全桥移相大功率开关电源的设计

论文摘要

随着电力电子技术的快速发展,对电源设备尤其是大功率电源设备的要求越来越高。由于不可控整流器在功率设备中的广泛应用,各种谐波对电网的污染也变得十分严重,使得电能的生产、传输和利用的效率降低。为了解决这一问题,我们必须对输入电流进行校正,使其正弦化,来提高系统的功率因数。同时,直流软开关技术是电力电子装置向高频化、高功率密度发展的关键技术。目前大功率电源的功率因数校正(PFC)技术和DC/DC软开关技术是电力电子技术方面研究的重点问题。本论文结合开关电源发展的现状,分析和研究了开关电源在高频和大功率情况下的实现方案,并对高频大功率(20KHz/3KW)开关电源的主电路和控制电路进行了理论设计和参数估算。变换器分为前后两级,前级采用Boost型的单相有源功率校正电路,后级采用移相控制零电压(ZVS)技术的全桥变换电路。论文首先进行了前后级的方案设计,从理论上分析了有源功率因数校正技术的基本原理,并详细分析了的工作过程和介绍了这部分电路控制芯片,然后对整个功率因数电路进行参数设计;介绍了移相全桥的特点,具体分析了移相全桥变换的工作过程,并对移相全桥电路进行了相应的参数设计。文章最后应用PSPICE软件对整个系统进行了仿真分析,对理论设计进行修正。结果表明系统设计可行,性能指标基本可以满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外开关电源的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 高频开关电源技术的发展及现状
• 1.2.2 高频开关电源技术发展趋势
• 1.3 论文的主要内容及安排
• 第二章 全桥移相大功率开关电源的方案的确定
• 2.1 总体的设计结构
• 2.2 功率因数校正电路PFC的设计方案
• 2.2.1 PFC的实现方法
• 2.2.2 APFC的拓扑结构
• 2.2.3 APFC的控制方法
• 2.3 DC/DC变换器的设计方案
• 2.4 辅助功能部分
• 2.5 本章小结
• 第三章 有源功率因数校正的原理与设计
• 3.1 功率因数的定义
• 3.2 谐波电流的危害及改进措施
• 3.2.1 谐波电流对电网的危害
• 3.2.2 不良功率因数的成因
• 3.2.3 提高功率因数的措施
• 3.3 功率因数校正的实现方法
• 3.4 PFC主电路的原理与设计
• 3.4.1 Boost变换器的PFC原理
• 3.4.2 功率因数校正主电路的设计
• 3.5 控制电路的设计
• 3.5.1 控制芯片UC3854介绍
• 3.5.2 控制电路拓扑及参数设计
• 3.5 驱动电路的设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 软开关全桥移相变换器的原理与设计
• 4.1 移相全桥ZVS-PWM变换器的工作原理
• 4.1.1 移相全桥ZVS-PWM变换器的电路原理图
• 4.1.2 移相全桥ZVS-PWM变换器的工作过程分析
• 4.1.3 移相全桥ZVS-PWM变换器的两个问题的分析
• 4.2 DC/DC变换器主电路的设计
• 4.2.1 高频变压器的设计
• 4.2.2 功率开关器件的选型
• 4.2.3 谐振电感的设计
• 4.2.4 输出整流电路设计
• 4.3 控制电路的设计
• 4.3.1 移相PWM控制芯片UC3875的特性
• 4.3.2 开关频率的设置
• 4.3.3 死区时间的研究
• 4.3.4 软启动设置
• 4.3.5 UC3875外电路的设置
• 4.4 驱动电路的设计
• 4.5 保护电路的设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 仿真结果及分析
• 5.1 开关电源常用仿真软件PSPICE9.2简介
• 5.2 功率因数校正电路的仿真
• 5.3 逆变电路仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1:全桥移相大功率开关电源电路图
• 附录 2:作者在攻读硕士学位期间发表的论文