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脈寬調(diào)制移相全橋變換器設(shè)計畢業(yè)論文-資料下載頁

2024-08-27 22:06本頁面

【導讀】);計算機軟件型();綜合型()。題目來源科研課題()生產(chǎn)實際()自選題目(?主電路拓撲方案;2.分析主電路工作原理,進行參數(shù)設(shè)計;3.控制方案比較與選擇,并選擇控制芯片;4.形成整體系統(tǒng);1.該變換器實現(xiàn)超前橋臂零電壓開關(guān)和滯后橋臂的零電流開關(guān);4.A0圖紙一張,論文一本,萬字以上。1.電力電子技術(shù)(第五版);2.電力電子技術(shù)期刊、電工技術(shù)雜志期刊;本論文研究了一種新型的ZVZCSPWMDC/DC全橋變換器。移相控制方式,并最終達到軟開關(guān)目的。本文通過對ZVZCS移相全橋DC/DC變換。變換器的試驗樣機,并驗證了其工作原理和性能特點??刂迫菀祝瑥V泛應用于高質(zhì)量要求及大功率場合。這便要求在工作工程中能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)管的軟開關(guān)。邊整流橋進行鉗位,降低了開關(guān)管的開關(guān)損耗和電路中的環(huán)流損耗,從而大大提高了變換器的工作效率。并通過U3875芯片實現(xiàn)了輸出過電流保護和輸入欠電壓保護。行模擬仿真,并給出了實驗結(jié)果。軟開關(guān);諧振;UC3875芯片。

  

【正文】 ZCS。 由上 個 Visio 圖理論分析 , 最終利用 PSIM 軟件搭建電路 仿真模型 如 上 圖 。 通 過 PSIM 仿真 ,可以得到逆變?nèi)珮虻妮敵鲭妷杭醋儔浩鞯脑呺妷喝缦聢D , 是一個交流方波電壓,與先前的理論分析 吻合 。 燕山大學本科 畢業(yè)設(shè)計(論文) 19 ( a )變壓器 原邊電壓 Uab 同樣 ,由上文 分析可知 該變換器的輸出電壓應該是一個直流電壓,幅值 大約為 24V, 仿真得到的輸出電壓如下圖 所示 : (b) 輸出 直流電壓 U0 167。 超前橋臂 零電壓開關(guān)的實現(xiàn) 由 上文分析,該變換器的超前橋臂 Q1 和 Q3 應該 實現(xiàn) ZVS, 經(jīng)過 PSIM 軟件 仿真,可以驗證 超前橋臂 零電壓 軟 開關(guān) 的 實現(xiàn)。 第四章 模擬 仿真分析 20 ( C) 超前橋臂 Q3 的 電壓電流波形 167。 滯后橋臂 零 電流 開關(guān)的實現(xiàn) ( a)超前橋臂 Q3 的 電壓電流波形 由 上文分析,該變換器的超前橋臂 Q2 和 Q4 應該 實現(xiàn) ZCS, 經(jīng)過 PSIM 軟件 仿真,可以驗證 滯后 橋臂 零電流軟 開關(guān) 的 實現(xiàn)。 ( b) 滯后 橋臂 Q4 的 電壓電流波形分析 167。 系統(tǒng) 整體 分析 零電壓 零電流( ZVZCS)全橋 變換 PWM 軟開關(guān)功率變換技術(shù) 越來 越 得到廣泛 關(guān)注和普遍應用。 這種 技術(shù)對于減小開關(guān)損耗、提高系統(tǒng)工作頻率 ,進而 提高功率 密度是 相當重要 的 。 移相 PWM 控制 方式通過功率管并聯(lián)電容和原邊 漏感 作為諧振器件,利用 變壓器 的漏感儲能對并聯(lián)電容的充放電來使開關(guān)管的兩端電壓 降為零 ,從而 使四個 功率管 依次 在零電壓的條件下導通 , 此外,在并聯(lián)電容充電的0 . 