基于软开关技术的开关电源设计
基于DSP全桥移相式煤矿软开关电源设计

目前 我 国 大 小 煤 矿 有 一 万 余 座 , 而 每 年 因 煤 矿 事 故 死
亡 的人 数 也 居 高 不 下 。 因为 其 生 产 环 境 的 特 殊 性 , 所 以 需
中图分类号 : T D6 0 5
文献标识码 : B
文章编号 : 1 0 0 6 —2 5 7 2 ( 2 0 1 3 ) 0—0 1 3 1 —0 3
De s i g n o f S O f t —s wi t c h e d Po we r S u p p l y wi t h Fu l l -b r i d g e Ph a s e —s h i f t Ba s e d o n DS P
Zh a ng J u n y i , Bi Gu o s he n g, Ya n g Wa n h a i
( Xi a d i a n Co l l i e r y,Ci l i ns h a n Co a l I n d u s t r y Co ., Lt d .,o f Lu ' a n Gr o u p Co .,Ch a n g z hi ,Sh a nx i 0 4 6 0 0 0 )
t h e o u t p u t p o we r i n h a l f —b r i d g e c i r c u i t wh e n u s i n g t h e s a me p o we r s wi t c h d e v i c e s .T h e s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t ha t t h i s s y s t e m c a n b e a p p l i e d i n c o mp l i c a t e d c o a l mi n e mo n i t o r i n g s y s t e m wi t h pr a c t i c a b i l i t y,s a f e t y a n d e c o n o —
一种软开关高功率因数直流电源的设计

复杂 化 。
为 四个模 态 : 模 态 l主开 关 管 Q 处 于 导通 状 态 , 流 二 极 : 整 管 D 通 、 。截 止 ,变 压 器原 边 电流 i升 高 , 。导 D: p 能 量 由原 边传 递 到负 载 。 模态 2Q 关断 , : 原边 电流 给 c 充 电 , 电。 C放 当 c 两端 电压上 升 到 V 后 , 。截 止 、。导 通 , D D 变
21 年 第 3 01 3卷 第 3期 第 3 0页
电 气 传 动 自 动 化 E E T I I E A OMAT ON L C R C DR V UT I
V 13N . o. , o3 3 2 1 ,3 3)3 ~ 2 0 1 3 ( :0 3
文章编号 :0 5 2 7 2 1 )3 0 o _ 3 10 n7 7 (0 0 —0 3 - 0 1
中图分类号 : M4 T 6 文献标识码 :B
De i fa s f - wic ng DC we u sgn o o t s t hi po rs ppl t i h po r f c o y wih h g we a t r
Y ANG n - o g Xi g l n
率 基于P CP …; F /WM复合控制芯片 , 设计控制 电 路, 简化控 制系统 。本文介绍 了电路 的工作原理 ,
并研 制 了一 台实验 样 机 , 得 了满 意 的效 果 。 获
c 充 电。 D 导通期间, 箝位开关管 Q 可实现零电
压 开通 。
模态 3 Q 零 电压开通 后 ,箝位 电容 c 与变 : 压器励磁 电感构成 谐振 回路 , 减 小到零并 反 向 i
基于软开关技术的开关电源设计

基于软开关技术的开关电源设计简介开关电源是一种用于电子设备中的高效能源转换系统,它将输入的电力转换成符合负载要求的电力,稳定可靠,广泛应用于各种电子设备中。
软开关技术是一种改进传统硬开关技术的技术,它通过在开关管上加入合适的电容和电感元件来实现输出电压的平滑转换,并保证当电流不为零时开关管处于关断状态,从而减少能量损耗和EMI噪声。
本文将介绍基于软开关技术的开关电源设计方法和注意事项。
软开关电源设计原理软开关电源的基本结构框图如下:+Vcc --+|R1|+--__|--+---o Vout| D1 | |+-----+ C1| Q1|__b__||+-----+| |Primary o | | o Secondary+----------o o------------------o Ground其中,Q1为MOSFET开关管,D1为防反二极管,C1为输出电容,R1和L1为软开关电路中的元件,它们分别用于控制Q1的开关时间和输出电压的波形。
Q1开关时的过程可以分为四个主要状态:1.Q1关断,D1导通,电感L1储存电荷;2.Q1关断,D1截止,C1输出,电感L1储存能量;3.Q1导通,D1截止,输出变化缓慢,电感L1提供电流;4.Q1导通,D1截止,输出达到稳态,C1和L1共同提供平稳输出电压。
