大功率移相全桥软开关电源的设计
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 —
全桥移相开关电源原理

全桥移相开关电源原理一、引言全桥移相开关电源是一种常用的电源转换电路,广泛应用于各类电子设备中。
本文将深入探讨全桥移相开关电源的原理,包括其基本结构和工作原理,并对其优缺点进行分析。
二、全桥移相开关电源的基本结构全桥移相开关电源由四个开关管和一个变压器组成。
其中,变压器是核心部件,用于将输入电压转换为所需的输出电压。
四个开关管用来控制输入电压的导通和断开,实现对输出的调节。
三、全桥移相开关电源的工作原理1.工作原理概述全桥移相开关电源工作原理主要包括以下几个步骤: - 步骤1:输入电压通过变压器经过变压转换,得到所需的输出电压。
- 步骤2:四个开关管按照一定的规律进行开关动作,控制电压的导通和断开。
- 步骤3:通过控制开关管的开关时间,实现输出电压的调节。
2.步骤详解步骤1:输入电压转换输入电压经过变压器的变压转换,得到所需的输出电压。
变压器中的绕组通过磁场耦合,实现电压的传递和转换。
步骤2:开关管控制四个开关管按照一定的规律进行开关动作,实现对输入电压的导通和断开。
具体的开关管控制方式有多种,包括单稳态控制、正弦控制和方波控制等。
步骤3:输出电压调节通过控制开关管的开关时间,可以实现对输出电压的调节。
通常情况下,开关管的开关时间越短,输出电压越小;开关时间越长,输出电压越大。
四、全桥移相开关电源的优缺点1.优点•高效率:全桥移相开关电源具有较高的能量转换效率,能够充分利用输入电能,减少能量的损耗;•输出稳定:通过控制开关管的开关时间,可以实现对输出电压的精确调节,保持输出电压的稳定性;•体积小:全桥移相开关电源采用高频开关技术,可以大大减小变压器的体积,适用于体积要求较小的场合。
2.缺点•噪声干扰:由于开关管的开关动作产生的高频电磁干扰,可能对周围的其他电子设备产生干扰;•复杂控制:全桥移相开关电源的控制较为复杂,需要对开关管进行精确控制,对控制电路的设计和调试要求较高。
五、总结全桥移相开关电源是一种常用的电源转换电路,具有高效率、输出稳定和体积小的优点,但也存在噪声干扰和复杂控制的缺点。
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。
移相全桥变换器参数设计

移相全桥变换器设计一、设计要求输入电压:直流V in= 400V 考虑输入电压波动:385Vdc~415Vdc 输出电压:直流V out= 12V(稳压型)输出最大电流:I max=50 A整机效率:η≥90%输出最大功率:P o=600W开关频率:f=100kHz二、参数计算①输入电流有效值I in=P oη⁄V in=6000.9⁄400=1.67 A考虑安全裕量,选择600V/10A的开关管,型号FQPF10N60C。
②确定原副边匝比n:为了提高高频变压器的利用率,减小开关管电流,降低输出整流二极管承受的反向电压,从而减小损耗降低成本,高频变压器原副边匝比n要尽可能的取大一些;为了在规定的输入电压范围内能够得到输出所要求的电压,变压器的变比一般按最低输入电压V in(min)来进行计算。
考虑到移相控制方案存在变压器副边占空比丢失的现象,以及为防止共同导通,一般我们取变压器副边最大占空比是0.85,则可计算出副边电压V s:V s=V o+V D+V LfD sec (max)=12+1.5+0.50.85=16.47V其中V o=12V为输出电压,V D为整流二极管压降,取 1.5V,V Lf为输出滤波电感上的直流压降,取0.5V。
匝比n:n=N pN s=38516.47=23.27设计中取匝比n=23。
③确定匝数N p、N s变压器次级绕组匝数可由以下公式得出:N s=U s4f s B m A e=16.474×105×0.13×190×10−6=1.66取N s=2,本设计中,最大磁通密度B m=0.13T,磁芯选择PQ3535,A e= 190mm2。
变压器初级绕组匝数N p为:N p=nN s=23×2=46变压器副边带中心抽头,故匝数关系为:46 : 2 : 2。
