3.7 軟啟動

為了確保一個穩(wěn)定可控的啟動，UC3855A/B 提供了軟啟動 (SS) 功能。SS 引腳為一個外部電容器提供了 15μA 的電源。該電容器限制了電壓環(huán)路誤差放大器的電源電壓，從而有效地限制了放大器的輸出電壓，以及最大的期望輸出電壓。這樣就能保證輸出電壓以一種可控的方式升壓。

3.7.1 欠壓鎖定

UC3855A 的啟動閾值為 15.5V（額定值），并帶有 6V 的滯后，而 UC3855B 的啟動閾值為10.5V，并帶有 0.5V 的滯后。

4 曲型應用

為了能夠說明設計程序，并突出需要定義的設計參數，設計了這樣一個典型應用。該設計規(guī)范為：

• VIN=85-270 VAC
• VO=410 VDC
• PO (max)=500W
• FS=250kHz
• Eff ＞95%
• Pf ＞ 0.993
• THD ＜ 12%

上面提到的那些規(guī)范給出了一個常見的通用輸入電壓以及中等功耗應用。由于軟開關以及零電壓轉換，現(xiàn)在我們可以實現(xiàn) 250kHz 的開關頻率。Pf 和 THD 的數量與 UC3855 可實現(xiàn)的線路校正相符合。 4.1 設計程序

該設計程序是對 [8] 所提出內容的總結。但是為了固定組件值和/或指定更多可選用部件，一些值已被更改。 4.2 功率級設計 4.2.1 電感設計

ZVT 轉換器中的功率級電感設計與傳統(tǒng)升壓轉換器的設計一樣。理想的開關紋波的數量決定了所需的感應，并且允許更多的紋波來減小電感值。低線路及最大負載情況下，峰值電流會出現(xiàn)比較糟糕的情況。峰值功耗為平均功耗的兩倍，并且 VPK 為 VRMS。為了能計算出輸入電流，需假設功率為 95%。

電流紋波與峰值電流之間一個比較好的折衷方案是允許 20% 紋波達到平均比率。這也使峰值開關電流保持在 10 A以下。

重新調節(jié)升壓轉換器的轉換比率，求出 D 的解，得出：

我們現(xiàn)在能計算出所需的電感。

4.2.2 輸出電容器選擇

輸出電容值不但會影響保持時間，而且還會影響輸出電壓紋波。如果保持時間 (tH)為主要的標準，則下面的方程式就給出了 CO 的值：

在這個例子中，對保持時間和電容器尺寸進行了折衷，并選用了一個值為 440 μF 的電容器。該電容器庫是由兩個并聯(lián)的 220μF、450VDC 電容器構成。

4.2.3 功率 MOSFET 和二極管選擇

所選用的主 MOSFET 為 Advanced Power Technology 公司推出的 APT5020BN（或同級別的產品）。該器件規(guī)格為 500V、23A，其 RDS(on) 為 0.20Ω ?(25℃)、COSS ? 500 pF、且采用 TO-247 封裝。一個 5.1Ω ?的電阻器與柵極串聯(lián)放置，用來抑制啟動時的寄生振蕩，一個肖特基二極管及 2.7Ω 的電阻與該電阻器并聯(lián)放置以加速關閉。在 GTOUT 和接地之間也將放置一個肖特基二極管，以避免引腳被驅動至接地以下，同時該二極管的放置應盡可能的靠近該器件。

所選擇的升壓二極管為 International Rectifier 公司推出的規(guī)格為 15-A、600V 的超速二極管 HFA15TB60（或同級別的產品）。試回想，一款采用了二極管軟開關 ZVT 優(yōu)勢的轉換器。在配置了 ZVT 的情況下，升壓二極管對開關損耗的影響可以忽略不計，因此可以使用一個速度較慢的二極管。但是，在這個應用中，還是很有必要使用超速二極管。

根據二極管的恢復時間，確定 ZVT 電感的尺寸，并且速度較慢的二極管需要配置一個更大的電感。這就要求一個相應更長的 QZVT 開啟時間，增加了傳導損耗。較大尺寸的電感還需要更長的放電時間。為了保證諧振電感能完全放電，主開關的最短啟動時間應近似等于 ZVT 電路啟動時間。這就得出：

