control system design of current-doubler-rectifier zvs pwm fb converter
sun qiang，zheng xiang-yu，yu juan
（college of automation and information engineering, xi’an university of technology, xi’an 710048，china）
abstract： phase-shifted soft-switching technology and peak current control technology are combined in the research of full bridge phase-shifted zvs pwm dc-dc converters, and characteristics of peak current control are expatiated. the practical circuit and design method of slop compensation are also given. finally, simulation results validate the design.
keywords: peak current control；slop compensation； ucc3895
0 引言
對應于移相控制全橋(fb)zvs-pwm變換器這種主電路拓撲,本文采用unitrode公司ucc3895芯片實施峰值電流的移相控制.由于存在占空比d>50%,電源不能穩(wěn)定工作,限制了峰值電流控制方式的應用,必須加以斜坡補償改善.
1 主電路拓撲
全橋變換器廣泛應用于中大功率的直流變換場合,移相控制零電壓開關全橋變換器利用變壓器的漏感和開關管的結電容實現(xiàn)開關管的zvs, 倍流整流方式(current doubler rectifier, cdr)zvs全橋變換器利用兩個輸出濾波電感的能量可以在很寬的負載范圍內(nèi)實現(xiàn)開關管的zvs, 而且使其輸出整流管自然換流,從而避免了反向恢復引起的電壓振蕩和電壓尖峰.變換器采用移相控制方式,q1和q3組成超前橋臂,q2和q4組成滯后橋臂。主電路圖如圖1所示,本文逆變器定頻100 khz,選用apt公司的8024lfll(800 v,31 a)型mosfet做為主開器件(q1～q4), 可知8024lfll結電容 cmos=707 pf;延遲時間tf=4 ns.

圖1 變換器主電路圖
2 控制系統(tǒng)的設計
峰值電流控制方式顯著提高了電源的性能:(1)具有良好的線性調(diào)整率和快速的輸入輸出動態(tài)響應。(2)固有的逐個脈沖電流限制,簡化了過載和短路保護。(3)消除了輸出濾波電感帶來的極點,使電源系統(tǒng)由二階降為一階,系統(tǒng)不存在有條件的環(huán)路穩(wěn)定性問題。(4)對并聯(lián)工作的多臺電源能夠實現(xiàn)自動均流等[1]。峰值電流模式控制系統(tǒng)當中存在著電流控制和電壓控制兩個反饋控制環(huán),需要分別進行設計。電流環(huán)是內(nèi)環(huán),而電壓環(huán)是外環(huán),因此,應先設計電流環(huán),再設計電壓環(huán)。
2.1 斜坡補償電路的設計
峰值信號的斜率補償主要作用是克服系統(tǒng)在導通比大于50 %時的不穩(wěn)定現(xiàn)象。當斜率補償電壓信號的上升率大于或等于輸出電感中電流對應檢測信號的下降率的一半時，則可以保證在導通比0～1的全部范圍內(nèi)系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。其設計所采用的阻尼系數(shù)表達式為: [1] ;
式中，m1是電感電流上升段斜率;m2是電感電流下降段斜率; m c是補償斜率.因為m 1>0且m 2>0.在本文中的占空比: ;輸出濾波電感電流上升段斜率:輸出濾波電感電流下降段斜率: ;因此,在控制工程實踐中,斜率補償電壓一般的設計原則為: m c=(70%～80%) m 2。這樣既保證了檢測元件參數(shù)波動時系統(tǒng)也符合穩(wěn)定條件,又可提高控制電路的容噪能力,同時對控制系統(tǒng)的穿越頻率等動態(tài)性能指標沒有大的影響,即m c=7.5 a/s.在ucc3895中誤差放大器的輸出端輸出誤差控制信號，然后與pwm比較器反相端的峰值信號進行比較，因此，斜率補償可以有2種實現(xiàn)方式，一是直接在誤差信號上疊加補償信號，二是對峰值電流信號疊加補償信號。就實現(xiàn)方式來說，后者更為方便，ucc3895 自身提供了良好的斜率補償實現(xiàn)平臺[2]:因為在定時電容ct上恰好有一個正的與振蕩器同步、同頻率的斜坡電壓，只要將該電壓信號分壓之后與峰值電流信號進行疊加就可以實現(xiàn)補償。圖2就是一個充分利用ucc3895的自身資源實現(xiàn)峰值電流斜率補償?shù)碾娐贰?br>
圖2 斜坡補償電路
圖2中,rsense為霍爾傳感器的檢測電阻，r1與r2構成一個分壓電路，對定時電容ct上的斜坡電壓進行分壓，作為斜率補償?shù)男盘枺籧1是交流耦合電容,可以消除斜坡電容上斜坡電壓所含有的直流分量；c2與r1構成一個簡單的rc濾波電路，濾除峰值電流的邊緣尖峰；快速三極管mmbt3904組成射