移相全橋全參數(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)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VF

2、SEFGNID才VFSEFGNID才EA*VW33IEA-QWTA:;COMPOUIS21孫ENQWTGanDELABOUTD虧DCLCDourcIBDELEFOUTFIMHINSYNCIERTGSFtSUM14ADELEF言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。IPbudget = Pout 4= 45.2 W I n J4、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):Vrdson =。.3 V基于最小指定的輸入電壓時(shí)70%的占空比選擇變壓器。VquT VrDSON基于平均輸入電壓計(jì)算典型工作周期(DTYP)-0.66(Vqjt，Vrdscn)

3、*-0.66(V|N 2x VpjpgQN )輸出電感紋波電流設(shè)置為輸出電流的20%。LoutPwtN.2-10ALoutPwtN.2-10A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螅鼘⒆鳛镻WM坡道淹沒RS上的電流傳感信號(hào)。2.76mHII Mn-（1 Dtyp）2.76mH危房.3一5二圖2顯示了T1原邊電流(IPRIMARY)和同步整流器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

4、) I(QF) 也是T1的次級(jí)繞組電流。變量D是轉(zhuǎn)換器占空比。Figure 2.T1 Figure 2.T1 Priimary and QE and QFFET Currents計(jì)算T1次級(jí)均方根電流(ISRMS):| BUT55 A45 APqlttloutL1S2 =卜呂 50 A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(qǐng)參閱圖2。HASRMS3Dmax2x3副邊總均方根電流(ISRMS):SRMS = VSRMSi + sRMS2 + sRMS3

5、 36.0 A計(jì)算T1原邊均方根電流(IPRMS):MAS xkg =標(biāo)D嚴(yán)=047 A2.5A1 一彰3用A2 Ja1ElchjTJ- -Jklir 3.3 Aa1 LMAGT1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)75PR8107有一下規(guī)壯21Lmag =2.8 mH測量漏原邊漏感：二4葉1變壓器原邊直流電阻：DCRP= 0.2151）變壓器副邊直流電阻：DCRs = 0.58Q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。

6、）% % 2x （em了 xDCRp 4- 2 xIRK1S2 x DCRS ）% 7.0 W計(jì)算剩余功率預(yù)算：BUDGET = BUDGET - Tl，38.1 W5、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：R如(jn)QA = 0.220 H場效應(yīng)晶體管輸出電容指定：Cg GA spec = 780pF電壓drain-to-source(VdsQA),輸出電容測量，數(shù)據(jù)表參數(shù):V25V食業(yè)193 pF食業(yè)193 pFOSS QA AVG = OSS QA SPEC

7、QA場效應(yīng)晶體管柵極電荷:QA- =15nC激活柵場效應(yīng)晶體管的門級(jí)電壓:V/12V計(jì)算Qa損失基于Rds和門QAgPg -臨Ms X ds(on)OA + 2 X QAg x x - 2.1 W重新計(jì)算功率預(yù)算:BUDGET = BUDGET = BUDGET -，乂 Pg“9.7 W6、選擇LS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)

8、一個(gè)26-pH Vitec為此設(shè)計(jì)一個(gè)26-pH Vitec感應(yīng)器被選為60PR964零件。有以下規(guī)格。LS直流電阻:DCR|_g 27LS估計(jì)功率損耗(PLS)和調(diào)整剩余功率預(yù)算:% = 2 x IpwM ” DCR危 0,5 WBUDGET = BUDGET - LS 29-2 W7、LOUT選擇電感器設(shè)計(jì)為電感紋波電流20%(AILOUT):計(jì)算輸出電感均方根電流(ILOUT_RMS):電感器設(shè)計(jì)為電感紋波電流20%(AILOUT):計(jì)算輸出電感均方根電流(ILOUT_RMS):Vitec電感器電子公司2-時(shí)的電感，75PR108被選為這個(gè)設(shè)計(jì)。電感器有以下規(guī)。輸出電感的直流電阻:DCR

9、LOI/T=DCRLOI/T=750pn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。PlOUT =2xlgT FLM；mDCR山LJT 3-8Wbudget = Budget -比wt 總 25.4 W8、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Lqut區(qū)珞UT工-9t -*HU t -*HU 一負(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

10、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。V碩* 口9即魚5.6 mFTRAN xQ-1選擇所需的輸出電容也是前計(jì)算輸出電容器均方根電流(ICOUT_RMS)選擇所需的輸出電容也是前計(jì)算輸出電容器均方根電流(ICOUT_RMS)。滿足我們的設(shè)計(jì)要求5個(gè)1500 -pf，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 31mQ。輸出電容的數(shù)量:總的輸出電容COUT = 1500 pF x n 7500 pF有效輸出電容ESR:esrcout 2mQn計(jì)算輸出電

11、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。QE =152nC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COSS_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

12、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。Figure 3. VgFigure 3. Vg vs. Qg for QE and QF FETsEwffPAtlam 島#CD.w=Maximum gale charge at the end of the miller plateau:Qmiller max WOnCMinimum ga

13、te charge at the beginning of the miller plateau:QEmiller min 15這個(gè)FETs設(shè)計(jì)是為了驅(qū)動(dòng)UCC27324的4-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 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

14、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。C|N計(jì)算基于一種穩(wěn)態(tài)周期循環(huán)計(jì)算高頻輸入電容器均方根電流(ICINRMS)。CINRMS1.8 A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 -pf電容器從松下EETHC2W331EACIN - 330 pF這個(gè)電容器高頻(ESRCIN)150 mQ，這是測量阻抗分析儀在120Hz和200Hz下測量的。ESRcin = 0.150 2計(jì)算cin功率損耗住巾 cinrms2 x ESRcin 二 5 W重新計(jì)算剩余功率預(yù)算：BUDGET = BUDGET

