【導(dǎo)讀】）；計算機(jī)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?fù)浞桨福?．分析主電路工作原理，進(jìn)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(dá)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(jī)，并驗證了其工作原理和性能特點?？刂迫菀祝瑥V泛應(yīng)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(jìn)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(hù)和輸入欠電壓保護(hù)。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(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)而 提高功率 密度是 相當(dāng)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(dǎo)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(xué)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(jìn)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(dān)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(yīng)管 ）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件， 兼有 MOSFET 的高輸入阻抗和 GTR 的低導(dǎo)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(yīng)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(jìn)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(fù)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(fù)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(yīng)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(xué)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(dāng)變壓器 副邊 電壓 不為零 時 ，整流橋 的對角 兩個整流管 導(dǎo)通 工作； ② 當(dāng)變壓器 副邊沒有電壓 時 ，四個整流管同時導(dǎo)通 ， 這時，可以認(rèn)為流過 它們 的電流近似 相等 ，即都是負(fù)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(fù)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(yīng)該選擇外延性快恢復(fù)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(yīng)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(dāng)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(yīng)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(fù)載電流就會通過 整流 二極管進(jìn)行續(xù)流，這樣在下一個工作周期開始時，會導(dǎo)致整流二極管因為反向恢復(fù) 引起了極大的電流沖擊，為了避免 該 情況的出現(xiàn)，電容應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)二極管，有著很 強(qiáng) 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(xué)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(dú)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(dá) 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(zhǔn)電壓。 UC3875 的 管腳 功能 如下 ： 管腳 1 可 提供 一個精確的 5V 基準(zhǔn)電壓 Vref， 為 外部電路可以提供其達(dá)到 60mA 左右 的電流。當(dāng) Vin 較 小 時，芯片進(jìn)入欠壓鎖定狀態(tài) ， Vref 消失。直到 Vref 達(dá)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(yùn)算放大器， 當(dāng) 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(dān)比較器的作用。 該腳為 比較器的同相輸入端，其基準(zhǔn)設(shè) 定 為內(nèi)部基準(zhǔn) （由 Vref 分壓 實現(xiàn) ）。當(dāng)該腳的 參考 電壓 達(dá)到 或超過 時電流故障動作， 關(guān)閉 輸出 ， 復(fù)位 軟起動 。 實際上， 也可以把該端口用作為一個故障保護(hù)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(dāng)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(hù)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(dāng)輸入電壓（ Vin） 等于 或小于 欠壓鎖定 值 （ ） 時，該腳保持 低 電平 ； 當(dāng) 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