移相全桥软开关电源论文

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1、摘要随着电力电子技术的发展，对电源的要求也越来越高。模拟电路固有的精度差、温度漂移大以及器件老化等问题，使得它在一些要求较高或者对接口、兼容要求高，温度、噪声敏感的场合难以达到令人满意的效果。而随着电路集成技术的提高，各种高性能微处理器的迅猛发展，已经可以满足实时控制的要求；体积小重量轻，可用于小型化、便携电源；而其价格的降低，使得数字控制系统有了更为普及的应用。本文采用Microchip公司的16位dsPIC33F系列单片机作为移相全桥软开关电源的主控制芯片。通过片内的A/D转换单元，将电流、电压的采样值转换为数字量，利用增量式P

2、ID控制算法进行反馈，通过片内PWM输出控制高频开关，从而实现基准值与采样值之间的误差调节。本设计实现的是一款为输入单相交流220V；输出直流电压0～100V连续可调；最大输出电流为10A；最大输出功率为1000W的开关电源。本文首先简单介绍一下系统整体结构，然后深入研究移相全桥ZVSPWM变换器原理和分析相关问题；接着是1000W开关电源的主电路硬件设计，包括主电路的拓扑结构，功能电路以及各电路参数的计算与元器件的选择；最后研究移相全桥电源的数字控制方案，包括软硬件的设计。本设计方案稳定可靠，控制精度高，纹波系数小，能够满足应用的

3、需要。关键词：移相全桥；软开关；开关电源；PID控制；dsPIC33FAbstract第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。目前，在DC/DC变换器中，全桥移相控制软开关PWM变换器的研究十分活跃。它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率的应用场合。国内外对全桥移相零电压软开关变

4、换器的研究比较成熟，但目前研究热点已转向同时实现零电压零电流软开关。在数字控制方面，据文献看来基本是DSP比较多，而用Microchip公司的DSC高性能16位数字控制器在控制方面可以比DSP更优越。因此移相全桥软开关电源还有更大的研究空间。本课题基于dsPIC33F的移相全桥软开关电源能够达到以上优点，损耗小、感性关断电压尖峰和容性开通电流尖峰小、电磁干扰轻微、便于控制、低成本和高精度等，是目前研究的热点课题。1.2移相全桥零电压PWM（PSCFBZVS-PWM）变换器在移相控制基础上，利用功率MOSFET的输出电容和输出变压器的

5、漏感作为谐振元件，使FBPWM变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频开关，称为PSCFBZVS-PWM变换器。由于减少了开关过程损耗，可保证变换器效率达80-90%，并且不会发生开关应力过大的问题。现在FBZVS-PWM开关变换器已广泛应用于通信AC-DC一次电源、分布式军用电源系统中。PSCFBZVS-PWM变换器的优点：·开关管在ZVS条件下运行，开关损耗小，可实现高频化；·控制简单（脉宽恒定，只控制移相）；·恒频运行；·无需吸收电路；·电流、电压应力小，类似PWM变换器。PSCFBZVS-PWM变换器的缺点：·当负载很轻

6、时尤其是滞后桥臂开关管的ZVS条件难以满足；·原边有较大环流，使导电损耗增大；·输出整流二极管不能实现零开关，其开关损耗大。早在1988年GE公司R.A.Fisher等就报导了三路输出（5V、15V、25V）的250WFBZVS-PWM开关电源变换器，fa=500kHz，功率密度37W/，效率90%。1989年IBM公司Walters、Polivka等报导了在分布式军用计算机电源中高密度模块使用FBZVS-PWMDC-DC变换器，输出220W,5V,输入270V。开关频率200KHz。设计要求功率密度10W/。MTBF17000小时

7、。对损耗的分析有如下结果：总损耗约55W，包括：功率MOS管及驱动电路9.3W；磁元件8.5W；肖特基二极管27W；输出滤波器1.5W；控制电路1.4W；其它3.7W。满载时变化器效率分析值为79.8%，实验值为77%。1993年美国Unitrode公司报导研制了FBZVS-PWMDC-DC变换器，输出48.8V，500W，输入360V，开关频率200kHz。1990年VPECJ.A.Sabate等设计试验了输出2kW、360V的FBZVS-PWMDC-DC变换器。输入600V，开关频率100kHz,效率94.5%。总损耗113W，

8、包括：功率MOSFET46.3W；二极管21.8W；磁元件24.6W；吸收网络和控制电路等20W。设计参数如下：Dmax=0.8，D=0.67。Cmax=82pF,C1=100pF，Llk=52uF；负载小于额定值48%时，变化器失去