【導(dǎo)讀】數(shù)的計(jì)算，并給出了主要仿真波形。該變換器增添了輔助諧振網(wǎng)絡(luò)，在較大的負(fù)載范圍。內(nèi)實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)器件的零電壓軟開(kāi)關(guān)。流變化大的場(chǎng)合。其優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)頻率固定，便于控制。少單位輸出功率的體積和重量．需將開(kāi)關(guān)頻率提高。將諧振變換器與PWM技術(shù)結(jié)合起。來(lái)構(gòu)成軟開(kāi)關(guān)控制方案，既能實(shí)現(xiàn)功率開(kāi)關(guān)的軟開(kāi)關(guān)特點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)恒頻控制。頻化的理想拓?fù)渲弧１疚尼槍?duì)全橋拓?fù)涞奶攸c(diǎn)，采用了移相全橋ZVS軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，電力電子學(xué)是應(yīng)用于電力技術(shù)領(lǐng)域中的電子學(xué)，在工程應(yīng)用中稱為電力電子技術(shù)。電力緊密相關(guān)的邊緣學(xué)科。佳能量供應(yīng)形式和最佳的控制。因此，電力電子技術(shù)不僅大量用于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的交。這類電源目前廣泛用于各種通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)乃至各類家電產(chǎn)品。限制了其進(jìn)一步的高頻化。路中的高頻諧振使得開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗以及儲(chǔ)能元件的損耗增大。主要是針對(duì)PWM硬開(kāi)關(guān)而言。這種應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的變換器是一種把準(zhǔn)諧振變換

　　

【正文】 化而損壞電路上的零器件。主電路的保護(hù)分為兩大類：第一類是芯片內(nèi)部的保護(hù)電路。第二類是外部保護(hù)電路，主要包括過(guò)流保護(hù)裝置（如保險(xiǎn)管、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、熔斷電阻器等）、啟動(dòng)限流保護(hù)電路、漏極鉗位保護(hù)電路（或 R、C、 VD 型吸收電路）、輸入欠壓保護(hù)電路、輸入過(guò)壓保護(hù)電路。 當(dāng)通過(guò) IGBT 的電流過(guò)大超過(guò)了其所能承受的最大電流時(shí)，若不采取必要的限流保護(hù)措施，則 IGBT 會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞。通過(guò)利用 UC3875 的電流控制端 (5 腳 )則會(huì)實(shí)現(xiàn)限流保護(hù)功能。其 作用過(guò)程為通過(guò) EXB841 驅(qū)動(dòng)電路監(jiān)視流過(guò) IGBT 的電流，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流狀況時(shí)，由驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一個(gè)過(guò)流信號(hào) (高電平狀態(tài) )，將此高電平信號(hào)加在 UC3875 的電流控制端 (5 腳 )，使之產(chǎn)生高于 的電壓，這時(shí) UC3875 的過(guò)流保護(hù)電路起作用，迫使 UC3875 輸出截止，進(jìn)而導(dǎo)致 IGBT 關(guān)斷不再輸出功率。 全橋移相軟開(kāi)關(guān) DC/DC變換器設(shè)計(jì) 29 （ 4）軟啟動(dòng)功能 UC3875 芯片具有軟啟動(dòng)功能，即輸出的脈沖寬度從零開(kāi)始逐漸增加到最大值，以減少啟動(dòng)電流沖擊，并且可以防止開(kāi)機(jī)瞬間變壓器可能產(chǎn)生的飽和現(xiàn)象。通過(guò)在芯片的軟啟動(dòng)端 (6 腳 )接一適當(dāng)?shù)碾娙荩涂梢允?UC3875 具有軟啟動(dòng)功能。 閉環(huán)控制電路的設(shè)計(jì) 為了提高變換器的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，采用了雙閉環(huán)的平均電流模式控制方式，即電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)。 （ 1）電壓外環(huán) IC1 是一個(gè)電壓跟隨器，起隔離作用，可防止電流的變化對(duì)采樣電壓的影響。運(yùn)放IC2 與電阻 Rf5， Rf6 以及電容 Cfl，夠成比例積分調(diào)節(jié)器， Rf， Cfl決定電壓環(huán) PI 調(diào)節(jié)器的Kp 和 Ki 值， Rf7 是為了增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，取值較大。在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下， R6與 R5 的比例應(yīng)選得較高，這樣有利于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。運(yùn)放 IC2 輸出 的誤差電壓輸入到 UC3875 的 E/A+端，作為電流環(huán)的參考電壓給定。 （ 2）電流內(nèi)環(huán) 輸出濾波電感電流的檢測(cè)值經(jīng)過(guò)電壓跟隨器后，送到 UC3875 的 E/A 一端。 主電路參數(shù)設(shè)計(jì) 高頻變壓器的設(shè)計(jì) （ 1）原副邊匝比的確定 為了提高脈沖變壓器的利用率，變壓器的原副邊匝比應(yīng)盡可能的大一些。這樣可減小功率管的通態(tài)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，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。為了在任意輸入電壓時(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 mininV 來(lái)選擇。本變換器輸入直流電壓為 24V，允許最低輸入電壓珠mininV =21V。另外全橋移相控制方案存在副邊占空比丟失的現(xiàn)象，額定負(fù)載時(shí)，選擇副邊的最大占空比為 ，則變壓器副邊所需要的最低電壓為： () 其中 Vo 為輸出電壓。 DV 是輸出整流二極管的通態(tài)壓降， LFV 輸出濾波電感銅損帶來(lái)的直流壓降，故高頻變壓器原副邊變比為： m in s e c . m a x 5905 0 0 0 . 7 2 0 . 50 . 8 5o D L Fs VDV V VV ????? ? ? ?m inm in 0 .0 321590sinVn V ???全橋移相軟開(kāi)關(guān) DC/DC變換器設(shè)計(jì) 30 （ 2）確定 變壓器原邊和副邊的匝數(shù) 由于變壓器工作在雙向矩形脈沖狀態(tài)，根據(jù)參考文獻(xiàn)，原邊匝數(shù) Np 可由下式?jīng)Q定： （ ） 取 Np=3 匝。式中 maxpD 為原邊最大占空比，由于死區(qū)時(shí)間設(shè)定為 ，故maxpD =。 副邊匝數(shù)為： N SP=N /N= 3/0 .03 =10 0匝 （ 3）原副邊導(dǎo)線的選用 ① 原邊繞組裸線面積 額定負(fù)載時(shí)變壓器原邊電流近似值為： 其中 maxoP 為變壓器的最大輸出功率， ? 為變壓器的效率， mininV 為輸入的最低電壓。 原副邊電流密度 J： 0 .1 4( ) ( ) Xj w jJ K A A e K A P??? 0. 14 23 2 3 ( 9 2 ) 1 7 1 .5 /A c m?? ? ? 則原邊繞組裸線面積為： ② 副邊繞組裸線面積 流過(guò)副邊繞組 Ns 的電流是全波電流，所以流過(guò) Ns 的電流有效值 Is 為： m a x 0 .5 0 .8 5 0 .4 6s o sI I D A? ? ? Ns 的導(dǎo)線截面積為： 飽和諧振電感的設(shè)計(jì) 可飽和電感的電感量 23 F??rL ，飽和電流 Ic=。 輸出濾波電感的設(shè) 計(jì) （ 1）輸出濾波電感的電感量 按經(jīng)驗(yàn)公式算法，當(dāng)輸出電流在二分之一脈動(dòng)值時(shí)，輸出濾波電感電流應(yīng)當(dāng)保持連續(xù)狀態(tài)。這樣本變換器的輸出濾波電感電流的脈動(dòng)可選為 IA。所以輸出濾波電感量可按下式計(jì)算： （ ） 考慮到輸入電壓是變化的，當(dāng)輸入電壓最高， maxinV =25V 時(shí)， fL 取最大值fL =，實(shí)際選擇 fL =。 1 4 4m a x 310 2 . 90 . 9 2 4 1 04 2 0 1 0 0 . 1 2 7 . 6 7pps w efDVN K f B A? ??? ??? ? ? ? 匝m in 1 /22 ( 2 )ooin DLfs oVVV n V VL fI ??????? ??? ?m a xm i n250 120 . 