基于軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、 本 科 畢 業(yè) 論 文 基于軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)The Design of Switching Power Supply Based On Soft-switching Technology 學(xué)院名稱(chēng)： 電子信息與電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化（專(zhuān)升本）2013級(jí)1班 學(xué)生姓名： 李孟楠 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師姓名： 盧春華 指導(dǎo)教師職稱(chēng)： 講師 2015 年5 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究

2、成果，也不包含我為獲得安陽(yáng)工學(xué)院及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解安陽(yáng)工學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名： 日 期： 目錄摘要IAbstractII第一章 緒論11.1概

3、述11.2開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向1第二章 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的理論分析32.1 開(kāi)關(guān)電源的基本原理32.2開(kāi)關(guān)電源的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)42.2.1軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的概念42.2.2 如何實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)6第三章 全橋變換器及工作原理73.1傳統(tǒng)的PWM全橋變換器73.2 PWM DC-DC全橋變換器的控制8第四章 軟件設(shè)計(jì)104.1 總體編程思想104.2主程序流程圖104.3 A/D轉(zhuǎn)換流程圖114.4 PI算法子程序114.5 PWM波控制子程序13第五章 PS-ZVS-PWM軟開(kāi)關(guān)的仿真與分析145.1 PS-ZVS-PWM軟開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)與仿真145.2 仿真圖中各模塊介紹155.3 仿真運(yùn)行結(jié)果及其波形圖18結(jié)論2

4、5致謝26參考文獻(xiàn)27基于軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)摘要：現(xiàn)代電子器件開(kāi)始向于開(kāi)發(fā)更輕便，高效率上發(fā)展。造成嚴(yán)重的噪聲污染和開(kāi)關(guān)損耗是由高開(kāi)關(guān)頻率造成的。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)，柵極打開(kāi)和關(guān)閉是硬切換技術(shù)，在這個(gè)過(guò)程中，關(guān)閉電壓或電流是非常大的，這樣會(huì)引起開(kāi)關(guān)的損耗。軟開(kāi)關(guān)PWM技術(shù)。在PWM技術(shù)和諧振轉(zhuǎn)換器上，根據(jù)它們的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以對(duì)功率管的零電壓實(shí)現(xiàn)，而且還對(duì)功率管實(shí)現(xiàn)了恒頻控制,這是對(duì)軟開(kāi)技術(shù)的上發(fā)展。針對(duì)PWM逆變器而言，它與平常的硬開(kāi)關(guān)對(duì)比，在全橋變換器的工作過(guò)程中，分析了移相控制PS-ZVS-PWM，并且對(duì)論移相控制PS-ZVS-PWM轉(zhuǎn)換器，零電壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)，損耗和次級(jí)側(cè)整流二極管的換向的占

5、空比進(jìn)行了分析，指出基本的對(duì)移相控制缺陷PS-ZVS-PWM軟開(kāi)關(guān)工作原理。在所知知識(shí)中全橋變換器滯后橋臂很難實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)，它有一個(gè)次級(jí)占空比損耗是小的，對(duì)待體積小的輔助電路的電感，以及輔助電路的簡(jiǎn)單化，電容和二極管的電流和電壓，都是對(duì)研究開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的了解。對(duì)于研究軟開(kāi)關(guān)PWM技術(shù)集諧振變換器與PWM控制，我們將把它們的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，在設(shè)計(jì)過(guò)程中一方面可以實(shí)現(xiàn)功率管的一定頻率控制，另一方面也能實(shí)現(xiàn)功率管的零電壓開(kāi)關(guān)。這是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展的一種方向。本文設(shè)計(jì)的題目一種可行的PS-ZVS-PWM軟開(kāi)關(guān)，并使用PSIM進(jìn)行仿真。以及對(duì)零電壓?jiǎn)?dòng)的PWM軟開(kāi)關(guān)電路系統(tǒng)的參數(shù)輸出和輸入特性進(jìn)行了

6、明確的分析測(cè)定。關(guān)鍵詞: 開(kāi)關(guān)電源；移相控制；軟開(kāi)關(guān)；零電壓；占空比 The Design of Switching Power Supply Based On Soft-switching TechnologyAbstract: Modern electronic devices began to to develop lighter, high efficiency development. Cause serious noise pollution and switching losses are caused by the high switching frequency. By co

7、ntrolling the switch, the gate opens and closes hard switching technology, in the process, turn off the voltage or current is very large, this will lead to loss of the switch. Soft Switching PWM technology. On PWM technology and resonant converters, according to their merit, not only to achieve zero

8、-voltage power tube, but also on the power transistor to achieve a constant frequency control, which is soft on the development of open technologies. For PWM inverter, for its contrast with the usual hard switch, during operation of the full-bridge converter, the analysis of the phase shift control

