脉宽调制移相全桥变换器设计毕业论文.docx

本科毕业设计（论文）脉宽调制移相全桥变换器设计燕 山 大 学2015年 6月 本科毕业设计（论文）脉宽调制移相全桥变换器设计学 院： 专 业： 应用电子专业 学生 姓名： 学 号：111203031219 指导 教师： 答辩 日期： 2015年6月 燕山大学毕业设计(论文)任务书学院： 系级教学单位：电气工程及其自动化系 学号111203031219学生姓名专 业班 级应电题目题目名称脉宽调制移相全桥变换器设计题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）。2.文管类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）。题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容1查阅资料，比较移相全桥zvzcs dc/dc变换器的各种电路拓扑，确定主电路拓扑方案；2分析主电路工作原理，进行参数设计；3控制方案比较与选择，并选择控制芯片；4形成整体系统；基本要求1该变换器实现超前桥臂零电压开关和滞后桥臂的零电流开关；2具有过电流保护，输入欠压保护；3输入直流电压450v，输出直流电压24v；4a0图纸一张，论文一本，2.4万字以上。参考资料1电力电子技术 （第五版）；2电力电子技术 期刊 、电工技术杂志 期刊；3ieee trans. on pe. ieee trans. on ie. ；4. 阮新波、严仰光，脉宽调制dc/dc全桥变换器的软开关技术，科学出版社 周 次1-2 周3-7周8-10周11-15周16-17周应完成的内容查阅文献，翻译外文资料主电路的分析及参数设计控制电路的设计系统仿真研究撰写论文、画图、准备答辩指导教师：职称：副教授 2014 年12 月28 日系级教学单位审批： 年 月 日 摘要摘要本论文研究了一种新型的zvzcs pwm dc/dc全桥变换器。该变换器以全桥变换器为主电路，来实现超前桥臂的零电压开关以及滞后桥臂的零电流开关。控制电路以uc3875为主要控制芯片，来实现移相控制方式，并最终达到软开关目的。该变换器的输入电压为450vdc,输出电压为24vdc。本文通过对zvzcs移相全桥dc/dc变换器的分析研究，改进了传统的主电路拓扑，优化了电路系统参数，完善了电路控制方案，通过理论分析与模拟仿真，设计并制作了改变换器的试验样机，并验证了其工作原理和性能特点。论文以全桥变换器作为主电路拓扑。全桥电路拓扑结构简单，控制容易，广泛应用于高质量要求及大功率场合。众所周知，功率密度的提高意味着开关频率的提高，随之而来的是开关管的损耗，这便要求在工作工程中能够实现开关管的软开关。论文在传统通过在变压器副边加入一个电容cc和两个二极管dc，dh组成的简单辅助电路，使得超前桥臂实现了zvs,滞后桥臂实现了zcs，而且对副边整流桥进行钳位，降低了开关管的开关损耗和电路中的环流损耗，从而大大提高了变换器的工作效率。为了使该变换器具有良好的稳态性能，变换器采用电压闭环控制。并通过u3875芯片实现了输出过电流保护和输入欠电压保护。论文通过理论分析，设计了该变换器的主电路拓扑，控制电路，保护电路及反馈电路的各项参数，最终对该变换器通过psim软件进行模拟仿真，并给出了实验结果。关键词：dc/dc变换器；移相全桥；零电压开关；零电流开关；软开关；谐振；uc3875芯片。 目录abstractabstractthis paper studied a new kind of zvzcs pwm dc/dc full bridge converter. the converter is given priority to with full bridge converter circuit, to realize the advanced bridge arm zero voltage switch and zero current switch lag bridge arm. control circuit uc3875 as the main control chip, to achieve phase-shifting control mode, and ultimately achieve soft switch. the converter input voltage is 450 vdc, the output voltage is 24 vdc. this article through to the zvzcs phase-shift