高品質開關電源ZVSPWM設計技術高效率高功因1W-12000W超小體積設計，來自知名企業10餘年開關電源設計經的高級開發工程師精心為你量身開發設計高品質的開關電源。
目前，中、大功率開關電源的主回路基本上都是採用全橋變換器結構，其相應的軟開關工作方式有三種，即零電壓開關(ZVS)、零電流開關(ZCS)和零電壓零電流開關(ZVZCS)。ZVS工作模式下全橋變換器的滯後臂不易實現零電壓開關且存在變壓器副邊電壓占空比丟失，ZCS工作模式下全橋變換器的滯後臂不易實現零電流開關且存在變壓器副邊輸出電流占空比丟失，這兩種電路拓撲自身的局限限制了其進一步發展的空間，雖然採用輔助電路在一定程度可以改善其特性，但是增加了元器件和電路的複雜性，而且在高頻下還會引入干擾。ZVZCS軟開關工作模式基本上克服了ZVS和ZCS軟開關模式的固有缺陷，使全橋變換器的超前臂實現ZVS，而滯後臂實現ZCS，在中、大功率開關電源中具有廣闊的應用前景。為此，本文介紹了一台採用移相諧振控制芯片UC3875作為控制核心設計的開關頻率為70kHz、輸出功率1．2kW、主電路為移相全橋ZVZCS PWM軟開關模式的直流開關電源。
本公司涉及研發設計領域：工業控制類：通用變頻器、專用變頻調速器、各類型馬達調速器、溫控器、多通道可控硅調壓穩壓器、鞋機專用控制板、各類自動化機器控制板卡、工業電磁爐、工業微波爐、工業遠程無線/有線集中控制、工業各類傳感器、工業太陽能/風力/水力發電並網系統、工業污水處理系統、工業UPS電源、工業變頻電源、光纖控制、紅外控制、超音波清洗、超音波控制等；消費類電子電器、手機、MP3、數碼相框、各類充電器、霧化器、溫/濕度計、家電類（電磁爐、微波爐、暖風機、電風扇、音響、消毒器、空氣清新機等）、反監聽探測器、水下魚類探測器、超音波撲魚機、高壓負離子、時尚電玩無線遙控玩具類、智能語音、各種發聲、發光玩具、電動玩具等、安防類、煙感，氣感報警器、紅外線感應器監控器，圖像抓拍取證無線傳輸保存、報警器、逆變器、大型風景假山智能定時澎霧變頻器、節能燈、開關電源、電動工具各種防盜器，防盜報警器；汽車智能電子類；2.4GHZ以內高頻無線產品、野外住宿紅外雷達，無線電波雷達，野外高壓佈陣系統，防身器（野外睡覺高枕無憂）、無線跟蹤定向器、影音無線發射/接收（自定不兼容制式有效防止空中攔竊）。
本公司可以按客戶對不同電子產品的設計要求，全面做好產品軟、硬件設計、開發業務。做到開發週期短，開發的產品性能可靠，收費合理。可在客戶現有的軟硬件上升級設計，可對客戶現有的產品進行克隆和IC解密。
★產品方案：
結合客戶創意思路設計出多樣化方案選擇。
★產品改進:
對老產品進行更新換代，以更好的適應當前市場需求，成本包括硬件功能設計及
軟件功能完善，軟硬件加密，防止產品被複製。
★代客生產:
可為客戶提供代生產服務，可免費為客戶進行產品開發，最終為客戶提供所
需成品或半成品。
★PCB設計/打樣/批量:
面向企業或個人提供PCB電路板設計，收費合理，保證質量。
★PCB抄板:
專業抄PCB多層板,手機板抄板，電腦主板杪板，高難度超精密PCB抄板高達32層,原理圖返還，電路圖/PCB制板Layout符合國際標準.元器件清單,BOM清單達到跟原板一致。
★多樣化的合作方式，給客戶更多的選擇空間：
1）免費為客戶研發產品，開發結束後，硬件資料（電路圖，PCB板圖，BOM表）交付客戶，軟件資料由我公司暫時保存，由我公司負責芯片的軟件燒寫工作，按客戶出貨量收取一定的費用。
特點：無開發費用,只需交付研發押金,並可退還,客戶風險小,產品技術跟蹤服務靈活。
2）收取較少的研發費用，按客戶要求產品研發成功後，所有技術資料由我公司暫存，我公司負責為客戶提供成品或半成品，並收取相應的費用，生產
過程中的器件採購，交貨方式等問題視雙方實際情況而定。
