采用高可靠性UCC3895的无辐射通信电源

1.UCC3895电路特点

UCC3895是美国尤尼创（Unitrode）公司于2002年研发、2004年投入市场的新型开关电源控制器件，图5-1a、b是控制器的内部功能图和引脚排列图。它将振荡器、各种参数比较器、放大器、驱动器集于一体，对电源实施远距离控制，UCC3895的电路特点是：

1）UCC3895利用控制器实施全桥电源移相PWM恒频控制，达到零电压导通功率转换目的，它是借开关器件的输出滤波电容的充、放电过程来实现ZVS的，起到变换电路在高频的条件下使电源的损耗为零，达到高效的目的。这是全桥式变换拓扑下移相控制的优点得到充分利用的体现。

2）UCC3895电路能在电流控制模式和电压控制模式双重模式下都能工作，电路具有多种功能、多种保护，相同条件下承受更大的电压应力创造了条件，增加了芯片的自适应延迟时间、逻辑控制转换和自动开/关性能。对UCC3895，还采用了BCDMOS制造加工新工艺，极大地降低了IC在运行工作中的开关电流消耗，它的最高工作频率达到1.5MHz，为电源提高功率等级、缩小体积创造了条件。

3）振荡器的工作频率可以在电路上通过改变电阻、电容来改变，调节十分方便，只要这两个元件的精度、性能稳定，电源的工作频率就可稳定，电源的性能也就稳定。通过芯片的19脚，可以实现这两种功能控制，还可以实现软启动。

4）负载均流技术的采用为电源扩容模块化打下了基础。良好的负载均流技术，为提高整个电源系统工作可靠性、降低功率损耗极为有利。它还具有良好的负载特性，完美的负载均流技术，不需采用电路外部控制系统，当电源系统某个元器件损坏以后，整个电源系统的输出还有足够的负载能力，保证电源供电安全。

5）UCC3895电路的输出电压高低，不是用普通占空比来控制的，而是用控制一个回路来调制的。电源系统的外部特性应该与电源的每个单元所承受的负载特性相一致，因此控制一个回路的电气特性，这就是冗余技术，这个技术可以提高整个系统工作的可靠性。

图5-1 UCC3895内部功能及引脚排列图

1—误差放大器反相输入端 2—误差放大器输出端 3—PWM比较器反相输入端 4—5V、5A电压基准 5—芯片地 6—振荡器同步输入端 7—振荡器定时电容 8—振荡器定时电阻 9—输出延时设置 10—输出延时设定 11—调整延时设定 12—限流和过电流保护比较器输入端 13—驱动输出D 14—驱动输出C 15—电压输入端 16—功率地 17—驱动输出B 18—驱动输出A 19—软启动使能端 20—误差放大器同相输入端

2.负载均流技术

什么是负载均流技术？电信通信电源平时输出48V的直流电压，单台输出电流可达到100～200A，通信工业称这种器件为开关整流器，但对于大型通信设备则需要48V/2000A直流供电系统，这样至少需要10台以上48V/200A的开关电源并联才能投入工作，要求每台开关电源所承受的电流能自动平衡称为负载均流技术。负载均流的方法主要有：

1）平均电流法。平均电流技术不需要附加控制器，只要一条总线连接所有的电源单元接口，这种控制方法需要用一个调节放大器，调节电压放大器的参考电压，从而达到各个开关电源的负载电流平衡。实现均流的方法很多，如输出电阻均流法、主辅均流法；按电流大小自动均流法；按热应力强弱自动均流法；外加控制自动均流法等，所有这些方法，都是利用各变换单元的负载电流的变化信号调节各自的基准电压，所有电阻连接的结点信号，反映平均负载电流的分配状况。

2）最大电流法。所谓最大电流法是利用各变换单元的电流最大值与基准变换单元的标准电流相比较，根据各变换单元的不平衡电流调节参考电压的大小。用二极管代替了平均电流法的电阻。这种方法，只允许一个均流总线中的电源变换单元进行信号通信。主电源变换电路的负载电流所产生误差信号来控制各辅助变换电路的均流，并提供良好的均流服务。