9、PS-ZVS-PWM, and on the phase shift control of the PS-ZVS-PWM converter commutation of the duty cycle of the zero-voltage switching, loss and secondary-side rectifier diodes were analyzed to point out the basic shift control defect PS-ZVS-PWM soft switch works. In the full-bridge inverter known knowl

10、edge lagging leg is difficult to achieve zero-voltage switching design, it has a secondary duty cycle loss is small, treat small auxiliary circuit inductance, and simplify auxiliary circuit, a capacitor and diode current and voltage, are learning more about the switch design. For the study of soft-s

11、witching technology sets PWM resonant converter and PWM control, we will combine the advantages thereof, on the one hand in the design process can achieve a frequency control power tube, on the other hand can achieve zero-voltage switching power transistor . This is a direction of modern power elect

12、ronics technology development. In this paper, the subject of design a viable PS-ZVS-PWM soft switching, and use PSIM simulation. As well as output and input parameters characteristic zero voltage start of PWM soft switching circuit system are clear analysis.Keywords: switching power supply; phase sh

13、ift control; soft switching; Zero Voltage; duty cycle.第一章 緒論1.1概述在電子技術(shù)的快速發(fā)展中，我們對(duì)電子系統(tǒng)的使用越來(lái)越多。電子設(shè)備也越來(lái)越多多樣化，并且走向電子裝置的小型化，電力的成本降低到輕，薄，小和高效率的方向。目前來(lái)看，對(duì)一些公用電網(wǎng)，一些電能量轉(zhuǎn)換和控制言,和種類(lèi)繁多的電負(fù)載,提供品質(zhì)好的供電設(shè)備都是對(duì)功率而。功率是所有電力電子器件的心臟。它的性能直接相關(guān)的安全性和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。對(duì)硬開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)查，硬開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)損耗大。開(kāi)通時(shí)和關(guān)閉時(shí)，電路中的開(kāi)關(guān)器件電流升高，電壓降低一起進(jìn)行，電流和電壓在區(qū)域會(huì)產(chǎn)生交疊，在這個(gè)期間會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)

14、的損耗，損耗值會(huì)隨著開(kāi)關(guān)頻率的增高而對(duì)開(kāi)關(guān)的損耗的增加。在軟開(kāi)關(guān)技術(shù)方面，不會(huì)存在像硬開(kāi)關(guān)一樣，會(huì)產(chǎn)生較大的開(kāi)關(guān)電源損耗。在軟開(kāi)關(guān)的研究方面，理想的狀態(tài)下會(huì)讓軟開(kāi)關(guān)在關(guān)斷的時(shí)候，讓電路中的電流到零，電路中的電壓慢慢的上升到斷態(tài)值，這樣的狀態(tài)可以看似是電路關(guān)斷的損耗為零。在電路中，在關(guān)斷前，電流到零，解決了此類(lèi)問(wèn)題。在電路接通電源的時(shí)候，二極管的工作原理是正向?qū)?，反向不?dǎo)通，如此二極管的恢復(fù)過(guò)程已經(jīng)結(jié)束在反的時(shí)候，由此看來(lái)二極管方向恢復(fù)的情況不會(huì)存在。因此利用到PWM（脈沖寬度調(diào)節(jié)），在線(xiàn)性電源中，讓功率晶體管工作在線(xiàn)性模式，PWM開(kāi)關(guān)電源是在導(dǎo)通時(shí)候，在電路中電壓低的時(shí)候，電路中的電流是比較

15、大的；在電路中關(guān)斷的時(shí)候，電路中的電壓是比較高的，電流小。1.2開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向?qū)τ谲涢_(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向，對(duì)于技術(shù)與趨勢(shì)追求，本次設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源可以下四個(gè)方面概括。第一：高頻開(kāi)關(guān)電源的小，薄，輕量-主要由能量存儲(chǔ)元件的重量(磁性元件和電容)來(lái)確定。因此小型化的開(kāi)關(guān)電源的實(shí)質(zhì)上降低盡可能其中小能量存儲(chǔ)元件的體積，在一定范圍內(nèi)，較高的開(kāi)關(guān)頻率,不僅有效地降低了電容，對(duì)于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到了提高。第二：高可靠性-在經(jīng)常工作的電源使用，從而提高了可靠性功率開(kāi)關(guān)元件。生活源于生活，電解電容，光耦和排風(fēng)扇等設(shè)備與生活決定的權(quán)力的視角。因此，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)的考慮，在電路中應(yīng)對(duì)組件的需求量過(guò)小，這樣可以提升集

