《移相全桥为主电路的软开关电源设计详解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《移相全桥为主电路的软开关电源设计详解（6页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、移相全桥为主电路的软开关电源设计详解2014-09-11 11:10 来源：电源网 作者：铃铛移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降 低损耗，提高开关频率。如何以 UC3875 为核心，设计一款基于 PWM 软开关模式 的开关电源?请见下文详解。主电路分析这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET作为开关管来使用， 参数为1000V/24A。采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂 开关管实现ZCS。电路结构简图如图1, VT1VT4是全桥变换器的四只MOSFET开 关管， VD1、 VD2 分别是超前臂开关管 VT1、 VT2 的反
2、并超快恢复二极管， C1、 C2 分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二 极管，用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS，Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T 为主变压器，副边由VD5VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件 组成。图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图其基本工作原理如下：当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的 硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。通过移相控制，在关 断VT1时并不马上关断VT4，而是根据输出反馈信号决定移相角，经过一定时间 后再关断VT4,在关断V
3、T1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1 的导通压降，理想状况下其值为零，当关断 VT1 时刻， C1 开始充电，由于电容 电压不能突变，因此， VT1 即是零电压关断。由于变压器漏感Llk以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流 不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2 自然导通，这时开通VT2,则VT2即是零电压开通。当C1充满电、C2放电完毕后，由于VD2是导通的，此时加在变压器原边绕 组和漏感上的电压为阻断电容 Cb 两端电压，原边电流开始减小，但继续给 Cb 充电，直到原边电流为零，这时由于 VD4 的阻断作用，电容 Cb
4、 不能通过 VT2、VT4、VD4进行放电，Cb两端电压维持不变，这时流过VT4电流为零，关断VT4 即是零电流关断。关断VT4以后，经过预先设置的死区时间后开通VT3，由于电压器漏感的存 在，原边电流不能突变，因此VT3即是零电流开通。VT2、VT3同时导通后原边向负载提供能量，一定时间后关断VT2。由于C2 的存在， VT2 是零电压关断，如同前面分析，原边电流这时不能突变， C1 经过 VD3、VT3。Cb放电完毕后，VD1自然导通，此时开通VT1即是零电压开通，由于 VD3的阻断，原边电流降为零以后，关断VT3,则VT3即是零电流关断，经过预 选设置好的死区时间延迟后开通VT4，由于变
5、压器漏感及副边滤波电感的作用， 原边电流不能突变，VT4即是零电流开通。ZVZCS PWM全桥变换器拓扑的理想工作波形如图2所示，其中Uab表示主电 路图 3 中 a、 b 两点之间的电压， ip 为变压器 T 原边电流， Ucb 为阻断电容 Ub 上的电压， Urect 是副边整流后的电压。驱动图 2 理想工作波形UC3875 的主控制回路设计为了实现主回路开关管ZVZCS软开关，采用UC3875为其设计了 PWM移相控 制电路，如图3所示。考虑到所选MOSFET功率比较大，对芯片的四个输出驱动 信号进行了功率放大，再经高频脉冲变压器 T1、 T2 隔离，最后经过驱动电路驱 动 MOSFET
6、 开关管。CLOCKSYNCFREOSFDELAYSETSOFT5TARTA$Arf-GND图3 PWM移相控制电路整个控制系统所有供电均用同一个 15V 直流电源，实验中设置开关频率为 70kHz，死区时间设置为1.5 “s,采用简单的电压控制模式，电源输出直流电压 通过采样电路、光电隔离电路后形成控制信号,输入到UC3875误差放大器的EA， 控制 UC3875 误差放大器的输出，从而控制芯片四个输出之间的移相角大小，使 电源能够稳定工作，图中R6、C5接在EA和E/A0UT之间构成PI控制。在本设计 中把CS+端用作故障保护电路，当发生输出过压、输出过流、高频变原边过流、 开关管过热等故
7、障时，通过一定的转换电路，把故障信号转换为高于2.5V的电 压接到CS+端，使UC3875四个输出驱动信号全为低电平，对电路实现保护。图 4是开关管的驱动电路。隔离变压器的设计采用 AP 法，变比为 1:1.3 的 三绕组变压器。 UC3875 输出的单极性脉冲经过放大电路、隔离电路和驱动电路 后形成+12V/ 5V的双极性驱动脉冲，保证开关管的稳定开通和关断。THVIV。2S VD乙5图 4 开关管的驱动电路仿真与实验结果分析PSpice 是一款功能强大的电路分析软件，对开关频率 70kHz 的 ZVZCS 软开 关电源的仿真是在 PSpice9.1 平台上进行的。实验样机的主回路结构采用图
8、 1 所示的电路拓扑，阻断二极管采用超快恢复 大功率二极管RHRG30120,其反向恢复时间在100ns以内，满足70kHz开关频率 的要求。开关管 MOSFET 采用 IXYS 公司的 IXFK24N100 开关管，这种型号 MOS 管 自身反并有超快恢复二极管，其反向恢复时间约 250ns。图5是超前桥臂开关管驱动电压与管压降波形图，（a）为仿真波形、（b）为实 验波形，可见超前臂开关管完全实现了 ZVS 开通， VT1、 VT2 关断时是依赖其自 身很小的结电容来实现的，从图中可以看出，关断时也基本实现了 ZVS 关断。图 5 超前桥臂开关管驱动电压与管压降波形图CHt 2 0(N CH
9、2 1DW 2000悶隔0购g图 6 滞后桥臂开关管驱动电压与电流波形图图6是滞后桥臂开关管驱动电压与电流波形图，（a）为仿真波形、（b）为实验 波形;图7是滞后桥臂开关管管压降与电流波形图，（a）为仿真波形、（b）为实验波 形。RISOLt TiBrCM1 2.W CM2 W 2 蹲购咖窗(b)图 7 滞后桥臂开关管 VT3 和 VT4 实现 ZCS 关断从图6、图7可以看出滞后臂开关管VT3、VT4很好地实现了 ZCS关断，关 断时开关管电流已经为零。滞后臂开关管完全开通之前，开关管电流也几乎为零， 基本实现了 ZCS 开通。而且滞后桥臂开关管 VT3、 VT4 可以在很大负载范围内实 现
10、 ZCS 开关。图8是两桥臂中点之间的电压Uab的波形图，（a）为仿真波形、（b）为实验波 形。51 ! 4 r K a- -Ii- d a !-r b a l? dooms40關Ii ：10 C-v tO.OOhiIQ.OIUI ：D.图 8 Uab 的波形图9是阻断电容Cb上的电压U曲波形，（a）为仿真波形、（b）为实验波形。FFI；flflops(b)HL4炉10.14.00Sm10.ilfit10q| 関呼八(6九饷卄(j)图9 Ucb的波形从上图可以看出，由于有Ucb的存在，Uab不是一个方波。当Uab=0时，阻 断电容Cb上的电压Ucb使原边电流ip逐渐减小到零，由于阻断二极管的阻断作 用，ip不能反向流动，从而实现了滞后桥臂的ZCS开关。综上所述，我们能够发现，采用 UC3875 作为核心控制器件的好处是结构简 单、性能可靠。并且主电路的开关管全部实现了软开关，同时还避免了 ZVS以及 ZCS 模式当中常见的一些错误。能够显著的减少在开关过程当中开关管发生的损 耗，进而提高开关频率，减少电源的体积并减轻重量。
移相全桥为主电路的软开关电源设计详解
