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现代电源技术实验 

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在t1时刻,C3的电压下降到零,Q3的反并二极管D3自然导通,从而结束开关模态1。

图4-34 开关模态1

(3)开关模态2

[t1∽t2],对应于图4-35。D3导通后,开通Q3。虽然这时候Q3被开通,但并没有电流流过,原边电流由D3流通。由于是在D3导通时开通Q3,所以Q3是零电压开通。Q3&Q1驱动信号之间的死区时间td(lead)>to1。在这段时间里,原边电流等于折算到原边的滤波电感电流。在t2时刻,原边电流下降到I2。

VINQ1D1C1Q2D2C2LrTRLfDR1Ls1Ls2Q1D1C1Q2D2C2VINAQ3D3C3Q4BD4C4iPCfDR2RLAQ3D3C3Q4BD4C4

Lr

TRLfDR1Ls1Ls2

iPCfDR2RL图4-35 开关模态2

(4)开关模态3

[t2∽t3],对应于图4-36。在t2时刻,关断Q4,原边电流ip由C2和C4两条路径提供,也就是说,原边电流ip用来抽走C2上的电荷,同时又给C4充电。由于C4的存在,Q4是零电压关断。此时,VAB=-VC4, VAB的极性自零变为负,变压器副边绕组电势下正上负,整流二极管DR2导通,副边绕组Ls2中开始流过电流。整流管DR1和DR2同时导通,将变压器副边绕组短接,这样变压器副边绕组电压为零,原边绕组电压也为零,VAB直接加在谐振电感Lr上。因此在这段时间里实际上谐振电感和C2 、C4在谐振工作。

VINQ1D1C1Q2D2C2AQ3D3C3Q4BD4C4

Lr

TRLfDR1Ls1Ls2

iPCfDR2RL图4-36 开关模态3

在t3时刻,当C4的电压上升到VIN,D2自然导通,结束这一开关模态。 (5)开关模态4

[t3∽t4],对应于图4-37。在t3时刻,D2自然导通,将Q2的电压箝位在零电位,此时就可以开通Q2,Q2是零电压开通。Q2&Q4驱动信号之间的死区时间td(lag)>t23,虽然此时Q2已开通,但Q2不流过电流,原边电流由D2流通。原边谐振电感的储能回馈给输入电源。由于副边两个整流管同时导通,因此变压器副边绕组电压为零,原边绕组电压也为零,这样电源电压VIN加在谐振电感两端,原边电流线性下降。

Q1 D1C1Q2D2 Q4 LrC2VINAQ3D3C3BD4C4 TRLs1LfDR1CfDR2RLLs2iP 图4-37 开关模态4

到t4时刻,原边电流从Ip(t3)下降到零,二极管D2和D3自然关断,Q2和Q3中将流过

电流。

(6)开关模态5

[t4∽t5],对应于图4-38。在t4时刻,原边电流由正值过零,并且向负方向增加,此时Q2和Q3为原边电流提供通路。由于原边电流仍不足以提供负载电流,负载电流仍由两个整流管提供回路,因此原边绕组电压仍然为零,加在谐振电感两端的电压为电源电压VIN,原边电流反向增加。

到t5时刻,原边电流达到折算到原边负载电流-ILf(t5)/K值,该开关模态结束。此时,整流管DR1关断,DR2流过全部负载电流。

Q1D1C1Q2D2C2VINAQ3D3C3Q4BD4C4LrTRLfDR1Ls1Ls2iPCfDR2RL图4-38 开关模态5

(7)开关模态6

[t5∽t6],对应于图4-39,在这段时间里,电源给负载供电。

在t6时刻,Q3关断,变换器开始另一半个周期的工作,其工作情况类似于上述的半个周期。

图4-39 开关模态6

2、UCC3895简介

图4-40 UCC3895引脚排列图

iPLrTRLs1Ls2Q1D1C1Q2D2C2VINAQ3D3C3Q4BD4C4LfDR1CfDR2RL

图4-41 UCC3895内部功能框图

UCC3895的各引脚功能(引脚排列见图4-40)

ADS:自适应延迟时间设置端。其功能是设置输出延迟死区时间的可编程最大与最小值之比。当ADS脚直接连接到CS脚时,没有延迟出现。当ADS接地时,有最大的延迟输出。在这种情况下,CS=0时的延迟时间是CS=2V(峰值电流门限电平)时的4倍,ADS按如下公式改变延迟脚DELAB和DELCD上的输出电压:

VDEL??0.75?(VCS?VADS)??0.5V式中VCS和VADS单位是伏特。ADS应限制在0∽2.5V之间,并且它必须小于或者等于CS。DELAB和DELCD引脚也将被箝位在最小值0.5V。

EAOUT:是误差放大器的输出端。它在IC内部与PWM比较器和空载比较器的同相输入端连接。EAOUT在内部被箝位到一个缓启动的电压。当EAOUT下降到低于500mV时,空载比较器关闭输出级,而当EAOUT上升到高于600mV时,它又让输出级再次开通。

CTCT:振荡器的定时电容器端。UCC3895的振荡器对CT充电,其充电电流可编程调节。

上的波形是一个锯齿波,它的峰值电压为2.35V 。振荡周期由下式近似计算:

