移相全橋參數(shù)計(jì)算

1、1、 介紹在大功率服務(wù)器件中，為滿足高效和綠色標(biāo)準(zhǔn)，一些供電設(shè)計(jì)師們發(fā)現(xiàn)使用移相全橋轉(zhuǎn)換器更容易。這是因?yàn)橐葡嗳珮蜃儞Q器可以在轉(zhuǎn)換器原邊獲得零切換。這個(gè)應(yīng)用程序的目的是設(shè)計(jì)報(bào)告審查的600W移相全橋變換器在電力系統(tǒng)中,利用TI的新UCC28950移相全橋控制器,并基于典型值。在生產(chǎn)設(shè)計(jì)需要修改的值最壞情況的條件。希望這些信息將幫助其他電源設(shè)計(jì)者的努力設(shè)計(jì)一個(gè)有效的移相全橋變換器。表 1 設(shè)計(jì)規(guī)范描述最小值典型值最大值輸入電壓370V390V410V輸出電壓11.4V12V12.6V允許輸出電壓瞬變600mV加載步驟90%輸出電壓600W滿負(fù)荷效率93%電感器切換頻率200kHz2、 功能示意圖

2、3、 功率預(yù)算為滿足效率的目標(biāo)，一組功率預(yù)算需要設(shè)定。4、 原邊變壓器計(jì)算T1變壓器匝比(a1): 估計(jì)場效應(yīng)晶體管電壓降(VRDSON):基于最小指定的輸入電壓時(shí)70%的占空比選擇變壓器?；谄骄斎腚妷河?jì)算典型工作周期(DTYP)輸出電感紋波電流設(shè)置為輸出電流的20%。需要注意在選擇變壓器磁化電感的正確數(shù)值(LMAG)。下列方程計(jì)算主變壓器(T1)的最低磁化電感,確保變頻器運(yùn)行在電流型控制。如果LMAG太小，磁化電流會(huì)導(dǎo)致變換器運(yùn)行在電壓模式控制代替peak-current模式。這是因?yàn)榇呕娏魈?它將作為PWM坡道淹沒RS上的電流傳感信號(hào)。圖2顯示了T1原邊電流(IPRIMARY)和同

3、步整流器QE和QF電流對(duì)同步整流柵驅(qū)動(dòng)電流的反應(yīng)。注意I(QE) I(QF)也是T1的次級(jí)繞組電流。變量D是轉(zhuǎn)換器占空比。計(jì)算T1次級(jí)均方根電流(ISRMS):副邊均方根電流(ISRMS1)當(dāng)能量被傳遞到副邊:副邊均方根電流(ISRMS2)，當(dāng)電流通過變壓器，QE QF開通副邊均方根電流(ISRMS3)引起的負(fù)電流在對(duì)方繞組隨心所欲的時(shí)期,請參閱圖2。副邊總均方根電流(ISRMS):計(jì)算T1原邊均方根電流(IPRMS):T1原邊均方根電流(IPRMS1當(dāng)能量被傳遞到次邊T1原邊均方根電流(IPRMS2)當(dāng)轉(zhuǎn)換器總T1原邊均方根電流(IPRMS)此設(shè)計(jì)一個(gè)Vitec變壓器被選中，型號(hào)75PR81

4、07有一下規(guī)范測量漏原邊漏感:變壓器原邊直流電阻:變壓器副邊直流電阻:估計(jì)轉(zhuǎn)換損失(PT1)是銅損的兩倍。（注意：這只是一個(gè)估計(jì),基于磁設(shè)計(jì)總損失可能會(huì)有所不同。）計(jì)算剩余功率預(yù)算:5、 QA, QB, QC, QD FET選擇本設(shè)計(jì)以滿足效率和電壓要求, 20A 650 V,CoolMOS FETs英飛凌被選擇Qa Qb Qc Qd場效應(yīng)晶體管漏源電阻:場效應(yīng)晶體管輸出電容指定:電壓drain-to-source(VdsQA),輸出電容測量,數(shù)據(jù)表參數(shù):計(jì)算平均輸出電容2:QA場效應(yīng)晶體管柵極電荷:激活柵場效應(yīng)晶體管的門級(jí)電壓:計(jì)算Qa損失基于Rds和門QAg 重新計(jì)算功率預(yù)算:6、 選擇L

