Warunki i sposób stosowania korekcji współczynnika mocy w bezmostkowej topologii totem pole
Zastąpienie mostka diodowego korekcją współczynnika mocy w bezmostkowej topologii totem pole zapewnia zarówno wysoki współczynnik mocy (PF), jak i wysoką sprawność.
Ilustracja 4: Kontrolery NCP1680 (po lewej) mogą współpracować z szybkimi sterownikami bramek NCP51820 (po prawej) w celu sterowania urządzeniami mocy GaN w korekcji współczynnika mocy (PFC) typu totem pole. (Źródło ilustracji: onsemi)
Ilustracja 5: Płytka ewaluacyjna NCP51820GAN1GEVB zawiera sterownik NCP51820 i dwa przełączniki mocy GaN ze wzbogacaniem (e-mode) w konfiguracji półmostkowej. (Źródło ilustracji: onsemi)
Szybki sterownik bramek
Kontroler NCP1680 może współpracować z szybkim sterownikiem bramek NCP51820 firmy onsemi, zamkniętym w 15-wtykowej obudowie QFN o wymiarach 4 x 4mm. Został on zaprojektowany do użycia z tranzystorami GIT (Gate Injection Transistor), tranzystorami GaN o wysokiej ruchliwości elektronów (HEMT) oraz przełącznikami mocy GaN ze wzbogaceniem (e-mode) w topologiach półmostkowych (ilustracja 4).
Przykład: urządzenie NCP51820AMNTWG charakteryzuje się niskimi, dopasowanymi opóźnieniami propagacji, a także zakresem napięć sygnału wspólnego dla sterowania strony wysokiej od -3,5V co +650V (typ.). Stopnie sterownika posiadają oddzielne regulatory napięcia, które zabezpieczają bramki urządzeń GaN przed nadmiernymi napięciami. Sterowniki bramek NCP51820 zawierają niezależną blokadę pracy przy zbyt niskim napięciu (UVLO) oraz zabezpieczenie nadprądowe (OCP) wyjścia i wyłączanie termiczne.
Aby skrócić czas wprowadzania produktu na rynek, projektanci mogą wykorzystać płytkę ewaluacyjną (EVB) NCP51820GAN1GEVB. Wspomniana płytka ewaluacyjna pomaga projektantom zapoznać się z działaniem sterowników NCP51820 do skutecznego sterowania dwoma przełącznikami mocy GaN w konfiguracji totem pole. Urządzenie NCP51820GAN1GEVB zostało zaprojektowane z użyciem czterowarstwowej płytki drukowanej 1310mil x 1180mil. Zawiera sterownik GaN NCP51820 i dwa przełączniki mocy GaN ze wzbogacaniem (e-mode) w konfiguracji półmostkowej (ilustracja 5).
Zalecenia projektowe
Istnieją pewne proste zalecenia projektowe, których przestrzeganie pozwoli projektantom uzyskać najlepsze działanie omawianych układów scalonych. Na przykład: aby zapobiec sprzęganiu zakłóceń ze ścieżką sygnałową i przypadkowemu wyzwalaniu sterownika bramek NCP51820, firma onsemi zaleca filtrowanie sygnałów sterujących (PWMH i PWML) pochodzących z urządzenia NCP1680 bezpośrednio na wejściu układu scalonego sterownika bramek. Umieszczenie rezystora 1kΩ i kondensatora 47 lub 100pF bezpośrednio na wtyku sterownika pozwala uzyskać wystarczające filtrowanie (ilustracja 6).
Ilustracja 6: Filtrowanie sygnałów sterujących PWMH i PWML pochodzących z urządzenia NCP1680 bezpośrednio na wejściu układu scalonego sterownika bramek NCP51820 pozwala wyeliminować skutki zakłóceń, takie jak przypadkowe wyzwalanie urządzenia NCP51820. Filtrowanie uzyskuje się tutaj dzięki użyciu rezystorów 1kΩ (na środku po lewej) i kondensatorów 47pF (na środku po prawej). (Źródło ilustracji: onsemi)
Tryb pomijania/pogotowia urządzenia NCP1680 pozwala uzyskać bardzo dobre parametry działania bez obciążenia i przy niskim obciążeniu, jednak wymaga zewnętrznego wyzwalania poprzez podanie impulsów na wtyk PFCOK lub uziemienie wtyku SKIP i sprzęgnięcie z kontrolerem trybu rezonansowego NCP13992 (ilustracja 7). Wartości komponentów dla obwodu sprzęgającego powinny być zbliżone do umieszczonych na płytce ewaluacyjnej (EVB) NCP1680. Podczas normalnej pracy, stan wtyku PFCMODE kontrolera trybu rezonansowego NCP13992 jest taki sam, jak napięcie polaryzacji VCC kontrolera. Gdy przetwornica przechodzi do trybu pomijania, pojawiają się impulsy do masy. Aby wejść w tryb pomijania, napięcie na wtyku PFCOK musi być niższe od 400mV przez czas dłuższy od 50μs.
Ilustracja 7: Przykładowy obwód wyzwalania zewnętrznego wymaganego do uaktywnienia trybu pomijania/pogotowia w urządzeniu NCP1680. (Źródło ilustracji: onsemi)
Podsumowanie
Jednoczesne spełnienie wymogów najnowszych norm EnergyStar (na przykład 80 PLUS Titanium) dotyczących sprawności, kompatybilności elektromagnetycznej (EMC) i współczynnika mocy z użyciem typowej topologii korekcji współczynnika mocy (PFC) z przetwornicą podwyższającą może być trudne. Zamiast tego projektanci mogą zastosować korekcję współczynnika mocy (PFC) w topologii totem pole. Wykorzystanie kontrolera sygnałów mieszanych NCP1680 wraz z pomocniczymi komponentami firmy onsemi - takimi jak sterownik bramek NCP51820, płytka ewaluacyjna oraz najlepsze praktyki projektowe - pozwala projektantom na szybkie wdrożenie rozwiązania korekcji współczynnika mocy (PFC) typu totem pole działającego w trybie przewodzenia krytycznego (CrM), jednocześnie spełniając wymogi odpowiednich norm.
Rekomendowane artykuły
- Jak zwiększyć sprawność i niezawodność infrastruktury energetycznej przy jednoczesnym obniżeniu kosztów
- Użycie tranzystorów MOSFET na podłożu SiC do poprawy sprawności konwersji mocy
Autor: Jeff Shepard
Źródło: Warunki i sposób stosowania korekcji współczynnika mocy w bezmostkowej topologii totem pole
Kontakt w Polsce: Arkadiusz Rataj
Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey
Digi-Key Electronics Germany
0048 696 307 330
arkadiusz.rataj@digikey.com
poland.support@digikey.pl