1kW移相全桥直流变换器设计.doc
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1、 目录一,设计内容和要求31.1 主电路参数31.2 设计内容31.3 仿真波形3二,设计方案32.1 主电路工作原理32.2 芯片说明42.2.1采用的芯片说明42.2.2 UCC3895引脚说明52.2.3 UCC3895工作原理6图2-4 基于ucc3895芯片的控制电路图82.3控制电路设计8三,设计论述83.1电路参数设计:83.1.1 主电路参数:83.1.2 变压器的设计93.1.3 输出滤波电感的设计103.1.4 功率器件的选择113.1.5 谐振电感的设计123.1.6 输出滤波电容和输入电容和选择13四,仿真设计14五,结论15六,参考文献16一,设计内容和要求 1.1
2、主电路参数 Vin=300VDC,Vo=48VDC,Po=1kW,fs=100kHz,输出电压纹波为0.1V 1.2 设计内容 主电路:选择开关管、整流二极管型号,计算滤波电感感值、滤波电容容值,谐振电感感值、占空比、变压器匝比等电路参数。 控制电路:UCC3895芯片周边元器件参数 1.3 仿真波形 给出仿真电路,得到仿真波形二,设计方案 2.1 主电路工作原理 控制主要有两种:双极性控制和移相控制,本设计主要使用移相控制。由图2-2可见,电路结构与普通双极性PWM变换器类似。Q1、D1和Q4、D4组成超前桥臂、Q2、D2和Q3、D3组成滞后桥臂;C1C4分别是Q1Q4的谐振电容,包括寄生电
3、容和外接电容;Lr是谐振电感,包括变压器的漏感;T副方和DR1、DR2组成全波整流电路,Lf、Cf组成输出滤波器,R1是负载。Q1和Q3分别超前Q4和Q2一定相位(即移相角),通过调节移相角的大小来调节输出电压。由图2可见,在一个开关周期中,移相全桥ZVSPWMDC-DC变换器有12种开关模态,通过控制4个开关管Q1Q4在A、B两点得到一个幅值为Vin的交流方波电压;经过高频变压器的隔离变压后,在变压器副方得到一个幅值为VinK的交流方波电压,然后通过由DR1和DR2构成的输出整流桥,得到幅值为VinK的直流方波电压。这个直流方波电压经过Lf和Cf组成的输出滤波器后成为一个平直的直流电压,其电
4、压值为Uo=DVinK(D是占空比)。Ton是导通时间Ts是开关周期(T=t12-t0)。通过调节占空比D来调节输出电压Uo。 图2-2 移相控制电路 电路说明:1、与双极性控制相比,每个开关管并联一个电容。采用MOSFET时,不需要另外并电容和二极管。2、增加一个谐振电感Llk。3、利用电感和电容的谐振实现开关管软开关。4、每个开关管导通时间接近180,同一桥臂两个开关管互补导通, Q1、Q3为超前桥臂, Q2、Q4为滞后桥臂,超前桥臂超前滞后桥臂一定角度。 2.2 芯片说明 2.2.1采用的芯片说明 UCC3895是美国德州仪器公司生产的移相谐振全桥软开关控制器,该系列控制器采用了先进的B
5、CDMOS技术。最高工作频率可以达到1MHz。该控制器将定频PWM技术与零电压开关技术结合在一起,使变换器在高频下的转换效率大大提高。UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列移相全桥PWM控制器相同,只是在控制电路、延迟设置和关断功能等方面进行了改进。另外,由于采用BCDMOS工艺,与UC3875和UC3879相比,其偏置电流显着降低。 UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列控制器完全相同,同时增加了一些新的功能。主要有以下特点: (1)输出导通延迟时间编程可控;(2)自适应延迟时间设置功能;(3)双向振荡器同步功能;(4)电压模式控制或电流模式控
6、制;(5)软启动/软关机和控制器片选功能编程可控,单引脚控制;(6)占空比控制范围0100;(7)内置7MHz误差放大器;(8)最高工作频率达到1MHz;(9)工作电流低,500KHz下的工作电流仅为5mA;(10)欠压锁定状态下的电流仅为150A。2.2.2 UCC3895引脚说明UCC3895和UCC2895移相谐振全桥软开关控制器采用SOIC-20、PDIP-20、TSSOP-20和PLCC-20四种封装形式, UCC1895采用CDIP-20和CLCC-20两种封装形式。下面以PDIP-20为例进行介绍,其引脚排列如图2-1所示。图 2-3 1、20、2:分别为运放的反向输入、同相输入
7、和输出端。3: PWM比较器的反相输入端。采用平均电流型控制时,接振荡器定时电容CT端,采用峰值控制时,接电流采样信号(加上斜率补偿信号)4: 5V基准电压,可为内部供电,也可为外部提供5mA电流,使用时可接0.1uF电容到地5:接地端6:振荡器同步端,多台电源同步工作时使用。7:振荡器定时电容,产生锯齿波。8:振荡器定时电阻,40120k之间,控制定时电容充放电。9、10:分别调整A和B,以及C和D之间的死区时间11:自适应延时设定,设定最大和最小可调输出延时死去时间的比率,接CS时不延时,接地延时最长。12:电流采样端13、14、17、18:AD驱动输出端,A和B互补,接一个桥臂,C和D互
8、补接另一个桥臂,AC之间有相移,BD之间也有相移。15:电源端,接15V左右电压,另接1uF旁路电容到地。16:接地端,与5接在一起。19:软启动/关断端,当其电压低于0.5V,或ref脚低于4V,或VDD脚低于欠压封锁门限电压时,使3895快速关断。启动时间由外接电阻和电容决定。 2.2.3 UCC3895工作原理UCC3895是采用BCDMOS工艺制作的移相全桥PWM控制器,最高工作频率可以达到1MHz。该控制器将定频PWM技术与零电压开关技术结合在一起,使变换器在高频下的转换效率大大提高。UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列移相全桥PWM控制器相同,只是在控制电
9、路、延迟设置和关断功能等方面进行了改进。另外,由于采用BCDMOS工艺,与UC3875和UC3879相比,其偏置电流显着降低。UCC3895内部集成了精密基准电源、高频振荡器、软启动电路、过流保护电路、电流检测电路、空载比较器、欠压锁定电路、驱动输出电路、基准电压监测电路、延迟设置电路、禁止状态比较器、PWM锁存器、D触发器等,其原理框图如图所示。UCC3895图2-4 基于ucc3895芯片的控制电路图 2.3控制电路设计 如图2-4所示三,设计论述 3.1电路参数设计: 3.1.1 主电路参数: Vin=300VDC,Vo=48VDC,Po=1kW,fs=100kHz,输出电压纹波为0.1
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