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
对应于移相控制全桥(fb)zvs-pwm变换器这种主电路拓扑,本文采用unitrode公司ucc3895芯片实施峰值电流的移相控制.由于存在占空比d>50%,电源不能稳定工作,限制了峰值电流控制方式的应用,必须加以斜坡补偿改善.
1 主电路拓扑
全桥变换器广泛应用于中大功率的直流变换场合,移相控制零电压开关全桥变换器利用变压器的漏感和开关管的结电容实现开关管的zvs, 倍流整流方式(current doubler rectifier, cdr)zvs全桥变换器利用两个输出滤波电感的能量可以在很宽的负载范围内实现开关管的zvs, 而且使其输出整流管自然换流,从而避免了反向恢复引起的电压振荡和电压尖峰.变换器采用移相控制方式,q1和q3组成超前桥臂,q2和q4组成滞后桥臂。主电路图如图1所示,本文逆变器定频100 khz,选用apt公司的8024lfll(800 v,31 a)型mosfet做为主开器件(q1～q4), 可知8024lfll结电容 cmos=707 pf;延迟时间tf=4 ns.

图1 变换器主电路图
2 控制系统的设计
峰值电流控制方式显著提高了电源的性能:(1)具有良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应。(2)固有的逐个脉冲电流限制,简化了过载和短路保护。(3)消除了输出滤波电感带来的极点,使电源系统由二阶降为一阶,系统不存在有条件的环路稳定性问题。(4)对并联工作的多台电源能够实现自动均流等[1]。峰值电流模式控制系统当中存在着电流控制和电压控制两个反馈控制环,需要分别进行设计。电流环是内环,而电压环是外环,因此,应先设计电流环,再设计电压环。
2.1 斜坡补偿电路的设计
峰值信号的斜率补偿主要作用是克服系统在导通比大于50 %时的不稳定现象。当斜率补偿电压信号的上升率大于或等于输出电感中电流对应检测信号的下降率的一半时，则可以保证在导通比0～1的全部范围内系统总是稳定的。其设计所采用的阻尼系数表达式为: [1] ;
式中，m1是电感电流上升段斜率;m2是电感电流下降段斜率; m c是补偿斜率.因为m 1>0且m 2>0.在本文中的占空比: ;输出滤波电感电流上升段斜率:输出滤波电感电流下降段斜率: ;因此,在控制工程实践中,斜率补偿电压一般的设计原则为: m c=(70%～80%) m 2。这样既保证了检测元件参数波动时系统也符合稳定条件,又可提高控制电路的容噪能力,同时对控制系统的穿越频率等动态性能指标没有大的影响,即m c=7.5 a/s.在ucc3895中误差放大器的输出端输出误差控制信号，然后与pwm比较器反相端的峰值信号进行比较，因此，斜率补偿可以有2种实现方式，一是直接在误差信号上叠加补偿信号，二是对峰值电流信号叠加补偿信号。就实现方式来说，后者更为方便，ucc3895 自身提供了良好的斜率补偿实现平台[2]:因为在定时电容ct上恰好有一个正的与振荡器同步、同频率的斜坡电压，只要将该电压信号分压之后与峰值电流信号进行叠加就可以实现补偿。图2就是一个充分利用ucc3895的自身资源实现峰值电流斜率补偿的电路。

图2 斜坡补偿电路
图2中,rsense为霍尔传感器的检测电阻，r1与r2构成一个分压电路，对定时电容ct上的斜坡电压进行分压，作为斜率补偿的信号；c1是交流耦合电容,可以消除斜坡电容上斜坡电压所含有的直流分量；c2与r1构成一个简单的rc滤波电路，滤除峰值电流的边缘尖峰；快速三极管mmbt3904组成射