软开关变换器驱动电路分析研究.doc

绵阳师范学院本科生毕业设计（论文）题 目 软开关变换器驱动电路分析研究 专 业 电气工程及其自动化 院 部 物理与电子工程学院 学 号 * 姓 名 * 指 导 教 师 * 答 辩 时 间 * 工作时间： *年9月 至*年5月软开关变换器驱动电路分析研究 学生：*指导老师：*摘 要： 随着科技的发展和科学技术的不断进步，高频开关电源已广泛应用于计算机、通信、工业加工和航天航空等各个领域，因此迫切的需要我们设计研发出更好的更能符合学习和工作的高频率的开关电源，其中驱动电路的设计尤为重要。但是传统的软开关也存在一些问题，比如功率场效应管的有较大的容性开关损耗；绝缘栅双极性晶体管在关断时有较大的开关损耗，在关断前要使通过它的电流降为零。另外，为实现软开关，通常是在电路中附加无源或有源电路，这样增加了电路的复杂度，并使全控无换流电路的优点丧失；由于附加电路的谐波频率远高于PWM的载波频率，附加电路会产生较大的噪声，这在软开关电路的研究中常被忽略。软开关直流变换器在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠，实现了零电压开通和零电流关断，明显的降低了开关损耗和开关过程中引起的震荡，较好地提高开关频率，使变换器朝着模块化和小型化更好地发展。如今软开关变换器都应用了谐振原理, 在电路中并联或串联谐振网络, 势必产生谐振损耗, 并使电路受到固有问题的影响。为此, 人们在谐振技术和无损耗缓冲电路的基础上提出了组合软开关功率变换器的理论。组合软开关技术结合了无损耗吸收技术与谐振式零电压技术、零电流技术的优点, 其基本原理是通过辅助管实现部分主管的零电流关断或零电压开通, 主管的其余软开关则是由无损耗吸收网络来加以实现, 吸收能量恢复电路被ZCT、ZVT谐振电路所取代, 辅助管的软开关则是由无损耗吸收网络或管电压、电流自然过零来加以实现。由此可见, 由无损耗缓冲技术和谐振技术组合而成的新型软开关技术将成为新的发展趋势。关键词：软开关；变换器；驱动电路；分析研究Analysis and research of driving circuit for soft switch converter Undergraduate: *Supervisor: *Abstract: With the development and continuous progress of science and technology, high-frequency switching power supply has been widely used in various fields of computer, communications, industrial processing, and aerospace. Converter in the original circuit increase a small inductance, capacitance, resonant components, resonator before and after the introduction of the switching process, significantly reduce the shock caused by the switching losses and switching process, increase the switching frequency, let the converter towards modularization and miniaturization and better development. But the traditional soft-switching also exist some problems, such as power FET large capacitive switching losses, large switching losses of the IGBT shutdown. In addition, in order to achieve soft-switching, passive or active circuit usually are added in the circuit. Due to the harmonic frequencies of the additional circuit is much higher than PWM carrier frequency, the additional circuit