5、S計(jì)算(LS)是基于實(shí)現(xiàn)零電壓所需的能量切換。這個(gè)電感需要能夠消耗的能量開關(guān)的寄生電容節(jié)點(diǎn)。以下方程選擇LS實(shí)現(xiàn)零電壓在100%負(fù)荷降至50%負(fù)荷的基礎(chǔ)上初級(jí)場效應(yīng)晶體管的平均總輸出電容開關(guān)節(jié)點(diǎn)。注意：可能比估計(jì)的有更多的寄生電容在開關(guān)節(jié)點(diǎn)，LS估計(jì)可能需要調(diào)整根據(jù)實(shí)際寄生電容在最后的設(shè)計(jì)。為此設(shè)計(jì)一個(gè)26-H Vitec感應(yīng)器被選為 60PR964零件號(hào)碼。有以下規(guī)格。LS直流電阻:LS估計(jì)功率損耗(PLS)和調(diào)整剩余功率預(yù)算:7、 LOUT選擇電感器設(shè)計(jì)為電感紋波電流20%(ILOUT):計(jì)算輸出電感均方根電流(ILOUT_RMS):Vitec電感器電子公司2-H的電感, 75PR108被

6、選為這個(gè)設(shè)計(jì)。電感器有以下規(guī)范。輸出電感的直流電阻:估計(jì)輸出電感的損失 (PLOUT)，重新計(jì)算功率預(yù)算。注意PLOUT是估計(jì)的電感器銅損的兩倍的損失。注意基于磁生產(chǎn)可能會(huì)有所不同。建議最好仔細(xì)檢查磁與磁生產(chǎn)損失。8、 輸出電容 COUT輸出電容器選擇基于穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)(VTRAN)負(fù)載要求。LOUT改變滿載電流的90%的時(shí)間負(fù)載瞬變期間，大部分的電流會(huì)立即通過電容器等效串聯(lián)電阻(ESRCOUT)。 下面的方程用于選擇ESRCOUT和COUT，基于90%電流的負(fù)載。選擇ESR容許瞬變電壓的90%(VTRAN),當(dāng)輸出電容(COUT)由VTRAN的10%所選擇。選擇所需的輸出電容也是前計(jì)算輸出電容器

7、均方根電流(ICOUT_RMS)。滿足我們的設(shè)計(jì)要求5個(gè) 1500 -f,鋁電解電容器的選擇從曼聯(lián)Chemi-Con設(shè)計(jì),零件號(hào)EKY-160ELL152MJ30S。 這些電容器的ESR 31m。輸出電容的數(shù)量:總的輸出電容有效輸出電容ESR:計(jì)算輸出電容器損耗(PCOUT):重新計(jì)算剩余功率預(yù)算:9、 選擇QE and QF為設(shè)計(jì)選擇FETs總是嘗試和錯(cuò)誤。我們以滿足電力需求的設(shè)計(jì)選擇75 v,120A- FETs,從Fairchild,型號(hào)FDP032N08。 這些FETs的下面特征。計(jì)算場效應(yīng)晶體管平均輸出電容(COSS_QE_AVG)，基于數(shù)據(jù)表參數(shù)輸出電容(COSS_SPEC)、從C

8、OSS_SPEC上測量的(Vds_spec)和最大的漏源電壓在設(shè)計(jì)(VdsQE)將被應(yīng)用到應(yīng)用程序中的場效應(yīng)晶體管。當(dāng)QE QF關(guān)斷時(shí)，電壓場效應(yīng)晶體管的電壓:測試數(shù)據(jù)表上從場效應(yīng)晶體管輸出電容上指定的電壓:從場效應(yīng)晶體管數(shù)據(jù)表上制定的輸出電容:QE QF 上平均輸出電容QE QF 均方根電流為了估計(jì)場效應(yīng)晶體管開關(guān)損耗場效應(yīng)，晶體管的Vg和Qg曲線數(shù)據(jù)表需要研究。首先是miller plateau開始時(shí)的gate charge需要確定(QEMILLER_MIN)結(jié)束時(shí)的 gate charge (QEMILLER_MAX)為了給定的VDS。這個(gè)FETs 設(shè)計(jì)是為了驅(qū)動(dòng) UCC27324的4-

