基于UCC3895 的移相全桥软开关升压变换器设计.pdf

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基于UCC3895 的移相全桥软开关升压变换器设计pdf,
与原边漏感大小成正比,而与变压器变比成反比的。随着变比的降低,对原边漏感的 要求就越来越芑刻,现在的变比低到1颐22,所以变压器原边的涓感就相应地要求非 常小,才能保证功率的正常输出。右实际的设计中,变压器原边采用铜皮绕制,并将 其绕在两个副边绕组之问以尽量减小其漏感,实际结果良好,漏感控制在02H左右, 副边占空比丢失则在0.05以下,符合该计要求。 1.3.2滤波电感的设计 由于输出电感的电流是单方向流动的,且基本上是一个直流量,并迭加一个很小的 2倍于开关频卒的交流分量,所以其工作时的通密度可以接近饱和礅通密度。铁粉 磁芯因为允许的工作磁通密度大,比较适合用作滤波电感的铁心。工程设计中一般的 经验算法是,在临界连续状态下滤波电感旦流的均值为满载时输出平均电流的10%, 电感量的估算公式如式(2)所列。 (2) 式中:omin为输出直流电压的最小值 fs为开关频率; lomax为满载输出电流 n为变压器变比: Vin为变压器原边输入电压; VD为整流二极管导通压降。 1.4控伟环参数设计 14.1UCC3895控制器 UC℃C3895是一种移相式PwM脉宽调制控制器。它实觐全桥功率级的变换,是通 过开关一个半桥电路相对于另一亼半桥电路作移相来控制的。它采用怛频脉宽调制, 结合谐振式零电压开关,提供高频率的高效率工作。UCC3895作为長新型相移控制器 的代表,相对于早期的控制器,比如UC3875/6/7/8系列和UC3879,UCC3895既保持 了原有的功能,又做了一些值得称道的改进,包括其恰当的延时设置,关闭能力的提 高,需的驱动电流大大减少,控制逻痄也大大增强等。 14.2电压反馈坏补偿网络设计 由于全桥变挨器本质上属于Buck变换尜,司时,滤波电慼与滤波电容的存在可以 看出其为一个具有两个极点的二阶系统,幅频特性曲线在点频率之前是一条直线, 而在其后是一条以每十倍频程-40B下降的斜线。为了保证整个系统的稳定,一般需 要闭环幅频特性曲线通过0dB线时其斜率为每十倍频程-20dB。显然必须在电压调节 环中加入适当的补偿网络,才能使系统满足这个要求。 控制环系统框囹如图2所示 -Gan(s) Game G() 图2控制环系统框图 Guo V11+joCR.)/n (3) CLrjo R L-+RC+l 式中:Rc为滤波电容Cf的等效串联电狙: Vsaw为UCC3895三角波峰值。 对于一般的开关调压系统而言,补偿网络的两个梫点配置一般在15倍穿越频率处, 而两个零点则配置在系统的转折频率两端。再结合以上关系式就可以找到合适的补偿 网络的传输函数使 系统稳定。 14.3死区时间设置 UCC3895允许用户选择死区时间,并可以对两个半桥电路提供各自不同死区时 间,以适应不同的谐振电容允电电流。但是,本电路在实际设计过程中为了简单起见, 将两个死区时间设置为相同的750ns。死区时间的选择主要考虑两个因素。首先最 基本的,死区时间应该人于功率开关管的开通与关断时间之和,否则就不能避免单边 桥臂的通问题。其次对于滞后桥臂来说,如果死区时间过长,山于谐振电感较小, 原边电流过零后死区时间仍未结束,则滞后桥臂并联电容又发生充放电过程,不仅不 能实现zⅤS,系统还会丌始振荡。所以滞后桥臂死区吋间长短旳选择,是件涉及众 多因素的难题,是全桥软开关移相控制的重要设计环节。 144软启动电路设计 UICC3895的SS/ISB脚组合了两个独立的功能,一个是失效模式,另一个是软启 动模式。芯片的快速关闭是由如下的任意一种烏法米实现的:在外部迫使 SS/DISB低 丁0.5V;在外部迫使Ve低丁4V;VDD降到低丁UNO欠压锁定门限电平;或 者过流故障信号被传感(CS=25)。对于以上几种情况芯片都有不同的处理方式,这 是UCC3895一个很有特色也很实用的设计,合理地利用这一设计可以大大增加电路 的灵活性。软启动的时间由该脚外加的电容器大小决定。另外,在电容器上可以并联 个电阻,以限制该脚的最大电压 2实睑结果 滞后硚臂比超前桥臂谷易实现ZS,而实际测试屮滞后桥管在空载的时傧就已经实 现了ZVS,具仁波形如图3所示。 RIGU 1 CHI 1OOV CH2 200V 2. 000LS Dely610000 图3滞后桥臂的丌关过程 其中CHⅠ为滞后桥臂上管驱动波形,CH2为该管ⅴDS波形。由图3可以清楚地 看出在关断的时候当下面的驱动波形电压下降到零以后,上面的管电压才开始上升; 开通的过程中,管电压下降到零后,驱动电压才开始上升,管子在管电压为零的情况 下导通。 在满载的情况下,变压器原边电压与电流的波形如图4所示。 RIGOL TH5D0vcH口 5000DeLx6100001 图4变压器原边电压与电流波形 图4中CH1为原边电流波形,它是通过一个1:400的电流互感器输出端接42 电阻测试而得到的。CH2为原边电压波形 3结语 在升压比很髙的情况下使用移相全桥软丌关变换器架构,存在着许多要注意的问 题。本文结合控制芯片UCC3895对存在的闩题与解决方案进行了分析,并在具体实 验屮验证了其可行性。从实验波形来看,变换器的超前与滞后桥臂开关器件均能很好 地实现零电压软开关,系统也可以很好地稳定运行。

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