UCC28950移相全桥设计指引设计

1、标准UCC28950移相全桥设计指南一,拓扑结构及工作原理 (i)主电路拓扑(ZVS)和滞后桥臂的本设计采用ZVZCS PWM 移相全桥变换器,采用增加辅助电路的方法复位变压器原边电流,实现了超前桥臂的零电压开关 零电流开关(ZCS).电路拓扑如图 3.6所示文案图3.6 全桥ZVZCS电路拓扑当S|、S4导通时,电源对变压器初级绕组正向充电,将能量提供应负载,同时,输出端钳位电容CC充电.当关断 S|时,电源对 C|充电,C2通过变压器初级绕组放电.由于C1的存在, S|为零电压关断,此时变压器漏感Lk和输出滤波电感 Lo串联,共同提供能量,由于Cc的存在使得变压器副边电压下降速度比原边慢,

2、导致电位差并产生感应电动势作用于Lk,加速了 C2的放电,为 S2的零电压开通提供条件.当 Cc放电完全后,整流二极管全部导通续流,在续流期间原边电流已复位,此时关段S4,开通S3,由于漏感 Lk两边电流不能突变,所以S4为零电流关断,S3为零电流开通.(2)主电路工作过程分析7半个周期内将全桥变换器的工作状态分为8种模式. 模式1图1模式1主电路简化图及等效电路图 模式2图2模式2简化电路图 模式3模式4图3模式3简化电路图图4模式4主电路简化图及等效电路图模式5(a)Cb)手瑾圉图5模式5主电路简化图及等效电路图模式6Cc¥ h-iL_创简此E3图6模式6主电路简化图及等效电路图

3、模式7图7模式7主电路简化电路图模式8图8模式8主电路简化电路图二,关键冋题1：滞后臂较难实现 ZVS原因：滞后臂谐振的时候,次级绕组短路被钳位,所以副边电感无法反射到原边参加谐振,导致谐振的能量只能由谐振电感提供,如果能量不够, 就会出现无法将滞后臂管子并联的谐振电容电压谐振到0V.解决方法： 、增大励磁电流.但会增大器件与变压器损耗. 、增大谐振电感.但会造成副边占空比丧失更严重. 、增加辅助谐振网络.但会增加本钱与体积.2,畐V边占空比的丧失原因：移相全桥的原边电流存在着一个剧烈的换流过程,此时原边电流缺乏以提供副边的负载电流,因此副边电感就会导通另一个二极管续流, 即副边处于近似短路状

4、态；Dloss与谐振电感量大小以及负载RL大小成正比,与输入电压大小成反比.解决方法： 、减少原副边的匝比.但会造成次级整流管的耐压增大的后果. 、将谐振电感改为可饱和电感.由于在初级换流的过程中,一旦进入电感的饱和状态,那么流过电感的电流马上就会变为饱和电流,而不是线性的减少,这就意味着减少了换流时间,等效于减少了占空比丧失时间.当然我这么解释看起来有点不好理解,要结合移相全桥的工作过程来理解,还是可以慢慢去体会的三,定制件设计与功率器件选型1,输出储能电感设计：其计算公式为移相全桥的输出储能电感其实可以看做一个单纯的BUCK电感,由于其正负半周期各工作一次,所以其工作频率等于2倍开关频率,

5、Lf = Vo *(1- Dmin )/(4*fs* I)2,主变压器设计：首先计算出移相全桥的次级输出最低电压：Vsec(min)=( Vo(max)+VLf+VD)/ Dsec(max)初次级的变压器匝比为：n=Vin(min) /Vsec(min)选择变压器,使用A法：p4Ap =Ae*Aw= Po*10/(4*?*fs* B*J*Ku*)接下来计算变压器原边匝数：Np= Vin (mi n) *D/(4*fs*A *B )(max)e max那么次级绕组匝数为：Ns= Np/n3,谐振电感设计：2 2 2 2L I /2=( V *C,管)/2+( V *C 下管)/2= V *Cr

6、pin 上管in 下管in lag2 2即 L = 2* V *C /Irin lag p其中L :谐振电感值rV :输入电压inC :滞后桥臂电容(外加电容与 MOSFET结电容)lagI :滞后桥臂关断时刻原边电流大小p计算还要考虑以下几点因素： 、Vin应取最高输入电压值,保证任意输入电压下,滞后桥臂均能实现 ZVS. 、考虑在轻载I ( 10%-20%负载)时刻,需要滞后桥臂仍然需要工作在ZVS状态.pl 、输出电流i“在某个值(比方2A)时刻,输出储能电感电流任然连续或处在临界点.也就是说,输出储能电感的脉动电流等于2倍此值即厶 i = 2 *2A=4ALf那么 Ip=(I pl+

