ZVS移相全桥

ZVS 移相全桥电路设计
一、主电路结构
图1 主电路结构图
二、参数要求
(350-400)in V VD C
=、48/20out V V A =
三、变压器设计 （1）输出功率o P
o =U =960()o o P I W
（2）AP 值
设定开关频率60s f kH Z =。

取电流密度2624=410J A mm A m =⨯；选定magnetics 公司R 材质的Ferrite Cores ，max B =0.14T ，则在效率=90%η、窗口系数
=0.25w k 的情况下有
4
6
3
22960
=12.698(c )
20.1441060100.900.25
o
s w
P AP m B J f k η⨯==∆⋅⋅⋅⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯
查magnetics 公司磁芯参数表，取接近此值的磁芯，选定为：EC70，其主要参数为：
4
13.4()e b W aAc A A cm == 2
=279()e A m m 2
m in 211()
b A m m =
144()
e l m m = 44131000l A m H T =
（3）确定匝比n 与初级总匝数p N
采用前级推挽+后级全波整流结构，输入电压与输出电压的关系如下
dc 22)
1s
on o p N t V V N T
⎡⎤=--⎢⎥⎢⎥⎣⎦（
输入电压范围在350V-400V ，当(m i n )
-1=348p d c
V V V
=，有最大占空比max D 时，输出
电压达到最大48o V V =。

取最大占空比m ax 0.45D =，则n=6.4。

根据法拉第定律可以确定初级匝数p N
p (m in)-6
3
(2)0.45
3480.45
=
=
=33.4320.14279106010
on dc p e
e s
V t V N BA A Bf -⨯=
∆∆⨯⨯⨯⨯⨯ 取（匝）
（4）确定次级总匝数s N
s1234==
==5.3 66.4
p s N N N n 取（匝）
故在350V-400V 输入时，匝数比n=6、max 0.42D =、m in 0.37D =。

（5）初级绕组峰值电流pft I 与有效值p(rm s)I 的计算及线径的选择
输入功率等于d c V 与平均电流（0.8pft I ）的乘积，假设效率为90%，即o 0.90in P P =，输入电压为最小值(m in)dc V 时，每半个周期晶体管的导通时间为0.84T/2，即占空比为0.84，则
(m in)1.110.8in o dc pft
P P V I ==
即
o (m in)
960=1.39
1.39 3.83()348
pft dc P I A V =⨯
=
初级绕组每周期仅流过一个幅值为pft I 的脉冲平顶波，其占空比为D=0.84，因此其有效值为
rms pft
I I =即
p(rms) 3.51()I I A ==
初级绕组导线裸线截面积
()
2
x 3.51=0.8776(mm )4
p rms p I A J
=
=
查AWG 导线规格表得，与此裸线截面积相近的AWG 线号为#17。

其参数如下：
2
0.5667()
XP A m m =，
163cm
μΩ
= 1.15p m m
Φ。

（6）次级绕组峰值电流s ft I 与有效值s(rm s)I 的计算及线径的选择
s ft o I I ≈，次级半绕组的电流有效值为
s(rm s)13.27()o I I A ==
次级绕组导线裸线截面积
()
2
xs 13.27=3.3166(mm )4
s rms I A J
=
=
查AWG 导线规格表得，与此裸线截面积相近的AWG 线号为#12。

其参数如下：
2
3.332()xs A m m =，
531cm
μΩ
= s 2.05m m
Φ。

（7）趋肤效应
已知在70摄氏度时趋肤深度σ
2
=
=12.687m il=0.3222(m m )
σ
1.15p m m σ
Φ>、 2.05s m m σΦ>，需要取多股绞线。

四、输出滤波电感L 和电容C 的设计 （1）滤波电感L
定义电感纹波电流I ∆
(1)2
L L
o
t D T I rI V V L
L
-∆===
'
12
T T
=
取r=0.3。

