基于UC3875的高頻開關電源的設計

引言

　　近年來，隨著電子技術的發(fā)展，郵電通信、交通設施、儀器儀表、工業(yè)設施、家用電器等越來越多地應用開關電源 ，隨著科學技術的不斷進步，對大功率電源的需求也就越來越大。與此同時大量集成電路、超大規(guī)模集成電路等電子通信設備日益增多，要求電源的發(fā)展趨勢是小型化、輕量化。通常濾波電感、電容和變壓器的體積和重量比較大，因此主要是靠減少它們的體積來實現(xiàn)小型化、輕量化。

　　我們可以通過減少變壓器的繞組匝數(shù)和金減小鐵心尺寸來提高工作頻率，但在提高開關頻率的同時，開關損耗會隨之增加，電路效率會嚴重下降。針對這些問題出現(xiàn)了軟開關技術，它利用以諧振為主的輔助換流手段，解決了電路中的開關損耗和開關噪聲問題，使開關電源能高頻高效地運行，從20世紀70年代以來國內(nèi)外就開始不斷研究高頻軟開關技術，目前已比較成熟，下面以2KW的電源為例進行設計。

　　1.設計內(nèi)容和方法

　　1.1主電路型式的選擇

　　變換電路的型式主要根據(jù)負載要求和給定電源電壓等技術條件進行選擇。在幾種常用的變換電路中，因為半橋、全橋變換電路功率開關管承受的電壓比推挽變換電路低一倍，由于市電電壓較高，所以不選推挽變換電路。半橋變換電路與全橋變換電路在輸出同樣功率時，半橋變換電路的功率開關管承受二倍的工作電流，不易選管，輸出功率較全橋小，所以采用全橋變換電路。

　　傳統(tǒng)的全橋變換電路開關元件在電壓很高或電流很大的條件下，在門極的控制下開通或關斷，開關過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)重疊，導致了開關損耗。開關損耗隨開關頻率增加而急劇上升，使電路效率下降，阻礙了開關頻率的提高。在移相控制技術的基礎上，利用功率管的輸出電容和輸出變壓器的漏電感作為諧振元件，使全橋變換器四個開關管依次在零電壓下導通，實現(xiàn)恒頻軟開關。由于減少了開關過程損耗，變換效率可達80%-90%，并且不會發(fā)生開關應力過大。所以選用移相控制全橋型零電壓開關脈寬調(diào)制（PSC FB ZVS-PWM）變換電路。

　　移相控制全橋變換電路是目前應用最為廣泛的軟開關電路之一，它的特點是電路簡單，與傳統(tǒng)的硬開關電路相比，并沒有增加輔助開關等元件。原理如圖1所示，主要由四個相同的功率管和一個高頻變壓器壓器組成。E為輸入直流電壓， T1～T4 為開關管， D1～D4 為體內(nèi)二極管，C1 ～C4 為開關的輸出電容。以第一個橋臂為例介紹，利用變壓器漏感和功率輸出電容C1 諧振，漏感儲能向電容 C1釋放過程中，使電容上的電壓逐步下降到零，體內(nèi)二極管D1開通，創(chuàng)造了T1 的ZVS條件。

圖1 移相控制全橋變換電路原理圖

　　1.2 控制方式

　　控制方式是指變換器控制電路通過何種途徑控制主電路實現(xiàn)自動控制目的，達到自動穩(wěn)壓或穩(wěn)流的要求。傳統(tǒng)的PWM型電子開關開通和關斷開關上同時存在電壓、電流，損耗比較大，零電壓開關-脈寬調(diào)制變換器（ZVS-PWM）是電子開關在兩端電壓為零時導通電流為零時關斷，開通、關斷損耗理想值為零。在此選用典型的UC3875構成的移相控制全橋零電壓開關-脈寬調(diào)制變換電路。

　　1.2.1 UC3875控制芯片

　　UC3875是美國UNITRODE公司針對移相控制方案推出的專用芯片。UC3875可對全橋開關的相位進行相位移動，實現(xiàn)定頻脈寬調(diào)制控制。UC3875其外型有20引腳封裝和28引腳封裝，在此以20引腳為例介紹一下該器件。

　　1.2.1.1內(nèi)部結構方框圖和管腳功能

　　內(nèi)部結構方框圖如下圖所示：

圖2 UC3875內(nèi)部結構方框圖

　　管腳功能如下：1腳（Vref），基準電壓；2腳（E/A OUT），誤差放大器的反相輸出；3腳（E/A-）誤差放大器的反相輸入；4腳（E/A+）誤差放大器的同相輸入；5腳（C/S+）電流檢測；6腳（SOFRSTART）軟起動；7腳（DELAY SET C/D）輸出延遲控制；8腳（OUT D）輸出D；9腳（OUT C）輸出C；10腳（Vcc ）電源電壓；11腳（ Vin）芯片供電電源；12腳（PWR GND）電源地；13腳（OUTB）輸出B；14腳（OUTA）輸出A；15腳（DELAY SETA/B）輸出延遲控制；16腳（FREQ SET）頻率設置端；17腳（CLOCK/SYNC）時鐘/同步；18腳（SLOPE）陡度；19腳（斜波）20腳（信號地）。