Использование оптронов в PFC корректора мощности
Этап коррекции коэффициента мощности (PFC ) преобразует входной ток, близкий к синусоидальной форме волны, которая находится в фазе с напряжением сети.
Это преобразование снижает количество гармоник, вводимых в энергосистему, и улучшает коэффициент мощности в соответствии с различными стандартами.
Корректор PFC также генерирует стабилизированное выходное напряжение постоянного тока для питания расположенного ниже преобразователя постоянного тока в постоянный.
На рисунке 1 показан пример корректора с чередованием коррекции коэффициента мощности.
На этом этапе MCU (блок микроконтроллера) изменяет сигналы ШИМ (широтно-импульсной модуляции) для включения и выключения силовых транзисторов MOSFET или IGBT и изменяет продолжительность каждого состояния в соответствии с алгоритмом управления. Драйверы затвора усиливают ШИМ-сигналы с более высокими значениями напряжения и тока, чтобы управлять устройствами переключения мощности на желаемой частоте.
На рисунке 2 показан пример схемы управления затвором. В этой схеме ACPL-W 349 отличается выходным током 2,5 А, диапазоном выходного напряжения Rail -to -Rail и очень коротким (55 нс) временем задержки распространения.
Этот компонент в корпусе SSO -6 имеет номинальное напряжение изоляции 5000 В среднеквадратического значения в течение 1 минуты по стандарту UL 1577 и 1140 В пиковое значение по стандарту IEC / EN / DIN EN 60747-5-5. Эти стандартные допуски обеспечивают безопасность контроллера и пользователя.
На этапе разработки PFC корректора для реализации алгоритма управления требуются различные сигналы напряжения и тока:
- выпрямленное входное напряжение
- ток каждой из чередующихся фаз
- общий ток и напряжение конденсатора шины постоянного тока
Стандартный метод измерения высокого напряжения заключается в использовании резистивного делителя потенциала для понижения напряжения до подходящего уровня, чтобы чип линейного считывания мог его измерить и отправить в MCU .
В цепи измерения тока часто используется прецизионный шунтирующий резистор для преобразования тока в небольшое напряжение, которое отправляется на MCU с помощью дополнительных устройств формирования сигнала.
Для точной передачи сигналов из областей высокого напряжения, таких как PFC корректор и преобразователя постоянного тока в низковольтную сторону MCU, доступны изолирующие усилители из серии ACPL-C 87X и ACPL-C 79X , для выполнения функции измерения напряжения и тока.
Применить изолированный датчик напряжения ACPL -C 87X довольно просто, используя схему на рисунке 3.
- Учитывая, что номинальное входное напряжение ACPL -C 87X для VIN составляет 2 В, выбираем резистор R 1 в соответствии с формулой R 1 = (VL 1 - VIN ) / VIN × R 2.
- Уменьшенное входное напряжение фильтруется R -C цепочкой, образованным R 2 и C 1, а затем подается на ACPL -C 87X . Изолированное дифференциальное выходное напряжение (VOUT + - VOUT –) преобразуется в несимметричный сигнал VOUT с помощью последующего усилителя U 2.
- VOUT линейно пропорционален линейному напряжению на стороне высокого напряжения и может быть безопасно подключен к системному MCU .
- При стандартном коэффициенте усиления ACPL -C 87X , равном 1, общая передаточная функция равна VOUT = VL 1 / (R 1 / R 2 + 1) [4].
Использование развязывающего усилителя для измерения тока может быть таким же простым, как подключение шунтирующего резистора ко входу и получение дифференциального выхода через изолирующий барьер, как показано на рисунке 4.
Выбрав подходящий шунтирующий резистор, можно получить широкий диапазон тока от меньшего, от 1А до номиналов более 100А, который также можно измерить. Во время работы токи протекают через шунтирующий резистор, и результирующее падение аналогового напряжения регистрируется микросхемой ACPL -C 79X.
Дифференциальное же выходное напряжение создается с другой стороны оптического изоляционного барьера. Это дифференциальное выходное напряжение пропорционально амплитуде тока и может быть преобразовано в несимметричный сигнал с помощью операционного усилителя, такого как пост-усилитель, показанного на рисунке 3, или напрямую отправленного на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) MCU.
Спроектировать эффективное быстрое зарядное устройство постоянного тока с соблюдением требований безопасности по изоляции может быть очень сложно. Оптроны, использующие в качестве драйвера затвора, датчиков напряжения, датчиков тока и цифровых оптронов, обеспечивают как безопасную изоляцию, так и соответствующие электрические функции в одном корпусе, помогая создавать высокоэффективные системы.
Дополнительные материалы:
1. Broadcom, “ACPL-C87B/C87A/C870 Precision Optically Isolated Voltage Sensor Data Sheet,” AV02-3563EN, 2013
2. Broadcom, “ACPL-C79B/C79A/C790 Precision Miniature Isolation Amplifiers Data Sheet,” AV02-2460EN, 2014
Вопросы по выбору компонентов, вы можете задать, отправив запрос в форме ниже:
По этой теме:
Как устроена зарядная станция электромобилей и какие виды зарядок существуют
