電源轉(zhuǎn)換器正朝著越來(lái)越高的功率密度的方向發(fā)展。通常，獲得這種高功率密度的方法是提高開關(guān)頻率，可以縮小濾波器組件的尺寸。但是，提升開關(guān)頻率會(huì)極大地增加系統(tǒng)的開關(guān)損耗，而這種損耗會(huì)阻礙系統(tǒng)在高于 100 kHz 的開關(guān)頻率上運(yùn)行。

1 引言

為了在保持一定效率的同時(shí)增加開關(guān)頻率，人們開發(fā)出了幾種軟開關(guān)技術(shù)（1、2 和 3）。大多數(shù)諧振技術(shù)都增加了半導(dǎo)體電流和/或電壓應(yīng)力，從而導(dǎo)致器件體積增大，并增加大環(huán)流帶來(lái)的傳導(dǎo)損耗。然而，一種新型轉(zhuǎn)換器被開發(fā)了出來(lái)，其允許在沒有增加開關(guān)損耗的情況提高開關(guān)頻率，同時(shí)克服了諧振技術(shù)的大部分弊端。在實(shí)現(xiàn)主開關(guān)零電壓開啟和升壓二極管零電流關(guān)閉的時(shí)候，零電壓轉(zhuǎn)換 (ZVT) 轉(zhuǎn)換器工作在一個(gè)固定頻率上。這僅僅是通過在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間運(yùn)用諧振操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在周期的剩余時(shí)間里，從根本上將諧振網(wǎng)絡(luò)從電路中消除，而且轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行同其非諧振部分完全一致。

同傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器相比，這種技術(shù)帶來(lái)了效率方面的提高，并可以在低應(yīng)力下運(yùn)行升壓二極管（這是因?yàn)殛P(guān)閉狀態(tài)下受控的 di/dt）。二極管軟開關(guān)還可以降低 EMI（這是一個(gè)重要的系統(tǒng)考慮因素）。

有源功率因數(shù)校正將對(duì)轉(zhuǎn)換器的輸入電流進(jìn)行編程以跟隨線電壓，并且有可能實(shí)現(xiàn) 3% THD 的 0.999 功率因數(shù)。Unitrode UC3855A/B IC 集成了功率因數(shù)校正控制電路，該控制電路可以為高功率因數(shù)提供數(shù)個(gè)電流傳感和功率級(jí) ZVT 運(yùn)行方面的增強(qiáng)特性。

UC3855 集成了設(shè)計(jì)一款帶有平均電流模式控制功能的 ZVT 功率級(jí)所需的所有控制功能。由于其能夠在避免斜率補(bǔ)償和其他方法（5、6）低噪聲抗擾度的同時(shí)對(duì)輸入電流進(jìn)行精確地編程，因此人們選擇了平均電流模式控制。

1.1 ZVT 技術(shù)

1.1.1 ZVT 升壓轉(zhuǎn)換器功率級(jí)

除開關(guān)轉(zhuǎn)換以外的整個(gè)開關(guān)周期中，ZVT 升壓轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行均同傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器一樣。圖 1 顯示的就是 ZVT 升壓功率級(jí)。ZVT 網(wǎng)絡(luò)由 QZVT、D2、Lr 和 Cr 組成，提供了升壓二極管和主開關(guān)的有源緩沖。[4、7、8] 描述了 ZVT 電路的運(yùn)行情況，為了敘述的完整性在此處進(jìn)行了回顧。參見圖 2，下列時(shí)序間隔可以被定義為：

圖 1 具有 ZVT 功率級(jí)的升壓轉(zhuǎn)換器

圖 2 ZVT 時(shí)序結(jié)構(gòu)圖

1.1.2 ZVT 時(shí)序

1.1.2.1 t0-t1

t0 之前的時(shí)間里，主開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，二極管 D1 正傳導(dǎo)滿負(fù)載電流。在 t0 處，輔助開關(guān) (QZVT) 被開啟。由于輔助開關(guān)處于開啟狀態(tài)，Lr 中的電流線性地上升至 IIN。在此期間，二極管 D1 中的電流正逐漸下降。當(dāng)二極管電流達(dá)到零時(shí)，該二極管關(guān)閉（例如 D1 的軟開關(guān)）。在實(shí)際電路中，由于二極管需要一定時(shí)間來(lái)消除結(jié)電荷 (junction charge)，因此會(huì)有一些二極管逆向恢復(fù)。ZVT 電感上的電壓為 VO，因此電流上升至 Iin 所需要的時(shí)間為：

1.1.2.2 t1-t2

在 t1 處，Lr 電流達(dá)到了 IIN，且 Lr 和 Cr 開始產(chǎn)生諧振。該諧振周期在其電壓等于零以前對(duì) Cr 放電。漏極電壓的 dv/dt 由 Cr（Cr 為外部 CDS 和 COSS 的組合）控制。Cr 放電的同時(shí)流經(jīng) Lr 的電流不斷增加。漏極電壓達(dá)到零所需要的時(shí)間為諧振時(shí)間的 1/4。在該周期結(jié)束時(shí)，主開關(guān)的主體二極管開啟。