④变压器原边绕组导线线径和股数由于导线存在肌肤效应,在选用绕组的导线线径是,一般要求导线线径小于两倍的穿透深度,穿透深度与温度频率有关,在常温下计算公式为∆=√2kωμγ(其中:μ为导线材料的磁导率,γ=1ρ)为材料的电导率,k为材料的电导率温度系数。
移相全桥的原理与设计简介

• 测试PFC 二极管的电压应力时,地线需接 阴极,否则甚至会引起PFC工作不稳定的 现象(叫机)。如下图所示:
四、磁性器件设计
• 简要计算: • 1.主变压器:双EE4242B,f=100KHZ,Ae=
178mm^2,D=0.90,Ton=4. 5us,VIN=380V, 工作于第一、三象限。 N1=,提前关断; • Q40比Q37提前导通,提前关断。
• 当对角管Q39和Q38,或Q40和Q37同时导 通时,初级才存在正向(或负向)的方波 电压。由电感公式U=L*dI/dt可知,初级电 流线性变化。
• Q39提前关断,Q40的DS电压会下降,初 级电流需抽走Q40的DS结电容的电荷,同 时给Q39的结电容充电。
• 当Q40的DS电压下降为负压时,Q40的体 二极管导通,DS电压被箝位,近似为零。 如果此时给出Q40驱动,就能实现ZVS。
根据上述分析, 有3个方法,有利于实现ZVS: 1.增加励磁电流 2.加大谐振电感 3.增加死区时间
ZVS示意波形可参考如下:
• Q40和Q38同时导通时,初级变压器绕组上的 电压为零,不传送能量。要保持电感电流不变, 初级电流处于环流状态,存在较大的导通损耗, 电流再次下降。
• Pin11 ADS 可变死区设置
• 较大的死区时间会减小占空比的利用率,降低变换器的 效率。UCC3895集成了死区调节功能,即在负载增大时, 减小死区时间,提高重载时的占空比利用率。通过合理 设置PIN12、PIN11之间的电阻比值,可以提供可变的死 区时间,如下图所示:
• PIN7、PIN8:用于设置开关频率。 • PIN4:VREF
• 当Q37、Q40同时导通时,由于初级电流减小, 次级绕组无法完全提供负载电流,次级的两个整 流二极管同时处于导通、续流状态,次级绕组短 路。因此,初级的方波电压完全施加与谐振电感 上,此时副边存在占空比丢失现象。
移相软开关电源设计

11 0 . 1关断过程 t在 t 。 o , 时刻关断 Q , 1 原边电流从 Q 中转移 到 c 1 3和 Q 中 , 3 由 在 中大 功率 D — C 换器 中一般采 用全桥变换 的电路结构 . CD 变 全 于有 c 3和 c , 1 1Q 是零 电压关断。此 时 于 是串联的 , 可以近似认 桥变换 器有两种典型的控制方式 P WM控制 和移相控制 P WM控制 为原边电流不变 。C1 C 和 3上电压为 : \ 因为具有很多优 良性能应用十分普遍。但是 由于 P WM控制方式变换 T1
1 移 相 全 桥 零 电压 P M 的 工作 原 理 W
图 1 出移相全桥 型电路 。与普通全桥 电路相 比, 中增加了 示 电路 个谐振 电感 h 和与 四个 开关( I Q ) 联的电容( 1 C ) 它不仅 Q ~4并 C ~4 , 是独立的电容元件, 还包括开关 器件中寄生的结 电容 。 图 2 出移相全桥变换 器在半周期 中 Q ~ 4的控制波形 Q 和 示 1Q l Q 相对 于 Q 和 Q 3 2 4提前一个相位关 断。
0 前 言
l =- t 3 i 1 : = n - 器 中的开关器件工作在硬开关状态 .每个周期都在高 电压下开通 . 大 电流 关断 . 件承受 的开关应力 大 . 在高频 P 器 并 WM 中会产 生相 当可 I: 边 电流 , : 、 2的并联 电容 , 为输入 电压 t 电容充 - 原 C Q1Q V: : 观的开关损耗 . 而且 开关损耗 随着 开关频率提高 而增 大 . 使得开关 电 电 时 间
ZVS全桥移相软开关电源

第18卷第4期2008年7月黑龙江科技学院学报Journa l o fH e ilongjiang I nstitute o f Science&TechnologyV o.l18N o.4Ju l y2008文章编号:1671-0118(2008)04-0302-04Z VS全桥移相软开关电源李春华,胡红林,王艳超(黑龙江科技学院电气与信息工程学院,哈尔滨150027)摘要:为了克服硬开关电源尖峰干扰大、可靠性差、效率低的缺点,分析了全桥移相软开关电路超前臂和滞后臂的不同工作状态,讨论了全桥移相软开关电路的占空比丢失现象,对软开关谐振器超前臂、滞后臂的并联电容和串联电感参数进行选取。
