基于UC3875的绿色开关电源的研究

论文摘要

随着电力行业的发展,开关电源已经广泛的应用于电力、航天、通信等领域,但是它的广泛应用也带来了谐波污染、电磁干扰(EMI)等问题,提高功率因数、减小电磁干扰,日益受到国内外学者的关注。有源功率因数校正技术(APFC)和PWM软开关技术的提出,使无谐波污染、高功率因数、低EMI的绿色开关电源成为了可能。本论文在查阅大量的文献的基础上,概述了当前常用的APFC控制技术和各种移相控制全桥零电压零电流拓扑方案的优缺点。进而提出了一种新的绿色开关电源拓扑结构,该电源分前级和后级,前级是应用单周期控制的APFC电路,具有电路简单、恒频工作、高功率因数等特点；后级为应用一个电容和两个二极管构成辅助回路的移相控制零电压零电流全桥变换器(ZVZCS)。论文对前级单周期Boost APFC电路进行了系统研究,分析了Boost APFC电路的工作原理和设计过程,并在对电路建模的基础上分析了单周期控制在APFC电路的适用性。零电流软开关的实现方法主要是通过在原边和副边引入辅助电路。但是由于辅助电路的引入而产生了新的问题：采用有源和有损器件,降低了系统的总体效率；而采用电感和变压器最为辅助电路的变换器,又使变换器变得更复杂,且不可避免的增加了磁芯损耗；采用吸收电路虽然没有增加额外的损耗,但另一方面却使变压器二次侧整流二极管承受的电压增加。对此,论文对后级ZVZCS软开关变换器进行了综合分析,设计了一种新型的全桥零电压零电流变换器。文章给出了电路的工作原理、变换器的小信号模型,分析了零电压范围、零电流范围和二次侧二极管的电压应力。分析表明本文提出的电路结构具有器件少、软开关容易实现并且不增加二次侧二极管电压应力等优点。最后,详细介绍了专门用于移相控制的芯片UC3875,推导了电路主要参数的设计方法,并在此基础上,在MATLAB环境中对电路进行了仿真,实现了变换器在100kHz的开关频率下工作,通过最后的仿真结果验证了论文提出的电路的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 开关电源概述
• 1.1.1 开关电源的介绍
• 1.1.2 开关电源的分类
• 1.1.3 开关电源的发展趋势
• 1.2 研究意义
• 1.2.1 谐波的存在的危害及抑制
• 1.2.2 软开关技术
• 1.2.3 常见的软开关技术
• 1.3 研究内容
• 2 功率因数校正电路
• 2.1 功率因数的定义
• 2.2 功率因数校正电路的结构形式
• 2.3 APFC电路的控制方法
• 2.3.1 常用的控制方法
• 2.3.2 单周期控制理论
• 2.4 升压Boost电路
• 2.4.1 电路组成
• 2.4.2 工作原理
• 2.5 单周期控制Boost APFC电路
• 2.5.1 电路原理与结构
• 2.5.2 Boost电路的状态空间方程的建立
• 2.5.3 单周期控制的Boost APFC的能控性
• 2.6 小结
• 3 移相控制DC/DC变换器
• 3.1 移相控制变换器的基本结构
• 3.2 移相全桥ZVZCS变换器的几种结构
• 3.3 新型ZVZCS全桥变换器的设计
• 3.3.1 基本工作原理
• 3.3.2 电路特性分析
• 3.3.3 ZVZCS全桥变换器小信号模型
• 3.4 移相全桥的控制芯片UC3875
• 3.5 小结
• 4 参数设计与仿真
• 4.1 前级参数设计与仿真
• 4.1.1 前级设计规格及要求
• 4.1.2 最大输入功率和电流
• 4.1.3 升压电感的设计
• 4.1.4 输出滤波电容的设计
• 4.1.5 前级MATLAB仿真
• 4.2 后级参数设计与仿真
• 4.2.1 后级设计规格及要求
• 4.2.2 主功率管的选择
• 4.2.3 高频变压器的设计
• 4.2.4 输出滤波电感和滤波电容的设计
• 4.2.5 UC3875主要电路参数设置
• 4.2.6 后级仿真
• 4.3 变换器的闭合仿真
• 4.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果