9、A(IP)門限驅(qū)動(dòng)電流估計(jì)場效應(yīng)晶體管Vds上升和下降時(shí)間:估計(jì)QE QF的損失 重新計(jì)算功率預(yù)算10、輸入電容(CIN)如果這個(gè)轉(zhuǎn)換器是設(shè)計(jì)用來390 v輸入,通常由PFC的輸出增加pre-regulator。 選擇的輸入電容通常是基于交通阻塞和紋波的要求。注意：實(shí)現(xiàn)零電壓所需的延遲時(shí)間可以作為一種責(zé)任周期夾(DCLAMP)。計(jì)算槽頻率:預(yù)計(jì)延遲時(shí)間:有效工作周期夾(DCLAMP):VDROP是最低輸入電壓當(dāng)轉(zhuǎn)換器仍然可以保持輸出調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)換器的輸入電壓只會(huì)拉低電壓不足或line-drop條件,如果在這轉(zhuǎn)換器是PFC pre-regulator后。CIN計(jì)算基于一種穩(wěn)態(tài)周期循環(huán)計(jì)算高頻輸入電容

10、器均方根電流(ICINRMS)。為滿足該設(shè)計(jì)的輸入電容和均方根電流要求，我們選擇330 -f電容器從松下EETHC2W331EA這個(gè)電容器高頻(ESRCIN)150 m，這是測量阻抗分析儀在120Hz和200Hz下測量的。計(jì)算CIN 功率損耗重新計(jì)算剩余功率預(yù)算:有大約6.0 W的功率預(yù)算離開電流傳感網(wǎng)絡(luò),和偏置控制設(shè)備和所有電阻支持控制裝置。11、設(shè)置電流傳感網(wǎng)絡(luò)CT, RS, RRE, DA為這個(gè)設(shè)計(jì)有一個(gè)選擇的CT的100:1比率(a2)在VINMIN下計(jì)算一般峰值電流(IP1):原邊電流峰值:峰值電流達(dá)到上限時(shí)的電壓計(jì)算電流檢測電阻(RS)并且預(yù)留200 mV斜坡補(bǔ)償:選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻

11、RS: 對(duì)RS估計(jì)功率損耗:計(jì)算DA上的最大反向電壓(VDA)估計(jì)達(dá)功率損耗(PDA):計(jì)算RS重置電阻器RRE:電阻器RRE用于重置當(dāng)前變壓器CT。電阻器RLF和電容器CLF形成一個(gè)低通濾波器對(duì)當(dāng)前信號(hào)(引腳15)。對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)我們選擇以下值。這個(gè)過濾器頻率極低(fLFP)在482千赫。這應(yīng)該工作大多數(shù)應(yīng)用程序但也許適合個(gè)體的布局調(diào)整和EMI的設(shè)計(jì)。UCC28950 VREF輸出(引腳1)需要高頻旁路電容濾除高頻噪音。這個(gè)引腳需要至少1F高頻旁路電容(CBP1)。請參考圖1適當(dāng)?shù)奈恢谩ｋ妷悍糯笃鲄⒖茧妷?引腳2,EA +)可以設(shè)置與分壓器(RA,RB)，這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例我們要設(shè)置誤差放大器參考電

12、壓(V1)2.5 v .選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻RB值,然后計(jì)算電阻RA值。設(shè)置電壓放大器參考電壓:分壓器由電阻器RC和RI選擇，設(shè)置直流輸出電壓(電壓輸出)引腳3(EA)。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器RC:計(jì)算R1然后選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電阻:補(bǔ)償反饋回路可以通過適當(dāng)選擇反饋組件(RF、CZ和CP)。這些組件被放置盡可能接近U CC28950引腳3和4。計(jì)算負(fù)載阻抗負(fù)載(RLOAD):10%控制輸出傳遞函數(shù)近似(GCO(f)作為頻率的函數(shù):雙極GCO頻率(f):補(bǔ)償電壓回路2型反饋網(wǎng)絡(luò)。下面的傳遞函數(shù)補(bǔ)償增益作為頻率的函數(shù)(GC(f)。請參閱圖1為組件的位置。計(jì)算電壓回路反饋電阻器(RF)基于交叉電壓(fC)循環(huán)在

