一种基于2KW高频开关电源的设计

传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下，在门极的控制下开通或关断，开关过程中电压、电流均不为零，出现重叠，导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上，利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗，变换效率可达80%-90%，并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制(PSC FB ZVS-PWM)变换电路。

图1 移相控制全桥变换电路原理图

2.1.1内部结构方框图和管脚功能

内部结构方框图如下图所示：

图2  UC3875内部结构方框图

管脚功能如下：1脚(Vref)，基准电压；2脚(E/A OUT)，误差放大器的反相输出；3脚(E/A-)误差放大器的反相输入；4脚(E/A+)误差放大器的同相输入；5脚(C/S+)电流检测；6脚(SOFRSTART)软起动；7脚(DELAY SET C/D)输出延迟控制；8脚(OUT D)输出D；9脚(OUT C)输出C；10脚(Vcc )电源电压；11脚( Vin)芯片供电电源；12脚(PWR GND)电源地；13脚(OUTB)输出B；14脚(OUTA)输出A；15脚(DELAY SETA/B)输出延迟控制；16脚(FREQ SET)频率设置端；17脚(CLOCK/SYNC)时钟/同步；18脚(SLOPE)陡度；19脚(斜波)20脚(信号地)。

2.1.2 UC3875的工作

1脚输出+5V基准电压，可作为内部或外部电路的其他元件的电源。2脚作为电压反馈控制端，当引输出信号高到一定值时，由内部RS触发器及门电路作用使C输出与A输出反相，即 A、C输出信号移相180度；同样，当引脚2输出信号低于1V时，通过内部RS触发器及门电路作用使C输出与A输出同相，即A、C输出信号移相0度。可见通过控制引脚2端的输出可以控制A、C间相位在0~180度之间变化。B、D的工作原理与A、C相似。 3脚作为误差放大器的反相输入端，通常利用分压电阻检测输出电源电压。4脚作为误差放大器的同相输入端，和1脚基准电压相连，检测3脚的输出电源电压。5 脚作为电流检测端，其基准设置为内部固定2.5V(由 分压)，当电压超过2.5V时输出即被关断，软起动6脚复位，即可实现过流保护。7脚和15脚作为输出延迟控制端，通过设置该脚对地之间的电流来设置死区，加在同一桥臂两管驱动脉冲之间，以实现零电压开通时的瞬态时间。8、9、13、14脚作为输出端，可驱动MOSFET和变压器。10脚作为电源电压端，为输出级提供所需电源。11脚作为芯片供电电源，为芯片内部数字、模拟电路部分提供电源，内部有欠压锁定电路，其开启阈值为10.75V，关闭阈值为9.25V。开启和关闭之间有1.5V的回差，可有效防止电路在阈值电压附近工作时的跳动。16脚作为频率设置端，需外接电阻和电容来设置振荡频率。17脚作为输出时，提供时钟信号；作为输入，提供同步点。18脚作为陡度端，需外接一个电阻以产生斜波。19脚作为斜波端，需外接电容到地。20脚作为信号地，是所有电压的参考基准。

2.2控制电路

控制电路的原理图主要部分如图3所示。

图3  控制电路原理图

UC3875的核心是相位调制器, 其13脚B输出信号与14脚A输出信号反相；9脚C输出信号与8脚D输出信号反相, 这四个驱动信号经扩流后由驱动变压器去驱动 ～ MOS管。相位控制的特点体现在UC3875的四个输出端具有相同的驱动脉冲分别驱动A/B、C/D两个半桥，通过移相错位控制有源时间，使全桥的四个开关轮流导通。每个输出级导通前都有一个死区，而且可以调整死区时间。在该死区时间内确保下一个功率开关器件的输出电容放电完毕，为即将导通的开关器件提供电压开通条件。因此，每对输出级(A/B，C/D)的谐振开关作用时间，可以单独控制。在全桥变换拓扑模式下，移相控制的优点得到最充分的体现。 UC3875在电压模式和电流模式下均可工作，并具有过电流关断以实现故障的快速保护。图4为移相控制全桥电路的控制波形。

图4  移相控制全桥电路的控制波形

移相控制全桥电路的控制方式有以下几个特点：

(1)在同一开关周期Ts 内，每一个开关的导通的时间略小于Ts /2，而关断时间都略大于 Ts/2。

(2)同一个半桥中上下两个开关不能同时处于通态，每一个开关关断到另一个开关开通都要经过一定的死区时间。

(3)比较互为对角的两对开关T1 、T2 和 T3、T4 开关函数波形， T1的波形比T2 超前0～Ts /2时间，而T3 的波形比 T4超前0～ Ts/2时间，因此 T1和T3 称为超前桥臂，而 T2和 T4称为滞后桥臂。

结束语

本文介绍了由UC3875芯片作为控制电路的2KW移相控制全桥变换(PSC FB ZVS-PWM)软开关电源，由于开关管在ZVS条件下运行，可实现高频化，而且控制简单，性能可靠，适用于大功率场合。且能保持恒频运行，就不会同时出现大电压、大电流，减少了开关所受的应力，实现了高效化。大大减小了电源的体积。