UCC28950移相全橋設(shè)計(jì)指南

1、UCC28950移相全橋設(shè)計(jì)指南一，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理(1) 主電路拓?fù)浔驹O(shè)計(jì)采用ZVZCS PWM移相全橋變換器，采用增加輔助電路的方法復(fù)位變壓器原邊電流，實(shí)現(xiàn)了超前橋臂的零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)和滯后橋臂的零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)。電路拓?fù)淙鐖D3.6所示。 圖3.6 全橋ZVZCS電路拓?fù)洚?dāng)、導(dǎo)通時(shí)，電源對(duì)變壓器初級(jí)繞組正向充電，將能量提供給負(fù)載，同時(shí)，輸出端鉗位電容充電。當(dāng)關(guān)斷時(shí)，電源對(duì)充電，通過(guò)變壓器初級(jí)繞組放電。由于的存在，為零電壓關(guān)斷，此時(shí)變壓器漏感和輸出濾波電感串聯(lián)，共同提供能量，由于的存在使得變壓器副邊電壓下降速度比原邊慢，導(dǎo)致電位差并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作用于，加速了的放電，為的零電壓開(kāi)通

2、提供條件。當(dāng)放電完全后，整流二極管全部導(dǎo)通續(xù)流，在續(xù)流期間原邊電流已復(fù)位，此時(shí)關(guān)段，開(kāi)通，由于漏感兩邊電流不能突變，所以為零電流關(guān)斷，為零電流開(kāi)通。(2) 主電路工作過(guò)程分析7半個(gè)周期內(nèi)將全橋變換器的工作狀態(tài)分為8種模式。 模式1 圖1 模式1主電路簡(jiǎn)化圖及等效電路圖 模式2 圖2 模式2簡(jiǎn)化電路圖 模式3 圖3模式3簡(jiǎn)化電路圖 模式4 圖4模式4主電路簡(jiǎn)化圖及等效電路圖 模式5 圖5模式5 主電路簡(jiǎn)化圖及等效電路圖 模式6 圖6 模式6主電路簡(jiǎn)化圖及等效電路圖 模式7 圖7模式7主電路簡(jiǎn)化電路圖 模式8 圖8 模式8主電路簡(jiǎn)化電路圖 二，關(guān)鍵問(wèn)題1：滯后臂較難實(shí)現(xiàn)ZVS原因：滯后臂諧振的時(shí)候

3、，次級(jí)繞組短路被鉗位，所以副邊電感無(wú)法反射到原邊參加諧振，導(dǎo)致諧振的能量只能由諧振電感提供，如果能量不夠，就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法將滯后臂管子并聯(lián)的諧振電容電壓諧振到0V.解決方法： 、增大勵(lì)磁電流。但會(huì)增大器件與變壓器損耗。 、增大諧振電感。但會(huì)造成副邊占空比丟失更嚴(yán)重。 、增加輔助諧振網(wǎng)絡(luò)。但會(huì)增加成本與體積。2，副邊占空比的丟失 原因： 移相全橋的原邊電流存在著一個(gè)劇烈的換流過(guò)程，此時(shí)原邊電流不足以提供副邊的負(fù)載電流，因此副邊電感就會(huì)導(dǎo)通另一個(gè)二極管續(xù)流，即副邊處于近似短路狀態(tài)； Dloss與諧振電感量大小以及負(fù)載RL大小成正比，與輸入電壓大小成反比。 解決方法： 、減少原副邊的匝比。但會(huì)造成次級(jí)整