7、iLf /2)/n4, 输入电容KX审 60Hlt3Mpf5, 输出电容6, 隔直电容四,UCC28950周边元件配置及选型4*3価0SDLTAGourEJ帳tMHWFCC.LUBLTODIaCDowii：pslefMHTTHH匚IPClmuttIK*MKJLEF匸if -设置电流传感网络 CT, RS, RRE, DA为这个设计有一个选择的CT的100:1比率a2£12 = = 1 OO9在VINMIN下计算一般峰值电流IP1:原边电流峰值峰值电流到达上限时的电压计算电流检测电阻RS并且预留200 mV斜坡补偿选择一个标准电阻 RS:48.7U对RSf古计功率损耗计算DAh的最大反

8、向电压VDA估计达功率损耗PDA:0.01W计算RS重置电阻器RRE: 电阻器RR用于重置当前变压器 CT.一 100 Rs = 4 87kfilfLFP在482千赫.这应该电阻器RLF和电容器CLF形成一个低通滤波器对当前信号引脚15.对于这个设计我们选择以下值.这个过滤器频率极低工作大多数应用程序但也许适合个体的布局调整和EMI的设计.R, PCj330p尸UCC28950 VREF输岀引脚1需要高频旁路电容滤除高频噪音.这个引脚需要至少1卩F高频旁路电容CBP1.请参考图1适当的位置.电压放大器参考电压引脚2,EA +可以设置与分压器RA,RB,这个设计实例我们要设置误差放大器参考电压V

9、12.5 v .选择一个标准电阻 RE值,然后计算电阻RAt.设置电压放大器参考电压:Vref=5VVI aV分压器由电阻器 RC和RI选择,设置直流输出电压 电压输出引脚3EA.选择一个标准电阻器 RC:Rc = 2.37kllR.计算R1V1然后选择一个标准的电阻VI补偿反应回路可以通过适中选择反应组件RF、CZ和CP.这些组件被放置尽可能接近U CC28950引脚3和4.计算负载阻抗负载RLOAD:10%限制输出传递函数近似 GCOf作为频率的函数G协妝胡1皿.,皿虫迴土理凹dJI调双极GCOS率(f)： Iffpp = 50kHz4Angular velocity:S(r>w 2

10、nJxf补偿电压回路2型反应网络.下面的传递函数补偿增益作为频率的函数GCf.请参阅图1为组件的位置G?如= % 2对小CZ叫也皆窑出计算电压回路反应电阻器 RF基于交叉电压fC循环在第10个双极频率fPP.Rr 三*七 27 SkiL JJ壮)选择一个标准电阻 RF.R# 弋 27.4 K£2计算反应电容器(CZ)在交叉点的移相.选择一个设计标准电容值.C7 =5 6nF在2被FC的地方放置一个极点SflOpF选择一个设计标准电容值.亡戸=5&O p F环路增益作为频率的函数,以 dB的形式.TdBtf) a 20log(|Gc(f)«Gco(f)|)环路增益和相

11、位图形检查循环稳定性理论循环.(图4)得了在约3.7 kHz的阶段大于90度.限制在上升期间启动UCC2895C有软启动功能(引脚5),应用程序设置软启动时间15 ms(tSS)1 Sms选择一个标准电容器的设计.Os ICOnF1本应用笔记提供了一个固定延迟方法实现零电压从100%负荷降至50%负载.当转换器操作低于 50%加载转换器将在山谷切换操作.为了实现零电压切换开关节点上 QBd勺FETs QA的开机(tABSET)延迟,初步制定和 QB需要基于LS和理论开关节点之间的交互电容.下面的方程用于设置tABSET最初.将LS设置输出电容的两倍X OS3 QA 4VQ )计算槽频率设置初始

12、tABSET延迟时间,适当调整方案注意：2.25 tABSET方程的因素来源于实证测试数据,可能会有所不同基于个人设计差异RDA1电阻值形成的电阻分压器 RDA1 RDA2决定 tABSET,tCDSET UCC28950的延迟范围.选择一个标准 注意：tABSET之间可以编程30 ns - 1000 ns .尺?*8电压的ADLE输入UCC28950(VADEL)需要设置RDA2S于以下条件.如果 tABSET > 155 ns 设置 VADEL = 0.2 V,tABSET 155 ns 和 1000 ns 之间可以编程 如口果 tABSETW 155 ns 设置 VADEL = 1

