Bez tytu³u-4 - Serwis Elektroniki

Poprawa wspó³czynnika mocy uk³adów zasilania6.4. Detektor zerowego pr¹du w indukcyjnoœciJak zaznaczy³em na wstêpie artyku³u, jedn¹ z istotnych ró¿-nic kontrolera wspó³czynnika mocy i zwyk³ego kontrolera zasilaczaimpulsowego, jest brak oscylatora. Jak wynika z rysunku 3i 4 oraz zaprezentowanych prostych przeliczeñ, cel (pod¹¿anieœredniej wartoœci pr¹du za chwilow¹ wartoœci¹ napiêcia wejœciowego)bêdzie osi¹gniêty, gdy tranzystor-klucz zostanie w³¹czonynatychmiast po zanikniêciu pr¹du w indukcyjnoœci oddaj¹cejenergiê do kondensatora wyjœciowego (w indukcyjnoœci g³ównejkonfiguracji uk³adu typu boost). Aby wykryæ ten moment,potrzebny jest uk³ad detektora zerowego pr¹du w tej indukcyjnoœci.Poniewa¿ przebieg pr¹du jest trójk¹tny, mo¿na do tegocelu wykorzystaæ dodatkowe uzwojenie nawiniête na rdzeniu indukcyjnoœcig³ównej (z d³awika robi siê transformator). W aplikacjiuk³adu MC33368 wykorzystuje siê do tego celu uzwojeniestanowi¹ce Ÿród³o napiêcia zasilania kontrolera (wszystkie tezabiegi zmierzaj¹ do tego, ¿eby liczba elementów zewnêtrznychkontrolera by³a rzeczywiœcie ograniczona do minimum). Kieruneknawiniêcia uzwojenia dodatkowego musi byæ taki, aby oddawa³oono energiê do kondensatora (C4 na rys.8) w trybie flyback,to znaczy w czasie, gdy tranzystor-klucz nie przewodzi.Takie dzia³anie uk³adu, z przewodnictwem „prawie ¿e” ci¹g³ymniesie dwie dodatkowe korzyœci:• fakt, ¿e tranzystor kluczuj¹cy nie mo¿e byæ w³¹czony zanimpr¹d jego drenu spadnie do zera, stawia ³agodniejszewymagania na parametry diody prostowniczej przekazuj¹cejenergiê do obci¹¿enia (do zasilacza); parametry dynamicznetej diody, w szczególnoœci czas odzyskiwaniacharakterystyki wstecznej staje siê w takich warunkachmniej krytyczny,• taki tryb pracy ogranicza równie¿ maksymaln¹ wartoœænapiêcia na drenie MOSFET-a kluczuj¹cego; brak przerwi liniowoœæ narastania/opadania pr¹du ogranicza tê wartoœædo dwukrotnej wartoœci szczytów napiêcia sieciowego- dla sieci 220VAC jest to oko³o 620V.Uk³ad detektora zerowej wartoœci pr¹du w indukcyjnoœcireaguje na poziom napiêcia 1.2V. W uk³adzie tym wprowadzonohisterezê o szerokoœci 200mV. Zabezpiecza to uk³adprzed wielokrotnymi i fa³szywymi prze³¹czeniami jakie mog³ybywyst¹piæ przy wolnych (o ma³ej stromoœci) zboczach.Wejœcie tego komparatora jest równie¿ wewnêtrznie zabezpieczoneprzed przekroczeniem wartoœci napiêcia: +10V od góryi – 0.7V z do³u. Natomiast wejœcie to musi byæ zabezpieczonepr¹dowo przez odpowiednio dobrany zewnêtrzny rezystor ograniczaj¹cywartoœæ pr¹du poni¿ej 5mA (taka wartoœæ musi byæograniczona w momencie „klampowania” ograniczników napiêcia,w przedziale napiêæ miêdzy nimi pr¹d jest znaczniemniejszy, opornoœæ wejœciowa tego wyprowadzenia jest du¿a).Dlaczego przyjêcie wartoœci 1.2V (a nie zero) nie wprowadzapraktycznie b³êdu? Proszê zauwa¿yæ, ¿e przy przewodnoœcici¹g³ej krytycznej, z jak¹ pracuje uk³ad, przebieg pr¹du makszta³t trójk¹tny, zatem przebieg napiêcia na uzwojeniu sprzê-¿onym (który jest funkcj¹ pochodn¹ tamtej wartoœci) ma kszta³tprostok¹ta, a wiêc bardzo strome zbocza.6.5. Komparator wartoœci pr¹du w indukcyjnoœci iprzerzutnik RS-latchZastosowanie przerzutnika bistabilnego (RS-latch) zapewnia,¿e w jednym cyklu pracy uk³adu pojawi siê tylko jedenimpuls na wyjœciu steruj¹cym tranzystorem kluczuj¹cym. Inaczejmówi¹c, nie