移相全橋ZVS變換器的原理與設計

摘要：介紹移相全橋ZVS變換器的原理，并用UC3875控制器研制成功3kW移相全橋零電壓高頻通信開關電源。

關鍵詞：移相全橋零電流開關零電壓開關準諧振

The Principle and Design of Phase shifted Full bridge Zero voltage Convertor

Abstract： The paper introduces the principle of phase shifted full bridge zero voltage switching convertor.A 3kw full bridge ZVS convertor was developed using UC3875 controller.

Keywords: Phase shifted full bridge, ZCS, ZVS, Quasi resonance

中圖法分類號：TN86文獻標識碼：A文章編號：02192713(2000)1157203

1引言

　　傳統的全橋PWM變換器適用于輸出低電壓(例如5V)、大功率(例如1kW)的情況，以及電源電壓和負載電流變化大的場合。其特點是開關頻率固定，便于控制。為了提高變換器的功率密度，減少單位輸出功率的體積和重量，需要將開關頻率提高到1MHz級水平。為避免開關過程中的損耗隨頻率增加而急劇上升，在移相控制技術的基礎上，利用功率MOS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PWM變換器四個開關管依次在零電壓下導通，實現恒頻軟開關，這種技術稱為ZVS零電壓準諧振技術。由于減少了開關過程損耗，可保證整個變換器總體效率達90％以上，我們以Unitrode公司UC3875為控制芯片研制了零電壓準諧振高頻開關電源樣機。本文就研制過程，研制中出現的問題及其改進進行論述。

2準諧振開關電源的組成

　　ZVS準諧振高頻開關電源是一個完整的閉環系統，它包括主電路、控制電路及CPU通訊和保護電路，如圖1所示。

　　從圖1可以看出準諧振開關電源的組成與傳統PWM開關電源的結構極其相似，不同的是它在DC/DC變換電路中采用了軟開關技術，即準諧振變換器（QRC）。它是在PWM型開關變換器基礎上適當地加上諧振電感和諧振電容而形成的，由于運行中，工作在諧振狀態的時間只占開關周期的一部分，其余時間都是運行在非諧振狀態，所以稱為“準諧振”變換器。準揩振變換器又分為兩種，一種是零電流開關（ZCS）,一種是零電壓開關（ZVS），零電流開關準諧振變換器的特點是保證運行中的開關管在斷開信號到來之前，管中電流下降到零。零電壓開關準諧振的特點是保證運行中的開關管在開通信號到來之前，管子兩端的電壓已經下降到零。

3零電壓準諧振變換器的工作原理

　　全橋零電壓準諧振變換器的主電路如圖2所示。Uin為PFC電路輸出的直流電壓(400V)，S1～S4為功率開關管，其體二極管為D1～D4，圖中未畫出其體電容C1～C4，Lr為變壓器T1初級串聯諧振電感，（包括變壓器的漏感），C為防止變壓器因偏磁而飽和的隔直電容，T2為電流互感器，用于檢測。當變換器過流時，保護電路切斷驅動信號，保護功率器件。變壓器次級電壓經過D5、D6整流和輸出LC濾波器給負載供電。圖3給出了變壓器初級電壓UP、次級電壓US和初級電流ip的波形圖。ZVS變換器一周期內可分為六個運行模式，如表1所示。圖3中設t表1ZVS變換器一周期內運行模式

圖13kW通信開關電源方框圖

圖2移相全橋ZVS變換器控制和輸出電路原理圖

圖3全橋ZVSPWM變換器的主要波形

圖4移相PWM轉換器控制和驅動原理圖