3.7 軟啟動

為了確保一個穩(wěn)定可控的啟動，UC3855A/B 提供了軟啟動 (SS) 功能。SS 引腳為一個外部電容器提供了 15μA 的電源。該電容器限制了電壓環(huán)路誤差放大器的電源電壓，從而有效地限制了放大器的輸出電壓，以及最大的期望輸出電壓。這樣就能保證輸出電壓以一種可控的方式升壓。

3.7.1 欠壓鎖定

UC3855A 的啟動閾值為 15.5V（額定值），并帶有 6V 的滯后，而 UC3855B 的啟動閾值為10.5V，并帶有 0.5V 的滯后。

4 曲型應(yīng)用

為了能夠說明設(shè)計程序，并突出需要定義的設(shè)計參數(shù)，設(shè)計了這樣一個典型應(yīng)用。該設(shè)計規(guī)范為：

• VIN=85-270 VAC
• VO=410 VDC
• PO (max)=500W
• FS=250kHz
• Eff ＞95%
• Pf ＞ 0.993
• THD ＜ 12%

上面提到的那些規(guī)范給出了一個常見的通用輸入電壓以及中等功耗應(yīng)用。由于軟開關(guān)以及零電壓轉(zhuǎn)換，現(xiàn)在我們可以實現(xiàn) 250kHz 的開關(guān)頻率。Pf 和 THD 的數(shù)量與 UC3855 可實現(xiàn)的線路校正相符合。 4.1 設(shè)計程序

該設(shè)計程序是對 [8] 所提出內(nèi)容的總結(jié)。但是為了固定組件值和/或指定更多可選用部件，一些值已被更改。 4.2 功率級設(shè)計 4.2.1 電感設(shè)計

ZVT 轉(zhuǎn)換器中的功率級電感設(shè)計與傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計一樣。理想的開關(guān)紋波的數(shù)量決定了所需的感應(yīng)，并且允許更多的紋波來減小電感值。低線路及最大負(fù)載情況下，峰值電流會出現(xiàn)比較糟糕的情況。峰值功耗為平均功耗的兩倍，并且 VPK 為 VRMS。為了能計算出輸入電流，需假設(shè)功率為 95%。

電流紋波與峰值電流之間一個比較好的折衷方案是允許 20% 紋波達(dá)到平均比率。這也使峰值開關(guān)電流保持在 10 A以下。

重新調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換比率，求出 D 的解，得出：

我們現(xiàn)在能計算出所需的電感。

4.2.2 輸出電容器選擇

輸出電容值不但會影響保持時間，而且還會影響輸出電壓紋波。如果保持時間 (tH)為主要的標(biāo)準(zhǔn)，則下面的方程式就給出了 CO 的值：

在這個例子中，對保持時間和電容器尺寸進(jìn)行了折衷，并選用了一個值為 440 μF 的電容器。該電容器庫是由兩個并聯(lián)的 220μF、450VDC 電容器構(gòu)成。

4.2.3 功率 MOSFET 和二極管選擇

所選用的主 MOSFET 為 Advanced Power Technology 公司推出的 APT5020BN（或同級別的產(chǎn)品）。該器件規(guī)格為 500V、23A，其 RDS(on) 為 0.20Ω ?(25℃)、COSS ? 500 pF、且采用 TO-247 封裝。一個 5.1Ω ?的電阻器與柵極串聯(lián)放置，用來抑制啟動時的寄生振蕩，一個肖特基二極管及 2.7Ω 的電阻與該電阻器并聯(lián)放置以加速關(guān)閉。在 GTOUT 和接地之間也將放置一個肖特基二極管，以避免引腳被驅(qū)動至接地以下，同時該二極管的放置應(yīng)盡可能的靠近該器件。

所選擇的升壓二極管為 International Rectifier 公司推出的規(guī)格為 15-A、600V 的超速二極管 HFA15TB60（或同級別的產(chǎn)品）。試回想，一款采用了二極管軟開關(guān) ZVT 優(yōu)勢的轉(zhuǎn)換器。在配置了 ZVT 的情況下，升壓二極管對開關(guān)損耗的影響可以忽略不計，因此可以使用一個速度較慢的二極管。但是，在這個應(yīng)用中，還是很有必要使用超速二極管。

根據(jù)二極管的恢復(fù)時間，確定 ZVT 電感的尺寸，并且速度較慢的二極管需要配置一個更大的電感。這就要求一個相應(yīng)更長的 QZVT 開啟時間，增加了傳導(dǎo)損耗。較大尺寸的電感還需要更長的放電時間。為了保證諧振電感能完全放電，主開關(guān)的最短啟動時間應(yīng)近似等于 ZVT 電路啟動時間。這就得出：

