用于通信電源中的零電壓準諧振開關變換器

摘要：分析零電壓準諧振開關變換器的基本工作原理，同時介紹PFM控制器UC1864。實踐證明，采用這種軟開關技術設計的通信開關電源，具有良好的性能。

關鍵詞：軟開關準諧振變換器脈頻調制

The Application of Zero－ voltage Quasi－ resonant Switching Converter

in Telecommunication Power Supplies

Abstract:The paper analyzes the basic principle of zero－ voltage quasi－ resonant switching converter,and introduces PFM controller UC1864.The experimentation results that the sort of soft－ switching control technology has the good characteristics to the telecommunication switching mode power supply.

Keyword:Soft－ switching Quasi－ resonant converter PFM

1引言

　　隨著電子應用技術的迅速發展，要求電子儀器和設備的可靠性不斷提高、功能不斷增加、使用趨向自動化及智能化、體積小型化。這樣開關電源的優勢便顯示出來，它已廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備中，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的支撐。另一方面，由于集成電路技術的普及應用，也促進了電子設備的小型化和多功能化，使成本不斷降低。但限制開關電源體積減小和重量減輕，主要是開關電源的變壓器、電抗器等磁性元件和平滑波形的電容器。雖說可通過提高開關頻率減小磁性元件和平滑電容器的尺寸，但卻帶來元器件損耗增大、溫升增高。同時開關頻率提高后，受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產生浪涌或噪聲。這樣，不僅會影響周圍電子設備，而且還會大大降低電源裝置本身的可靠性。目前，提高開關電源工作頻率的一種最有效的方法，是采用軟開關技術，即在開關管導通時加在開關兩端的電壓或通過開關的電流呈正弦波，這樣既可減少開關損耗，同時也可以控制浪涌的發生，使得噪聲很小。

　　基于以上考慮，通信車載電源的研制，采用了零電壓準諧振式開關變換器，使整個電源達到體積小、重量輕、電磁兼容性好、成本低、可靠性高等特點。

圖1整機電路原理框圖

2系統總體框圖及控制原理

　　整機電路可以分成如圖1所示的兩大部分。

　　輸入直流13．5V電源經輸入保護、輸入濾波給開關電路提供直流電壓和脈動電流。開關電路由控制電路提供脈頻可調的信號，控制開關管的通斷，將直流電壓變換成為交變電壓，再經輸出整流濾波電路平滑成低紋波的26V直流輸出電壓。

　　控制電路由脈頻調制（PFM）電路、電壓采樣、保護電路等組成。電壓采樣電路將取出與輸出電壓成正比的信號，送至脈頻調制電路，調整開關管的脈沖頻率，達到穩定輸出的目的。電路的保護功能，是當檢測到開關管有過流、輸入電壓欠壓或極性接反，立即關斷輸入電壓及PFM控制信號，從而實現對電源本身和負載的保護措施。

3零電壓準諧振電路

3．1準諧振電路結構

　　主開關電路為零電壓半波準諧振升壓變換器，如圖2所示。

圖2零電壓半波諧振升壓變換器電路

　　設計零電壓準諧振電路有兩種方式：一是全波型，二是半波型。零電壓準諧振電路的全波型比半波型多串聯了一個反向二極管。在開關過程中，全波型串聯二極管起到反向電流阻止作用，但開關中的結電容的能量在開關關斷期間被儲存，在開關導通期間承受電容導通的損耗，這在高頻下工作是不利的，所以準諧振變換器的方式，在高頻情況下一般選擇零電壓半波準諧振變換器電路。

3．2基本工作原理

　　準諧振變換器的特性受諧振電路中Lr、Cr的影響很大，分析工作原理時，需引入下述參數：　特性阻抗　規一化開關頻率　規一化負載電阻　諧振角頻率

　　電壓變比n=UO/Ui

　　零電壓半波準諧振變換器，在穩態工作下，一個完整的開關周期可分為四個階段，其等效電路如圖3所示。

圖3零電壓準諧振變換器的等效電路

圖4零電壓準諧振變換器的典型波形