全桥移相软开关电源的分析

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基于DSP的全桥移相式煤矿用软开关电源研究

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＳＰｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｂｒｉｄｇｅＰＷＭ；ｓｏｔｆｓｗｉｔｃｈｐｏｗｅｒ
０引言
的控制核心采用ＤＳＰ芯片的ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２系列，由ＤＳＰ的ＰＷＭ生成机制来完成调节输出电压，并采用全桥式变换器完成软开关电源的实现，，对电源主电路实现了全数字控制，输出电压设置定点可调，不
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＢｒｉｄｇｅＰＷＭＭｉｎｅＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈＰｏｗｅｒＢａｓｅｄｏｎＤＳＰ
ＬｉＪｕｎｎａｎ，ＷａｎｇＹａｎｂｉｎｇ，ＬｉｕＹｕａｎ
２０１３年第５期
煤
矿
机电
・２９・
基于ＤＳＰ的桥移相式煤矿用软开关电源研究
李俊楠，王延兵，刘媛
（临沂矿业集团公司技术中心，山东临沂２７６０１７）
摘
要：为实现煤矿监控系统的稳定性，减少瓦斯爆炸，温度、湿度失调等意外状况的可能性，提
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｅｏｎｔｒｏｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｄｉｇｉｔａｌｐｏｗｅｒｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｔｈｅｗｈｏｌｅｂｉｄｒｇｅｔｙｐｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｃａｎｇｅｔｔｗｏｔｉｍｅｓａｓｍｕｃｈａｓｔｈｅｈａｌｆｂｉｒｄｇｅｃｉｒｃｕｉｔｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒａｔｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆ

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。

第六章软开关技术(移相全桥ZVS软开关电路分析)

td (lead ) 2CleadVin / I1
在这段时间里，原边电流等于折算到原边的滤波电 ) / K
4.开关模态3 在 t2 时刻，关断 Q4，原边电流 i p 转移到 C2和 C4中，一方面抽走 C2上的电荷，另一方面又给 C4充电。由于C2 和C4 的存在，Q4的电压是从零慢慢上升的，因此 Q4是零电压关断。这段时间里谐振电感 Lr 和C2 及 C4在谐振工作。原边电流 i p 和 C4 的电压分别为：电容C2 ，

2.开关模态1 在 t 0 时刻关断Q 1，原边电流 i p 从 Q 1中转移到到 C3和 C1 支路中，给

C1充电，同时 C3被放电。电容 C1 的电压从零开始线性上升
电容 C3 的电压从 Vin开始线性下降 Q 1是零电压关断。
i p (t ) I p (t0 ) I1
vC1 (t )
到 t4 时刻，原边电流从 I p (t3 )下降到零，二极管 D2和 D3自然关断。持续时间为： t L I (t ) / V
34 r P 3
Vin i p (t ) I p (t3 ) (t t3 ) Lr
in
6. 开关模态5 在 t 4 时刻，原边电流流经 Q2和 Q3。由于原边电流仍不足以提供负载电流，负载电流仍由两个整流管提供回路，因此原边绕组电压仍然为零，加在谐振电感两端电压是电源电压Vin ，原边电流反向线性增加。

到 t5 时刻，原边电流达到折算到原 I Lf (t5 ) / K 值，该开边的负载电流关模态结束。持续时间为： L I (t ) / K
Vin i p (t ) (t t4 ) Lr
t45

