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1、34《电力电子技术》2000年第1期 2000.2零电流准谐振开关电源的设计DesignofZeroCurrentQuasi2resonantSwitchingPowerSupply哈尔滨工业大学 孙铁成 公茂忠 唐迎春 (哈尔滨 150001)摘要:分析了半波次级谐振的零电流准谐振变换器的工作原理,并研制了一台以UC3867为核心控制芯片的准谐振电源样机,对该电源进行了实验,结果表明准谐振电源具有开关频率高、效率高和纹波电压小等优点。Abstract:Theoperationprincipleofthehalf2waveseconda
2、ry2sideresonantZCSquasi2resonantconverterisanalyzedinthispaper,andaprototypesupplybasedonchipUC3867ismade.Theexperimentalresultsindicatethatquasi2resonantsupplyhastheadvantagesofhighswitchingfrequency,highefficiencyandlowripplevoltage.叙词:变换器/开关电源 零电流准谐振Keywords:converter
3、;switchingpowersupply;zerocurrentquasi2resonant1 前 言频率调制而不是脉宽调制。另外,准谐振开关电源随着电子设备的日益小型化以及计算机、通信比PWM开关电源多了一个零检测环节,以实现零业和航空航天业等的发展,对电源的要求也日益提电压或零电流软开关。高,电源的小型化和高频化成了电源的必然发展趋3 零电流准谐振变换器的工作原理势。在开关电源小型化和高频化的进程中,开关损图2所示为零电流准谐振开关变换器的工作原[1]耗是制约其发展的一个重要因素。传统脉宽调理。图中,Lr1,Lr2为谐振电感,Cr
4、是谐振电容。假整开关电源在高频工作时的开关损耗使其开关频率定各元件都是理想的,LfmLr,则滤波环节及负载可不能进一步提高,从而体积不能减小。看成恒流源I0。电路的工作过程可分成四个阶段近年来,减小高频开关损耗的各种软开关技术来分析。[2]受到了人们的青睐,软开关技术使高频开关管工作在零开关状态,从而大大减小了开关损耗,提高了[3]开关变换器的效率。准谐振开关技术结合了谐[1,4]振技术和PWM技术的优点,代表了开关电源的一个发展方向,但在整机产品的普及方面还需要图2 半波半桥次级谐振零电流准谐振变换器原理图一个较长的过程。本文以UC3
5、867为核心芯片研制四个阶段分别是电感充电阶段、谐振阶段、电容了一个零电流准谐振开关电源的样机,并对其进行放电阶段和续流阶段,如图3所示。了实验测试。2 准谐振开关电源的组成准谐振开关电源是一个完整的闭环系统,它包括主回路、控制回路和保护环节等。准谐振开关电源的系统图如图1所示。(a)电感充电阶段(t0,t1)(b)谐振阶段(t1,t2)(c)电容放电阶段(t3,t4)(d)续流阶段(t3,t4)图3 零电流准谐振变换器工作时的等效电路图(1)电感充电阶段(t0,t1)在这一阶段内续流二极管导通,谐振电感Lr2内图1 准谐振开关电源的系
6、统框图电流线性增加。此阶段内的状态方程为:由图1可以看出准谐振开关电源的组成与传统UiniL(t)=tr2Lr2N(1)PWM开关电源的结构类似,所不同的是准谐振电源的功率环节是准谐振变换器,控制电路采用的是VC(t)=0r零电流准谐振开关电源的设计35(2)谐振阶段(t1,t2)容发生谐振,从而使流过电感Lr1和Lr2中的电流按在t1时刻,iLr2上升到负载电流I0,S1导通,正弦规律变化,这就为S1和S2的零电流开关提供VD截止,电流iLr2(t)-I0对Cr充电,Lr2和Cr进了条件。同时,开关电流与开关电压没有重叠部分,入谐振阶
7、段。满足如下方程:从而实现了软开关。Uin4 准谐振开关电源的实现iLr2(t)=I0+sinω(t-t1)2NZr(2)研制了一个用于舵机控制系统的12V、5A的准VC(t)=Uin[1-cosω(t-t1)]/2N谐振电源,它是以UC2867为核心控制芯片,如图5r(3)电容放电阶段(t2,t3)所示。在t2时刻S1关断,Cr通过输出回路以电流I0线性放电,直到电压降为零。此阶段的谐振电压状态方程为:I0VC(t)=VC(t2)-(t-t2)(3)rrCr(4)续流阶段(t3,t4)此阶段电路通过续流二极管续流。上述各阶段是开关S1
8、和电感Lr2工作,当S2导通时进入下一个工作周期,在这周期中Lr1工作。上面所述工作过程的典型波形如图4所示。图5 零电流准谐振开关电源电路简图图中,S1、S2为功率场效应管,与Lr1、Lr2、Cr和主变压
