基于UCC3895的移相全橋變換器的設(shè)計(jì)

針對(duì)新型的移相PWM控制器UCC3895,介紹了其基本的功能及與UC3875(79)系列的控制器相比所具有的特點(diǎn)。并將該控制器應(yīng)用于20kHz／500W移相全橋電源,進(jìn)行了開環(huán)和閉環(huán)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所進(jìn)行的設(shè)計(jì)是合理的,UCC,3895有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：移相全橋變換器;UCCt895;設(shè)計(jì)

引言

移相全橋(Full-Bridge,FB)PWM變換器是一種應(yīng)用廣泛,適用于較大功率、低電壓等場(chǎng)合的變換器。該變換器采用PWM移相控制,在不附加其他額外元器件,電路成本和復(fù)雜程度基本不變的情況下,利用變壓器的漏感和功率開關(guān)管的結(jié)電容進(jìn)行諧振,使功率管實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)(ZVS),從而減小了開關(guān)損耗,變換器的效率可大于80％,并且開關(guān)電壓應(yīng)力的減小使得開關(guān)頻率可以進(jìn)一步得到提高,可達(dá)到100 kHz～500 kHz,故該變換器適應(yīng)當(dāng)今開關(guān)電源高頻化、高效化的發(fā)展趨勢(shì),有廣闊的應(yīng)用前景。

實(shí)現(xiàn)全橋變換器的移相PWM控制的方法很多,比如：采用分立器件進(jìn)行邏輯組合,采用專用的集成控制芯片,采用DSP或CPLD數(shù)字實(shí)現(xiàn)等。第一種方法較為復(fù)雜,不利于工業(yè)應(yīng)用,第三種方法的成本相對(duì)較高;而采用專用的集成控制器是電源開發(fā)設(shè)計(jì)者們較多采用的方法。當(dāng)今應(yīng)用較多的移相全橋集成控制芯片主要是UC3879和UC3875／6／7／8系列。UC3879作為UC3875的改進(jìn)型,其工作原理和基本結(jié)構(gòu)是相同的,但在一些功能上進(jìn)行了改進(jìn)。UCC3895是TI公司生產(chǎn)的又一種高性能PWM移相型控制器。它是UC3879的改進(jìn)型,除了具有UC38779的功能外,最大的改進(jìn)是增加了自適應(yīng)死區(qū)設(shè)置,以適應(yīng)負(fù)載變化時(shí)不同的準(zhǔn)諧振軟開關(guān)要求。新增加了PWM軟關(guān)斷能力。同時(shí)由于它采用了BCDMOS工藝,使得它的功耗更小,工作頻率更高,因而更加符合電力電子裝置高效率、高頻率、高可靠的發(fā)展要求。

本文首先介紹了UCC3895的電氣特性、管腳的基本功能及電壓型控制或峰值電流控制的實(shí)現(xiàn)。然后應(yīng)用UCC3895設(shè)計(jì)了220 V輸入、24 V輸出、開關(guān)頻率20kHz、功率500W的移相全橋電源,并給出了開環(huán)和閉環(huán)實(shí)驗(yàn)的主要波形。

1 UCC3895應(yīng)用特性

UCC3895有以下特性：可編程輸出開通延時(shí)和自適應(yīng)延時(shí)設(shè)置;既可用于電流模式,又可用于電壓模式;可實(shí)現(xiàn)輸出脈沖占空比從0％～100％相移控制;內(nèi)置7 MHz帶寬的誤差比較放大器,最高工作頻率1 MHz等。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

腳ADS是該控制芯片新增的控制管腳,其功能是設(shè)置所設(shè)定輸出延時(shí)死區(qū)最大值與最小值之間的比。

當(dāng)腳ADS與電流傳感腳CS直接相連時(shí),延時(shí)死區(qū)時(shí)間最小;當(dāng)腳ADS直接接地時(shí),延時(shí)死區(qū)時(shí)間最大。

腳ADS可通過式(1)所列關(guān)系改變腳DELAB和腳DELCD上的電壓,從而改變輸出延時(shí)。

式中：VDEL為腳DELAB和DELCD上的電壓;
VCS為腳CS上取樣電流的電壓;
VADS為腳ADS上所施加的設(shè)定電壓。

腳CS為電流檢測(cè)比較器的反相輸入端。當(dāng)電路工作在峰值電流模式下時(shí),該引腳信號(hào)可實(shí)現(xiàn)逐個(gè)周期的電流限制功能,同時(shí)在任何情況下當(dāng)電路過流時(shí),芯片立刻封鎖輸出進(jìn)入軟啟動(dòng)周期實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)功能。

腳RAMP、當(dāng)UCC3895工作于電壓或平均電流控制模式下,該腳接振蕩器輸出腳CT時(shí),該引腳接電流信號(hào)腳CS時(shí),則UCC3895工作在峰值電流模式下。

同步振蕩器的工作頻率由定時(shí)電容CT和定時(shí)電阻RT決定。振蕩周期可由式(2)近似得到

同一橋臂上的兩個(gè)管子的死區(qū)延時(shí)時(shí)間可由式(3)確定,

式中：RDEL為腳DELAB與地間所接的電阻。

UCC3895與UC3875、UC3879等傳統(tǒng)的移相控制芯片的參數(shù)比較如表l所列。

從表1可看出UCC3895的功耗明顯減小,相應(yīng)速度最快,但是驅(qū)動(dòng)能力相對(duì)UC3875而言較小,所以在實(shí)際應(yīng)用中還要根據(jù)情況合理選擇芯片。