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典型功率因数校正电路

日期: 2021-03-25
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       在电源系统中,平均电流控制模式的应用比较广泛,它具有工作稳定性好和畸变小等优点,并且其应用功率能达到6kW。下面介绍典型控制器UC3854及其应用。

       UC3854是一种有源功率因数校正专用控制电路。它可以完成升压变换器校正功率因数所需的全部控制功能,使功率因数达到0.99以上,输入电流波形失真小于5%。该控制器采用平均电流型控制,控制精度很高,开关噪声较低。采用UC3854功率因数校正电路后,不仅可以校正功率因数,而且还可以保持输出电压稳定不变(当输入电压在80 ~ 260V之间变化时) , 因此也可作为AC/DC稳压电源。UC3854采用推拉输出级,其输出电流可达到1A以上,因此输出的固定PWM脉

冲可驱动大功率MOSFET。


       ( 1 ) UC3854的内部框图及其组成

       UC3854的内部框图如图4-4所示,它由以下几部分组成。

       ①欠压封锁比较器( UVLC )当电源电压Vcc高于16V时,基准电压建立,振荡器开始振荡,输出级输出PWM脉冲。当电源电压Vcc低于10V时,基准电压中断,振荡器停止振荡,输出级被封锁。


       ②使能比较器( EC)使能端 (端子10 )输出电压高于2.5V时,输出级输出驱动脉冲;使能端输出电压低于2.25V时,输出级关断。UVLC比较器与EC比较器输出分别接到与[输入端,只有在两个比较器都输出高电平时,才能建立基准电压,器件才输出脉冲。

       ③电压误差放大器( VEA)功率因数校正电路的输出电压经电阻分压电路后,加到电压误差放大器(VEA )的反相输入端,与7.5V基准电压比较后,其差值经放大后加到乘法器的一个输入端(A)。

       ④乘法器( MUL )乘法器输入信号除了误差电压外,还有与已整流交流电压成正比的电流IAC(B端)和前馈电压VRRMS(C端)。

       ⑤电流误差放大器( CEA )乘法器输出的基准电流Imo在电阻RMo两端产生基准电压。检测电阻Rg两端压降与Rmo两端电压相减后产生电流取样信号,加到电流误差放大器的输入端,该误差信号经电流误差放大器( CEA)放大后,加到PWM比较器输入端,与振荡器的锯齿波电压比较,调整输出脉冲的宽度。

       ⑥振荡器( OSC )振荡器的振荡频率由端子14外接电容C和端子12的外接电阻Rsτ决定,只有建立基准电压后,振荡器才开始振荡。

       ⑦PWM比较器( PWM COMP )电流误差放大器( CEA )输出信号与振荡器的锯齿波电压经比较后,产生脉宽调制信号,该信号加到触发器( FLIP-FLOP )。

       ⑧触发器( FLIP-FLOP)振荡器 ( OSC)和PWM比较器( PWM COMP )的输出信号分别加到触发器( FLIP-FLOP )的R、S端,控制触发器的输出脉冲,该脉冲经与i ]电路和推拉输出级后,驱动外接的功率MOSFET。

       ⑨基准电源( REF )基准电压REF受欠压封锁 比较器(UVLC)和使能比较器(EC)的控制,当这两个比较器都输出高电平时,端子9可输出7.5V基准电压。

       ◎峰值电流限值比较器( LMT )电流取样信号加到该比较器的输入端,输出电流达到一定数值后,该比较器通过触发器关断输出脉冲。

       ①软启动电路( SS )当基准电压建立后14μA电流对端子SS ( 端子13 )外接电容Css充电。刚开始充电时,端子13的电压为零,接在端子13内的隔离二极管导通,电压误差放大器( VEA )的基准电压为零,UC3854无输出脉冲。

