学士学位毕业设计基于uc3875控制的移相全桥软开关电源的设计
基于UC3875全桥移相DCDC变换器
电气控制课程设计题目：基于UC3875全桥移相DC/DC变换电路设计作者班级08-1BF院系信息学院专业自动化学号 *********** 序号35指导老师荣军完成时间2011年12月目录摘要 (3)关键字 (3)1 概论 (3)2 电路原理和各工作模态分析 (3)2.1电路原理 (3)2.1.1 全桥移相（ZVS-PWM）变换器工作原理 (3)2.1.2 全桥移相（ZVZCS-PWM）变换器工作原理 (4)2.2模态分析 (6)3 开关变压器与功率器件选择 (6)3.1功率器件选择 (6)3.2变压器选择 (7)4 控制电路设计 (7)4.1UC3875芯片简介 (7)4.2外围电路设计 (8)4.3控制电路设计 (10)5 系统仿真 (11)6 心得与体会 (14)参考文献 (14)基于UC3875全桥移相DC/DC变换电路设计摘要：全桥移相PWM开关电源具有拓扑结构简单、输出功率大、功率变压器利用率高、易于实现软开关、功率开关器件电压电流应力小等一系列优点，在中大功率应用场合受到普遍重视。
而传统的全桥PWM开关电源，功率器件处于硬开关状态，在较大的电压、电流应力下实现开关，因此产生很大的开关损耗，降低了电源运行的可靠性。
在DC/DC变换器中，则多采用以全桥移相控制软开关PWM变换器，它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率变换器应用场合。
用软开关技术实现的DC/DC变换器其效率可达90%以上，本文就由UC3875芯片组成3kWDC/DC变换器作了分析和研究。
关键字：UC3875，全桥移相，DC/DC变换，ZVS-PWM1 概论上世纪60年代开始起步的DC/DC-PWM功率变换技术出现了很大的发展。
但于其通常采用调频稳压控制方式，使得软开关的范围受到限制，且其设计复杂，不利于输出滤波器的优化设计。
因此，在上世纪80年代初，文献提出了移相控制和谐振变换器相结合的思想，开关频率固定，仅调节开关之间的相角，就可以实现稳压，这样很好地解决了单纯谐振变换器调频控制的缺点。
移相全桥大功率软开关电源的设计
移相全桥大功率软开关电源的设计
1 引言
在电镀行业里，一般要求工作电源的输出电压较低，而电流很大。
电源
的功率要求也比较高，一般都是几千瓦到几十千瓦。
目前，如此大功率的电镀
电源一般都采用晶闸管相控整流方式。
其缺点是体积大、效率低、噪音高、功
率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差等。
本文介绍的电镀用开关电源，输出电压从0~12V、电流从0~5000A 连续可调，满载输出功率为60kW.由于采用了ZVT 软开关等技术，同时采用了较
好的散热结构，该电源的各项指标都满足了用户的要求，现已小批量投入生产。
2 主电路的拓扑结构
鉴于如此大功率的输出，高频逆变部分采用以IGBT 为功率开关器件的
全桥拓扑结构，整个主电路如隔直电容Cb 是用来平衡变压器伏秒值，防止偏
磁的。
考虑到效率的问题，谐振电感LS 只利用了变压器本身的漏感。
因为如
果该电感太大，将会导致过高的关断电压尖峰，这对开关管极为不利，同时也
会增大关断损耗。
另一方面，还会造成严重的占空比丢失，引起开关器件的电
流峰值增高，使得系统的性能降低。
高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS 控制方式，控制芯片采用Unitrode 公司生产的UC3875N。
超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关，滞后桥臂在75 %以上负载范围内实现了零电压软开关。
开关频率选择20kHz , 这样设计一方面可以减小IGBT 的关断损耗，另一方面又可以兼顾高频化，使
功率变压器及输出滤波环节的体积减小。
4 容性功率母排。
基于UC3875的开关电源设计
Ｖ Ｄ ４ 进行放 电， Ｃ ｂ 两端 电压维 持不 变 ， 这 时 流过Ｖ Ｔ ４ 电流为零 ， 关断ｖ Ｔ ４ 即是零 电流 关 断 。 关断ｖ Ｔ４ 以后 ， 经过 预先 设置 的 死区 时间 后开 通Ｖ Ｔ ３ ， 由于 电压器 漏 感的 存在 ， 原边 电流 不能 突变 ， 因此 Ｖ Ｔ ３ ￣ ｐ 是 零 电流开 通 。 ｖｒ ２ 、 ｖｒ ３ 同时导 通后原 边 向负载提 供能量 ， 一 定 时间后 关断Ｖｒ ２ ， 由于Ｃ ２ 的 存在 ， Ｖ Ｔ ２ 是 零 电压 关 断 ， 如 同 前 面分析 ， 原 边 电流 这 时 不能 突变 ， ｃ１ 经过 Ｖ Ｄ ３ 、 ｖ Ｔ３ 、 Ｃ ５ 放 电完 毕后 ， Ｖ Ｄ１ 自然导 通 ， 此 时开通Ｖ Ｔ１ 即是 零 电压开 通 ， 由于 Ｖ Ｄ ３ 的阻断 ， 原边 电流 降为 零 以后 ， 关断 Ｖ Ｔ ３ ， 则Ｖ Ｔ ３ 即是 零 电流 关断 ， 经 过预 选设 置好 的死 区时 间延 迟后 开 通Ｖ Ｔ４ ， 由于变 压器 漏 感及 副边 滤 波 电感 的作 用， 原 边 电流不 能 突变 ， Ｖ Ｔ ４ ￣ ｐ 是零 电流 开通 。 ３ Ｕ Ｃ３ ８ ７ 构成 的 驱动 电路 设 计 ＵＣ ３ ８ ７ ５ 是美 国Ｕｎ ｉ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ 公司针 对移 相控 制方 案推 出的Ｐ ＷＭ控制芯 片 ， 实 用于 全桥 变换 器 中驱动 四个开 关 管 ， 四个 输 出均为 图腾柱 式结 构 ， 可 以直接 驱 动ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ或经过 驱动 电路放 大 ， 驱动 大功 ￣ ２ ｇ ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ 或Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 。 由于 该期 间设 计巧 妙 ， 是一 种 应用 前景 较 好 的控制 芯片 。 本 电源的主 功率 管选 用 的ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ， 是 电压 型驱 动方 式 ， 驱动 功率 要求 比 较小 。 采 用脉冲 变压器 将功 率管 的驱动 端和控 制 电路 隔离 。 ＵＣ ３ ８ ７ ５ 的驱 动端具 有２ Ａ的 电流峰值 ， 但 为 了提高 电路 的可 靠性 ， 防止 ＵＣ ３ ８ ７ ５ 因为 功率 太大 而损 坏， 所 以采用 达林 顿驱 动 的晶体 管组 成输 出 电路来驱 动 脉冲变 压器 的原 边 。 超
移相全桥软开关DCDC变换器的研究
以牺牲变压器副边一定量的占空比为代价的，它无法消除只能尽量减小。在低压 大电流输入的情况下，副边占空比的丢失尤为严重，导致变换器的效率低下，使 得实现ＺＶＳ变得没有意义。论文通过在传统移相全桥ＤＣ／ＤＣ变换器的变压器原 边串入可饱和电感，大大减小了副边占空比的丢失，同时在滞后桥臂并联辅助谐 振网络，使得滞后桥臂开关管在轻载时也能实现ＺＶＳ，并迸一步减小了副边占 空比的丢失。可饱和电感和辅助谐振网络的引入解决了低压大电流输入情况下宽 负载范围内实现ＺＶＳ和副边占空比丢失严重的矛盾，在实现ＺＶＳ的同时将副边 占空比丢失减小到几乎为零，使得移相全桥ＺＶＳ技术能够很好地应用于这类
ａｄｏｐｔｓ Ｐｈａｓｅ—Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｕｌｌ—Ｂｒｉｄｇｅ ｚｅｒｏ—ｖｏｌｔａｇｅ—ｓｗｉｔｃｈｅｄ（ＰＳ ＦＢ ＺＶＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈａｒｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｗａｓｔａｇｅ．Ｉｔ ｇｅｔｓ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．
±里！！兰堕皇三！壅堕堡：！兰垡堕苎
鳖塑全堡墼墅茎里璺竺￡奎垫墨！！！！里
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｏｎｔｒｏｌ
ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｐａｒｔ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｏｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ
基于UC3875的全桥电路设计
输 出 Ａ；５ ： 出延迟 控制 ；６脚 ： 率设 置端 ， １脚 输 １ 频 该
脚 可与 地 之 间 接 电 阻 和 电 容 来 设 置 振 荡 频 率 ；７ １
脚 ： 钟／ 时 同步 ， 为输 入 ， 脚提 供 一个 同步 点 ， 作 该 作 为输出， 提供 时 钟 信 号 ； ８脚 ： 度 ， 脚 接 一 个 电 １ 陡 该 阻 可形成斜 波 ；１ 脚 ： ９ 该脚 可通 过外接 器件 实现 电
ｃｒ ｕ ｔａ ｄ ｐ ｗ ｅ ｒ ｎｓｏｒ ｅ ． ｉｃ ｉ ｎ ｏ ｒｔ ａ ｆ ｍ ｒ
Ｋｅ ｒ ｓ： ｗｉｃ ｗｅ ｕ ｐｌ ｆ ｌｂｒｄ ｏｎ ｒ ｅ ； ｗｅ ｒ ｎ ｆ ｒ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ｓ ｔ ｈ ｐｏ ｒ ｓ ｐ ｙ； ｕｌ— ｉ ｇｅ ｃ ｖｅ ｔ ｒ ｐｏ ｒ ｔ ａ ｓ ｏ ｍｅ
２１ ０ ２年 ８月
舰 船 电 子 对 抗
ＳＨＩ ＢＯＡＲＤ ＬＥＣ Ｐ Ｅ ＴＲ０ＮＩ Ｃ Ｃ０ＵＮＴＥ ＲＭ Ｅ ＡＳ ＵＲＥ
Ａ ｕ ．２ １ ｇ ０ ２
Ｖ０１３５ Ｎ ｏ ． ．４
第 ３ ５卷第 ４期
