UC3875芯片控制2KW高頻開關電源電路設計

我們可以通過減少變壓器的繞組匝數(shù)和金減小鐵心尺寸來提高工作頻率，但在提高開關頻率的同時，開關損耗會隨之增加，電路效率會嚴重下降。針對這些問題出現(xiàn)了軟開關技術，它利用以諧振為主的輔助換流手段，解決了電路中的開關損耗和開關噪聲問題，使開關電源能高頻高效地運行，從20世紀70年代以來國內外就開始不斷研究高頻軟開關技術，目前已比較成熟，下面以方案中2KW的電源為例進行設計。

1 設計內容和方法

1.1 主電路型式的選擇

變換電路的型式主要根據負載要求和給定電源電壓等技術條件進行選擇。在幾種常用的變換電路中，因為半橋、全橋變換電路功率開關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，半橋變換電路的功率開關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斷，開關過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)重疊，導致了開關損耗。開關損耗隨開關頻率增加而急劇上升，使電路效率下降，阻礙了開關頻率的提高。在移相控制技術的基礎上，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，使全橋變換器四個開關管依次在零電壓下導通，實現(xiàn)恒頻軟開關。由于減少了開關過程損耗，變換效率可達80%-90%,并且不會發(fā)生開關應力過大。所以選用移相控制全橋型零電壓開關脈寬調制(PSC FB ZVS-PWM)變換電路。

移相控制全橋變換電路是目前應用最為廣泛的軟開關電路之一，它的特點是電路簡單，與傳統(tǒng)的硬開關電路相比，并沒有增加輔助開關等元件。原理如圖1所示，主要由四個相同的功率管和一個高頻變壓器壓器組成。E為輸入直流電壓， T1~T4 為開關管， D1~D4 為體內二極管，C1 ~C4 為開關的輸出電容。以第一個橋臂為例介紹，利用變壓器漏感和功率輸出電容C1 諧振，漏感儲能向電容 C1釋放過程中，使電容上的電壓逐步下降到零，體內二極管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何種途徑控制主電路實現(xiàn)自動控制目的，達到自動穩(wěn)壓或穩(wěn)流的要求。傳統(tǒng)的PWM型電子開關開通和關斷開關上同時存在電壓、電流，損耗比較大，零電壓開關-脈寬調制變換器(ZVS-PWM)是電子開關在兩端電壓為零時導通電流為零時關斷，開通、關斷損耗理想值為零。在此選用典型的UC3875構成的移相控制全橋零電壓開關-脈寬調制變換電路。

2 UC3875芯片控制電路的設計

2.1 UC3875控制芯片

UC3875是美國UNITRODE公司針對移相控制方案推出的專用芯片。UC3875可對全橋開關的相位進行相位移動，實現(xiàn)定頻脈寬調制控制。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 內部結構方框圖和管腳功能

圖2 UC3875內部結構方框圖

2.3 控制電路

控制電路的原理圖主要部分如圖3所示。 UC3875的核心是相位調制器， 其13腳B輸出信號與14腳A輸出信號反相， 9腳C輸出信號與8腳D輸出信號反相， 這四個驅動信號經擴流后由驅動變壓器去驅動 ~ MOS管。相位控制的特點體現(xiàn)在UC3875的四個輸出端具有相同的驅動脈沖分別驅動A/B、C/D兩個半橋，通過移相錯位控制有源時間，使全橋的四個開關輪流導通。每個輸出級導通前都有一個死區(qū)，而且可以調整死區(qū)時間。在該死區(qū)時間內確保下一個功率開關器件的輸出電容放電完畢，為即將導通的開關器件提供電壓開通條件。因此，每對輸出級(A/B,C/D)的諧振開關作用時間，可以單獨控制。在全橋變換拓撲模式下，移相控制的優(yōu)點得到最充分的體現(xiàn)。UC3875在電壓模式和電流模式下均可工作，并具有過電流關斷以實現(xiàn)故障的快速保護。