移相全桥的原理与设计简介

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1、移相全桥的原理与设计简介目录一移相全桥原理简述二控制芯片UCC3895简介三器件应力分析四磁性器件设计五应用中出现的问题六参考资料简要叙述了移相全桥的工作原理、控制芯片的主要功能，主要在于分析功率器件的应力、磁性器件设计、应用实例等，力求直观、言之有物，对移相全桥拓扑及其外围电路有一定的感性认识。一．移相全桥原理简述：移相控制零电压开关PWMDC/DC全桥变换器（Phase-shiftedzero-voltage-switchingpwmdc/dcfull-bridgeconverter,PSZVSFBConverter）利用原边串联谐振电感和功率管的寄生电容来实现开关管的

2、零电压开关，其电路结构如下：每个桥臂的两个功率管成180度互补导通，为避免出现共态导通现象，电路中会增加适当的死区时间。每个功率管的导通时间固定，而两个桥臂的导通角相差一个相位，即移相角，通过调节移相角的大小，来控制占空比，从而调节输出电压。可参考如下波形：波形解释：Q39、Q40为超前桥臂；Q37、Q38为滞后桥臂Q39比Q38提前导通，提前关断；Q40比Q37提前导通，提前关断。当对角管Q39和Q38，或Q40和Q37同时导通时，初级才存在正向（或负向）的方波电压。由电感公式U＝L*dI/dt可知，初级电流线性变化。Q39提前关断，Q40的DS电压会下降，初级电流需抽走

3、Q40的DS结电容的电荷，同时给Q39的结电容充电。当Q40的DS电压下降为负压时，Q40的体二极管导通，DS电压被箝位，近似为零。如果此时给出Q40驱动，就能实现ZVS。根据上述分析，有3个方法，有利于实现ZVS：1.增加励磁电流2.加大谐振电感3.增加死区时间ZVS示意波形可参考如下：Q40和Q38同时导通时，初级变压器绕组上的电压为零，不传送能量。要保持电感电流不变，初级电流处于环流状态，存在较大的导通损耗，电流再次下降。当Q37、Q40同时导通时，由于初级电流减小，次级绕组无法完全提供负载电流，次级的两个整流二极管同时处于导通、续流状态，次级绕组短路。因此，初级的方

4、波电压完全施加与谐振电感上，此时副边存在占空比丢失现象。上面简要描述了一个桥臂的工作过程，另一个桥臂工作状态相同，不再叙述。小结：1.移相全桥工作与零电压开关，极大的减小了开关损耗，有利于提高开关频率，减小电源的体积和重量。2.超前桥臂比滞后桥臂容易实现零电压开关。3.由于谐振电感串联于主回路中，副边存在占空比丢失现象。更深入的理论分析可参考文献1(P208~221).二．控制芯片UCC3895简介：简要介绍部分引脚的功能及设计时的注意事项：Pin15:VCCPin9/Pin10:死区控制电阻RDEL越大，死区时间越长。一般情况下，空载状态，超前桥臂死区时间约为150ns，

5、滞后桥臂设置为300ns。滞后桥臂较超前桥臂难实现ZVS，这里的死区时间相应增大。需实际测试驱动、DS波形，来确认上述设计的可行性。Pin11ADS可变死区设置较大的死区时间会减小占空比的利用率，降低变换器的效率。UCC3895集成了死区调节功能，即在负载增大时，减小死区时间，提高重载时的占空比利用率。通过合理设置PIN12、PIN11之间的电阻比值，可以提供可变的死区时间，如下图所示：PIN7、PIN8：用于设置开关频率。PIN4：VREFPIN12：CS+:电流采样，CS+瞬态超过2.5V时，芯片所有输出脚复位，重新进入缓启动过程。可以用于过功率保护。合理设置此处的参数

6、，使MOSFET避免承受过大的瞬态电流应力。PIN3：RAMP可用于恒功率保护。三、器件应力分析：通过实测数据来了解器件承受的应力、及其波形，加深对其工作原理的认识。Q37、Q40：全桥MOSFET；D37、D39:：吸收二极管；D17、D26:次级整流二极管1.电压应力：2.电流应力：3.电阻功耗：3.1关于电阻功耗的测试方法问题：该电阻两端的电压都是突变的，探头的寄生电容影响较大，因此，通过测试电压有效值，来计算其功耗时，会产生较大的偏差，难以接受。这里采用测试电流有效值的方法，是合理的。测试此类电阻功耗或电压应力时，有必要分析其端电压的特性。一般来说，探头的地线需接到

7、电压稳定点，如初、次级的地，大电容、输出电容的正端等。例如：测试PFC二极管的电压应力时，地线需接阴极，否则甚至会引起PFC工作不稳定的现象（叫机）。如下图所示：四、磁性器件设计简要计算：1.主变压器：双EE4242B，f＝100KHZ，Ae＝178mm^2，D=0.90,Ton＝4.5us，VIN＝380V，工作于第一、三象限。N1＝Vin*Ton/（Ae*△B）＝380*4.5/（2*0.15*2*178）＝16TS；输出可调范围为44～58V，过压保护点为58.5～60.5，保留裕量，取最大输出为60V，则n