16、成度。如此設(shè)計(jì)可以對(duì)電路中的繁復(fù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚约皩?duì)可靠性不良的問(wèn)題,進(jìn)行了解決，保護(hù)的功能也得到了提高，簡(jiǎn)化了電路。第三：低噪音-開(kāi)關(guān)電源是喧鬧的。單純地追求高頻率的噪音也將上漲。無(wú)論是在原則,對(duì)噪音的降低上，這都是對(duì)諧振變換器電路技術(shù)上研究的一小部分，以提高頻率。在這樣的情況下，噪音的降低對(duì)電路器件的影響是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展的一種方向。第二章 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的理論分析2.1 開(kāi)關(guān)電源的基本原理 如今，人們稱(chēng)為AC / DC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器(整流器)功率開(kāi)關(guān)電源。它也必須有三個(gè)條件：第一是開(kāi)關(guān)，就是對(duì)電路電力電子器件，必須工作在斷開(kāi)的狀態(tài)，不是直線(xiàn)狀態(tài)；第二是高頻，電路中的電子器件一定是工作在高的頻率

17、的狀態(tài)下，而不是接近的電源頻率是低頻；第三是對(duì)DC直流功率輸出不交換。如圖2.1所示是開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器的基本原理。圖2.1 開(kāi)關(guān)電源基本穩(wěn)壓原理圖從圖中的分析示出了用于開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)K被重復(fù)以一定的時(shí)間間隔打開(kāi)和關(guān)閉，電路中開(kāi)關(guān)K關(guān)閉，電源E通過(guò)輸入端開(kāi)關(guān)，電路中輸出濾波器被連接到負(fù)荷上，在整個(gè)過(guò)程中，開(kāi)關(guān)接通，電源提供能量E給負(fù)載；當(dāng)K需要導(dǎo)通，對(duì)于開(kāi)關(guān)的電源的輸入端，能量被中斷供應(yīng)。以?xún)?chǔ)存能量在接通開(kāi)關(guān)K，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)過(guò)程中提供的處理能量到負(fù)載。如上面的電路圖中,開(kāi)關(guān)電源中L代表電感，C代表電容，D代表二極管，它是由二極管來(lái)產(chǎn)生的效果。電路中電感L用于存儲(chǔ)能量。當(dāng)電路中開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)候，電感器L中所

18、儲(chǔ)存的能量，二極管D通向負(fù)載釋放的時(shí)候，在電路中，連續(xù)和穩(wěn)定的能源被負(fù)荷得到。2.2開(kāi)關(guān)電源的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)2.2.1軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的概念半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，根據(jù)功率轉(zhuǎn)換和處理的權(quán)力結(jié)構(gòu)構(gòu)造一定的規(guī)則控制開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)電源的工作原理與傳統(tǒng)線(xiàn)性電源，針對(duì)開(kāi)關(guān)元件的占空比，它是利用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，在周期性關(guān)閉期間，對(duì)輸出的電壓細(xì)心調(diào)節(jié)。它直接與電網(wǎng)頻率電壓被整流和濾波由直流電壓，然后再進(jìn)行處理由主變換輸出整流濾波電路，對(duì)輸出電壓的反饋進(jìn)行采樣，以及對(duì)控制電路的采樣信號(hào)比較放大處理，為了輸出對(duì)PWM脈沖的占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般的開(kāi)關(guān)電源的接通和關(guān)斷，電壓和電流功率管端部不是零，這樣一來(lái)就存在很大的

19、開(kāi)關(guān)損耗，電路中功率效率變的不高，當(dāng)電路中，開(kāi)關(guān)頻率提升，開(kāi)關(guān)的損耗也對(duì)應(yīng)上升。此類(lèi)開(kāi)關(guān)被稱(chēng)為“硬切換”。在發(fā)展過(guò)程中的功率開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，研究硬開(kāi)關(guān)PWM變換器設(shè)備最早的理論基本上都是成熟的，它是軟開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)。由于技術(shù)相對(duì)成熟，控制簡(jiǎn)單，動(dòng)力結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。在一般情況下，所謂的PWM技術(shù)是指保持在開(kāi)關(guān)變換器的開(kāi)關(guān)頻率在一定的，在開(kāi)關(guān)的時(shí)間有變化，是脈沖的長(zhǎng)度也跟著改變，在電路中負(fù)荷變動(dòng)，輸出電壓的負(fù)載基本沒(méi)什么改變。在20世紀(jì)50年代生產(chǎn)的硬開(kāi)關(guān)技術(shù)脈沖寬度調(diào)制，經(jīng)過(guò)60年的成長(zhǎng)，1970年到1980年代的日期，開(kāi)關(guān)的發(fā)展已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，對(duì)于電子開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，它是屬于硬切換，在電路中