1.1.2.3 t2-t3

在該時(shí)間間隔開始時(shí)，開關(guān)漏極電壓已達(dá)到 0V，并且主體二極管被開啟。流經(jīng)該主體二極管的電流將由 ZVT 電感驅(qū)動(dòng)。該電感上的電壓為零，因此電流處于續(xù)流狀態(tài)。此時(shí)，主開關(guān)被開啟，以實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。 1.1.2.4 t3-t4

在 t3 處，UC3855 感應(yīng)到 QMAIN 的漏極電壓降至零，并在關(guān)閉 ZVT 開關(guān)的同時(shí)開啟主開關(guān)。ZVT 開關(guān)關(guān)閉以后，Lr 中的能量被線性地從 D2 釋放至負(fù)載。

1.1.2.5 t4-t5

在 t4 處，D2 中的電流趨于零。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，該電路就像一個(gè)傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器一樣運(yùn)行。但是，在一個(gè)實(shí)際電路中，Lr 同驅(qū)動(dòng) D1 陰極（由于 Lr 的另一端被鉗位控制至零）正極節(jié)點(diǎn)的 ZVT 開關(guān) COSS 一起諧振。在 ZVT 電路設(shè)計(jì)部分將對(duì)這種影響進(jìn)行討論。

1.1.2.6 t5-t6

該級(jí)也非常像一個(gè)傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器。主開關(guān)關(guān)閉。QMAIN 漏－源節(jié)點(diǎn)電容充電至 VO，并且主二極管開始向負(fù)載提供電流。由于節(jié)點(diǎn)電容起初將漏極電壓保持在零狀態(tài)，因此關(guān)閉損耗被極大地降低了。

由上述內(nèi)容可知，這種轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行僅在開啟開關(guān)轉(zhuǎn)換期間不同于傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器。主功率級(jí)組件并未出現(xiàn)比正常情況更多的電壓或電流應(yīng)力，而且開關(guān)和二極管均歷經(jīng)了軟開關(guān)轉(zhuǎn)換。通過極大地減少開關(guān)損耗，可以在不降低效率的情況下增加工作頻率。二極管也可以在更低的損耗條件下工作，從而在更低溫度、更高可靠性的條件下運(yùn)行。該軟開關(guān)轉(zhuǎn)換還降低了主要由升壓二極管硬關(guān)閉引起的 EMI。

1.1.3 控制電路要求

為了保持主開關(guān)的零電壓開關(guān)，ZVT 開關(guān)在 Cr 電壓諧振至零以前必須為開啟狀態(tài)。通過使用一個(gè)相當(dāng)于低線壓和最大負(fù)載條件下 tZVT 的固定延遲，可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

但是，這樣一來(lái)在輕負(fù)載或更高線壓的條件下延遲的時(shí)間會(huì)比必要延遲時(shí)間更長(zhǎng)，從而會(huì)增加 ZVT 電路傳導(dǎo)損耗以及峰值電流應(yīng)力。通過感應(yīng) QMAIN 漏極電壓何時(shí)降至為零，UC3855 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可變 tZVT。一旦該電壓降至 ZVS 引腳閾值電壓 (2.5V) 以下時(shí)，ZVT 柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)便被終止，并且主開關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)升高。圖 3 顯示了該控制波形。在振蕩器開始放電時(shí)開關(guān)周期開始，ZVT 柵極驅(qū)動(dòng)在放電周期開始時(shí)升高。在 ZVS 引腳感應(yīng)到零電壓狀態(tài)或者放電期間結(jié)束（振蕩器放電時(shí)間為最大 ZVT 脈寬）以前，ZVT 信號(hào)均處于高位。這樣就使 ZVT 開關(guān)僅在需要的時(shí)候開啟。

圖 3 ZVT 控制波形

2 控制電路運(yùn)行及設(shè)計(jì)

圖 4 顯示了 UC3855A/B 的結(jié)構(gòu)圖（引腳數(shù)與 DIL?20 封裝相當(dāng)）。其顯示了一款集成了基本 PFC 電路的控制器，包括平均電流模式控制以及促進(jìn) ZVT 工作的驅(qū)動(dòng)電路。該器件還具有簡(jiǎn)化電流傳感的電流波形合成器電路，以及過壓和過電流保護(hù)。在下列各章節(jié)中，該控制器件被分解成若干個(gè)功能模塊，并對(duì)其進(jìn)行了單獨(dú)的討論。

圖 4 UC3855 控制器結(jié)構(gòu)圖

2.1 與 UC3854A/B 的比較

UC3855A/B 的 PFC 部分與 UC3854A/B 完全一樣。他們共有的幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)在下面被突出顯示了出來(lái)，以說明其相似性。