• Admin
0934910789
Thiết kế mạch PFC điện vào 120-450vdc ra 450vdc

Thiết kế mạch PFC điện vào 120-450vdc ra 450vdc

Menu

Alo ngay
WhatsApp

Chào bạn, đây là một yêu cầu kỹ thuật rất cụ thể và thú vị. Việc sử dụng UC3845 cho mạch PFC (Power Factor Correction) nâng áp (Boost Converter) là một giải pháp kinh điển và tin cậy.

Với dải điện áp đầu vào rộng từ 120V – 450VDC và đầu ra ổn định tại 450VDC, chúng ta sẽ thiết kế theo cấu hình Boost Converter.

Dưới đây là các bước và lưu ý quan trọng để bạn thiết kế lại mạch điều khiển:

1. Sơ đồ khối và Nguyên lý hoạt động

Để duy trì điện áp ra 450V khi đầu vào có thể lên tới 450V, mạch sẽ hoạt động ở chế độ Boost khi Vin < 450V. Khi Vin xấp xỉ 450V, tỷ lệ chu kỳ nhiệm vụ (Duty Cycle) sẽ tiến về 0.

2. Cấu hình chân IC UC3845 cho mạch PFC

UC3845 là dòng IC điều khiển PWM chế độ dòng điện (Current Mode). Để mạch chạy ổn định, bạn cần chú ý các chân sau:

  • Chân 4 (RT/CT): Thiết lập tần số đóng cắt. Nên chọn khoảng 50kHz – 100kHz để cân bằng giữa kích thước cuộn cảm và tổn hao chuyển mạch.

  • Chân 3 (Current Sense): Đây là chân cực kỳ quan trọng. Bạn cần một điện trở shunt ở chân S của Mosfet để lấy tín hiệu dòng điện, giúp bảo vệ quá dòng và điều khiển vòng lặp dòng điện.

  • Chân 2 (Feedback) & Chân 1 (Comp): Dùng để ổn định điện áp ra.

  • Chân 7 (Vcc): UC3845 cần nguồn nuôi từ 12V – 15V. Bạn cần một mạch nguồn phụ (Auxiliary power) vì điện áp vào chính quá cao.

3. Thiết kế để “Điều chỉnh được” điện áp ra

Để điều chỉnh điện áp ra quanh mức 450V, bạn can thiệp vào mạng phân áp hồi tiếp (Feedback Network) tại Chân 2:

  1. Cầu phân áp: Kết nối đầu ra 450V qua một cầu điện trở về chân 2.

  2. Biến trở điều chỉnh: Thay vì dùng điện trở cố định ở nhánh dưới của cầu phân áp, hãy sử dụng một biến trở (Potentiometer) kết hợp với điện trở hạn chế.

  3. Công thức tính: UC3845 duy trì chân 2 ở mức Vref = 2.5V.
    Vout = 2.5 x(1 + Rupper / Rlower)

    Thay đổi Rlower sẽ thay đổi được Vout.

4. Lựa chọn linh kiện công suất

Với điện áp ra 450V, các linh kiện phải có sức chịu đựng cao:

  • Mosfet: Nên chọn loại có điện áp chịu đựng ít nhất 600V – 650V (ví dụ: dòng CoolMOS hoặc IGBT tốc độ cao).

  • Diode Boost: Bắt buộc dùng Diode xung (Fast Recovery) hoặc SiC Diode để tránh tổn hao nhiệt lớn, chịu áp trên 600V.

  • Cuộn cảm (L): Cần tính toán độ tự cảm để dòng điện không bị bão hòa ở mức điện áp vào thấp nhất (120V).

5. Những lưu ý an toàn và ổn định

  • Cách ly: Vì điện áp lên tới 450V, hãy đảm bảo khoảng cách an toàn trên PCB (Creepage distance).

  • Chống nhiễu (Compensation): Cần lắp mạng RC tại chân 1 và chân 2 để bù trừ sai số, tránh hiện tượng mạch bị dao động (hú cuộn cảm hoặc điện áp ra không ổn định).

