電源轉(zhuǎn)換器正朝著越來越高的功率密度的方向發(fā)展。通常，獲得這種高功率密度的方法是提高開關(guān)頻率，可以縮小濾波器組件的尺寸。但是，提升開關(guān)頻率會極大地增加系統(tǒng)的開關(guān)損耗，而這種損耗會阻礙系統(tǒng)在高于 100 kHz 的開關(guān)頻率上運行。

1 引言

為了在保持一定效率的同時增加開關(guān)頻率，人們開發(fā)出了幾種軟開關(guān)技術(shù)（1、2 和 3）。大多數(shù)諧振技術(shù)都增加了半導(dǎo)體電流和/或電壓應(yīng)力，從而導(dǎo)致器件體積增大，并增加大環(huán)流帶來的傳導(dǎo)損耗。然而，一種新型轉(zhuǎn)換器被開發(fā)了出來，其允許在沒有增加開關(guān)損耗的情況提高開關(guān)頻率，同時克服了諧振技術(shù)的大部分弊端。在實現(xiàn)主開關(guān)零電壓開啟和升壓二極管零電流關(guān)閉的時候，零電壓轉(zhuǎn)換 (ZVT) 轉(zhuǎn)換器工作在一個固定頻率上。這僅僅是通過在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間運用諧振操作來實現(xiàn)的。在周期的剩余時間里，從根本上將諧振網(wǎng)絡(luò)從電路中消除，而且轉(zhuǎn)換器的運行同其非諧振部分完全一致。

同傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器相比，這種技術(shù)帶來了效率方面的提高，并可以在低應(yīng)力下運行升壓二極管（這是因為關(guān)閉狀態(tài)下受控的 di/dt）。二極管軟開關(guān)還可以降低 EMI（這是一個重要的系統(tǒng)考慮因素）。

有源功率因數(shù)校正將對轉(zhuǎn)換器的輸入電流進行編程以跟隨線電壓，并且有可能實現(xiàn) 3% THD 的 0.999 功率因數(shù)。Unitrode UC3855A/B IC 集成了功率因數(shù)校正控制電路，該控制電路可以為高功率因數(shù)提供數(shù)個電流傳感和功率級 ZVT 運行方面的增強特性。

UC3855 集成了設(shè)計一款帶有平均電流模式控制功能的 ZVT 功率級所需的所有控制功能。由于其能夠在避免斜率補償和其他方法（5、6）低噪聲抗擾度的同時對輸入電流進行精確地編程，因此人們選擇了平均電流模式控制。

1.1 ZVT 技術(shù)

1.1.1 ZVT 升壓轉(zhuǎn)換器功率級

除開關(guān)轉(zhuǎn)換以外的整個開關(guān)周期中，ZVT 升壓轉(zhuǎn)換器的運行均同傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器一樣。圖 1 顯示的就是 ZVT 升壓功率級。ZVT 網(wǎng)絡(luò)由 QZVT、D2、Lr 和 Cr 組成，提供了升壓二極管和主開關(guān)的有源緩沖。[4、7、8] 描述了 ZVT 電路的運行情況，為了敘述的完整性在此處進行了回顧。參見圖 2，下列時序間隔可以被定義為：

圖 1 具有 ZVT 功率級的升壓轉(zhuǎn)換器

圖 2 ZVT 時序結(jié)構(gòu)圖

1.1.2 ZVT 時序

1.1.2.1 t0-t1

t0 之前的時間里，主開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，二極管 D1 正傳導(dǎo)滿負載電流。在 t0 處，輔助開關(guān) (QZVT) 被開啟。由于輔助開關(guān)處于開啟狀態(tài)，Lr 中的電流線性地上升至 IIN。在此期間，二極管 D1 中的電流正逐漸下降。當二極管電流達到零時，該二極管關(guān)閉（例如 D1 的軟開關(guān)）。在實際電路中，由于二極管需要一定時間來消除結(jié)電荷 (junction charge)，因此會有一些二極管逆向恢復(fù)。ZVT 電感上的電壓為 VO，因此電流上升至 Iin 所需要的時間為：

1.1.2.2 t1-t2

在 t1 處，Lr 電流達到了 IIN，且 Lr 和 Cr 開始產(chǎn)生諧振。該諧振周期在其電壓等于零以前對 Cr 放電。漏極電壓的 dv/dt 由 Cr（Cr 為外部 CDS 和 COSS 的組合）控制。Cr 放電的同時流經(jīng) Lr 的電流不斷增加。漏極電壓達到零所需要的時間為諧振時間的 1/4。在該周期結(jié)束時，主開關(guān)的主體二極管開啟。

