Bez tytu³u-4 - Serwis Elektroniki

Poprawa wspó³czynnika mocy uk³adów zasilaniaPoprawa wspó³czynnika mocy uk³adów zasilania (cz.3-ost.)Karol Œwierc6.8. Uk³ad opóŸnienia restartuUk³ad opóŸnienia restartu zosta³ wprowadzony w celuumo¿liwienia próbkowania uk³adu (hiccup mode) w warunkachprzeci¹¿enia lub zwarcia na wyjœciu, jak równie¿ w celuzabezpieczenia uk³adu zasilacza przed kolejnymi próbami restartuw momencie od³¹czenia uk³adu od sieci zasilaj¹cej.Uk³ad opóŸnienia restartu nie jest aktywny w czasie pierwszegow³¹czenia uk³adu do sieci, uaktywnia siê natomiast, gdynapiêcie zasilaj¹ce V CC opadnie poni¿ej dopuszczalnego progu(8.5V). Gdy natomiast napiêcie zasilaj¹ce ponownie przekroczyten próg, opóŸnienie restartu wyznaczone jest zewnêtrznymielementami R, C pod³¹czonymi do wypr. 2 uk³adu scalonego.Wyprowadzenie to jest wysoko impedancyjne, dziêkitemu przez zastosowanie niezbyt du¿ej wartoœci kondensatoramo¿na uzyskaæ opóŸnienie rzêdu kilku sekund.W razie przeci¹¿enia lub zwarcia na wyjœciu uk³adu sytuacjawygl¹da nastêpuj¹co: uzwojenie zasilaj¹ce uk³ad kontroleranie jest w stanie utrzymaæ w³aœciwej wartoœci tego napiêcia,uk³ad opóŸnienia restartu wy³¹cza startowe Ÿród³o pr¹dowena czas wyznaczony pojemnoœci¹ kondensatora pod³¹czonegodo n.2 uk³adu, zatem uk³ad „nie stara siê za wszelk¹ cenê”utrzymaæ w³aœciwych warunków swojego zasilania. Jeœli napiêcieV CC spadnie poni¿ej progu wyznaczonego przez uk³adzabezpieczenia UVLO (UnderVoltage LockOut), tranzystor kluczuj¹cyzostanie na pewien czas wy³¹czony. W tej sytuacjipodczas prób restartu uk³adu œredni wspó³czynnik czasu kluczowaniatego tranzystora jest bardzo niski i zabezpiecza goprzed uszkodzeniem. Po usuniêciu zwarcia lub przeci¹¿enia,uk³ad podejmuje normaln¹ pracê po czasie wyznaczonym opóŸnieniemrestartu.6.9. Uk³ad klampowania czêstotliwoœci kluczowaniaW punkcie 3 wspomniano o pewnych problemach w pracyuk³adu korektora w odcinkach czasu, gdy sinusoida napiêciasieciowego zbli¿a siê do wartoœci zerowej. W warunkach „normalnych”,kiedy k¹t fazy sieci nie jest bliski zeru, uk³ad pracujew warunkach „krytycznych”, które polegaj¹ na tym, ¿e pr¹dw indukcyjnoœci narasta do wartoœci maksymalnej wyznaczonejchwilow¹ wartoœci¹ napiêcia wyjœciowego uk³adu mno¿¹cego,nastêpnie opada do zera, po czym natychmiast zaczynanarastaæ. Proste przeliczenia prowadz¹ do wniosku, ¿e czasw³¹czenia tranzystora klucza jest mniej wiêcej sta³y (teoretyczniedok³adnie sta³y), niezale¿ny od chwilowego k¹ta fazy napiêciasieci. Wynika to z faktu, ¿e próg, do którego narastanapiêcie jest proporcjonalny do sinusa tego k¹ta (pamiêtamy ouk³adzie mno¿¹cym) ale i stromoœæ narastania napiêcia w indukcyjnoœcijest te¿ do tej wartoœci proporcjonalna. Czas osi¹gniêciawyznaczonego progu przez ten pr¹d jest proporcjonalnydo stosunku tych dwu wielkoœci, a wiêc jest sta³y. Zale¿yon od oddawanej mocy z uk³adu i indukcyjnoœci g³ównej.Odpowiednie przeliczenia prowadz¹ do wzoru (cytowanegoju¿ wczeœniej): t (ON) = 2P OUT L P / U AC2 . W stosunku do tej teoretycznejwartoœci czas