全桥移相开关电源设计毕业论文
开关电源的设计毕业论文
开关电源的设计毕业论文开关电源是一种高效率、小体积、轻质化的电源，随着现代电子设备的发展，应用越来越广泛。
开关电源的设计是电子工程专业毕业设计中的一个热门方向，本文将介绍开关电源的基本工作原理及设计方法，并以一个实际开关电源的设计为例，进行详细说明。
一、开关电源的基本工作原理开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为直流电源，其核心部分是开关管。
开关管工作时，会在电路中产生一个高频矩形波形。
再经过滤波电路、输出稳压电路等处理后，最终输出所需要的稳定直流电源。
在开关电源中，开关管的切换是关键，它的导通和截止决定程序的整个运行。
开关管的导通与截止又是由控制器控制的，所以控制器设计是非常重要的。
二、开关电源的设计方法1.功率计算开关电源的功率计算是设计的第一步。
功率 = 电流×电压，在设计前应要明确设备所需的电流和电压值并通过功率计算公式计算得出所需的功率。
2.电路设计电路设计是开关电源设计中较为复杂的一步。
主要包括直流输入电路、开关管、反馈电路、滤波电容、输出稳压电路等部分。
这些部分需要合理的组合和设计，并应通过电路仿真进行验证。
3.控制器设计在控制器设计中，主要有PWM控制器和开环控制器。
PWM控制器通常采用电流反馈控制方式，能够减少在输出处的纹波电压，提高稳定性。
开环控制器的设计要更为复杂，但是更容易实现。
4.保护电路设计保护电路是开关电源中非常重要的一部分，保护电路通常包括电流限制保护、过压保护、过载保护，以及温度保护等。
这些保护电路能够提高开关电源的使用寿命，避免因电路故障引起的安全事故。
三、开关电源设计实例以12V60W的开关电源设计为实例。
1.功率计算P = U × I = 12V × 5A = 60W。
2.电路设计直流输入电路：直流输入电路主要包括整流桥、电容滤波器和保险丝等。
整流桥需要选择合适的电流、电压值，电容滤波器应该选择合适的容量，保险丝则是起到安全保障作用。
毕业论文 开关电源设计
摘要开关电源因其具有稳压输入范围宽、效率高、功耗低、体积小、重量轻等显著特点而得到了越来越广泛的应用，从家用电器设备到通信设施、数据处理设备、交通设施、仪器仪表以及工业设备等都有较多应用，尤其是作为便携式产品的电池提供高性能电源输出，比其他结构具有不可超越的优势.开关电源的稳定性直接影响着电子产品的工作性能,误差放大器是直流开关电源系统中电压控制环路的核心部分，其性能优劣直接影响着整个直流开关电源系统的稳定性，因而对高性能误差放大器的分析是本论文的主要研究目标。
本文误差放大器的分析基于Buck型DC-DC转换器,从系统稳定性、负载调整率及响应速度要求的角度出发，首先对该款Buck型DC-DC转换器的系统电压控制环路进行小信号分析，并对控制环路进行了零极点分布分析，确定环路补偿策略。
最后基于系统级来分析误差放大器.关键词：开关电源；Buck型DC—DC转换器；误差放大器。
AbstractDue to their merits of wide input range，high efficiency, small in size and light in weight ect, switching power supplies are gaining more and more application areas in today’s modern world，ranging from domestic equipments to sophisticated communication and data handling systems，especially in portable devices, they have unsurpassable advantages。
The rapid development of products in corresponding application areas requires the power supplies to have better performances. The robustness of switch—mode power supplies directly affect the performance of electronic devices。
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。
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