20、，器件的電壓，器件的電流不為零時(shí)，對(duì)開(kāi)關(guān)的強(qiáng)制施行，在切換電路中呈現(xiàn)很大損失狀態(tài)。這使得開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)技術(shù)需要一定的限制，主要是以下：（1） 關(guān)閉和斷開(kāi)損耗大：當(dāng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)的時(shí)候，電流上升，同時(shí)對(duì)電壓開(kāi)關(guān)設(shè)備下降，電路關(guān)閉的時(shí)候，電路電壓升高，在這個(gè)時(shí)候電路電流下降。電路中的電壓和電流產(chǎn)生的波形碰撞，會(huì)造成的電路設(shè)備的導(dǎo)通損耗，而且會(huì)隨著碰撞的頻率，加快開(kāi)關(guān)的損耗。（2） 電感關(guān)機(jī)問(wèn)題：不可避免電感元件，如變壓器，電線(xiàn)和其它寄生電感的電感的電感或?qū)嶓w，在高頻的漏電感，該開(kāi)關(guān)裝置被關(guān)斷電路的存在，電流通過(guò)時(shí)電感元件相比大的，電路中高的電壓尖峰誘導(dǎo)上升開(kāi)關(guān)元件的兩端，擊穿電壓是很容易造成的。（3）電容開(kāi)放

21、的問(wèn)題：當(dāng)開(kāi)關(guān)裝置被打開(kāi)以非常高的電壓時(shí)，存儲(chǔ)在開(kāi)關(guān)裝置的結(jié)電容的能量將完全消散在開(kāi)關(guān)裝置，該開(kāi)關(guān)裝置的過(guò)熱造成的損壞。（4）針對(duì)二極管反向的復(fù)蘇：在電路中從導(dǎo)通到反向復(fù)蘇過(guò)程中，在此過(guò)程中，二極管還在導(dǎo)通的狀態(tài)。如果用開(kāi)關(guān)的直接開(kāi)口系列，期間的直流電源是會(huì)形成瞬間的短路，對(duì)當(dāng)前的影響很大，從開(kāi)關(guān)和二極管的損失大幅上升，而造成損壞。在電子技術(shù)的飛速進(jìn)展的過(guò)程中，針對(duì)開(kāi)關(guān)電源，需要開(kāi)關(guān)頻率的高頻化和開(kāi)關(guān)損耗的低能化。因此市場(chǎng)會(huì)有大量的需求，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由此看見(jiàn)，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是相對(duì)應(yīng)硬開(kāi)關(guān)而言的。期間中的電壓和電流的急劇變化，造成更大的開(kāi)關(guān)損耗，噪聲在開(kāi)關(guān)的控制電路硬開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)損耗上升與開(kāi)關(guān)

22、頻率，讓電路效率降低價(jià)格，在電路中，開(kāi)關(guān)噪聲將電磁干擾，是外圍電子設(shè)備受到影響。對(duì)于軟硬開(kāi)關(guān)而言，向上小型電感器，電容器等諧振器上，構(gòu)成一個(gè)輔助換流網(wǎng)絡(luò)，諧振過(guò)程的切換處理，在開(kāi)關(guān)的兩端之前引進(jìn)之后被接通時(shí)，兩端的電壓為零，或者當(dāng)流電流通過(guò)開(kāi)關(guān)的時(shí)候，關(guān)斷為零。切換條件已經(jīng)過(guò)改善，提高了電路的設(shè)計(jì)效率。在理想的測(cè)試下，當(dāng)電路的電壓下降到零的時(shí)候，然后上升到設(shè)定的當(dāng)前狀態(tài)，所以沒(méi)有損失。軟斷路開(kāi)關(guān)稱(chēng)為零電壓開(kāi)關(guān)。理想軟關(guān)斷的過(guò)程是：電流下降的電路到零，電壓上升到設(shè)定值時(shí)，這種軟開(kāi)關(guān)叫做零電流開(kāi)關(guān)。2.2.2 如何實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)1.實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的一般性條件 當(dāng)零電壓的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，所實(shí)現(xiàn)的條件，電路中應(yīng)

23、有充足的電量，對(duì)電路中開(kāi)關(guān)管的電荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，把這部的電量對(duì)馬上關(guān)閉的開(kāi)關(guān)管電容補(bǔ)充電能。在變壓器的繞組上存在的電容，需要對(duì)電容進(jìn)行處理。即滿(mǎn)足如下公式：E(Ci+CRT/2) VinVin (此處Ci的下標(biāo)i為死區(qū)時(shí)間)2.超前橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān) 對(duì)于零電壓開(kāi)關(guān)超前的實(shí)現(xiàn)，在電路中超前橋臂開(kāi)關(guān)過(guò)程中的濾波電感是與諧振電感串聯(lián)，就是理解為濾波電感和諧振電感進(jìn)行串聯(lián)。對(duì)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)運(yùn)用零電壓開(kāi)通，對(duì)零電壓關(guān)斷的能量，都是對(duì)兩個(gè)電感的濾波電感和諧振電感。3.滯后橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān) 開(kāi)關(guān)通過(guò)零電壓滯后橋臂的難度很大。當(dāng)零電壓開(kāi)關(guān)的滯后橋臂中的時(shí)候，變壓器的副邊會(huì)產(chǎn)生短路的情況，對(duì)于零電壓開(kāi)關(guān)的打開(kāi)和關(guān)斷是