will produce a large noise, which is often overlooked in the study of soft-switching circuit.Soft switch converter is applied resonant principle, in the circuit parallel or series resonant network is bound to have resonance loss and subject to the inherent problem of circuit. The combination of soft-switch technology combines the advantages of lossless absorption technology and a resonant zero voltage, zero current technology, the basic principle is that the opening of the auxiliary pipe part in charge of the zero-current turn-off or zero-voltage charge of the rest of the soft-switching be realization by loss of absorption network to absorb the energy recovery circuit replaced by the ZCT, the ZVT resonant circuit, the soft-switching of the auxiliary tube is absorbed by the lossless network or tube voltage, current natural zero crossing to be realization. Thus, combined with lossless buffer technology and the combination of resonance technology, the new soft-switching technology will become the new trend of development. Keywords: soft switch; converter; driving circuit; analysis and research目录1前言11.1软开关技术的发展及现状11.1.1软开关技术的发展背景11.1.2软开关的基本概念11.2软开关的基本特征11.2.1硬开关的开、关过程分析21.2.2软开关的开、关过程分析21.3技术的发展现状及其发展趋势21.3.1软开关技术的发展背景21.3.2软开关技术的发展历程31.3.3软开关技术的应用前景41.4驱动电路41.4.2驱动电路在MOSFET中的应用51.5软开关电路存在的问题51.5.1可靠性51.5.2效率和EMI问题52.软开关驱动电路521软开关技术的分类52.2软开关电路分类62.3软开关驱动的几种基本电路62.3.1谐振电路62.3.3零开关PWM电路92.3.4零转换PWM电路102.3.5无源无损缓存电路113.电路设计113.1传统的中高功率DC/DC变换器电路113.1.1传统PWM门电路的不足113.1.1电感式DC/DC变换器的工作原理123.1.2传统的DC/DC电路存在的不足123.2基于MC34512的软开关变换器高速驱动电路的设计133.2.1芯片MC34152133.2.2设计电路图134.总结15参考文献16致 谢18 绵阳师范学院2012届本科毕业设计（论文） 软开关变换器驱动电路分析设计1前言1.1软开关技术的发展及现状1.1.1软开关技术的发展背景近年来, 电力电子技术发展迅猛, 直流开关电源广泛应用于计算机、航空航天等领域。如今, 笨重型、低效电源装置已被小型、高效电源所取代。为了实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性,减小体积和重量, 必须实现开关电源的高频化。开关电源的高频化不仅减小了功率变换器的体积, 增大了变换器的功率密度和性能价格比, 而且极大地提高了瞬时响应速度, 抑制了电源所产生的音频噪声, 从而已成为新的发展趋势1。 然而功率变换器开关频率的进一步提高将受以下因素的限制: 在通断瞬间切换过程中, 功率器件的开关应力。开关损耗。