这样,软开关电路减少了传统开关电路中硬开关时的能量损耗和EMI噪声。
软开关电源设计方法选择开关管选择适合特定应用的MOSFET是软开关电源设计中至关重要的一步。
常见的选型指标有:1.额定电压和电流;2.开关速度;3.典型导通电阻;4.封装类型和体积;5.成本和可获取性。
计算电路参数硬开关电源的变压器绕组匝数、电感电容和电阻值通常是固定参数,而软开关电源中它们的选择和计算则更加复杂。
主要的计算参数有:1.输入电压范围和输出电压要求;2.输出电流范围和负载特性;3.开关频率和占空比;4.转换效率和损耗功率;5.输出电容和电感元件参数。
运用软开关技术的Boost电路原理及实现

运用软开关技术的Boost电路原理及实现1 引言采用硬开关工作方式的Boost电路,在开关频率很高时,其开关损耗增大,电源效率降低。
为了提高开关电源的频率和效率,必须减小开关损耗。
本文提出了一种运用软开关技术的Boost电路,该电路实现简便,开关频率恒定,控制简单。
通过对该电路工作原理的分析,以及仿真及实验的结果,证明该电路具有良好的减少开关损耗及提高电源效率的作用。
2 主电路拓扑及工作原理分析该电路的拓扑如图1所示。
从图中可以看出,它是由传统的Boost 电路与由D2、D3、Lr、Cr组成的谐振电路连接而成的。
该电路工作过程如图2所示。
为了讨论的方便,我们假定L1中的电流和Cf中的电压在一个开关周期内保持不变。
电路工作波形如图3所示。
1) 第一阶段[t0-t1]t0时刻二极管D1导通,能量由电源向负载输送。
2) 第二阶段[t1-t2]S1在ZCS的状态下开通,t2时刻Lr中的电流线性下降到零。
由于D1保持导通,Cr的电压保持在Vo。
3) 第三阶段[t2-t3]t2时刻D1截至,谐振开始,D2导通,电容Cr向Lr充电,Cr上的电压由V o变到-Vi。
4) 第四阶段[t3-t4]t3时刻D3导通,Cr中的电压与输入电压相等。
在这个阶段中,Lr 中的电流线性减小到零。
5) 第五阶段[t4-t5]t4时刻Lr中的电流变为0,D2、D3截至。
6) 第六阶段[t5-t6]t5时刻S1在ZVS的状态下断开,D3为电流ii提供一条通路,电容线性放电。
7) 第七阶段[t6-t7]t6时刻电容Cr上的电压变为(Vo-Vi)时,D1导通。
在此过程中,Lr和Cr又有一次谐振,直至VCr变为V o。
8) 第八阶段[t7-t8]t7时刻VCr=V o时,D2导通,Lr中的电流线性上升,直至电流变为Ii。
该阶段结束后,便开始,下一个周期。
从图3中可以看出,电路是工作在软开关状态下的。
3 电源变换范围的讨论为了便于对电路电压增益进行定量的分析,我们假定所有的元器件都是理想的。
开关电源软开关技术原理简介

开关电源软开关技术原理简介开关电源是现代电子设备中常见的电源供应方式之一,具有高效率、小体积、轻便等优点。
而软开关技术作为一种先进的电源开关技术,被广泛应用于开关电源中,以提高其性能和可靠性。
本文将对软开关技术的原理进行简要介绍。
软开关技术是一种在开关电源中用于控制开关管导通和关断的技术。
传统的硬开关技术存在开关管开关速度慢、开关过程中会产生电压和电流的冲击等问题,而软开关技术则通过合理的控制开关管的导通和关断时机,以减小开关过程中的冲击,提高开关效率。
软开关技术主要包括零电压开关技术(ZVS)和零电流开关技术(ZCS)。
其中,ZVS技术是通过在开关管导通和关断时将电压降至零来实现的,而ZCS技术是通过在开关管导通和关断时将电流降至零来实现的。
在软开关技术中,ZVS技术是较为常见的一种。
其原理是利用谐振电路使得开关管在导通和关断时电压降至零,以减小开关过程中的电压冲击。
具体来说,当开关管导通时,谐振电路中的电容器充电,使得电压逐渐增加;而当开关管关断时,谐振电路中的电感器释放能量,使得电压逐渐降低,直至降至零。
通过合理设计谐振电路的参数和控制开关管的导通和关断时机,可以实现零电压开关,减小开关过程中的电压冲击。
与ZVS技术相比,ZCS技术在某些场合下更为适用。
ZCS技术的原理是利用谐振电路使得开关管在导通和关断时电流降至零,以减小开关过程中的电流冲击。
具体来说,当开关管导通时,谐振电路中的电感器储存能量,使得电流逐渐增加;而当开关管关断时,谐振电路中的电容器释放能量,使得电流逐渐降低,直至降至零。
通过合理设计谐振电路的参数和控制开关管的导通和关断时机,可以实现零电流开关,减小开关过程中的电流冲击。
总的来说,软开关技术通过合理控制开关管的导通和关断时机,以减小开关过程中的冲击,提高开关效率。
ZVS技术和ZCS技术是软开关技术中常用的两种实现方式。
在实际应用中,软开关技术可以提高开关电源的效率和可靠性,减小对其他电子元器件的损伤,同时也有利于降低电磁干扰和提高整体系统的抗干扰能力。
SLR式软开关充电电源的设计

I ・
Ll
模
当负 载 电压 折 合 到 变 压 器 原 边 电压 小 于 直 流