特點：研發費用較少，客戶節省了人力和資金的投入，產品質量由方案公司負責。
3）雙方確認項目合作，交付30%~50%定金，研發結束後，客戶對研發項目確認無誤，付清開發費用，所有技術資料交付客戶。如果產品有功能改動、調整等問題，我公司給予技術支持，是否收取費用視實際情況而定。
特點：客戶擁有完整的技術知識產權，負責所有研發費用。我公司負責技術保密。
4）如有其他合作方式雙方洽談確定。
l 移相式ZVZCSPWM軟開關電源主電路分析
在設計製作的1．2kW(480V／2．5A)的軟開關直流電源中，其主電路為全橋變換器結構，四隻開關管均為MOSFET(1000V／24A)，採用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂開關管實現ZVS、滯後臂開關管實現ZCS，電路結構簡圖如圖l，VT1～VT4是全橋變換器的四隻MOSFET開關管，VD1、VD2分別是超前臂開關管VT1、VT2的反並超快恢復二極管，C1、C2分別是為了實現VTl、VT2的ZVS設置的高頻電容，VD3、VD4是反向電流阻斷二極管，以實現滯後臂VT3、VT4的ZCS，Llk為變壓器漏感，Cb為阻斷電容，T為主變壓器，副邊由VD5～VD8構成的高頻整流電路以及Lf、C3、C4等濾波器件組成。
其基本工作原理如下：
當開關管VT1、VT4或VT2、VT3同時導通時，電路工作情況與全橋變換器的硬開關工作模式情況一樣，主變壓器原邊向負載提供能量。通過移相控制，在關斷VT1時並不馬上關斷VT4，而是根據輸出反饋信號決定的移相角，經過一定時間後再關斷VT4，在關斷VT1之前，由於VT1導通，其並聯電容C1上電壓等於VT1的導通壓降，理想狀況下其值為零，當關斷VT1時刻，C1開始充電，由於電容電壓不能突變，因此，VT1即是零電壓關斷。
由於變壓器漏感L1k以及副邊整流濾波電感的作用，VT1關斷後，原邊電流不能突變，繼續給Cb充電，同時C2也通過原邊放電，當C2電壓降到零後，VD2自然導通，這時開通VT2，則VT2即是零電壓開通。
當C1充滿電、C2放電完畢後，由於VD2是導通的，此時加在變壓器原邊繞組和漏感上的電壓為阻斷電容Cb兩端電壓，原邊電流開始減小，但繼續給Cb充電，直到原邊電流為零，這時由於VD4的阻斷作用，電容Cb不能通過VT2、VT4、VD4進行放電，Cb兩端電壓維持不變，這時流過VT4電流為零，關斷VT4即是零電流關斷。
關斷VT4以後，經過預先設置的死區時間後開通VT3，由於電壓器漏感的存在，原邊電流不能突變，因此VT3即是零電流開通。
VT2、VT3同時導通後原邊向負載提供能量，一定時間後關斷VT2，由於C2的存在，VT2是零電壓關斷，如同前面分析，原邊電流這時不能突變，C1經過VD3、VT3、Cb放電完畢後，VD1自然導通，此時開通VT1即是零電壓開通，由於VD3的阻斷，原邊電流降為零以後，關斷VT3，則VT3即是零電流關斷，經過預選設置好的死區時間延遲後開通VT4，由於變壓器漏感及副邊濾波電感的作用，原邊電流不能突變，VT4即是零電流開通。
這種採用超快恢復二極管阻斷原邊反向電流方式的移相式ZVZCS PWM全橋變換器拓撲的理想工作波形如圖2所示，其中Uab表示主電路圖3中a、b兩點之間的電壓，ip為變壓器T原邊電流，Ucb為阻斷電容Ub上的電壓，Urect是副邊整流後的電壓。
2 基於UC3875的主控制回路設計
