数字控制移相全桥ZVZCS变换器的研制

论文摘要

高频化、模块化、数字化是开关电源的发展方向。实现高频化的主要途径是软开关技术,全桥移相零电压零电流（ZVZCS）脉宽调制变换器是软开关PWM技术在全桥DC-DC变换器中较成功的应用例子,并具有较好的工程实现价值。本文立足于将开关电源的高频化和数字化相结合,提出了一种利用输出耦合电感实现软开关的新型次级筘位ZVZCS PWM DC/DC变换器,其反馈控制采用数字化方式。论文分析了该新型变换器的工作原理,推导了变换器各种状态时的参数计算方程;设计了以凌阳单片机芯片SPCE061A为核心的数字化反馈控制系统,通过软件设计实现了PWM移相控制信号的输出;运用PSpice9.2软件成功地对变换器进行了仿真,分析了各参数对变换器性能的影响,并得出了变换器的优化设计参数;最后研制出基于该新型拓扑和数字化控制策略的48V/480W移相控制零电压零电流软开关电源,给出了其主电路、控制电路、驱动电路、保护电路及高频变压器等的设计过程,并在实验样机上测量出了实际运行时的波形。理论分析与实验结果证明:该新型变换器拓扑能在1/3负载以上范围内实现超前桥臂的零电压开关,在任意负载下实现滞后桥臂的零电流开关,且具有辅助电路结构简单、无耗能元件和有源开关,副边整流管电压应力小,辅助电路内部环流小,整体效率高等优点;控制系统硬件结构简单、集成度高,实现了数字化控制与故障保护;验证了所选方案的正确性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电力电子技术概述
• 1.1.1 现代电力电子器件
• 1.1.2 电力电子变换电路
• 1.1.3 控制技术的数字化发展趋势
• 1.2 直流变换器的软开关技术
• 1.2.1 软开关技术的提出
• 1.2.2 软开关技术的实现策略
• 1.2.3 谐振变换器分类
• 1.3 数字控制技术在电力电子系统中的应用
• 1.4 课题选题意义
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 移相全桥DC/DC变换器的软开关技术
• 2.1 全桥变换器的工作原理
• 2.2 移相全桥ZVS PWM变换器
• 2.2.1 工作原理
• 2.2.2 两个桥臂实现ZVS的差异
• 2.2.3 实现ZVS的策略及副边占空比的丢失
• 2.3 移相全桥ZVZCS PWM变换器
• 2.3.1 零电压零电流开关的实现方法
• 2.3.2 几种典型的ZVZCS辅助电路
• 2.3.3 本文提出的ZVZCS辅助电路
• 2.4 本章小结
• 第三章 主电路原理与设计
• 3.1 主电路工作原理
• 3.1.1 主电路工作原理详细模态分析
• 3.1.2 主电路的几个关键问题分析
• 3.2 主电路参数设计
• 3.2.1 输入滤波电容的选择
• 3.2.2 高频变压器设计
• 3.2.3 谐振电容和谐振电感的设计
• 3.2.4 辅助电路参数的选择
• 3.2.5 输出滤波电感设计
• 3.2.6 输出滤波电容选择
• 3.2.7 主功率管和辅助开关管的选择
• 3.2.8 输出整流二极管的选择
• 3.3 主电路的仿真与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 控制系统的数字化实现
• 4.1 控制系统整体结构
• 4.2 控制系统软件设计
• 4.2.1 凌阳单片机简介
• 4.2.2 控制系统程序结构
• 4.2.3 A/D转换
• 4.2.4 数字PI控制算法
• 4.2.5 PWM控制信号的产生
• 4.3 控制系统外围电路设计
• 4.3.1 采样电路设计
• 4.3.2 驱动电路设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 实验内容与目的
• 5.2 实验结果与仿真对比分析
• 5.2.1 效率曲线分析
• 5.3 实验结论
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的论文及参加的科研工作