full bridge dc/dc converter of analysis and research, improved the traditional main circuit topology, circuit system parameter was optimized and improved the circuit control system, through the theoretical analysis and simulation, the design and construction of the converter instead of experimental prototype, and verify its working principle and performance characteristics.papers to the full bridge converter as the main circuit topology. the whole bridge circuit topology structure is simple, easy control, are widely used in high quality requirement and high power occasion. as is known to all, the improvement of power density means the improvement of switching frequency, followed by the wastage of the switch tube, this requirement can be achieved in the engineering work of the switch tube soft switch. papers in traditional by joining at the edge of the transformer, vice a dc capacitor cc and two diodes, dh consisting of a simple auxiliary circuit, makes the bridge arm realizes zvs in advance, the lag bridge arm realized zcs, and vice side of rectifier bridge for clamping, reduce the loss of the switch of the switch tube and circulation loss in the circuit, thus greatly improving the work efficiency of the converter.in order to make the converter have a good steady-state performance, voltage converter adopts closed loop control. and through u3875 chip to achieve the output over current protection and input under voltage protection .based on theoretical analysis, this paper designs the main circuit of the converter topology, control circuit, protection circuit and feedback circuit parameters, finally using the psim simulation to the converter, and gave the experimental results .keywords: dc/dc converter; phase-shift full bridge; zero-voltage switching ； zcs；soft switch; resonance; uc3875 chip . 