基于软开关技术的开关电源设计(共35页).docx
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 本 科 毕 业 论 文 基于软开关技术的开关电源设计The Design of Switching Power Supply Based On Soft-switching Technology 学院名称: 电子信息与电气工程学院 专业班级: 自动化(专升本)2013级1班 学生姓名: 李孟楠 学 号: 指导教师姓名: 卢春华 指导教师职称: 讲师 2015 年5 月毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或
2、组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 专心-专注-专业目录基于软
3、开关技术的开关电源设计摘要:通过控制开关,栅极打开和关闭是硬切换技术,软开关PWM技术。在PWM技术和谐振转换器上,根据它们的优点,不仅可以对功率管的零电压实现,而且还对功率管实现了恒频控制,针对PWM逆变器而言,它与平常的硬开关对比,对于研究关键词: 开关电源;移相控制;软开关;零电压;占空比 The Design of Switching Power Supply Based On Soft-switching TechnologyAbstract: Modern electronic devices began to to develop lighter, high efficiency
4、 development. Cause serious noise pollution and switching losses are caused by the high switching frequency. By controlling the switch, the gate opens and closes hard switching technology, in the process, turn off the voltage or current is very large, this will lead to loss of the switch. Soft Switc
5、hing PWM technology. On PWM technology and resonant converters, according to their merit, not only to achieve zero-voltage power tube, but also on the power transistor to achieve a constant frequency control, which is soft on the development of open technologies. For PWM inverter, for its contrast w
6、ith the usual hard switch, during operation of the full-bridge converter, the analysis of the phase shift control PS-ZVS-PWM, and on the phase shift control of the PS-ZVS-PWM converter commutation of the duty cycle of the zero-voltage switching, loss and secondary-side rectifier diodes were analyzed
7、 to point out the basic shift control defect PS-ZVS-PWM soft switch works. In the full-bridge inverter known knowledge lagging leg is difficult to achieve zero-voltage switching design, it has a secondary duty cycle loss is small, treat small auxiliary circuit inductance, and simplify auxiliary circ
8、uit, a capacitor and diode current and voltage, are learning more about the switch design. For the study of soft-switching technology sets PWM resonant converter and PWM control, we will combine the advantages thereof, on the one hand in the design process can achieve a frequency control power tube,
9、 on the other hand can achieve zero-voltage switching power transistor . This is a direction of modern power electronics technology development. In this paper, the subject of design a viable PS-ZVS-PWM soft switching, and use PSIM simulation. As well as output and input parameters characteristic zer
10、o voltage start of PWM soft switching circuit system are clear analysis.Keywords: switching power supply; phase shift control; soft switching; Zero Voltage; duty cycle.第一章 绪论1.1概述在电子技术的快速发展中,我们对电子系统的使用越来越多。并且走向目前来看,功率是所有电力电子器件的心脏。它的性能直接相关的安全性和对整个系统的可靠性。对硬开关进行调查,开通时和关闭时,电路中的开关器件电流升高,电压降低一起进行,在软开关技术方面