24、由諧振電感產(chǎn)生的，在電路中，一個(gè)電感所供應(yīng)的能量達(dá)不到所需要球，就不會(huì)對(duì)零電壓的開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。故而滯后橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的難度很大。第三章 全橋變換器及工作原理3.1傳統(tǒng)的PWM全橋變換器脈寬調(diào)制（PWM）基本原理：控制方式就是對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。開(kāi)關(guān)管全橋是這一軟開(kāi)關(guān)的主要工作部分，由四個(gè)IGBT管組成的全橋，兩個(gè)串聯(lián)的組

25、成一個(gè)橋臂，同時(shí)每一個(gè)開(kāi)關(guān)管并聯(lián)一個(gè)結(jié)電容，電壓輸入端的為超前橋臂，而另一個(gè)為滯后橋臂。變壓器部分則含有一個(gè)作諧振和變壓器漏感的電感，還有一個(gè)普通的變壓器。這一部分的主要作用是進(jìn)行變壓，同時(shí)電感為滯后臂零電壓開(kāi)關(guān)提供能量。輸出保護(hù)部分由整流二極管、濾波電感和濾波電容還有負(fù)載組成，整流二極管起一個(gè)保護(hù)作用，同時(shí)將交流變直流，而濾波部分的電感電容使電流電壓穩(wěn)定更易測(cè)量，方便試驗(yàn)和檢驗(yàn)。所述開(kāi)關(guān)電源的PWM脈沖寬度調(diào)制裝置的操作中，開(kāi)關(guān)頻率是一定的，在全橋變換器中，不僅通過(guò)對(duì)輸出電壓的調(diào)整，還要對(duì)輸出電流的進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)改變脈沖寬度的接通時(shí)間的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通斷開(kāi)關(guān)和控制開(kāi)關(guān)的電流和電壓的獨(dú)立上游端

26、施加關(guān)閉。PWM電路交換技術(shù)，操作簡(jiǎn)單，在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中得到很多的應(yīng)用，在小功率中使用的比較多。變壓器：變壓器在開(kāi)關(guān)電源中的主要作用：首先是電氣隔離，其次通過(guò)匝數(shù)比改變次級(jí)的電壓和電流，且一種電壓還可通過(guò)多繞組得出多種電壓，還可通過(guò)磁耦合傳遞能量、進(jìn)行電壓電流的采樣等。變壓器是變換交流電壓、交變電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線(xiàn)圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線(xiàn)圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器的組成：主要由鐵芯和線(xiàn)圈組成，線(xiàn)圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線(xiàn)圈，其余的繞組叫次級(jí)線(xiàn)圈。變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的，鐵芯主要起導(dǎo)磁作用，只有導(dǎo)磁后，才能進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換。電感：能產(chǎn)

27、生電感作用的元件統(tǒng)稱(chēng)為電感元件，常常直接簡(jiǎn)稱(chēng)為電感。它是利用電磁感應(yīng)的原理進(jìn)行工作的。電感作用：阻交流通直流，阻高頻通低頻（濾波），也就是說(shuō)高頻信號(hào)通過(guò)電感線(xiàn)圈時(shí)會(huì)遇到很大的阻力，很難通過(guò)，而對(duì)低頻信號(hào)通過(guò)它時(shí)所呈現(xiàn)的阻力則比較小，即低頻信號(hào)可以較容易的通過(guò)它。電感線(xiàn)圈對(duì)直流電的電阻幾乎為零。還能儲(chǔ)存能量、濾波，并且能與電容諧振完成任務(wù)；擁有保護(hù)電路中電子元件的作用，能抑制高峰的電壓與電流。(a)結(jié)構(gòu)圖 （b）主要波形圖3.1 傳統(tǒng)PWM全橋變換器結(jié)構(gòu)及主要波形在上圖中：全橋變換器DC-DC是由全橋逆變器濾波和輸出整流電路組成。在本次電路中電壓V在輸入端的直流電壓為Vin，在本次電路圖中存在有

28、兩對(duì)橋臂，它們分別是有Q1與Q3組，另一對(duì)是Q2與Q4。其中有一對(duì)輸出整流二極管，輸出整流二極管是有DR1和DR2組成，輸出濾波的電容是電路圖中的Cf，輸出濾波電感是電路圖中的Lik,，電路圖中的負(fù)載是RL。考慮所有元器件為理想情況，通過(guò)控制四只開(kāi)關(guān)管，根據(jù)分析，可以在電路圖中的在A、B兩點(diǎn)測(cè)得一個(gè)幅值為Vin的交流方波電壓，并經(jīng)過(guò)由D5和D2構(gòu)成的進(jìn)行全波整流，要想讓交流變換成本次設(shè)計(jì)中所需的直流電壓，必須通過(guò)在高頻變壓器中進(jìn)行隔離和變壓。首先Q1、Q4導(dǎo)通，變換器傳輸功率。變壓器次級(jí)側(cè)D5導(dǎo)通。關(guān)斷Q1， 電容C1，C2與Llk產(chǎn)生諧振，Q1零電壓關(guān)斷。此時(shí)，諧振電感Llk與濾波電感Lf串

