【正文】 C2R 圖 31 復(fù)變無(wú)源箝位 FBZVZCSPWM變換器拓?fù)? 此電路副邊由一個(gè)簡(jiǎn)單輔助電路構(gòu)成：包括一個(gè)小電容和兩個(gè)小二極管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 選擇副變得最大占空比為 D(max)，則可計(jì)算出副邊電壓最小值 Vsec(min)為： s e c _ m i n 5 0 2 . 4fo d LV V VVVD???? (35) 故 變比 K 是： _ m i ns e c _ m i n200 0 .3 9 85 0 2 .4inV VK VV? ? ? (36) 即 1: 。由于它使用方便、輸入便捷、運(yùn)算高效、適應(yīng)科技人員的思維方式，并且有繪圖功能，有用戶自行擴(kuò)展的空間，因此特別受到用戶的歡迎，使它成為在科技界廣為使用的軟件，也是國(guó)內(nèi)外高校教學(xué)和科學(xué)研究的常用軟件。 依據(jù)之前計(jì)算所得的系統(tǒng)參數(shù) 設(shè)置器件參數(shù) ，并設(shè)置 軟件的 仿真參數(shù)。 (2)死區(qū)時(shí)間的設(shè)置 為了防止同一橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，兩個(gè)開(kāi)管關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間要有一個(gè)死區(qū)設(shè)置且應(yīng)滿足： KIVCCT oind )( 21 ?? (52) 其中 C1=C2=300pF， Vinm=300V， Io=P/Vo=5000/425=， K=3，代入上式，得到死區(qū)時(shí)間大于 46ns。當(dāng) VIN 比較低時(shí)，芯片進(jìn)入欠壓鎖定狀態(tài) VREF 消失。當(dāng)該引腳的電壓超過(guò) 時(shí)電流故障動(dòng)作，輸出被關(guān)斷，軟起動(dòng)復(fù)位，該引腳可實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。該引腳應(yīng)接一旁路電容到信號(hào)地。 管腳 18 為陡度端，該腳接一個(gè)電阻 Rs 將產(chǎn)生電流以形成斜波，連接這個(gè)電阻到輸入電壓將提供電壓反饋。通常為使芯片更好地工作，減少噪音干擾和直流壓降，將 Vin 和 Vcc 接至同一個(gè)直流電源。 軟起動(dòng)功能腳 SOFTSTART(pin 6)與信號(hào)地之間接一個(gè)電容 Css，當(dāng)SOFTSTART 正常工作時(shí)，芯片內(nèi)有一個(gè) 9μA 的恒流源給 Css 充電，SOFTSTART 的電壓線性升高，最后達(dá)到 ?；パa(bǔ)的方波信號(hào)，延時(shí)電路為這兩個(gè)方波信號(hào)設(shè)置死區(qū)。 (6)移相控制信號(hào)發(fā)生電路 它是 UC3875 的核心部分，振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào) 經(jīng)過(guò) D 觸發(fā)器 2 分頻后，得到兩個(gè) 180176。在 RAMP 與信號(hào)地之間接一個(gè)電容 CRAM，就決第 4 章 移相全橋 DCDC 變換器控制電路設(shè)計(jì)與閉環(huán)仿真 33 定了鋸齒波的斜率 dv/d t=Vx/RSlOPECRAM，選定 RSlOPE 和 CRAM 就決定了鋸齒波的波形。 功能實(shí)現(xiàn) UC3875 主要包括以下九個(gè)方面的功能：工作電源、基準(zhǔn)電源、振蕩器、鋸齒波、誤差放大器和軟起動(dòng)、移相控制信號(hào)發(fā)生電路、過(guò)流保護(hù)、死區(qū)時(shí)間設(shè)置、輸出級(jí)。其它相關(guān)的阻容網(wǎng)絡(luò)與之并聯(lián)，電源地和信號(hào)地應(yīng)一點(diǎn)接地以降低噪聲和直流降落。 管腳 10 為電源電壓端，該引腳提供輸出級(jí)所需電源， Vcc 通常接 3V以上電源，最佳為 12V。相移。由于該器件設(shè)計(jì)巧妙，構(gòu)成電路所需外圍元件較少，是一種應(yīng)用前景較好的控制芯片。 由仿真波形可知，當(dāng)輸入電壓為穩(wěn)定的直流電壓時(shí)，輸出的電壓能基本穩(wěn)定在要求的電壓值，但是存在超調(diào)量很大，調(diào)整時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性都不能令人滿意。在 SIMULINK 環(huán)境下用電力系統(tǒng)模塊庫(kù)的模塊，可以方便地進(jìn)行 RLC 電路、電力電子電路、電機(jī)控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的仿真。 式中fC的單位是法拉第 (F)，與計(jì)算輸出濾波電 感 同樣的道理，所以取fC留有一定的余量，取 20μF。1% 所以 12outP P P?? (31) 125000P P W?? (32) 1212 1 1 .7 6 5PPI I AUU? ? ? ? (33) 1212 425 3 6 .1 2 51 1 .7 6 5LL UU VRR I I A? ? ? ? ? ? (34) (1)變壓器的設(shè)計(jì) 為了提高高頻變壓器的利用率，減小開(kāi)關(guān)管的電流，降低輸出整流二極管的反向電壓，從而減小損耗和降低 成本，高頻變壓器原副邊變比應(yīng)盡可能的大一些。 (3)控制 d 對(duì)濾波電感電流 LI 的傳遞函數(shù) idG ： 若忽略濾波電容的串聯(lián)電阻， 則有 2 [ 1 / ]() [ / ] 1inid dn V sC RGs s LC s L R R C?? ? ? ? (230) 式中 2 2214 2ind lkC U fR n L fI??，此即為電流環(huán)功率的傳遞函數(shù)。 (1) 占空比擾動(dòng) ^d 對(duì)offD的影響 ^d 由式 (219)可得 2^ ^ ^ ^ ^ ^lk o lkd o ffinn L V n Ld d d d D d dV L L? ? ? ? ? ? ?lkLL (221) 即占空比擾動(dòng) ^d 對(duì) offD 的影響可以近似為 ^d 。 