UCC28950移相全橋設(shè)計(jì)指引設(shè)計(jì)

1、標(biāo)準(zhǔn)UCC28950移相全橋設(shè)計(jì)指南一,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理 (i)主電路拓?fù)?ZVS)和滯后橋臂的本設(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關(guān) 零電流開關(guān)(ZCS).電路拓?fù)淙鐖D 3.6所示文案圖3.6 全橋ZVZCS電路拓?fù)洚?dāng)S|、S4導(dǎo)通時(shí),電源對(duì)變壓器初級(jí)繞組正向充電,將能量提供應(yīng)負(fù)載,同時(shí),輸出端鉗位電容CC充電.當(dāng)關(guān)斷 S|時(shí),電源對(duì) C|充電,C2通過變壓器初級(jí)繞組放電.由于C1的存在, S|為零電壓關(guān)斷,此時(shí)變壓器漏感Lk和輸出濾波電感 Lo串聯(lián),共同提供能量,由于Cc的存在使得變壓器副邊電壓下降速度比原邊慢,

2、導(dǎo)致電位差并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作用于Lk,加速了 C2的放電,為 S2的零電壓開通提供條件.當(dāng) Cc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S4,開通S3,由于漏感 Lk兩邊電流不能突變,所以S4為零電流關(guān)斷,S3為零電流開通.(2)主電路工作過程分析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模式4圖3模式3簡(jiǎn)化電路圖圖4模式4主電路簡(jiǎn)化圖及等效電路圖模式5(a)Cb)手瑾圉圖5模式5主電路簡(jiǎn)化圖及等效電路圖模式6Cc¥ h-iL_創(chuàng)簡(jiǎn)此E3圖6模式6主電路簡(jiǎn)化圖及等效電路圖

3、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)鍵冋題1：滯后臂較難實(shí)現(xiàn) ZVS原因：滯后臂諧振的時(shí)候,次級(jí)繞組短路被鉗位,所以副邊電感無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)造成副邊占空比喪失更嚴(yán)重. 、增加輔助諧振網(wǎng)絡(luò).但會(huì)增加本錢與體積.2,畐V邊占空比的喪失原因：移相全橋的原邊電流存在著一個(gè)劇烈的換流過程,此時(shí)原邊電流缺乏以提供副邊的負(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

4、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)整流管的耐壓增大的后果. 、將諧振電感改為可飽和電感.由于在初級(jí)換流的過程中,一旦進(jìn)入電感的飽和狀態(tài),那么流過電感的電流馬上就會(huì)變?yōu)轱柡碗娏?而不是線性的減少,這就意味著減少了換流時(shí)間,等效于減少了占空比喪失時(shí)間.當(dāng)然我這么解釋看起來有點(diǎn)不好理解,要結(jié)合移相全橋的工作過程來理解,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)：其計(jì)算公式為移相全橋的輸出儲(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倍開關(guān)頻率,

5、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：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A法：p4Ap =Ae*Aw= Po*10/(4*?*fs* B*J*Ku*)接下來計(jì)算變壓器原邊匝數(shù)：Np= Vin (mi n) *D/(4*fs*A *B )(max)e max那么次級(jí)繞組匝數(shù)為：Ns= Np/n3,諧振電感設(shè)計(jì)：2 2 2 2L I /2=( V *C,管)/2+( V *C 下管)/2= V *Cr

6、pin 上管in 下管in lag2 2即 L = 2* V *C /Irin lag p其中L :諧振電感值rV :輸入電壓inC :滯后橋臂電容(外加電容與 MOSFET結(jié)電容)lagI :滯后橋臂關(guān)斷時(shí)刻原邊電流大小p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I ( 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).pl 、輸出電流i“在某個(gè)值(比方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,輸出儲(chǔ)能電感的脈動(dòng)電流等于2倍此值即厶 i = 2 *2A=4ALf那么 Ip=(I pl+

7、iLf /2)/n4, 輸入電容KX審 60Hlt3Mpf5, 輸出電容6, 隔直電容四,UCC28950周邊元件配置及選型4*3価0SDLTAGourEJ帳tMHWFCC.LUBLTODIaCDowii：pslefMHTTHH匚IPClmuttIK*MKJLEF匸if -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CT的100:1比率a2£12 = = 1 OO9在VINMIN下計(jì)算一般峰值電流IP1:原邊電流峰值峰值電流到達(dá)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:48.7U對(duì)RSf古計(jì)功率損耗計(jì)算DAh的最大反

8、向電壓VDA估計(jì)達(dá)功率損耗PDA:0.01W計(jì)算RS重置電阻器RRE: 電阻器RR用于重置當(dāng)前變壓器 CT.一 100 Rs = 4 87kfilfLFP在482千赫.這應(yīng)該電阻器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)過濾器頻率極低工作大多數(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).R, PCj330p尸UCC28950 VREF輸岀引腳1需要高頻旁路電容濾除高頻噪音.這個(gè)引腳需要至少1卩F高頻旁路電容CBP1.請(qǐng)參考圖1適當(dāng)?shù)奈恢?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V

9、12.5 v .選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻 RE值,然后計(jì)算電阻RAt.設(shè)置電壓放大器參考電壓:Vref=5VVI aV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3EA.選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器 RC:Rc = 2.37kllR.計(jì)算R1V1然后選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電阻VI補(bǔ)償反應(yīng)回路可以通過適中選擇反應(yīng)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%限制輸出傳遞函數(shù)近似 GCOf作為頻率的函數(shù)G協(xié)妝胡1皿.,皿蟲迴土理凹dJI調(diào)雙極GCOS率(f)： Iffpp = 50kHz4Angular velocity:S(r>w 2