29、聯(lián)。因其能量大，故可認(rèn)為初級(jí)電流近似于一個(gè)恒流源。電容C1的電壓Uc1從零開(kāi)始線(xiàn)性上升，電容C2的電壓Uc2從Vin開(kāi)始線(xiàn)性下降。C1充電到Vin時(shí)，C2放電結(jié)束，隨后電感電壓反向，D2導(dǎo)通續(xù)流，此后開(kāi)通Q2可實(shí)現(xiàn)Q2的零電壓開(kāi)通。由于變壓器初級(jí)電壓反向，在Lf和變壓器次級(jí)電壓的作用下D5、D6同時(shí)導(dǎo)通。關(guān)斷Q4，在C4作用下，Q4實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。為了減小占空比丟失，Llk不宜太大，因此Q3，Q4的死區(qū)時(shí)間不能取得太大。C4兩端電壓UC4開(kāi)始上升，直到上升為Vin， 此后開(kāi)通Q3，則Q3實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通。Q3導(dǎo)通后，Llk中電流迅速減小到零并反向增長(zhǎng)，由于ILik未達(dá)到向次級(jí)傳輸功率的臨界值，變

30、壓器次級(jí)仍被箝位， 但D5中電流開(kāi)始減小，D6中電流開(kāi)始增大。此后ILik開(kāi)始向次級(jí)傳輸功率，D5完全截止，D6導(dǎo)通。為Q2關(guān)斷做準(zhǔn)備。隨后關(guān)斷Q2，開(kāi)始另半周期導(dǎo)通關(guān)斷過(guò)程，其分析過(guò)程同上。3.2 PWM DC-DC全橋變換器的控制圖3.2移相控制方式控制全橋PWM DC-DC轉(zhuǎn)換器具有移相控制方式相移控制，全橋轉(zhuǎn)換器是利用軟開(kāi)關(guān)的全橋變換器的控制模式，本次設(shè)計(jì)的電路是不僅有PWM技術(shù)的應(yīng)用，還有對(duì)諧振變換技術(shù)的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，本人將這兩種技術(shù)進(jìn)行合理的應(yīng)用，相互利用，相互相結(jié)合。所謂的相位角就是對(duì)通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓的相位角來(lái)調(diào)節(jié)脈沖寬度的大小，而且要對(duì)輸出的電壓進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的改變。如圖所示

31、3.2每個(gè)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)開(kāi)關(guān)管。能量存儲(chǔ)在輸出電容器的平行的端部的電源開(kāi)關(guān)的漏感進(jìn)行充電和放電的電壓在整個(gè)開(kāi)關(guān)下降到零，使得四個(gè)開(kāi)關(guān)電路依次導(dǎo)通，在零電壓時(shí)，在下部緩沖電容器零電流關(guān)斷，不僅僅能夠合理化的減少了開(kāi)關(guān)損耗所產(chǎn)生的不良因素，而且還能讓開(kāi)關(guān)電路中許多噪聲逐漸減少，對(duì)器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中所產(chǎn)生的電磁干擾也越來(lái)越少，這樣不僅僅對(duì)逆變器裝置開(kāi)關(guān)的頻率的提升，而且還對(duì)工作效率的逐步提高，對(duì)尺寸和重量進(jìn)行降低，實(shí)現(xiàn)功率最大化。同時(shí)保持全橋電路的簡(jiǎn)單的一般結(jié)構(gòu)，低電壓和電流應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)組件。對(duì)軟開(kāi)關(guān)的全橋PWM DC-DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)，則必須引入的領(lǐng)先和落后橋臂腿，臂角度定義斜坡在由所述前腿的開(kāi)關(guān)的第一

32、開(kāi)口兩個(gè)開(kāi)關(guān)的概念中，開(kāi)口的腿后的開(kāi)關(guān)管為滯后橋臂。第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 總體編程思想控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路：系統(tǒng)采集電壓電流采樣值，與給定值比較，根據(jù)采樣電壓與給定值之間的差值，調(diào)用PI算法，改變移相角，輸出期望的電壓。系統(tǒng)還具有保護(hù)功能，當(dāng)采集的輸入電壓高于或低于給定的電壓上限或下限時(shí)，系統(tǒng)立即產(chǎn)生中斷，將電源切斷，在電路中采集的電流值大于固定值時(shí)，調(diào)用PI算法，進(jìn)一步讓移相角變小，一直到偏差為零。 軟件的子程序分別是：A/D轉(zhuǎn)換子程序，PI算法子程序，PWM子程序。4.2主程序流程圖主程序中包括A/D轉(zhuǎn)換、產(chǎn)生PWM波，PI算法，中斷保護(hù)等功能。圖4.1 主程序流程圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換流

