移相全橋ZVS變換器的原理與設(shè)計(jì)

摘要：介紹移相全橋ZVS變換器的原理，并用UC3875控制器研制成功3kW移相全橋零電壓高頻通信開關(guān)電源。

關(guān)鍵詞：移相全橋零電流開關(guān)零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振

The Principle and Design of Phase shifted Full bridge Zero voltage Convertor

Abstract： The paper introduces the principle of phase shifted full bridge zero voltage switching convertor.A 3kw full bridge ZVS convertor was developed using UC3875 controller.

Keywords: Phase shifted full bridge, ZCS, ZVS, Quasi resonance

中圖法分類號(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：02192713(2000)1157203

1引言

　　傳統(tǒng)的全橋PWM變換器適用于輸出低電壓(例如5V)、大功率(例如1kW)的情況，以及電源電壓和負(fù)載電流變化大的場(chǎng)合。其特點(diǎn)是開關(guān)頻率固定，便于控制。為了提高變換器的功率密度，減少單位輸出功率的體積和重量，需要將開關(guān)頻率提高到1MHz級(jí)水平。為避免開關(guān)過程中的損耗隨頻率增加而急劇上升，在移相控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用功率MOS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PWM變換器四個(gè)開關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)恒頻軟開關(guān)，這種技術(shù)稱為ZVS零電壓準(zhǔn)諧振技術(shù)。由于減少了開關(guān)過程損耗，可保證整個(gè)變換器總體效率達(dá)90％以上，我們以Unitrode公司UC3875為控制芯片研制了零電壓準(zhǔn)諧振高頻開關(guān)電源樣機(jī)。本文就研制過程，研制中出現(xiàn)的問題及其改進(jìn)進(jìn)行論述。

2準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的組成

　　ZVS準(zhǔn)諧振高頻開關(guān)電源是一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)，它包括主電路、控制電路及CPU通訊和保護(hù)電路，如圖1所示。

　　從圖1可以看出準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的組成與傳統(tǒng)PWM開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)極其相似，不同的是它在DC/DC變換電路中采用了軟開關(guān)技術(shù)，即準(zhǔn)諧振變換器（QRC）。它是在PWM型開關(guān)變換器基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)丶由现C振電感和諧振電容而形成的，由于運(yùn)行中，工作在諧振狀態(tài)的時(shí)間只占開關(guān)周期的一部分，其余時(shí)間都是運(yùn)行在非諧振狀態(tài)，所以稱為“準(zhǔn)諧振”變換器。準(zhǔn)揩振變換器又分為兩種，一種是零電流開關(guān)（ZCS）,一種是零電壓開關(guān)（ZVS），零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器的特點(diǎn)是保證運(yùn)行中的開關(guān)管在斷開信號(hào)到來之前，管中電流下降到零。零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振的特點(diǎn)是保證運(yùn)行中的開關(guān)管在開通信號(hào)到來之前，管子兩端的電壓已經(jīng)下降到零。

3零電壓準(zhǔn)諧振變換器的工作原理

　　全橋零電壓準(zhǔn)諧振變換器的主電路如圖2所示。Uin為PFC電路輸出的直流電壓(400V)，S1～S4為功率開關(guān)管，其體二極管為D1～D4，圖中未畫出其體電容C1～C4，Lr為變壓器T1初級(jí)串聯(lián)諧振電感，（包括變壓器的漏感），C為防止變壓器因偏磁而飽和的隔直電容，T2為電流互感器，用于檢測(cè)。當(dāng)變換器過流時(shí)，保護(hù)電路切斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，保護(hù)功率器件。變壓器次級(jí)電壓經(jīng)過D5、D6整流和輸出LC濾波器給負(fù)載供電。圖3給出了變壓器初級(jí)電壓UP、次級(jí)電壓US和初級(jí)電流ip的波形圖。ZVS變換器一周期內(nèi)可分為六個(gè)運(yùn)行模式，如表1所示。圖3中設(shè)t表1ZVS變換器一周期內(nèi)運(yùn)行模式

圖13kW通信開關(guān)電源方框圖

圖2移相全橋ZVS變換器控制和輸出電路原理圖

圖3全橋ZVSPWM變換器的主要波形

圖4移相PWM轉(zhuǎn)換器控制和驅(qū)動(dòng)原理圖