移相式零電壓軟開(kāi)關(guān)變換器與UC3875的應(yīng)用

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

關(guān) 鍵 詞 ： 軟 開(kāi) 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(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：02192713(2000)1156903

1引言

從傳統(tǒng)的線性電源到目前的開(kāi)關(guān)電源，尤其從70年代以來(lái)大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的體積主要還是由電容、電感和變壓器等儲(chǔ)能元件決定，因而開(kāi)關(guān)電源的小型化，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)減小儲(chǔ)能元件體積的過(guò)程。在一定頻率范圍之內(nèi)，開(kāi)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(dòng)態(tài)性能，因而，高頻化是開(kāi)關(guān)電源的主要發(fā)展方向。

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

為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)變換器的高頻化需要著重解決的問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流開(kāi)關(guān)，以減小開(kāi)關(guān)損耗，盡可能減小開(kāi)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(guò)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(kāi)關(guān)頻率范圍，這就使得濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)十分困難，使磁性元件的利用率減小，因此高頻開(kāi)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(kāi)關(guān)PWM技術(shù)。利用諧振的形式使開(kāi)關(guān)過(guò)程“軟化”，完成開(kāi)關(guān)過(guò)渡之后，變換器按PWM型式運(yùn)行，使環(huán)路能量比諧振變換器小得多，而開(kāi)關(guān)損耗降低了，所以它是一種性能優(yōu)良的軟開(kāi)關(guān)變換器，移相式零電壓軟開(kāi)關(guān)電路就是其中一種。

2移相式零電壓軟開(kāi)關(guān)變換器的工作原理

圖2為移相式零電壓軟開(kāi)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(kāi)關(guān)管變換器中每只開(kāi)關(guān)管具有相同寬度的驅(qū)動(dòng)脈沖，通過(guò)移相錯(cuò)位控制有源時(shí)間，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器的初級(jí)電流給關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管的并聯(lián)電容充電，同時(shí)使同一橋臂即將開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管的并聯(lián)電容放電，當(dāng)關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容充到電源電壓時(shí)，即將開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管反并聯(lián)二極管自然導(dǎo)通，這時(shí)開(kāi)通開(kāi)關(guān)管，則該管就是零電壓開(kāi)通。而開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷時(shí)，由于它有并聯(lián)電容，這樣開(kāi)關(guān)管是零電壓關(guān)斷，因此在這種移相式控制方式下，開(kāi)關(guān)管是在零電壓下開(kāi)關(guān)的，其驅(qū)動(dòng)波形如圖3所示：

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

圖1開(kāi)關(guān)時(shí)的電壓尖峰和浪涌電流

（a）導(dǎo)通過(guò)程（b）關(guān)斷過(guò)程

（c）導(dǎo)通過(guò)程對(duì)應(yīng)電流波形（d）關(guān)斷過(guò)程對(duì)應(yīng)電壓波形

圖2移相式零電壓軟開(kāi)關(guān)變換器電路圖