4、流管的耐壓增大的后果。 、將諧振電感改為可飽和電感。因?yàn)樵诔跫?jí)換流的過(guò)程中，一旦進(jìn)入電感的飽和狀態(tài)，那么流過(guò)電感的電流馬上就會(huì)變?yōu)轱柡碗娏鳎皇蔷€性的減少，這就意味著減少了換流時(shí)間，等效于減少了占空比丟失時(shí)間。當(dāng)然我這么解釋看起來(lái)有點(diǎn)不好理解，要結(jié)合移相全橋的工作過(guò)程來(lái)理解，還是可以慢慢去體會(huì)的三， 定制件設(shè)計(jì)與功率器件選型1，輸出儲(chǔ)能電感設(shè)計(jì)： 移相全橋的輸出儲(chǔ)能電感其實(shí)可以看做一個(gè)單純的BUCK電感，由于其正負(fù)半周期各工作一次，所以其工作頻率等于2倍開(kāi)關(guān)頻率，其計(jì)算公式為： Lf = Vo *(1-Dmin)/(4*fs* I)2，主變壓器設(shè)計(jì)： 首先計(jì)算出移相全橋的次級(jí)輸出最低電壓：

5、Vsec(min)=( Vo(max)+VLf+VD)/ Dsec(max) 初次級(jí)的變壓器匝比為:n=Vin(min) /Vsec(min) 選擇變壓器，使用Ap法： Ap =Ae*Aw= Po*104 /(4*fs*B*J*Ku*)接下來(lái)計(jì)算變壓器原邊匝數(shù)： Np= Vin(min)*D(max)/(4*fs*Ae*Bmax)那么次級(jí)繞組匝數(shù)為： Ns= Np/n3，諧振電感設(shè)計(jì)： LrI2p/2=( V2in*C上管)/2+( V2in*C下管)/2= V2in*Clag 即 Lr= 2* V2in*Clag /I2p其中 Lr ：諧振電感值 Vin：輸入電壓 Clag：滯后橋臂電容(外

6、加電容與MOSFET結(jié)電容)Ip：滯后橋臂關(guān)斷時(shí)刻原邊電流大小 計(jì)算還要考慮以下幾點(diǎn)因素： 、Vin應(yīng)取最高輸入電壓值，保證任意輸入電壓下,滯后橋臂均能實(shí)現(xiàn)ZVS。 、考慮在輕載Ipl（10%-20%負(fù)載）時(shí)刻，需要滯后橋臂仍然需要工作在ZVS狀態(tài)。 、輸出電流iLf在某個(gè)值（比如2A）時(shí)刻，輸出儲(chǔ)能電感電流任然連續(xù)或處在臨界點(diǎn)。 也就是說(shuō)，輸出儲(chǔ)能電感的脈動(dòng)電流等于2倍此值 即 iLf = 2 *2A=4A那么 Ip=(Ipl+ iLf /2)/n4，輸入電容5，輸出電容6，隔直電容四， UCC28950周邊元件配置及選型設(shè)置電流傳感網(wǎng)絡(luò)CT, RS, RRE, DA為這個(gè)設(shè)計(jì)有一個(gè)選擇的C

7、T的100:1比率(a2) 在VINMIN下計(jì)算一般峰值電流(IP1):原邊電流峰值: 峰值電流達(dá)到上限時(shí)的電壓 計(jì)算電流檢測(cè)電阻(RS)并且預(yù)留200 mV斜坡補(bǔ)償: 選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻RS: 對(duì)RS估計(jì)功率損耗: 計(jì)算DA上的最大反向電壓(VDA) 估計(jì)達(dá)功率損耗(PDA): 計(jì)算RS重置電阻器RRE:電阻器RRE用于重置當(dāng)前變壓器CT。 電阻器RLF和電容器CLF形成一個(gè)低通濾波器對(duì)當(dāng)前信號(hào)(引腳15)。對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)我們選擇以下值。這個(gè)過(guò)濾器頻率極低(fLFP)在482千赫。這應(yīng)該工作大多數(shù)應(yīng)用程序但也許適合個(gè)體的布局調(diào)整和EMI的設(shè)計(jì)。 UCC28950 VREF輸出(引腳1)需要高頻旁