通过试制4k W全桥移相ZVS软开关电源,获得了变压器前端电压和电流波形。
结果表明:开关管实现了零电压变换,验证了谐振电感和谐振电容参数选取的正确性。
关键词:全桥移相;软开关;谐振中图分类号:TM46文献标识码:AFul-l bri dge phase-shifting ZVS power sourceLI Chunhua,HU H ong lin,WANG Yanchao(Co llege of E l ectr i cal and Infor mati on Eng i neeri ng,He ilong ji ang Institute of Science&T echno l ogy,H arbi n150027,China)Abst ract:D irected a t overco m ing the hard-sw itch i n g po w er supply.s shortco m ings,such as grea t peak i n terference,poor re liability,and l o w efficiency,this paper analyses the different states about the leadi n g ar m and t h e lagg i n g ar m o f t h e fu l-l bri d ge phase-sh ifting sof-t s w itching c ircu it and d i s cusses the duty factor l o ss of f u l-l bri d ge phase-sh ifting so f-t s w itch i n g c ircu i.t The paper a lso g ives the choice of the para m eter of the parallel capacitance and series i n ductance in t h e sof-t sw itch i n g resonator.s lead i n g ar m and lagg i n g ar m.The developm ent o f4k W Z VS fu l-l bri d ge phase-sh ift so f-t sw itch i n g po w er supp li e s m akes possi b le the w ave for m s of t h e front voltage and curren t co m ing fro m the transfor m ers.The results sho w that the s w itch i n g tube g i v es the possibility of zero-vo ltage transfor m ati o n,wh ich proves the co rrect cho ice of t h e para m e ters o f the i n ductor and resonant capacito r in the resonator.K ey w ords:f u l-l bri d ge phase-sh ifting;so f-t s w itching;resonance收稿日期:2008-05-26作者简介:李春华(1959-),女,黑龙江省尚志人,教授,硕士,研究方向:自动控制及智能控制,E-m ai:l lch-ysx@f126.co m。
移相全桥ZVZC软开关DC_DC稳压电源分析与设计_吕春锋

(e)
4
(f)
5
图 3 换流过程模态
VDR2 流过负载电流。 要实现滞后桥臂零电流,原边电流需在滞后桥臂开通前
减小到零。由开关模态 2 可知,原边电流线性减小:
V (t ) − V (t ) ?V
(1)
i (t) − I ?V (t ? t ) / L
?V (t ) ? V (t ) ? 2 C V / C ?
