣信號,加到電流誤差放大器的輸入端,該誤差信號經電流誤差放大器( CEA)放大后,加到PWM比較器輸入端,與振蕩器的鋸齒波電壓比較,調整輸出脈沖的寬度。

? ? ? ?⑥振蕩器( OSC )振蕩器的振蕩頻率由端子14外接電容C和端子12的外接電阻Rsτ決定,只有建立基準電壓后,振蕩器才開始振蕩。

? ? ? ?⑦PWM比較器( PWM COMP )電流誤差放大器( CEA )輸出信號與振蕩器的鋸齒波電壓經比較后,產生脈寬調制信號,該信號加到觸發器( FLIP-FLOP )。

? ? ? ?⑧觸發器( FLIP-FLOP)振蕩器 ( OSC)和PWM比較器( PWM COMP )的輸出信號分別加到觸發器( FLIP-FLOP )的R、S端,控制觸發器的輸出脈沖,該脈沖經與i ]電路和推拉輸出級后,驅動外接的功率MOSFET。

? ? ? ?⑨基準電源( REF )基準電壓REF受欠壓封鎖 比較器(UVLC)和使能比較器(EC)的控制,當這兩個比較器都輸出高電平時,端子9可輸出7.5V基準電壓。

? ? ? ?◎峰值電流限值比較器( LMT )電流取樣信號加到該比較器的輸入端,輸出電流達到一定數值后,該比較器通過觸發器關斷輸出脈沖。

? ? ? ?①軟啟動電路( SS )當基準電壓建立后14μA電流對端子SS ( 端子13 )外接電容Css充電。剛開始充電時,端子13的電壓為零,接在端子13內的隔離二極管導通,電壓誤差放大器( VEA )的基準電壓為零,UC3854無輸出脈沖。

? ? ? ?當Css充足電后,隔離二極管關斷,軟啟動電容與電壓誤差放大器隔離,軟啟動過程結束, UC3854正常輸出脈沖。當發生欠壓封鎖或使能關斷時,與門輸出信號除了關斷輸出外,還使并聯在Css兩端的內部晶體管導通,從而使Css放電,以保下次啟動時Css從零開始充電。

? ? ? ?( 2 )端子排列及期能UC3854有多種封裝形式( DIL-16、SOIC-16、PLCC-20和LCC-20等),但常用的是DIL-16封裝形式。這種封裝形式的端子排列如圖45所示。
? ? ? ?①GND (端子1 )接地端所有電壓的測試基準點。振蕩器定時電容的放電電流也由該端子返回。因此,定時電容到該端子的距離應盡可能短。

? ? ? ?②PKLMT (端子2 )峰值限流端峰值限流門限值為0V。該端子應接入電流取樣電阻的負電壓。

? ? ? ?為了使電流取樣電壓上升到地電位,該端子與基準電壓端子VREF (端子9 )之間應接入一個電阻。

? ? ? ?③CA Out (端子3 )電流放大器輸入端該端子是電壓誤差放大器的輸出端,該放大器檢測并放大電網輸入電流,控制脈寬調制器,強制校正電網輸入電流。

? ? ? ?④ISENSE (端子4 )電流取樣電壓負極該端子為電流放大器反相端。

? ? ? ?⑤Mult Out (端子5 )模擬乘法器的輸出端和電流取樣電壓的正極模擬乘法器的輸出直接接到電流放大器的同相輸入端。

? ? ? ?⑥IAc (端子6 )輸入交流電流取樣信號IAC從該端子加到模擬乘法器上。

? ? ? ?⑦VA Out (端子7 )電壓放大器的輸出端該端子電壓可調整輸出電壓。

? ? ? ?⑧VRRMS(端子8 )有效值電壓輸入端整流橋輸出電壓分壓加到該端子。為了實現控制,該端子電壓應在1.5 ~ 3.5V之間。

? ? ? ?⑨VkEF (端子9 )基準電壓輸出端該端 子輸出7.5V的基準電壓,大輸出電流為10mA ,并且內部可以限流。當Vcc較低或使能端ENA為低電平,該端子電壓為零。該端子到地應接入一個容量為0.1μF的電容。

? ? ? ?◎ENA (端子10 )使能控制端使UC3854輸出PWM驅動電壓的邏輯控制信號輸入端。該信號還控制基準電壓、振蕩器和軟啟動電路。不需要使能控制時,該端子應接5V電源或通過100kQ電阻接Vcc端。

? ? ? ?①vsSENSE (端子11 )電壓放大器反相輸入端功率因數校正電路的輸出電壓經分壓后加到該端子。該端子與電壓放大器輸出端(端子7 )間還應加入RC補償網路。

? ? ? ?②RsET (端子12 )振蕩器定時電容充電電流和乘法器大輸出電流設定電阻的接入端該端子與地之間接入-個電阻,即可設定定時電容的充電電流和乘法器的大輸出電流。乘法器的大輸出電流為3.75V/RsET。

? ? ? ?13ss (端子13 )軟啟動端UC3854停止工作或Vcc過低時,該端子電壓為零。開始工作后14μA的電流對外接電容充電,該端子電壓逐漸上升到7 .5V,PWM脈沖占空比逐漸增大,輸出電壓逐漸升高。

? ? ? ?14cτ (端子14 )振蕩器定時電容接入端該端子到地之間接入定時電容CT ,可按下式設定振蕩器的工作頻率:

f=1.25/RsEτCT

? ? ? ?15Vcc (端子15)正電源電壓為了 正常工作,該端子電壓應高于17V。為了吸收外接MOSFET柵極電容充電時產生的電流尖峰,該端子與地間應接入旁路電容。

? ? ? ?16.GT Drv (端子16 )柵極驅動電壓輸出端該端子輸出電壓驅動外接的MOSFET功率管。該端子內部接有鉗位電路,可將輸出脈沖幅值鉗位在15V ,因此,當Vcc高達35V時,該器件仍可正常工作。實際使用中,該端子到MOSFET的柵極之間應串入一只大于5Q的電阻,以免驅動電容負載時,發生電流過沖現象。

? ? ? ?( 3 )實際應用電路由UC3854組成的250W功率因數校正電路,如圖4-6所示。該電路輸入電壓范圍為85~ 265V ,功率因數可達到0.99以上。
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