移相全橋軟開關(guān)電源論文(已修改)
2024-11-18 22:57 本頁面
【正文】 摘要 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電源的要求也越來越高。模擬電路固有的精度差、溫度漂移大以及器件老化等問題，使得它在一些要求較高或者對(duì)接口、兼容要求高，溫度、噪聲敏感的場(chǎng)合難以達(dá)到令人滿意的效果。而隨著電路集成技術(shù)的提高，各種高性能微處理器的迅猛發(fā)展，已經(jīng)可以滿足實(shí)時(shí)控制的要求；體積小重量輕，可用于小型化、便攜電源；而其價(jià)格的降低，使得數(shù)字控制系統(tǒng)有了更為普及的應(yīng)用。 本文采用 Microchip公司的 16位 dsPIC33F系列單片機(jī)作為移相全橋軟開關(guān)電源的主控制芯片。通過片內(nèi)的 A/D轉(zhuǎn)換單元 ，將電流、電壓的采樣值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，利用增量式 PID控制算法進(jìn)行反饋，通過片內(nèi) PWM 輸出控制高頻開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)值與采樣值之間的誤差調(diào)節(jié)。 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是一款為輸入單相交流 220V；輸出直流電壓 0～ 100V 連續(xù)可調(diào)；最大輸出電流為 10A；最大輸出功率為 1000W的開關(guān)電源。本文首先簡(jiǎn)單介紹一下系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，然后深入研究移相全橋 ZVS PWM 變換器原理和分析相關(guān)問題；接著是 1000W 開關(guān)電源的主電路硬件設(shè)計(jì)，包括主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功能電路以及各電路參數(shù)的計(jì)算與元器件的選擇；最后研究移相全橋電源的數(shù)字控制方案 ，包括軟硬件的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)方案穩(wěn)定可靠，控制精度高，紋波系數(shù)小，能夠滿足應(yīng)用的需要。 關(guān)鍵詞：移相全橋；軟開關(guān)；開關(guān)電源； PID 控制； dsPIC33F Abstract 第一章 緒論 課題研究背景及意義 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來越高。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄 、小和高效率為發(fā)展方向。目前，在 DC/DC 變換器中，全橋移相控制軟開關(guān) PWM 變換器的研究十分活躍。它是直流電源實(shí)現(xiàn)高頻化的理想拓?fù)渲唬绕涫窃谥?、大功率的?yīng)用場(chǎng)合。國(guó)內(nèi)外對(duì)全橋移相零電壓軟開關(guān)變換器的研究比較成熟，但目前研究熱點(diǎn)已轉(zhuǎn)向同時(shí)實(shí)現(xiàn)零電壓零電流軟開關(guān)。在數(shù)字控制方面，據(jù)文獻(xiàn)看來基本是 DSP 比較多，而用 Microchip 公司的 DSC 高性能16位數(shù)字控制器在控制方面可以比 DSP 更優(yōu)越。因此移相全橋軟開關(guān)電源還有更大的研究空間。 本課題基于 dsPIC33F 的移相全橋軟開關(guān)電源能夠達(dá)到以上優(yōu)點(diǎn)，損耗小、感性關(guān)斷電壓尖峰和容性開通電流尖峰小、電磁干擾輕微、便于控制、低成本和高精度等，是目前研究的熱點(diǎn)課題。 PWM（ PSC FB ZVSPWM）變換器 在移相控制基礎(chǔ)上，利用功率 MOSFET 的輸出電容和輸出變壓器的漏感作為諧振元件，使 FB PWM 變換器四個(gè)開關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)恒頻開關(guān)，稱為 PSC FB ZVSPWM 變換器。由于減少了開關(guān)過程損耗，可保證變換器效率達(dá)8090%，并且不會(huì)發(fā)生開關(guān)應(yīng)力過大的問題。現(xiàn)在 FB ZVSPWM 開關(guān)變換器已廣泛應(yīng)用于通信 ACDC 一次電源 、分布式軍用電源系統(tǒng)中。 PSC FB ZVSPWM 變換器的優(yōu)點(diǎn)： 開關(guān)管在 ZVS 條件下運(yùn)行，開關(guān)損耗小，可實(shí)現(xiàn)高頻化； 控制簡(jiǎn)單（脈寬恒定，只控制移相）； 恒頻運(yùn)行； 無需吸收電路； 電流、電壓應(yīng)力小，類似 PWM變換器。 PSC FB ZVSPWM 變換器的缺點(diǎn)： 當(dāng)負(fù)載很輕時(shí)尤其是滯后橋臂開關(guān)管的 ZVS 條件難以滿足； 原邊有較大環(huán)流，使導(dǎo)電損耗增大； 輸出整流二極管不能實(shí)現(xiàn)零開關(guān)，其開關(guān)損耗大。 早在 1988 年 GE 公司 等就報(bào)導(dǎo)了三路輸出（ 5V、 15V、 25V）的250W FB ZVSPWM 開關(guān)電源變換器， fa=500kHz，功率密度 37W/ 3in ，效率 90%。 1989 年 IBM公司 Walters、 Polivka 等報(bào)導(dǎo)了在分布式軍用計(jì)算機(jī)電源中高密度模塊使用 FB ZVSPWM DCDC 變換器，輸出 220W ,5V,輸入 270V。開關(guān)頻率200KH
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