基于UC3863控制的LLC諧振變換器的設計及仿真

摘要：設計了一種以UC3863芯片為核心控制芯片的開(kāi)關(guān)電源，其電路采用半橋結構的LLC諧振電路，帶有PFC電路，且整個(gè)電路設計有自限流功能。分析了LLC諧振變換器整個(gè)電路的工作原理及自限流功能的實(shí)現。結合交流220 V輸入1KW輸出電路，分別對PFC電路和主電路進(jìn)行仿真，仿真結果驗證了該設計的可行性。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；LLC諧振；PFC電路；自限流；UC3863

隨著(zhù)通信產(chǎn)品的小型化發(fā)展，對開(kāi)關(guān)電源的性能要求方面也越來(lái)越高，促使電源向高頻、高可靠、低耗和小型化的趨勢發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)開(kāi)關(guān)電源在高新技術(shù)領(lǐng)域更加廣泛的應用。在開(kāi)關(guān)電源向高頻化和小型化的發(fā)展過(guò)程中，其中開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題是制約其發(fā)展的一個(gè)重要因素，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)能夠較好的解決開(kāi)關(guān)損耗的問(wèn)題。
LLC諧振變換器以其拓撲結構簡(jiǎn)單，可以實(shí)現初級開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通和次級輸出整流管的零電流關(guān)斷，開(kāi)關(guān)損耗低、可高頻化，副邊整流二極管電壓應力低，在高輸出電壓應用情況下可以實(shí)現較高的效率等優(yōu)點(diǎn)成為近年來(lái)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但是LLC諧振變換器的拓撲在其實(shí)際的應用過(guò)程中還存在著(zhù)許多問(wèn)題，當出現電路啟動(dòng)、負載過(guò)流或短路情況時(shí)如何限制電路中的電流以防止電路損壞就是其中的一個(gè)主要問(wèn)題。在文獻中提出了一種具有自限流功能的新型拓撲結構以解決此問(wèn)題。本文對此拓撲進(jìn)行研究，并以此設計了一個(gè)具有自限流功能的LLC諧振電源，并用軟件對其電路進(jìn)行了仿真。

1 LLC諧振通信電源的電路組成
LLC諧振變換器的電路主要由整流橋、PFC電路、DC／DC變換、輸出整流濾波電路以及控制反饋保護回路等環(huán)節組成，是一個(gè)完整的閉合系統。LLC諧振電源的系統圖如圖1所示。

其中PFC電路是由UC3854芯片為核心控制芯片構成的經(jīng)典電路，在整流電路后加入LC諧振，輸出直流電壓穩定在400 V。DC／DC變換電路采用LLC諧振電路，利用電路發(fā)生諧振時(shí)，電流或電壓周期性過(guò)零點(diǎn)，使得開(kāi)關(guān)器件在零電壓或零電流條件下開(kāi)通或關(guān)斷，從而實(shí)現軟開(kāi)關(guān)，達到降低開(kāi)關(guān)損耗的目的。

2 控制電芯片內部結構
圖2所示為控制芯片UC3863的內部結構框圖。查其數據手冊可知，UC383是一款零電壓準諧振變換器變頻控制芯片，可以產(chǎn)生最小10 kHz到最大1 MHz之間的可變的頻率信號。

芯片UC3863內部結構如圖2所示。主要包括一個(gè)誤差放大器(E／A)，一個(gè)壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生最大、最小的可變頻率，一個(gè)過(guò)零檢測比較器的單穩定時(shí)發(fā)生器(OneShot)，兩個(gè)輸出驅動(dòng)器，一個(gè)5 V偏置電壓發(fā)生器，一個(gè)欠壓鎖定電路(UVLO)以及故障軟啟動(dòng)電路。欠壓鎖定(UVLO)的作用是Vcc電壓低于UVLO的上限值時(shí)芯片輸出為低電平。只有超過(guò)上限值時(shí)，5 V電源才會(huì )工作提供電源輸出。故障軟啟動(dòng)電路具有軟啟動(dòng)和重啟延時(shí)的功能，以及提供了一個(gè)精密參考，可設定VCO的最大、最小頻率分別為

兩路推拉驅動(dòng)電流的峰值為1 A，具有過(guò)零檢測、死區設置、欠壓封鎖等功能。UC3863兩路輸出的差值經(jīng)變壓器驅動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管。