移相全桥拓扑原理分析

移相全桥拓扑原理分析移相全桥是一种常见的开关电源电路拓扑结构，也是一种常用的变换器结构。

它具有输入电压范围广、输出功率可调、效率高等优点，被广泛应用于电力电子领域。

移相全桥拓扑电路由四个开关、一个输入电源、一个输出负载和一个输出滤波电容组成。

移相全桥的工作原理基于开关器件的导通和断开来实现电源与负载之间的能量传输。

其中，两个开关称为高侧开关(S1和S2)，两个开关称为低侧开关(S3和S4)。

S1和S3为一组开关，S2和S4为另一组开关，它们分别通过控制信号来实现导通和断开。

在移相全桥拓扑电路中，通过控制高侧开关和低侧开关的导通和断开时序，可以实现对输出电压和电流的控制。

拓扑电路的工作原理可分为四个阶段，即导通阶段、断开阶段、拓扑状态改变阶段和自由回馈阶段。

在导通阶段，高侧开关S1和低侧开关S4导通，低侧开关S3和高侧开关S2断开。

输出滤波电容开始充电，负载开始获取能量。

在断开阶段，高侧开关S1和低侧开关S4断开，低侧开关S3和高侧开关S2导通。

输出滤波电容继续放电，负载继续释放能量。

在拓扑状态改变阶段，高侧开关和低侧开关同时断开，输出电压振荡，然后高侧开关和低侧开关同时导通，输出电压逐渐恢复稳定。

这一过程使得变换器输出电压保持稳定，同时实现输入电源与负载之间的能量传递。

在自由回馈阶段，高侧开关和低侧开关交替导通和断开，向输出负载提供恒定的电能。

总结来说，移相全桥拓扑电路通过控制开关的导通和断开来实现对输出电压和电流的控制。

通过采用PWM技术，可以实现高效率、高精度的功率转换。

移相全桥拓扑电路被广泛应用于电力电子领域，例如开关电源、变频器、电动汽车充电器等。

软开关全桥变换器工作过程的详细分析

软开关全桥变换器工作过程的详细分析随着科技的进步和发展，我们的生活也变得越来越便利，电子设备也成为了我们不可或缺的一部分。

电子设备的核心部分是电路，而软开关全桥变换器则是电子设备中常用的电路之一。

软开关全桥变换器是一种高效、高性能的开关电源电路，可广泛应用于转换能源、交流变直流等领域。

软开关全桥变换器的主要工作原理是通过对输入电压的高频调制来控制输出电压的大小和方向。

在软开关全桥变换器中，有三个重要的部分：全桥电路、控制电路和保护电路。

全桥电路是软开关全桥变换器中的重要部分。

它由四个开关管（M1、M2、M3和M4）和四个二极管（D1、D2、D3和D4）组成。

当输入电压为正时，开关管M2和M4打开，M1和M3关闭，此时电路中的电流从左上方的输入电源流向右下方的输出负载。

当输入电压为负时，则刚好相反。

控制电路是软开关全桥变换器的核心部分，它可以控制开关管的开关状态，让输入电压经过高频调制，将其变成合适的输出电压。

控制电路一般由微控制器（MCU）和增量式编码器组成。

保护电路是为了在软开关全桥变换器发生故障时，能够及时地切断电路，避免因电路故障导致电路损坏。

保护电路包括过压保护、欠压保护、过流保护和过温保护等。

软开关全桥变换器工作的基本模式是负载调制。

通过控制电路，让开关管M1和M4关闭，M2和M3关闭，此时负载电压开始出现，输出脉冲的幅值也开始随着输入信号的变化而变化。

软开关全桥变换器具有许多优点，如高效率、低损耗、长寿命等，因此在很多领域得到了广泛的应用。

但与此同时，软开关全桥变换器也存在一些缺点，例如易受电磁干扰、电容和电感较大等问题。

在工程实际应用中，软开关全桥变换器也需要根据实际情况进行优化和改进。

为了提高软开关全桥变换器的效率和稳定性，支持快速调节和更高的工作频率，研究人员不断尝试新的电路结构和系统设计，以期达到更高的性能和更好的应用效果。

总之，软开关全桥变换器是电源电路的一种重要形式，对电子设备的运作具有极其重要的影响。

移相全桥软开关工作原理解析

ZVZCS移相全桥软开关工作原理(1)主电路拓扑本设计采用zvzcs PWM移相全桥变换器，采用增加辅助电路得方法复位变压器原边电流，实现了超前桥臂得零电压开关(ZVS)与滞后桥臂得零电流开关(ZCS)。

