一种准谐振反激式开关电源的设计

0 引言

准谐振转换是十分成熟的技术，广泛用于消费产品的电源设计中。新型的绿色电源系列控制器实现低至150 mW 的典型超低待机功耗。本文将阐述准谐振反激式转换器是如何提高电源效率以及如何用UCC28600设计准谐振电源。

1 常规的硬开关反激电路

图1 所示为常规的硬开关反激式转换器电路。这种不连续模式反激式转换器(DCM)一个工作周期分为三个工作区间：( t0 ~ t1)为变压器向负载提供能量阶段，此时输出二极管导通，变压器初级的电流通过Np:Ns的耦合流向输出负载，逐渐减小。

MOSFET电压由三部分叠加而成：输入直流电压VDC、输出反射电压VFB、漏感电压VLK.到t1 时刻，输出二极管电流减小到0,此时变压器的初级电感和和寄生电容构成一个弱阻尼的谐振电路，周期为2π LC .在停滞区间( t1~ t2)，寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个周期t2 节点，MOSFET 导通时间开始时，寄生电容(COSS和CW )上电荷会通过MOSFET放电，产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时MOSFET存在一个很大的电压，该电流尖峰因此会做成开关损耗。此外，电流尖峰含有大量的谐波含量，从而产生EMI.

2 准谐振反激式设计的实现

利用检测电路来有效地“感测”MOSFET 漏源电压(VDS )的第一个最小值或谷值，并仅在这时启动MOS-FET导通时间，由于寄生电容被充电到最低电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关(Valley Switching)或准谐振开关。这种电源是由输入电压/负载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是通过改变电源的工作频率来进行，不管当时负载或输入电压是多少，MOSFET始终保持在谷底的时候导通。这类型的工作介于连续(CCM) 和不连续条件模式(DCM)之间。因此，以这种模式工作的转换器被称作在临界电流模式(CRM)下工作。临界模式下MOSFET漏源电压如图2所示。

在反激式电源设计中采用准谐振开关方案有着许多优点：

(1)降低导通损耗

由于MOSFET导通具有最小的漏源电压，故可以减小导通电流尖峰。减轻了MOSFET的压力，降低器件的温度。

(2)降低输出二极管反向恢复损耗

由于二次侧的整流管零电流关断，反向恢复损耗降低，从而提高电源整体效率。

(3)减少EMI

导通电流尖峰的减小以及在准谐振过程中存在频率抖动，将会减小EMI 噪声，这就减少EMI滤波器的使用数量，从而降低电源成本。

3 基于UCC28600 控制器的钨灯电源的设计

3.1 UCC28600控制器的主要特性

UCC28600 控制器的主要特性有先进的绿色模式控制方式;低EMI 及低损耗(谷底开关)的准谐振控制方式;空载损耗小于150 mW(低待机电流);低启动电流(最大25 μA);可编程过压保护(输入电压和输出电压);内置过温保护，温度回复后可自动重启;限流保护：逐周期限功率，过电流打嗝式重启;可编程软启动;集成绿色状态脚(PFC使能端)。

3.2 UCC28600工作原理

UCC28600内部集成了UVLO比较器，高频振荡器，准谐振控制器和软起动控制器，待机模式跳脉冲比较器，输入和输出过电压保护。其内部结构图如图3所示。

(1)UVLO比较器

UCC28600 的VDD 电压在13 V 起动，在低于8 V 时关闭，有5 V的滞差电压，可以提高UCC28600工作的稳定性。

(2)内部振荡器

UCC28600内部集成了一个40~130 kHz的振荡器。

(3)准谐振控制器和软起动控制器

UCC28600采用准谐振的开关变换器以提高转换效率，利用变压器的励磁磁通，在开关关断期间，检测变压器绕组的输出电压，如果电压偏低及处于振荡的波谷时，可以确认该时刻变压器励磁磁通耗尽，可以开启下一周期。该准谐振模式可分为临界导通模式(CRM)和不连续导通模式(DCM)以及频率调制模式(FFM)。

(4)待机模式和跳脉冲比较器

当功率继续减小，UCC28600进入待机模式;频率调制模式(FFM)频率下降到40 kHz,不再减小;当FB小于0.6 V 时，开关脉冲输出关断，当FB 大于0.7 V 时，开关脉冲正常输出，从而得到跳脉冲模式的待机工作状态。

(5)输入和输出过电压保护

OVP引脚为过电压(线电压和负载电压)输入脚以及谐振开通的响应脚，此脚通过变压器初级偏置线圈来侦测输入过压，负载过压及谐振条件，其过压点可通过与此脚相连的电阻来灵活调节。

3.3 钨灯电源的技术指标

输入电压：95~260 V AC 50/60 Hz;输出电压：5 V;输出电流：4.3 A;可遥控关闭电源输出。

3.4 电源设计过程

钨灯电源电路图如图4所示，交流电源从左上角输入，经输入电源滤波器、整流桥、高压电容，转为约130~360 V的直流高压。N14、V30 组成高压侧主电路，将直流高压斩波为脉冲电压，通过变压器耦合，经V12 整