UCC28950移相全桥设计指南

UCC28950移相全桥设计指南

一，拓扑结构及工作原理

(1) 主电路拓扑

本设计采用ZVZCS PWM移相全桥变换器，采用增加辅助电路的方法复位变压器原边电流，实现了超前桥臂的零电压开关(ZVS)和滞后桥臂的零电流开关(ZCS)。电路拓扑如图3.6所示。

图3.6 全桥ZVZCS电路拓扑

当1S、4S导通时，电源对变压器初级绕组正向充电，将能量提供给负载，同时，输出端钳位电容Cc充电。当关断1S时，电源对1C C通过变压器初级绕组放电。由于1C的存在，1S为零电压关断，此时变压器漏感k L和输出滤波电感o L串联，共同提供能量，由于充电，2

Cc的存在使得变压器副边电压下降速度比原边慢，导致电位差并产生感应电动势作用于k L，加速了2C的放电，为2S的零电压开通提供条件。当Cc放电完全后，整流二极管全部导通续流，在续流期间原边电流已复位，此时关段4S，开通3S，由于漏感k L两边电流不能突变，

S为零电流关断，3S为零电流开通。

所以4

(2) 主电路工作过程分析[7]

半个周期内将全桥变换器的工作状态分为8种模式。

①模式1

图1 模式1主电路简化图及等效电路图

②模式2

图2 模式2简化电路图

③模式3

图3模式3简化电路图

④模式4

图4模式4主电路简化图及等效电路图⑤模式5

图5模式5 主电路简化图及等效电路图⑥模式6

图6模式6主电路简化图及等效电路图⑦模式7

图7模式7主电路简化电路图

⑧模式8

图8模式8主电路简化电路图

二，关键问题

1：滞后臂较难实现ZVS

原因：滞后臂谐振的时候，次级绕组短路被钳位，所以副边电感无法反射到原边参加谐振，导致谐振的能量只能由谐振电感提供，如果能量不够，就会出现无法将滞后臂管子并联的谐振电容电压谐振到0V.

解决方法：

①、增大励磁电流。但会增大器件与变压器损耗。

②、增大谐振电感。但会造成副边占空比丢失更严重。

③、增加辅助谐振网络。但会增加成本与体积。

2，副边占空比的丢失

原因：移相全桥的原边电流存在着一个剧烈的换流过程，此时原边电流不足以提供副边的负载电流，因此副边电感就会导通另一个二极管续流，即副边处于近似短路状态；

Dloss与谐振电感量大小以及负载RL大小成正比，与输入电压大小成反比。

解决方法：

①、减少原副边的匝比。但会造成次级整流管的耐压增大的后果。

②、将谐振电感改为可饱和电感。因为在初级换流的过程中，一旦进入电感的饱和状态，那么流过电感的电流马上就会变为饱和电流，而不是线性的减少，这就意味着减少了换流时间，等效于减少了占空比丢失时间。当然我这么解释看起来有点不好理解，要结合移相全桥的工作过程来理解，还是可以慢慢去体会的

三，定制件设计与功率器件选型

1，输出储能电感设计：

移相全桥的输出储能电感其实可以看做一个单纯的BUCK电感，由于其正负半周期各工作一次，所以其工作频率等于2倍开关频率，其计算公式为：

Lf = Vo *(1-Dmin)/(4*fs* △I)

2，主变压器设计：

首先计算出移相全桥的次级输出最低电压：

Vsec(min)=( Vo(max)+VLf+VD)/ Dsec(max)

初次级的变压器匝比为:

n=Vin(min) /Vsec(min)

选择变压器，使用A

p

法：

Ap =Ae*Aw= Po*104/(4*ƞ*fs*△B*J*Ku*)

接下来计算变压器原边匝数：

Np= Vin(min)*D

(max)/(4*fs*A

e

*B

max

)

那么次级绕组匝数为：Ns= Np/n

3，谐振电感设计：

L r I

2

p

/2=( V

2

in

*C

上管

)/2+( V

2

in

*C

下管

)/2= V

2

in

*C

lag

即L

r = 2* V

2

in

*C

lag

/I

2

p

其中L

r

：谐振电感值

V

in

：输入电压

C

lag

：滞后桥臂电容(外加电容与MOSFET结电容)

I

p

：滞后桥臂关断时刻原边电流大小

计算还要考虑以下几点因素：

①、Vin应取最高输入电压值，保证任意输入电压下,滞后桥臂均能实现ZVS。

②、考虑在轻载I

pl

（10%-20%负载）时刻，需要滞后桥臂仍然需要工作在ZVS状态。

③、输出电流i

Lf

在某个值（比如2A）时刻，输出储能电感电流任然连续或处在临界点。也就是说，输出储能电感的脉动电流等于2倍此值

即△i

Lf

= 2 *2A=4A

那么Ip=(I

pl + △i

Lf

/2)/n

4，输入电容

5，输出电容

6，隔直电容

四，UCC28950周边元件配置及选型

设置电流传感网络CT, RS, RRE, DA

为这个设计有一个选择的CT的100:1比率(a2)

在VINMIN下计算一般峰值电流(IP1):

原边电流峰值:

峰值电流达到上限时的电压

计算电流检测电阻(RS)并且预留200 mV斜坡补偿:

选择一个标准电阻RS:

对RS估计功率损耗:

计算DA上的最大反向电压(VDA)

估计达功率损耗(PDA):

计算RS重置电阻器RRE:

电阻器RRE用于重置当前变压器CT。