移相全桥为主电路的软开关电源设计详解

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1、 移相全桥为主电路的软开关电源设计详解-9-11:1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,减少损耗,提高开关频率。如何以UC35为核心,设计一款基于PW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构造,使用MOSE作为开关管来使用,参数为00V24A。采用移相ZVCSPWM控制,即超前臂开关管实现ZS、滞后臂开关管实现ZCS。电路构造简图如图1，V1VT是全桥变换器的四只MOSF开关管，VD、D2分别是超前臂开关管T1、VT的反并超快恢复二极管，C1、2分别是为了实现Vl、T的VS设立的高频电容,VD3、V

2、4是反向电流阻断二极管，用来实现滞后臂VT、VT4的Z,Lk为变压器漏感，C为阻断电容，T为主变压器，副边由VD5D构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件构成。 图1 1.w软开关直流电源电路构造简图其基本工作原理如下:当开关管VT1、VT4或T2、VT3同步导通时，电路工作状况与全桥变换器的硬开关工作模式状况同样，主变压器原边向负载提供能量。通过移相控制，在关断VT1时并不立即关断VT4，而是根据输出反馈信号决定移相角，通过一定期间后再关断T，在关断V1之前,由于VT1导通,其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，抱负状况下其值为零,当关断T时刻,1开始充电,由于电容电压不能突变

3、，因此，VT1即是零电压关断。 由于变压器漏感1k以及副边整流滤波电感的作用,T关断后，原边电流不能突变,继续给b充电，同步C2也通过原边放电,当2电压降到零后，D2自然导通,这时开通VT，则V2即是零电压开通。 当C1布满电、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VD的阻断作用,电容C不能通过VT、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T4即是零电流关断。 关断VT4后来,通过预先设立的死区时间后开通VT3,由于电压器漏感的存在,原边电流

4、不能突变,因此VT3即是零电流开通。 VT、VT3同步导通后原边向负载提供能量，一定期间后关断。由于2的存在，VT2是零电压关断，犹如前面分析，原边电流这时不能突变，C通过D3、VT3。Cb放电完毕后，自然导通,此时开通V1即是零电压开通,由于D3的阻断,原边电流降为零后来，关断VT3，则T3即是零电流关断,通过预选设立好的死区时间延迟后开通V4，由于变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。VCS PM全桥变换器拓扑的抱负工作波形如图2所示,其中Uab表达主电路图3中a、两点之间的电压，p为变压器原边电流,cb为阻断电容Ub上的电压,Urec是副边整流后的电压。

5、 图2 抱负工作波形UC387的主控制回路设计 为了实现主回路开关管VZC软开关，采用3875为其设计了WM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1、T2隔离,最后通过驱动电路驱动MOSFET开关管。 图PWM移相控制电路 整个控制系统所有供电均用同一种15V直流电源,实验中设立开关频率为70kHz,死区时间设立为1，采用简朴的电压控制模式，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C38误差放大器的E，控制C875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，使电源可以稳定工作,图

6、中R、C5接在EA和/AOU之间构成PI控制。在本设计中把S+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、开关管过热等故障时，通过一定的转换电路，把故障信号转换为高于的电压接到C+端，使C35四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A法，变比为1：.的三绕组变压器。UC385输出的单极性脉冲通过放大电路、隔离电路和驱动电路后形成+12V/一V的双极性驱动脉冲，保证开关管的稳定开通和关断。 图开关管的驱动电路 仿真与实验成果分析 PSc是一款功能强大的电路分析软件,对开关频率70H的VZCS软开关电源的仿真是在PSpc91平台上

7、进行的。实验样机的主回路构造采用图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RHR3012，其反向恢复时间在10以内,满足70kz开关频率的规定。开关管MOSF采用IXYS公司的XFK24N100开关管，这种型号M管自身反并有超快恢复二极管，其反向恢复时间约25ns。 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、V2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ZV关断。 图5超前桥臂开关管驱动电压与管压降波形图 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

8、驱动电压与电流波形图，(a)为仿真波形、(b)为实验波形; 图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。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较好地实现了ZC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ZC开通。并且滞后桥臂开关管VT3、VT4可以在很大负载范畴内实现C开关。 图8是两桥臂中点之间的电压Ua的波形图，(a）为仿真波形、()为实验波形。 图8Ub的波形 图9是阻断电容C上的电压曲波形,(a)为仿真波形、()为实验波形。 图 Ub的波形 从上图可以看出，由于有Uc的存在，Uab不是一种方波。当U0时,阻断电容C上的电压Ucb使原边电流p逐渐减小到零，由于阻断二极管的阻断作用,p不能反向流动，从而实现了滞后桥臂的CS开关。 综上所述,我们可以发现,采用UC38作为核心控制器件的好处是构造简朴、性能可靠。并且主电路的开关管所有实现了软开关，同步还避免了VS以及模式当中常用的某些错误。可以明显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。