我們可以通過(guò)減少變壓器的繞組匝數(shù)和金減小鐵心尺寸來(lái)提高工作頻率，但在提高開關(guān)頻率的同時(shí)，開關(guān)損耗會(huì)隨之新增，電路效率會(huì)嚴(yán)重下降。針對(duì)這些問(wèn)題出現(xiàn)了軟開關(guān)技術(shù)，它利用以諧振為主的輔助換流手段，解決了電路中的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問(wèn)題，使開關(guān)電源能高頻高效地運(yùn)行，從20世紀(jì)70年代以來(lái)國(guó)內(nèi)外就開始不斷研究高頻軟開關(guān)技術(shù)，目前已比較成熟，下面以方法中2KW的電源為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1設(shè)計(jì)內(nèi)容和方法

1.1主電路型式的選擇

變換電路的型式重要根據(jù)負(fù)載要求和給定電源電壓等技術(shù)條件進(jìn)行選擇。在幾種常用的變換電路中，因?yàn)榘霕?、全橋變換電路功率開關(guān)管承受的電壓比推挽變換電路低一倍，由于市電電壓較高，所以不選推挽變換電路。半橋變換電路與全橋變換電路在輸出同樣功率時(shí)，半橋變換電路的功率開關(guān)管承受二倍的工作電流，不易選管，輸出功率較全橋小，所以采用全橋變換電路。

傳統(tǒng)的全橋變換電路開關(guān)元件在電壓很高或電流很大的條件下，在門極的控制下開通或關(guān)斷，開關(guān)過(guò)程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)重疊，導(dǎo)致了開關(guān)損耗。開關(guān)損耗隨開關(guān)頻率新增而急劇上升，使電路效率下降，阻礙了開關(guān)頻率的提高。在移相控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用功率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)。由于減少了開關(guān)過(guò)程損耗，變換效率可達(dá)80%-90%,并且不會(huì)發(fā)生開關(guān)應(yīng)力過(guò)大。所以選用移相控制全橋型零電壓開關(guān)脈寬調(diào)制(pSCFBZVS-pWM)變換電路。

移相控制全橋變換電路是目前應(yīng)用最為廣泛的軟開關(guān)電路之一，它的特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的硬開關(guān)電路相比，并沒(méi)有新增輔助開關(guān)等元件。原理如圖1所示，重要由四個(gè)相同的功率管和一個(gè)高頻變壓器壓器組成。E為輸入直流電壓，T1~T4為開關(guān)管，D1~D4為體內(nèi)二極管，C1~C4為開關(guān)的輸出電容。以第一個(gè)橋臂為例介紹，利用變壓器漏感和功率輸出電容C1諧振，漏感儲(chǔ)能向電容C1釋放過(guò)程中，使電容上的電壓逐步下降到零，體內(nèi)二極管D1開通，創(chuàng)造了T1的ZVS條件。

圖1移相控制全橋變換電路原理圖1.2控制方式

控制方式是指變換器控制電路通過(guò)何種途徑控制主電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制目的，達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓或穩(wěn)流的要求。傳統(tǒng)的pWM型電子開關(guān)開通和關(guān)斷開關(guān)上同時(shí)存在電壓、電流，損耗比較大，零電壓開關(guān)-脈寬調(diào)制變換器(ZVS-pWM)是電子開關(guān)在兩端電壓為零時(shí)導(dǎo)通電流為零時(shí)關(guān)斷，開通、關(guān)斷損耗理想值為零。在此選用典型的UC3875構(gòu)成的移相控制全橋零電壓開關(guān)-脈寬調(diào)制變換電路。

2UC3875芯片控制電路的設(shè)計(jì)

2.1UC3875控制芯片

UC3875是美國(guó)UNITRODE公司針對(duì)移相控制方法推出的專用芯片。UC3875可對(duì)全橋開關(guān)的相位進(jìn)行相位移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)定頻脈寬調(diào)制控制。UC3875其外型有20引腳封裝和28引腳封裝，在此以20引腳為例介紹一下該器件。

2.2內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖和管腳功能

圖2UC3875內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖

2.3控制電路

控制電路的原理圖重要部分如圖3所示。UC3875的核心是相位調(diào)制器，其13腳B輸出信號(hào)與14腳A輸出信號(hào)反相，9腳C輸出信號(hào)與8腳D輸出信號(hào)反相，這四個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)擴(kuò)流后由驅(qū)動(dòng)變壓器去驅(qū)動(dòng)~MOS管。相位控制的特點(diǎn)體現(xiàn)在UC3875的四個(gè)輸出端具有相同的驅(qū)動(dòng)脈沖分別驅(qū)動(dòng)A/B、C/D兩個(gè)半橋，通過(guò)移相錯(cuò)位控制有源時(shí)間，使全橋的四個(gè)開關(guān)輪流導(dǎo)通。每個(gè)輸出級(jí)導(dǎo)通前都有一個(gè)死區(qū)，而且可以調(diào)整死區(qū)時(shí)間。在該死區(qū)時(shí)間內(nèi)確保下一個(gè)功率開關(guān)器件的輸出電容放電完畢，為即將導(dǎo)通的開關(guān)器件供應(yīng)電壓開通條件。因此，每對(duì)輸出級(jí)(A/B,C/D)的諧振開關(guān)用途時(shí)間，可以單獨(dú)控制。在全橋變換拓?fù)淠Ｊ较?，移相控制的?yōu)點(diǎn)得到最充分的體現(xiàn)。UC3875在電壓模式和電流模式下均可工作，并具有過(guò)電流關(guān)斷以實(shí)現(xiàn)故障的快速保護(hù)。

圖3控制電路原理圖3移相控制全橋電路的波形分析

3.1移相控制全橋電路的控制方式有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)在同一開關(guān)周期Ts內(nèi)，每一個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通的時(shí)間略小于Ts/2，而關(guān)斷時(shí)間都略大于Ts/2.

(2)同一個(gè)半橋中上下兩個(gè)開關(guān)不能同時(shí)處于通態(tài)，每一個(gè)開關(guān)關(guān)斷到另一個(gè)開關(guān)開通都要經(jīng)過(guò)一定的死區(qū)時(shí)間。

(3)比較互為對(duì)角的兩對(duì)開關(guān)T1、T2和T3、T4開關(guān)函數(shù)波形，T1的波形比T2超前0~Ts/2時(shí)間，而T3的波形比T4超前0~Ts/2時(shí)間，因此T1和T3稱為超前橋臂，而T2和T4稱為滯后橋臂。

3.2移相控制全橋電路的控制波形圖

移相控制全橋電路的控制波形如下圖4所示。

圖4移相控制全橋電路的控制波形圖

4結(jié)束語(yǔ)

本文提出了由UC3875芯片作為控制電路的2KW移相控制全橋變換(pSCFBZVS-pWM)軟開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法，由于開關(guān)管在ZVS條件下運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)高頻化，而且控制簡(jiǎn)單，性能可靠，適用于大功率場(chǎng)合。通過(guò)驗(yàn)證，該方法中所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源，不僅能保持恒頻運(yùn)行，不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)大電壓、大電流，減少了開關(guān)所受的應(yīng)力；而且還實(shí)現(xiàn)了高效化，大大減小了電源的體積，具有較高的實(shí)用性。