為了實現主回路開關管ZVZCS軟開關，採用UC3875為其設計了PWM移相控制電路，如圖3所示。考慮到所選MOSFET功率比較大對芯片的四個輸出驅動信號進行了功率放大，再經高頻脈衝變壓器T1、T2隔離最後經過驅動電路驅動MOSFET開關管。整個控制系統所有供電均用同一個15V直流電源，實驗中設置開關頻率為70kHz，死區時間設置為1．5μs，採用簡單的電壓控制模式，電源輸出直流電壓通過採樣電路、光電隔離電路後形成控制信號，輸入到UC3875誤差放大器的EA一，控制UC3875誤差放大器的輸出，從而控制芯片四個輸出之間的移相角大小，使電源能夠穩定工作，圖中R6、C5接在EA一和E／AOUT之間構成PI控制。在本設計中把CS+端用作故障保護電路，當發生輸出過壓、輸出過流、高頻變原邊過流、開關管過熱等故障時，通過一定的轉換電路，把故障信號轉換為高於2．5V的電壓接到CS+端，使UC3875四個輸出驅動信號全為低電平，對電路實現保護。
圖4是開關管的驅動電路。隔離變壓器的設計採用AP法、變比為l：1．3的三繞組變壓器。UC3875輸出的單極性脈衝經過放大電路、隔離電路和驅動電路後形成+12V／一5V的雙極性驅動脈衝，保證開關管的穩定開通和關斷。
3 仿真與實驗結果分析
PSpice是一款功能強大的電路分析軟件，對開關頻率70kHz的ZVZCS軟開關電源的仿真是在PSpice9．1平台上進行的。
實驗樣機的主回路結構採用圖1所示的電路拓撲，阻斷二極管採用超快恢復大功率二極管RHRG30120，其反向恢復時間在100ns以內，滿足70kHz開關頻率的要求。開關管MOSFET採用IXYS公司的IXFK24N100開關管，這種型號MOS管自身反並有超快恢復二極管，其反向恢復時間約250ns，因此主回路中超前橋臂無需另外再接反並超快恢復二極管，VD1、VD2就利用開關管自身的反並二極管已滿足要求，C1、C2利用開關管的結電容，其容值大約為8．2nF。根據實驗樣機的要求以及相關計算，製作主變壓器時，原、副邊變比選為1：2．6，主變壓器的設計採用了AP法，結合實際製作過程中的反覆實驗，最後選擇型號為EE55的軟磁鐵氧體磁心作為主變壓器的磁心，原邊10匝，副邊26匝，導線均為多股漆包線，繞制方式：最裡層副邊13匝、中間層原邊10匝、最外層副邊13匝，變壓器原邊電感222μH、漏感1．8μH，副邊電感1490μH、漏感9．2μH。副邊輸出電感的設計同樣採用AP法，鐵心採用EI型的軟磁鐵氧體，多股導線並繞。
圖5是超前橋臂開關管驅動電壓與管壓降波形圖，(a)為仿真波形、(b)為實驗波形，可見超前臂開關管完全實現了ZVS開通，VT1、VT2關斷時是依賴其自身很小的結電容來實現的，從圖中可以看出，關斷時也基本實現了ZVS關斷。
圖6是滯後橋臂開關管驅動電壓與電流波形圖，(a)為仿真波形、(b)為實驗波形；圖7是滯後臂開關管管壓降與電流波形圖，(a)為仿真波形、(b)為實驗波形，從圖6、圖7可以看出滯後臂開關管VT3、VT4很好地實現了ZCS關斷，關斷時開關管電流已經為零；滯後臂開關管完全開通之前，開關管電流也幾乎為零，基本實現了ZCS開通。而且滯後橋臂開關管VT3、VT4可以在很大負載範圍內實現ZCS開關。
圖8是兩橋臂中點之間的電壓Uab的波形圖，(a)為仿真波形、(b)為實驗波形。圖9是阻斷電容Cb上的電壓U曲波形，(a)為仿真波形、(b)為實驗波形。從圖上可以看出，由於有Ucb的存在，Uab不是一個方波。當Uab=0時，阻斷電容Cb上的電壓Ucb使原邊電流ip逐漸減小到零，由於阻斷二極管的阻斷作用，ip不能反向流動，從而實現了滯後橋臂的ZCS開關。
4 結論
本文在介紹了移相諧振控制芯片UC3875的工作特點並詳細分析了採用串聯阻斷二極管的移相式ZVZCS PWM軟開關工作特性的基礎上，設計了一台1．2kW、開關頻率70kHz的全橋軟開關直流電源，並應用PSpice軟件進行了仿真，實驗結果與仿真結果基本符合。實驗表明以UC3875為核心的控制部分結構簡單可靠，電源主電路開關管均實現了軟開關，並克服了單純的ZVS或ZCS軟開關模式的缺點，可有效減小開關管開關過程引起的損耗，有利於提高電源開關頻率，減小電源體積和重量。
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