电路拓扑如图3、6所示。

图3、6全桥ZVZCS电路拓扑当、导通时，电源对变压器初级绕组正向充电，将能量提供给负载，同时，输出端钳位电容充电。

当关断时，电源对充电，通过变压器初级绕组放电。

由于得存在,为零电压关断，此时变压器漏感与输岀滤波电感串联，共同提供能虽:,由于得存在使得变压器副边电压下降速度比原边慢，导致电位差并产生感应电动势作用于,加速了得放电，为得零电压开通提供条件。

当放电完全后，整流二极管全部导通续流，在续流期间原边电流已复位，此时关段，开通，由于漏感两边电流不能突变,所以为零电流关断，为零电流开通。

(2)主电路工作过程分析I?】半个周期内将全桥变换器得工作状态分为8种模式。

①模式1、导通，电源对变压器初级绕组正向充电，将能量提供给负载，同时，输出端箝位电容充电。

输岀滤波电感与漏感相比较大,视为恒流源，主电路简化图及等效电路图如图3、7所示。

(a)简化图(b)等效图图3、7模式1主电路简化图及等效电路图由上图可以得到如下方程:(3-3)(3-4)(3-5)由(3-3)式得：(3— 6 )将(3-6 )式代入(3-5)式得：(3-7)将(3-7)式代入(3-4)式得：(3-8)解微分方程：(3-9)其初始条件为：；(3-10)代入方程解得：(3-11)(3-12)(3-13)(其中)②模式2当时，达到最大值，此时〃;二极管关断，输岀侧电流流经、、、、与次级绕组,简化电路如图3、8所示。

此时满足一八③模式3S 1关断，原边电流从S1转移至C1与C 2 ,C1充电,C 2放电,简化电路如图3、9所示。

由于C1得存在,S1就是零电压关断。

变压器原边漏感与输出滤波电感串联，共同提供能量, 变压器原边电压与整流桥输出电压以相同得斜率线性下降，满足:。

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，整个主电路如图1 所示，包括：工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI 滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC 滤波器等。