13、.8 V,tABSET 可以编程 29 ns - 155 ns:基于VADE选择、计算RDA2:选择最接近标准RDA2电阻值: 3-4- e £ a重新计算VADEL基于电阻分压器的选择是口卜I5VR1J = 0.202 VR 口切+只小电阻器RDELA由tABSET决定1A 壬 304k£2口(IAB6ET 5HS) <O 1 5 V + VADeL 1 Aft) 1 00"矿! H选择一个标准电阻的值设计：+ 30 -1 X3一旦你已经启动并运行原型建议你微调tABSET光负荷的峰谷之间的共振 LS和开关节点电容.在这个设计延迟设定在10%负载.请最初的

14、起点QC和QDT开延误(tCDSET)应该最初设置为相同的延迟,QABQE翻开延迟(引脚6).以下方程程序QC和Q號通延迟(tCDSET),通过适中选择电阻 RDELCD引脚 7).ABSET - tuDSET电阻 RDELCD 由tCDSET决定n nw> <O 1 *7XZ + VAjotL - 1MS；5选择一个标准电阻器的设计一旦你已经启动并运行原型建议微调tCDSET光负载.在这个设计 CD节点将山谷开关负荷在 10%左右.请参考Q和QC岔道/.这是由于有更多的峰值如图6所示.在轻负载获得零电压开关节点QDd由于容易多了反映了输出电流出现在主变压器的场效应晶体管 电流鼓励

15、LS在此之前过渡,而QA和QB岔道/有一个可编程延迟岔道的场效应晶体管场效应晶体管QA岔道后QF(tAFSET)的岔道场效应晶体管 QE QF后,场效应晶体管QB岔道(tBESET).好地方设置这些延误tABSET的 50%这将保证适当的同步整流器之前关闭AB零电压过渡.如果这个延迟太大将导致OUTEE确和OUTF不重叠,它将创立多余的身体二极管传导FETs量化QE和QF形成的电阻分压器 RCA1 RCA由tAFSET和 tBESET决定,UCC28950的延迟范围.选择一个标准RCA1电阻值.注意：tEFSETtBESET可以在 32 ns - 1100 ns之间设置.Rua - U电压的A

16、DELEF引脚UCC28950(VADELEF需要设置RCA2基于以下条件.如果 tAFSET < 170 ns 设置 VADEL = 0.2 V,tABSET 可以编程 32 ns - 170 ns:如果 tABSET > 或=170 ns 设置 VADEL = 1.7 V,tABSET 170 ns 和 1100 ns 之间可以编程：基于VADELE选择、计算RCA2:貝* -e 4.2Sk£2选择最接近标准RCA2电阻值：忌 一尺论-4.22ki)重新计算VADELEFS于电阻分=1.(592 V下面的方程被用来方案 tAFSET和 tBESET通过适中选择电阻 R

17、DELEFCvmt *0.5 4ns) (257 VACELEF 1.32)x10ns5选择一个标准电阻器的设计.电阻器RTMIN工程最低工作周期时间tMINUCC28950弓I脚9可以需求在进入破裂模式.如果UCC2895限制器试图要求责任周期的时间不到将进入爆发模式操作.详情请参见UCC2895数据表关于破裂模式.这个设计我们设置最低100 ns.| gi00n&设定的最低时间选择 RTMIN用下面的方程.标准电阻的值然后选择设计.尺 t 榊z 有提供销设置变换器开关频率引脚10.频率可以选择通过调整定时电阻RT.任5乂册普R =yI*K 0F -2 SV P 2 5x 10J n

18、 SOkQ飞V12J选择一个标准电阻器的设计.Rr -61.9klitMIN电源(VSLOPE)UCC2895还提供了斜坡补偿峰值电流模式限制引脚12.这个可以设置通过设置 RSUMI下面的方程.下面的方程将计算所需的量斜坡补偿 所需的循环稳定性.注意：磁化电流的变化在主dlLMAG导致斜坡补偿.7 一凭二暫j"|1&04 V貝3,帮助改善噪声免疫力 VSLOP总设置有一个斜坡,等于最大值的10%目前感觉信号0.2 V在一个感应开关.如口果 VSLOPE2 WSLOPE1 设置 VSLOPE = VSLOPE1 如口果 VSLOPE VSLOPE1 设置 VSLOPE = VSLOPE2la UM125.4kLJ选择一个标准电阻器 RSUMRSUm =127kfl提升效率