剧烈的和 冲击及其产生的电磁干扰(EMI) 。在软开关技术出现之前，通过控制门极来控制开关管的开通和关断，在此过程中，开通电压和关断电流相当大，这种被称之为硬开关的开关方式造成很大的损耗，由于现代电力电子装置愈来愈趋于小型化和轻量化发展，必然要求开关过程越来越高。当开关频率很高时，玩玩造成开关过程中和很大，给电路造成严重的噪声污染和开关损耗，且产生严重的电磁干扰，软开关技术的出现解决了这一系列的问题2。 软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一, 它应用谐振的原理, 使开关器件中的电流(或电压) 按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时, 使器件关断(或电压为零时, 使器件开通) , 从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题, 而且还能解决由硬开关引起的EMI 等问题。1.1.2软开关的基本概念开关器件在其端电压不为零时开通为硬开通，在电流不为零时关断则为硬关断，两者统称为硬开关；开关的开通和关断过程中伴随着电压和电流的剧烈变化，产生较大的开关损耗和开关噪音。而开关器件在开通过程中端电压为零，在关断过程中起电流也很小，这种开关过程的电流损耗不大，称之为软开关；其特点是不存在电压和电流的交迭，降低开关损耗和开关噪音，提高开关频率3。软开关技术就是指通过辅助的谐振电路使开关管开通前电压就先将为零或者关断前电流就先将为零，这样，就实现了再零电压情况下开通或者在零电流条件下关断，从而大大降低了开关功率损耗，减少了噪声污染和电磁干扰3。1.2软开关的基本特征1.2.1硬开关的开、关过程分析t0a）硬开关的开通过程b）硬开关的关断过程1-1 硬开关的开、关过程uiP0uituuiiP00其特点是：开关过程中电压和电流均不为零，出现重叠现象。 电压和电流的变化很快，弄醒出现明显的过冲，导致开关噪声。1.2.2软开关的开、关过程分析uiP0uitt0uiP0uitt01-2 软开关的开关过程a）软开关的开通过程b）软开关的关断过程其特点是：在原电路中曾设了小电感、小电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠。 降低开关损耗和开关噪声4。1.3技术的发展现状及其发展趋势1.3.1软开关技术的发展背景平时我们所接触到的开关大多数是硬开关，所谓硬开关即是开关在开通或断开瞬间电压或电流都不为零，即有能量损耗，而软开关即开关在开通或断开电路的瞬间，电压或电流二者必有其一为零，这样开关的开或关的瞬间就没有能量损耗了。 20世纪60年代开始得到发展和应用的DC-DC PWM“硬开关”功率变换技术，功率开关管导通或关断时，器件上的电压和电流不等于零。因此，功率管的导通和关断都会有较大的功率损耗，而且，开关频率越高，开关损耗越大，变换器效率大为降低。然而，提高开关频率是现代开关变换技术的重要发展方向之一。开关变换器的高频化可以使变换器的体积、重量大为减小，从而提高开关变换器的功率密度，提高设备的集成化程度。此外，提高开关频率也有利于降低开关电源的音频噪声和改善动态效应。 高频软开关技术在这种要求下应运而生，使开关电源能够在高频下高效率地运行。软开关技术是应用谐振原理，使开关变换器的开关器件中电流或电压按正弦或准正弦规律变化，当开关管电流自然过零时，使开关管关断；或开关管电压自然过零时，使开关管导通，从而使开关管关断和导通损耗为零，实现了开关电源高频化的设计，而且提高了电源效率。 高频软开关技术改善了开关器件转换过程中的开关损耗，实现了电力电子能源的“绿色化”和“高频化”。采用谐振变换器的高频软开关技术为保持输出电压不随输入电压变化而变化采用的是调频系统，然而变压器和磁性元件不易实现。零电压开关(ZVS)PWM变换电路、零电流开关(ZCS)PWM变换器既有电压过零(电流过零)控制的软开关特点，又有PWM恒频调宽的特点，但变换电路中开关管的电压或电流应力较大。而零转换开关电路谐振网络和主功率开关器件并联，因而在使主开关器件软开关工作的同时，并没有增加过高的电压或电流应力，同时，辅助谐振网络并不需要处理很大的环流能量。移相全桥软开关变换器在不增加或增加很少元件的情况下，除具有传统全桥变换器中开关器件电压、电流额定值较低，功率变压器利用率高，输出功率大的特点外，还实现了开关器件的恒频控制，而且电压电流应力小。 开关变换器的高频化是开关变换器的重要发展方向，高频软开关技术的实现减小了变换器的体积和重量，降低了开关电源的音频噪声，提高了变换器的功率密度和动态响应，具有十分重要的应用价值5。