ZVS移相全桥变换器设计

电气工程学院上课时间制定计划，说明书设计标题：部门：学年专业：学生姓名：指导教师：电气工程学院课程设计任务书课程名称：电力电子与电力集成课程设计基层教学单元：电气工程和自动化教师：朱炎平学号学生姓名(专业)课设计标题ZVS移相全桥变换器的设计设计技术手术参数输入电压：直流450V输出电压：直流24V输出：200瓦开关频率：20kHz效率：设计要求1、主电路设计：移相全桥变换器；主电源设备参数、输出滤波器参数、主电路连接导线横截面积的计算和选择；2、高频变压器设计：芯计算和选择，原灯计算，漆包线横截面积计算和选择。3、控制电路设计：稳压器输出的电压闭环。4、过流保护设计人参考试资本家材料1、电力电子技术(第5版)王兆安主编机械工业出版社20092、脉宽调制DC/DC全桥变换器软开关技术阮新波延仰光科学出版社3、电动拖动自动控制系统陈博时间机械工业出版社4、开关电源原理与设计张占彩玄3周藩第一周第二周必须结束内容完成所有方案设计：星期一，第二：确认并阅读相关参考资料。星期二至星期五：程序设计，改进星期一，2:完成工程报表星期三，4: A1绘制设计图面星期五：评估答案地图桥老师签字朱艳萍Grassroots teaching unit董事签字孙晓峰说明：1，本表为第3部分，系，学生1部分，保原教务科1部分。2、学生的那份任命书要求在课程设计报告前装订。电气工程学院教务科电力电子与电力课程设计组自评表标题：类：工作品质等级名字组内分配工作内容本人签名1234摘要信息首先，本文介绍了PWM DC/DC变换器的软开关技术，根据相移控制PWM全桥变换器的主电路拓扑，选择了适用于本文零电压开关软开关技术的电路拓扑，并在阐述其基本工作原理的同时，提出了ZVS软开关的实现策略。其次，给出了主电路各参数设计和参数计算方法，包括所选主电路拓扑的电路设计、输入、输出整流桥和逆变桥设备选择、输入整流滤波电路的参数设计、高频变压器和谐振电感的参数设计、输出整流滤波电路的参数设计等。然后讨论了相移控制电路的形成，在选择相移控制芯片的同时，对相移控制芯片UC3875进行了详细的分析和设计。主功率管MOSFET驱动电路最后，基于理论计算，仿真系统主电路，研究每个设计部分的参数是否适合实际电路。建立了移相控制ZVS DC/DC全桥变换器的实验平台，在系统实验平台上进行了大量实验。实验结果表明，本文设计的DC/DC变换器很好地实现了软开关，提高了效率，稳定了输出电压，最后调整了相移控制电路，实现了直流输出的大范围调整，具有工程实用价值。行分析和设计。关键字开关电源；高频变压器；相移控制；零电压开关；UC3875目录摘要4第一章简介6第二章PWM DC/DC全桥变换器软开关技术72.1 PWM DC/DC全桥变换器72.1.1全桥变换器的基本工作原理72.1.2 PWM DC/DC全桥变换器的软交换实施82.2 PWM DC/DC全桥变换器ZVS9的实现2.3整流二极管转换器102.4本章摘要12第三章PWM DC/DC变换器控制电路设计133.1相移控制电路原理133.2相移控制芯片UC3875143.2.1控制芯片针脚功能简介143.3控制程序分析15第四章仿真和参数设计174，1参数设计174.1.1主电路参数设计174.1.2高频变压器设计17第一章简介早期提出的软开关转换器是谐振转换器、准谐振转换器和多谐振转换器。实施了开关管的零电压开关或零电流开关，减少了开关损耗，提高了转换器的转换效率，大大提高了开关频率，减少了体积和重量。但是，这些变换器的装置应力大，循环能量大，采用频率调制，不利于优化设计滤波器。