基 于 ＵＣ３ ８ ５的全 桥 电路 设 计 ７
杨 明
ｓｃ一 ２× × ｈ 一 ４ ｃＴ２ １Ｉ （） １
变 压器 体积 ， 降低 磁滞 损耗 ， 使变压 器 工作更稳 定 可
靠 。这 里选 用 Ｐ ４ Ｃ ０材质 的铁 氧体 磁芯 。
２ ２ 变 压 器 的 设 计 与 制 作 ．
式 中 ： 为磁 芯外 径 ； Ｄ ｄ为磁 芯 内径 ； ｈ为 磁芯 高度 。 变压 器初 级匝数 计算 公式 ：
而 定 。
收 稿 日期 ：２ １ ０ ２—０ ４—０ ｇ
基于UC3875的ZVZCSPWM软开关直流电源的研制(1)
第４５卷第４期２００８年７月真空ＶＡＣＵＵＭＶｏｌ．４５，Ｎｏ．４Ｊｕｌ．２００８收稿日期：２００８－０２－０５作者简介：牟翔永（１９７９－），男，四川省宜宾县人，硕士。
联系人：陈庆川，研究员，博导。
基于ＵＣ３８７５的ＺＶＺＣＳＰＷＭ软开关直流电源的研制牟翔永１，陈庆川１，朱明２（１．核工业西南物理研究院，四川成都６１００４１；２．成都普斯特电气有限责任公司，四川成都６１００４１）摘要：本文介绍了移相谐振控制器ＵＣ３８７５的电气特性与基本功能，详细分析了以ＵＣ３８７５作为控制核心设计的一台１．２ｋＷ、７０ｋＨｚ的移相式ＺＶＺＣＳＰＷＭ软开关直流电源，并运用ＰＳｐｉｃｅ进行了仿真，给出了该电源控制电路、主电路基本电路拓扑，列出了相关参数的仿真波形与实验波形。
关键词：ＵＣ３８７５；ＺＶＺＣＳ；软开关中图分类号：ＴＭ４５文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０３２２（２００８）０４－０１０１－０５ＵＣ３８７５－ｂａｓｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＺＶＺＣＳＰＷＭＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙＭＵＸｉａｎｇ－Ｙｏｎｇ１，ＣＨＥＮＱｉｎｇ－Ｃｈｕａｎ１，ＺＨＵＭｉｎｇ２（１．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｅｎｇｄｕＰｕｌｓｅｔｅｃｈＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｂａｓｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵＣ３８７５．Ａｎ１．２ｋＷｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅＺＶＺＣＳＰＷＭＤＣ／ＤＣｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｔ７０ｋＨｚｗｉｔｈＵＣ３８７５ａｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｃｏｒｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｂｕｉｌｔｕｐ，ｗｈｉｃｈｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈＰＳｐｉｃｅ．Ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓｏｆｂｏｔｈｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｒｅｌｅｖａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｒｏｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｇｉｖｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＣ３８７５；ＺＶＺＣＳ；ｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ目前，中、大功率开关电源的主电路基本上都是采用全桥变换器结构，其相应的软开关工作方式有三种，即零电压开关（ＺＶＳ）、零电流开关（ＺＣＳ）和零电压零电流开关（ＺＶＺＣＳ）。
移相全桥为主电路的软开关电源设计详解
移相全桥为主电路的软开关电源设计详解2014-09-11 11:10 来源：电源网作者：铃铛移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低损耗，提高开关频率。
如何以UC3875为核心，设计一款基于PWM软开关模式的开关电源?请见下文详解。
主电路分析这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET作为开关管来使用，参数为1000V/24A。
采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS。