具有功率因数校正的全桥移相软开关电源设计
具有功率因数校正的全桥移相软开关电源设计付贤松;张远;牛萍娟【摘要】Traditional switching power supply has low efficiency and pollution on the grid, power factor correction (PFC) technology and soft switching technology is used to achieve high efficiency and low pollution. The main circuit and control circuit were theoretically designed and their parameters were estimated. The switching power proto-type with 2 kW is designed, and the power factor of the prototype and experimental waveforms of phase-shifted full-bridge ZVS were gived. The result shows that this design is practicable and its performance can meet the de-sign requirements.%传统高频电源效率较低且对电网造成了污染，运用功率因数校正技术和软开关技术可实现高效率和低污染。
对功率因数电路和全桥电路进行了理论设计和参数估算，设计出了一款2 kW的电源样机，并给出了样机的功率因数和移相全桥ZVS的实验波形。
结果显示设计可行，样机性能指标基本满足设计要求。
【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P63-67)【关键词】功率因数校正;零电压开关;移相控制【作者】付贤松;张远;牛萍娟【作者单位】天津工业大学大功率半导体照明应用系统教育部工程研发中心，天津300387;天津工业大学大功率半导体照明应用系统教育部工程研发中心，天津300387; 天津工业大学电子与信息工程学院，天津 300387;天津工业大学大功率半导体照明应用系统教育部工程研发中心，天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TN86近年来，高频开关电源技术在理论研究和生产应用方面都取得了相当多的成果，其研究涉及电力电子、自动控制等众多技术领域[1].功率因数校正、软开关、电磁兼容性都是开关电源的研究方向[2].目前市场上普通的大功率高频开关电源噪音大、功率因数低、稳定性差[3]，并且会产生大量谐波，进而污染电网.高频开关电源内部应用了软开关技术和功率因数校正（PFC）技术，具有体积小、效率高、绿色节能、稳定性好等优点[4]，是当前通信电源行业研究发展的主流方向.本文运用功率因数校正技术和全桥移相软开关技术，研制了一款大功率、低功耗、低噪音的高性能开关电源，并对样机进行了实验分析.本文根据设计指标研制了一款大功率高性能开关电源.该电源分为前级和后级，前级为采用BOOST结构的有源功率因数校正电路，控制芯片选取TI公司的UC3854；后级为采用移相控制软开关技术的全桥变换器，控制芯片选取TI公司的UCC3895.主电路主要包括单相交流输入电源、整流滤波电路、功率因数电路、移相全桥变换电路、高频变压器、输出整流滤波电路[5]，系统框图如图1所示. 设计指标如下:交流输入电压Vin为180～264 V；输入频率为47～63 Hz；输出额定功率为2 kW；开关频率为100 kHz；直流输出额定电压为10 V；输出电流调节范围为0～200 A；整机效率η≥85%；满载时功率因数PF＞0.95.因其他技术均很成熟，所以本文只讨论功率因数校正技术和全桥移相技术.传统的开关电源整流桥后直接放大电容滤波，导致了大量的谐波，这不仅对电网造成了污染，也降低了功率因数.本文功率因数部分采用UC3854控制，主要由开关管V1、电感L、二极管VDD和输出电容Cout组成.典型电路图如图2所示.2.1 Boost电感器的选择电感器决定了输入端的高频纹波电流总量，可按给出的纹波电流值来选择电感值.电感器的选择始于输入正弦电流的峰值，最大峰值电流出现在最小电网电压的峰值处[6]:式中:VInmin为输入电压最小值；P为输入功率.电感器中的峰-峰值纹波电流通常选择在最大峰值电网电流的20%左右.