5?RT?CT?120ns

48各变量的单位是,CT用法拉,RT 用欧姆,tosc用秒。CT的范围可从100∽880pF。请注意大的CT与小的RT组合将引起CT波形下降时间延长。该增加的下降时间将增大同步信号SYNC的脉宽,从而限制了OUTA、OUTB和OUTC、OUTD输出脉冲之间的最大相移,因此限制了变换器的最大占空比。

tosc?CS:电流传感端。它是电流测量比较器的反相输入端,又是过流比较器和ADS放大器的同相输入端。电流传感信号用于逐周电流限制(在峰值电流模式控制下),并用于所有情况下的过流保护,带有一个第二级阀值的输出封锁。过流故障时使输出禁止,同时也激活了一个称为“软停止”的周期,其过程十分平缓。

DELAB、DELCD:是互补输出之间的死区调节。其中DELAB调节OUTA与OUTB开关之间的死区时间,DELCD调节OUTC与OUTD之间的死区时间。这个功能使外部同相桥臂的互补输出之间引入死区时间。这个死区时间就是外部谐振开通或关断发生的时刻。对两个半桥电路提供各自的死区,以适应不同的谐振电容器的充电需要。每级的死区时间可按下式来设置:

(25?10?12)?RDELtDELAY??25ns VDEL式中,VDEL用伏特,RDEL用欧姆,tDELAY用纳秒。DELAB和DELCD的最大电流约1mA。选择延迟电阻器可限制电流不超过该最大值。当DELAB、DELCD同时或其中之一接基准电压REF时,会导致可调节的输出死区为零。为了优化性能,需使这两脚的杂散电容小于10pF。

EAP:误差放大器的同相输入端。 EAN:误差放大器的反相输入端。

GND:除了输出级之外,是IC所有电路的接地端。

OUTA、OUTB、OUTC、OUTD:这四个是具有100mA的互补MOS驱动的输出端,适用于FET的驱动。OUTA和OUTB是完全互补的(假定无可调延迟时)。它们工作在接近50%的占空比和一半的振荡频率。OUTA和OUTB用于驱动一个半桥电路。OUTC和OUTD将驱动另一个半桥电路。它们与OUTA和OUTB具有相同的特性。OUTC是相对于OUTA移相,而OUTD则是相对于OUTB移相。

PGND:IC输出级的接地端。为了抑制来自开关噪音对模拟电路的影响,UCC3895有两个不同的接地端。PGND是为大电流输出级设置的接地点。GND和PGND两者应在电路板上紧密联结在一起靠近IC。而且因PGND携带大电流,所以电路板的布线应是低阻抗的。

RAMP:是脉宽调制PWM比较器的反相输入端。该脚在平均电流模式控制下接收CT脚上电压波形,或者在峰值电流模式下接收电流信号(正的斜率补偿)。在振荡器的死区时间里,IC内部一只放电晶体管接通RAMP。

RT:振荡器的定时电阻器端。外部电容CT,是一个取决于RT大小的固定电流充电,从而使UCC3895的振荡器工作。RT中的电流按下式计算:

IRT?3.0VRT

式中,RT用欧姆,IRT用安培。RT范围为40∽120KΩ。软启动充电电流和放电电流由IRT调节。

SS/DISB:软启动或禁止端。该脚组合了这两个独立的功能。 ①禁止模式:芯片的快速关闭是由如下任一种方法来实现的:在外部迫使SS/DISB低于0.5V;在外部强迫VREF低于4V;VDD降到低于UVLO欠压锁定门限电平;或者检测到过流故障信号(CS=2.5V)。

在VREF被拉到低于4V或UVLO条件下,SS/DISB经内部一个MOSFET开关被有效地拉到地电平。如果检测到过流信号,SS/DISB将灌入一个10?IRT的电流,直到SS/DISB低于0.5V。

②软启动模式:在故障之后或禁止条件过去后,VDD高于启动门限电平,或者在软停止期间SS/DISB降到低于0.5V,SS/DISB将转变到软启动模式。该脚输出一个电流IRT。在SS/DISB脚由用户选择的一只电容器,确定了软启动的时间。另外,可用一只电阻器与电容器并联,以限制SS/DISB脚的最大电压。注意,在软启动、软停止和禁止条件下,SS/DISB将有效地箝位EAOUT脚电压,使之近似为SS/DISB脚的电压。

SYNC:振荡器的同步端。该脚是双向的。当用作输出脚时,SYNC能作时钟信号,它与芯片内部的时钟脉冲相同。当用作输入脚时,SYNC将使芯片内部的振荡器无效,并充当它的时钟信号。该双向特性允许多个电源同步。SYNC信号也将在IC内部使CT电容器放电,并

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在t1时刻,C3的电压下降到零,Q3的反并二极管D3自然导通,从而结束开关模态1。图4-34开关模态1(3)开关模态2[t1∽t2],对应于图4-35。D3导通后,开通Q3。虽然这时候Q3被开通,但并没有电流流过,原边电流由D3流通。由于是在D3导通时开通Q3,所以Q3是零电压开通。Q3&Q1驱动信号之间的死区时间td(le
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