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。

图1 主电路原理图3 零电压软开关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。

图2 为滞后桥臂IGBT 的驱动电压和集射极电压波形，可以看出实现了零电压开通。

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。

图2 IGBT驱动电压和集射极电压波形图4 容性功率母排在最初的实验样机中，滤波电容C5 与IGBT 模块之间的连接母排为普通的功率母排。

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。

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摘
要：文章介绍了全桥移相软开关电源的控制方式，分析了超前和滞后桥臂实现零电压软开关的条件．而可从
以降低了电路中的开关损耗和开关噪声．系统的性能更好．使关键词：移相软开关；电压开关；零开关损耗；关噪声开中图分类号：Ｐ７Ｔ１文献标识码：Ａ文章编号：０７８２（０２０ — ０１０１０ — ３０２１）５０２ — ２
方波电压，经高频变压器的隔离和变压后，在变压器副边得到
幅值为Ｋ的交流方波电压，然后通过Ｄ和Ｄ２构成的输Ｒ１Ｒ出整流桥。Ｌ和ｃ组成的输出滤波器将这个直流方波电压ｒｒ中的高频分量滤去，在输出端得到直流电压，其值为：
制方式工作的全桥零电压开关ＰＷＭ变换器中的器件工作于
软开关状态，开关损耗小，开关频率可以提高，开关拓扑中但多了一个谐振电感，导通损耗大。（）３以移相控制方式工作的全桥零电压开关ＰＷＭ变换
器是零电压开关准谐振技术和ＰＷＭ技术相结合的产物，其
Ａｎｌｓｓｏｕｌｂｉｇｈｓｈｆｅｏｔｓｔｈｄｐｗｅｕｐｙａｙｉｆｆｌｒｄｅｐａｅｓｉｄｓｆｗｉｃｅｏｒｓｐｌｔ
】ｌＮｎ，ＡＦａ
（ｅａｔｅｔｏｌｔｃｌＥｇｎｅｉｇｈｎｉＵｉｒｔｏｅｈｏｇ，ａｚｏｇＳａｘ７３０，ｈｎ）ＤｐｒｎｆＥｅｒａｎｉｅｒ，ａｘｎｖｓｙｆＴｃｎｌｙｎｈｎｈｎｉ２０３ＣｉａｍｃｉｎＳｅｉｏＨ，
国内外电力电子学界自７０年代开始，不断研究开发高频软开关技术，各种新的软开关变换技术不断被推出。８０年代后期，许多专家进一步研究开发能实现恒频技术的软开关技
桥移相软开关技术成为低压、大电流电源模块的首选。
１全桥Ｄ／Ｃ变换器的软开关控制方法ＣＤ
ＡｂｔａｔＴｅａｔｌｎｒｄｃｓｔｅｏｔｏｌｄｍａｎｒｏｕｌｒｄｅｐａｅｈｆｄｓｆｗｉｈｄｐｗｒｓｐｌ．ｓｒｃ：ｈｒｉｅｉｔｏｕｅｈｃｎｒｌｎｅｆｆｌｃｅｂｉｇｈｓｓｉｅｏｔｔｓｔｅｏｅｕｐｙｃＬａｌｇｌｇｈｗｔｅｌｅｚｒｏｔｇｗｉｈＴｅｅｏｅｓｃｉｇｌｓｎｏｓｓｒｄｃｄＳｅｆｒｎｅｉｂｔｒｅｄａｅｏｏｒａｉｅｏｖｌｅｓｔ．ｈｒｆｒｗｉｈｎｏｓａｄｎｉｅｉｅｕｅ．ｏｐｒｍａｃｓｅｔ．ｚａｃｏｅ
＿
Ｋｅｒｓｙｗｏｄ：ｐａｅｓｉｄｓｆｓｉｈｚｒｏｔｇｗｉｈｗｉｈｎｏｓｗｉｈｎｏｓｈｓｈｆｏｗｔ；ｏｖｌｅｓｔ；ｓｔｉｇｌｓ；ｔｉｇｎｉｔｔｃｅａｃｃｓｃｅ
图１为全桥移相ＰＷＭＣＤＤ，Ｃ变换器的基本电路结构。通过对开关管的控制，Ａ在Ｂ两点得到一个幅值为ｖｉｎ的交流
术，兼有准谐振变换器与ＰＷＭ变换器的优点，ＺＳ（Ｃ）即ＶＺＳ
ＰＷＭ变换技术。
在全桥变换器的软开关研究中，发现移相控制是全桥变换器理想的软开关控制方法。与传统ＰＷＭ控制相比，移相控制具有如下特点：
其中Ｖ为输入电压，。ｖ为输出电压，占空比。Ｄ为下面分别介绍这六种工作方式：（）３臂不增加导通时间，２臂向后增加一１Ｑ＆Ｑ桥Ｑ＆Ｑ桥
段导通时间。
（）Ｐ２以ＷＭ控制方式工作的全桥ＰＷＭ变换器中的器件工作于硬开关状态，开关损耗，开关频率难以提高；以移相控
、ｒｒ
（）ＷＭ控制和移相控制同属于方波逆变控制方式。１Ｐ
ＰＷＭ控制通过改变器件驱动信号脉宽大小来调节输出电压；
移相控制通过改变逆变电路中两桥臂对角管驱动信号的移相
角大小来调节输出电压。
ＶｏＤ＝
＾
Ｄ＝ —
ｌＳ，
（）１
（）３２Ｑ＆Ｑ桥臂向前增加一段导通时间，同时Ｑ＆Ｑ桥臂：
向后增加一段导通时间。（）－３臂导通时间向前增加到１Ｔ，同时Ｑ＆３Ｑ＆Ｑ桥／ｓ２ｚＱ桥臂向后增加一段导通时间。
（）Ｑ＆，臂不增加导 பைடு நூலகம் 时间，同时Ｑ＆Ｑ桥臂导通４Ｑ桥２
第３９卷第５期・术学
ＶｏＩ．３９Ｍａｙ．５
湖
南
农
机
２０１年５月２
Ｍａｙ２０１２
ＨＵＮＡＮＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＭＡＣＨＩＲＹＮＥ
全桥移相软开关电源的分析
袁帆
汉中７３０）２０３（西理工学院电气工程学院，西陕陕