电感值根据低输入电压时半个正弦波顶部的峰点电流来选择，或根据此处输入电压和开关频率的占空因数选择.需要给出如下2个方程式:式中:占空比D取0.7；VO为输出电压；fs取100 kHz；ΔI为峰-峰值纹波电流；电感值L取整数1 mH.2.2 输出电容器设计两个因数共同决定了电容值，分别是维持时间Δt和输出电压纹波的大小.输出电容如下式所述:式中:CO为输出电容；PO为负载功率；Δt为维持时间（一般取3 μs）；VOmin为维持负载工作的最小电压.实际应用时取4个470μF/450V的电解电容并联，可降低电容的等效电阻（ESR）和等效电感（ESL）[7].2.3 开关管选取开关管导通时流过的电流为15.71 A.功率管采用优质APT5010LFLT，耐压500 V，最大通态电流40 A.续流二极管选用UHVP806超快恢复二极管，耐压600 V，正向额定电流70 A，反向恢复时间约为70 ns.2.4 电流感测电阻RS的计算感测电阻的电压峰值为1 V左右是很好的选择，该电阻值产生的信号强，因此可以不受噪声的干扰. RS值如下式:式中:VRS为感测电阻的电压；Ipk为峰值电流.2.5 峰值电流限制芯片2脚的峰值限制比较器、电阻R1X1、R1X2（如图2）组成峰值电流限制电路.电阻R1X1、R1X2由9脚的7.5 V基准电压供电，提供上拉电位，以使2脚电位降到地电位，这时就限制峰值电流为IP1，也就是但当2脚电位为地电位时那么，当R1X2=10 kΩ且时当PO=2 000 W时，由前面的计算可知IP=15.71 A，那么当峰值电流限制为21 A时，R1X2=21×0.055/ 0.000 75=1.54 kΩ.2.6 芯片外围具体电路图综合上述计算结果并结合UC3854芯片手册，所设计的功率因数电路图如图3所示.为减小开关管的损耗，选取UCC3895控制芯片进行移相控制，它可使开关管在导通或关断时实现软开关，极大地减小了开关损耗，提高了效率[8].移相全桥典型电路图如图4所示.图中，T1为高频变压器，G1—G4为主开关管，L1为谐振电感.设定开关管G1、G2为超前臂，G3、G4为滞后臂.3.1 高频变压器的设计首先根据功率容量AP乘积公式来进行估算，为了多留些余地，可减小主功率变压器的最大工作磁通密度Bm=1 000 Gs，可计算得:式中:PT为变压器功率；η为效率；fs为开关频率；σ、Km、Kc为常数.厚型EE70的磁芯有效截面积Ae=6.6 cm2，窗口面积AQ=5.85 cm2，因此厚型EE70的功率容量AP= 38.7，可见它的功率容量足够大[9].再来计算原边绕组的匝数值:原副边匝数比为:副边绕组匝数经计算有Ns=Np/n=2.5，实际取3匝，原边实际取60匝.3.2 主开关管的选用本设计开关频率较高，故主开关管选用MOSFET.已知输入直流母线电压最大为370 V，考虑一定余量，额定电压选为600 V.由式（1）可知，流过开关管的最大电流大约为 21 A.最终选用美国仙童公司的FCH47N60F，耐压值为600 V，耐流值47 A.3.3 谐振电感参数设计由已选MOSFET型号可知，集电极到发射极间的输出电容容量为Coes=530 pF，忽略变压器原边绕组电容Car，则由滞后桥臂实现零电压开通（ZVS）的条件为[10]:流过谐振电感的最大电流为:同时，为了防止在满载或大电流情况下占空比严重丢失，谐振电感量取10 μH，最大电流为15 A.3.4 芯片外围设计UCC3895内部振荡器的振荡频率是开关频率的两倍，因此，开关频率的设计取决于芯片内部振荡频率的选取[11].芯片内的振荡器由可调电流对CT充电，CT上的锯齿波峰值电压为2.35 V，由下式可计算振荡周期:式中:CT的取值范围为100～800 pF，实际取值800 pF；RT为振荡器定时电阻，取6 kΩ.则振荡器频率约200 kHz，PWM脉冲信号频率为100 kHz.对两个半桥电路提供各自的延迟，以适应不同谐振电容器的充电电流[12].每级的延迟时间可按下式来设置:式中:RDEL为延迟电阻.通过设置不同的延迟电阻阻值，利用电流传感器反馈的电流采样电压和延迟设置端的偏置电压，可以实现延迟时间的自适应调节.ADS脚可以改变延迟脚DELAB和DELCD上的输出电压，ADS脚的电压应该在0～2.5 V之间，并且它必须小于或者等于CS脚的电压.DELAB和DELCD也将被钳位在最小值0.5 V.3.5 移相全桥电路综合以上设计并结合UCC3895芯片手册，移相全桥电路的电路图如图5所示. 为了验证总体结构和控制方法的正确性，本文对样机的功率因数、全桥ZVS和效率进行了测试.4.1 功率因数和频谱图样机在额定电压和额定负载时，用杭州远方的PF9811数字功率计测得的波形如图6所示.