13、第10個(gè)雙極頻率(fPP)。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻RF。計(jì)算反饋電容器(CZ)在交叉點(diǎn)的移相。選擇一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)電容值。在2被FC的地方放置一個(gè)極點(diǎn)選擇一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)電容值。環(huán)路增益作為頻率的函數(shù)，以dB的形式。環(huán)路增益和相位圖形檢查循環(huán)穩(wěn)定性理論循環(huán)。(圖4)得了在約3.7 kHz的階段大于90度。注意：明智的做法是檢查你的循環(huán)穩(wěn)定性和瞬態(tài)測試和/或最終設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)分析儀和調(diào)整補(bǔ)償(GC(f)必要的反饋。限制在上升期間啟動(dòng)UCC28950有軟啟動(dòng)功能(引腳5)，應(yīng)用程序設(shè)置軟啟動(dòng)時(shí)間15 ms(tSS)。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電容器的設(shè)計(jì)。本應(yīng)用筆記提供了一個(gè)固定延遲方法實(shí)現(xiàn)零電壓從100%負(fù)荷降至50%負(fù)載。當(dāng)轉(zhuǎn)

14、換器操作低于50%加載轉(zhuǎn)換器將在山谷切換操作。為了實(shí)現(xiàn)零電壓切換開關(guān)節(jié)點(diǎn)上QBd的FETs QA的開機(jī)(tABSET)延遲，初步制定和QB需要基于LS和理論開關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的交互電容。下面的方程用于設(shè)置tABSET最初。將LS設(shè)置輸出電容的兩倍計(jì)算槽頻率:設(shè)置初始tABSET延遲時(shí)間，適當(dāng)調(diào)整計(jì)劃。注意：2.25 tABSET方程的因素來源于實(shí)證測試數(shù)據(jù)，可能會(huì)有所不同基于個(gè)人設(shè)計(jì)差異。形成的電阻分壓器RDA1 RDA2決定tABSET,tCDSET UCC28950的延遲范圍。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RDA1電阻值。注意：tABSET之間可以編程30 ns - 1000 ns。電壓的ADLE輸入U(xiǎn)CC289

15、50(VADEL)需要設(shè)置RDA2基于以下條件。如果tABSET > 155 ns設(shè)置VADEL = 0.2 V,tABSET 155 ns和1000 ns之間可以編程:如果tABSET155 ns設(shè)置VADEL = 1.8 V,tABSET可以編程29 ns - 155 ns:基于VADEL選擇、計(jì)算RDA2:選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)RDA2電阻值:重新計(jì)算VADEL基于電阻分壓器的選擇:電阻器RDELAB由tABSET決定選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻的值設(shè)計(jì):一旦你已經(jīng)啟動(dòng)并運(yùn)行原型建議你微調(diào)tABSET光負(fù)荷的峰谷之間的共振LS和開關(guān)節(jié)點(diǎn)電容。在這個(gè)設(shè)計(jì)延遲設(shè)定在10%負(fù)載。請參考圖5。最初的起點(diǎn)QC和

16、QD打開延誤(tCDSET)應(yīng)該最初設(shè)置為相同的延遲，QA和QB打開延遲(引腳6)。以下方程程序QC和QD接通延遲(tCDSET)，通過適當(dāng)選擇電阻RDELCD(引腳7)。電阻 RDELCD 由tCDSET決定選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì):一旦你已經(jīng)啟動(dòng)并運(yùn)行原型建議微調(diào)tCDSET光負(fù)載。在這個(gè)設(shè)計(jì)CD節(jié)點(diǎn)將山谷開關(guān)負(fù)荷在10%左右。請參考如圖6所示。在輕負(fù)載獲得零電壓開關(guān)節(jié)點(diǎn)QDd由于容易多了反映了輸出電流出現(xiàn)在主變壓器的場效應(yīng)晶體管QD和QC岔道/。這是因?yàn)橛懈嗟姆逯惦娏骷?lì)LS在此之前過渡,而QA和QB岔道/。有一個(gè)可編程延遲岔道的場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管QA岔道后QF(tAFSET)的