目录目录1 目录目录摘要abstract第一章绪论11.1课题背景及意义11.2国内外dc/dc变换器技术的发展历程11.3课题方案选择与设计21.3.1主电路拓扑的选择21.3.2控制方式的选择21.4课题的主要研究工作3第二章 移相全桥zvzcs变换器32.1常规全桥电路工作原理分析32.2 zvzcs变换器工作特点与变换器性能分析42.2.1主电路拓扑42.3 变换器软开关实现的条件11第三章 电路参数设计123.1主电路拓扑设计123.1.1逆变全桥部分123.1.2变压器隔离部分123.1.3整流桥部分133.2辅助网络及输出滤波电路设计13第四章 模拟仿真及分析134.1 psim9.0简介134.2仿真模型的建立134.2.1主电路模型建立144.2.2移相pwm脉冲的生成144.2.3反馈电路构成闭环164.3仿真结果及其分析164.3.1电路各工作模式仿真174.3.2超前桥臂零电压开关的实现194.3.4系统整体分析20第五章 功率器件参数设计及选择205.1主电路设计205.1.1 逆变桥部分的设计205.1.2输入滤波电感的选择215.1.3隔离变压器的设计215.1.4整流二极管的选取215.1.5输出滤波电感的选取225.1.6输出滤波电容的选取235.2辅助电路设计235.2.1钳位电容的选取235.2.2二极管dc dh的选取235.3控制电路245.3.1 uc3875的简介245.3.2 芯片外围电路的设置275.3.3闭环控制电路的设计285.4检测电路设计285.5 保护电路设计295.6 驱动电路设计29第六章 结论30参考文献32致谢34附录1 开题报告36附录2 中期报告41 第一章 绪论1第一章绪论1.1课题背景及意义直流-直流变换器(dc/dc)变换器作为电力电子电能变换技术的一个重要研究方向,越来越受到世界各国的重视。它可以将输入的直流电压经过高频逆变后，再通过整流和滤波环节，转换成所需要的直流电压。dc/dc变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。随着开关电源技术的日益发展，实际生产生活对直流变换器的要求也越来越高。这便要求变化器拥有较高的效率和较大的功率密度。高频化是开关电源技术的重要发展方向之一。大功率场效应管（mos管）和功率绝缘栅晶体管（igbt管）在中大功率场合中的广泛应用，使开关电源的工作频率越来越高，但是由于功率器件的开关损耗与其开关频率成正比，即开关频率越高，开关损耗就越大，电路效率也会越低，并且随着开关频率的提高，电路中的di/dt和dv/dt也会越来越高，由此电路所产生的电磁干扰也会越来越强，最终会影响系统控制和驱动的稳定性，因此我们必须想办法减小开关损耗，软开关技术因此孕育而生。由于移相全桥zvzcs变换器能够实现超前臂的零电压开关和滞后臂的零电流开关,可以减小功率损耗,从而发展成为中大功率dc/dc变换器的主流。zvzcs方案可以解决传统变换器方案的故有缺陷，即可以大幅度降低电路内部的循环能量，提高变换器效率，减小副边占空比丢失，提高最大占空比，而且其最大软开关范围不受输入电压和负载的影响。本论文正是针对直流变换器开关管效率提高这一背景提出来的第一章 绪论第一章 绪论1.2国内外dc/dc变换器技术的发展历程2第一章 绪论在大容量化和高频化方面，国内外对dc/dc变换器的研究均取得了可喜的发展。dc/dc变换器中软开关技术的普遍应用，已经逐渐取代传统的硬开关技术。最初的软开关技术是在电路中增加有源或无源的缓冲网络，然后出现了谐振软开关变换器，既包括传统的串联谐振变换器(src)和并联谐振变换器(prc)，又有准谐振变换器(qrc)和多谐振变换器(mrc)。准谐振变换器出现在上世纪80年代中期，包括零电流开关准谐振(zcs qrc)和零电压开关准谐振(zvs qrc)。这两种电路虽然能使主开关管在零电压或零电流下导通和关断，但却需要采用频率调制技术，给实际应用造成较大不便，并且开关管的电流或电压应力较大为了消除因频率调制而造成的不便，ivobarbi在上世纪90年代提出了zcs-pwm和zvs-pwm变换器概念。zvspwm和zcspwm变换器是pwm电路与qrc的结合，在基本的zvs和zcs电路中增加了一个辅助开关。该辅助开关一方面以通过谐振来为主功率管创造零电压或零电流开关的条件，另一方面还可以阻断谐振过程，在这段时间中让主功率开关管按pwm方式工作。因此，zcs-pwm和zvs-pwm变换器既有软开关的特点，又有pwm恒频占空比调节的特点。但上述多种软开关变换器均存在以下欠缺：由于开关管的电流或电压应力过大，而造成电路损耗的增加；谐振电感和电容因为应力的增大而造成变换器体积的增大；谐振电感串联在主功率回路中会导致环流变大进而增加了整体损耗，此外，软开关的工作条件还极大地依赖输入电压和输出负载的变化，因此电路也很难在一个较宽的范围内实现软开关。为了解决以上问题，g.c.hua在90年代提出了零电压转换(zvt)和零电流转换(zct)的概念。