0 0 0 2 0 . 0 0 0 3 0 . 0 0 0 4 0 . 0 0 0 5T i m e ( s )0 2 0 0200400600I 4 * 1 0 0 V4燕山大學本科 畢業(yè)設(shè)計(論文) 21 情況下完成零電壓關(guān)斷 。 通過上述 分析,最終 在 PSIM 軟件 上建立了系統(tǒng)的 閉環(huán)模擬 仿真模型 , 得到了所需的 數(shù)據(jù) 。 可以 看出,不僅成功進行了移相控制的 DC/DC 變換 ,變換器的功率管也實現(xiàn)了軟開關(guān),圓滿完成仿真任務(wù)。 第五章 功率 器件 參數(shù)設(shè)計及 選擇 167。 主電路設(shè)計 在電器設(shè)備或電力系統(tǒng)中 .直接承擔電能的交換或控制任務(wù)的電路稱為主電路 。本 變換器 的主電路包括 逆變?nèi)珮? 高頻變壓器和 輸出整流濾波 部分。 167。 逆變橋 部分的設(shè)計 逆變?nèi)珮螂娐?接受來自控制電路和驅(qū)動電路 的 驅(qū)動信號,產(chǎn)生高頻交流方波電壓輸送到 隔離 高頻變壓器 。逆變 全橋 電路 由 四只 相同的 絕緣柵雙極型晶體管 ( IGBT)組成 。 IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor) ,絕緣柵雙極型 晶體管 ,是由 BJT(雙極型 三極管 )和 MOS(絕緣柵型場效應管 )組成的復合全控型電壓驅(qū)動式功率半導體器件, 兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導通壓降兩方面的優(yōu)點。 其中 有兩個 電容 C1 和 C3 與 開關(guān) S1 和 S3 相 并聯(lián), 作為小型緩沖電路, 以保證超前橋臂的零電壓開關(guān)。 開關(guān) S2 和 S4 作為滯后橋臂, 兩端 沒有并聯(lián)電容, 只是與 S1 和 S3 一樣 ,并聯(lián)了續(xù)流二極管。 167。 輸入濾波 電感 的選擇 輸入濾波 電感 Lk 與 電容 構(gòu)成 諧振 電路 , 可以 保證 原邊電流的穩(wěn)定 不變 , 此外, Lk 還 用來幫助實現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān), 它 只是 在第五章 功率器件參數(shù) 設(shè)計及選擇 22 功率管的 開關(guān) 過程中處于線性狀態(tài),其他時間卻處于飽和狀態(tài),這樣不僅可以減小副邊占空比的丟失,還可以 使 原邊占空比的 利用率提高 。 在 該 變換器中 ,原邊 的最大 電流 為 ip = ??????, 選擇 其 倍 的 裕量 ,最終確定其大小為 。 167。 隔離 變壓器的 設(shè)計 高頻變壓器 T 起 著隔離和降壓的作用。 為了 提高變壓器的利用率,其原邊與副邊的匝數(shù)比應該盡可能 取得 大一些,這樣 在 功率幾乎不變的情況下,減少開關(guān)管的通態(tài)電流, 降低 整流橋二極管的反向電壓,從而減小器件損耗進而降低成本, 提高整個 系統(tǒng)的效率極其工作可靠性。 本論文輸入 直流電壓 450V, 允許最低輸入 電壓 440V, 且原邊效率 η 1 為 。移相全橋 控制設(shè)計中存 有 副邊占空比丟失的現(xiàn)象 ,在額定負載的情況下,選擇副邊 效率 η 2 為 , 則變壓器 的 副邊 最低 電壓為 V2 = ??0η 2= = , 所以 原 副邊 匝數(shù) 比 N 為: N=??1??2 = = 15 167。 