文章编号:1004-289X(2008)02-0046-05UC3875在移相式零电压P WM软开关电源中的应用杨旭丽(湖南铁道职业技术学院,湖南株洲4120001)摘要:采用UC3875作控制的移相式零电压P WM软开关电源,具有高频、高效节能、体积小等优点,同时电源工作波形干净,减少了输出电压的脉动分量,抑制了开关尖峰嗓声,且运行可靠。

关键词:移相控制;UC3875单片机中图分类号:TM76文献标识码:BApp licati on of UC3875i n P WM Soft S w itchi ngPo w er Supply of Phase-shift Zero-voltageY ANG X u-li(H unan Ra il w ay Po lyterchn ic Co llege,Zhuzhou412000,Ch i n a)Abstract:The phase-shift zero-vo ltage P WM soft s w itching po w er supp ly con tro ll e d by UC3875is of adventages of high frequency,h i g h e ffi c iency,ener gy conservation and s m a ll vo l u m e.M eanwh ile t h e w ork w ave for m s of the po w er supp l y are clean,reduce pulse co m ponent of output vo ltage,con tro l s w itch i n g spike no ise and re liable in operation.K ey words:phase sh ift contro;l UC3875si n g le ch i p processo r1前言移相控制电路是高频开关电源的重要组成部分,很大程度上决定了开关电源的性能,其作用在于使全桥变换器的两个桥臂开关管的导通角错开一个角度,以获得不同的占空比,从而调节输出电压的高低。

其核心是移相P WM控制器。

本设计采用了专用移相控制集成芯片UC3875,它能够产生四路移相控制的P WM信号,并且具有稳压、稳流及多种保护功能。

2UC3875概述UC3875软开关移相P WM控制集成电路由美国Un itrode公司生产。

该芯片的简要介绍如下:UC3875能够对两个半桥开关的相位进行移动控制,实现半桥功率级的恒频P WM控制。

UC3875的四个输出分别驱动两个半桥,并都能单独进行导通延时调节,即死区时间的调节,该死区时间可以确保下一个要导通的开关管的输出电容能够放电完毕,也就是开关管两端的电压可以在该时间内降到零,因而实现了零电压开通。

其特性如下:(1)实用的开关频率可达2MH z,可实现0%~100%占空比控制;(2)两个半桥的输出导通可单独编程控制;(3)具有软起动功能;(4)具有4个2A图腾柱式输出级;(5)有10MH z误差放大器;(6)具有独立的过流保护电路,可实现快速故障保护。

过流故障发生后70ns内,全部输出级都能转入关断状态。

过流故障消除后,该器件能够自动重新开始工作;(7)欠压锁定功能;211UC3875特点及引脚功能的介绍(1)UC3875特点的介绍¹输出导通延迟时间编程可控;º自适应延迟时间设置功能;»双向振荡器同步功能;¼电压模式控制或电流模式控制;½软起动/软关机和控制器片选功能编程可控,单引脚控制;¾占空比控制范围0%~100%;¿内置7MH z误差放大器;À最高工作频率达到1MH z;Á工作电流低,500k H z下的工作电流仅为5mA;Â欠压锁定状态下的电流仅为150L A。

(2)引脚说明UC3875移相谐振全桥软开关控制器采用SO I C-20、PDI P-20、TSSOP-20和PLCC-20四种封装形式,下面以PD I P-20为例进行介绍,其引脚排列如图1所示。

UCC3875系列移相谐振控制器采的引脚功能简介如下:图1UC3875引脚图#EAN(引脚1):误差放大器反相输入端。

#EAOUT(引脚2):误差放大器输出端。

在控制器内部,该端分别与P WM比较器和空载比较器的非反相输入端相连,并钳位于软起动电压。

当该端上的电压低于500mV时,控制器的输出级将被空载比较器关断。

当该端上的电压升至600mV时,输出级重新开通。

#RAMP(引脚3):P WM比较器的非反相输入端。

在电压模式或平均电流模式下,该端接CT(引脚7)上的锯齿波信号;而在峰值电流模式下,该端接电流信号。

RAM P内接放电晶体管,该晶体管在振荡器死区时间内触发。

#REF(引脚4):精密5V基准电压输出端。

控制器内部的基准电源一方面为控制器内部的电路供电,另一方面还能够向外接负载提供5mA的偏置电流。

该基准电源仅在欠压锁定状态下关断,而在其他失效状态下仍能继续工作。

实际当中,该端应外接低ESR 和低ESL的旁路电容,其大小至少应为011L F。

#GND(引脚5):信号地。

#SYNC(引脚6):振荡器同步信号输出端。

该端是双向的,作为输出端时,该端可以输出时钟信号。

作为输入端时,该端可以输入外部同步信号,可实现多只控制器同步工作。

该引脚还可以起到对CT引脚上的定时电容以及RAM P引脚上的滤波电容进行放电的作用。

同步电路输入电压的下限阈值为119V,上限阈值为211V。

为了减小同步脉冲的宽度,在SYNC和GND引脚之间应接入一只3198的电阻。

#CT(引脚7):振荡器定时电容击接入端。

定时电容的充电电流由控制器控制,该定时电容上的锯齿波峰值电压为2135V。

振荡周期t osc可按下式进行估算:t osc=5R T C T48+120ns(1)式中,C T的单位取法拉;R T的单位取欧姆;t osc的单位取秒。

#RT(引脚8):振荡器定时电阻接入端。

定时电容的充电电流是一个固定值,其大小由定时电阻RT 决定,如下式所示:I RT=310VR T(2)#DELAB(引脚9)/DELCD(引脚10):输出端A -D延迟控制信号输入端。