V ? I ?t / C ? 2 C V / C ? ?V
(5)
一般 Cr垲Cb,式(5)可以简化为:
程中近似不变,而变压器原边电流近似线性减小。
V − I ?t / 2 C
(6)
如图 3(d)所示,开关模态 3 换流过程如下:[t2-t3]期间,阻
通常所说的硬开关,在开通和关断时会产生较大的开关 损耗,开关频率越高,损耗越大。软开关电源是在开关器件通 断条件下,加在其电压上电压为零,即零电压开关(ZVS),或者 通过开关器件的电流为零,即零电流开关(ZCS)。软开关技术 显著解决了元件开关时刻产生的损耗,可以更大幅度地提高 开关频率,这种软开关的方式为缩小电源体积和提高电源效 率创造了条件。移相全桥零电压零电流软开关(ZVZCS)DC-DC 变换器是在移相全桥 ZVS 的基础上发展而来的,其工作模式 基本上克服了 ZVS 和 ZCS 软开关模式的固有缺陷,使全桥变 换器的超前桥臂实现 ZVS,而滞后桥臂实现 ZCS,在中、大功 率开关电源中具有广泛的应用。其超前桥臂的零电压实现是 通过并联电容电压不能突变完成的,滞后桥臂的零电流是通 过串联隔直电容和漏感谐振,从而使电流能量转移到了电容 中,滞后桥臂串接的二极管阻止了关断后的反向电流,减弱了 环路损耗[1]。
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工程硕士学位论文大功率移相全桥软开关电源的设计 THE DESIGN ON SOFT SWITCHING POWER SUPPLY WITH HIGH POWER PHASE-SHIFTED FULL-BRIDGE雷连方哈尔滨工业大学2006年12月国内图书分类号 : TM92国际图书分类号: 621.38工程硕士学位论文大功率移相全桥软开关电源的设计硕士研究生:雷连方导师:刘瑞叶 教授副导师:肖连存 高工申请学位:工程硕士学科、专业:电气工程所在单位:中国科工集团第三总体设计部答辩日期:2006年12 月授予学位单位:哈尔滨工业大学Classified Index: TM92U.D.C: 621.38Dissertation for the Master Degree in Engineering THE DESIGN ON SOFT SWITCHING POWER SUPPLY WITH HIGH POWER PHASE-SHIFTED FULL-BRIDGEC a n d i d a t e:Lei LianfangSupervisor:Prof. Liu RuiyeAssociate Supervisor:Senior Engineer Xiaolianchun Academic Degree Applied for:Master of Engineering Speciality:Electrical Engineering Affiliation:The 3rd Headquarters of ChinaAerospace Science IndustryCompanyDate of Defence:December,2006Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of technology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘 要软开关技术取代硬开关技术是电力电子行业发展的必然趋势。
移相全桥软开关电源的研制在设备的小型化、系统向多平台的扩展等方面具有很好的发展前景。
移相全桥零电压零电流开关(ZVZCS)技术可以克服零电压全桥PWM变换器的高环流损耗、占空比丢失严重、滞后桥臂软开关受负载范围限制的缺点。
为了解决大功率电源的电磁兼容问题,从选择主电路拓扑、确定控制方案等方面入手,对大功率变换器的主流电路拓扑结构、工作原理和电路特性做了较深入的分析后,选择以饱和电感来改进全桥变换器主电路拓扑结构、以移相控制集成电路UC3875作为主控芯片、以移相控制方式作为控制方案来设计主电路、控制电路及保护电路。
在结构设计时,充分考虑了系统的电磁兼容性能,设计并制作出大功率移相全桥软开关电源的原理样机,开关电源的输出功率约3.5千瓦。
为了验证原理样机的性能,对样机进行了性能试验和电磁兼容指标测试,并利用Matlab仿真软件中的Simulink模块对选用的主电路拓扑进行仿真建模和仿真运算,实验结果表明,设计方案有效,指标达到了设计要求,电磁兼容性能有了很大的改善。
利用ZVZCS技术设计完成的大功率移相全桥软开关电源弥补了以往军用电源的缺陷,在电磁兼容性方面有了极大的改进,减弱了对周围设备的电磁干扰,增强了导弹火控系统的可靠性。
关键词 开关电源;移相全桥变换器;零电压零电流开关;仿真-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThe technology of soft switched converter will replace that of hard switched converter. It’s the necessity trend in the area of electron. The developing of the PSFB soft switched converter makes it possible, such as miniaturization facilities, system expanding to more interfaces. The PSFB soft switched converter has good foreground. Phase-Shifted Full-Bridge Zero-voltage-zero-current-switching (PSFB ZVZCS) technology is adopted in this paper. This technology overcomes the defects of the Zero-voltage-switching (ZVS) FB Pulse-Width-Modulation (PWM) converter, such as the wastage of the high circulating energy, bad loss of the duty cycle, limitation of lagging-leg switches by the ZVS load range.For solved the Electro Magnetic Compatibility (EMC) of high power supply, it is analyze in the process of choosing main circuit topology and ordering system