移相全桥参数计算

1、

介绍

在大功率服务器件中,为满足高效和绿色标准,一些供电设计师们发现使用移相全桥转换器更容易;这是因为移相全桥变换器可以在转换器原边获得零切换;这个应用程序的目的是设计报告审查的600W移相全桥变换器在电力系统中,利用TI的新UCC28950移相全桥控制器,并基于典型值;在生产设计需要修改的值最坏情况的条件;希望这些信息将帮助其他电源设计者的努力设计一个有效的移相全桥变换器;

表 1 设计规范

描述 最小值 典型值 最大值

输入电压 370V 390V 410V

输出电压 12V

允许输出电压瞬变 600mV

加载步骤90%

输出电压 600W

满负荷效率 93%

电感器切换频率 200kHz

2、 功能示意图

3、 功率预算

为满足效率的目标,一组功率预算需要设定;

4、 原边变压器计算T1

变压器匝比a1:

估计场效应晶体管电压降VRDSON:

基于最小指定的输入电压时70%的占空比选择变压器;

基于平均输入电压计算典型工作周期DTYP

输出电感纹波电流设置为输出电流的20%;

需要注意在选择变压器磁化电感的正确数值LMAG;下列方程计算主变压器T1的最低磁化电感,确保变频器运行在电流型控制;如果LMAG太小,磁化电流会导致变换器运行在电压模式控制代替peak-current模式;这是因为磁化电流太大,它将作为PWM坡道淹没RS上的电流传感信号;

图2显示了T1原边电流IPRIMARY和同步整流器QE和QF电流对同步整流栅驱动电流的反应;注意IQE IQF也是T1的次级绕组电流;变量D是转换器占空比; 计算T1次级均方根电流ISRMS:

副边均方根电流ISRMS1当能量被传递到副边:

副边均方根电流ISRMS2,当电流通过变压器,QE QF开通

副边均方根电流ISRMS3引起的负电流在对方绕组随心所欲的时期,请参阅图2;

副边总均方根电流ISRMS:

计算T1原边均方根电流IPRMS:

T1原边均方根电流IPRMS1当能量被传递到次边

T1原边均方根电流IPRMS2当转换器

总T1原边均方根电流IPRMS

此设计一个Vitec变压器被选中,型号75PR8107有一下规范

测量漏原边漏感:

变压器原边直流电阻:

变压器副边直流电阻:

估计转换损失PT1是铜损的两倍;注意：这只是一个估计,基于磁设计总损失可能会有所不同;

计算剩余功率预算:

5、 QA, QB, QC, QD FET选择

本设计以满足效率和电压要求, 20A 650 V,CoolMOS FETs英飞凌被选择Qa Qb Qc Qd

场效应晶体管漏源电阻:

场效应晶体管输出电容指定:

电压drain-to-sourceVdsQA,输出电容测量,数据表参数:

计算平均输出电容2:

QA场效应晶体管栅极电荷:

激活栅场效应晶体管的门级电压:

计算Qa损失基于Rds和门QA

重新计算功率预算:

6、 选择LS

计算LS是基于实现零电压所需的能量切换;这个电感需要能够消耗的能量开关的寄生电容节点;以下方程选择LS实现零电压在100%负荷降至50%负荷的基础上初级场效应晶体管的平均总输出电容开关节点;

注意：可能比估计的有更多的寄生电容在开关节点,LS估计可能需要调整根据实际寄生电容在最后的设计;

为此设计一个26-μH Vitec感应器被选为 60PR964零件号码;有以下规格;

LS直流电阻:

LS估计功率损耗PLS和调整剩余功率预算:

7、 LOUT选择

电感器设计为电感纹波电流20%ΔILOUT:

计算输出电感均方根电流ILOUT_RMS:

Vitec电感器电子公司2-μH的电感, 75PR108被选为这个设计;电感器有以下规范;

输出电感的直流电阻:

估计输出电感的损失 PLOUT,重新计算功率预算;注意PLOUT是估计的电感器铜损的两倍的损失;注意基于磁生产可能会有所不同;建议最好仔细检查磁与磁生产损失;

8、 输出电容 C

输出电容器选择基于稳态和瞬态VTRAN负载要求;L改变满载电流的90%的时间

负载瞬变期间,大部分的电流会立即通过电容器等效串联电阻ESRCOUT; 下面的方程用于选择ESRCOUT和COUT,基于90%电流的负载;选择ESR容许瞬变电压的90%VTRAN,当输出电容COUT由VTRAN的10%所选择;