输入 电压 , 开关 管 的反 并 联二 极 管 的续 流 电 流存 在 时 , 一个 开关 周期 中模 式 l 在 的谐 振 电 流峰 值 由式 ( 可得 1 ) = + o /r模 式 2的谐 振 电流 峰 值 由 ( u Z , )
(: f盟 )
厶r
s (f i ,0 一)
( 1 )
( 2 )
UI) ( — o 一 + ocs ( t C = U ( U o t o O ) ) —)
式 () 3可得 厶 ( u /r 则 一个 谐 振 周 期 谐 振 电 。= 一 o Z , ) 流整流后 的平均 值 为 :
2( /
Ll pl
式中: ∞ 为谐振角频率, , √ 厶 l Z为谐振 c= l C ; o / r
阻抗 , r 厶/ 。 Z √
模 式 2【~2 等 效 电路 如 图 3b , t时刻 , tt: 。] ()在 。 谐 振 电流过零 , 电路进 入模 式 2 。流经 T ,4 电流为 l 的 T 零 , D 导 通 。由于 二极管 D , D , D 导通 , 开关 管 T ,
s tt i -t n )
( 3 )
H ( = U+ ’ (.u ’o ̄( f Cf ( ) u一 。cs t I) 一 ) —)
f 4 、
模 式 3[ ~s 等 效 电路 如 图 3c, 该 阶段 所 : : ] ( 在 ) 有开关 管 和二 极 管均 关断 , 振 电流为 0 谐 振 电容 谐 , 两端 电压 U 持在 2 不 变 。后半 个 开关 周 期 的 。保 U。 工作原 理 与此 相 同 , 不再 进行 重复分 析 。 由上 面 的 分 析 可知 .当 电路 谐 振 参 数 确 定 之 后, 电路 的 谐 振 周期 是 固定 的 . 了实 现 开 关 管 的 为
电力电子课件西安交大第8章软开关技术

03
软开关技术能够提高装置的抗电磁干扰能力,保证装置 在复杂电磁环境下的稳定运行。
04 软开关技术的实际应用案例
基于软开关技术的电源设计
开关电源
软开关技术应用于开关电源中,能够降低开关损耗,提高电源效 率,减小体积和重量。
不间断电源
在UPS(不间断电源)中应用软开关技术,可以改善输出电压的波 形,提高供电质量。
谢谢聆听
伺服系统
伺服系统中应用软开关技术,可以减 小系统体积和重量,提高伺服系统的 动态性能和稳定性。
基于软开关技术的电力电子变压器
1 2 3
固态变压器
软开关技术在固态变压器中得到广泛应用,能够 实现高效、灵活的电能转换和传输。
分布式电源系统
在分布式电源系统中,软开关技术可以提高电力 电子变压器的转换效率和可靠性,减小系统的体 积和重量。
适用于中大功率的电源转换,具有较高的输 出电压和较低的效率。
02
01
半桥式
适用于中大功率的电源转换,具有较低的输 出电压和较高的效率。
04
03
软开关技术的控制策略
恒频控制
保持开关频率恒定,通过改变占空比来调节输出 电压或电流的大小。
变频控制
改变开关频率,通过调节占空比来保持输出电压 或电流的大小恒定。
分布式电源系统
软开关技术为分布式电源系统提供高效、可靠的并网控制策略,提 高系统的稳定性和可靠性。
基于软开关技术的电机驱动系统
电机控制器
电动汽车驱动系统
软开关技术应用于电机控制器中,能 够减小电机启动电流和转矩脉动,提 高电机的控制精度和动态响应性能。
在电动汽车驱动系统中应用软开关技 术,能够提高驱动系统的效率和可靠 性,延长电动汽车的续航里程。
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

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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
摘要软开关PWM技术集谐振变换器与PWM控制的优点于一体,既能实现功率管的零电压开关,又能实现功率管的恒定频率控制,是电力电子技术的发展方向之一。
与传统PWM硬开关变换器相比,元器件的电压、电流应力小,仅仅增加了一个谐振电感,成本和电路的复杂程度没有增加。
移相控制零电压开关PWM变换器就是软开关PWM 技术中的一种拓扑,它适用于中、大功率直流一直流变换场合。
文中详细分析了基本的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的工作过程,讨论了移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的零电压开关条件、副边占空比丢失以及整流二极管的换流情况,指出基本的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的不足:滞后桥臂实现零电压开关比较困难;副边占空比丢失严重。
为解决这些问题,提出了利用饱和电感来减少副边占空比丢失的方法并分析了带饱和电感的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的工作过程。
介绍了给滞后桥臂增加辅助电路以改善滞后桥臂开关管的软开关环境的方法,并详细分析了一种带辅助网络的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的工作过程。
