用于通信電源中的零電壓準(zhǔn)諧振開關(guān)變換器

　?。?）采用零電壓開關(guān)的設(shè)計(jì)方案，使外部MOS開關(guān)功率管工作在理想的通、斷狀態(tài)。

　?。?）內(nèi)部有寬頻帶的壓控振蕩器（VCO），頻率范圍一般設(shè)定為50～500kHz。振蕩頻率受反饋的誤差電壓控制。

（4）完善的保護(hù)電路，有欠壓鎖定電路和故障比較器。當(dāng)輸入電壓低于7V閾值或者檢測到過壓、過流故障時(shí)，能將兩個(gè)輸出端拉成低電平，起到保護(hù)作用。

　?。?）具有通電時(shí)軟起動(dòng)功能，同時(shí)當(dāng)故障排除后能重新起動(dòng)。

4．2UC1864工作原理

　　UC1864內(nèi)部主要包括誤差放大器，壓控振蕩器，瞬時(shí)定時(shí)器，控制邏輯，輸出級(jí)，欠壓鎖定。5V電壓發(fā)生器，故障比較器，故障鎖存器和延遲鎖存器，零點(diǎn)比較器等。如圖6所示。

圖6UC1864的內(nèi)部框圖

　　誤差放大器的同相輸入端接反饋的輸出電壓UO，反相輸入端接軟基準(zhǔn)端的5V基準(zhǔn)電壓，由它輸出的誤差電壓Ur就作為控制電壓，用來控制壓控振蕩頻率fs。

　　壓控振蕩器（VCO），其振蕩頻率受Ur控制。設(shè)計(jì)時(shí)，通常先選定fsmax、fsmin值，求出fsmax/fsmin比值以及中心頻率fso值，再根據(jù)下列公式計(jì)算外圍元件值：fso=(fsmax＋fsmin)/2

　　頻率調(diào)制靈敏度為

fs/Ur=－1/(RaCv)

上式中，負(fù)號(hào)表示Ur電壓升高時(shí)，振蕩頻率降低。單位為f：kHz，C：μF，R：kΩ。

　　零點(diǎn)電壓檢測及比較電路，目的是要實(shí)現(xiàn)真正的零電壓開關(guān)。零點(diǎn)比較器的參考電壓為0．5V，信號(hào)電壓取自主電路開關(guān)MOS管漏—源極電壓Uds。當(dāng)Uds

波形的下降沿通過0．5V時(shí)，零點(diǎn)比較器就翻轉(zhuǎn)，改變瞬間定時(shí)器的狀態(tài)，進(jìn)而使輸出級(jí)關(guān)斷。

　　故障比較器、故障鎖存器和延遲鎖存器構(gòu)成的保護(hù)電路，有兩種保護(hù)方式：軟起動(dòng)和重新起動(dòng)。

　　計(jì)算軟起動(dòng)時(shí)間（t1）和重新起動(dòng)的延遲時(shí)間（t2）為

t1=10－2C

t2=1．9×10－2C

式中C的單位為μF,t1，t2單位為s

　　UC1864的穩(wěn)壓工作過程可概括為：通電后首先經(jīng)過軟起動(dòng)階段建立輸出電壓UO，然后由誤差放大器，輸出的控制電壓Ur來調(diào)制VCO的振蕩頻率fs，再經(jīng)過瞬間定時(shí)器、控制邏輯和輸出級(jí)，驅(qū)動(dòng)外部MOS開關(guān)管，最后通過整流濾波電路獲得穩(wěn)定的輸出電壓UO。假若輸出電壓UO升高，即進(jìn)行下述閉環(huán)調(diào)整：

　　UO↑→Ur↑→fS↓→UO↓,使輸出電壓降至穩(wěn)定值，反之亦然。

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

5.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　采用零電壓準(zhǔn)諧振變換器以及UC1864脈頻調(diào)制集成電路，為部隊(duì)設(shè)計(jì)了一種車載通信電源。經(jīng)測試達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：

　　輸入電壓:DC13.5V±15％

　　輸出電壓:DC26V

　　最大輸出電流：15A

　　源效應(yīng)及負(fù)載效應(yīng)：1％

　　紋波電壓：≤20mVP－P

　　整機(jī)效率:>85％

5.2討論

　　(1)準(zhǔn)諧振變換器電路在設(shè)計(jì)時(shí),不但要考慮在輕負(fù)載下滿足諧振條件,又要考慮到重負(fù)載時(shí),開關(guān)管上所承受的電壓。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì),本電路輸出在26V、2.5A到26V、15A的情況下，其轉(zhuǎn)換效率η>85％。

　　(2)由于準(zhǔn)諧振電路采用的是脈頻調(diào)制方法，需根據(jù)頻率范圍來設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)臑V波電路，以減小輸出電壓的紋波。

　　(3)準(zhǔn)諧振變換器電路與ZVS—PWM電路相比，雖然ZVS—PWM是采用固定頻率脈寬調(diào)制的方式控制輸出電壓，但也面臨輕負(fù)載下難于滿足諧振條件的問題，而且在同樣情況下還需增加一個(gè)輔助開關(guān)管，控制電路較復(fù)雜。

6結(jié)論

　　零電壓準(zhǔn)諧振變換器的突出優(yōu)點(diǎn)在于，加在主開關(guān)器件兩端的電壓呈正弦波，開關(guān)時(shí)在零電壓處通斷。同時(shí)，開關(guān)中寄生電感與電容作為諧振元件的一部分，可完全控制開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電流浪涌與斷開時(shí)電壓浪涌的發(fā)生。采用這種方式不僅能把開關(guān)損耗減到很小，而且能降低噪聲。這種方式已成為開關(guān)電源高頻化較好的方式之一。