选择所需的输出电容也是前计算输出电容器均方根电流ICOUT_RMS;

满足我们的设计要求5个 1500 -μf,铝电解电容器的选择从曼联Chemi-Con设计,零件号EKY-160ELL152MJ30S; 这些电容器的ESR 31mΩ;

输出电容的数量:

总的输出电容

有效输出电容ESR:

计算输出电容器损耗PCOUT:

重新计算剩余功率预算:

9、 选择QE and QF

为设计选择FETs总是尝试和错误;我们以满足电力需求的设计选择75 v,120A- FETs,从Fairchild,型号FDP032N08; 这些FETs的下面特征;

计算场效应晶体管平均输出电容COSS_QE_AVG,基于数据表参数输出电容COSS_SPEC、从COSS_SPEC上测量的Vds_spec和最大的漏源电压在设计VdsQE将被应用到应用程序中的场效应晶体管;

当QE QF关断时,电压场效应晶体管的电压:

测试数据表上从场效应晶体管输出电容上指定的电压:

从场效应晶体管数据表上制定的输出电容:

QE QF 上平均输出电容

QE QF 均方根电流

为了估计场效应晶体管开关损耗场效应,晶体管的Vg和Qg曲线数据表需要研究;首先是miller plateau开始时的gate charge需要确定QEMILLER_MIN结束时的 gate charge QEMILLER_MAX为了给定的VDS;

这个FETs 设计是为了驱动 UCC27324的4-AIP门限驱动电流

估计场效应晶体管Vds上升和下降时间:

估计QE QF的损失

重新计算功率预算

10、输入电容C

如果这个转换器是设计用来390 v输入,通常由PFC的输出增加pre-regulator; 选择的输入电容通常是基于交通阻塞和纹波的要求;

注意：实现零电压所需的延迟时间可以作为一种责任周期夹DCLAMP;

计算槽频率:

预计延迟时间:

有效工作周期夹DCLAMP:

V是最低输入电压当转换器仍然可以保持输出调节;转换器的输入电压只会拉低电压不足或line-drop条件,如果在这转换器是PFC pre-regulator后;

C计算基于一种稳态周期循环

计算高频输入电容器均方根电流ICINRMS;

为满足该设计的输入电容和均方根电流要求,我们选择330 -μf电容器从松下EETHC2W331EA

这个电容器高频ESRCIN150 mΩ,这是测量阻抗分析仪在120Hz和200Hz下测量的;

计算C功率损耗

重新计算剩余功率预算:

有大约 W的功率预算离开电流传感网络,和偏置控制设备和所有电阻支持控制装置;

11、设置电流传感网络CT, R, R, D

为这个设计有一个选择的CT的100:1比率a2

在VINMIN下计算一般峰值电流IP1:

原边电流峰值:

峰值电流达到上限时的电压

计算电流检测电阻RS并且预留200 mV斜坡补偿:

选择一个标准电阻RS:

对RS估计功率损耗:

计算DA上的最大反向电压VDA

估计达功率损耗PDA:

计算RS重置电阻器RRE:

电阻器RRE用于重置当前变压器CT;

电阻器RLF和电容器CLF形成一个低通滤波器对当前信号引脚15;对于这个设计我们选择以下值;这个过滤器频率极低fLFP在482千赫;这应该工作大多数应用程序但也许适合个体的布局调整和EMI的设计;

UCC28950 VREF输出引脚1需要高频旁路电容滤除高频噪音;这个引脚需要至少1μF高频旁路电容CBP1;请参考图1适当的位置;

电压放大器参考电压引脚2,EA +可以设置与分压器RA,RB,这个设计实例我们要设置误差放大器参考电压V1

v .选择一个标准电阻RB值,然后计算电阻RA值;

设置电压放大器参考电压:

分压器由电阻器RC和RI选择,设置直流输出电压电压输出引脚3EA;选择一个标准电阻器RC:

计算R1

然后选择一个标准的电阻:

补偿反馈回路可以通过适当选择反馈组件

RF、CZ和CP;这些组件被放置尽可能接近U CC28950引脚3和4;

计算负载阻抗负载RLOAD:10%

控制输出传递函数近似GCOf作为频率的函数:

双极GCO频率f: