移相式零電壓軟開關(guān)變換器與UC3875的應(yīng)用

摘要：介紹開關(guān)電源的發(fā)展過程及其主要發(fā)展方向，著重介紹移相式軟開關(guān)變換器的工作原理和工作過程，以及UC3875的應(yīng)用。

關(guān) 鍵 詞 ： 軟 開 關(guān) 諧 振 變 換 器 移 相 式 零 電 壓 變 換 器

The Application of Phsae shifting ZVS Soft switching Converter And UC3875

Abstract: The course and the trend of development of swithing power supply are introduced in this paper.The principle and the process of phase shifting soft switching converter and application of UC3875 are analyzed emphatically.

Keywords: Soft switching, Resonant converter, Phase shifting zero voltage converter

中圖法分類號：TN86文獻標(biāo)識碼：A文章編號：02192713(2000)1156903

1引言

從傳統(tǒng)的線性電源到目前的開關(guān)電源，尤其從70年代以來大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使開關(guān)電源有了質(zhì)的飛躍，從而在電源產(chǎn)品中掀起了一股高頻化、小型化、模塊化的浪潮。目前，開關(guān)電源的體積主要還是由電容、電感和變壓器等儲能元件決定，因而開關(guān)電源的小型化，實質(zhì)上就是一個減小儲能元件體積的過程。在一定頻率范圍之內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感和變壓器的體積，還能抑制干擾，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，因而，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。

開關(guān)電源出現(xiàn)之后，最流行的是硬開關(guān)變換器，但由于開關(guān)管在導(dǎo)通和關(guān)斷過程中損耗，隨開關(guān)頻率的提高而增大，因此硬開關(guān)變換器限制了開關(guān)電源頻率的提高，同時電路中的寄生電感和寄生電容在高頻時產(chǎn)生嚴(yán)重的電壓尖峰和浪涌電流，如圖1所示。

為了實現(xiàn)開關(guān)變換器的高頻化需要著重解決的問題是實現(xiàn)零電壓或零電流開關(guān)，以減小開關(guān)損耗，盡可能減小開關(guān)浪涌，為此先后出現(xiàn)了諧振變換器，但是諧振變換器是通過頻率調(diào)制的，為了在輸入電壓和負(fù)載變化范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓，必須要求很寬的開關(guān)頻率范圍，這就使得濾波器的優(yōu)化設(shè)計十分困難，使磁性元件的利用率減小，因此高頻開關(guān)變換器主要發(fā)展途徑是諧振型和PWM技術(shù)的結(jié)合，即軟開關(guān)PWM技術(shù)。利用諧振的形式使開關(guān)過程“軟化”，完成開關(guān)過渡之后，變換器按PWM型式運行，使環(huán)路能量比諧振變換器小得多，而開關(guān)損耗降低了，所以它是一種性能優(yōu)良的軟開關(guān)變換器，移相式零電壓軟開關(guān)電路就是其中一種。

2移相式零電壓軟開關(guān)變換器的工作原理

圖2為移相式零電壓軟開關(guān)變換器原理圖，圖中LR由兩部分組成，一是外加諧振電感；二是變壓器的漏感，CR由變壓器的寄生電容和外加電容組成。

移相式零電壓軟開關(guān)管變換器中每只開關(guān)管具有相同寬度的驅(qū)動脈沖，通過移相錯位控制有源時間，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。當(dāng)一個開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器的初級電流給關(guān)斷的開關(guān)管的并聯(lián)電容充電，同時使同一橋臂即將開通的開關(guān)管的并聯(lián)電容放電，當(dāng)關(guān)斷的開關(guān)管并聯(lián)電容充到電源電壓時，即將開通的開關(guān)管反并聯(lián)二極管自然導(dǎo)通，這時開通開關(guān)管，則該管就是零電壓開通。而開關(guān)管在關(guān)斷時，由于它有并聯(lián)電容，這樣開關(guān)管是零電壓關(guān)斷，因此在這種移相式控制方式下，開關(guān)管是在零電壓下開關(guān)的，其驅(qū)動波形如圖3所示：

圖中陰影部分為傳輸能量的有源時間，固定SA、SB的相位，移動SD、SC的相位，即可達到調(diào)整有源時間的目的，這樣SD（SC）開通時，SA（SB）未導(dǎo)通，沒有電流流過，SD（SC）沒有開通損耗，僅SA（SB）有；SD（SC）關(guān)斷時，SA（SB）未關(guān)斷，SA（SB）漏源極無電壓變化，沒有開通損耗，僅SD（SC）有。

圖1開關(guān)時的電壓尖峰和浪涌電流

（a）導(dǎo)通過程（b）關(guān)斷過程

（c）導(dǎo)通過程對應(yīng)電流波形（d）關(guān)斷過程對應(yīng)電壓波形

圖2移相式零電壓軟開關(guān)變換器電路圖