Каскодная конфигурация устраняет эффект Миллера в корректоре коэффициента мощности

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.

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 256
сейчас смотрят 11
представлено поставщиков 577
загружено
позиций
25 067 862