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基于UC38 75的ZVZCS PWM軟開(kāi)關(guān)直流電源的研制

作者: 時(shí)間:2009-02-23 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
目前,中、大功率電源的主回路基本上都是采用全橋變換器結(jié)構(gòu),其相應(yīng)的軟工作方式有三種,即零電壓(ZVS)、零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)和零電壓零電流開(kāi)關(guān)()。ZVS工作模式下全橋變換器的滯后臂不易實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)且存在變壓器副邊電壓占空比丟失,ZCS工作模式下全橋變換器的滯后臂不易實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)關(guān)且存在變壓器副邊輸出電流占空比丟失,這兩種電路拓?fù)渥陨淼木窒尴拗屏似溥M(jìn)一步發(fā)展的空間,雖然采用輔助電路在一定程度可以改善其特性,但是增加了元器件和電路的復(fù)雜性,而且在高頻下還會(huì)引入干擾。軟開(kāi)關(guān)工作模式基本上克服了ZVS和ZCS軟開(kāi)關(guān)模式的固有缺陷,使全橋變換器的超前臂實(shí)現(xiàn)ZVS,而滯后臂實(shí)現(xiàn)ZCS,在中、大功率開(kāi)關(guān)電源中具有廣闊的應(yīng)用前景。為此,本文介紹了一臺(tái)采用移相諧振控制芯片75作為控制核心設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)頻率為70kHz、輸出功率1.2kW、主電路為移相全橋 軟開(kāi)關(guān)模式的直流開(kāi)關(guān)電源。

l 移相式ZVZCS軟開(kāi)關(guān)電源主電路分析
在設(shè)計(jì)制作的1.2kW(480V/2.5A)的軟開(kāi)關(guān)中,其主電路為全橋變換器結(jié)構(gòu),四只開(kāi)關(guān)管均為MOSFET(1000V/24A),采用移相ZVZCS控制,即超前臂開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS、滯后臂開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZCS,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖l,VT1~VT4是全橋變換器的四只MOSFET開(kāi)關(guān)管,VD1、VD2分別是超前臂開(kāi)關(guān)管VT1、VT2的反并超快恢復(fù)二極管,C1、C2分別是為了實(shí)現(xiàn)VTl、VT2的ZVS設(shè)置的高頻電容,VD3、VD4是反向電流阻斷二極管,以實(shí)現(xiàn)滯后臂VT3、VT4的ZCS,Llk為變壓器漏感,Cb為阻斷電容,T為主變壓器,副邊由VD5~VD8構(gòu)成的高頻整流電路以及Lf、C3、C4等濾波器件組成。
其基本工作原理如下:
當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1、VT4或VT2、VT3同時(shí)導(dǎo)通時(shí),電路工作情況與全橋變換器的硬開(kāi)關(guān)工作模式情況一樣,主變壓器原邊向負(fù)載提供能量。通過(guò)移相控制,在關(guān)斷VT1時(shí)并不馬上關(guān)斷VT4,而是根據(jù)輸出反饋信號(hào)決定的移相角,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后再關(guān)斷VT4,在關(guān)斷VT1之前,由于VT1導(dǎo)通,其并聯(lián)電容C1上電壓等于VT1的導(dǎo)通壓降,理想狀況下其值為零,當(dāng)關(guān)斷VT1時(shí)刻,C1開(kāi)始充電,由于電容電壓不能突變,因此,VT1即是零電壓關(guān)斷。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/181471.htm

