移相式零电压软开关变换器与UC3875的应用

　　1引言

　　从传统的线性电源到目前的开关电源，尤其从70年代以来大规模集成电路技术的发展，使开关电源有了质的飞跃，从而在电源产品中掀起了一股高频化、小型化、模块化的浪潮。目前，开关电源的体积主要还是由电容、电感和变压器等储能元件决定，因而开关电源的小型化，实质上就是一个减小储能元件体积的过程。在一定频率范围之内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感和变压器的体积，还能抑制干扰，改善系统的动态性能，因而，高频化是开关电源的主要发展方向。

　　开关电源出现之后，最流行的是硬开关变换器，但由于开关管在导通和关断过程中损耗，随开关频率的提高而增大，因此硬开关变换器限制了开关电源频率的提高，同时电路中的寄生电感和寄生电容在高频时产生严重的电压尖峰和浪涌电流，如图1所示。

图1开关时的电压尖峰和浪涌电流

（a）导通过程（b）关断过程

（c）导通过程对应电流波形（d）关断过程对应电压波形

　　为了实现开关变换器的高频化需要着重解决的问题是实现零电压或零电流开关，以减小开关损耗，尽可能减小开关浪涌，为此先后出现了谐振变换器，但是谐振变换器是通过频率调制的，为了在输入电压和负载变化范围内调节输出电压，必须要求很宽的开关频率范围，这就使得滤波器的优化设计十分困难，使磁性元件的利用率减小，因此高频开关变换器主要发展途径是谐振型和PWM技术的结合，即软开关PWM技术。利用谐振的形式使开关过程“软化”，完成开关过渡之后，变换器按PWM型式运行，使环路能量比谐振变换器小得多，而开关损耗降低了，所以它是一种性能优良的软开关变换器，移相式零电压软开关电路就是其中一种。

　　2移相式零电压软开关变换器的工作原理

　　图2为移相式零电压软开关变换器原理图，图中LR由两部分组成，一是外加谐振电感；二是变压器的漏感，CR由变压器的寄生电容和外加电容组成。

图2移相式零电压软开关变换器电路图

　　移相式零电压软开关管变换器中每只开关管具有相同宽度的驱动脉冲，通过移相错位控制有源时间，从而达到稳定输出电压的目的。当一个开关管关断时，变压器的初级电流给关断的开关管的并联电容充电，同时使同一桥臂即将开通的开关管的并联电容放电，当关断的开关管并联电容充到电源电压时，即将开通的开关管反并联二极管自然导通，这时开通开关管，则该管就是零电压开通。而开关管在关断时，由于它有并联电容，这样开关管是零电压关断，因此在这种移相式控制方式下，开关管是在零电压下开关的，其驱动波形如图3所示：

图3驱动波形图

　　图中阴影部分为传输能量的有源时间，固定SA、SB的相位，移动SD、SC的相位，即可达到调整有源时间的目的，这样SD（SC）开通时，SA（SB）未导通，没有电流流过，SD（SC）没有开通损耗，仅SA（SB）有；SD（SC）关断时，SA（SB）未关断，SA（SB）漏源极无电压变化，没有开通损耗，仅SD（SC）有。

　　3移相式零电压软开关变换器电路的优点

　　移相式零电压软开关变换器电路是在吸收了传统PWM变换器和谐振变换器的优点，克服了它们的不足之后发展起来的一种新型控制方式，它有以下几个优点：

　　（1）功率管实现软开关，减小了开关损耗，因此开关频率可以大大提高。由于功耗的减小，可以减小散热器的体积，频率的提高可以减小变压器及滤波器的体积，有利于电源的小型化、轻量化。

　　（2）功率管软开关改善了导通和关断时电压波形，使开通和关断沿的尖峰减小，这样便减小了电磁干扰和射频干扰，使得设备的电磁兼容设计压力减小。在航空领域内电磁兼容性设计是一个重要的考核指标，而电源的电磁兼容性设计又是一个比较复杂的问题，当采用移相式零电压软开关电路时，电磁兼容问题就比较容易解决。

　　（3）功率管电压电流应力小，这样不仅减小了损耗，而且提高了电源的效率，更加有利于提高功率管的使用寿命和可靠性。

　　4UC3875的应用

　　Unitrode公司的UC3875，它有4个独立的输出驱动端可以直接驱动四只功率MOSFET管，见图4，其中OUTA和OUTB相位相反，OUTC和OUTD相位相反，而OUTC和OUTD相对于OUTA和OUTB的相位θ是可调的，也正是通过调节θ的大小来进行PWM控制的。

图4管脚示意图

　　4．1UC3875的管脚功能

　　UC3875有20脚和28脚两种，这里仅介绍20脚的UC3875的管脚功能，表1为管脚功能简要说明。

表1