移相式零電壓軟開關變換器與UC3875的應用

摘要：介紹開關電源的發展過程及其主要發展方向，著重介紹移相式軟開關變換器的工作原理和工作過程，以及UC3875的應用。

關 鍵 詞 ： 軟 開 關 諧 振 變 換 器 移 相 式 零 電 壓 變 換 器

The Application of Phsae shifting ZVS Soft switching Converter And UC3875

Abstract: The course and the trend of development of swithing power supply are introduced in this paper.The principle and the process of phase shifting soft switching converter and application of UC3875 are analyzed emphatically.

Keywords: Soft switching, Resonant converter, Phase shifting zero voltage converter

中圖法分類號：TN86文獻標識碼：A文章編號：02192713(2000)1156903

1引言

從傳統的線性電源到目前的開關電源，尤其從70年代以來大規模集成電路技術的發展，使開關電源有了質的飛躍，從而在電源產品中掀起了一股高頻化、小型化、模塊化的浪潮。目前，開關電源的體積主要還是由電容、電感和變壓器等儲能元件決定，因而開關電源的小型化，實質上就是一個減小儲能元件體積的過程。在一定頻率范圍之內，開關頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感和變壓器的體積，還能抑制干擾，改善系統的動態性能，因而，高頻化是開關電源的主要發展方向。

開關電源出現之后，最流行的是硬開關變換器，但由于開關管在導通和關斷過程中損耗，隨開關頻率的提高而增大，因此硬開關變換器限制了開關電源頻率的提高，同時電路中的寄生電感和寄生電容在高頻時產生嚴重的電壓尖峰和浪涌電流，如圖1所示。

為了實現開關變換器的高頻化需要著重解決的問題是實現零電壓或零電流開關，以減小開關損耗，盡可能減小開關浪涌，為此先后出現了諧振變換器，但是諧振變換器是通過頻率調制的，為了在輸入電壓和負載變化范圍內調節輸出電壓，必須要求很寬的開關頻率范圍，這就使得濾波器的優化設計十分困難，使磁性元件的利用率減小，因此高頻開關變換器主要發展途徑是諧振型和PWM技術的結合，即軟開關PWM技術。利用諧振的形式使開關過程“軟化”，完成開關過渡之后，變換器按PWM型式運行，使環路能量比諧振變換器小得多，而開關損耗降低了，所以它是一種性能優良的軟開關變換器，移相式零電壓軟開關電路就是其中一種。

2移相式零電壓軟開關變換器的工作原理

圖2為移相式零電壓軟開關變換器原理圖，圖中LR由兩部分組成，一是外加諧振電感；二是變壓器的漏感，CR由變壓器的寄生電容和外加電容組成。

移相式零電壓軟開關管變換器中每只開關管具有相同寬度的驅動脈沖，通過移相錯位控制有源時間，從而達到穩定輸出電壓的目的。當一個開關管關斷時，變壓器的初級電流給關斷的開關管的并聯電容充電，同時使同一橋臂即將開通的開關管的并聯電容放電，當關斷的開關管并聯電容充到電源電壓時，即將開通的開關管反并聯二極管自然導通，這時開通開關管，則該管就是零電壓開通。而開關管在關斷時，由于它有并聯電容，這樣開關管是零電壓關斷，因此在這種移相式控制方式下，開關管是在零電壓下開關的，其驅動波形如圖3所示：

圖中陰影部分為傳輸能量的有源時間，固定SA、SB的相位，移動SD、SC的相位，即可達到調整有源時間的目的，這樣SD（SC）開通時，SA（SB）未導通，沒有電流流過，SD（SC）沒有開通損耗，僅SA（SB）有；SD（SC）關斷時，SA（SB）未關斷，SA（SB）漏源極無電壓變化，沒有開通損耗，僅SD（SC）有。

圖1開關時的電壓尖峰和浪涌電流

（a）導通過程（b）關斷過程

（c）導通過程對應電流波形（d）關斷過程對應電壓波形

圖2移相式零電壓軟開關變換器電路圖