1.3.2软开关技术的发展历程随着电力电子技术的发展，目前对电力电子的要求越来越高趋于小型化、轻量化，并希望提高开关频率，但是目前开关器件的频率已接近于极限，并且随着频率的提高又带来了噪声污染、电池干扰、开关应力、开关损耗等一系列问题，软开关技术能降低开关损耗和开关噪声并进一步提高开关频率的特性能够更好的解决这一系列问题。根据开关开通和断开时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路；根据软开关技术的发展，可将其分为准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不同的电路，可以从基本开关单元到处具体电路。表1-1 软开关技术发展过程提出时间软开关技术开关电源中应用20世纪70年代串联谐振或并联谐振半桥或全桥20世纪80年代初有源钳位ZVS主要是单端20世纪80年代中准谐振或多谐振单端或桥式20世纪80年代末ZVS/ZCS-PWM单端或桥式20世纪80年代末移向全桥ZVS-PWM 全桥20世纪90年代初ZVT/ZCT-PWM移向全桥混合ZVS/ZCS-PWM 全桥1.3.3软开关技术的应用前景当开关频率增大到兆赫兹范围，被抑制时或低频时可忽视的开关应力和噪声，将变得难以接受。谐振变换器虽能为开关提供零电压开关和零电流开关两种状态，但工作中会产生较大的循环能量，使导电损耗增加。为了在不增大循环能量的同时，建立开关的软开关条件，发展了许多软开关PWM技术，它们使用某种形式的谐振软化开关转换过程，开关转换结束后又恢复到常规的PWM工作方式，但它的谐振电感串联在主电路内，因此零开关条件与电源电压、负载电流的变化范围有关，在轻载下有可能失去零开关条件。为了改善零开关条件，人们将谐振网络并联在主开关管上，从而发展成零转换PWM软开关变换器，它既克服了硬开关PWM技术和谐振软开关技术的缺点，有综合了它们的优点。目前无源无损缓存电路将成为实现软开关的重要技术之一4。如今，软开关变换器都应用了谐振原理，在电路中并联或者串联谐振网络，势必产生谐振损耗，并使电路收到固有问题的影响。为此，人们提出了组合开关理论。组合软开关技术结合了无损耗吸收技术与谐振式零电压技术，零电流技术的优点，起基本原理是通过辅助管实现部分主管的零电流关断或零电压开通，主管的其余软开关则是由无损耗吸收网络来加以实现，吸收能量来恢复电路波ZCT、ZVT谐振电路所取代，辅助管的软开关则是由无损耗吸收网络或管电压、电流自然过零来加以实现的。换言之，即电路中既可以存在零电压开通，也可以存在零电流关断，同时，既可以包含零电流开通，也可以包含零电流关断这四种任意组合。有次可见，由无损耗缓冲技术和谐振技术组合而成的新型软开关技术将成为新的发展趋势。随着电力电子技术的不断发展，软开关技术正由新兴技术不断走向成熟。研究人员不断取得新的进展，使电力系统的转换的传输中能量损耗不断降低，电磁干扰逐渐较少，噪声污染正进一步得到解决。1.4驱动电路1.4.1驱动电路的基本概念主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间的电路，即放大控制电路的信号使其能够驱动晶体管，称之为驱动电路。驱动电路的基本任务就是，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电子电路器件控制端公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对于半控型器件只需提供开通控制信号，对于全控型器件则既要提供开通信号，又要提供关断信号，以保证器件按要求可靠导通或关断6。1.4.2驱动电路在MOSFET中的应用开关电源由于体积小、重量轻、效率高等优点,应用已越来越普及。MOSFET由于开关速度快、易并联、所需驱动功率低等优点已成为开关电源最常用的功率开关器件之一。而驱动电路的好坏直接影响开关电源工作的可靠性及性能指标。一个好的MOSFET驱动电路的要求是：开关管开通瞬时,驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值,保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡;开关管导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定使可靠导通;关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放,保证开关管能快速关断;关断期间驱动电路最好能提供一定的负电压避免受到干扰产生误导通;另外要求驱动电路结构简单可靠,损耗小,最好有隔7。