【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電壓封鎖功能。發(fā)生欠電壓封鎖時(shí)，所有輸出端均為低電平。為了提高欠電壓封鎖的可靠性，,也就是說，欠電壓封鎖電路仍工作。該器件還具有過電流保護(hù)功能，過電流故障發(fā)生后70ns內(nèi)，全部輸出級(jí)都能轉(zhuǎn)入判斷狀態(tài)。過電流故障消除后，該器件還能夠重新開始工作。UC3875內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。它的核心是相位調(diào)制器，它的B輸出信號(hào)與A輸出信號(hào)相反，D輸出信號(hào)與C輸出信號(hào)相反，既A、B輸出信號(hào)在相位上相差180度，C、D輸出信號(hào)在相位上也相差180度。為簡(jiǎn)單起見，僅討論A、C輸出信號(hào)的相位問題，B、D輸出端的工作原理與A、C輸出端相同，只是相位差180度。當(dāng)引腳2[E/A OUT(COMP)]端輸出信號(hào)高到一定程度時(shí)，觸發(fā)器的S端將處于邏輯“0”，觸發(fā)器的R端將與時(shí)鐘信號(hào)相同，由RS觸發(fā)器邏輯功能可知，觸發(fā)器的Q端置為邏輯“1”，并保持邏輯“1”，通過異或門使C輸出與A輸出相反，既A、C輸出信號(hào)移相180度。同樣，引腳2[E/A OUT (COMP)]，RS觸發(fā)器的S端將與時(shí)鐘脈沖信號(hào)相反，R端將處于邏輯“0”，并保持邏輯“0”。由RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，RS觸發(fā)器的Q端被置位為邏輯“0”，并保持邏輯“0”，通過異或門使C輸出與A輸出相同，既A、C輸出信號(hào)移相0度。也就是說,通過控制引腳2[E/A OUT(COMP)]端的輸出就可以控制A、C之間的相位在0度到180度之間變化。(2)各部分的基本工作原理分析[6]①欠電壓封鎖部分：欠電壓封鎖電路原理圖如32所示。電源接通后，若輸入電壓VIN低于欠電壓封鎖門限值，那么輸入電流將低于600μA，因而基準(zhǔn)電壓發(fā)生器關(guān)斷，故障鎖存器復(fù)位，接于軟啟動(dòng)引腳6(SOFTSTART)的電容放電，各輸出端維持低電平。 圖32 欠電壓封鎖電路原理當(dāng)輸入電壓VIN超過欠電壓封鎖上限值()時(shí)，基準(zhǔn)電壓發(fā)生器導(dǎo)通。，其他各部分電路均處關(guān)閉狀態(tài)。②振蕩器：芯片內(nèi)的高頻振蕩器即可以用作自由振蕩器，也可以與外部時(shí)鐘同步。用作自由振蕩器時(shí)，振蕩頻率由接在引腳16(FREQ SET)(頻率設(shè)定)和引腳20(GND)(信號(hào)地)之間的電阻和電容的數(shù)值決定，如圖33所示 a) 基本電路 b) 工作波形圖33 UC3875振蕩器基本電路和工作波形只要將多個(gè)UC3875的引腳17(CLOCK/SYNC)(時(shí)鐘/同步)接在一起，多個(gè)UC3875的振蕩器就能與振蕩頻率最高的振蕩器保持同步，如圖34a所示。由于引線電容的影響，為了保持較窄的同步脈沖，應(yīng)當(dāng)接入電阻R1和RN。當(dāng)外部時(shí)鐘的頻率高于UC3875內(nèi)部振蕩器的工作頻率時(shí)，UC3875內(nèi)的振蕩器也能與外部時(shí)鐘保持同步，如圖34b。 a)與振蕩頻率最高的振蕩器保持同步圖34 振蕩器同步電路（3）延時(shí)封鎖和輸出級(jí)：輸出級(jí)電路原理如圖35所示。在每個(gè)輸出級(jí)中，晶體管V3～V6組成高速推挽驅(qū)動(dòng)器，流入或流出的峰值電流大于1A,各級(jí)輸出電流之間的延遲時(shí)間約為30ns。為了確保輸出開關(guān)管導(dǎo)通前輸出低電平，在電源電壓達(dá)到導(dǎo)通門限值以前，晶體管V7～V9組成的自偏置驅(qū)動(dòng)級(jí)，使V6維持導(dǎo)通。兩組輸出信號(hào)之間的延時(shí)(死區(qū))由電容C005決定。輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖揭郧埃?C005必須放電，使其兩端電壓低于門限值VTH。延遲時(shí)間由內(nèi)部電流源I1決定。該電源的電流可通過外接電阻RTD調(diào)整。引腳15(DELAY SET A/B)和引腳7(DELAY SET C/D)(延遲時(shí)間設(shè)定)。死區(qū)時(shí)間可在20～200nsz之間調(diào)整。圖35 UC3875輸出級(jí)電路由UC3875組成的全橋變換器輸出級(jí)電路如圖35所示，由于其有四個(gè)輸出級(jí)，各輸出級(jí)電路均與此電路相同，故圖中未標(biāo)引腳號(hào)。（4）故障控制和軟啟動(dòng)電路：故障控制電路具有兩種關(guān)斷輸出的方式：①四個(gè)功率輸出級(jí)全部關(guān)斷。