其基本思想是将辅助谐振网络从主功率通路中移开，与主功率开关管相并联。在主功率器件变换的一段第一章 绪论很短的时间间隔内，使辅助谐振网络工作，为主功率开关管创造zvs 或zcs条件；转换过程结束后，电路返回常规pwm工作进程，因此，环流能量相对于谐振电路即可保持在较小的数值，而且软开关动作的实现没有受到输入电压和输出负载变化的影响。当代的谐振技术已经取得了较大发展，其中zvs和zcs技术广泛应用于中功率变换，而零转换技术则适用于大功率变换场合。zvzcs的中心思想就是将pwm控制技术与谐振变换器结合起来，来实现功率开关管的软开关，是直流直流变换器技术发展的重要方向之一。1.3课题方案选择与设计1.3.1主电路拓扑的选择在大中功率场合，一般采用全桥变换器；本论文所研究的dc/dc变换器是将输入直流电压450v变换成24v直流低电压，输入输出差别相对较大，故采用带有变压器隔离的dc/dc电路；dc/dc全桥变化电路分为电压型和电流型两类电路，器代表分别为buck电路和boost电路。buck电路结构简单，控制方便，boost电路的电感位于输入侧，可用于功率因数校正电路。综上，本论文采用的是带有隔离变压器的buck型dc/dc变换器。1.3.2控制方式的选择本变换器采用移相全桥脉宽调制技术。移相pwm控制技术是近几年广泛应用于中大功率全桥变换器中的一种技术，这种技术实际上是谐振技术与pwm技术的结合。移相全桥软开关电路不仅降低了电路的开关损耗和开关噪声,还减少了器件在开关过程中产生的电磁干扰,为变换器装置提高开关频率和效率降低尺寸及重量提供了良好的条件.同时,它还保持了传统的常规pwm电路的拓扑结构简单，控制方式方便，开关频率固定,元器件的电压和电流应力较小等诸多优点。 第一章 绪论第一章 绪论1.4课题的主要研究工作 450v直流输入，24v直流输出。选择变换器的主电路拓扑。 移相全桥控制。确定移相pwm控制方案。 超前桥臂实现zvs,滞后桥臂实现zcs。确定辅助电路及其参数。 仿真软件进行试验仿真，给出试验结果。 有输出过电流保护，输入欠电压保护。确定输出电压闭环反馈，设计保护电路。第二章 移相全桥zvzcs变换器2.1常规全桥电路工作原理分析通过控制四只开关管，在ab两点得到一个幅值为vin的交流方波电压，经过高频变压器的隔离和变压，在变压器副边得到一个幅值为vin/k的交流方波电压，然后在通过由dr1和 dr2构成的输出整流桥，在cd两点得到幅值为vin/k的直流方波电压。lf和cf组成的输出滤波电路将该直流方波中的高频分量滤去，在输出端得到期望输出的直流电压。 4 第二章 移相全桥zvzcs变换器 5 （a）全桥逆变器主电路(b)电阻负载时变压器原边电压和副边电流移相全桥pwm（phase-shifted full bridge pwm ）控制方式的基本思想是：同一桥臂的开关管互补工作，但两个桥臂之间的导通差一个相位（移相角）。q1和q3分别先于q4和q2导通，故称q1和q3组成的桥臂为超前桥臂，q2和q4组成的桥臂为滞后桥臂。通过调节此移相角的大小，可以在变压器副边得到占空比为d可调的正负半周期对称的交流方波电压，从而达到调节相应的输出电压的目的。2.2 zvzcs变换器工作特点与变换器性能分析 2.2.1主电路拓扑本论文采用zvzcs pwm移相全桥变换器，利用增加辅助网络的方法使变压器原边电流复位来实现了超前臂的零电压开关（zvs）和滞后臂的零电流开关(zcs)。该电路拓扑可以看成是由基本buck电路衍生出来，并且与zvs fb-pwm电路类似。但是在后面的分析可以看出，它们的电路特性有明显区别。这种区别是由其移相特性和引入的辅助电容形成的。 第二章 移相全桥zvzcs变换器（）全桥zvzcs变换器主电路拓扑2.2.2工作状态分析变换器在半个工作周期内有七种工作状态。在进行状态分析前，我们做出如下假设： 6 第二章 移相全桥zvzcs变换器为了简化分析，作如下假定：1. 所有器件都是理想的。;2. c1=c3=clead ,c2=c4=clad ;3. 变压器的变比n=n1/n2, n1为变压器原边匝数，n2为变压器副边匝数；4. 输出滤波电感lo很大，因此输出滤波的电流在工作周期内是常量；5. 输出滤波电容co很大，因此输出电压在整个周期中近似为常数；6. 辅助电容cc数值比较小，副边整流桥电压可以在开关导通周期内升至谐振峰值；电路的占空比比较小，vcc能够在续流阶段下降到零。 7 模式一 t0-t1to-t1初始状态原边电流为零，变压器原边电流为零。整流二极管全部断开，cc经过l0和dh为整个负载续流。