1.5软开关电路存在的问题1.5.1可靠性为实现软开关，目前的普遍做法是在电路中附加无源或有源电路，增加了电路的复杂程度，并将全控型无换流电路的优点丧失。1.5.2效率和EMI问题对软开关电路的效率和EMI水平进行比较实验研究的结果表明，软开关电路的实际效率和EMI水平与期望值差别较大，原因是主电路器件由于软开关所减少的开关损耗中，一部分被附加电路产生的各种损耗所抵消；与此相仿，尽管主电路器件的电压和电流变化率明显下降，与之对应的EMI也相应减低，但由于附加电路的谐振频率远高于PWM的载波频率，附加电路会产生大量的噪声，这一点在软开关电路的研究中常被忽视。2.软开关驱动电路21软开关技术的分类 变换器的软开关技术实际上是利用电感和电容来对开关的开关轨迹进行整形，最早的方法是采用有损缓冲电路来来实现。从能量的角度来看，它是将开关损耗移到缓冲电路消耗掉，从而改善开关管的条件。这种方法对变换器的变换效率没有提高，甚至会使效率有所下降。目前所研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路，而是真正的减小开关损耗，而不是开关损耗的转移。直流开关电源的软开关技术一般可以分为以下几类：全谐振变换器（即谐振变换器）、准谐振变换器和多谐振变换器、零开关PWM变换器、零转换PWM变换器以及无源无损软开关技术8。2.2软开关电路分类根据开关开通和关断时的电压电流状态，软开关电路可分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关的发展历程，可将软开关电路分为准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路9。与零开关不同的是谐振电路与主电路开关并联，这可以使谐振电路受负载和输入电压的影响而变小，电路在输入电压宽范围内且负载由空载到满载内能工作于软开关状态。零开关PWM电路包括零电压开关PWM和零电流开关PWM。最初的零开关PWM电路是零电压的，它是由零电压开关谐振电路（ZVS-QRC）的谐振电感两端接一个开关得到的。这样就把PWM技术和软开关技术结合起来，使之工作于固定的开关频率下，且开关承受的电压明显比准谐振电路中的开关承受的电压低。最初的零电压转换技术是1991年由FICILee，Hua GI和Leu CISI 设计提出的。在这种零电压转换电路中，换相是由与主开关或主二极管并联的吸收电容辅助完成的，而且在主电路开关关断期间滤波器电流方向可以使辅助电路保持不工作状态，而仅在主开关开通过程中发生作用，这样就可以降低传输损耗，因此近年来研究人员对零转换技术极为关注，出现了诸多的零转换电路拓扑结构，但是各种电路拓扑总是存在不同形式的缺陷10。为了便于人们对零电压转换电路作进一步的分析研究，MILIMartins，JILIRussi和HILIHey通过研究近年来出现的各种零电压转换电路，提出了一种新的分类方法：根据辅助电压源的不同进行PWM变换器大致分类如下：带有开关式辅助电源型，带有直流辅助电压源型和带有谐振式辅助电压源型11。2.3软开关驱动的几种基本电路2.3.1谐振电路谐振变换器，实际上是负载谐振变换器。最早在20世纪70年代被提出来，它通过在标准PWM变换器结构上简单地附加谐振网络的方法而得到。按照谐振元件的谐振方式，课分为串联谐振变换器和并联谐振变换器两类；按照负载与谐振电路的连接关系，又可分为串联负载谐振变换器和并联负载谐振变换器。其工作原理主要是通过谐振网络与负载的谐振，是经过开关元件的电流或电压被整形为正弦波形，开关元件在电流或电压的过零处开通或关断，实现软开关过程11。2.3.2准谐振电路关于准谐振变换器和多谐振变换器，在20世纪80年代美国弗吉尼亚电子中心（UPEC）的李泽元教授等研究人员提出谐振开关，即在基本PWM开关上增加一些谐振元件，是谐振变换器中最关键的部分。根据开关管与谐振电感和谐振电容的不同结合，谐振开关可分为零电流谐振开关和零电流谐振开关。零电流谐振开关是将谐振电感与PWM开关串联，利用电感中谐振电流过零点时，使开关零电流关断；零电压谐振开关是将谐振电容与PWM开关并联，利用电容两端谐振电压过零点时，使开关零电压开通。它们各有L型和M型两种电路，而且根据功率开关管是单向导通还是双向导通，又可分为半波模式和全波模式。最先出现的软开关电路是零电压电流准谐振电路拓扑结构，20世纪70年代末80年代初准谐振技术得到广泛关注，因为它能够通过谐振来整定电压和电流的波形，是大电压和大电流不能同时出现，这样就大大减少了开关应力和功率损耗11以下是零电压准谐振电路和零电流准谐振电路的原理图： 图2-1.