由于變壓器漏感L1k以及副邊整流濾波電感的作用,VT1關(guān)斷后,原邊電流不能突變,繼續(xù)給Cb充電,同時(shí)C2也通過(guò)原邊放電,當(dāng)C2電壓降到零后,VD2自然導(dǎo)通,這時(shí)開(kāi)通VT2,則VT2即是零電壓開(kāi)通。
當(dāng)C1充滿電、C2放電完畢后,由于VD2是導(dǎo)通的,此時(shí)加在變壓器原邊繞組和漏感上的電壓為阻斷電容Cb兩端電壓,原邊電流開(kāi)始減小,但繼續(xù)給Cb充電,直到原邊電流為零,這時(shí)由于VD4的阻斷作用,電容Cb不能通過(guò)VT2、VT4、VD4進(jìn)行放電,Cb兩端電壓維持不變,這時(shí)流過(guò)VT4電流為零,關(guān)斷VT4即是零電流關(guān)斷。
關(guān)斷VT4以后,經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)置的死區(qū)時(shí)間后開(kāi)通VT3,由于電壓器漏感的存在,原邊電流不能突變,因此VT3即是零電流開(kāi)通。
VT2、VT3同時(shí)導(dǎo)通后原邊向負(fù)載提供能量,一定時(shí)間后關(guān)斷VT2,由于C2的存在,VT2是零電壓關(guān)斷,如同前面分析,原邊電流這時(shí)不能突變,C1經(jīng)過(guò)VD3、VT3、Cb放電完畢后,VD1自然導(dǎo)通,此時(shí)開(kāi)通VT1即是零電壓開(kāi)通,由于VD3的阻斷,原邊電流降為零以后,關(guān)斷VT3,則VT3即是零電流關(guān)斷,經(jīng)過(guò)預(yù)選設(shè)置好的死區(qū)時(shí)間延遲后開(kāi)通VT4,由于變壓器漏感及副邊濾波電感的作用,原邊電流不能突變,VT4即是零電流開(kāi)通。
這種采用超快恢復(fù)二極管阻斷原邊反向電流方式的移相式ZVZCS PWM全橋變換器拓?fù)涞睦硐牍ぷ鞑ㄐ稳鐖D2所示,其中Uab表示主電路圖3中a、b兩點(diǎn)之間的電壓,ip為變壓器T原邊電流,Ucb為阻斷電容Ub上的電壓,Urect是副邊整流后的電壓。

2 75的主控制回路設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)主回路開(kāi)關(guān)管ZVZCS軟開(kāi)關(guān),采用75為其設(shè)計(jì)了PWM移相控制電路,如圖3所示??紤]到所選MOSFET功率比較大對(duì)芯片的四個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了功率放大,再經(jīng)高頻脈沖變壓器T1、T2隔離最后經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)MOSFET開(kāi)關(guān)管。整個(gè)控制系統(tǒng)所有供電均用同一個(gè)15V,實(shí)驗(yàn)中設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率為70kHz,死區(qū)時(shí)間設(shè)置為1.5μs,采用簡(jiǎn)單的電壓控制模式,電源輸出直流電壓通過(guò)采樣電路、光電隔離電路后形成控制信號(hào),輸入到UC3875誤差放大器的EA一,控制UC3875誤差放大器的輸出,從而控制芯片四個(gè)輸出之間的移相角大小,使電源能夠穩(wěn)定工作,圖中R6、C5接在EA一和E/AOUT之間構(gòu)成PI控制。在本設(shè)計(jì)中把CS+端用作故障保護(hù)電路,當(dāng)發(fā)生輸出過(guò)壓、輸出過(guò)流、高頻變?cè)呥^(guò)流、開(kāi)關(guān)管過(guò)熱等故障時(shí),通過(guò)一定的轉(zhuǎn)換電路,把故障信號(hào)轉(zhuǎn)換為高于2.5V的電壓接到CS+端,使UC3875四個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為低電平,對(duì)電路實(shí)現(xiàn)保護(hù)。
圖4是開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路。隔離變壓器的設(shè)計(jì)采用AP法、變比為l:1.3的三繞組變壓器。UC3875輸出的單極性脈沖經(jīng)過(guò)放大電路、隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路后形成+12V/一5V的雙極性驅(qū)動(dòng)脈沖,保證開(kāi)關(guān)管的穩(wěn)定開(kāi)通和關(guān)斷。

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