图6（a）的波形表示了电压和电流的跟随情况.图6（b）和图6（c）是电压和电流频谱图，横坐标表示谐波次数，纵坐标表示各次谐波占基波的百分比.对于各次谐波值，应当以电流谐波值（百分数）为主、以电压谐波值为辅；特别是当电源的负载功率减轻时，其电流谐波百分比明显增大，主要表现在奇次谐波值的敏感性变大；而电压或电流的偶次谐波数值变化都很小，绝大多数偶次谐波电压值为零.由图6可知，电源稳定运行时，样机的功率因数高达0.97，谐波符合IEC要求，电能质量水平得到了明显改善.4.2 软开关（ZVS）波形软开关波形由Tektronix TDS2024B型示波器采集，超前臂G1和滞后臂G4的ZVS波形如图7所示.图7（a）和图7（b）中，通道1为开关管漏源两端的电压波形，纵坐标250 V/格，横坐标500 ns/格；通道2为驱动波形，纵坐标10 V/格，横坐标500 ns/格.由图7可知，通道1所示超前臂G1开关管的驱动脉冲信号是在开关管两端电压下降到零之后才开始发生变化，即G1开关管实现了零电压关断；同理，滞后臂开关管的PWM驱动脉冲开始上升时，G4开关管DS两端电压早已下降到零，实现了零电压开通.4.3 效率和调整率测试电压调整率表示当输入电压在规定范围内变化时，输出电压的变化率.电流调整率是衡量开关电源在负载电流发生变化时，输出电压保持恒定的一种能力.表1为额定输入电压下，负载条件变化时的效率测试结果，表2为系统线性调整率的测试结果.由表1可以看出，负载变化时，输出电压基本稳定，负载调整率小于1%，效率大于85%，符合设计要求.同时随着负载的增加，系统的效率有所降低，原因主要是当1/3负载后，系统已经完全实现软开关，不存在开关损耗的问题，所以效率的损失主要是由于开关管的导通损耗.故负载越重，电流越大，导通损耗越大，效率越低.从表2中可以看出，当输入母线电压变化时，输出电压几乎不变，线性调整率小于1%，满足设计要求.本文将功率因数校正技术和全桥移相技术结合在一起，设计了一款高频大功率开关电源，工作频率高达100 kHz，输出功率高达2 kW，效率大于85%.功率因数和谐波符合规范，全桥开关管实现了软开关，减小了开关损耗，提高了效率.然而对于电源的应用和推广来说，研制成本至关重要，所以为了实现成本和性能的最优化，有必要进一步优化主电路参数.【相关文献】[1]姚洪平，邢玉秀，郭洋.直流开关电源的软开关技术及发展研究[J].数字技术与应用，2014（2）:90-97．[2]许胜辉，魏岚婕.一种ZVZCS软开关电源的应用[J].电源技术，2013，37（4）:628-631.[3]党存禄，鄢家财，宋文超，等.石油钻SCR系统谐波抑制与无功补偿[J].电力电子技术，2010，44（10）:103-105.[4]林浩.浅析高频开关电源节能技术[J].通信电源技术，2013，30（4）:138-139.[5]石宏伟.基于DSP的3 kW高频开关电源的设计[J].电源技术，2012，36（9）:1394-1396.[6]沙占友，王彦朋，马洪涛.开关电源设计要点[J].电源技术应用，2012，15（12）:60-63.[7]王志隆.具有功率因数校正和软开关技术开关电源设计[D].西安:西安科技大学，2009.[8]石宏伟.3 kW高功率因数高频开关电源的设计[J].低压电器，2008（17）:41-44.[9]范晓敏.移相控制零开关谐振型PWM DC/DC全桥变换器的研究[M].西安:西安科技大学，2012.[10]侯聪玲，吴捷.3 kW移相全桥变换器ZVS的研究[J].电力电子技术，2014，48（5）:65-67.[11]赵文武.移相全桥DC/DC变换器的应用研究 [J].电子设计工程，2013，21（14）:118-120.[12]宋志勇.10 kW移相控制ZVS-PWM全桥变换器的设计[D].武汉:湖北工业大学，2014.。
开关电源设计毕业论文
开关电源设计毕业论文一、内容综述随着科技的飞速发展，开关电源设计已成为现代电子设备不可或缺的一环。
本文将带你走进开关电源设计的世界，一探其奥妙和实用之处。
在这里我们不仅仅是研究技术，更是在寻找实用性和性能之间的平衡。
我们所关心的不仅是理论数据，更是其在现实应用中的表现。
首先我们要了解开关电源设计的基本概念和原理，了解电源在电子设备中的角色和功能后，我们就会知道电源不仅仅是设备运行的能源供应者，更是整个设备稳定性的关键。
开关电源设计就是在这个基础上，通过技术和创新来提升电源的性能和效率。
1. 开关电源的背景和意义开关电源在我们的日常生活中可以说是无处不在，从家庭电器的使用到工业设备的运行，再到数据中心的高效运作，开关电源都是不可或缺的重要角色。