11、,不会存在像硬开关一样,会产生较大的开关电源损耗。在软开关的研究方面,理想的状态下会让软开关在关断的时候,让电路中的电流到零,电路中的电压慢慢的上升到断态值,这样的状态可以看似是电路关断的损耗为零。因此利用到PWM(脉冲宽度调节),在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,PWM开关电源是在导通时候,在电路中电压低的时候,电路中的电流是比较大的;在电路中关断的时候,电路中的电压是比较高的,电流小。1.2开关电源的发展方向对于软对于第一:高频开关电源的小,薄,轻量-主要由能量存储元件的重量(磁性元件和电容)来确定。因此小型化的开关电源的实质上降低尽可能其中小能量存储元件的体积,在一定范围内,较高
12、的开关频率,不仅有效地降低了电容,第二:从而提高了可靠性功率开关元件。生活源于生活,电解电容,光耦和排风扇等设备与生活决定的权力的视角。第三:低噪音-开关电源是喧闹的。单纯地追求高频率的噪音也将上涨。无论是在原则,第二章 开关电源技术的理论分析2.1 开关电源的基本原理 如今,人们称为AC / DC开关稳压器(整流器)功率开关电源。它也必须有三个条件:第一是如图2.1所示是。图2.1 开关电源基本稳压原理图从图中的分析示出了用于开关电源开关K被重复以一定的时间间隔打开和关闭,电路中开关K关闭,电源E通过输入端开关,电路中输出滤波器被连接到负荷上,在整个过程中,开关接通,电源提供能量E给负载;当
13、K需要导通,对于开关的以储存能量在接通开关K,断开开关过程中提供的处理能量到负载。如电路中2.2开关电源的软开关技术2.2.1软开关技术的概念半导体器件在开关的应用,根据功率转换和处理的权力结构构造一定的规则控制开关。开关电源的工作原理与传统线性电源,针对开关元件的占空比,它是利用功率半导体器件作为开关元件,在周期性关闭期间,对输出的电压细心调节。它直接与电网频率电压被整流和滤波由直流电压,然后再进行处理由主变换输出整流滤波电路,对输出电压的反馈进行采样,以及对控制电路的采样信号比较放大处理,为了输出对PWM脉冲的占空比进行调节。一般的开关电源的接通和关断,电压和电流功率管端部不是零,这样一来
14、就存在很大的开关损耗,电路中功率效率变的不高,当电路中,开关频率提升,开关的损耗也对应上升。此类开关被称为“硬切换”。在发展过程中的功率开关转换器,研究硬开关PWM变换器设备最早的理论基本上都是成熟的,它是软开关转换器的基础。由于技术相对成熟,控制简单,动力结构比较简单。在一般情况下,所谓的PWM技术是指保持在开关变换器的开关频率在一定的,在开关的时间有变化,是脉冲的长度也跟着改变,在电路中负荷变动,输出电压的负载基本没什么改变。在20世纪50年代生产的硬开关技术脉冲宽度调制,经过60年的成长,1970年到1980年代的日期,开关的发展已经得到了广泛的应用。然而,对于电子开关来说,它是属于硬切
15、换,在电路中,器件的电压,器件的电流不为零时,对开关的强制施行,在切换电路中呈现很大损失状态。这使得开关开关技术需要一定的限制,主要是以下:(1) 关闭和断开损耗大:当开关打开的时候,电流上升,同时对电压开关设备下降,电路关闭的时候,电路电压升高,在这个时候电路电流下降。电路中的电压和电流产生的波形碰撞,会造成的电路设备的导通损耗,而且会随着碰撞的频率,加快开关的损耗。(2) 电感关机问题:不可避免电感元件,如变压器,电线和其它寄生电感的电感的电感或实体,在高频的漏电感,该开关装置被关断电路的存在,电流通过时电感元件相比大的,电路中高的电压尖峰诱导上升开关元件的两端,击穿电压是很容易造成的。(
16、3)电容开放的问题:当开关装置被打开以非常高的电压时,存储在开关装置的结电容的能量将完全消散在开关装置,该开关装置的过热造成的损坏。(4)针对二极管反向的复苏:在电路中从导通到反向复苏过程中,在此过程中,二极管还在导通的状态。如果用开关的直接开口系列,期间的直流电源是会形成瞬间的短路,对当前的影响很大,从开关和二极管的损失大幅上升,而造成损坏。在电子技术的飞速进展的过程中,针对开关电源,需要开关频率的高频化和开关损耗的低能化。因此市场会有大量的需求,软开关技术应运而生。由此看见,软开关技术是相对应硬开关而言的。期间中的电压和电流的急剧变化,造成更大的开关损耗,噪声在开关的控制电路硬开关,开关损
17、耗上升与开关频率,让电路效率降低价格,在电路中,开关噪声将电磁干扰,是外围电子设备受到影响。对于软硬开关而言,向上小型电感器,电容器等谐振器上,构成一个辅助换流网络,谐振过程的切换处理,在开关的两端之前引进之后被接通时,两端的电压为零,或者当流电流通过开关的时候,关断为零。切换条件已经过改善,提高了电路的设计效率。在理想的测试下,当电路的电压下降到零的时候,然后上升到设定的当前状态,所以没有损失。软断路开关称为零电压开关。理想软关断的过程是:电流下降的电路到零,电压上升到设定值时,这种软开关叫做零电流开关。2.2.2 如何实现软开关1.实现零电压开关的一般性条件 当零电压的开关导通,所实现的条
18、件,电路中应有充足的电量,对电路中开关管的电荷进行转移,把这部的电量对马上关闭的开关管电容补充电能。在变压器的绕组上存在的电容,需要对电容进行处理。即满足如下公式:E(Ci+CRT/2) VinVin (此处Ci的下标i为死区时间)2.超前桥臂实现零电压开关 对于零电压开关超前的实现,在电路中超前桥臂开关过程中的滤波电感是与谐振电感串联,就是理解为滤波电感和谐振电感进行串联。对实现开关运用零电压开通,对零电压关断的能量,都是对两个电感的滤波电感和谐振电感。3.滞后桥臂实现零电压开关 开关通过零电压滞后桥臂的难度很大。当零电压开关的滞后桥臂中的时候,变压器的副边会产生短路的情况,对于零电压开关的
19、打开和关断是由谐振电感产生的,在电路中,一个电感所供应的能量达不到所需要球,就不会对零电压的开关进行实现。故而滞后桥臂实现零电压开关的难度很大。第三章 全桥变换器及工作原理3.1传统的PWM全桥变换器脉宽调制(PWM)基本原理:控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲的等值电压为正弦波形,所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,即可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。开关管全桥是这一软开关的主要工作部分,由四个IGBT管组成的全桥,
20、两个串联的组成一个桥臂,同时每一个开关管并联一个结电容,电压输入端的为超前桥臂,而另一个为滞后桥臂。变压器部分则含有一个作谐振和变压器漏感的电感,还有一个普通的变压器。这一部分的主要作用是进行变压,同时电感为滞后臂零电压开关提供能量。输出保护部分由整流二极管、滤波电感和滤波电容还有负载组成,整流二极管起一个保护作用,同时将交流变直流,而滤波部分的电感电容使电流电压稳定更易测量,方便试验和检验。所述开关电源的PWM脉冲宽度调制装置的操作中,开关频率是一定的,在全桥变换器中,不仅通过对输出电压的调整,还要对输出电流的进行调整,通过改变脉冲宽度的接通时间的长度来实现的,通断开关和控制开关的电流和电压
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