1.1.2.3 t2-t3

在該時間間隔開始時，開關(guān)漏極電壓已達到 0V，并且主體二極管被開啟。流經(jīng)該主體二極管的電流將由 ZVT 電感驅(qū)動。該電感上的電壓為零，因此電流處于續(xù)流狀態(tài)。此時，主開關(guān)被開啟，以實現(xiàn)零電壓開關(guān)。 1.1.2.4 t3-t4

在 t3 處，UC3855 感應(yīng)到 QMAIN 的漏極電壓降至零，并在關(guān)閉 ZVT 開關(guān)的同時開啟主開關(guān)。ZVT 開關(guān)關(guān)閉以后，Lr 中的能量被線性地從 D2 釋放至負載。

1.1.2.5 t4-t5

在 t4 處，D2 中的電流趨于零。當這種情況發(fā)生時，該電路就像一個傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器一樣運行。但是，在一個實際電路中，Lr 同驅(qū)動 D1 陰極（由于 Lr 的另一端被鉗位控制至零）正極節(jié)點的 ZVT 開關(guān) COSS 一起諧振。在 ZVT 電路設(shè)計部分將對這種影響進行討論。

1.1.2.6 t5-t6

該級也非常像一個傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器。主開關(guān)關(guān)閉。QMAIN 漏－源節(jié)點電容充電至 VO，并且主二極管開始向負載提供電流。由于節(jié)點電容起初將漏極電壓保持在零狀態(tài)，因此關(guān)閉損耗被極大地降低了。

由上述內(nèi)容可知，這種轉(zhuǎn)換器的運行僅在開啟開關(guān)轉(zhuǎn)換期間不同于傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器。主功率級組件并未出現(xiàn)比正常情況更多的電壓或電流應(yīng)力，而且開關(guān)和二極管均歷經(jīng)了軟開關(guān)轉(zhuǎn)換。通過極大地減少開關(guān)損耗，可以在不降低效率的情況下增加工作頻率。二極管也可以在更低的損耗條件下工作，從而在更低溫度、更高可靠性的條件下運行。該軟開關(guān)轉(zhuǎn)換還降低了主要由升壓二極管硬關(guān)閉引起的 EMI。

1.1.3 控制電路要求

為了保持主開關(guān)的零電壓開關(guān)，ZVT 開關(guān)在 Cr 電壓諧振至零以前必須為開啟狀態(tài)。通過使用一個相當于低線壓和最大負載條件下 tZVT 的固定延遲，可以實現(xiàn)這一目標。

但是，這樣一來在輕負載或更高線壓的條件下延遲的時間會比必要延遲時間更長，從而會增加 ZVT 電路傳導(dǎo)損耗以及峰值電流應(yīng)力。通過感應(yīng) QMAIN 漏極電壓何時降至為零，UC3855 實現(xiàn)了一個可變 tZVT。一旦該電壓降至 ZVS 引腳閾值電壓 (2.5V) 以下時，ZVT 柵極驅(qū)動信號便被終止，并且主開關(guān)柵極驅(qū)動升高。圖 3 顯示了該控制波形。在振蕩器開始放電時開關(guān)周期開始，ZVT 柵極驅(qū)動在放電周期開始時升高。在 ZVS 引腳感應(yīng)到零電壓狀態(tài)或者放電期間結(jié)束（振蕩器放電時間為最大 ZVT 脈寬）以前，ZVT 信號均處于高位。這樣就使 ZVT 開關(guān)僅在需要的時候開啟。

圖 3 ZVT 控制波形

2 控制電路運行及設(shè)計

圖 4 顯示了 UC3855A/B 的結(jié)構(gòu)圖（引腳數(shù)與 DIL?20 封裝相當）。其顯示了一款集成了基本 PFC 電路的控制器，包括平均電流模式控制以及促進 ZVT 工作的驅(qū)動電路。該器件還具有簡化電流傳感的電流波形合成器電路，以及過壓和過電流保護。在下列各章節(jié)中，該控制器件被分解成若干個功能模塊，并對其進行了單獨的討論。

圖 4 UC3855 控制器結(jié)構(gòu)圖

2.1 與 UC3854A/B 的比較

UC3855A/B 的 PFC 部分與 UC3854A/B 完全一樣。他們共有的幾個設(shè)計參數(shù)在下面被突出顯示了出來，以說明其相似性。