UC3855A/UC3855B高性能功率因數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)器

將 L 和 C 合并可得出諧振 1/4 周期：

現(xiàn)在可以計(jì)算出諧振電流對(duì)輸出電壓的影響。試回想，為確保諧振電感在高線壓情況下的放電：

對(duì)于一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器而言，則為：

將 (1) 代入 (2)，求解 VO，從而得出：

可以代入先前確定的值求解方程式 (3)，得出一個(gè) 405V 的最小輸出電壓值。這就要求 VO 的設(shè)計(jì)值為 410 V。

4.3.3 ZVT 開關(guān)及整流器的選擇

由于其漏-源電容的放電，因此 ZVT 開關(guān)也會(huì)帶來(lái)一個(gè)最小限度的開啟損耗。但是，由于諧振電感限制了開啟電流，因此 ZVT 開關(guān)不會(huì)帶來(lái)強(qiáng)電流和電壓交迭。無(wú)論如何，開關(guān)都不會(huì)帶來(lái)關(guān)閉及傳導(dǎo)損耗。盡管峰值開關(guān)電流確實(shí)高于主開關(guān)電流，但是占空比較小，從而將傳導(dǎo)損耗保持在一個(gè)較低的值。由于平均漏電流較低，因此 ZVT 開關(guān)為一個(gè)或兩個(gè)裸片尺寸的大小，且小于主開關(guān)。ZVT 開關(guān)的開啟時(shí)間為：

峰值 ZVT 開關(guān)電流等于峰值 ZVT 電感電流。通過(guò)假設(shè)出一個(gè)方波信號(hào)，可以得出開關(guān) RMS 電流一個(gè)相對(duì)保守的近似值。RMS 電流近似值為：

這與最大負(fù)載和最大 ZVT 開啟時(shí)間下峰值大約為 14 A 的情況相符合，但是，RMS 僅為 3.9 A。在這一應(yīng)用中，比較合適的器件是 Motorola MTP8N50E，這是一款 500V、8A、RDS (ON) 為 0.8Ω 的器件。與 主MOSFET 一起，將一個(gè) 5.1Ω ?的電阻器與柵極串聯(lián)放置，從而抑制開啟端的寄生振蕩，同時(shí)將一個(gè)肖特基二極管和電阻器與該電阻器并聯(lián)放置，從而加速關(guān)閉。在 ZVTOUT 至接地端之間放置一個(gè)肖特基二極管，以防止引腳在低于接地時(shí)被驅(qū)動(dòng)。該二極管的位置應(yīng)盡可能的接近該器件。

ZVT 電路所需的整流器也將流過(guò)一個(gè)相對(duì)較弱的 RMS 電流。tZVT 到負(fù)載期間，二極管 D2 將返還存儲(chǔ)于諧振電感中的能量。D2 應(yīng)為一個(gè)超速恢復(fù)二極管，一般選用與 D1 速度相近的二極管。為 D2 所選用的二極管是 Motorola MURH860，這是一款 trr≈?35 ns、600V 的器件。

當(dāng)電感重置時(shí)，二極管 D3 阻止電流流經(jīng) QZVT 主體二極管。該二極管與 QZVT 一樣，具有相同的峰值和 RMS 電流。D3 應(yīng)為一個(gè)快速恢復(fù)二極管，從而減弱來(lái)自諧振電感的 QZVT 的漏-源電容。當(dāng) ZVT 開關(guān)關(guān)閉時(shí)，存儲(chǔ)于 D3 正極節(jié)點(diǎn)電容量會(huì)與 ZVT 電感發(fā)生諧振現(xiàn)象。將這一效應(yīng)最小化會(huì)減少這一節(jié)點(diǎn)上所需的緩沖量。此處所選用的二極管為 MUR460。這是一款 trr≈?75ns、600V、4A 器件。

總而言之，ZVT 電路中的兩個(gè)二極管都有較低的 RMS 電流。除了阻斷電壓（兩種情況下都等于 VO），主要的選擇標(biāo)準(zhǔn)為逆向恢復(fù)時(shí)間。選用具有快速恢復(fù)時(shí)間的器件將減少寄生振蕩、降低損耗以及 EMI。

4.3.4 ZVT 緩沖電路

ZVT 電路需要更多的方法來(lái)抑制在 ZVT 電感電流降至 0 時(shí)就會(huì)發(fā)生的寄生振蕩。圖 10A 顯示了沒(méi)有經(jīng)過(guò)適當(dāng)抑制時(shí) ZVT 電感電流及二極管 D2 正極電壓。該圖表明當(dāng)電感電流開始向輸出端放電（QZVT 處于關(guān)閉狀態(tài)）時(shí)，正極電壓則處于 VOUT（由于 D2 正在進(jìn)行傳導(dǎo)）。當(dāng)電感電流變?yōu)榱?，由于貫穿主開關(guān)體二極管電感的另一端被控制至 0 V，電壓振鈴為負(fù)。正極電壓能輕易地出現(xiàn)負(fù)振蕩，以將輸出電壓翻一倍。這就增加了二極管的反向電壓力，為輸出電壓的三倍！將節(jié)點(diǎn)電容量維持在一個(gè)最小值，并使用快速恢復(fù)二極管，不但可以減少振鈴，而且還可提升電路性能。