它具有辅助电路简单,辅助电路的电感、电容和二极管的电流电压应力小,副边占空比丢失小等优点。
研究了桥式变换器的不平衡问题及解决方法。
初步设计了一个通信用48V/10A的开关电源。
该电源设计过程中,主电路的结构设计及参数计算方法及电路的控制、保护功能都得到了体现。
电路的控制、保护功能是由单片机PIC16F877A完成的,该单片内部有A/D转换模块和PWM模块,简化了电路的设计。
关键词: 开关电源;移相控制;软开关;零电压;占空比ABSTRACTSoft-switching PWM technique integrates the advantage of resonant converter and constant frequency modulator,which realizes zero-voltage-switching in constant frequency,and is one of the development trends of power electronics.Only adding a resonant inductor, stress of voltage and current in devices turns lower than traditional PWM hard-switching, without increasing cost and complication of circuit.Phase Shifted zero-voltage-switching PWM converter(PS-ZVS-PWM converter)is one of the topologies using soft-switching PWM technique,and is suited for middle to high power DC-DC conversion application.This dissertation analyzes the operation principle of PS-ZVS-PWM FB converter systemically.The classical PS ZVS PWM DC-DC FB converter has some disadvantages such as its lagging leg is difficult to achieve ZVS and its loss duty of secondary is large.To alleviate these problems.this paper introduces a PS ZVS PWM DC-DC FB converter using saturable inductor to reduce its loss duty of secondary.This paper also introduces a PS PWM DC-DC FB converter with an auxiliary network attached to its lagging leg.This auxiliary network has the advantages such as its circuit is simple.the current stresses and voltage stresses on its components are small.The question of unbalance on PS PWM DC-DC FB converter is discussed, and the solution to the problem is proposed.Based on the circuit topology, a switch power supply of 48V/10A for communication system is designed.The design of structure and calculation methods of parameter in the DC-DC converter main circuit and the design of the control and protect circuit have been presented.Key Words:Switch power supply;Phase-shifted control;Soft-switching;Zero-voltage-switching;Duty目录摘要第一章绪论 (1)1.1、概述 (1)1.2、开关电源的现状及其发展趋势 (2)1.3、设计内容和设计指标 (4)第二章开关电源技术的理论分析 (5)2.1、开关电源的基本原理 (5)2.2、开关电源的基本拓扑结构 (5)2.2.1、单端反激式变换器 (5)2.2.2、单端正激式变换器 (6)2.2.3、推挽式变换器 (6)2.2.4、半桥式变换器 (7)2.2.5、全桥式变换器 (7)2.3、开关电源的软开关技术 (8)2.3.1、软开关技术的概念 (8)2.3.2、软开关技术的发展 (10)第三章全桥变换器及工作原理 (13)3.1、传统的PWM全桥变换器 (13)3.2、PWM DC-DC全桥变换器的控制 (14)3.3、移相控制ZVS PWM全桥变换器的特点 (16)3.3.1、移相控制ZVS PWM全桥变换器的优点 (16)3.3.2、移相控制ZVS PWM全桥变换器的缺点 (16)3.4、移相控制ZVS PWM全桥变换器的改进 (17)3.4.1、加钳位二极管的移相全桥ZVS PWM变换器 (17)3.4.2、副边加缓冲吸收回路的移相全桥ZVS PWM变换器 183.5、移相控制ZVS PWM全桥变换器的分析 (18)3.5.1、零电压开关条件及实现 (18)3.5.2、副边占空比丢失 (19)第四章移相全桥软开关PWM变换器设计 (20)4.1、设计参数选定 (20)4.2、EMI滤波电路设计 (20)4.3、高频变压器的设计 (21)4.4、谐振电感设计 (23)4.5、输出滤波电路设计 (24)4.6、功率开关器件及二极管的选择 (24)4.7、其他器件选型 (25)第五章控制电路设计 (27)5.1、系统控制方案 (27)5.1.1、控制方案比较 (27)5.1.2、方案论证 (27)5.1.3、整体控制方案 (28)5.2、PIC单片机简介 (28)5.3、采样电路设计 (29)5.4、保护电路设计 (31)5.5、MOSFET驱动电路设计 (32)5.6、辅助电源设计 (35)第六章、软件设计 (38)6.1、总体编程思想 (38)6.2、主程序流程图 (38)6.3、A/D转换流程图 (39)6.4、PI算法子程序 (40)6.5、PWM波控制子程序 (41)6.6、输出过流保护子程序 (42)总结 (43)参考文献 (44)英文原文与翻译 (46)致谢 (64)附录一元器件清单 (65)附录二程序清单 (67)第一章绪论1.1、概述随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类也越来越多。
电子设备的小型化和低成本化使电源向轻、薄、小和高效率方向发展。
电源是对公用电网或某种电能进行变换和控制,并向各种用电负载提供优质电能的供电设备。
电源是一切电子设备的动力心脏,其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标,它可分为线性电源和开关电源两种。
开关电源SPS(Switching Power Supply)被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向,已成为稳压电源的主流产品。
开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态,本身消耗的能量很低,电源效率可达80%-90%,比普通线性稳压电源效率提高近一倍,在通信、计算机及家用电器等领域得到广泛应用,特别是目前便携式设备市场需求巨大,DC-DC开关电源的需求也越来越大,性能要求也越来越高,而DC-DC开关电源的设计也更具挑战性。
开关电源是利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离的,不仅能去掉笨重的工频变压器,还可采用体积较小的滤波元件和散热器,这就为研究与开发高效率、高精度、高可靠性、体积小、重量轻的开关电源奠定了基础。
近年来,随着电力电子学的高速发展,电力供给系统也得到了很大的发展。
同时,人们对电源的要求也越来越高。
在高效率、大容量、小体积之后,对电源系统的输入功率因数和软开关技术也提出了更高的要求。
从1997年1月,美国、欧洲、日本相继禁止没有进行谐波抑制和功率因数改善的供电系统进入市场,并对高次谐波电流和功率因数制定了详细的国际标准,这样就使世界各国的电源开发研究机构投入了大量的人力、物力来研究这一课题,形成了电源系统研究中的一个新领域。
电源是给电子设备提供所需要的能量的设备,这就决定了电源在电子设备中的重要性。
电子设备要获得好的工作可靠性必须有高质量的电源,所以电子设备对电源的要求日趋增高。
相对于线性稳压电源来说,开关稳压电源的优点更能满足现代电子设备的要求,从20世纪中期开关稳压电源问世以来就倍受关注,特别是20世纪80年代以后,由于电力电子技术的发展和新型电力电子器件的产生,使其在计算机、通信、航天、办公和家用电器等方面得到广泛应用,大有取代线性稳压电源之势。
但是,由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化,开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新,实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术,并大幅提高了开关电源的工作效率,近年来国内外的专家学者提出了众多的电路拓扑,使得软开关技术成为电力电子技术研究的热点。