零电压准谐振电路原理图谐振电路的特点：写真电压峰值很高，要求器件耐压必须提高。 谐振电流有效值很大，电路中存在大量无功功率的交换，电路导通损耗很大。 谐振周期随着输入电压、负载的变化而改变，因此电路只能采用脉冲频率调制（Pulse Frequency ModulationPFM）方式来控制8一般来说，谐振电路可分为：零电压开关谐振电路、零电流点开谐振电路、零电压开关多谐振电路和用于逆变器的谐振直流环电路12。 图2-2 零电压准谐振电路的理想化波形图零电压开关准谐振变换器电压应力大，负载幻化范围小，这一限制可通过零电压多谐振技术得到大大改善。多谐振电路使所有的寄生元素包括半导体开关结构的结电容和变压器漏电感组合成一个多谐振网，这样就使各种形式的寄生振荡最小化，甚至能够在无负载的情况下实现零电压开关。 图2-3 谐振直流环电路原理图 图2-4 谐振直流环电路的等效电路图 图2-5 谐振直流环电路的理想化波形图2.3.3零开关PWM电路零开关PWM转换器包括零电压PWM转换器和零电流PWM转换器，它们是在谐振软开关的基础上，加入一个辅助开关管，来控制谐振元件的谐振过程，实现PWM控制。它只利用谐振实现换相，换相完毕后仍然采用PWM工作方式，从而既克服了硬开关PWM在开关过程中的三大缺陷，又保留了硬开关PWM变换器的低稳态损耗低稳态应力的优点。零开关PWM电路引入了辅助开关来控制谐振开始时刻，使谐振仅发生在开关过程前后。零开关PWM电路可分为：零电压开关PWM电路和零电流开关PWM电路。零开关PWM电路的特点：电压和电流基本上是方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受的电压明显降低。 电路不采用开关频率孤单的PWM控制方式。2.3.4零转换PWM电路零转换PWM变换器包括ZVT-PWM变换器和ZCT-PWM变换器，其谐振网络是与主开关并联的。在开关转换期间，并联的谐振网络产生谐振获得零开关条件；开关转换结束后，电路又恢复到正常的PWM工作方式。因此，零转换PWM变换器既克服了硬开关PWM和谐振技术的缺点，又综合了它们的优点。为止，该类变换器在中大功率场合得到了广泛应用13。零转换PWM变换器有如下优点：采用PWM控制方式，实现恒功率控制。辅助电路只是在开关管开关时工作，其他时候不工作，而且是与主功率回路相并联，不需要处理很大的环流能量，从而减少了辅助电路的损耗。 辅助电路的工作不会增加主开关管的电压和电流应力。零转换PWM电路采用辅助开关控制谐振的开始时刻，但谐振电路是与主开关并联的。零转换PWM电路可以分为零电压转换PWM电路和零电流转换PWM电路。零转换PWM电路的特点是：电路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满负载都能工作在软开关状态。电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有进一步提高。 图2-6 升压型零电压转换PWM电路原理图2.3.5无源无损缓存电路无源无损缓存电路，即不附加有源器件，只是采用电感电容和二极管来构成无源缓存网络。一个基本的无源无损缓存电路一般都包含三个基本功能回路：开通缓存回路、关断缓存回路及馈能回路。常用的方法是用电感L和功率管串联，开通时电流只能从零增加，因而，“零电流”使开通得到软化；用电容C和晶体管并联，关断时晶体管两端电压只能从零开始增大，因而，“零电压”使关断得到软化；用二极管D经过一定的拓扑网络，在功率管开关过程中，将L和C中的存储能量反馈到电源或者馈送给负载14。3.电路设计3.1传统的中高功率DC/DC变换器电路3.1.1传统PWM门电路的不足传统PWM变换器中的开管器件工作在硬开关状态，硬开关工作的四大缺陷妨碍了开关器件工作频率的提高，存在如下问题： 开通和关断损耗大：在开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；关断时，电压上升和电流下降同时进行。电压、电流波形的交叠致使器件的开通损耗和关断损耗随开关频率的提高而增加15。 感性关断问题：电路中难免存在感性元件，当开关器件关断时，由于通过该感性元件的和很大，从而产生大的打次干扰，而且产生的尖峰电压加在开关器件两端，易造成电压击穿16。 容性开通问题：当开关器件在很高的电压下开通时，储藏在开关器件结电容中的能量将全部耗散在该开关器件内，引起开关器件过热损坏16。 