這就是移相全橋 ZVS變換器的工作過(guò)程。原副邊的電流回路如圖 211所示。在 2t 時(shí)刻，當(dāng) 4C 電壓上升到 inV ， 2D 自然導(dǎo)通，這一模態(tài)結(jié)束。原副邊的電流回路如圖 29所示。由于有 3C 和 1C ， 1Q 是零電壓關(guān)斷。 1Q 和 2Q 分別領(lǐng)先于 4Q 和 3Q 一個(gè)相位，所以稱 1Q和 2Q 組成的橋臂為領(lǐng)先橋臂， 3Q 和 4Q 組成的橋臂為滯后橋臂。兩只對(duì)角的開(kāi)關(guān)管開(kāi)通、關(guān)斷都不同時(shí)進(jìn)行，其中一個(gè)先開(kāi)通先關(guān)斷，而另一只則后開(kāi)通后關(guān)斷。 1Q2Q3Q4Q 圖 23 全橋變換器的傳統(tǒng) PWM控制方式 實(shí)際上，互為對(duì)角的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通或關(guān)斷不一定要在同一時(shí)刻完成。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)基于全橋移相的雙極性輸出的 DC/DC 變換器就可以很好地解決光伏電池輸出從單極性到雙極性 。有源鉗位軟開(kāi)關(guān)電源變換器，在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)可以吸收浪涌能量，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，能將吸收的能量回饋入電網(wǎng)。與 QRCs不同的是，諧振元件的諧振工作時(shí)間與開(kāi)關(guān)周期相比很短，一般為開(kāi)關(guān)周期的 1/101/5。準(zhǔn)諧振變換器分為零點(diǎn)流開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 (Zerocurrentswitching Quasiresonant converters， ZCS QRCs)和零電壓開(kāi)關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 (Zerovoltageswitching Quasi． resonant converters， ZVS QRCs)。軟開(kāi)關(guān)變換器的主要發(fā)展過(guò)程如下 表。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)擴(kuò)大了各種 DC/DC 變換器的輸出功率范圍，促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源高效率和輕型化。 隔離型變換器采用變壓器實(shí)現(xiàn)隔離，不僅實(shí)現(xiàn)輸入輸出間的電氣隔離，還可以實(shí)現(xiàn)電壓變換和多路輸出。但是，這些發(fā)電方式容易受環(huán)境的制約，發(fā)出的電力質(zhì)量較差，通常需要儲(chǔ)能裝置緩沖，需要改善電能質(zhì)量，這就需要應(yīng)用到相關(guān)的開(kāi)關(guān)變換器技術(shù)等。 關(guān)鍵詞 移相全橋 ； 軟開(kāi)關(guān) 。了 解 題 目 概況、工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成 完成主電路和控制電路方案選擇，對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與仿真研究 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)研究 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并與理論比較，撰寫論文 指導(dǎo)教師：張純江 職稱：教授 2021 年 1 月 13 日 系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日 摘要 I 摘要 移相全橋軟開(kāi)關(guān)電路由于把 PWM 控制技術(shù)與軟開(kāi)關(guān)技術(shù)結(jié)合在一起，在中大功率變換器中應(yīng)用非常廣泛。425V的雙極性直流電。設(shè)計(jì)全橋移相主電路和控制系統(tǒng)，建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì) PI 調(diào)節(jié)器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制保證輸出電壓穩(wěn)定。 本文研究了以全橋變換器作為主電路拓?fù)?、以芯?UC3875 作為主控芯片、以移相全橋方式作為控制方案的移相全橋軟開(kāi)關(guān) DC/DC 變換器。 閉環(huán)控制 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Phaseshifted 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 。 開(kāi)關(guān)變換器的 分類 開(kāi)關(guān)變換器是電能轉(zhuǎn)換的核心裝置。隔離型變換器也可以按照開(kāi)關(guān)器件個(gè)數(shù)分類。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)電源的干擾和性價(jià)比也正在不斷地得到改善。 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 ： (1)全諧振變換器，一般稱之為諧振變換器 (Resonant converters)。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)。 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)條件極大地依賴于輸入電源和輸出負(fù)載的變化。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。 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。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