保留谐振变换器的优点，实现开关管的软开关的同时，采用PWM控制方法，实现了一定的频率调节，有利于滤波器设计，90年代出现了零转换变换器。零转换转换器是在开关开关期间，转换器在谐振状态下运行，实现开关管的零电压开关或零电流开关，其他时间在PWM控制模式下运行。该转换器适应通信技术和电力系统的发展，适用于通信开关电源和电力操作电源本课程中的具体任务包括：1.移相控制PWM全桥变换器软开关技术的基本工作原理分析及软开关实现条件和整流二极管变换器情况分析。2.研究了主电路各参数的设计方法，包括移相控制PWM全桥变换器主电路拓扑的电路设计、输入整流桥、逆变桥、输出整流二极管选择、输入滤波电路总线支持电容设计、高频变压器和谐振电感设计、输出滤波电路的滤波电感和滤波电容设计。3.详细分析相移控制芯片，设计和分析驱动电路。理论计算和仿真研究设计参数。第二章PWM DC/DC全桥变换器软开关技术2.1 PWM DC/DC全桥变换器2.1.1全桥变换器的基本工作原理图中显示了PWM DC/DC全桥变换器的基本电路结构及其波形。T1-T4是四个主电源管，D1-D4主电源管的相反并行二极管，TR是输出变压器，原始次绕组线圈K=N1/N2，VD1和VD2是输出整流二极管，Lf和Cf是输出滤波器电感和电容，RL是负载。输入直流电源电压为Vin，输出直流电压为Vo。相移控制如图(b)所示，虽然T1和T2分别以180度、T3和T4不同的方式工作，但T1(或T2)和T4(或T3)以不同的方式表示a的传导角度。其中，T1和T2分别在T4和T3之前切断，因此由T1和T2组成的腿臂是前腿臂，由T3和T4组成的腿臂是延迟腿臂。控制四个T1-T4开关管，从AB两点获得Vin的交流方波电压，从高频变压器的隔离和变压器侧获得Vin/K的交流方波电压，然后通过由VD1和VD2组成的输出整流桥从CD两点获得Vin/K的直流方波电压。由Lf和Cf组成的输出过滤器在此DC方波电压下过滤高频分量，以从输出端获得电压值为Vo=DVin/K的直线直流电压。其中D是负载周期，D=2*Ton/Ts，To是传导时间，Ts是负载周期，Vo的公式，可以调整负载率以调整输出电压Vo，D=2*Ton/Ts=1- a/2.1.2 PWM DC/DC全桥变换器的软交换实现1.高级桥臂软交换的实现图中，T1和T4同时通过传导，vAB=Vin，变压器一次通过T1和T4流侧电流。在特定时间点，T1先关闭，远侧电流从T1转移到C1和C2，C1充电，C2放电。由于C1和C2，t1是零电压阻塞。在此过程中，由于Lf与泄漏检测Lrk和过滤器电感是并行的，并且Lf很大，因此可以认为原始侧电流Ip类似于恒流源。C1的电压线性增加，C2的电压线性减少。当C1的电压上升到Vin时，C2的电压下降到0，有T2的相反并行二极管D2的自然导轨，此时T2是零电压开通。此时，Vab=0相当于T2处于关闭状态。通过上述分析，如果关闭了：高级桥臂，则输出滤波器电感和泄漏电感串联，原始边缘电流是恒流源，因此高级桥臂只能是零电压开关，零电流开关是不可能的，高级桥臂可以很容易地实现零电压开关。3.桥臂的软开关延迟1)磁滞桥臂的零电压开关速流状态为恒流模式时，原始侧电流通过D2和T4。T4关闭时，一侧电流从T4转移到C3和C4分支，C4充电，C3放电。由于C3和C4，T4是零电压阻塞。当C4的电压上升到Vin时，C3的电压下降到0，T4的反向二极管D4自然传导，此时T4开通后，将成为零电压开通。现在vAB=0。就像T3停止了。T4关闭后，vab=-vc 4、vab、负电压、VD2传导、VD1和VD2转换器将导致变压器副变短连接，并且变压器源侧电压为零。此时，与C3和C4共振的能量由泄漏检测Llk提供。