延迟时间应在同一桥臂中一只开关管关断之后,另一只开关管开通之前加入,为谐振创造条件。

延迟时间的估算可参照式(3):t dekay=25@10-2@R DELV DEL+25ns(3)式中,V DEL的单位取伏特;R T的单位取欧姆;t dek ay 的单位取秒。

#DELAB和DELCD能够提供最大值为1mA的灌电流。

实际当中,应保证DELAB和DELCD引脚的杂散电容小于10PF。

#ADS(引脚11):延迟时间设置端。

当ADS引脚直接与C/S引脚相连时,输出延迟死区时间为零。

当ADS引脚接地时,输出延迟时间最大。

C/S引脚上的电压为210V时的延迟时间是C/S电压为0V时的4倍。

输出端A-D延迟控制信号输入端上的电压由下式决定:V DEL=0175@(V CS-V ADS)+015V(4)式中,V CS和V AD S的单位取伏特。

ADS引脚上的电压需限制在0~215V范围内,并且不能超过C/S引脚上的电压。

另外,输出端A-D 延迟控制信号输入端上的电压的最小值应钳位于015V,当C/S上引脚上为高电平时,回路P WM波全部被封锁,OUTA-OUTD输出为低电平。

在设计时可通过单片机来检测是否发生了故障,再发信号送C/S。

#OUTA/OUTB/OUTC/OUTD(引脚18、17、14、13):驱动输出端。

这4个输出端由互补MOS驱动电路构成,能够提供100mA的驱动电流,可以驱动FET 驱动电路。

OUTA和OUTB是完全互补的,其占空比接近50%,可以驱动半桥电路。

OUTC和OUTD也是如此。

对于OUTA而言,OUTC的相位发生了移动;对于OUTB 而言,OUTD 的相位也发生了移动。

#VDD(引脚15):偏置电源输入端。

该端需接低ESR 、低ESL 的旁路电容,其容量不可低于1L F 。

#PGND (引脚16):功率地。

该端为大电流输出级的接地端。

#SS /D I SB(引脚19):软起动/禁止端。

通过该端可以实现软起动和控制器快速禁止两项独立的功能。

当下面的四种情况之一发生时,控制器将被快速关断:(1)该端的电压低于015V;(2)REF 上的电压跌落到4V 以下;(3)VDD 上的电压低于欠压锁定下限阈值;(4)发生过零故障。

当故障排除或禁止状态结束后,如果VDD 上的电压超过了起动阈值,而该端上的电压在软关断过程中跌落到015V 以下,则将进入软起动模式。

此时,SS /D I SB 引脚上灌电流的大小将等于I R T 。

软起动时间的大小由SS /D I SB 引脚上的软起动电容决定。

另外,为了对该端上的最高电压进行限制,还需要在软起动电容上并联一只电阻。

注意,无论是在软起动、软关断,还是在禁止状态下,该端上的电压都将被有源钳位,其大小与E AOUT 上引脚上的电压相等。

#EAP(引脚20):误差放大器的非反相输入端。

3 UC3875的参数设置电路设计UC3875的外围电路典型结构如图2所示。

图2 U C3875外围电路311 开关频率的设置FREQSET 脚的设定决定开关频率的大小。

在图2中,由R 9、C 9决定此数值。

如欲设计开关频率为50k H z 的开关电源,根据式315,取C 9=4700PF ,R 9=17k 8,则可算出f =50k H z 。

f =4R FREQ SET@C FREQ SET(5)其中:R FREQSET )频率设置电阻阻值;C FREQSET )频率设置电容容量。

312 死区时间的设置UC3875的输出驱动信号和零电压开关的延迟时间由延迟设定端子(DELAYSETA /B ,DELAYSETC /D )的R 7、C 7和R 8、C 8确定。

可分别对A 、B 和C 、D 两对开关器件进行编程。

当我们使用MOSFET 作为功率开关管时,延时时间一般可设置为2~3L s ,在图312中,R 7、R 8取为100K,C 7、C 8取0101L F 即可满足要求。

313 保护设置图2中,LF 来自运放的输出,R 45是下拉电阻,保证当LF 为低时C /S+脚为可靠低电平,R 6和C 6构成一个缓冲回路。

314 其他设置为保证供电的可靠性,采用两组独立的电源供电,每组都有大电容旁路。

两组电源在一点接地。

图2中,C 3为基准旁路电容,C 4为软起动电容,C 5为斜面补偿电容,R 1为斜坡电阻。