15、- CIN 6.0 W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, R , R , DaS RE A為這個(gè)設(shè)計(jì)有一個(gè)選擇的CT的100:1比率(a2)日2 =上=1。0在VINMIN下計(jì)算一般峰值電流(IP1):原邊電流峰值：I -+ Mout、1 i Mmmax *七 3 3 Ak Mdut x 2 ; 31 Lmag x L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：孔/一.2氣49 9Q x1 1 a2選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻RS:Rs = 48.7Q對(duì)RS估計(jì)功率損耗：PRS = xRs 0

16、03W計(jì)算DA上的最大反向電壓(VDA)VrA -禮-clamp .29,8V1-嘰.估計(jì)達(dá)功率損耗(PDA):Pda = ?、6V = 0.01 W V!NMIN * V 82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。hlRhe = 10。x R土 =4.87kQ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1卬高頻旁路電容(CBP

17、1)。 請(qǐng)參考圖1適當(dāng)?shù)奈恢?。CbP1 = 1 pF電壓放大器參考電壓(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 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。UCC2895D reference voltage:=5V設(shè)置電壓放大器參考電壓：V1-2.5VR0 -2.37kQRa - *(蘿*1)_ 2.37kQ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:Rc =2.37kQ計(jì)算R1Rl =Rl =V19kQ然后選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電阻:V1志 V1志 9 09k。補(bǔ)償反饋回

18、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):ICiAD *1十2ICiAD *1十2加f wESR皿t 2如八Rs 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:DA2 :X DA2 :X ADEL5V - Vadel*344Q選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)R

19、DA2電阻值:Rd心=348Q重新計(jì)算VADEL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):Relm = 30.1k。一旦你巳經(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(qǐng)參考圖5。Miller PlateauILLERFigure 5. tABSEi to Achieve Valley Switching at Light LoadsMiller PlateauILLERFigure 5. tABSEi to Achieve Valley Switching at

20、Light LoadsMILLERdci i ABgFr di idni idim rerlift diiu VentryAB SET最初的起點(diǎn)QC和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)。.日 SET = CDSET電阻RdELCD由tCDSET決定RdLCD =(t5W x (0.15V + Vad如的頃 30.4k。ns51A選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì):R* rn 30.1 kQ UQLUU一旦你巳經(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)

21、點(diǎn)將山谷開關(guān)負(fù)荷在10%左右。請(qǐng)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/。Sett ?？?at resonant tank Peak and ValleyFigure 6. tCDSET to Achieve Valley Switching at Light Loads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5

22、0%。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O UTE正確和O UTF不重疊，它將創(chuàng)建多余的身體二極管傳導(dǎo)FETs量化QE和和QF。VfSET = BESET = ASSET Q-5形成的電阻分壓器RCA1 RCA2由tAFSET和tBESET決定，UCC2895 0的延遲圍。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。= 8.25 kQ電壓的ADELEF引腳U CC28950(VADELEF)需要設(shè)置RCA 2基于以下條件。如果 tAFSET 或=170 ns 設(shè)置 VADEL = 1.7 V,t

23、ABSET 170 ns 和 1100 ns 之間可以編程: 基于VADELEF選擇、計(jì)算RCA2:IR巴如急ADELEF4 25 kQ5 V - VADELEF選擇最接近標(biāo)準(zhǔn)RCA2電阻值:= 4.22 kQ重新計(jì)算VADELEF基于電阻分adelef -adelef -=1 692 V下面的方程被用來計(jì)劃tAFSET和tBESET通過適當(dāng)選擇電阻RDELEF。I _ (t x 0 5 -4ns) (2.65 V - x 1.32)x 1051IxpiEli EE- cX X I qII 2delef 51A選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器的設(shè)計(jì)。RDftH= = l4kn電阻器RTMIN項(xiàng)目最低工作周期

24、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(qǐng)參見UCC28950數(shù)據(jù)表關(guān)于破裂模式。這個(gè)設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)置最低100 ns。tUK - 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)。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(

25、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)。察f Fg察f Fg卜財(cái)吒V乩OPEW =(1 - Dq-yp )如果 VSLOPE2 VSLOPE1 設(shè)置 VSLOPE = VSLOPE1如果 VSLOPE23VSLOPE1 設(shè)置 VSLOPE = VSLOPE2R$UM =2.5Vx103R$UM =2.5Vx103QSLOPE X 05 LlS125.4k2選

26、擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻器RSUMoR皿=127kQ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。電-0.29V%UT X . 1 5 | 乂OUT電-0.29V焰 Na1 x a2選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RG電阻值。% -1kQ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RE -16.9kQ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 V,IOUT = 5。QBQ* fltf-*1 f*MET

27、I-、站 主嶼 2 0 折ME .yr Eferw MUte PlMii Figure 10. Q4, Q4fll V. QBQ* fltf-*1 f*MET I-、站 主嶼 2 0 折ME .yr Eferw MUte PlMii Figure 10. Q4, Q4fll V. - 390 V. ID1II = 5 Af k HHHJI ; ?5DM5/mFigure 11Q3fl Q3d. ViM = 390 V, lUT =5 A8押i dWhvSwiteHngi如陌oflllaca - e(Krai GtiQDW-w2 H I AL-J4& ir； u, 廠 iOH 易時(shí) 前炯 112 Z We 24 MJ. 2&10 105 11ldi：W!：OftIff4、SiitfirCkMayafiwI:PiMuu出QBoffg5 = on如3工oi才.謁 G 24 Mnr 2010 I4；41；M3SjlTRT5V ni7 ioovTl皿m匚【:相門驅(qū)動(dòng)