DMIN 會影響不斷運行的升壓轉換器的最小允許輸出電壓。ZVT 電路的啟動時間為一個穩(wěn)定的 trr 功能，因此選擇一個超快二極管使諧振電路損耗保持最小，并對輸出電壓產生最少的影響。由于對于大部分的諧振電路啟動時間而言，有效系統(tǒng)占空比是主開關啟動時間的主要功能，升壓二極管正極的電壓通過諧振電容器得到抑制。

這些考慮事項建議二極管的恢復時間應短于 75ns。該設計中的平均輸出電流低于 1.2 A，峰值電流為 9.2A。二極管相關的傳導損耗大約為 2.2 W。

當使用一個超速二極管時，二極管以極少的開關損耗模式運行。這就提升了整個系統(tǒng)的效率，并降低了二極管的峰值應力。

4.3 ZVT 電路設計 4.3.1 諧振電感

ZVT 電路設計簡單易懂。該電路具有有源緩沖功能，例如，電感設計用于二極管的軟關閉。選用的 ZVT 電容器用于 MOSFET 的軟開關。

諧振電感為升壓電感電流提供了一個預備電流通道，從而控制了二極管的 di/dt。當 ZVT 開關開啟時，輸入電流從升壓二極管轉移至 ZVT 電感。可以通過確定二極管關閉速度來計算出電感值。二極管的逆向恢復時間給出了其關閉時間。由于實際電路中的逆向恢復特性變化多樣，以及各個廠商對逆向恢復的定義各異，因此很難計算出 Lr 的準確值。電路環(huán)境對逆向恢復產生影響的例子就是諧振電容器正常的緩沖作用，該電容器限定了二極管正極的 dv/dt。一個較好的初步估測就是允許電感電流在三次二極管標準逆向恢復時間內緩慢升高至二極管電流。最大電感值的限制就是其對最小占空比的影響。正如二極管選擇章節(jié)所述，L?C 時間常數對 DMIN 產生影響，從而對 VO (min) 產生影響。將 Lr 設計得過大也會增加 ZVT MOSFET 的傳導時間，并增加諧振電路傳導損耗。當減小了 Lr 的值，會給二極管帶來更強的逆向恢復電流，并且提高了通過電感和 ZVT MOSFET 的峰值電流。隨著峰值電流增強，存儲在電感中的能量也會增加（E = 1/2 x L xI2）。為了減少關閉時節(jié)點上的寄生振蕩，該能量應保持在一個最小值。

從某種程度上來說，二極管的逆向恢復是其關閉 di/dt 的一個功能。如果假設有一個可控 di/dt，那么該二極管的逆向恢復時間可以近似估測為 60ns。如果電感將上升時間限制為 180ns (3 x trr)，則可以計算出電感。

磁芯損耗以及由此導致的溫度上升限制了電感的設計，但不會使磁通密度飽和。這是由于強 ac 電流分量和相對較高的運行頻率。一個好的設計程序在 [10] 已作了描述，已超出本文的討論范圍。但是本文已提及到幾個要點。磁芯應該為材質較好的高頻率低損耗材料，例如有氣隙的鐵氧體，或鐵鎳鉬磁粉芯 (MPP)。在這一應用中一般不宜使用鐵粉磁芯。相對不是太貴的鐵硅鋁磁芯，盡管與 MPP 相比較，具有更高的損耗，但還是可以使用該材質磁芯。損耗較高的材料實際上易于抑制 ZVT 開關關閉端的諧振。也可以通過將跨繞線電容保持至一個最小值的方式來優(yōu)化電感繞組結構。這樣就減少了關閉端的節(jié)點電容，同時也減少了所需的衰減量。可以通過分析由 Lr 和 Cr 組成的諧振電路，以及當電流流至 lin 時確定諧振循環(huán)開始的方式找出電感電流。

其中，

由此，峰值電流等于 IIN 與輸出電壓除以諧振電路的特性阻抗的和。降低 Lr，或者增加 Cr 都會增加峰值電流。電感的設計是使用 Magnetics 公司的 MPP core 55209，帶有 33 個繞組，電感為 8μH。該電感應使用 Litz 線或幾股小磁線構建，從而將高頻影響最小化。

4.3.2 諧振電容

諧振電容器的大小可以確保主開關的可控 dv/dt。高效諧振電容器的電容應為 MOSFET 電容與外部節(jié)點電容之和。APT5020BN 的輸出電