8、路電容濾除高頻噪音。這個(gè)引腳需要至少1F高頻旁路電容(CBP1)。請(qǐng)參考圖1適當(dāng)?shù)奈恢谩?電壓放大器參考電壓(引腳2,EA +)可以設(shè)置與分壓器(RA,RB)，這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例我們要設(shè)置誤差放大器參考電壓(V1)2.5 v .選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻RB值,然后計(jì)算電阻RA值。 設(shè)置電壓放大器參考電壓:Vref=5V 分壓器由電阻器RC和RI選擇，設(shè)置直流輸出電壓(電壓輸出)引腳3(EA)。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器RC: 計(jì)算R1 然后選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電阻: 補(bǔ)償反饋回路可以通過(guò)適當(dāng)選擇反饋組件(RF、CZ和CP)。這些組件被放置盡可能接近U CC28950引腳3和4。計(jì)算負(fù)載阻抗負(fù)載(RLOAD):10% 控制

9、輸出傳遞函數(shù)近似(GCO(f)作為頻率的函數(shù): 雙極GCO頻率(f): 補(bǔ)償電壓回路2型反饋網(wǎng)絡(luò)。下面的傳遞函數(shù)補(bǔ)償增益作為頻率的函數(shù)(GC(f)。請(qǐng)參閱圖1為組件的位置。 計(jì)算電壓回路反饋電阻器(RF)基于交叉電壓(fC)循環(huán)在第10個(gè)雙極頻率(fPP)。 選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻RF。 計(jì)算反饋電容器(CZ)在交叉點(diǎn)的移相。 選擇一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)電容值。 在2被FC的地方放置一個(gè)極點(diǎn) 選擇一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)電容值。 環(huán)路增益作為頻率的函數(shù)，以dB的形式。 環(huán)路增益和相位圖形檢查循環(huán)穩(wěn)定性理論循環(huán)。(圖4)得了在約3.7 kHz的階段大于90度。限制在上升期間啟動(dòng)UCC28950有軟啟動(dòng)功能(引腳5)，應(yīng)用程

10、序設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間15 ms(tSS)。 選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電容器的設(shè)計(jì)。 本應(yīng)用筆記提供了一個(gè)固定延遲方法實(shí)現(xiàn)零電壓從100%負(fù)荷降至50%負(fù)載。當(dāng)轉(zhuǎn)換器操作低于50%加載轉(zhuǎn)換器將在山谷切換操作。為了實(shí)現(xiàn)零電壓切換開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上QBd的FETs QA的開(kāi)機(jī)(tABSET)延遲，初步制定和QB需要基于LS和理論開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的交互電容。下面的方程用于設(shè)置tABSET最初。將LS設(shè)置輸出電容的兩倍 計(jì)算槽頻率: 設(shè)置初始tABSET延遲時(shí)間，適當(dāng)調(diào)整計(jì)劃。 注意：2.25 tABSET方程的因素來(lái)源于實(shí)證測(cè)試數(shù)據(jù)，可能會(huì)有所不同基于個(gè)人設(shè)計(jì)差異。 形成的電阻分壓器RDA1 RDA2決定tABSET,tCDSE

11、T UCC28950的延遲范圍。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RDA1電阻值。注意：tABSET之間可以編程30 ns - 1000 ns。 電壓的ADLE輸入U(xiǎn)CC28950(VADEL)需要設(shè)置RDA2基于以下條件。如果tABSET > 155 ns設(shè)置VADEL = 0.2 V,tABSET 155 ns和1000 ns之間可以編程:如果tABSET155 ns設(shè)置VADEL = 1.8 V,tABSET可以編程29 ns - 155 ns:基于VADEL選擇、計(jì)算RDA2: 選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)RDA2電阻值: 重新計(jì)算VADEL基于電阻分壓器的選擇: 電阻器RDELAB由tABSET決定選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電

