用于通信電源中的零電壓準(zhǔn)諧振開關(guān)變換器

摘要：分析零電壓準(zhǔn)諧振開關(guān)變換器的基本工作原理，同時(shí)介紹PFM控制器UC1864。實(shí)踐證明，采用這種軟開關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)的通信開關(guān)電源，具有良好的性能。

關(guān)鍵詞：軟開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器脈頻調(diào)制

The Application of Zero－ voltage Quasi－ resonant Switching Converter

in Telecommunication Power Supplies

Abstract:The paper analyzes the basic principle of zero－ voltage quasi－ resonant switching converter,and introduces PFM controller UC1864.The experimentation results that the sort of soft－ switching control technology has the good characteristics to the telecommunication switching mode power supply.

Keyword:Soft－ switching Quasi－ resonant converter PFM

1引言

　　隨著電子應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，要求電子儀器和設(shè)備的可靠性不斷提高、功能不斷增加、使用趨向自動(dòng)化及智能化、體積小型化。這樣開關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)便顯示出來，它已廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備中，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的支撐。另一方面，由于集成電路技術(shù)的普及應(yīng)用，也促進(jìn)了電子設(shè)備的小型化和多功能化，使成本不斷降低。但限制開關(guān)電源體積減小和重量減輕，主要是開關(guān)電源的變壓器、電抗器等磁性元件和平滑波形的電容器。雖說可通過提高開關(guān)頻率減小磁性元件和平滑電容器的尺寸，但卻帶來元器件損耗增大、溫升增高。同時(shí)開關(guān)頻率提高后，受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會(huì)影響周圍電子設(shè)備，而且還會(huì)大大降低電源裝置本身的可靠性。目前，提高開關(guān)電源工作頻率的一種最有效的方法，是采用軟開關(guān)技術(shù)，即在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)加在開關(guān)兩端的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時(shí)也可以控制浪涌的發(fā)生，使得噪聲很小。

　　基于以上考慮，通信車載電源的研制，采用了零電壓準(zhǔn)諧振式開關(guān)變換器，使整個(gè)電源達(dá)到體積小、重量輕、電磁兼容性好、成本低、可靠性高等特點(diǎn)。

圖1整機(jī)電路原理框圖

2系統(tǒng)總體框圖及控制原理

　　整機(jī)電路可以分成如圖1所示的兩大部分。

　　輸入直流13．5V電源經(jīng)輸入保護(hù)、輸入濾波給開關(guān)電路提供直流電壓和脈動(dòng)電流。開關(guān)電路由控制電路提供脈頻可調(diào)的信號(hào)，控制開關(guān)管的通斷，將直流電壓變換成為交變電壓，再經(jīng)輸出整流濾波電路平滑成低紋波的26V直流輸出電壓。

　　控制電路由脈頻調(diào)制（PFM）電路、電壓采樣、保護(hù)電路等組成。電壓采樣電路將取出與輸出電壓成正比的信號(hào)，送至脈頻調(diào)制電路，調(diào)整開關(guān)管的脈沖頻率，達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。電路的保護(hù)功能，是當(dāng)檢測(cè)到開關(guān)管有過流、輸入電壓欠壓或極性接反，立即關(guān)斷輸入電壓及PFM控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電源本身和負(fù)載的保護(hù)措施。

3零電壓準(zhǔn)諧振電路

3．1準(zhǔn)諧振電路結(jié)構(gòu)

　　主開關(guān)電路為零電壓半波準(zhǔn)諧振升壓變換器，如圖2所示。

圖2零電壓半波諧振升壓變換器電路

　　設(shè)計(jì)零電壓準(zhǔn)諧振電路有兩種方式：一是全波型，二是半波型。零電壓準(zhǔn)諧振電路的全波型比半波型多串聯(lián)了一個(gè)反向二極管。在開關(guān)過程中，全波型串聯(lián)二極管起到反向電流阻止作用，但開關(guān)中的結(jié)電容的能量在開關(guān)關(guān)斷期間被儲(chǔ)存，在開關(guān)導(dǎo)通期間承受電容導(dǎo)通的損耗，這在高頻下工作是不利的，所以準(zhǔn)諧振變換器的方式，在高頻情況下一般選擇零電壓半波準(zhǔn)諧振變換器電路。

3．2基本工作原理

　　準(zhǔn)諧振變換器的特性受諧振電路中Lr、Cr的影響很大，分析工作原理時(shí)，需引入下述參數(shù)：　特性阻抗　規(guī)一化開關(guān)頻率　規(guī)一化負(fù)載電阻　諧振角頻率

　　電壓變比n=UO/Ui

　　零電壓半波準(zhǔn)諧振變換器，在穩(wěn)態(tài)工作下，一個(gè)完整的開關(guān)周期可分為四個(gè)階段，其等效電路如圖3所示。

圖3零電壓準(zhǔn)諧振變換器的等效電路

圖4零電壓準(zhǔn)諧振變換器的典型波形