       当Css充足电后,隔离二极管关断,软启动电容与电压误差放大器隔离,软启动过程结束, UC3854正常输出脉冲。当发生欠压封锁或使能关断时,与门输出信号除了关断输出外,还使并联在Css两端的内部晶体管导通,从而使Css放电,以保下次启动时Css从零开始充电。

       ( 2 )端子排列及期能UC3854有多种封装形式( DIL-16、SOIC-16、PLCC-20和LCC-20等),但常用的是DIL-16封装形式。这种封装形式的端子排列如图45所示。
       ①GND (端子1 )接地端所有电压的测试基准点。振荡器定时电容的放电电流也由该端子返回。因此,定时电容到该端子的距离应尽可能短。

       ②PKLMT (端子2 )峰值限流端峰值限流门限值为0V。该端子应接入电流取样电阻的负电压。

       为了使电流取样电压上升到地电位,该端子与基准电压端子VREF (端子9 )之间应接入一个电阻。

       ③CA Out (端子3 )电流放大器输入端该端子是电压误差放大器的输出端,该放大器检测并放大电网输入电流,控制脉宽调制器,强制校正电网输入电流。

       ④ISENSE (端子4 )电流取样电压负极该端子为电流放大器反相端。

       ⑤Mult Out (端子5 )模拟乘法器的输出端和电流取样电压的正极模拟乘法器的输出直接接到电流放大器的同相输入端。

       ⑥IAc (端子6 )输入交流电流取样信号IAC从该端子加到模拟乘法器上。

       ⑦VA Out (端子7 )电压放大器的输出端该端子电压可调整输出电压。

       ⑧VRRMS(端子8 )有效值电压输入端整流桥输出电压分压加到该端子。为了实现控制,该端子电压应在1.5 ~ 3.5V之间。

       ⑨VkEF (端子9 )基准电压输出端该端 子输出7.5V的基准电压,大输出电流为10mA ,并且内部可以限流。当Vcc较低或使能端ENA为低电平,该端子电压为零。该端子到地应接入一个容量为0.1μF的电容。

       ◎ENA (端子10 )使能控制端使UC3854输出PWM驱动电压的逻辑控制信号输入端。该信号还控制基准电压、振荡器和软启动电路。不需要使能控制时,该端子应接5V电源或通过100kQ电阻接Vcc端。

       ①vsSENSE (端子11 )电压放大器反相输入端功率因数校正电路的输出电压经分压后加到该端子。该端子与电压放大器输出端(端子7 )间还应加入RC补偿网路。

       ②RsET (端子12 )振荡器定时电容充电电流和乘法器大输出电流设定电阻的接入端该端子与地之间接入-个电阻,即可设定定时电容的充电电流和乘法器的大输出电流。乘法器的大输出电流为3.75V/RsET。

       13ss (端子13 )软启动端UC3854停止工作或Vcc过低时,该端子电压为零。开始工作后14μA的电流对外接电容充电,该端子电压逐渐上升到7 .5V,PWM脉冲占空比逐渐增大,输出电压逐渐升高。

       14cτ (端子14 )振荡器定时电容接入端该端子到地之间接入定时电容CT ,可按下式设定振荡器的工作频率:

f=1.25/RsEτCT

       15Vcc (端子15)正电源电压为了 正常工作,该端子电压应高于17V。为了吸收外接MOSFET栅极电容充电时产生的电流尖峰,该端子与地间应接入旁路电容。

       16.GT Drv (端子16 )栅极驱动电压输出端该端子输出电压驱动外接的MOSFET功率管。该端子内部接有钳位电路,可将输出脉冲幅值钳位在15V ,因此,当Vcc高达35V时,该器件仍可正常工作。实际使用中,该端子到MOSFET的栅极之间应串入一只大于5Q的电阻,以免驱动电容负载时,发生电流过冲现象。

       ( 3 )实际应用电路由UC3854组成的250W功率因数校正电路,如图4-6所示。该电路输入电压范围为85~ 265V ,功率因数可达到0.99以上。
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