为了提高均流效果，负载均流技术采用了一个单向缓冲器取代二极管来提高主电源变换电路的精度。如果主电源变换电路的容量不足，它不会影响其他辅助变换电路的电源均流；当均流总线被短路时，将中断均流调节的部分工作。

3.UCC3895电路工作原理

UCC3895电路是具有无辐射、高可靠性输出300W大功率的通信电源，它有通信电源应有的各种特点和要求，电路的工作原理如图5-2所示。电路主要由低通滤波AC/DC变换电路、功率因数校正电路、桥式变换电路、过电流保护电路、输出整流滤波电路、负反馈控制电路和输出均流控制电路等组成。电路设计新颖、结构简易，是节能环保的绿色电源。(www.xing528.com)

1）低通滤波AC/DC变换电路。无辐射、高可靠性通信是本电路的核心，由C₁～C₅、R₁、L₁以及交流整流电桥UR₁组成低通滤波AC/DC变换电路，C₁、C₂、L₁构成π型滤波，L₁、C₂、C₃、C_y用来抑制电路的共模干扰和串模干扰，电容C₅是整流后的高频旁路电容，该电容应具有较高的耐压性能和较低的电容量，否则将影响电源的滤波效果和功率损耗。由于UC3854工作运行在平均电流工作模式下，所以电路产生的电磁干扰较小，而抑制射频干扰（REI）的能力较大。

2）桥式变换电路。桥式变换的优点是主变压器只需要一个一次绕组，它的正反磁通的二次侧有一个中心抽头绕组。采用桥式全波整流输出，变压器磁心以及它的各个绕组得到了充分利用，所以电源的效率以及功率密度得到了提高。另外有VT₂～VT₅四只开关晶体管分组工作，这样电压应力小，运行安全。由图5-2可知，变压器TR₃、IC₃、IC₄以及场效应晶体管VT₂～VT₅组成桥式变换电路。IC₅的13、14脚与17、18脚是它的变换输出，四只引脚将分别输出幅度相同、相位不同的调制驱动信号，经IC₃、IC₄进行电压放大、整形后分别驱动变压器TR₃、TR₂的一次绕组N_P，经过变压器的电磁交换变压，在它的二次绕组产生电压幅度较大，相位同相的调制信号，去驱动VT₂～VT₅功率管MOSFET。VT₂、VT₃组成桥的左臂，VT₄、VT₅组成桥的右臂，电容C₃₀～C₃₃是功率开关管的谐振电容，与高频振荡变压器的电感构成谐振电路，能使功率开关管工作在零电压开关ZVS状态下。

全桥电路的主要开关变换元器件是VT₂～VT₅、C₃₀～C₃₃，其工作状态在12个过程中均有所不同，除了正半周与负半周两只功率管处在钳位续流过程外，另外还有四个谐振过程：左臂器件开始谐振与换相过程；右臂器件开始谐振与换相过程；一次电感储能返回电网，主变压器一次电流放电过零结束过程以及二次电流输出等四个变换过程。

3）集成电路IC₂～IC₅的供电电路。由IC₁、TR₅、IC₃、IC₄、VD₃、VD₂、L₄、L₃、C₂₁～C₂₃组成供电电路。IC₁是单片三端集成电路，片内集成了脉宽调制和高压驱动晶体管，它能承受700V的直流高压，变压器TR₅采用EE-22 TDK PC40磁心组成反激式开关电源供电电路，VS₂、VD₄组成电压钳位电路。由变压器TR₅所耦合产生的脉动直流电压经VD₂、L₃、C₂₀、C₁₉整流滤波产生V_CC电压，V_CC供给IC₂（UC3854）、IC₅（UCC3895）、IC₃、IC₄（TPS2812）、IC₆（UC3907）的供电由电源的输出电压降压后取得。VD₃、L₄、C₂₀～C₂₃所产生的电压是供给系统中的控制电路的工作电压，以满足电路实现遥控功能的要求，整个系统的供电电压稳定，因此输出电压可以用作电路负反馈控制信号。该回路供电系统与一次电路完全隔离，所以安全、可靠、有保证。