②控制相移到0176。
四個(gè)輸出級(jí)全部關(guān)斷的保護(hù)方式適用于過電流故障或者欠電壓故障。當(dāng)引腳6(SOFTSTART)的電壓達(dá)到最低門限值時(shí),相移從0176。到達(dá)它的額定值。故障和軟啟動(dòng)電路及波形如圖36所示。
圖36 故障和軟啟動(dòng)及其工作波形
（5）斜坡產(chǎn)生電路,在UC3875中，斜坡產(chǎn)生器可采用以下幾種控制方法：
①電壓型控制。
②電壓反饋控制。
③電流型控制。
④具有斜坡補(bǔ)償?shù)碾娏餍涂刂啤?br />電壓型控制電路如圖37所示。在引腳11(VIN)和引腳18(SLOPE)之間接入電阻RSLOPE，即可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的電壓型工作。在電源電壓和引腳18(SLOPE)之間接入電阻RSLOPE實(shí)現(xiàn)電壓反饋。斜坡電壓的斜率為：
dV/dt=VRSLOPE/(RSLOPECRAMP) （33） 圖37 電壓型斜坡控制電路采用電流型控制電路時(shí)，引腳18(SLOPE)接地，并且引腳19（RAMP）輸出作為直流檢測(cè)信號(hào)輸入到PWM比較器，斜坡產(chǎn)生器就能工作。具有斜率補(bǔ)償?shù)碾娏餍涂刂齐娐啡鐖D38所示。電阻RCS將電流取樣互感器輸出的電流波形整形，電容CR端電壓與斜坡電壓疊加，波形如圖中所示。應(yīng)當(dāng)注意，電阻RCS的阻值應(yīng)盡量小，以便電容CR能夠通過斜坡電路放完電。斜坡電壓的附加斜率為 dV/dt=VRSLOPE/(RSLOPECR) （34） 圖38 電流型斜坡控制電路主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)和參數(shù)限制（1）主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)①占空比可在0～100﹪之間調(diào)整 ②輸出導(dǎo)通延遲時(shí)間可調(diào)。③即可采用電壓型控制也可采用電流型控制。④實(shí)際工作頻率可達(dá)1MHZ。⑤有4個(gè)2A的推挽輸出級(jí)。⑥內(nèi)含10MHZ誤差放大器。⑦很小的啟動(dòng)電流（150μA）。⑧欠電壓封鎖時(shí)，輸出低電平。⑨軟啟動(dòng)。⑩調(diào)整好的基準(zhǔn)電壓，具有調(diào)周期重新啟動(dòng)的鎖存過電流比較器。（2）極限工作參數(shù)①電源電壓（VC、VIN）：20V②模擬輸入/輸出I/O（引腳111119）電壓：～5。3V③最大輸出（拉電流或灌電流）：，脈沖（）為3A④允許最高結(jié)溫Tjmax：150℃⑤焊接溫度（10S）TL：300℃⑥工作溫度范圍TA：為0～+70℃⑦貯存溫度范圍Tstg：65～+150℃工作頻率設(shè)計(jì)如圖所示C026=，R028=2K。所以取UC3875的工作頻率為f=1/(C026R028),。死區(qū)時(shí)間設(shè)置在死區(qū)設(shè)置腳與信號(hào)地之間并聯(lián)一個(gè)電阻R028和一個(gè)電容C026可設(shè)置死區(qū)時(shí)間。其公式如下：T=(1012R)/Udelay （35）式中,Udelay為延遲端電壓(),死區(qū)時(shí)間Ｔ可取2uS時(shí),。驅(qū)動(dòng)M57962L的設(shè)計(jì)為了能方便控制輸出,在UC3875與驅(qū)動(dòng)電路M57962L之間可加一級(jí)與非門，由于M57962L的輸入一般是10mA，因此，與非門的輸出能力已足夠滿足系統(tǒng)要求。當(dāng)輸出控制為0時(shí)，輸出被鎖死，當(dāng)輸出為１時(shí)，輸出被打開。M57962L的保護(hù)信號(hào)通常加到UC3875的過流保護(hù)端，當(dāng)M57962L沒有保護(hù)輸出時(shí)，加到UC3875過流保護(hù)端的電壓為零；當(dāng)有保護(hù)輸出時(shí)，加到UC3875過流保護(hù)端的電壓為15V。圖39 　移相PWM轉(zhuǎn)換器控制和驅(qū)動(dòng)原理圖軟啟動(dòng)設(shè)置如在軟啟動(dòng)功能腳與信號(hào)地之間接一電容C024，那么,當(dāng)軟啟動(dòng)正常工作時(shí),芯片將用一個(gè)9uA電流給C024充電,。這一特性決定了輸出移相角將從零逐漸增加,直到最后穩(wěn)定工作。而在電流故障情況下,軟啟動(dòng)端將降為OＶ。調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)