9 8 2 1opinPIAV?? ? ???21 146 0 .8 51 7 1 .5IpS cmJ? ? ?22 0 .4 6 0 .0 0 2 71 7 1 .5IsS c mJ? ? ?全橋移相軟開(kāi)關(guān) DC/DC變換器設(shè)計(jì) 31 （ 2）輸出濾波電感的最大電流 根據(jù)式 ()，將 fL = 代入，可求出實(shí)際的 minoI =。 這樣輸出濾波電感電流的最大脈動(dòng)值為： m a x m a x2 2 0. 65 1. 3Lf oI I A? ? ? ?。這樣濾波電感電流的最大值為： m a xm a xm a x 21LfoLf IIi ?? () 可得 AIIiLfoLf m a xm a xm a x ?????? 輸出濾波電容的選擇 電容的計(jì)算可采用如下公式： （ ） 與計(jì)算輸出濾波電感同樣的道理，當(dāng)輸入電壓最高 maxinV =25V 時(shí)， Co=1100 F? 考慮到電解電容頻率特性較差，實(shí)際選取 3 個(gè) 470uF/450V 電解電容并聯(lián)。為了降低 ESL 和ESR，抑制尖峰，在電解電容旁邊并聯(lián)一些無(wú)極性的無(wú)感電容。 輸出整流管的選取 對(duì)于低壓大電流輸出的整流電路來(lái)說(shuō)，一般采用全波整流，這樣可以降低整流電路的損耗，但主變壓器得需要一個(gè)中心抽頭，制作工藝變的麻煩。對(duì)于高壓輸出的整流電路來(lái)說(shuō)，一般采用橋式整流，變壓器只要引出兩根線即可。 (1)額定電壓 整流管的最大反壓為變壓器副邊電壓幅值： 在整流管開(kāi)關(guān)時(shí)，由于變壓器的副邊存在漏感，這漏感值會(huì)與整流管的結(jié)電容產(chǎn)生振蕩，所以實(shí)際整流管的反向耐壓值應(yīng)是 833V 的兩 倍以上。考慮兩倍余量，可以選用大于 2? 833=1666V 的整流管。 （ 2）額定電流 在全橋整流電路中，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，整流管的開(kāi)關(guān)情況是：①當(dāng)變壓器的副邊有電壓時(shí)，整流橋?qū)堑膬蓚€(gè)整流管導(dǎo)通；②當(dāng)變壓器副邊電壓為零時(shí)，四個(gè)整流管同時(shí)導(dǎo)通，可以近似認(rèn)為流過(guò)它們的電流相等，即均為負(fù)載電流的四分之一。這樣可按下式來(lái)近似計(jì)算整流管的電流： 2002 1 1 08 ( 2 ) 2o inLf DVVCVL f V VVn????? ? ?? ????m a x 12 5 8 3 30 .0 3sin pNVVN? ? ? ?全橋移相軟開(kāi)關(guān) DC/DC變換器設(shè)計(jì) 32 （ ） 變壓器的副邊的最大占空比為 ，最大負(fù)載電流為 ，根據(jù)上式可計(jì)算出DrI =。整流管中流過(guò)的最大電流為 。 22(1 / 4 ) (1 ) 42o s o sDr I D I DI ? ? ??全橋移相軟開(kāi)關(guān) DC/DC變換器設(shè)計(jì) 33 結(jié)束語(yǔ) 本論文主要是研究全橋移相 ZVS DC/DC 變換器。因?yàn)槭堑洼斎敫咻敵觯斎胼敵鱿嗖钶^大，一般的 DC/DC 變換器采用雙極性控制的硬開(kāi)關(guān)技術(shù)，無(wú)法提高 DC/DC 變換器的開(kāi)關(guān)頻率， 導(dǎo)致變換器的效率低下。 本論文針對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)研究，引入了移相全橋ZVS 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了變換器的 ZVS 開(kāi)關(guān)，大大降低了變換器的開(kāi)關(guān)損耗，提高了變換器的效率和功率密度。 本文采用可飽和電感和輔助諧振網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，一方面提高副邊有效占空比，同時(shí)實(shí)現(xiàn) 滯后橋臂的 ZVS 開(kāi)關(guān)。解決了低壓大電流輸入情況下寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) ZVS和副邊占空比丟失嚴(yán)重的矛盾。 在控制電路上，變換器采用了平均電流模式下的雙閉環(huán)控制，即電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)，提高了變換器的動(dòng)態(tài)性和穩(wěn)態(tài)性。 