二极管反向恢复问题：二极管由导通变为截止存在着反向恢复期，在此期间内，二极管仍然处于导通状态，若立即开通与其串联的开关器件，容易造成直流电源瞬间短路，产生很大的冲击电流，轻则引起开关器件和二极管能耗急剧增加，重则致其损坏17。3.1.1电感式DC/DC变换器的工作原理 3-1 降压式DC/DC变换器电路原理图183.1.2传统的DC/DC电路存在的不足近几年来，随着软开关技术在D图C/DC变换器中的应用日趋成熟，变换器的工作频率提高了，磁性元件以及电容的体积减小了，变换器的功率密度也随之提高了19。自80年代初美国VPEC(Virginia Power ElectronicCenter)的李泽元教授提出了软开关技术的概念后，软开关技术在DC/DC变换器中的应用已分别经历了谐振开关阶段、准谐振阶段以及软开关PWM阶段。其中前两个阶段共有的两大缺陷是：谐振元件处于功率传输的主电路中，使得开关器件的电压、电流应力增大;输出电压与开关频率有关，必须采用调频控制，因此不利于输入、输出滤波器的设计20。零过渡PWM技术出现后，受到人们广泛的重视。零过渡PWM变换器的主要优点是： 保留了PWM技术的优点，实现了恒频控制; 谐振元件与主开关并联，不参与功率传输，因此使主开关的电压、电流应力大大减小了;与以往的软开关变换器相比，能实现零开关条件的电源电压、负载变化范围更宽21。3.2基于MC34512的软开关变换器高速驱动电路的设计3.2.1芯片MC34152MC34152是一款单片双MOSFET高速集成驱动器，具有完全适用于驱动功率MOSFET的两个大电流输出通道，而且有低输入电流，可与CMOS和LSTTL逻辑电路相容22。MC34152的每一通道包括逻辑输入级和功率输入级两部分。输入级由具有最大带宽的逻辑电路施密特触发器组成，并利用了二极管实现双向输入限幅保护。输出级被设计成图腾柱（totem pole）电路结构形式22。基准电压为5.7V的比较器与施密特触发器输出电平的逻辑判定决定了非门的输出状态（同相或者反相输出），进而决定了两个同型输出功率管的“推”和“挽”工作状态。这种结构使芯片具有强大的驱动能力及低的输出阻抗，其输出和及吸收电流的能力可达1.5A，在1.0A时的标准通态电阻为2.4，可对大容性负载快速充放电；对于1000pF负载，输出上升和下降时间仅为15ns，逻辑输入到驱动输出的传输延迟（上升沿或下降沿）仅为55ns，因而可高速驱动功率MOSFET。每个输出级还含有接到的一个内置二极管，用于 制正太电压瞬态变化，而输出端要接100K降压电阻，用于保证当低于1.4V时，保持MOSFET栅极处于地电位23。3.2.2设计电路图对于软开关变换器，在设计驱动电路时，要考虑主开关与辅助开关驱动信号之间的相位关系，用集成芯片MC34152和CMOS逻辑器件设计一种可以满足这中要求的软开关变换器驱动电路。图3-2 基于MC43152的设计电路图 图3-3 ZVT-PWM变换结构框图4.总结本电路采用了MC34152芯片，更够克服传统电路二极管尖峰指过大的问题。在设计过程中，因为使用普通器件，元器件较多，而且输入信号较弱容易受到干扰，所以力求硬件电路简单，努力从工艺上下功夫，并对某些电路进行创新。本系统达到了题目中的各项要求。同时，设计过程中遇到了许多困难，设计上还存在许多值得改进的地方。如电路过于繁琐，需要精简，可以进一步优化设计使读数更精确，误差更小，提高分辨率和灵敏度，由于本次设计时间较短，我会在论文结束之后继续深入研究此课题，达到更理想的效果。 参考文献1 姜媛媛, 李振壁. 软开关技术的发展及其现状 N. 煤矿机械报. 2005, 11.2 阮新波, 严仰光. 直流开关电源的软开关技术 M. 科学出版社，2000.3 软开关技术综合. /html/dydl_QiTa/2011-03/583867.htm. 2011年3月25日.4 软开关技术. /view/b47a8b7602768e9951e73879.html?from=related&hasrec=1. 2012年3月24日.5 顾亦磊, 陈世杰, 吕征宇, 钱照明. 控制型软开关变换器的实现策略 J. 国电机工程学报. 2005, 25(6): 55-59.6 王增福，李昶，魏永明. 软开关电源原理与应用 M. 北京：电子工业出版社，2006.7 许峰, 柳玉秀, 徐殿国. 新型软开关全桥变换器驱动电路 J. 电力电子技术, 2004, 38(1): 101-111.8 王增福. 电力电子软开关技术及实用电路 M. 北京：电子工业出版社，2009年9 王志强译.开关电源设计 M. 电子工业出版社, 2010.10 电子开关电路图全集 E. /vie