则6I A ∆=， 当输入电压最大时，占空比有最小值m in 0.37D =。

所以
'
(1)48(10.37)16.672
42()6
o V D T
L H I
μμ--=
=
=∆
（2）滤波电容C
仿真时，若不考虑ESR ，定义输出电容纹波a c I 、1%o u V ∆=
6ac o I rI A I
===∆
又'
18
Q C U IT
∆=∆=
∆
'
3
61
13()u
8u
8
260100.0148
Q IT C F μ∆∆=
=
=
⨯
=∆∆⨯⨯⨯⨯
考虑ESR 的情况，根据
65=65=812.5esr
or
I C F
R V μ∆=
=
80or esr V R m I
=Ω
∆
式中，or esr V R I =∆是纹波电压总幅值，单位是V ，C 的单位是F μ。

输出电感可以选择铁粉芯环型磁芯，输出电容要选用ESR 小于80m Ω、容值1000F μ的电容。

42L H
μ=、C=1000F μ。

五、主开关管Q1、Q2、Q3、Q4的选择
开关管截止时，承受着电源的反向电压，最大反向电压为400V ，考虑到漏感以及开关管的寄生振荡，选择800V 耐压的mosfet ；开关管峰值电流由上文讲述可知，
=3.83pft I A 。

选择800V/5A 的mosfet 。

六、整流二极管D5、D6的设计与选择 整流二极管承受最大反向电压m ax D R V
m ax
m ax 4002
21336
in D R V V V
n
==⨯
=
最大峰值电流sp k I
s =(1)24()2
spk ft o r I I I A ≈+
=
考虑到二极管的反向恢复特性，以及漏感等情况，选择250V/40A 左右的快恢复二极管。

七、缓冲电路设计
由于整流二极管在关断时的反向恢复电流，有可能造成二极管击穿而损坏，因此需要加缓冲电路吸收。

本设计采用RC 缓冲器吸收。

假设变压器副边漏感leak l （实际可以通过实验得到），漏感能量leak W ，最大的振荡幅值为60V ，其能量都转移到C 中。

即
2
2
112
2
leak leak L W L I C U
=
=
在一个开关周期中C 的能量要释放掉，因此，通常取缓冲电路时间常数
11(
)35on
t τ= ，则
m in 125
D T R C
C τ
=
=
⨯
按经验取值此处C8=C9=470pF 的电容，R16=R17=150Ω的功率电阻。

八、控制电路设计
选择控制IC-UC3875，控制电路图如下，完整设计电路见附录图。

图2 控制电路图
（1）芯片供电电路
UC3875的工作电源有两个：Vin 和Vc 。

Vin 给芯片内部逻辑电路供电，与信号地GND 对应，正常工作时Vin 电压应当高于12V ；Vc 是输出级工作电源，与电源地PWRGND 对应，Vc 电压在3V 以上控制器就能正常工作，在12V 以上工作性能更好，一般就把Vin 和Vc 接到同一个15V 的直流电源上。

Vin 和Vc 应分别外接等效串联电阻和电感都很小的高频滤波电容到相应的工作地。

（2）振荡电路设计
UC3846的振荡频率由下式决定：
4()osc T T
f H Z R C =
设计开关频率60kH Z ，可以取=470T C pF ，=71T R kHZ 。

（3）死区时间设计
两组死区时间采用datasheet提供的方式进行设置，取R4=R5=6.8kHZ，C4=C5=0.01uF。

（4）隔离驱动
图中OUTA、OUTB、OUTC、OUTD分别是四个mosfet的驱动信号，但由于驱动能量不够和不共地的原因，需要将四个驱动信号进行放大隔离，。

图中采用的是推挽放大隔离的方式将驱动信号送至开关管。

TX1、TX2采用EE10铁氧体磁芯，原副边匝数取一样（一般取10T）。

得到的信号经驱动电阻送给开关管。

图3 驱动信号放大隔离
附录。