一些抑制振蕩的方法已經(jīng)在 [4,7] 中提出。在這一電路中研究了兩種方法，即飽和電抗器和電阻性阻尼。從接地到 D2 正極之間通過(guò)一個(gè)二極管連接一個(gè) 51Ω、10W 無(wú)電感電阻。飽和電抗器與諧振電感串聯(lián)放置，并利用一個(gè)纏有 8 圈繞組的Toshiba 飽和磁芯 SA 14 x 8 x 4.5 進(jìn)行實(shí)施。電阻性阻尼方法可以防止節(jié)點(diǎn)發(fā)生振蕩。但是，當(dāng) D1 在進(jìn)行傳導(dǎo)時(shí)，這并不能阻止電流流入 D2（這是由于當(dāng) QMAIN 關(guān)閉時(shí)，dv/dt 會(huì)貫穿 Lr）。如果這個(gè)時(shí)候電流流經(jīng) D2，那么當(dāng) QZVT 開啟時(shí)，D2 就會(huì)流過(guò)逆向恢復(fù)電流。由于其自身的高阻抗，飽和電抗器能阻止該電流。LS 也能阻止來(lái)自節(jié)點(diǎn)電容的 Lr，這就防止了節(jié)點(diǎn)發(fā)生振蕩。

在沒(méi)有電阻性阻尼的情況下，飽和電抗器能運(yùn)行完好，而這也是該項(xiàng)設(shè)計(jì)中所選用的方法。飽和電抗器如果能有效的對(duì)電路進(jìn)行減振，那么就可以免去電阻性阻尼的安裝。但是，由于設(shè)計(jì)出來(lái)的 LS 是用來(lái)飽和每一個(gè)開關(guān)循環(huán)，所以磁芯損耗很大一部分取決于材質(zhì)，同時(shí)該損耗能引起磁芯溫度上升過(guò)高。在這一電路中，磁芯降溫處理是必需的。通過(guò)使用一個(gè)更大的 MS 18 x 12 x 4.5，嘗試了另一個(gè)可選設(shè)計(jì)，該 MS 運(yùn)行時(shí)溫度更低，盡管它也需要進(jìn)行降溫處理。對(duì)該電路的優(yōu)化處理能有效地減少 ZVT 電路中的損耗。在該設(shè)計(jì)中，阻尼網(wǎng)絡(luò)損耗大約為 2W。圖 10B 顯示了使用 LS 對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行阻尼的相同電路的情況。

圖 11 ZVT 振鈴波形

4.3.5 ZVS 電路

接下來(lái)我們將選擇 ZVS 電路組件。在該示例中，使用了一個(gè) 1kΩ 的電阻器來(lái)阻止 ZVS 引腳的運(yùn)行。所選用的電容器為 500 pF。這一組合要求大約 200ns 的時(shí)間來(lái)完成充電至 2.5V 閾值。

4.4 振蕩器頻率

計(jì)算 CT 值：

4.5 乘法器/分壓器電路

計(jì)算 VRMS 電阻分壓器值：

在低線壓條件下 (85 VRMS)，將 VRMS 設(shè)置為 1.5V

如果確定了其中一個(gè)電阻器（因?yàn)榇颂幱袃蓚€(gè)方程式，三個(gè)未知量），就可求解電壓分壓器。假設(shè)分壓器中值較低的電阻器為 18 Kω，則：

RTOTAL=18kΩ×51=918 kΩ

設(shè)置 R10=120 kΩ，得出：

R9=918kΩ-120kΩ-18 kΩ=780kΩ

R9 被分成 2 個(gè)電阻器（每一個(gè)為 390 kΩ），以降低其電壓應(yīng)力。

計(jì)算出電容值，將濾波器極置于 18Hz，則：

其中：REQ=R9II(R10+R11)=117kΩ

為了在不降低系統(tǒng)性能的情況下合并電容值，可以將 C4 選擇為 0.1μF。

計(jì)算 IAC 電阻值：

在高線壓情況下，將 IIAC 設(shè)置為 500μA。

將 2 個(gè) 390kΩ 電阻器串聯(lián)，以降低電壓應(yīng)力。

4.5.1 RIMO 的計(jì)算

在低線壓條件下，IIAC=156μA 且乘法器輸出應(yīng)等于 1V。低線壓與最大負(fù)載情況下，VEA 為其最大值 6V，因此使用乘法器輸出方程式：

一個(gè) 1000pF 的電容器與 RIMO 并聯(lián)放置，以實(shí)現(xiàn)噪聲過(guò)濾。由于 RIMO 兩端的電壓為乘法器輸出，且為電流誤差放大器的參考電壓，因此 RC 極點(diǎn)頻率應(yīng)設(shè)置為高于 120Hz 的乘法器信號(hào)。 4.6 電流合成器

首先，應(yīng)為變流器選擇一個(gè)匝比。變流器是設(shè)計(jì)用來(lái)在峰值輸入電流情況下產(chǎn)生 1V 的電壓。在達(dá)到電流極限跳變