为什么我们会对开关电源的研究这么重视呢？这里面可是有深意的，听我慢慢道来。
2. 开关电源设计的研究现状和发展趋势开关电源设计在现代电子领域可是风头正劲的话题，大家都知道，开关电源是我们生活中电子产品的心脏，它不断地为我们身边的电子设备输送“能量”。
那么现在开关电源设计的研究现状是怎样的呢？随着科技的飞速发展，开关电源设计技术也在不断进步。
虽然传统的开关电源设计已经能满足一些基本需求，但随着人们对电子设备性能要求的提高，新的技术和方法也在不断涌现。
例如智能化、小型化、高效化已成为当下开关电源设计的重要方向。
3. 论文研究的目的、内容和方法首先写这篇论文的目的，就是想通过研究和设计开关电源，解决现实中遇到的一些问题，比如电源效率不高、稳定性不好等等。
毕竟开关电源在我们的日常生活中应用广泛，涉及到很多领域，比如计算机、通信、家电等等。
所以研究开关电源设计，不仅具有理论价值，还有很大的实际意义。
那么我们研究的内容是什么呢？简单来说就是分析开关电源的工作原理，研究其设计过程，然后设计出一个既实用又高效的开关电源。
在这个过程中，我们还要研究不同材料的选用、电路设计、散热方案等等。
一种新型电流型移相全桥软开关变换器的设计
一种新型电流型移相全桥软开关变换器的设计
0 引言
开关电源的发展趋势是高频、高功率密度、高效率、模块化以及低的电磁干扰(EMI)等，但传统的硬开关变换器不仅存在严重的电磁干扰(EMI)，而且功率管的开关损耗限制了开关频率的提高，软开关应运而生。
目前实现软开关主要有两种方法：一为零电压(ZVS)开关，另一种为零电流(ZCS)开关。
全桥DC／DC 变换器广泛应用于中大功率的场合。
根据其输入端为电容或者是电感，全桥变换器可分为电流型和电压型两种。
过去的数十年问，电压型全桥变换器的软开关技术得到深入研究。
而电流型却没有得到足够的重视。
事实上，电流型变换器具有很多的优点。
最显著的优点之一是在多路输出的应用场合中，它相当于将滤波电感放置于变压器的原边，因而整个电路仅需要这一个电感。
本文提出了一个采用移相控制的新型电流型全桥变换器，引入辅助电路来帮助两个上管实现零电压工作，利用变换器的寄生参数(变压器的漏感)来实现两个下管零电流工作。
分析了它的工作原理以及实现软开关的条件，并最终在Pspice 仿真中验证了理论的正确性。
1 工作原理
图l 所示为本人所提出的电流型移相控制PWM DC／DC 全桥变换器。
Lin 为输入电感，Llk 为变压器的漏感，CS1、CS2 是和两个上管VT1、VT2 并联的电容，VTa1、VTa2 是辅助开关，Lrl、Lr2 是谐振电感。
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全桥移相开关电源设计毕业论文目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第一章引言 (4)1.1开关电源简介 (4)1.2开关电源的发展动向 (4)1.3本设计的主要容 (5)第二章相关电力电子器件介绍 (6)2.1二极管 (6)2.2双极型晶体管 (7)2.3光电三极管 (8)2.4场效应管 (8)第三章 UC3875原理和应用 (10)3.1 UC3875简介 (10)3.1.1 uc3875各个管脚简要说明 (10)3.1.2 uc3875的特点 (12)3.2UC3875的应用 (12)第四章 PWM控制技术 (14)4.1PWM控制 (14)4.1.1 PWM控制的基本原理 (14)4.1.2 PWM控制具体过程 (15)4.1.3 PWM控制的优点 (15)4.1.4 几种PWM控制方法 (16)4.2PWM逆变电路及其控制方法 (18)4.2.1 计算法和调制法 (18)4.2.2 异步调制和同步调制 (21)第五章电力变换电路介绍 (23)5.1整流电路 (23)5.1.1 桥式不可控整流电路 (23)5.1.2 单相桥式全控整流电路 (24)5.2逆变电路 (25)5.2.1逆变电路的基本工作原理 (26)5.2.2电压型逆变电路 (26)第六章 ZVS-PWM全桥移相开关电源设计 (28)6.1电路图设计 (28)6.2电路图原理 (28)总结 (32)致谢 (33)参考文献 (34)第一章引言1.1开关电源简介开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。
开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。