  • Khởi động mềm (Soft Start): UC3845 không có soft-start tích hợp mạnh mẽ như các dòng chuyên dụng, bạn có thể thêm mạch ngoài bằng tụ điện ở chân 1.

Cảnh báo: Mạch 450DC cực kỳ nguy hiểm. Hãy luôn xả tụ đầu ra trước khi chạm vào mạch và sử dụng biến áp cách ly khi đo đạc bằng O-scope.

Để thiết kế mạch điều khiển sử dụng UC3845 với điện áp ra 450V ổn định và có thể điều chỉnh, chúng ta sẽ tập trung vào việc tính toán cầu phân áp hồi tiếp (Feedback Divider) và sơ đồ nguyên lý kết nối linh kiện công suất.

1. Tính toán cầu phân áp (Feedback Network)

IC UC3845 duy trì điện áp tại Chân 2 VFB ổn định ở mức Vref = 2.5V.

Cấu trúc mạch:

  • Rupper R1: Kết nối từ đầu ra +450V xuống Chân 2. Để chịu áp cao và giảm nhiệt, nên dùng 2-3 điện trở nối tiếp.

  • Rlower R2 + VR: Kết nối từ Chân 2 xuống GND. Bao gồm một điện trở cố định và một biến trở VR để điều chỉnh.

Giả thiết: Chúng ta muốn điều chỉnh điện áp ra trong khoảng 400V – 500V (trọng tâm là 450V).

  • Bước 1: Chọn dòng qua cầu phân áp (Idivider)

    Chọn Idivider = 0.5mA để đảm bảo độ chính xác và tránh nhiễu.

  • Bước 2: Tính tổng trở R1

    Với Vout = 450V, tổng trở cầu phân áp là Rtotal = 450V / 0.5mA = 900k.

    Chọn R1 = 820k (Có thể dùng 2 điện trở 390k + 33k nối tiếp để chịu áp).

  • Bước 3: Tính Rlower để có 450V
    Rlower = Vref x R1 / Vout – Vref = 2.5 x 820k / 450 – 2.5 = 4.58k
  • Bước 4: Chọn biến trở VR để điều chỉnh

    Để điều chỉnh quanh mức 450V, bạn sử dụng một điện trở cố định 3.9knối tiếp với một biến trở tinh chỉnh 2k.

Thông số đề xuất:

  • Rupper: 820k (loại chịu áp cao hoặc ghép nối tiếp).

  • Rlower: 3.9k (cố định) + VR 2k (biến trở).

2. Sơ đồ mạch điện nguyên lý

Dưới đây là sơ đồ kết nối cơ bản cho khối điều khiển và công suất:

Các khối chức năng chính:

  1. Chân 7 (VCC): Cấp nguồn 12VDC riêng (không lấy trực tiếp từ 450V để tránh tổn hao cực lớn trên điện trở hạ áp).

  2. Chân 4 (RT/CT): Chọn R_T = 10k, C_T = 2.2nF cho tần số khoảng 50kHz – 60kHz.

  3. Chân 6 (Output): Qua điện trở 10 Omega kích cực G của Mosfet (ví dụ: 60N60 hoặc STW20NM60).

  4. Chân 3 (Current Sense): Kết nối với điện trở Shunt (0.1 Omega – 0.22 Omega) tại chân S của Mosfet để bảo vệ quá dòng.

  5. Cuộn cảm Boost: Lõi Ferrite, độ tự cảm khoảng 470µH – 1mH tùy dòng tải, dây quấn phải chịu được dòng đỉnh cao.

3. Lưu ý khi lắp ráp thực tế

  • Tụ lọc đầu ra: Phải dùng tụ có điện áp chịu đựng ít nhất 500V – 630V.

  • Chống nhiễu chân FB: Nên nối một tụ gốm nhỏ (100pF – 1nF) song song với Rlower để lọc nhiễu cao tần, giúp áp ra phẳng hơn.

  • Diode xung: Sử dụng các loại siêu nhanh (Ultra-fast) như MUR860 hoặc diode Silicon Carbide (SiC) để tản nhiệt tốt.

CÁC BÀI VIẾT CÙNG CHỦ ĐỀ