【正文】 hifted fullbridge softswitching circuit which bined PWM control technology and the softswitching technology, was widely used in the power converters. The paper focuses on a 200~300VDC/? 425VDC，PhaseShifted FullBridge soft switched DC/DC converter with UC3875 as its kernel controller． To achieve the goal， a converter is designed based on the selection of the main circuit topology and the control method through theoretic analyzing and simulation． To achieve a good performance both statically and dynamically, closed loop control method has to be applied． The paper takes advantage of a voltage closedloop control mode and improves the static and dynamic performance of the converter. Based on the analyzing of the theory ,small signal converter model are built and the parameters of main circuit， control circuit and closedloop part are designed through simulation． Some performances of the converter are also analyzed in the simulation． Therefore， the paper basically mitments to the requirements. Keywords Shiftphase fullbridge 。 如何提高電源的質(zhì)量和可靠性，減小電源的體積，減輕電源的重量，一直是倍受人們重視的研究課題。 開(kāi)關(guān)變換器的 分類(lèi) 開(kāi)關(guān)變換器是電能轉(zhuǎn)換的核心裝置。 非隔離型變換器按照開(kāi)關(guān)器件個(gè)數(shù)分為單管、雙管和四管變換器三類(lèi)。隔離型變換器也可以按照開(kāi)關(guān)器件個(gè)數(shù)分類(lèi)。 常見(jiàn)開(kāi)關(guān)變換器的比較 開(kāi)關(guān)變換器是的優(yōu)點(diǎn)是輸入電壓范圍寬、轉(zhuǎn)換效率高、功率密度大；缺點(diǎn)是輸出紋波大，易產(chǎn)生電磁干擾。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)拓?fù)? 功率范圍 /W Vin 范圍 /V 輸入輸出隔離 典型效率 (%) 相對(duì)成本 Buck 電路 0~1000 5~40 無(wú) 70 Boost 電路 0~150 5~40 無(wú) 80 BuckBoost 電路 0~150 5~40 無(wú) 80 正激式電路 0~150 5~500 有 78 反激式電路 0~150 5~500 有 80 推挽式電路 100~1000 50~1000 有 75 半橋電路 100~500 50~1000 有 75 全橋電路 400~2021+ 50~1000 有 73 第 1章 緒論 3 展 與創(chuàng)新，開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景，開(kāi)關(guān)電源的干擾和性?xún)r(jià)比也正在不斷地得到改善。為了減小變換器的體積和重量，必須實(shí)現(xiàn)高頻化。 表 12 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)發(fā)展過(guò)程 提出時(shí)間 軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用 20世紀(jì) 70年代 串聯(lián)或并聯(lián)諧振 半橋或全橋 20世紀(jì) 80年代初 有源鉗位 ZVS 主要是單端 20世紀(jì) 80年代中 準(zhǔn)諧振或多諧振 單端或橋式 20世紀(jì) 80年代末 ZVS/ZCSPWM 單端或橋式 20世紀(jì) 80年代末 移相全橋 ZVSPWM 全橋 20世紀(jì) 90年代初 ZVT/ZCTPWM移相全橋混合 ZVS/ZCSPWM 全橋 軟開(kāi)關(guān)電源的變換技術(shù)一般可以分為以下幾類(lèi) ： (1)全諧振變換器，一般稱(chēng)之為諧振變換器 (Resonant converters)。該變換器與負(fù)載關(guān)系密切，對(duì)負(fù)載的變化很敏感，一般采用頻率調(diào)制的方法。多諧振變換器一般實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)。 (3)零開(kāi)關(guān) PWM變換器 (Zero switching PWM converters)。 在零開(kāi)關(guān) PWM變換器中，諧振電感串聯(lián)在主功率回路中，因此電路中總是存在著很大的環(huán)流能量，這不可避免的地增加了電路的通態(tài)損耗；另外，電感儲(chǔ)能與輸入電壓和輸出負(fù)載又很大的關(guān)系，這使得電路的軟開(kāi)關(guān)條件極大地依賴(lài)于輸入電源和輸出負(fù)載的變化。這類(lèi)變換器電路中環(huán)流能量被自動(dòng)地保持在較小的數(shù)值，且實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的條件與輸入電壓和輸出負(fù)載的變化無(wú)關(guān)。有 源鉗位ZVS變換器可應(yīng)用于正激和反激等多種開(kāi)關(guān)電源中。如光伏發(fā)電中，光伏電池的輸出 是不穩(wěn)定 單極性的直流電，而后級(jí)逆變器的輸入需要 穩(wěn)定的 雙極性的直流電 ，并且需要實(shí)現(xiàn)直流電壓的升降 。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2章 移相全橋 DCDC變換器的工作原理 移相 全橋變換器的基本結(jié)構(gòu) 和主要 電量 移相全橋 PWM DCDC 變換器是較早出現(xiàn)的一種全橋軟開(kāi)關(guān)變換器，它是利用功率開(kāi)關(guān)管的寄生電容或外接電容和變壓器的漏感或原邊串聯(lián)電感作為諧振元件，使四個(gè)開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通和零電壓關(guān)斷 (也稱(chēng)準(zhǔn)零電壓關(guān)斷 )，其電路結(jié)構(gòu)和主要電量波形分別如圖 21 和圖 22 所示。 第一種是最傳統(tǒng)的方法，這也是人們常說(shuō)的 ―雙極性控制 ‖。根據(jù)兩 組 橋臂導(dǎo)通時(shí)間的不同，可以得到一組不同的控制策略，即為第二種和第三種控制策略。這種情形 下，其 中一個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通長(zhǎng)度仍由 ，但是另外一只開(kāi)關(guān)管卻將導(dǎo)通燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 時(shí)間提前，使得導(dǎo)通時(shí)間提前，使得導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)（最多可以到接近 ）。如果每個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間都能達(dá)到 ，就是 ―移相控制方式 ‖。 DC/DC變換器的基本工作原理 移相全橋 ZVS PWM(FB PSZVSPWM)變換器利用變壓器的漏感或是在高頻變壓器的原邊串聯(lián)的電感和功率管的寄生電容或外接電容來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，電路的主要拓?fù)浼安ㄐ稳鐖D 21所示，其中 lkL 為 諧振電感，它包括變壓器的漏感 pL 和外接電感； 1C ~ 4C 以分別是四個(gè)功率 管 1Q ~ 4Q 的 寄生電容或是外接電容 ； 1D ~ 4D 分別 是四個(gè)功率管的寄生二極管。 第 2 章 移相全橋 DCDC 變換器的工作原理 11 inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D 4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 27 開(kāi)關(guān)模態(tài) 0時(shí)的工作狀態(tài) in1gV2gV3gV4gV1Q23Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5DfLfC 0R 圖 28 開(kāi)關(guān)模態(tài) 1時(shí)的工作狀態(tài) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 29開(kāi)關(guān)模態(tài) 2時(shí)的工作狀態(tài) inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5DfLfC 0R 圖 210開(kāi)關(guān)模態(tài) 3時(shí)的工作狀態(tài) 第 2 章 移相全橋 DCDC 變換器的工作原理 13 inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 211 開(kāi)關(guān)模態(tài) 4時(shí)的工作狀態(tài) inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 212 開(kāi)關(guān)模態(tài) 5時(shí)的工作狀態(tài) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 inV1gV2gV3gV4gV1Q2Q3Q4Q1C2C3C4C1D 3D2D4DlkLT 5D6DfLfC 0R 圖 213開(kāi)關(guān)模態(tài) 6時(shí)的工作狀態(tài) 在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，移相控制 ZVS PWM DC/DC全橋變換器有 12種開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這時(shí)副邊電流回路是：副邊繞組的正端，經(jīng)整流管5D ， 輸出濾波電感 fL ，輸出濾波電容 fC 與負(fù)載 0R ，回到副邊繞組的負(fù)端。