10、nJxf補(bǔ)償電壓回路2型反應(yīng)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)GCf.請(qǐng)參閱圖1為組件的位置G?如= % 2對(duì)小CZ叫也皆窯出計(jì)算電壓回路反應(yīng)電阻器 RF基于交叉電壓fC循環(huán)在第10個(gè)雙極頻率fPP.Rr 三*七 27 SkiL JJ壯)選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻 RF.R# 弋 27.4 K£2計(jì)算反應(yīng)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.C7 =5 6nF在2被FC的地方放置一個(gè)極點(diǎn)SflOpF選擇一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)電容值.亡戸=5&O p F環(huán)路增益作為頻率的函數(shù),以 dB的形式.TdBtf) a 20log(|Gc(f)«Gco(f)|)環(huán)路增益和相

11、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)UCC2895C有軟啟動(dòng)功能(引腳5),應(yīng)用程序設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間15 ms(tSS)1 Sms選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電容器的設(shè)計(jì).Os ICOnF1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)零電壓切換開關(guān)節(jié)點(diǎn)上 QBd勺FETs QA的開機(jī)(tABSET)延遲,初步制定和 QB需要基于LS和理論開關(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X OS3 QA 4VQ )計(jì)算槽頻率設(shè)置初始

12、tABSET延遲時(shí)間,適當(dāng)調(diào)整方案注意：2.25 tABSET方程的因素來源于實(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RDA1電阻值形成的電阻分壓器 RDA1 RDA2決定 tABSET,tCDSET UCC28950的延遲范圍.選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 注意：tABSET之間可以編程30 ns - 1000 ns .尺?*8電壓的ADLE輸入U(xiǎn)CC28950(VADEL)需要設(shè)置RDA2S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 如口果 tABSETW 155 ns 設(shè)置 VADEL = 1

13、.8 V,tABSET 可以編程 29 ns - 155 ns:基于VADE選擇、計(jì)算RDA2:選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)RDA2電阻值: 3-4- e £ a重新計(jì)算VADEL基于電阻分壓器的選擇是口卜I5VR1J = 0.202 VR 口切+只小電阻器RDELA由tABSET決定1A 壬 304k£2口(IAB6ET 5HS) <O 1 5 V + VADeL 1 Aft) 1 00"礦! H選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻的值設(shè)計(jì)：+ 30 -1 X3一旦你已經(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

14、起點(diǎn)QC和QDT開延誤(tCDSET)應(yīng)該最初設(shè)置為相同的延遲,QABQE翻開延遲(引腳6).以下方程程序QC和Q號(hào)通延遲(tCDSET),通過適中選擇電阻 RDELCD引腳 7).ABSET - tuDSET電阻 RDELCD 由tCDSET決定n nw> <O 1 *7XZ + VAjotL - 1MS；5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)將山谷開關(guān)負(fù)荷在 10%左右.請(qǐng)參考Q和QC岔道/.這是由于有更多的峰值如圖6所示.在輕負(fù)載獲得零電壓開關(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 電流鼓勵(lì)

15、LS在此之前過渡,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%這將保證適當(dāng)?shù)耐秸髌髦瓣P(guān)閉AB零電壓過渡.如果這個(gè)延遲太大將導(dǎo)致OUTEE確和OUTF不重疊,它將創(chuàng)立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 RCA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：tEFSETtBESET可以在 32 ns - 1100 ns之間設(shè)置.Rua - U電壓的A

16、DELEF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VADELE選擇、計(jì)算RCA2:貝* -e 4.2Sk£2選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)RCA2電阻值：忌 一尺論-4.22ki)重新計(jì)算VADELEFS于電阻分=1.(592 V下面的方程被用來方案 tAFSET和 tBESET通過適中選擇電阻 R

17、DELEFCvmt *0.5 4ns) (257 VACELEF 1.32)x10ns5選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì).電阻器RTMIN工程最低工作周期時(shí)間tMINUCC28950弓I腳9可以需求在進(jìn)入破裂模式.如果UCC2895限制器試圖要求責(zé)任周期的時(shí)間不到將進(jìn)入爆發(fā)模式操作.詳情請(qǐng)參見UCC2895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.| gi00n&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).尺 t 榊z 有提供銷設(shè)置變換器開關(guān)頻率引腳10.頻率可以選擇通過調(diào)整定時(shí)電阻RT.任5乂冊(cè)普R =yI*K 0F -2 SV P 2 5x 10J n

18、 SOkQ飛V12J選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì).Rr -61.9klitMIN電源(VSLOPE)UCC2895還提供了斜坡補(bǔ)償峰值電流模式限制引腳12.這個(gè)可以設(shè)置通過設(shè)置 RSUMI下面的方程.下面的方程將計(jì)算所需的量斜坡補(bǔ)償 所需的循環(huán)穩(wěn)定性.注意：磁化電流的變化在主dlLMAG導(dǎo)致斜坡補(bǔ)償.7 一憑二暫j"|1&04 V貝3,幫助改善噪聲免疫力 VSLOP總設(shè)置有一個(gè)斜坡,等于最大值的10%目前感覺信號(hào)0.2 V在一個(gè)感應(yīng)開關(guān).如口果 VSLOPE2 WSLOPE1 設(shè)置 VSLOPE = VSLOPE1 如口果 VSLOPE VSLOPE1 設(shè)置 VSLOPE = VSLOPE2la UM125.4kLJ選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器 RSUMRSUm =127kfl提升效率