同時(shí)為使電路長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全可靠地工作，論文設(shè)計(jì)了保護(hù)電路，主要 采取 了 必要的限流保護(hù)措施， 避免 當(dāng)通過(guò) IGBT 的電流過(guò)大超過(guò)了其所能承受的最大電流 ，導(dǎo)致IGBT 會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞。 全橋移相軟開(kāi)關(guān) DC/DC變換器設(shè)計(jì) 34 參考文獻(xiàn) [1] 林渭勛 . 現(xiàn)代電力電子電路 [M] 浙江大學(xué)出版社 .2020． [2] 張占松 、 蔡宣三 . 開(kāi)關(guān)電源的原理 與設(shè)計(jì) (修訂版 )[M] 電子工業(yè)出版社 .2020． [3] 王兆安 、 黃俊 . 電力電子技術(shù)第 4 版 [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 .2020． [4] 楊旭 、 裴元慶 、 王兆安 . 開(kāi)關(guān)電源技術(shù) [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 .2020． [5] 倪海東 、 蔣玉萍 . 高頻開(kāi)關(guān)電源集成控制器 [M] 機(jī)械工業(yè)出版社 .2020． [6] 阮新波 . 移相控制零電壓開(kāi)關(guān) PWM 變換器的研究 [J] 南京航空航天大學(xué)博士 1996． [7] 張國(guó)軍、王學(xué)禮 . 現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展 [J] 中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng) .2020． [8] 阮新波 . 脈寬調(diào)制 DC/DC 全橋變換器的軟開(kāi)關(guān)技術(shù) [J] 科學(xué)出版社 .1999． [9] 石玉 、 栗書賢 . 電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計(jì)指導(dǎo) [M]．機(jī)械工業(yè)出版社 .1998． [10] 鄭瓊林 、 耿學(xué)文 . 電力電子電路精選 [M]．機(jī)械工業(yè)出版社 .1996． [11] 王華斌 、 袁佑新 . 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Lee, Resonant switches a unified approach to improve performances of switching converter[J], Proceedings of International Telemunications Energy ． 全橋移相軟開(kāi)關(guān) DC/DC變換器設(shè)計(jì) 35 致謝 本論文是在趙 老師的悉心指導(dǎo)和不斷鼓勵(lì)下完成的。趙老師廣博的學(xué) 識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思想、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范使我受益終生。他在百忙之中抽出時(shí)間和我們討論問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，給了我們深刻的印象。他對(duì)工作孜孜不倦的追求、勤奮忘我的工作態(tài)度深深影響了我，將永遠(yuǎn)鞭策我不斷努力。在此，謹(jǐn)向趙老師表示最崇高的敬意和誠(chéng)摯的感謝。衷心感謝趙老師在論文設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的幫助、指導(dǎo)和訓(xùn)練。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還得到了李 老師的指導(dǎo)，以及周圍許多同學(xué)的幫助，在此一并表示我最誠(chéng)摯的謝意。 感謝大學(xué)中所有幫助過(guò)我的老師和同學(xué)。 感謝各位領(lǐng)導(dǎo)在百忙之中對(duì)論文的審閱和賜教。 最后，衷心感謝我的家人在我求學(xué)生涯中 ，給了我堅(jiān)定的支持和生活上的照顧。他們的關(guān)愛(ài)、理解、支持和鼓勵(lì)始終是我前進(jìn)的動(dòng)力。 全橋移相軟開(kāi)關(guān) DC/DC變換器設(shè)計(jì) 36 附錄 設(shè)計(jì)總圖