bêdzie „fa³szywych” impulsów, mimo ¿e takiemog¹ siê pojawiæ na wyjœciu komparatora monitoruj¹cegowartoœæ pr¹du w indukcyjnoœci g³ównej. Wartoœæ tego pr¹dujest próbkowana i przetworzona na napiêcie poprzez niewielki(niskoomowy) rezystor w³¹czony w obwodzie Ÿród³aMOSFET-a kluczuj¹cego. Napiêcie to jest z kolei monitorowaneprzez wejœcie czujnika pr¹dowego (CS - current sense)i porównywane za poœrednictwem kolejnego komparatora zpoziomem napiêcia wytworzonym przez opisany wy¿ej uk³admno¿¹cy. Zatem maksymalna wartoœæ pr¹du jaka zostanie osi¹gniêtaw indukcyjnoœci gromadz¹cej energiê w danym cyklupracy jest bezpoœrednio zale¿na od poziomu napiêcia wytworzonegoprzez uk³ad mno¿¹cy oraz wartoœci rezystora mierz¹cegoten pr¹d i równa jest stosunkowi tych dwu wielkoœci.W tym uk³adzie równie¿ istnieje zabezpieczenie. Stanowi jeograniczenie napiêcia na wejœciu komparatora current sensecomparator, narysowane na schemacie blokowym w postacidiody Zenera. W sytuacjach awaryjnych, jak na przyk³ad przerwaniepêtli kontroluj¹cej napiêcie wyjœciowe lub praca przyekstremalnie niskim napiêciu sieci, prze³¹czenie stanu przerzutnikaRS nast¹pi przy pr¹dzie odpowiadaj¹cym napiêciu1.5V czyli 1.5V/R7, mimo ¿e wyjœcie uk³adu mno¿¹cego pozwala³obyna osi¹gniêcie wiêkszej wartoœci tego pr¹du. W normalnychwarunkach pracy i przy typowej aplikacji odpowiadaj¹cejwartoœciom elementów przedstawionych na rysunku8, próg ten jest o wiele ni¿szy. Wynosi on (dla szczytów napiêciawejœciowego) 110mV dla pracy z sieci¹ 90VAC i 100mVdla pracy z sieci¹ 268VAC (ekstremalne wartoœci: minimalnadla sieci 110VAC i maksymalna dla sieci 220VAC. Kataloguk³adu MC33368 zaleca taki dobór rezystora R CS , aby prógodpowiadaj¹cy wartoœci szczytowej wynosi³ 0.5V, dla aplikacjiodpowiadaj¹cej szerokiemu zakresowi napiêcia wejœciowego= 1V.Parametry czasowe (dynamiczne) uk³adu w tym zakresierównie¿ s¹ istotne i wynosz¹ ³¹cznie 200ns - jest to czas propagacjilicz¹c od komparatora mierz¹cego pr¹d, poprzez przerzutnik,uk³ady bramkuj¹ce a¿ na wyjœcie bufora steruj¹cegobramk¹ MOSFET-a. Czas ten jest lepszy ni¿ szybkoœæ prze³¹czaniatypowych tranzystorów polowych mocy. W ga³êzi pomiarupr¹du (current sense) zastosowany jest dodatkowy blokLEB (Leading Edge Blanking – wygaszanie stromych zboczynarastaj¹cych). Jego istnienie jest potrzebne ze wzglêdu na istnieniepojemnoœci rozproszonych d³awika (transformatora),które w momencie w³¹czenia tranzystora-klucza powoduj¹wystêpowanie krótkiej lecz wysokiej „szpilki” pr¹dowej, naktór¹ móg³by fa³szywie zareagowaæ uk³ad komparatora. Waplikacjach uk³adu o du¿ej mocy stosuje siê w tym samym celudodatkowo uk³ad zewnêtrzny z³o¿ony z rezystora i kondensatora(w torze sygna³u CS) o niewielkiej sta³ej czasowej.Przy analizie schematu blokowego struktury uk³adu zwracamuwagê na jeden fakt. Bramka sumy wystêpuj¹ca za przerzutnikiemRS (Br1) realizuje faktycznie iloczyn logiczny,bowiem przyjêta konwencja rysowania zak³ada logikê negatywow¹.Równoczeœnie nale¿y zauwa¿yæ, ¿e stan aktywny odpowiadaj¹cyw³¹czeniu tranzystora-klucza odpowiada wyzerowaniu,a nie ustawieniu przerzutnika RS-latch, równoczeœniewejœcie S jest wejœciem dominuj¹cym (nadrzêdnym).Dodatkowo nale¿y zauwa¿yæ, ¿e bufor wyjœciowy zrealizowanyna tranzystorach CMOS realizuje równoczeœnie negacjêlogiczn¹ sygna³u.8 SERWIS ELEKTRONIKI 3/2002