电路结构简图如图1，VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS，Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T 为主变压器，副边由VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件组成。
图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图其基本工作原理如下：当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。
通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4，而是根据输出反馈信号决定移相角，经过一定时间后再关断VT4，在关断VT1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。
由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2，则VT2即是零电压开通。
当C1充满电、C2放电完毕后，由于VD2是导通的，此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压，原边电流开始减小，但继续给Cb 充电，直到原边电流为零，这时由于VD4的阻断作用，电容Cb不能通过VT2、VT4、VD4进行放电，Cb两端电压维持不变，这时流过VT4电流为零，关断VT4即是零电流关断。
基于UC3875全桥移相开关电源的设计
（． １ 江南大学通信 与控制工程学院 ， 江苏 无锡 ２ ４ ｌ ｌ２ ２ ２ ．江 阴职 业技术 学 院 电子 信 息工程 系 ， 苏 江 阴 ２ ４ ３ 江 ｌ ３） ４
【 摘 要 】 文章阐述了 压开关技术 相全 换器中 应用， 零电 在移 桥变 的 提出了 一种改进型的 压零电流全 零电 桥移相开关电
【 文章编 号 】 １０—６３ ０８ １ ０６ — ３ ０３２７（ ０ ） — ０１ ０ ２ ０
全 桥移相 Ｚ Ｓ Ｐ Ｖ — ＷＭ变换器 的主 电路如 图 １ 所示 。其主 要工作波形如 图 ２所示。 仅需在全桥电路上增加一个谐振 电感 Ｌ 或利用变压器漏感 ，便可通过 Ｌ 与功率开关管输 出电容 ｃ （＿ ， ，， ） ｉ１ ２ ３ ４ 的谐 振 ， 电感储能 释放过程 中 ， Ｃ 上 的 电压 在 使 Ｕ 逐 步 下降 到零 ，而 使功 率开关 管 体 内的寄 生 二极 管 Ｖ Ｄ （＿ ， ， ， ） ｉ１ ２３ ４ 开通 ， 而使 电路 中 ４个开关器 件实现零 电压 开 从 通或零 电流关断。 通过改变对 角线上开关管驱动信号之间的相
器——零 电压零电流（ Ｖｚ ｓ Ｐ ｚ ｃ ）ｗＭ由此产生 。Ｚ Ｚ Ｓ Ｐ Ｖ Ｃ — ＷＭ
改善 了器件的运行状 态 ， 实现 了变换器 的零 电压零电流开关特
图 １ 移 相 全桥 ＺＶＳ ＰＷ Ｍ 变换 器 主 电路 －
性， 在通信等开关电源上已推广使用 。
— —］
Ｊ
： Ｉ
位差来改变 占空 比， 以达到控制输 出电压 的 目的。变压器副边
所接整流二极管 Ｖ 、 Ｄ， ＶＤ 实现全波整流 。 功率开关 器件 Ｓ 驱动信号 Ｕ 。 Ｓ 驱动信号 ｕ 。 与 一相 同 ，： Ｓ 驱动信号 Ｕｅ与 Ｓ 驱动信号 Ｕｃ相 同， ｜ ２ ３ Ｅ ３ 而且 Ｕｅ．ｅ与 Ｕｅ Ｕｅ ｇ￣ ５ ｌ ４ ｇ＂ ５ Ｕ ２ ３ ￣
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学士学位毕业设计基于uc3875控制的移相全桥软开关电源的设计移相全桥软开关电源是一种常见的电源设计，通过使用uc3875控制器来实现对电源的控制和调节。
设计步骤如下：
1. 确定电源的输出需求：包括输出电压和电流要求。
根据实际应用需求确定。
2. 选择开关元件：根据输出电压和电流要求，选择合适的开关元件。
常用的开关元件包括IGBT和MOSFET等。
3. 选择变压器：根据输入电压和输出电压要求，选择合适的变压器。
变压器应具有足够的功率容量和高效率。
4. 设计控制电路：使用uc3875控制器来实现对开关元件的控制和调节。
uc3875是一种常用的PWM控制器，具有多种保护功能和调节特性。
5. 设计反馈电路：为了实现稳定的输出电压，需要设计合适的反馈电路。
反馈电路通常包括误差放大器和比较器等。
6. 进行仿真和优化：使用电路仿真软件进行电路仿真，并根据仿真结果对电路进行优化。
7. 制作电路原型：根据设计结果，制作电路原型进行测试和验证。
8. 进行性能测试：通过对电路原型进行性能测试，验证电源的输出性能和稳定性。
9. 进行安全测试：进行安全测试，确保电源符合相关的安全标
准和规定。
10. 进行系统集成：将电源集成到目标系统中，并进行系统测试和调试。
以上是基于uc3875控制的移相全桥软开关电源的设计步骤。
具体的设计过程中，还需要根据实际情况进行一些细节调整和优化。