整流二極管 的選取 副邊輸出 采用全橋 整流 , 可以減少 整流電路的損耗, D1~D4 為 快恢復二極管 。 1. 額定電壓 2. 整流管承受的 最大反 向 電壓為變壓器副邊電壓幅值: Vd = Vin1?? = 29?? 在整流管 開關(guān)工作時,變壓器 副邊 自身存在 的 漏感值會與整流管的結(jié)電容發(fā)生震蕩作用,所以 整流管 實際承受的反響耐壓值應該是 29V的兩倍 以上。因 此 , 考慮 兩倍的安全 裕量,可以 選用耐壓值 為292 = 58V以上 的整流管。 3. 額定 電流 燕山大學本科 畢業(yè)設(shè)計(論文) 23 在一個 工作周期里,全橋整流電路的工作 分為 兩種情況: ① 當變壓器 副邊 電壓 不為零 時 ,整流橋 的對角 兩個整流管 導通 工作; ② 當變壓器 副邊沒有電壓 時 ,四個整流管同時導通 , 這時,可以認為流過 它們 的電流近似 相等 ,即都是負載電流的 1/4。 則 可近似計算整流管的 額定 電 流 Id: Id = √ ????2???? +(14????)178。( 1 ? ????) 42 Il 為 負載電流, Il = ????0 = 6?? Ds 為 副邊占空比 , 取值 。 根據(jù) 上式可 計算出 Id=。 此外 ,本變換器的開關(guān) 工作 頻率為 20K 赫茲 ,輸出整理二極管應該選擇外延性快恢復二極管 。 綜上 , 選擇 DESI 6012A。 167。 輸出 濾波電感的選取 由經(jīng)驗算法可知 ,電路中一般 選擇 輸出濾波電感電流的脈動為最大輸出電流的 20% 。即 打個輸出 電流在 倍 的 脈動 值 時 ,輸出濾波電感的電流 仍然 應該保持連續(xù)狀態(tài)。 綜上 ,本變換器的輸出濾波電感 的電流脈動值為 。 所以 , 輸出濾波電感 Lf 大小計算 為: Lf = ??02 (2????)??????????*1 ? ??0????????? ??????? ? 2????+ 因為輸入 電壓可能存在波動,當輸入 電壓 為 450V 時 , Lf 取得 最大值 73UH。 綜上 所述, 在 實際 中 , 輸出濾波電容選擇 PC40EE100UH。167。 輸出 濾波 電容 的 選取 在變壓器 副邊輸出的直流 電壓 中 , 含有一定的高頻 紋波 分量。選取 相應的濾波 電容 就是 為了滿足輸出紋波的要求。如果 要求 Δ V≤, 則輸出電容的計算公式: 第五章 功率器件參數(shù) 設(shè)計及選擇 24 Cf = ??08????(2????)178。Δ V*1? ??0???????? 。??????。2????+100=730UF 167。 輔助電路 設(shè)計 167。 鉗位 電容的選取 由 上文分析可知,本變換器的新穎之處在于其變壓器副邊加 有一輔助網(wǎng)絡(luò)。其中 , 輔助 鉗位 定容起到了重要作用。 如果在 電流續(xù)流期間,電容電壓 VCc 下降 為零,負載電流就會通過 整流 二極管進行續(xù)流,這樣在下一個工作周期開始時,會導致整流二極管因為反向恢復 引起了極大的電流沖擊,為了避免 該 情況的出現(xiàn),電容應滿足 : Cc ≥ ????????178。4( Vin ?nU0)178。 由上式可 確定電容 Cc 的 最小值, Cc 越大 , Vc 的 電壓脈動越小,整流二極管的電壓應力減小, Cc 越大 ,會使得電流 ip 多的 下降速率變小 ,電路的最大占空比也會 變小 。因此 , 應該選擇一個合適的電容數(shù)值, 在實際實踐 中,一般選用 最小值 的 24 倍 。 167。 