ten ulega nieznacznemu wyd³u¿eniu, zewzglêdu na skoñczon¹, ni¿sz¹ od jednoœci sprawnoœæ uk³adu.O czêstotliwoœci kluczowania uk³adu decyduje suma czasóww³¹czenia i wy³¹czenia tranzystora-klucza. Czas wy³¹czenia(t OFF ) jest silnie zale¿ny od k¹ta fazy napiêcia sieci (patrzp.3). Jest maksymalny w momentach szczytu napiêcia sieci -fazy 90° (du¿a wartoœæ pr¹du w indukcyjnoœci, a ma³a ró¿nicanapiêæ miêdzy wyjœciem a wejœciem; napiêcie na wyjœciu wuk³adzie boost jest i musi byæ wy¿sze od szczytowego napiêciawejœciowego) i zd¹¿a do zera, gdy wartoœæ chwilowa napiêciawejœciowego maleje. W tych „regionach” pracy, gdy chwilowawartoœæ napiêcia jest bliska zeru (faza 0, π, 2π, itd.) œredniawartoœæ pr¹du nie „potrafi” nad¹¿aæ za wartoœci¹ napiêcia i jestto g³ównym czynnikiem obni¿aj¹cym wartoœæ wspó³czynnikamocy poni¿ej jednoœci. Dodatkowo w tych przedzia³ach czasowychsytuacjê pogarsza istnienie kondensatora za mostkiemGraetz’a - kondensator o niedu¿ej pojemnoœci musi tu istnieæ.W pewnym stopniu lekarstwem jest wprowadzenie uk³adu„klampowania” czêstotliwoœci kluczowania. Uk³ad ten jest nadrzêdnyw dzia³aniu (ma wy¿szy priorytet) w stosunku do uk³adudetektora zerowej wartoœci pr¹du w indukcyjnoœci (opisanegow p.6.4). Wyznacza on minimalny czas wy³¹czenia tranzystoraklucza t (OFF)MIN . O wartoœci tego czasu decyduj¹ elementyR, C pod³¹czone do n.13 uk³adu sterownika MC33368. Parametrykatalogowe uk³adu podaj¹, ¿e mo¿liwoœæ wysterowaniatranzystora klucza jest zablokowana, gdy napiêcie na n.13 jestni¿sze od +2V. W fazie w³¹czenia tranzystora-klucza kondensatorpod³¹czony do tego wyprowadzenia jest roz³adowywanywewnêtrznym Ÿród³em pr¹dowym o wartoœci 1.7mA (typowo).Po przestawieniu stanu wewnêtrznego przerzutnika RS, a wiêcod momentu wy³¹czenia tranzystora-klucza, kondensator na tymwyprowadzeniu ³adowany jest przez rezystor pod³¹czony donapiêcia V CC . Zatem przebieg napiêcia na nim jest wyk³adniczy(funkcja typu 1 – e -t/T ). Po prostych przekszta³ceniach ³atwo obliczyæ,¿e minimalny czas t OFF wprowadzony przez opisywanyuk³ad „klampowania” jest równy:t off(min) = - R 10 C 7 × ln(1-2/V CC ),znak „-” wystêpuje przed wzorem, gdy¿ logarytm liczby mniejszejod jednoœci jest równie¿ ujemny.Jeœli aplikacja tego wymaga, dzia³anie powy¿szego uk³adumo¿e zostaæ wy³¹czone przez pod³¹czenie n.13 uk³adu do V CC(nó¿ka 12 uk³adu).6.10. Stopieñ wyjœciowy uk³adu driveraStopieñ wyjœciowy przeznaczony jest do bezpoœredniegosterowania bramk¹ polowego tranzystora mocy z izolowan¹bramk¹. Jest to przeciwsobny stopieñ totem pole, wykonanyna komplementarnych tranzystorach CMOS. Szybkoœæ prze-³¹czania tranzystora-klucza jest bardzo istotna ze wzglêdu nawydzielan¹ w nim moc. Tranzystory MOSFET maj¹ wprawdziepraktycznie zerowy pr¹d bramki, wykazuj¹ jednak znaczn¹pojemnoœæ bramka-Ÿród³o, rzêdu jednego nanofarada (aczasem i powy¿ej).W zwi¹zku z tym stopieñ wyjœciowy uk³adu sterownikaMC33368 jest zaprojektowany tak, aby by³ w stanie dostarczaæ(i pobieraæ) pr¹d o wartoœci 1.5A. Pozwala on na uzyska-6 SERWIS ELEKTRONIKI 4/2002