為了減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，本系統(tǒng)采用比例積分調(diào)節(jié)器，其電路如圖310所示，該電路的電源電壓可用 UC3875的基準(zhǔn)電壓5V經(jīng)可變電阻分壓所得，而將輸出控制電壓直接加到UC3875的第4腳。
圖310　調(diào)節(jié)器電路
占空比分析
由波形圖可見，由于變換器存在漏電感，使初級(jí)電流在t1～t3階段，有一定斜率，因此次級(jí)電壓占空比（t4t3)/(t4t0)小于初級(jí)電壓占空比(t4t1)/(t4t0)，造成占空比損失。開關(guān)頻率越高，占空比損失越大。
圖311 　全橋ZVS PWM變換器的主要波形
表3—2 控制時(shí)序
時(shí)間間隔t0～t1t1～t2t2～t3～t4t4～t5t5～t6t6～t7導(dǎo)通管序號(hào)D3S1D2D3S1S2S3S2D4D1D2S2S1S4ZVS次序S3S2S4S1移相全橋兩橋臂開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS的條件
由表和上圖可以看出，S3和S4實(shí)現(xiàn)ZVS分別早于SS2，故稱SS4為右橋臂又稱超前橋臂，SS2為左橋臂又稱滯后臂。由表可以看出SS4實(shí)現(xiàn)ZVS分別在(t0～t1)和(t4～t5)，SS1實(shí)現(xiàn)ZVS分別在(t2～t3)和(t6～t7)。而(t2～t3)和(t6～t7)時(shí)變壓器初級(jí)電流分別小于(t0～t1)和(t4～t5)時(shí)的初級(jí)電流，故滯后橋臂比超前橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS開關(guān)困難，特別是輕載時(shí)最為明顯。
從理論上分析，SS2實(shí)現(xiàn)ZVS開關(guān)時(shí)，變壓器次級(jí)處于續(xù)流階段，諧振時(shí)由諧振電感釋放能量，使諧振電容電壓下降到零，從而實(shí)現(xiàn)ZVS，此時(shí)實(shí)現(xiàn)ZVS條件為：電感能量必須大于所有參與諧振的電容能量。即 Lr I p2/2(4Coss/3＋Cxfmr)U2in （36）
式中：4Coss/3是考慮IGBT管輸出電容非線性等效電容值，Cxfmr是變壓器繞組的分布電容。由上式可見，滯后橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS主要靠諧振電感儲(chǔ)能，輕載時(shí)能量不夠大，因此滯后橋臂不易滿足ZVS條件。
SS4實(shí)現(xiàn)ZVS開關(guān)時(shí)，變壓器處于能量傳遞階段。初級(jí)電流IP=I0/n（n為變壓器變比）。所以根據(jù)ZVS條件，電感能量必須大于所有參與諧振的電容能量，應(yīng)有Le(I0/n)2/2（4Coss/3＋Cxfmr)Uin2。由于Le(I0/n)2/2相當(dāng)大，故即使輕載時(shí)超前橋臂也較容易滿足ZVS條件。
移相全橋PWM控制器
移相全橋PWM控制技術(shù)最關(guān)鍵的是器件的導(dǎo)通相位能在0～180176。范圍內(nèi)移動(dòng)，若控制不好，特別是左橋臂或右橋臂的兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，將導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。Unitrode公司生產(chǎn)的UC3875能提供0～100％占空比的控制，并且有必要的保護(hù)、譯碼及驅(qū)動(dòng)功能，有四組驅(qū)動(dòng)輸出，每組的延時(shí)時(shí)間可控制，其控制電路如圖4所示。E/A＋（VREF=5V,RR9為10kΩ)，作電壓給定信號(hào)[16]。E/A－接對(duì)應(yīng)的輸出電壓和EA＋比較，從而控制OUT A～OUT D的相位，最終控制輸出電壓。C/S＋接控制信號(hào)(如初級(jí)過流信號(hào)等)，當(dāng)初級(jí)過流時(shí)，C/S＋，UC3875停止輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而將變換器輸出關(guān)閉，防止了災(zāi)難事故的發(fā)生。驅(qū)動(dòng)信號(hào)由OUT A～OUT D輸出，并經(jīng)TC4420擴(kuò)流，由驅(qū)動(dòng)變壓器去驅(qū)動(dòng)S1～S4的IGBT管，其延時(shí)時(shí)間由UC3875的7腳、15腳外接電阻確定，實(shí)際的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序如圖312所示。
