近年来，电力电子技术发展迅速，直流开关电源广泛应用于计算机、航空航天等领域。过去，笨重型、低效电源装置已被小型、高效电源所取代，但是实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性和减小体积和重量，必须实现开关电源的高频化。开关电源的高频化不仅减小了功率变换器的体积，增大了变换器的功率密度和性能价格比，而且极大地提高了瞬时响应速度，抑制了电源所产生的音频噪声，从而已成为新的发展趋势。
然而功率变换器开关频率的进一步提高（传统PWM变换器中开关器件工作在硬开关状态），受以下因素的限制：（1）开通和关断损耗大；（2）感性关断问题；（3）容性开通问题；（4）二极管反向恢复问题；（5）剧烈的di／d和d／d冲击及其产生的电磁干扰（EMI）。而软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一，它应用谐振的原理，使开关器件中的电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时，使器件关断（或电压为零时，使器件开通）从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题，而且还能解决由硬开关引起的EM等问题。综上所述，基于传统的硬开关PWM的开关电源有不合理的地方，要研究新的更有效的电源控制策略，就是用软开关PWM技术设计开关电源。
本文以一种新型零电流转换（ZCT）全桥DC／DC变换器为主电路拓扑，由UC3875芯片组成的DC／DC变换器作分析研究。
1 UC3875芯片
UC3875单片集成电路是美国UNTRODE公司生产的高性能的专用软开关电源移相PWM控制器。它有4个独立的输出驱动端可以直接驱动4只功率开关管，都能单独进行导通延时（即死区时间）的调节，对于辅助开关管可以用相应的主开关管信号处理调节后进行控制。
UC3875移相控制器的特点是：在相控范围两端的控制性能优异，且具有完成有效控制、保护和驱动的功能。芯片的保护功能包括：欠电压锁定，即芯片的偏置电压在达到阈值（10．75V）之前，其4个输出端均保持低的有源输出状态，内置的1．5V滞后使工作可靠；具有过电流保护，一旦出现故障，该保护电路可在70ns之内关断所有输出端；故障处理可在全周期范围内再启动。此外该芯片还自带带宽超过7MHz的误差放大器，1个5V基准电压，软启动，1个斜坡电压发生器和斜率补偿电路。该器件具有欠电压封锁功能。发生欠电压封锁时，所有输出端均为低电平，一直到电源电压达到10．75V门限值。为了提高欠电压封锁的可靠性，通常欠电压封锁门限制滞后1．5V，即当电源电压下降到9．25V时，欠电压封锁电路仍工作。该器件还具有过电流保护功能，过电流故障发生后70ns内，全部输出级都能转入判断状态。过电流故障消除后，器件能重新开始工作。
表l为该芯片的引脚对照表：
然而功率变换器开关频率的进一步提高（传统PWM变换器中开关器件工作在硬开关状态），受以下因素的限制：（1）开通和关断损耗大；（2）感性关断问题；（3）容性开通问题；（4）二极管反向恢复问题；（5）剧烈的di／d和d／d冲击及其产生的电磁干扰（EMI）。而软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一，它应用谐振的原理，使开关器件中的电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时，使器件关断（或电压为零时，使器件开通）从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题，而且还能解决由硬开关引起的EM等问题。综上所述，基于传统的硬开关PWM的开关电源有不合理的地方，要研究新的更有效的电源控制策略，就是用软开关PWM技术设计开关电源。
本文以一种新型零电流转换（ZCT）全桥DC／DC变换器为主电路拓扑，由UC3875芯片组成的DC／DC变换器作分析研究。
1 UC3875芯片
UC3875单片集成电路是美国UNTRODE公司生产的高性能的专用软开关电源移相PWM控制器。它有4个独立的输出驱动端可以直接驱动4只功率开关管，都能单独进行导通延时（即死区时间）的调节，对于辅助开关管可以用相应的主开关管信号处理调节后进行控制。
UC3875移相控制器的特点是：在相控范围两端的控制性能优异，且具有完成有效控制、保护和驱动的功能。芯片的保护功能包括：欠电压锁定，即芯片的偏置电压在达到阈值（10．75V）之前，其4个输出端均保持低的有源输出状态，内置的1．5V滞后使工作可靠；具有过电流保护，一旦出现故障，该保护电路可在70ns之内关断所有输出端；故障处理可在全周期范围内再启动。此外该芯片还自带带宽超过7MHz的误差放大器，1个5V基准电压，软启动，1个斜坡电压发生器和斜率补偿电路。该器件具有欠电压封锁功能。发生欠电压封锁时，所有输出端均为低电平，一直到电源电压达到10．75V门限值。为了提高欠电压封锁的可靠性，通常欠电压封锁门限制滞后1．5V，即当电源电压下降到9．25V时，欠电压封锁电路仍工作。该器件还具有过电流保护功能，过电流故障发生后70ns内，全部输出级都能转入判断状态。过电流故障消除后，器件能重新开始工作。
表l为该芯片的引脚对照表：
图1 总体框架图
2 Dc／Dc全桥变换器设计
（1）开关电源结构框图
如图1所示，分析开关电源电路主要包括输入整流滤波电路；检测保护电路；单相桥式逆变电路；高频变压器；辅助电路；输出整流滤波电路等。总体结构框图如图1所示。其主电路主要功能是将22OV／50Hz的交流电源经过变压器后，通过三相整流桥将其变换成直流电，然后再通过电感和电容形成的滤波器，对直流电进行滤波，它一方面可以使直流电的电压变得平滑，另一方面也可以提高输入功率因数。通过整流后可获得310V的直流电压，然后再把这310V电压作为DC／DC变换器的直流输入，经过DC／DC变换器后可得到输出为120V的直流电压。
（2）一种全桥DC／DC变换器的主电路
图2所示为一种新型零电流转换（ZCT）全桥DC／DC变换器的主电路。它在副边采用了一个简单的辅助电路，不仅使主开关管和辅助开关管在整个负载范围内均实现了ZCS，而且还实现了输出整流二极管的软转换。同时辅助电路中的谐振电感也能帮助主开关管和辅助开关管实现软开通。其简单的辅助电路由一个谐振电感厶，谐振电容G，辅助箝位二极管D。和辅助开关S。组成，加在主变压器的次级，以实现主开关的零电流开关。拓扑中Lk是变压器的漏感，是变压器的磁感应电感，D和D。为输出整流二极管。-n、。和，。分别是直流输入、输出电压和输出电流，变压器原边与副边变比为。图3．5为稳态工作时的工作波形。
（3）外电路的设计系统控制电路采用UC3875来实现，其外围电路如图3所示。芯片由+15V／2A电源供电。图3中尺。、C。决定开关频率；由尺、c完成OUTA和OUTB的死区时间设置；尺和C完成OUTC和OUTD的死区时间设置；R。和C。设置锯齿波的斜率和幅值；TEST内接电流比较器，外接电源主电路直流输入检测端，作为一个故障保护电路；由C。完成软启动时间设置；芯片工作于电压控制模式。电压调节器利用UC3875内的误差放大器，输出电压经过可调电阻RV，分压后再经尺t送到误差放大器的反相端，调节RV。可以调节输出电压的反馈系数，从而调节输出电压。5V基准电压经尺。分压后送到误差放大器的同相端作为电压给定信号。R、R。、C。接在误差放大器的反相端和输出端作为补偿网络，构成PI调节器。
3 机仿真分析
图4给出了额定负载下主电路仿真图
图5为开关管S1、S2驱动波形，开关时间即为变换器的一个开关周期10us，从图5中可看出波形互补，为了防止S1、S2管直通，设有死区时间0．5us。
4 结语
本文介绍了UC3 8 7 5芯片及由它控制组成 的一种新型D C ／ D C全桥Z C T软开关电源， 并 进行了实验， 得出以下结论。
（ 1 ） 软开关 D C／ D C变换器控制电路采用 UC 3 8 7 5移相控制芯片， 控制方便， 性能优越。
（ 2 ） 移相控制零电压P WM 变换器工作于 零电压开关条件下， 大大减小了开关损耗， 有利 于提高开关频率， 减小变换器的体积与重量。
点击下载： 一种新型DC／DC全桥ZCT软开关电源的仿真研究
编辑：陈东