二極管 Dc Dh 的 選取 與 輸出整流橋二極管 工作 情況 類似 ,輔助電路中的二極管的額定電壓與額定電流數(shù)值基本不變, 因此 ,二極管 Dc Dh 的 型號與輸出整流 橋 一樣 選擇 , 均為 DESI 6012A。 該二極管 是大電流快恢復二極管,有著很 強 的工業(yè)使用價值。在 該變換器 中 , 合理 分析 選擇該 型號的 二極管 。 燕山大學本科 畢業(yè)設(shè)計(論文) 24 167。 控制 電路 167。 UC3875 的 簡介 美國 Unitrode 公司 針對 全橋 移相 控制方案開發(fā)了 移相 控制芯片UC3875,它有 4 個獨立的輸出驅(qū)動端可以直接驅(qū)動四只功率 開關(guān) 管,見 下圖 ,其中 OUTA 與 OUTB 信號 相反 , OUTC 和 OUTD 信號 相反 ,而 OUTC 和 OUTD 相對于 OUTA 和 OUTB 存在 的信號 差 θ 是可調(diào)的,也 就是 通過調(diào)節(jié) θ 的大小來 控制 PWM 輸出 。 UC3875 的開通 門檻電壓為 , 關(guān)閉門檻電壓為 ; 能輸出 01 的 占空比;可以 通過 外圍電路 的 電阻電容來設(shè)置死區(qū)時間;3875 的 工作 頻率 可高達 1M 赫茲 ;可以輸出四個驅(qū)動能力到 2 安培的 圖騰 柱式驅(qū)動波形 ; 自 帶有軟啟動功能; 內(nèi)部 有 10MHZ 的 誤差放大器, 且 該芯片 配 有 5v 的 基準電壓。 UC3875 的 管腳 功能 如下 : 管腳 1 可 提供 一個精確的 5V 基準電壓 Vref, 為 外部電路可以提供其達到 60mA 左右 的電流。當 Vin 較 小 時,芯片進入欠壓鎖定狀態(tài) , Vref 消失。直到 Vref 達到 以上時才 能 脫離欠壓鎖定狀態(tài)。 第五章 功率器件參數(shù) 設(shè)計及選擇 25 管腳 2 為電壓反饋增益控制端, 作為 誤差放大器的輸出 端 , 該誤差放大器實際上是一個運算放大器, 當 放大器 的輸出 電壓 小于 1V時 可以 實現(xiàn) 180176。相移 , 使電路模塊輸出電壓為零。 管腳 3 E/A( ) 為誤差放大器的反相輸入端, 在 平均電流模式中,分壓電阻 可以 檢測 到 輸出電源電壓 , 即 該管腳 接接測到的 平均 電流反饋信號。 管腳 4 E/A(+) 為誤差放大器的同相輸入端,該腳 接 電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出誤差電壓 。 管腳 5 C/S(+) 為電流檢測端, 內(nèi)部 是一個電流誤差放大器,承擔比較器的作用。 該腳為 比較器的同相輸入端,其基準設(shè) 定 為內(nèi)部基準 (由 Vref 分壓 實現(xiàn) )。當該腳的 參考 電壓 達到 或超過 時電流故障動作, 關(guān)閉 輸出 , 復位 軟起動 。 實際上, 也可以把該端口用作為一個故障保護電路, 例如 輸出過 電壓、輸出 欠電壓 、輸入過電壓 、輸入 欠電壓等。當這些 故障 發(fā)生時,通過一定的電路轉(zhuǎn)換成高于 的 電壓, 接到 C/S 端 ,就能夠?qū)﹄娐穼崿F(xiàn)保護了。 管腳 6 為軟起動端, 軟啟動端 在芯片內(nèi)部 和 誤差放大器的輸出連接 。 當輸入電壓( Vin) 等于 或小于 欠壓鎖定 值 ( ) 時,該腳保持 低 電平 ; 當 Vin 正常時 , 該腳通過內(nèi)部 9μA 電流源 給 外界電容充電 上升到 , 如
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