DMIN 會影響不斷運行的升壓轉(zhuǎn)換器的最小允許輸出電壓。ZVT 電路的啟動時間為一個穩(wěn)定的 trr 功能，因此選擇一個超快二極管使諧振電路損耗保持最小，并對輸出電壓產(chǎn)生最少的影響。由于對于大部分的諧振電路啟動時間而言，有效系統(tǒng)占空比是主開關(guān)啟動時間的主要功能，升壓二極管正極的電壓通過諧振電容器得到抑制。

這些考慮事項建議二極管的恢復(fù)時間應(yīng)短于 75ns。該設(shè)計中的平均輸出電流低于 1.2 A，峰值電流為 9.2A。二極管相關(guān)的傳導(dǎo)損耗大約為 2.2 W。

當(dāng)使用一個超速二極管時，二極管以極少的開關(guān)損耗模式運行。這就提升了整個系統(tǒng)的效率，并降低了二極管的峰值應(yīng)力。

4.3 ZVT 電路設(shè)計 4.3.1 諧振電感

ZVT 電路設(shè)計簡單易懂。該電路具有有源緩沖功能，例如，電感設(shè)計用于二極管的軟關(guān)閉。選用的 ZVT 電容器用于 MOSFET 的軟開關(guān)。

諧振電感為升壓電感電流提供了一個預(yù)備電流通道，從而控制了二極管的 di/dt。當(dāng) ZVT 開關(guān)開啟時，輸入電流從升壓二極管轉(zhuǎn)移至 ZVT 電感?？梢酝ㄟ^確定二極管關(guān)閉速度來計算出電感值。二極管的逆向恢復(fù)時間給出了其關(guān)閉時間。由于實際電路中的逆向恢復(fù)特性變化多樣，以及各個廠商對逆向恢復(fù)的定義各異，因此很難計算出 Lr 的準(zhǔn)確值。電路環(huán)境對逆向恢復(fù)產(chǎn)生影響的例子就是諧振電容器正常的緩沖作用，該電容器限定了二極管正極的 dv/dt。一個較好的初步估測就是允許電感電流在三次二極管標(biāo)準(zhǔn)逆向恢復(fù)時間內(nèi)緩慢升高至二極管電流。最大電感值的限制就是其對最小占空比的影響。正如二極管選擇章節(jié)所述，L?C 時間常數(shù)對 DMIN 產(chǎn)生影響，從而對 VO (min) 產(chǎn)生影響。將 Lr 設(shè)計得過大也會增加 ZVT MOSFET 的傳導(dǎo)時間，并增加諧振電路傳導(dǎo)損耗。當(dāng)減小了 Lr 的值，會給二極管帶來更強的逆向恢復(fù)電流，并且提高了通過電感和 ZVT MOSFET 的峰值電流。隨著峰值電流增強，存儲在電感中的能量也會增加（E = 1/2 x L xI2）。為了減少關(guān)閉時節(jié)點上的寄生振蕩，該能量應(yīng)保持在一個最小值。

從某種程度上來說，二極管的逆向恢復(fù)是其關(guān)閉 di/dt 的一個功能。如果假設(shè)有一個可控 di/dt，那么該二極管的逆向恢復(fù)時間可以近似估測為 60ns。如果電感將上升時間限制為 180ns (3 x trr)，則可以計算出電感。

磁芯損耗以及由此導(dǎo)致的溫度上升限制了電感的設(shè)計，但不會使磁通密度飽和。這是由于強 ac 電流分量和相對較高的運行頻率。一個好的設(shè)計程序在 [10] 已作了描述，已超出本文的討論范圍。但是本文已提及到幾個要點。磁芯應(yīng)該為材質(zhì)較好的高頻率低損耗材料，例如有氣隙的鐵氧體，或鐵鎳鉬磁粉芯 (MPP)。在這一應(yīng)用中一般不宜使用鐵粉磁芯。相對不是太貴的鐵硅鋁磁芯，盡管與 MPP 相比較，具有更高的損耗，但還是可以使用該材質(zhì)磁芯。損耗較高的材料實際上易于抑制 ZVT 開關(guān)關(guān)閉端的諧振。也可以通過將跨繞線電容保持至一個最小值的方式來優(yōu)化電感繞組結(jié)構(gòu)。這樣就減少了關(guān)閉端的節(jié)點電容，同時也減少了所需的衰減量?？梢酝ㄟ^分析由 Lr 和 Cr 組成的諧振電路，以及當(dāng)電流流至 lin 時確定諧振循環(huán)開始的方式找出電感電流。

其中，

由此，峰值電流等于 IIN 與輸出電壓除以諧振電路的特性阻抗的和。降低 Lr，或者增加 Cr 都會增加峰值電流。電感的設(shè)計是使用 Magnetics 公司的 MPP core 55209，帶有 33 個繞組，電感為 8μH。該電感應(yīng)使用 Litz 線或幾股小磁線構(gòu)建，從而將高頻影響最小化。

4.3.2 諧振電容

諧振電容器的大小可以確保主開關(guān)的可控 dv/dt。高效諧振電容器的電容應(yīng)為 MOSFET 電容與外部節(jié)點電容之和。APT5020BN 的輸出電