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1、目录,一 移相全桥原理简述 二 控制芯片UCC3895简介 三 器件应力分析 四 磁性器件设计五 应用中出现的问题六 参考资料,简要叙述了移相全桥的工作原理、控制芯片的主要功能,主要在于分析功率器件的应力、磁性器件设计、效率优化、应用实例等,力求直观、言之有物,对移相全桥拓扑及其外围电路有一定的感性认识。一移相全桥原理简述: 移相控制零电压开关PWM DC/DC全桥变换器(Phase-shifted zero-voltage-switching pwm dc/dc full-bridge converter,PS ZVS FB Converter) 利用原边串联谐振电感和功率管的寄生电容来实现

2、开关管的零电压开关,其电路结构如下:,每个桥臂的两个功率管成180度互补导通,为避免出现共态导通现象,电路中会增加适当的死区时间。每个功率管的导通时间固定,而两个桥臂的导通角相差一个相位,即移相角,通过调节移相角的大小,来控制占空比,从而调节输出电压。可参考如下波形:,波形解释:Q39、Q40为超前桥臂;Q37、Q38为滞后桥臂Q39比Q38提前导通,提前关断;Q40比Q37提前导通,提前关断。,当对角管Q39和Q38,或Q40和Q37同时导通时,初级才存在正向(或负向)的方波电压。由电感公式UL*dI/dt可知,初级电流线性变化。Q39提前关断,Q40的DS电压会下降,初级电流需抽走Q40的

3、DS结电容的电荷,同时给Q39的结电容充电。当Q40的DS电压下降为负压时,Q40的体二极管导通,DS电压被箝位,近似为零。如果此时给出Q40驱动,就能实现ZVS。,根据上述分析,有3个方法,有利于实现ZVS:1.增加励磁电流2.加大谐振电感3.增加死区时间,ZVS示意波形可参考如下:,Q40和Q38同时导通时,初级变压器绕组上的电压为零,不传送能量。要保持电感电流不变,初级电流处于环流状态,存在较大的导通损耗,电流再次下降。 当Q37、Q40同时导通时,由于初级电流减小,次级绕组无法完全提供负载电流,次级的两个整流二极管同时处于导通、续流状态,次级绕组短路。因此,初级的方波电压完全施加与谐振

4、电感上,此时副边存在占空比丢失现象。 上面简要描述了一个桥臂的工作过程,另一个桥臂工作状态相同,不再叙述。,小结:,1. 移相全桥工作与零电压开关,极大的减小了开关损耗,有利于提高开关频率,减小电源的体积和重量。2. 超前桥臂比滞后桥臂容易实现零电压开关。3. 由于谐振电感串联于主回路中,副边存在占空比丢失现象。 更深入的理论分析可参考文献1(P208221).,二控制芯片UCC3895简介:,简要介绍部分引脚的功能及设计时的注意事项:,Pin15:VCC Pin9/Pin10:死区控制 电阻RDEL越大,死区时间越长。 一般情况下,空载状态,超前桥臂死区时间约为150ns,滞后桥臂设置为30

5、0ns。滞后桥臂较超前桥臂难实现ZVS,这里的死区时间相应增大。需实际测试驱动、DS波形,来确认上述设计的可行性。,Pin11 ADS 可变死区设置较大的死区时间会减小占空比的利用率,降低变换器的效率。UCC3895集成了死区调节功能,即在负载增大时,减小死区时间,提高重载时的占空比利用率。通过合理设置PIN12、PIN11之间的电阻比值,可以提供可变的死区时间,如下图所示:,PIN7、PIN8:用于设置开关频率。PIN4:VREFPIN12:CS+:电流采样, CS+瞬态超过2.5V时,芯片所有输出脚复位,重新进入缓启动过程。可以用于过功率保护。 合理设置此处的参数,使MOSFET避免承受过

6、大的瞬态电流应力。PIN3:RAMP可用于恒功率保护。,三、器件应力分析:,通过实测数据来了解器件承受的应力、及其波形,加深对其工作原理的认识。Q37、Q40:全桥MOSFET; D37、D39::吸收二极管;D17、D26: 次级整流二极管,1.电压应力:,2.电流应力:,3.电阻功耗:,3.1关于电阻功耗的测试方法问题:,该电阻两端的电压都是突变的,探头的寄生电容影响较大,因此,通过测试电压有效值,来计算其功耗时,会产生较大的偏差,难以接受。这里采用测试电流有效值的方法,是合理的。,测试此类电阻功耗或电压应力时,有必要分析其端电压的特性。一般来说,探头的地线需接到电压稳定点,如初、次级的地

7、,大电容、输出电容的正端等。例如:测试PFC 二极管的电压应力时,地线需接阴极,否则甚至会引起PFC工作不稳定的现象(叫机)。如下图所示:,四、磁性器件设计,简要计算:1.主变压器:双EE4242B,f100KHZ,Ae178mm2,D=0.90,Ton4. 5us,VIN380V,工作于第一、三象限。 N1Vin*Ton/(Ae*B) 380*4.5/(2*0.15*2*178)16TS; 输出可调范围为4458V,过压保护点为58.560.5,保留裕量,取最大输出为60V, 则nVin*D/Vo380*0.9/605.7,所以,次级 匝数:N2=16/5.72.8,取3匝。 绕组线径需按实

8、际输出功率确定。,2.谐振电感:,根据负载条件来选择电感量,理论计算误差较大。一般情况下,半载时,使滞后桥臂工作于ZVS,作为谐振电感感量选取的判定条件。需计算负载突变、输出短路等状态下的磁感应强度,避免进入饱和状态。这里选用绕线0.1*100*3,磁芯为EER2834, 9匝,感量810uH。测得其磁感应强度如下:BmaxLIp(NAe),五应用中出现的问题:,1.高温下,风扇全速转,其启动冲击电流过大,使供电VCC出现较大幅值的跌落,最低下跌到9.24V,如下图所示:,而全桥芯片UCC3895的最大关断电压为9.8V,芯片重启,使输出出现异常。芯片VCC的启动门限规格如下: 具体参考附件:,六.参考资料,1.直流开关电源的软开关技术;2. UCC3895 ,Datasheet;3. E472电源评估报告。,THE ENDTHANK YOU!,

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