РадиоЛоцман - Все об электронике

Каскодная конфигурация устраняет эффект Миллера в корректоре коэффициента мощности

Texas Instruments LM78L15 UC3854AN

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2019

Gregory Mirsky

Electronic Design

Рабочая частота входной цепи корректора коэффициента мощности (ККМ) сетевого источника питания ограничена эффектом Миллера связанного с ней мощного транзистора. Этот эффект присущ любому транзистору, включенному в конфигурации с общим истоком (MOSFET) или общим эмиттером (биполярный транзистор).

В большинстве ККМ используется повышающий преобразователь, основанный на MOSFET с общим истоком или биполярном транзисторе с общим эмиттером. На Рисунке 1 показано типичное силовое ядро ККМ на базе мощного MOSFET (Q) с общим истоком. По сути, это усилитель с большим коэффициентом усиления, который управляет уровнем мощности, используя дроссель L для накопления и высвобождения энергии. При включении и выключении MOSFET напряжение на его стоке (VDS) изменяется от почти нуля до выходного напряжения ККМ, которое обычно составляет от 200 до 400 В. Это напряжение периодически перезаряжает емкости сток-исток (CDS) и сток-затвор (CDG) МОП-транзистора, и влияет на емкость затвор-исток (CGS) (Рисунок 2).

В этой упрощенной схеме ККМ используется микросхема UC3854A и один мощный MOSFET.
Рисунок 1. В этой упрощенной схеме ККМ используется
микросхема UC3854A и один мощный MOSFET.

Важно иметь в виду, что напряжения VDS и VDG (сток-затвор) находятся в противофазе с напряжением затвор-исток VGS и управляющим напряжением EIN. Это означает наличие отрицательной обратной связи от стока к затвору, которая и обусловливает эффект Миллера. Эффект Миллера увеличивает кажущуюся входную емкость MOSFET или биполярного транзистора.

Входные емкости, напряжения и токи входной цепи на мощном MOSFET.
Рисунок 2. Входные емкости, напряжения и токи входной цепи
на мощном MOSFET.

Способ решения проблемы эффекта Миллера показан на Рисунке 3. На нем изображен каскодный усилитель, в котором используется контроллер повышающего преобразователя U1 (хорошим вариантом может быть UC3854A от Texas Instruments), через резистор R управляющий МОП-транзистором Q1 с низким сопротивлением открытого канала. Конфигурация с общим истоком имеет очень низкий импеданс нагрузки стока, поскольку высоковольтный транзистор Q2 включен с общим затвором, а Q1 «видит» его исток. При работе напряжение стока транзистора Q1 изменяется всего лишь в пределах VCC, в то время как нагрузка имеет очень низкий импеданс.

В такой конфигурации с общим истоком схема ККМ представляет собой каскодное соединение MOSFET и использует контроллер повышающего преобразователя U1, который через резистор управляет низковольтным MOSFET.
Рисунок 3. В такой конфигурации с общим истоком схема ККМ представляет собой каскодное
соединение MOSFET и использует контроллер повышающего преобразователя U1,
который через резистор управляет низковольтным MOSFET.

Из-за очень низкого усиления напряжения транзистора Q1 это не приводит к возникновению эффекта Миллера. Верхний высоковольтный MOSFET Q2 включен по схеме с общим затвором, что исключает отрицательную обратную связь и, соответственно, эффект Миллера. Вот почему кажущаяся емкость Q2 – это просто емкость между затвором к истоком (и даже меньше из-за положительной обратной связи через емкость CDS).

Во время работы Q1 и Q2 либо включены, либо выключены. Напряжение стока Q2 при быстром изменении влияет на цепи затвора и истока через емкости CDG и CDS. Диод D служит ограничителем напряжения истока Q2, соединяя его с VCC, когда Q2 выключается, и его сток подтягивается к истоку через емкость CDS.

Стоит отметить, что сток Q2 серьезно влияет на цепь затвора Q2, что может изменять напряжение VCC. Чтобы не допустить этого, источник питания VCC должен быть в состоянии противостоять изменениям напряжения как в сторону увеличения, так и в сторону понижения, для чего он должен обеспечивать существенные втекающие и вытекающие токи. В источнике напряжения VCC можно использовать линейный регулятор LM78L15 и операционный усилитель, способный отдавать на выход ток около 1 А.

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments LM78L15
  2. Datasheet ON Semiconductor TCA0372
  3. Datasheet Texas Instruments UC3854AN

На английском языке: Cascode Configuration Removes Miller Effect, Boosts PFC Performance

LM78L15 Купить ЦенаКупить LM78L15 на РадиоЛоцман.Цены — от 3,31 до 47,42
28 предложений от 22 поставщиков
Исполнение: TO-92-3pins. Linear Voltage Regulator IC; Voltage Regulator Type:Fixed Positive Linear; Input Voltage Primary Max:30V; Output Voltage Max:15V; Output Current Max:140mA;...
Стандарт СИЗ
Россия
LM78L15ACZ (ST-L78L15ABZ-AP)
STMicroelectronics
3,31 ₽
Контест
Россия
LM78L15ACZ
STMicroelectronics
3,94 ₽
МосЧип
Россия
LM78L15ACLX
по запросу
ДКО Электронщик
Россия
LM78L15ACMX
Texas Instruments
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • 1. Почему такое схемное решение позиционируется только для ККМ? Я не особо опытен в разработке схем. Это связано с индуктивной нагрузкой силовых ключей? Но индуктивная нагрузка не только в ККМ применяется. 2. Если обнаруживается проявление эффекта Миллера в разрабатываемой схеме, зачем усложнять и удорожать схему применением этих дополнительных деталей, если можно применить другой силовой транзистор, в котором не станет эффект Миллера защёлкивать транзистор?
  • 3. Поначалу, посмотрев на подключение затвора Q2 кажется, что Q2 будет всегда открыт, ведь на него тупо подаётся постоянка 15V. В статье говорится: [B][FONT="Times New Roman"][COLOR="DarkRed"][I]"При работе напряжение стока транзистора Q1 изменяется всего лишь в пределах Vcc"[/I][/COLOR][/FONT][/B] Если бы Q2 был всегда открыт (как мне поначалу казалось), на Q1 поступило бы высокое напряжение V через дроссель L, а не Vcc, как говорится в статье. Значит, при закрытии Q1 закрывается и Q2? Сперва подумал, при закрытии Q1 исток Q2 оказывается "брошенным в воздухе", пропадает разница напряжений затвор-исток Q2, и тот закрывается. Но ведь Q2 должен закрыться быстро, а не медленно рассасывать накопленные заряды затвора. Думал даже макетку собрать для изучения схемы, но всё же решил спросить. [B]Не понимаю, объясните на пальцах, пожалуйста, как закрывается Q2?[/B]