此时，q4导通。该闭合过程因为原边漏感的存在所以是零电流导通。原边电流ip线性增加 (il为副边滤波电感电路)，电容电流ic持续减小为零。整理桥电压等于辅助电容电压vcc.ipt=vin-nvclk(t-t0) (1) ict=il-nvin-nvclkt-t0 (2)vrec=vcc (3)到t1时刻，ip达到iln。该开关状态的时间为：t10=lk iln(vin-nvc) (4) 第二章 移相全桥zvzcs变换器 8 第四章模拟仿真分析模式二 t1-t2 t1-t2t1时刻，dh关断，dc导通。电容cc通过dc和c0进行充电。输入能量经过原边漏电感，开关管q1和q4传送到输出端。原边电流ip和电容电压vcc及整流桥电压vrec的公式如下：ipt=nnvin-vo-vcc(t)zasint+iln (5)vcct=nvs-v0-nvs-vo-vcct1cost (6) vrect=vcct+vo (7)上式中， =1nlkcc za=nlkcc 模式三t2-t3 t2-t3dc断开。整流器电压回落到nvs。这时候，原边近似为恒流值，能量仍从输入端传递到输出端。ipt=il/n (8)vrect=vinn （9） t23=dt2-lkilnvin (10)d为原边电路占空比，t为整个工作周期，t/2为半个工作周期模式四t3-t4t3-t4s1断开，因为电感电流不突变，所以电流ip从s1中转移到c1和c3上，即原边漏感lk和c1 c3发生谐振，c1进行充电，而c3发生放电。因为c1的存在，所以s1是零电压关断。在该过程中，原边漏感lk与输出滤波电感l0相当于串联，所以变压器原边电压和副边电压以同样的速率线性下降，直到副边电压降到辅助电容电压vcc。vabt=vin-nilc1+c3t (11)vc1t+vc3t=vin （12）vc1t=ip(t)2cleadt (13) 第二章 移相全桥zvzcs变换器 10ic1t-ic3t=ip(t) (14)vrect=vinn-il(t-t30n（c1+c3) (15)t=n(c1+c3)(2u0-vinnil (16) 在该模式中，可做如下近似：输出滤波数值较大，副边电流相对于原边电流的下降速率很小，又c1 c3的充电放电时间很短，在这么短的时间内，原边电流可以认为恒定不变，即ip(t)=ip。电容c1两端电压线性上升，同时，电容c3两端电压线性下降，二者斜率均为ip2clead，斜率与负载的大小成正比，与clead的大小成反比。模式五t4-t5t4-t5当整流桥电压vrec降至为钳位电压vcc时，二极管dh导通并且cc为整流桥提供电压。cc的存在使得变压器副边电压的下降速度小于原边，导致电位差并产生感应电动势作用在lk上，从而加快了c3的放电速度，为s3的零电压开通提供了一定条件。事实上，该模式的时间极短，因此电流下降时间基本按由t3到t5处理。 t35=2vin.cleadip (17)模式六t5-t6c3放电完全电压降为零，d3导通，此时开通s3，由于较大的原边电流和lk，d3仍处于导通状态，所以s3是零电压开通。s3与s1之间的死区时间tdt35。变压器的原边电压vab为零，副边的反射电压加到漏感上使得原边电流迅速下降。cc提供负载电流。此模式结束后，原边电流降为零。ip=ilnnvcclkt (17) t5-t6 模式七t6-t7 t6时刻，原边电流复位为零，cc经过dh进行续流，续流期间关断s4，s4为零电流关断。此外，整流桥电压被vcc钳位。经过一段较小延时后，钳位电容cc的电压降为零，负载电流通过整流桥的四个二极管继续续流，于t7时刻开通s2，由于原边漏感lk的存在，原边电流ip线性增加，故s2为零电流开通。t67=2cc(vinn-u0)il (18) 第二章 移相全桥zvzcs变换器t6-t7前半个工作周期t0-t7结束，后半个工作周期与之类似。2.3 变换器软开关实现的条件zvzcs混合了超前桥臂开关的zvs和滞后桥臂开关的zcs。超前桥臂开关的zvs的实现方式与常规zvs全桥pwm变换器是类似的。而滞后桥臂开关的zcs则是由在续流期间复位原边电流实现的。1. 超前桥臂实现零电压开关的条件超前桥臂的零电压开关是在自身并联的结电容充放电条件完成的，因此，其条件有如下两个： 谐振电路本身应该能保证开关管并联电容通过谐振可以完全放电。 驱动信号必须在开关管的并联电容完全放电（两端电压降为零）后给出。即同一桥臂的两个开关管的的死区时间应该大于并联电容的充放电时间。2滞后桥臂实现零电流开关的条件滞后桥臂开关管的q2和q4的零电流开关条件是通过原边漏感和副边的钳位电容cc的谐振，使原边电流最终谐振到零实现的。