這段時(shí)間內(nèi)諧振電感和濾波電感是串聯(lián)的，而且很大，因此可以認(rèn)為原邊電流近似不變，類(lèi)似一個(gè)恒流源。此模態(tài)經(jīng)歷的時(shí)間為： 01 2= inpVCt I? (27) Q1和 Q3之間的導(dǎo)通延遲時(shí)間 dt 01t ， 即 2 indpVCt I?? (28) (3) 開(kāi)關(guān)模態(tài) 2， 12[, ]tt 3D 開(kāi)通后 ,開(kāi)通 3Q 。在這段時(shí)間里，原邊等于折算得到副邊的濾波電感燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 電流。由于 2C 和 4C 的存在， 2Q 是零電壓關(guān)斷。原副邊的電流回路如圖 210所示： 這段時(shí)間里實(shí)際上諧振電感 lkL 和 2C 、 4C 在諧振工作。由于副邊兩個(gè)整流 管同時(shí)導(dǎo)通，因此變壓器副邊繞組的電壓為零，原邊繞組電壓也為零，這樣電源電壓 V1加在諧振電感的兩端，原邊電流線(xiàn)性下降。 (6) 開(kāi)關(guān)模態(tài) 5， 45[ , ]tt 原邊電流由正值過(guò)零，并且向負(fù)方向增加，此時(shí) 2Q ， 3Q 為原邊電流提供通路?；芈贩匠虨椋? pr indiLVdt ?? (217) 解得 ? ? 4()inp rVi t t tL? ? ? (218) 到 t5時(shí)刻，原邊電流達(dá)到折算到原邊的負(fù)載電流值時(shí)，該開(kāi)關(guān)模態(tài)結(jié)束。 一般建立 DC/ DC 變換器的小信號(hào)模型的方法是狀態(tài)空間平均法，但對(duì)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 于移相全橋 PWM DC/DC 變換器來(lái)說(shuō)，用狀態(tài)空間平均法建模是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作。這些影響可以加入到 PWM BUCK 變換器的小信號(hào)電路模型中，從而獲得移相全橋 PWM 變換器的小信號(hào)模型。 (2) 濾波電感電流擾動(dòng) ^Li 對(duì) offD 的影響 ^id ^^d Li inRdinV?? (222) 這里 24d lk sR n L f? ，負(fù)號(hào)表示在原邊占空比保持不變的情況下，如果濾波電感電流增加， offd 將減小，從而降低輸出電壓，這種影響等效于一個(gè)電流負(fù)反饋?zhàn)饔?。移相全橋變換器小信號(hào)模型中顯示 BUCK 變換器模型是移相 PWM 模型的特例。 變換器負(fù)載的傳遞函數(shù)為 1() 1/okZs sC R? ? (231) 本章首先介紹了移相全橋變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，并分析了其實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的工作過(guò)程。該方案不含飽和電感，輔助開(kāi)關(guān)，不產(chǎn)生大的環(huán)流，沒(méi)有額外的箝位電路，這是因?yàn)?，副邊整流電壓被箝位于箝位電容電壓與輸出電壓之和（抑制二極管上的電壓尖峰）。為了在任意輸出電壓時(shí)能夠輸出所要求的電壓 ，變壓器的變比應(yīng)按最低輸入電壓 Vin(min)選擇。 考慮到各種損耗，可將變比 K 取得大一些， 取 1:3 。 (4)開(kāi)關(guān)管的選擇 MOSFET 選用 IRF450， Vdss=500V,Cds=300pF。 SIMULINK 為MATLAB 提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴(kuò)展的、內(nèi)容豐富的模塊庫(kù)，為系統(tǒng)的仿真提供了極大便利。通過(guò)電力電子電路和電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真，不僅展示了 MATLAB/SIMULINK 的強(qiáng)大功能，并且可以有效的學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)仿真的方法和技巧，研究電路和系統(tǒng)的原理和性能。之后對(duì)其進(jìn)行仿真。 并且 這種設(shè)計(jì)只是針對(duì)輸入電壓恒定的情況，本課題要求輸入為200~300V,所以 有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，采取 閉環(huán) 控制以實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)壓 輸出 。為了保證有