4）功率因数校正电路。L₂、VD₁、VT₁、IC₂、C₆、C₇组成功率因数校正电路。升压电感在电路中起着至关重要的作用，有关它的设计绕制工艺已在4.3节中作了详细的叙述，这里不再重复。VD₁是升压超快速二极管。R₄、R₅是输出电压取样分压电阻，以决定输出电压的高低，UC3854片内的基准电压V_r=7.5V，由下式计算出输出电压V_h。

R₈、C₈是输出端与反相输入端的相位调整元件。R₁₁、R₁₂是输入电流取样电阻，R₃是输出电流取样电阻，起着输出电流检测作用，取样电压信号送到电流放大器IC₂的5脚反相输入端，与同相输入的9脚进入片内乘法器相乘后从16脚输出，将已调PFC的输出电压维持不变。R₂₅、R₁₀是峰值电流取样电阻，其阻值的大小对功率因数、动态响应和整个电路的稳定性起着重要的作用。R₁₈、C₁₆是片外振荡电路，改变R₁₈或C₁₆的参数将改变电路的振荡频率。R₁₈上的电压应低于3.75V。C₁₅是软启动电容，软启动的作用是防止电路在启动瞬间输出电压过冲。C₁₄是IC₂的供电电压滤波电容，C₁₃是高频旁路电容，R₁₅是电路泄放电阻。

5）斜波补偿电路。为了更好地提高电路的变换效率，降低变换期间的电能损耗。斜波补偿在开关电源电流模式控制电路中被经常使用。因为电流工作模式能使电路具有最大的调制占空比，从而使电路的输入电压范围加宽，也使电路工作稳定。场效应晶体管VT₁是恒流源，为IC₅提供稳定的工作电流；IC₅的7脚产生三角波振荡，输入到VT₅的基极，发射极电压由R₅₁引入3脚，以修补三角波前沿不陡峭，影响电路电流工作模式，达到斜波补偿的目的。

6）过电流保护电路。过电流保护采用变压器TR₄一次绕组直接串联到主变压器TR₁的一次侧。输出负载的大小，将会直接在一次绕组得到反映，当负载电流超过额定值时，TR₄的二次绕组电压上升，经VD₆整流，R₄₄、C₄₇滤波的直流电压送到IC₅的12脚，经片内电压比较器比较，关闭片内脉冲输出，起到了过电流保护的目的。R₄₃是输出电压的限幅电阻，调节其阻值可调节过电流保护工作点。

7）输出整流滤波和电压反馈电路。UR₂、L₁、C₃₅～C₃₈、R₂₈、C₃₄以及VD₅组成输出电压整流滤波和输出隔离电路。R₂₉是输出电流取样电阻，电路应用均流控制模式，在这种模式下，每个模块的输出电压存在着不同的差异，为防止输出电压高的模块向输出电压低的模块出现“倒灌”，用VD₅加以隔离，保证每个均流模块都向负载提供电能而互不受影响。

IC₈、IC₇、R₃₀～R₃₂、R₃₆～R₃₉、C₃₉、C₄₀组成输出电压反馈电路，R39为输出电压取样电阻，同时R₃₉可改变输出电压高低。

8）均流控制电路。IC₆、IC₉、LED、VS₃组成均流控制电路。VS₃是稳压二极管。R₄₀、VS₃为UC3907（IC₆）提供10V的工作电压。LED是状态指示发光二极管，通过它检测调节放大器的工作状态，调节电源模块输出功能。R₄₁、IC₉是输出电压控制单元，IC₉中发光二极管的电流跟随电压放大器输入端的电压升高而增大，电信号传送到IC₅的20脚，经过片内误差放大器、无载比较器，由14脚、17脚分别向全桥桥臂IC₁₀或IC₁₁输出均流控制电压信号，使桥路趋向平衡，这就是均流控制。

图5-2 无辐射高可靠性UCC3895通信电源

图5-2 无辐射高可靠性UCC3895通信电源（续）