33、程圖對(duì)于電壓電流采樣值的A/D轉(zhuǎn)換是A/D轉(zhuǎn)換程序的首要任務(wù)。該模塊的轉(zhuǎn)換精度為十位，完全可以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。 圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖4.4 PI算法子程序在PI算法子程序過(guò)程控制中，按偏差的比例積分P、積分積分I進(jìn)行控制的控制器稱(chēng)為PI控制器。它是應(yīng)用較為廣泛的一種自動(dòng)控制器，PI積分的原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，廣泛的使用，對(duì)參數(shù)的控制互不影響。PI控制算法又分為位置式和增量式。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下u(k)=u(k)-u(k-1)=Kpe(k)-e(k-1)+Kie(k) （4-1）在以上的公式中Kp是控制器比例系數(shù)而Ki為積分時(shí)間常數(shù)。算法子程序流程圖如圖4.3所示。在本次系統(tǒng)中，我采用的是比

34、例積分調(diào)節(jié)器，比例積分調(diào)節(jié)器又可以叫做PI調(diào)節(jié)器。使系統(tǒng)在擾動(dòng)的作用下，為了讓電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到靜態(tài)無(wú)差，從而實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)無(wú)差通過(guò)，應(yīng)該對(duì)PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)對(duì)比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)試，達(dá)到任務(wù)的要求。 圖4.3 PI算法子程序流程圖PWM波由PIC內(nèi)部的PWM模塊產(chǎn)生，其周期可由下式確定TPWM=(PR2+1)4TOSC(TIME2預(yù)分頻值) 式中 TPWM為周期寄存器值，TOSC為外接晶振周期，TIME2預(yù)分頻值1,2,4,8 。由于本系統(tǒng)采用移相控制方式，其占空比固定不變，故PWM波的占空比為0.5，通過(guò)改變兩橋臂PWM信號(hào)之間的移相角來(lái)控制輸出電壓，移相角的大小由PI調(diào)節(jié)器的偏差決定，當(dāng)偏

35、差為正時(shí)，移相角減小；當(dāng)偏差為負(fù)時(shí)，移相角增大。移相角的變化范圍為0o-180o,當(dāng)移相角為0o時(shí)，占空比為1，當(dāng)移相角為180o時(shí)，占空比為0，輸出電壓也為0，PWM波控制程序流程圖如圖4.4所示。4.5 PWM波控制子程序圖4.4 PWM波控制程序流程圖 第五章 PS-ZVS-PWM軟開(kāi)關(guān)的仿真與分析5.1 PS-ZVS-PWM軟開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)與仿真本文不僅分析移相全橋ZVS PWM軟開(kāi)關(guān)的電路結(jié)構(gòu)和原理還將進(jìn)行其仿真與記錄。本次仿真的所運(yùn)用的軟件是SPIM，在PC平臺(tái)上用來(lái)進(jìn)行，對(duì)于SPIM而言，在本次設(shè)計(jì)中，沒(méi)有完全運(yùn)用，本次設(shè)計(jì)中所運(yùn)用的是SPIM軟件中重要的組件，對(duì)于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、電

36、路的仿真和綜合分析的集成運(yùn)用，因此這個(gè)組件給我所設(shè)計(jì)的電路提供一個(gè)良好的空間。這個(gè)組件的優(yōu)點(diǎn)在于：第一對(duì)于鼠標(biāo)的操作我們都不陌生，鼠標(biāo)的操作非常的簡(jiǎn)單，在鼠標(biāo)的操作中，我們就可以十分輕松的畫(huà)出非常復(fù)雜的電路系統(tǒng)模型；第二直接就可以在PSIM上實(shí)行仿真和波形演示。在SPIM中，它非常的使用，不僅僅適應(yīng)面廣，在許多領(lǐng)域都可以使用，它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及流程都非常的清楚，對(duì)于仿真而言，更加的精細(xì)，具有效率高，非常靈活，更加貼近實(shí)際，等許多的優(yōu)點(diǎn)令我們使用。上面已經(jīng)對(duì)SPIM在本次設(shè)計(jì)中的運(yùn)用和理解，在如今社會(huì)中已被很多處使用，對(duì)于數(shù)字信號(hào)的分析，對(duì)于控制理論的解析，在本次設(shè)計(jì)中，仿真和電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，但