17、岔道場效應(yīng)晶體管QE QF后,場效應(yīng)晶體管QB岔道(tBESET)。好地方設(shè)置這些延誤tABSET的50%。這將確保適當(dāng)?shù)耐秸髌髦瓣P(guān)閉AB零電壓過渡。如果這個(gè)延遲太大將導(dǎo)致OUTE正確和OUTF不重疊,它將創(chuàng)建多余的身體二極管傳導(dǎo)FETs量化QE和QF。形成的電阻分壓器RCA1 RCA2由tAFSET和tBESET決定， UCC28950的延遲范圍。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RCA1電阻值。注意：tEFSET tBESET可以在32 ns - 1100 ns之間設(shè)置。電壓的ADELEF引腳UCC28950(VADELEF)需要設(shè)置RCA2基于以下條件。如果tAFSET < 170 ns設(shè)置VAD

18、EL = 0.2 V,tABSET可以編程32 ns - 170 ns:如果tABSET >或= 170 ns設(shè)置VADEL = 1.7 V,tABSET 170 ns和1100 ns之間可以編程:基于VADELEF選擇、計(jì)算RCA2:選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)RCA2電阻值:重新計(jì)算VADELEF基于電阻分下面的方程被用來計(jì)劃tAFSET和tBESET通過適當(dāng)選擇電阻RDELEF。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì)。電阻器RTMIN項(xiàng)目最低工作周期時(shí)間(tMIN)UCC28950(引腳9)可以需求在進(jìn)入破裂模式。如果UCC28950控制器試圖要求責(zé)任周期的時(shí)間不到tMIN電源將進(jìn)入爆發(fā)模式操作。詳情請參見U

19、CC28950數(shù)據(jù)表關(guān)于破裂模式。這個(gè)設(shè)計(jì)我們設(shè)置最低100 ns。設(shè)定的最低時(shí)間選擇RTMIN用下面的方程。標(biāo)準(zhǔn)電阻的值然后選擇設(shè)計(jì)。有提供銷設(shè)置變換器開關(guān)頻率(引腳10)。頻率可以選擇通過調(diào)整定時(shí)電阻RT。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì)。UCC28950還提供了斜坡補(bǔ)償峰值電流模式控制(引腳12)。這個(gè)可以設(shè)置通過設(shè)置RSUM用下面的方程。下面的方程將計(jì)算所需的量斜坡補(bǔ)償(VSLOPE)所需的循環(huán)穩(wěn)定性。注意：磁化電流的變化在主dILMAG導(dǎo)致斜坡補(bǔ)償。幫助改善噪聲免疫力VSLOPE總設(shè)置有一個(gè)斜坡,等于最大值的10%目前感覺信號(hào)(0.2 V)在一個(gè)感應(yīng)開關(guān)。 如果VSLOPE2 < VSLOPE1 設(shè)置VSLOPE = VSLOPE1如果VSLOPE2VSLOPE1 設(shè)置VSLOPE = VSLOPE2選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器RSUM。提高效率在輕負(fù)載UCC28950編程(DCM)引腳12，在輕負(fù)載關(guān)閉同步FETs條件的二次側(cè)變換器(QE和QF)。這閾值設(shè)定電阻分壓器由再保險(xiǎn)和RG。這DCM閾值需要設(shè)置水平在電感電流不再生產(chǎn)。以下方程設(shè)置同步負(fù)載電流整流器岔道在15%左右。選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RG電阻值。重新計(jì)算電阻的值。選擇這種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)電阻的值全橋門驅(qū)動(dòng)器和主開關(guān)節(jié)點(diǎn)(VIN QBd和QDd) 當(dāng) VIN=390