基于UCC3895的移相全桥变换器的设计

针对新型的移相PWM控制器UCC3895,介绍了其基本的功能及与UC3875(79)系列的控制器相比所具有的特点。并将该控制器应用于20kHz／500W移相全桥电源,进行了开环和闭环的系统实验,实验结果表明所进行的设计是合理的,UCC,3895有较强的实用价值。

关键词：移相全桥变换器;UCCt895;设计

引言

移相全桥(Full-Bridge,FB)PWM变换器是一种应用广泛,适用于较大功率、低电压等场合的变换器。该变换器采用PWM移相控制,在不附加其他额外元器件,电路成本和复杂程度基本不变的情况下,利用变压器的漏感和功率开关管的结电容进行谐振,使功率管实现零电压开关(ZVS),从而减小了开关损耗,变换器的效率可大于80％,并且开关电压应力的减小使得开关频率可以进一步得到提高,可达到100 kHz～500 kHz,故该变换器适应当今开关电源高频化、高效化的发展趋势,有广阔的应用前景。

实现全桥变换器的移相PWM控制的方法很多,比如：采用分立器件进行逻辑组合,采用专用的集成控制芯片,采用DSP或CPLD数字实现等。第一种方法较为复杂,不利于工业应用,第三种方法的成本相对较高;而采用专用的集成控制器是电源开发设计者们较多采用的方法。当今应用较多的移相全桥集成控制芯片主要是UC3879和UC3875／6／7／8系列。UC3879作为UC3875的改进型,其工作原理和基本结构是相同的,但在一些功能上进行了改进。UCC3895是TI公司生产的又一种高性能PWM移相型控制器。它是UC3879的改进型,除了具有UC38779的功能外,最大的改进是增加了自适应死区设置,以适应负载变化时不同的准谐振软开关要求。新增加了PWM软关断能力。同时由于它采用了BCDMOS工艺,使得它的功耗更小,工作频率更高,因而更加符合电力电子装置高效率、高频率、高可靠的发展要求。

本文首先介绍了UCC3895的电气特性、管脚的基本功能及电压型控制或峰值电流控制的实现。然后应用UCC3895设计了220 V输入、24 V输出、开关频率20kHz、功率500W的移相全桥电源,并给出了开环和闭环实验的主要波形。

1 UCC3895应用特性

UCC3895有以下特性：可编程输出开通延时和自适应延时设置;既可用于电流模式,又可用于电压模式;可实现输出脉冲占空比从0％～100％相移控制;内置7 MHz带宽的误差比较放大器,最高工作频率1 MHz等。它的内部结构框图如图1所示。

脚ADS是该控制芯片新增的控制管脚,其功能是设置所设定输出延时死区最大值与最小值之间的比。

当脚ADS与电流传感脚CS直接相连时,延时死区时间最小;当脚ADS直接接地时,延时死区时间最大。

脚ADS可通过式(1)所列关系改变脚DELAB和脚DELCD上的电压,从而改变输出延时。

式中：VDEL为脚DELAB和DELCD上的电压;
VCS为脚CS上取样电流的电压;
VADS为脚ADS上所施加的设定电压。

脚CS为电流检测比较器的反相输入端。当电路工作在峰值电流模式下时,该引脚信号可实现逐个周期的电流限制功能,同时在任何情况下当电路过流时,芯片立刻封锁输出进入软启动周期实现有效的保护功能。

脚RAMP、当UCC3895工作于电压或平均电流控制模式下,该脚接振荡器输出脚CT时,该引脚接电流信号脚CS时,则UCC3895工作在峰值电流模式下。

同步振荡器的工作频率由定时电容CT和定时电阻RT决定。振荡周期可由式(2)近似得到

同一桥臂上的两个管子的死区延时时间可由式(3)确定,

式中：RDEL为脚DELAB与地间所接的电阻。

UCC3895与UC3875、UC3879等传统的移相控制芯片的参数比较如表l所列。

从表1可看出UCC3895的功耗明显减小,相应速度最快,但是驱动能力相对UC3875而言较小,所以在实际应用中还要根据情况合理选择芯片。