因 12此如果电路满足了零电流关断条件，则自然满足零电流开通条件。零电流开关条件同零电压条件一样也是两个方面： 谐振电路本身应该能保证原边电流ip通过谐振可以下降为零。 q2和q4的驱动信号应该在原边电流降为零之后给出。由知道，电路的实际占空比受到了一定的限制，因此辅助电容应该尽可能小来实现最大占空比。本章主要分析了副边采用辅助钳位电容的zvzvs fb-pwm变换器的工作原理，其中不仅有开关管的具体工作状况，更重要的是对相关元器件（电容、电感、二极管）的工作方式进行了仔细研究，并对电路拓扑的各个阶段的工作模式转换进行了深入的分析。第三章 电路参数设计 参数设计对整个系统的设计起着举足轻重的作用，参数设计精确，器件选择合理，不仅大大提高了研发设计的效率，更是优化了系统，减少不必要的麻烦。本变换器由主电路，辅助电路构成。其中主电路又包括逆变全桥、隔离变压器、输出整流桥三部分；辅助电路包括钳位电容、小二极管两部分。3.1主电路拓扑设计3.1.1逆变全桥部分逆变全桥采用绝缘栅双极性晶体管（igbt）功率管输入电感 lk=15uh 3.1.2变压器隔离部分变压器原副边匝数比n=vinvs=vin*0.95vo+2vd+vlf/0.9=15 第三章 电路参数设计第三章 电路参数设计第三章 电路参数设计3.1.3整流桥部分整流桥采用四个快恢复二极管，其通态压降vd=0.7v3.2辅助网络及输出滤波电路设计输出滤波电感 lf=vo22fsio1-vovinn-vlf-2vd=73uh 输出滤波电容 c0=vo8lf2lf2v1-v0vinn-vlf-2vd*100=750uf输出功率p=ur=144w 负载r=4辅助钳位电容cc=0.47uf第四章 模拟仿真及分析对系统进行模拟仿真是研究的一个重要环节，其目的在于：在进行实物实验之前，先搭建一个模拟的实验环境，对所需的实验结果进行一个模拟发生，从而减小设计研发的盲目性，提高科研效率。本论文通过psim9.0对变换器进行仿真分析，来验证第二章的工作原理及对变换器的输出结果进行分析。4.1 psim9.0简介psim是一款专门为电力电子和电动机控制设计的仿真软件，功能很实用，也很强大。与其他仿真软件相比，psim的最大优点就是界面简洁，操作方便。用户可以直接从其元件库里选取自己所需要的元器件，修改参数后使用，也可以自己搭建具有一定功能的电路模块投入实验。4.2仿真模型的建立在基于主电路与控制电路的工作原理上，构建了模拟仿真系统。用来减少试验设计中的盲目性。根据各个电路模块的工作原理，可 14第四章 模拟仿真分析以在仿真软件上搭建出设计好的电路系统，再运行仿真，即可得到系统的模拟输出与测试点的电压或电流信号波形。4.2.1主电路模型建立移相全桥pwm变换器是在中大功率dc/dc变换电路中使用最为广泛的电路拓扑形式之一。移相pwm控制方案利用功率管的结电容以及高频变压器的漏电感作为谐振元件，使开关管可以做到零电压开通和关断。从而大大地降低了电路的开关损耗和开关噪声，减少了器件在开关过程中产生的电磁干扰，为变换器提高开关频率、提升效率、减少尺寸及重量提供了良好的条件。同时该变换器还保持了电路拓扑简洁、控制方式简单、开关频率固定、元器件的电压和电流应力小等一系列优点。由上图可以知道，该变换器的主电路主要由全桥逆变电路、隔离变压器降压、输出整流滤波三大环节构。其中。逆变全桥开关管的控制方式是由pwm移相脉冲进行控制；隔离变压原边接有输入滤波电感；变压器的副边输出方波电压经过全桥整流电路加之滤波环节，最终生成稳定直流电压输出。4.2.2移相pwm脉冲的生成本论文所研究的变换器使用的控制芯片是移相控制芯片uc3875。但是psim中没有现成的3875芯片的模块，所以需要自己利用psim中的一些器件来构成移相生成电路，模拟移相脉冲的生成。 第四章 模拟仿真分析第四章 模拟仿真分析 15第四章 模拟仿真分析如图，时钟电源产生40khz的方波信号，此信号经过d触发器2分频后，生成两路20khz且互补的方波pwm脉冲，这两路脉冲用来控制滞后桥臂的两个开关管。ramp端口产生40khz的锯齿波。输出信号与基准信号进行比较后生成误差信号。此误差信号输入后分成两路：其中的一路与1v基准电压比较，如果误差信号小于1v，生成180相移，使得q1与q2，q3与q4同相，封锁功率输出；误差信号的另一路与锯齿波比较决定移相角度的大小。两路比较器的输出分别经过或非门后再宋瑞sr触发器的s r输入端。sr触发器的输出端的输出信号送至异或门的一端输入，异或门的另一个输入接d触发器的输出端。最后，异或门的输出是产生了一定移向角度的pwm脉冲，其中一路控制超前桥臂的s1开关，另一路经过反向门后控制超前桥臂的s3。