precept for the main circuit topology, the working principle, the circuit characteristics. This paper focuses on the design of Phase-Shifted Full-Bridge (PSFB) soft switched DC/DC converter, main circuit, control circuit, protect circuit. It uses ZVZCS converter of using a saturable inductor as the main circuit topology. It uses Phase-Shifted control integrate circuit UC3875 as kernel controller. It uses Phase-Shifted control model as system precept. In the design of configuration, it is made the best of the design of Electro Magnetic Compatibility. The principium pattern of PSFB soft switched converter with high power has been made. The export power of this high power converter is 3.5 kW.For result the performance of the principium pattern, it is tested for performance or EMC. By use of the Simulink block in Matlab simulate software, the simulate modeling of the selected main topology configuration and the simulate calculations are accomplished. The examination results of the principium pattern and the results of the simulate calculations are contrasted. It proves that the system precept is validity, that the EMC is greatly improved.The high power PSFB soft switched converter with ZVZCS technology overcomes the defects of the old electrical source in army. It’s Electro Magnetic Compatibility has been improved on largely. The electromagnetism disturb to- II -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文around facility has been weakened. The reliability of the missile fire-control system can be improved. The consistent on the project guide line and the project demand is gained.Key words switching power supply; Phase-Shifted Full-Bridge converter;Zero-voltage-zero-current-switching; simulate- III -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文目录摘 要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2开关电源的发展和趋势 (1)1.3软开关基本理论分析 (4)1.3.1软开关的定义 (4)1.3.2软开关的分类 (4)1.4现有开关电源的电磁兼容水平 (6)1.5本文主要研究内容 (6)第2章移相控制软开关PWM变换器分析及设计 (7)2.1引言 (7)2.2全桥变换器的理论分析 (7)2.3移相控制零电压PWM全桥变换器分析 (8)2.3.1电路拓扑结构 (8)2.3.2电路基本工作原理 (9)2.3.3电路特性分析 (11)2.4移相控制零电压零电流变换器的分析与设计 (13)2.4.1绝缘栅双极晶体管IGBT的特性分析 (13)2.4.2电路拓扑结构设计 (14)2.4.3电路工作原理 (15)2.4.4电路特性分析 (17)2.5本章小结 (20)第3章大功率移相软开关电源的设计 (22)3.1引言 (22)3.2主电路拓扑结构设计 (22)3.2.1逆变桥电路 (22)3.2.2高频变压器和阻断电容 (23)3.2.3输出整流滤波电路 (23)- IV -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文3.3控制及其保护电路设计 (23)3.3.1UC3875简介 (23)3.3.2控制电路设计 (27)3.3.3保护电路设计 (29)3.4主电路参数设计 (29)3.4.1高频变压器的设计 (29)3.4.2输出滤波电感L f的设计 (31)3.4.3输出滤波电容C的选取 (31)3.4.4主功率管的选择 (31)3.4.5移相桥臂并联电容C r的选择 (32)3.4.6隔直电容C b的选取 (32)3.5变换器的结构设计 (32)3.6原理样机设计 (33)3.7本章小结 (33)第4章样机试验结果及系统仿真分析 (34)4.1引言 (34)4.2试验结果及其分析 (34)4.3系统仿真 (39)4.3.1Matlab中仿真工具Simulink简介 (39)4.3.2仿真模型的建立 (39)4.3.3仿真及其结果分析 (41)4.4本章小结 (43)结论 (44)参考文献 (45)哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 (48)致谢 (49)个人简历 (50)- V -哈尔滨工业大学工程硕士学位论文第1章绪论1.1课题研究的背景研究电力电子技术的学科称为电力电子技术[1],电源技术属于电力电子技术的范畴,从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持。