由于Llk的电感量较小，如果Llk提供了在不结束端口和C3充电放电的情况下反转原始侧电流IP的能量，则C3的电压开始增加，此时打开T3将无法开启零电压，但会硬打开。通过以上分析，(1)延迟桥臂ZVS的能量是泄漏的能量。(2)泄漏检测比输出电感小得多，因此延迟桥臂比高级桥臂更难实现ZVS。(3)泄漏能量与载荷相关。负荷越大，能量越大。反之，越小。负载大的情况下，由于泄漏检测能量不足，磁滞桥臂无法实现零电压开关，需要辅助电路来实现延迟桥臂的零电压开关。2)磁滞桥臂零电流开关更新状态为电流重置模式时，如果T4关闭，则原始侧电流为0，T4为0电流切断。T3开通时有泄漏感，可以认为原始侧的电流没有突然增加，而是以一定的斜率增加，使T3以零电流开通。就像T3停止了。从上述分析中可以得到：(1)在电流复位模式下，滞后桥臂实现ZCS。(2)磁滞桥臂开关管两端不能是并行电容。否则，开关管打开时并行电容的电压不能为零。其能量都消耗在开关管上，可以加热开关管，在开关管上产生很多电流尖峰，从而损坏开关管。(3)在二流态下，当远侧电流返回零时，不能反向增加。否则，开关管道开通时，开通电流的峰值会很大，开关管道容易受损，从而失去了零电流开通的条件。2.2 PWM DC/DC全桥变换器ZVS两条腿臂ZVS的实现1.要实现ZVS条件实现交换机零电压开通，必须具有足够的能量1)去除要开通的开关管外部附加电容的电荷。2)充同一腿臂关闭的开关的外部附加电容。3)考虑变压器远侧绕组的电容时，部分能量拔掉变压器远侧绕组的寄生电容器CTR的电荷。也就是说，要实现开关管的零电压开通，必须满足下行2.前桥臂实现ZVS前桥臂开关中输出滤波器电感和示例及谐振电感l；连接在一起，此时用于实现零电压开关的能量是滤波器电感和谐振电感Lr的能量。此外，参与共振的是变压器的励磁能量Wmag(相对较小，可以忽略)，因此要实现前面桥臂的ZVS，就可以满足了3.延迟桥臂ZVS实现延迟桥臂的开关侧变短路，这时整个变换器分为两部分，部分原侧电流逐渐改变循环方向，其循环路径由整个桥提供；另一部分是负载侧和变压器原始边缘不传递能量的整流桥上，负载电流提供连续流电路。此时，用于实现ZVS的能量只有谐振电感l，而的能量不符合(2-22)表达式，则无法实现ZVS。也就是说由于输出滤波器电感和未参与桥臂ZVS的实现，输出谐振电感比输出滤波器电感小得多，延迟桥臂要实现ZVS困难得多。2.3整流二极管转换器在移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器中，输出整流电路一般有两种：全桥整流方案、全桥整流方案。输出电压高，输出电流比较时普遍使用全桥整流。在输出电压低、输出电流大的情况下，通常采用电波整流，以减少整流桥的通过状态损失，提高变换器的效率。无论使用哪种整流方式，变压器在整流二极管发生占空比损耗的期间内以短路状态运行，在此期间分析整流二极管的转换器情况。全波整流图显示了二次全波整流方式的电路图及其变换器波形。变压器副边上每个电流的参考方向如下：T2瞬间负载电流通过VD1。(t2-t5)在此期间，变压器原始侧电流减少，相应的次绕组Ls1中的电流小于输出滤波器电感电流，即，小于is10，通过VD1的电流大于流经VD2的电流(2) T4小时，iP=0，两个整数管道中的电流是负载电流的一半。3)(t4，t5持续时间，iP0，VD1中的电流小于VD2中的电流，即4) ts瞬时，ip=-iLf/K，VD2中的满载电流，VD1电流为0，即此时，VD1关闭，VD2接管全部负载电流，完成整流转换器过程。2.4本章摘要移相控制全桥零电压PWM变换器适用于高功率、低电压等。该变换器使用变压器的泄漏