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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PWM DC/DC全桥变换器 （Phase-shifted zero-voltage-switching pwm dc/dc full-bridge converter,PS ZVS FB Converter） 利用原边串联谐振电感
2、和功率管的寄生电容来实现开关管的零电压开关，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UL*dI/dt可知，初级电流线性变化。 Q39提前关断，Q40的DS电
3、压会下降，初级电流需抽走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
4、组短路。因此，初级的方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(P208221).,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:VCC Pin9/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
5、桥臂死区时间约为150ns，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。,Pin11 ADS 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：VREF PIN12：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
6、保护。 合理设置此处的参数，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
7、性。一般来说，探头的地线需接到电压稳定点，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，f100KHZ，Ae178mm2，D=0.90,Ton4. 5us，VIN380V，工作于第一、三象限。 N1Vin*Ton/（Ae*B） 380*4.5/（2*0.15*2*178）16TS； 输出可调范围为4458V，过压保护点为58.560.5，保留裕量，取最大输出为60V， 则nVin*D/Vo380*0.9/605.7，所以，
8、次级 匝数：N2=16/5.72.8，取3匝。 绕组线径需按实际输出功率确定。,2.谐振电感：,根据负载条件来选择电感量,理论计算误差较大。一般情况下，半载时，使滞后桥臂工作于ZVS，作为谐振电感感量选取的判定条件。需计算负载突变、输出短路等状态下的磁感应强度，避免进入饱和状态。这里选用绕线0.1*100*3，磁芯为EER2834, 9匝，感量810uH。测得其磁感应强度如下：BmaxLIp(NAe),五应用中出现的问题：,1.高温下，风扇全速转，其启动冲击电流过大，使供电VCC出现较大幅值的跌落，最低下跌到9.24V，如下图所示：,而全桥芯片UCC3895的最大关断电压为9.8V，芯片重启，使输出出现异常。芯片VCC的启动门限规格如下： 具体参考附件：,六.参考资料,1.直流开关电源的软开关技术； 2. UCC3895 ,Datasheet； 3. E472电源评估报告。,THE END THANK YOU!,