基于UC3875的全橋軟開(kāi)關(guān)直流電源設計

PWM是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來(lái)對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。UCC3895是美國德州儀器公司生產(chǎn)的移相諧振全橋軟開(kāi)關(guān)控制器，該系列控制器采用了先進(jìn)的BCDMOS技術(shù)。 UCC3895在基本功能上與UC3875系列和UC3879系列控制器完全相同，同時(shí)增加了一些新的功能。

本文介紹了一臺采用移相諧振控制芯片UC3875作為控制核心設計的開(kāi)關(guān)頻率為70kHz、輸出功率1.2kW、主電路為移相全橋ZVZCS PWM軟開(kāi)關(guān)模式的直流開(kāi)關(guān)電源。

l 移相式ZVZCSPWM軟開(kāi)關(guān)電源主電路分析

　　在設計制作的1.2kW（480V／2.5A）的軟開(kāi)關(guān)電源中，其主電路為全橋變換器結構，四只開(kāi)關(guān)管均為MOSFET（1000V／24A），采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂開(kāi)關(guān)管實(shí)現ZVS、滯后臂開(kāi)關(guān)管實(shí)現ZCS，電路結構簡(jiǎn)圖如圖l，VT1～VT4是全橋變換器的四只MOSFET開(kāi)關(guān)管，VD1、VD2分別是超前臂開(kāi)關(guān)管VT1、VT2的反并超快恢復二極管，C1、C2分別是為了實(shí)現VTl、VT2的ZVS設置的高頻電容，VD3、VD4是反向電流阻斷二極管，以實(shí)現滯后臂VT3、VT4的ZCS，Llk為變壓器漏感，Cb為阻斷電容，T為主變壓器，副邊由VD5～VD8構成的高頻整流電路以及Lf、C3、C4等濾波器件組成。

　　其基本工作原理如下：

　　當開(kāi)關(guān)管VT1、VT4或VT2、VT3同時(shí)導通時(shí)，電路工作情況與全橋變換器的硬開(kāi)關(guān)工作模式情況一樣，主變壓器原邊向負載提供能量。通過(guò)移相控制，在關(guān)斷VT1時(shí)并不馬上關(guān)斷VT4，而是根據輸出反饋信號決定的移相角，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后再關(guān)斷VT4，在關(guān)斷VT1之前，由于VT1導通，其并聯(lián)電容C1上電壓等于VT1的導通壓降，理想狀況下其值為零，當關(guān)斷VT1時(shí)刻，C1開(kāi)始充電，由于電容電壓不能突變，因此，VT1即是零電壓關(guān)斷。

　　由于變壓器漏感L1k以及副邊整流濾波電感的作用，VT1關(guān)斷后，原邊電流不能突變，繼續給Cb充電，同時(shí)C2也通過(guò)原邊放電，當C2電壓降到零后，VD2自然導通，這時(shí)開(kāi)通VT2，則VT2即是零電壓開(kāi)通。

　　當C1充滿(mǎn)電、C2放電完畢后，由于VD2是導通的，此時(shí)加在變壓器原邊繞組和漏感上的電壓為阻斷電容Cb兩端電壓，原邊電流開(kāi)始減小，但繼續給Cb充電，直到原邊電流為零，這時(shí)由于VD4的阻斷作用，電容Cb不能通過(guò)VT2、VT4、VD4進(jìn)行放電，Cb兩端電壓維持不變，這時(shí)流過(guò)VT4電流為零，關(guān)斷VT4即是零電流關(guān)斷。

　　關(guān)斷VT4以后，經(jīng)過(guò)預先設置的死區時(shí)間后開(kāi)通VT3，由于電壓器漏感的存在，原邊電流不能突變，因此VT3即是零電流開(kāi)通。

　　VT2、VT3同時(shí)導通后原邊向負載提供能量，一定時(shí)間后關(guān)斷VT2，由于C2的存在，VT2是零電壓關(guān)斷，如同前面分析，原邊電流這時(shí)不能突變，C1經(jīng)過(guò)VD3、VT3、Cb放電完畢后，VD1自然導通，此時(shí)開(kāi)通VT1即是零電壓開(kāi)通，由于VD3的阻斷，原邊電流降為零以后，關(guān)斷VT3，則VT3即是零電流關(guān)斷，經(jīng)過(guò)預選設置好的死區時(shí)間延遲后開(kāi)通VT4，由于變壓器漏感及副邊濾波電感的作用，原邊電流不能突變，VT4即是零電流開(kāi)通。

　　這種采用超快恢復二極管阻斷原邊反向電流方式的移相式ZVZCS PWM全橋變換器拓撲的理想工作波形如圖2所示，其中Uab表示主電路圖3中a、b兩點(diǎn)之間的電壓，ip為變壓器T原邊電流，Ucb為阻斷電容Ub上的電壓，Urect是副邊整流后的電壓。