四路移相驱动脉冲的每一路都设置了一定的死区间隔。 移相脉冲生成电路 16第四章 模拟仿真分析4.2.3反馈电路构成闭环电压闭环反馈是单环控制，结构比较简单，是以输出电压作为反馈信号来对变换器进行调节。 在该结构流程图中，uf为输出电压反馈信号，ur为输出电压参考值。二者的误差信号经过比例积分调节器pi后送达脉冲移相生成电路，产生四路pwm脉冲驱动信号，再经过驱动电路后驱动igbt来进行功率变换，最终经过滤波电路后输出所需直流电压信号。4.3仿真结果及其分析通过上述分析，最终在psim软件上建立了系统的闭环模拟仿真模型，得到了所需的数据。用visio软件画出仿真电路图如下 第四章 模拟仿真分析第四章 模拟仿真分析4.3.1电路各工作模式仿真仿真（simulatian）通过对系统模拟的试验来研究系统特点与性能，又称模拟，是一种实用有效的研究手段。电路仿真是指仿真软件在计算机上对已构建的电路进行模拟，并提供电路所需电源或相应的输入信号，最后在电脑屏幕上模拟示波器给出测试点的对应波形或描绘出相应的波形。 18第四章 模拟仿真分析由第三章电路各工作模式分析，可以知道输入直流电压经过逆变成交流后再经整流后输出电压应为直流稳定电压，且超前桥臂和滞后桥臂分别实现了zvs和zcs。由上个visio图理论分析，最终利用psim软件搭建电路仿真模型如上图。通过psim仿真，可以得到逆变全桥的输出电压即变压器的原边电压如下图，是一个交流方波电压，与先前的理论分析吻合。（a ）变压器原边电压uab同样，由上文分析可知该变换器的输出电压应该是一个直流电压，幅值大约为24v，仿真得到的输出电压如下图所示： (b) 输出直流电压u0第四章 模拟仿真分析第四章 模拟仿真分析4.3.2超前桥臂零电压开关的实现由上文分析，该变换器的超前桥臂q1和q3应该实现zvs，经过psim软件仿真，可以验证超前桥臂零电压软开关的实现。（c）超前桥臂q3的电压电流波形4.3.3滞后桥臂零电流开关的实现 （a）超前桥臂q3的电压电流波形由上文分析，该变换器的超前桥臂q2和q4应该实现zcs，经过psim软件仿真，可以验证滞后桥臂零电流软开关的实现。 20第五章 功率器件参数设计及选择（b） 滞后桥臂q4的电压电流波形分析4.3.4系统整体分析零电压零电流（zvzcs）全桥变换pwm软开关功率变换技术越来越得到广泛关注和普遍应用。这种技术对于减小开关损耗、提高系统工作频率 ,进而提高功率密度是相当重要的。移相pwm控制方式通过功率管并联电容和原边漏感作为谐振器件，利用变压器的漏感储能对并联电容的充放电来使开关管的两端电压降为零，从而使四个功率管依次在零电压的条件下导通，此外，在并联电容充电的情况下完成零电压关断。通过上述分析，最终在psim软件上建立了系统的闭环模拟仿真模型，得到了所需的数据。可以看出，不仅成功进行了移相控制的dc/dc变换，变换器的功率管也实现了软开关，圆满完成仿真任务。第五章 功率器件参数设计及选择5.1主电路设计 在电器设备或电力系统中.直接承担电能的交换或控制任务的电路称为主电路。本变换器的主电路包括逆变全桥 高频变压器和输出整流滤波部分。5.1.1 逆变桥部分的设计逆变全桥电路接受来自控制电路和驱动电路的驱动信号，产生高频交流方波电压输送到隔离高频变压器。逆变全桥电路由四只相同的绝缘栅双极型晶体管（igbt）组成。igbt（insulated gate bipolartransistor），绝缘栅双极型晶体管，是由bjt（双极型三极管）和mos（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件， 兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。其中有两个电容c1和c3与开关s1和s3相并联，作为小型缓冲电路，以保证超前桥臂的零电压开关。开关s2和s4作为第五章 功率器件参数设计及选择第五章 功率器件参数设计及选择滞后桥臂，两端没有并联电容，只是与s1和s3一样，并联了续流二极管。5.1.2输入滤波电感的选择输入滤波电感lk与电容构成谐振电路，可以保证原边电流的稳定不变，此外，lk还用来帮助实现开关管的零电压开关，它只是在功率管的开关过程中处于线性状态，其他时间却处于饱和状态，这样不仅可以减小副边占空比的丢失，还可以使原边占空比的利用率提高。在该变换器中，原边的最大电流为ip=iln，选择其1.5倍的裕量，最终确定其大小为。5.1.3隔离变压器的设计高频变压器t起着隔离和降压的作用。为了提高变压器的利用率，其原边与副边的匝数比应该尽可能取得大一些