数字控制零电流转换全桥DC/DC变换器研究

论文摘要

软开关技术是功率变换器高频化、高功率密度化的关键技术,已成为现代电力电子技术研究的热点之一。微处理器的发展促进了功率变换器从模拟控制向数字控制的转化,采用数字控制技术可简化控制电路,提高系统的可靠性、控制灵活性、通用性以及智能化程度。本文立足于将开关电源的高频化和数字化相结合,提出了一种基于ARM控制的零电流转换(ZCT)全桥DC/DC变换器。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ARM芯片LPC2214为核心的数字化控制系统,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1千瓦移相控制零电流转换软开关电源,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计算,并在实验样机上测量出了实际运行时的波形。实验结果表明:主电路参数设计正确、合理,满足变换器设计要求;所有开关管成功实现了ZCS,副边整流二级管实现了软转换,且具有辅助电路结构简单,整体效率高等优点;控制系统硬件结构简单、集成度高,控制软件工作正常,正确实现了所有功能,从而验证了所选方案的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 功率变换器分类
• 1.1.2 软开关功率变换器的发展
• 1.2 全桥变换器
• 1.2.1 全桥变换器简介
• 1.2.2 全桥变换器控制策略
• 1.2.3 软开关全桥变换器
• 1.3 数字控制开关电源
• 1.3.1 数字控制技术的发展
• 1.3.2 开关电源的数字控制
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 新型ZCT全桥变换器工作原理
• 2.1 新型ZCT电路概述
• 2.2 新型ZCT全桥变换器工作原理分析
• 2.3 新型ZCT全桥DC/DC变换器关键问题分析
• 2.3.1 轻载时的拓扑分析
• 2.3.2 主开关管零电流开关条件
• 2.3.3 辅助电路开关管零电流开关条件
• 2.3.4 辅助二极管的软转换
• 2.3.5 有关辅助电路的改进
• 2.3.6 功率损耗分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 数字控制系统设计
• 3.1 开关电源数字化控制概述
• 3.1.1 数字电源精度分析
• 3.1.2 数控电源抗干扰技术
• 3.2 数字控制设计
• 3.2.1 控制策略和控制算法
• 3.2.2 调节器设计方法
• 3.3 控制程序设计
• 3.3.1 LPC2214简介
• 3.3.2 控制方案
• 3.3.3 软件设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 48V/20A数字控制开关电源设计
• 4.1 主电路结构
• 4.2 控制及驱动电路
• 4.3 保护电路
• 4.3.1 软启动
• 4.3.2 保护电路
• 4.4 主电路参数计算
• 4.4.1 输入滤波电容的选择
• 4.4.2 高频变压器设计
• 4.4.3 谐振电路设计
• 4.4.4 输出滤波电感设计
• 4.4.5 输出滤波电容选择
• 4.4.6 主功率管和辅助开关管的选择
• 4.4.7 输出整流二极管的选择
• 4.4.8 辅助电路二极管的选择
• 4.5 本章小结
• 第五章 仿真与实验
• 5.1 PSPICE仿真
• 5.1.1 PSPICE软件简介
• 5.1.2 仿真参数与设置
• 5.1.3 仿真波形
• 5.2 样机实验结果
• 5.2.1 实验波形及分析
• 5.2.2 实验结论
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的论文