线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。
随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。
开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。
SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。
开关电源的三个条件1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。
开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。
以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。
1.2开关电源的发展动向开关电源在发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。
由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。
SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。
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。
对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。
模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N＋1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。
针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。
电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。
要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。
1.3本设计的主要容利用相移脉宽调制零电压谐振技术和相移脉宽调制谐振控制器UC3875的性能及在其在功率变换中的应用。
采用UC3875 设计全桥零电压软开关功率变换电路,控制电路简单,性能稳定可靠,效率达90%。
本文第二、三、四章介绍了相关电力电子期间，整流、逆变电路基础知识，UC3875的特性以及PWM控制技术。
第五章系统的阐述了本设计的全部容，重点介绍了ZVS逆变电路的各个状态的工作模式，系统的分析了UC3875控制电路设计原理，并对电压检测反馈电路和过电流保护进行了设计和分析，使电路的稳定性和安全性进一步提高。
第二章相关电力电子器件介绍在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路被称为主电路。
电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。
同我们在学习电子技术基础时广泛接触的处理信息的电子器件一样，广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。
但是，自20世纪50年代以来，除了在频率很高（如微波）的大功率高频电源中还在使用真空管外，基于半导体材料的电力电子器件已逐步取代了以前的汞弧整流器、闸流管等电真空器件，成为电能变换和控制领域的绝对主力。
因此，电力电子器件目前也往往专指电力半导体器件。
与普通半导体器件一样，目前电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。
2.1 二极管将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管，简称二极管。
由P区引出的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极。
与PN结一样，二极管具有单向导电性。
但是，由于二极管存在半导体体电阻和引线电阻，所以当外加正向电压时，在电流相同的情况下，二极管的端电压大于PN结上的压降；或者说，在外加正向电压相同的情况下，二极管的正向电流要小于PN结的电流；在大电流情况下，这种情况更为明显。
另外，由于二极管表面漏电流的存在，使外加反向电压时的电流增大。
