1KW移相全桥变换器设计

课程设计

课程名称电力电子技术课程设计

题目名称1kW移相全桥直流变换器设计专业班级11级电气工程及其自动化学生姓名

学号

指导教师

二○一四年四月十三日

目录

一，设计内容和要求 (3)

1.1 主电路参数 (3)

1.2 设计内容 (3)

1.3 仿真波形 (3)

二，设计方案 (3)

2.1 主电路工作原理 (3)

2.2 芯片说明 (4)

2.2.1采用的芯片说明 (4)

2.2.2 UCC3895引脚说明 (5)

2.2.3 UCC3895工作原理 (6)

图2-4 基于ucc3895芯片的控制电路图 (8)

2.3控制电路设计 (8)

三，设计论述 (8)

3.1电路参数设计： (8)

3.1.1 主电路参数： (8)

3.1.2 变压器的设计 (9)

3.1.3 输出滤波电感的设计 (10)

3.1.4 功率器件的选择 (11)

3.1.5 谐振电感的设计 (12)

3.1.6 输出滤波电容和输入电容和选择 (13)

四，仿真设计 (14)

五，结论 (15)

六，参考文献 (16)

一，设计内容和要求

Vin=300VDC，Vo=48VDC，Po=1kW，fs=100kHz，输出电压纹波为0.1V

1.2 设计内容

主电路：选择开关管、整流二极管型号，计算滤波电感感值、滤波电容容值，谐振电感感值、占空比、变压器匝比等电路参数。

控制电路：UCC3895芯片周边元器件参数

1.3 仿真波形

给出仿真电路，得到仿真波形

二，设计方案

2.1 主电路工作原理

控制主要有两种：双极性控制和移相控制，本设计主要使用移相控制。由图2-2可见，电路结构与普通双极性PWM变换器类似。Q1、D1和Q4、D4组成超前桥臂、Q2、D2和Q3、D3组成滞后桥臂；C1～C4分别是Q1～Q4的谐振电容，包括寄生电容和外接电容；Lr是谐振电感，包括变压器的漏感；T副方和DR1、DR2组成全波整流电路，Lf、Cf组成输出滤波器，R1是负载。Q1和Q3分别超前Q4和Q2一定相位(即移相角)，通过调节移相角的大小来调节输出电压。由图2可见，在一个开关周期中，移相全桥ZVS PWM DC-DC变换器有12种开关模态，通过控制4个开关管Q1～Q4在A、B两点得到一个幅值为Vin的交流方波电压；经过高频变压器的隔离变压后，在变压器副方得到一个幅值为Vin／K的交流方波电压，然后通过由DR1和DR2构成的输出整流桥，得到幅值为Vin／K的直流方波电压。这个直流方波电压经过Lf和Cf组成的输出滤波器后成为一个平直的直流电压，其电压值为Uo=DVin／K(D是占空比)。Ton是导通时间Ts是开关周期(T=t12-t0)。通过调节占空比D来调节输出电压Uo。

图2-2 移相控制电路

电路说明：

1、与双极性控制相比，每个开关管并联一个电容。采用MOSFET时，不需要另外并电容和二极管。

2、增加一个谐振电感Llk。

3、利用电感和电容的谐振实现开关管软开关。

4、每个开关管导通时间接近180°，同一桥臂两个开关管互补导通， Q1、Q3为超前桥臂， Q2、Q4为滞后桥臂，超前桥臂超前滞后桥臂一定角度。

2.2 芯片说明

2.2.1采用的芯片说明

UCC3895是美国德州仪器公司生产的移相谐振全桥软开关控制器，该系列控制器采用了先进的BCDMOS技术。最高工作频率可以达到1MHz。该控制器将定频PWM技术与零电压开关技术结合在一起，使变换器在高频下的转换效率大大提高。UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列移相全桥PWM控制器相同，只是在控制电路、延迟设置和关断功能等方面进行了改进。另外，由于采用

BCDMOS工艺，与UC3875和UC3879相比，其偏置电流显着降低。 UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列控制器完全相同，同时增加了一些新的功能。主要有以下特点：（1）输出导通延迟时间编程可控；

（2）自适应延迟时间设置功能；

（3）双向振荡器同步功能；

（4）电压模式控制或电流模式控制；

（5）软启动/软关机和控制器片选功能编程可控，单引脚控制；

（6）占空比控制范围0％～100％；

（7）内置7MHz误差放大器；

（8）最高工作频率达到1MHz；

（9）工作电流低，500KHz下的工作电流仅为5mA；

（10）欠压锁定状态下的电流仅为150μA。

2.2.2 UCC3895引脚说明

UCC3895和UCC2895移相谐振全桥软开关控制器采用SOIC-20、PDIP-20、TSSOP-20和PLCC-20四种封装形式， UCC1895采用CDIP-20和CLCC-20两种封装形式。下面以PDIP-20为例进行介绍，其引脚排列如图2-1所示。

图 2-3

1、20、2：分别为运放的反向输入、同相输入和输出端。

3: PWM比较器的反相输入端。采用平均电流型控制时，接振荡器定时电容CT端，采用峰值控

制时，接电流采样信号（加上斜率补偿信号）

4: 5V基准电压，可为内部供电，也可为外部提供5mA电流，使用时可接0.1uF电容到地

5：接地端

6：振荡器同步端，多台电源同步工作时使用。

7：振荡器定时电容，产生锯齿波。

8：振荡器定时电阻，40–120kΩ之间，控制定时电容充放电。

9、10：分别调整A和B，以及C和D之间的死区时间

11：自适应延时设定，设定最大和最小可调输出延时死去时间的比率，接CS时不延时，接地延时最长。

12：电流采样端

13、14、17、18：A–D驱动输出端，A和B互补，接一个桥臂，C和D互补接另一个桥臂，AC 之间有相移，BD之间也有相移。

15：电源端，接15V左右电压，另接1uF旁路电容到地。

16：接地端，与5接在一起。

19：软启动/关断端，当其电压低于0.5V，或ref脚低于4V，或VDD脚低于欠压封锁门限电压时，使3895快速关断。启动时间由外接电阻和电容决定。

UCC3895是采用BCDMOS工艺制作的移相全桥PWM控制器，最高工作频率可以达到1MHz。该控制器将定频PWM技术与零电压开关技术结合在一起，使变换器在高频下的转换效率大大提高。UCC3895在基本功能上与UC3875系列和UC3879系列移相全桥PWM控制器相同，只是在控制电路、延迟设置和关断功能等方面进行了改进。另外，由于采用BCDMOS工艺，与UC3875和UC3879相比，其偏置电流显着降低。