37、是SPIM還可以運(yùn)用到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的仿真和較難的電路設(shè)計(jì)。在基于SPIM平臺(tái)所繪制的仿真圖，主要的原件都取之于ELements這模塊庫(kù)中。在這一圖中的所有元件均為理想器件，理想變壓器原邊匝數(shù)：Np=28，理想變壓器副邊匝數(shù)：Ns=Nt=6。如圖5.1所示的是我所設(shè)計(jì)制作的PSIM軟件中平臺(tái)下的軟開(kāi)關(guān)仿真電路圖。圖5.1 ps-zvs-pwm軟開(kāi)關(guān)仿真電路圖5.2 仿真圖中各模塊介紹1.開(kāi)關(guān)管全橋：如圖5.2所示，這一部分由四個(gè)IGBT構(gòu)成（絕緣柵雙極型晶體管IGBT），同時(shí)每個(gè)IGBT都并聯(lián)一個(gè)電容，這些電容是IGBT的輸出結(jié)電容，且四個(gè)電容大小均等即C1=C2=C3=C4。同時(shí)四個(gè)Sqrae-w

38、are Voltage Source（可以用逆變器實(shí)現(xiàn)，Sqrae-ware Voltage Source作為觸發(fā)脈沖）作為為IGBT提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。每個(gè)橋臂的兩個(gè)功率管成180度互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位，通過(guò)調(diào)節(jié)這個(gè)相位即移相角的大小來(lái)調(diào)節(jié)電壓的輸出。IGBT1和IGBT2分別超前于IGBT4和IGBT3一個(gè)相位，這里1和2組成的是超前橋臂，而4和3組成的是滯后橋臂。而在工作時(shí)，只有對(duì)角上的開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，輸入才能通過(guò)變壓器T向負(fù)載提供能量。圖5.2開(kāi)關(guān)管（全橋）仿真圖2. 諧振及變壓器部分：如圖5.3所示部分，電感LIK由兩部分組成，一個(gè)是變壓器的漏感，另一個(gè)是原邊的串聯(lián)諧振電

39、感。由于采取全橋變換的方式，設(shè)計(jì)中要對(duì)變壓器原邊漏感的大小加以限制，其大小直接影響到副邊占空比的丟失，及副邊的電壓電流振蕩。副邊占空比丟失是指當(dāng)變壓器原邊電流在轉(zhuǎn)向過(guò)程中不足以提供負(fù)載電流時(shí)，副邊的整流二極管全部導(dǎo)通，從而端電壓為0，占空比丟失。占空比大小與原邊漏感大小成正比，與變壓器的匝數(shù)成反比。在設(shè)計(jì)中，為了有較寬的電壓輸入范圍，變壓器匝比一般由墜地輸入電壓Uin(min)確定。這得出以下的公式：副邊電壓最小值：Us(min)=（Uo+UD+ULf）/Ds（max）；變壓器匝比：n=Uin(min)/Us(min)變壓器副邊匝數(shù)：Wp=nWs而Ws=Us(min)Ds(max)/4fsAc

40、Bm諧振電感LIK可為開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓提供足夠的能量，因?yàn)槌皹虮圯^易實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通及關(guān)斷，而滯后臂較難實(shí)現(xiàn)，所以需要諧振電感來(lái)給滯后橋臂提供能量使其達(dá)到零電壓開(kāi)關(guān)。5.3諧振和保護(hù)部分5.3 仿真運(yùn)行結(jié)果及其波形圖1.參數(shù)要求軟開(kāi)關(guān)的參數(shù)要求有如下幾點(diǎn)：輸入直流電壓：Vin=310V；功率開(kāi)關(guān)管：IGBT；諧振電容：Cr=560pF；諧振電感：Lr=25uH；理想變壓器原邊匝數(shù)：Np=28；理想變壓器副邊匝數(shù)：Ns=Nt=6；輸出濾波電容：Cf=2000uF；濾波電感：Lf=50uF。各個(gè)測(cè)量?jī)x器的量程均合適。2.仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果（波形圖）經(jīng)過(guò)參數(shù)設(shè)定后，對(duì)仿真電路進(jìn)行仿真，仿真的結(jié)果：仿真波形

41、如下：圖5.4開(kāi)關(guān)管Q1的電流及電壓的仿真波形有圖3可知開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)通。電壓UAB仿真波形如圖4。圖5.5 電壓UAB仿真波形輸出電壓Ur的波形如圖5，其穩(wěn)定輸出Ur=25V。圖5.6 輸出電壓Ur的波形 結(jié)論 通過(guò)這段時(shí)間的努力，在盧老師的幫助下，使我完成了畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。在論文中主要是講開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向，對(duì)待如何實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，研究全橋PWM變換器，以及工作原理和其控制方式，能夠熟練掌握系統(tǒng)調(diào)試的方法，對(duì)設(shè)計(jì)要求達(dá)到系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)SPIM的認(rèn)識(shí)，并且對(duì)開(kāi)關(guān)電源的典型電路進(jìn)行了仿真，對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行了分析。系統(tǒng)的了解到了硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)的不同，學(xué)到了很多知識(shí)。如對(duì)電路的仿真有了新的認(rèn)識(shí)，對(duì)全橋變換器的知識(shí)得到更加全面的理解。這四個(gè)月期間，第一個(gè)月我不知如何下手，面對(duì)