实测二极管的伏安特性时发现，只有在正向电压足够大时，正向电流才从零隋端电压按指数规律增大。
使二极管开始导通的临界电压称为开启电压U ON。
当二极管所加反向电压的数值足够大时，反向电流为Is。
反向电压太大将使二极管击穿，不同型号二极管的击穿电压差别很大，从几十伏到几千伏。
稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。
稳压管在反向击穿时，在一定的电流围（或者说在一定的功率损耗围），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。
稳压管有着与普通二极管相似的伏安特性，其正向特性为指数曲线。
当稳压管外加反向电压的数值大到一定程度时则击穿，击穿区的曲线很陡，几乎平行于纵轴，表现出很好的稳压特性。
只要控制流不超过一定值，管子就不会因为过热而损坏。
稳压管的符号如图2.1所示。
图2.1 二极管符号2.2双极型晶体管双极型晶体管（BJT）又称晶体三极管、半导体三极管等，后面简称晶体管。
晶体管分为小功率管，中功率管，大功率管。
根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成晶体管。
采用平面工艺制成的NPN型材料晶体管为于中间的P区称为基区，它很薄且杂质浓度很低；位于上层的N区是发射区，掺杂浓度很高；位于下层的N去是集电区，因而集电结面积很大；晶体管的外特性与三个区域的上述特点紧密相关。
它们所引出的三个电极分别为基极b、发射极e和集电极c。
图2.2(a)所示为NPN型管和PNP型管的符号。
图 2.2(a) 晶体管符号放大是对模拟信号最基本的处理。
在生产实际和科学实验中，从传感器获得的信号都很微弱，只有经过放大后才能作进一步的处理，或者使之具有足够的能量来推动执行机构。
晶体管是放大电路的核心原件，它能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化不失真地放大输出，放大的对象是变化量。
图2.2（b）所示为基本的放大电路，△Ui为输入电压信号，它接入基极-发射极回路，称为输入回路；放大后的信号在集电极-发射极回路，称为输出回路。
由于发射极是两个回路的公共端，故称该电路为共射放大电路。
因为晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置且集电结反向偏置，所以在输入回路应加基极电源V BB；在输出回路应加集电极电源V CC。
V BB和V CC的极性应如图2.2(b)所示，且V CC大于V BB。
晶体管的放大作用表现为小的基极电流可以控制大的集电极电流。
图2.2（b）基本共射放大电路2.3光电三极管光电三极管依据光照的强度来控制集电极电流的大小,其功能可等效为一只光电二极管与一只晶体管相连,并仅引出集电极与发射极。
如图2.3(a)所示,其符号如图(b)所示,常见外形如图(c)所示.图2.3（a）等效电路图 (b) 符号 (c)实物图光电三极管与普通三极管的输出特性曲线想类似，只是将参变量基极电流I B用入射光照度E取代，如图2.3（d）所示。
无光照时的集电流称为暗电流I CEO，他比光电二极管的暗电流约大两倍；而且受温度的影响很大，温度每上升25℃。
I CEO上升约10背。
有光照时的集电极电流称为光电流。
当管压降U CE足够大时,i c几乎仅仅决定于入射光照度E。
对于不同型号的光电三极管，当入射光照度E为1000lx时，光电流从小于1000mA到几毫安不等。
使用光电三极管时，也应特别注意其反向击穿电压、最高工作电压、最大集电极功耗等极限参数。
图2.3（d）光电三极管的输出特性曲线图2.4场效应管场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。
由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。
场效应管不但具备双极型晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点，而且输入回路的阻高达107-1012Ω，噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，且比后者耗电省，这些优点使之从60年代诞生起就广泛地应用于各种电力电路之中。
如果在制造MOS管时，在SiQ2绝缘层中掺人大量正离子，那么即使U GS=0，在正离子作用下P型衬底表层也存在反型层，即漏一源之间存在导电沟道，只要在漏一源间加正向电压，就会产生漏极电流，如图2.4(a)所示。