基于软开关技术的移相全桥电源系统设计与研究

摘要

随着国民经济的飞速发展，各种电气电子设备的快速普及，如何减小电源体积、降低电源损耗、提高电源效率及稳定性，已成为当代电源技术研究方面的重要课题。电源体积的减小势必需要提高开关频率，相应的为降低开关损耗，人们提出了软开关概念。软开关技术可有效降低开关损耗、提高电源效率。其中移相全桥拓扑输出功率大，硬件结构简单，得到了广泛的应用，但是在不同的负载情况下，软开关条件难以维持，容易脱离软开关状态，导致功耗增加，电源效率降低，甚至烧毁开关器件。
　　本论文针对传统电源系统中出现的问题，基于移相全桥拓扑的ZVS软开关技术提出了一种电源系统的解决方案，对ZVS软开关状态进行实时监测，并且在待机功耗和稳定性方面进行了优化，最后对该电源系统进行了仿真与实验，验证了该方案的可行性及其有效性。
　　本文以软开关技术为基础，首先分析了基本的移相全桥DC-DC变换电路的控制原理，研究了移相全桥变换电路实现软开关的必要条件，并介绍了器件的参数选取方法。本文以高效和安全为基本要求，设计了一种移相全桥ZVS直流稳压电源系统。在控制方式上，采用STM32系列微控制器实现对电源工作脉冲的分配控制，控制算法采用改进的动态PID算法。并能够对系统的软开关状态进行实时监测，在负载突变的情况下该电源系统具有较高的稳定性，并且设置有睡眠模式，能够自动监测空载情况，并且自动进入睡眠模式以达到节省电能的目的。
　　最后根据论文的设计方案，对文中讨论的移相全桥ZVS软开关电源样机进行实验，证明了其能够有效实现软开关并能在一定程度上提高电源的传输效率和稳定性。该方案具有结构简单、成本低、灵活性高、便于控制等优点，能自动对系统输出电压、输出电流、微控制器温度、移相角进行监测控制，进一步提高了电源系统的效率及安全性。该电源系统适用性广，拥有较好的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现况与发展趋势

1．2．1 直流功率变换电路的现况与发展趋势

1．2．2 电源技术的现况与发展趋势

1．2．3 软开关技术的现况与发展趋势

1．2．4 移相全桥变换器控制技术

1．3 论文的研究内容和结构安排

第二章 基本原理

2．1 开关电源工作原理

2．2 软开关技术基本原理

2．3 移相全桥基本拓扑及工作原理

2．3．1 ZVS移相全桥电路基本拓扑

2．3．2 ZVS移相全桥电路工作原理

2．4 本章小结

第三章 移相全桥ZVS软开关电源系统硬件设计

3．1 微处理器系统设计

3．2 驱动电路设计

3．3 移相全桥ZVS软开关方案设计

3．3．1 移相全桥ZVS实现条件

3．3．2 副边占空比减小问题

3．3．3 移相全桥ZVS传递函数

3．3．4 有源缓冲的移相全桥ZVS电路

3．4 电路的主要器件选择与参数计算

3．4．1 功率器件选择

3．4．2 高频变压器计算

3．4．3 谐振电感计算

3．4．4 输出电感计算

3．5 电源系统数据采集设计

3．5．1 温度采集电路设计

3．5．2 电流电压采集电路设计

3．6 ZVS状态监测

3．7 移相全桥ZVS软开关方案仿真

3．8 本章小结

第四章 移相全桥ZVS软开关电源系统软件设计

4．1 数据处理

4．1．1 数据传输与处理

4．1．2 数据处理仿真

4．2 数字控制系统设计

4．2．1 数字控制系统框图

4．2．2 动态PID控制方式

4．2．3 移相全桥ZVS控制脉冲分配方案

4．3 控制系统流程设计

4．3．1 软件主流程设计

4．3．2 监控与中断程序设计

4．3．3 自动恢复方式设计

4．4 电源工作状态控制

4．5 数字化电源控制系统仿真实验

4．6 本章小结

第五章 性能测试与结论

5．1 实验装置

5．2 电源系统工作状态测试

5．3 突变负载实验

5．4 待机功耗实验

5．5 电源系统效率测试实验

5．6 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A(攻读学位阶段发表论文)

附录