12、阻的值設(shè)計(jì): 一旦你已經(jīng)啟動(dòng)并運(yùn)行原型建議你微調(diào)tABSET光負(fù)荷的峰谷之間的共振LS和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容。在這個(gè)設(shè)計(jì)延遲設(shè)定在10%負(fù)載。請(qǐng)最初的起點(diǎn)QC和QD打開(kāi)延誤(tCDSET)應(yīng)該最初設(shè)置為相同的延遲，QA和QB打開(kāi)延遲(引腳6)。以下方程程序QC和QD接通延遲(tCDSET)，通過(guò)適當(dāng)選擇電阻RDELCD(引腳7)。 電阻 RDELCD 由tCDSET決定 選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì): 一旦你已經(jīng)啟動(dòng)并運(yùn)行原型建議微調(diào)tCDSET光負(fù)載。在這個(gè)設(shè)計(jì)CD節(jié)點(diǎn)將山谷開(kāi)關(guān)負(fù)荷在10%左右。請(qǐng)參考如圖6所示。在輕負(fù)載獲得零電壓開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)QDd由于容易多了反映了輸出電流出現(xiàn)在主變壓器的場(chǎng)效應(yīng)晶體管QD

13、和QC岔道/。這是因?yàn)橛懈嗟姆逯惦娏骷?lì)LS在此之前過(guò)渡,而QA和QB岔道/有一個(gè)可編程延遲岔道的場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管QA岔道后QF(tAFSET)的岔道場(chǎng)效應(yīng)晶體管QE QF后,場(chǎng)效應(yīng)晶體管QB岔道(tBESET)。好地方設(shè)置這些延誤tABSET的50%。這將確保適當(dāng)?shù)耐秸髌髦瓣P(guān)閉AB零電壓過(guò)渡。如果這個(gè)延遲太大將導(dǎo)致OUTE正確和OUTF不重疊,它將創(chuàng)建多余的身體二極管傳導(dǎo)FETs量化QE和QF。 形成的電阻分壓器RCA1 RCA2由tAFSET和tBESET決定， UCC28950的延遲范圍。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RCA1電阻值。注意：tEFSET tBESET可以在32 ns - 1

14、100 ns之間設(shè)置。 電壓的ADELEF引腳UCC28950(VADELEF)需要設(shè)置RCA2基于以下條件。如果tAFSET < 170 ns設(shè)置VADEL = 0.2 V,tABSET可以編程32 ns - 170 ns:如果tABSET >或= 170 ns設(shè)置VADEL = 1.7 V,tABSET 170 ns和1100 ns之間可以編程:基于VADELEF選擇、計(jì)算RCA2:選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)RCA2電阻值: 重新計(jì)算VADELEF基于電阻分 下面的方程被用來(lái)計(jì)劃tAFSET和tBESET通過(guò)適當(dāng)選擇電阻RDELEF。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì)。 電阻器RTMIN項(xiàng)目最低工作

15、周期時(shí)間(tMIN)UCC28950(引腳9)可以需求在進(jìn)入破裂模式。如果UCC28950控制器試圖要求責(zé)任周期的時(shí)間不到tMIN電源將進(jìn)入爆發(fā)模式操作。詳情請(qǐng)參見(jiàn)UCC28950數(shù)據(jù)表關(guān)于破裂模式。這個(gè)設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)置最低100 ns。 設(shè)定的最低時(shí)間選擇RTMIN用下面的方程。 標(biāo)準(zhǔn)電阻的值然后選擇設(shè)計(jì)。 有提供銷設(shè)置變換器開(kāi)關(guān)頻率(引腳10)。頻率可以選擇通過(guò)調(diào)整定時(shí)電阻RT。 選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì)。 UCC28950還提供了斜坡補(bǔ)償峰值電流模式控制(引腳12)。這個(gè)可以設(shè)置通過(guò)設(shè)置RSUM用下面的方程。下面的方程將計(jì)算所需的量斜坡補(bǔ)償(VSLOPE)所需的循環(huán)穩(wěn)定性。注意：磁化電流的變化在主dILMAG導(dǎo)致斜坡補(bǔ)償。 幫助改善噪聲免疫力VSLOPE總設(shè)置有一個(gè)斜坡,等于最大值的10%目前感覺(jué)信號(hào)(0.2 V)在一個(gè)感應(yīng)開(kāi)關(guān)。 如果VSLOPE2 < VSLOPE1 設(shè)置VSLOPE = VSLOPE1如果VSLOPE2VSLOPE1 設(shè)置VS