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用于通信电源中的零电压准谐振开关变换器

导读: 分析零电压准谐振开关变换器的基本工作原理,同时介绍PFM控制器UC1864。实践证明,采用这种软开关技术设计的通信开关电源,具有良好的性能。

  用于通信电源中的零电压准谐振开关变换器

  摘要:分析零电压准谐振开关变换器的基本工作原理,同时介绍PFM控制器UC1864。实践证明,采用这种软开关技术设计的通信开关电源,具有良好的性能。  

        关键词:软开关准谐振变换器脉频调制

  TheApplicationofZero-voltageQuasi-resonantSwitchingConverter

  inTelecommunicationPowerSupplies

  Abstract:Thepaperanalyzesthebasicprincipleofzero-voltagequasi-resonantswitchingconverter,andintroducesPFMcontrollerUC1864.Theexperimentationresultsthatthesortofsoft-switchingcontroltechnologyhasthegoodcharacteristicstothetelecommunicationswitchingmodepowersupply.

  Keyword:Soft-switchingQuasi-resonantconverterPFM

  1引言

  随着电子应用技术的迅速发展,要求电子仪器和设备的可靠性不断提高、功能不断增加、使用趋向自动化及智能化、体积小型化。这样开关电源的优势便显示出来,它已广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备中,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的支撑。另一方面,由于集成电路技术的普及应用,也促进了电子设备的小型化和多功能化,使成本不断降低。但限制开关电源体积减小和重量减轻,主要是开关电源的变压器、电抗器等磁性元件和平滑波形的电容器。虽说可通过提高开关频率减小磁性元件和平滑电容器的尺寸,但却带来元器件损耗增大、温升增高。同时开关频率提高后,受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样,不仅会影响周围电子设备,而且还会大大降低电源装置本身的可靠性。目前,提高开关电源工作频率的一种最有效的方法,是采用软开关技术,即在开关管导通时加在开关两端的电压或通过开关的电流呈正弦波,这样既可减少开关损耗,同时也可以控制浪涌的发生,使得噪声很小。

  基于以上考虑,通信车载电源的研制,采用了零电压准谐振式开关变换器,使整个电源达到体积小、重量轻、电磁兼容性好、成本低、可靠性高等特点。

  整机电路原理框图

图1    整机电路原理框图

  2系统总体框图及控制原理

  整机电路可以分成如图1所示的两大部分。

  输入直流13.5V电源经输入保护、输入滤波给开关电路提供直流电压和脉动电流。开关电路由控制电路提供脉频可调的信号,控制开关管的通断,将直流电压变换成为交变电压,再经输出整流滤波电路平滑成低纹波的26V直流输出电压。

  控制电路由脉频调制(PFM)电路、电压采样、保护电路等组成。电压采样电路将取出与输出电压成正比的信号,送至脉频调制电路,调整开关管的脉冲频率,达到稳定输出的目的。电路的保护功能,是当检测到开关管有过流、输入电压欠压或极性接反,立即关断输入电压及PFM控制信号,从而实现对电源本身和负载的保护措施。

  3零电压准谐振电路

  3.1准谐振电路结构

  主开关电路为零电压半波准谐振升压变换器,如图2所示。

  零电压半波谐振升压变换器电路

图2   零电压半波谐振升压变换器电路

  设计零电压准谐振电路有两种方式:一是全波型,二是半波型。零电压准谐振电路的全波型比半波型多串联了一个反向二极管。在开关过程中,全波型串联二极管起到反向电流阻止作用,但开关中的结电容的能量在开关关断期间被储存,在开关导通期间承受电容导通的损耗,这在高频下工作是不利的,所以准谐振变换器的方式,在高频情况下一般选择零电压半波准谐振变换器电路。

  3.2基本工作原理

  准谐振变换器的特性受谐振电路中Lr、Cr的影响很大,分析工作原理时,需引入下述参数:特性阻抗规一化开关频率规一化负载电阻谐振角频率

  电压变比n=UO/Ui

  零电压半波准谐振变换器,在稳态工作下,一个完整的开关周期可分为四个阶段,其等效电路如图3所示。

  零电压准谐振变换器的等效电路

图3  零电压准谐振变换器的等效电路

  零电压准谐振变换器的典型波形

图4  零电压准谐振变换器的典型波形

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