圖312　驅(qū)動(dòng)信號(hào)、變壓器次級(jí)信號(hào)波形圖
M57962L介紹
M57962L是由日本三菱電氣公司為驅(qū)動(dòng)IGBT而設(shè)計(jì)的厚膜集成電路(Hybrid Integrated Circuit For Driving IGBT Modules) 。是為驅(qū)動(dòng)N溝道功率IGBT設(shè)計(jì)的厚膜混合集成電路。在驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部裝有2500V高隔離電壓的光電耦合器，過流保護(hù)電路和過流保護(hù)輸出端子，具有封閉性短路保護(hù)功能。，所以可對(duì)被驅(qū)動(dòng)的IGBT模塊實(shí)現(xiàn)可靠的驅(qū)動(dòng)。M57962L是一種高速驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)信號(hào)延時(shí)tPLH ?？梢则?qū)動(dòng)600V/400V 級(jí)的IGBT模塊。M57962L工作程序:當(dāng)電源接通后，首先自檢，檢測(cè)IGBT是否過載或短路。若過載或短路， IGBT 的集電極電位升高，經(jīng)外接二極管流入檢測(cè)電路的電流增加，柵極關(guān)斷電路動(dòng)作，切斷IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)在“8”腳輸出低電平“過載/短路”指示信號(hào)。lGBT正常時(shí)，輸入信號(hào)經(jīng)光電耦合接口電路，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)級(jí)功率放大后驅(qū)動(dòng)IGBT。它采用雙電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)，且輸入與TTL電平兼容。
在IGBT承受短路電流時(shí)，如果能及時(shí)關(guān)斷它，則可以對(duì)IGBT進(jìn)行有效保護(hù)。識(shí)別IGBT是否過流的方法之一，就是檢測(cè)其管壓降VCE的大小。IGBT在開通時(shí)，若VCE 過高則發(fā)生短路，需立即關(guān)斷IGBT。在過流關(guān)斷IGBT時(shí)，由于IGBT中電流幅度大，若快速關(guān)斷時(shí)，必將產(chǎn)生Ldi/dt 過高，在IGBT兩端產(chǎn)生很高的尖峰電壓，極易損壞IGBT，因此就產(chǎn)生了“軟慢關(guān)斷”方法。M57962L驅(qū)動(dòng)電路就是依照上述理論進(jìn)行設(shè)計(jì)的。
各引腳的排列、名稱、功能和用法
M57962L采用單列直插式標(biāo)準(zhǔn)14引腳封裝，其外形和引腳排列如圖3—13所示。
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圖313 M57962L引腳排列圖
各引腳的名稱、功能和用法可見表3—3。
表3—3 M57962L的引腳名稱、功能和用法
引腳號(hào)符號(hào)名稱功能或用法1M故障信號(hào)檢測(cè)輸入使用中，通過一快恢復(fù)二極管接被驅(qū)動(dòng)IGBT的集電極2SC測(cè)量點(diǎn)通過一個(gè)電容接引腳4（VCC）10NC空端使用中懸空4VCC驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)正電源端接用戶為功率放大輸出級(jí)提供的正電源5VO驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端直接串聯(lián)一個(gè)電阻接被驅(qū)動(dòng)IGBT的柵極6VEE驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)負(fù)電源端使用中，接用戶為驅(qū)動(dòng)功率放大級(jí)提供的負(fù)電源8IO故障信號(hào)輸出端接報(bào)警光耦合器一次側(cè)發(fā)光二極管陰極13VIN驅(qū)動(dòng)脈沖輸入負(fù)端接驅(qū)動(dòng)脈沖形成單元輸出脈沖負(fù)端14VIN+驅(qū)動(dòng)脈沖輸入負(fù)端接驅(qū)動(dòng)脈沖形成單元電源端，應(yīng)注意該電源應(yīng)與VEE、VCC電位隔離M57962L的內(nèi)部結(jié)