基于软开关技术的开关电源设计毕业论文(27页).docx

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1、-基于软开关技术的开关电源设计毕业论文-第 16 页本 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，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 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

2、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 大学关于收集、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： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的

3、研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中

4、文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书

5、写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业

6、论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（

7、设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点

8、和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格教研室

9、主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1概述11.2开关电源的发展方向1第二章 开关电源技术的理论分析32.1 开关电源的基本原理32.2开关电源的软开关技术42.2.1软开关技术的概念42.2.2 如何实现软开关6第三章 全桥变换器及工作原理73.1传统的PWM全桥变换器73.2 PWM DC-DC全桥变换器的控制8第四章 软件设计104.1 总体编程思想104.2主程序流程图104.3 A/D转换流程图114.4 PI算法子程序114.5 PWM波控制子程序13第五章 PS-ZVS-PWM软开关的

10、仿真与分析145.1 PS-ZVS-PWM软开关电路设计与仿真145.2 仿真图中各模块介绍155.3 仿真运行结果及其波形图18结论25致谢26参考文献27基于软开关技术的开关电源设计摘要：现代电子器件开始向于开发更轻便，高效率上发展。造成严重的噪声污染和开关损耗是由高开关频率造成的。通过控制开关，栅极打开和关闭是硬切换技术，在这个过程中，关闭电压或电流是非常大的，这样会引起开关的损耗。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,这是对软开技术的上发展。针对PWM逆变器而言，它与平常的硬开关对比，在全桥变换器的工作

11、过程中，分析了移相控制PS-ZVS-PWM，并且对论移相控制PS-ZVS-PWM转换器，零电压开关状态，损耗和次级侧整流二极管的换向的占空比进行了分析，指出基本的对移相控制缺陷PS-ZVS-PWM软开关工作原理。在所知知识中全桥变换器滞后桥臂很难实现零电压开关设计，它有一个次级占空比损耗是小的，对待体积小的辅助电路的电感，以及辅助电路的简单化，电容和二极管的电流和电压，都是对研究开关设计的了解。对于研究软开关PWM技术集谐振变换器与PWM控制，我们将把它们的优点相结合，在设计过程中一方面可以实现功率管的一定频率控制，另一方面也能实现功率管的零电压开关。这是现代电力电子技术的发展的一种方向。本文

12、设计的题目一种可行的PS-ZVS-PWM软开关，并使用PSIM进行仿真。以及对零电压启动的PWM软开关电路系统的参数输出和输入特性进行了明确的分析测定。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 development. Cause serious noise pollution an

13、d 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 Switching PWM technology. On PWM technology and res

14、onant 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 with the usual hard switch, during operation of

15、 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 to point out the basic shift control defect P

16、S-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 circuit, a capacitor and diode current and voltage

17、, 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, on the other hand can achieve zero-voltage sw

18、itching 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 zero voltage start of PWM soft switching circuit

19、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。电子设备也越来越多多样化，并且走向电子装置的小型化，电力的成本降低到轻，薄，小和高效率的方向。目前来看，对一些公用电网，一些电能量转换和控制言,和种类繁多的电负载,提供品质好的供电设备都是对功率而。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

20、关进行调查，硬开关开关损耗大。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，电流和电压在区域会产生交叠，在这个期间会对开关的损耗，损耗值会随着开关频率的增高而对开关的损耗的增加。在软开关技术方面，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。在电路中，在关断前，电流到零，解决了此类问题。在电路接通电源的时候，二极管的工作原理是正向导通，反向不导通，如此二极管的恢复过程已经结束在反的时候，由此看来二极管方向恢复的情况不会存在。因此利用

21、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开关电源的发展方向，对于技术与趋势追求，本次设计的开关电源可以下四个方面概括。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，较高的开关频率,不仅有效地降低了电容，对于系统的动态性能得到了提高。第二：高可靠性-在经常工作的电源使用，从而提高了可靠性功率开关元件。

22、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。因此，对于一个设计的考虑，在电路中应对组件的需求量过小，这样可以提升集成度。如此设计可以对电路中的繁复进行适当的处理，以及对可靠性不良的问题,进行了解决，保护的功能也得到了提高，简化了电路。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,对噪音的降低上，这都是对谐振变换器电路技术上研究的一小部分，以提高频率。在这样的情况下，噪音的降低对电路器件的影响是开关电源的发展的一种方向。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

23、必须有三个条件：第一是开关，就是对电路电力电子器件，必须工作在断开的状态，不是直线状态；第二是高频，电路中的电子器件一定是工作在高的频率的状态下，而不是接近的电源频率是低频；第三是对DC直流功率输出不交换。如图2.1所示是开关电源稳压器的基本原理。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K需要导通，对于开关的电源的输入端，能量被中断供应。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。如上面的电路图中,

24、开关电源中L代表电感，C代表电容，D代表二极管，它是由二极管来产生的效果。电路中电感L用于存储能量。当电路中开关断开的时候，电感器L中所储存的能量，二极管D通向负载释放的时候，在电路中，连续和稳定的能源被负荷得到。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

25、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

26、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，

27、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。（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

28、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

29、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

30、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

31、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，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，

32、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的独立上游端施加关闭。PWM电路交换技术，操作简单，在现实社会中得到很多的应用，在小功率中使用的比较多。变压器：变压器在开关电源中的主要作用：首先是电气隔离，其次通过匝数比改变次级的电压和电流，且一种电压还可通过多绕组得出多种电压，还可通过磁耦合传递能量、进行电压电流的采样等。变压器是变换交流电压、交变电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器的组成：主要由铁芯和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接

33、电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。变压器是根据电磁感应原理制成的，铁芯主要起导磁作用，只有导磁后，才能进行磁电转换。电感：能产生电感作用的元件统称为电感元件，常常直接简称为电感。它是利用电磁感应的原理进行工作的。电感作用：阻交流通直流，阻高频通低频（滤波），也就是说高频信号通过电感线圈时会遇到很大的阻力，很难通过，而对低频信号通过它时所呈现的阻力则比较小，即低频信号可以较容易的通过它。电感线圈对直流电的电阻几乎为零。还能储存能量、滤波，并且能与电容谐振完成任务；拥有保护电路中电子元件的作用，能抑制高峰的电压与电流。(a)结构图 （b）主要波形图3.1 传统PWM全桥变换器结构及主要波

34、形在上图中：全桥变换器DC-DC是由全桥逆变器滤波和输出整流电路组成。在本次电路中电压V在输入端的直流电压为Vin，在本次电路图中存在有两对桥臂，它们分别是有Q1与Q3组，另一对是Q2与Q4。其中有一对输出整流二极管，输出整流二极管是有DR1和DR2组成，输出滤波的电容是电路图中的Cf，输出滤波电感是电路图中的Lik,，电路图中的负载是RL。考虑所有元器件为理想情况，通过控制四只开关管，根据分析，可以在电路图中的在A、B两点测得一个幅值为Vin的交流方波电压，并经过由D5和D2构成的进行全波整流，要想让交流变换成本次设计中所需的直流电压，必须通过在高频变压器中进行隔离和变压。首先Q1、Q4导通

35、，变换器传输功率。变压器次级侧D5导通。关断Q1， 电容C1，C2与Llk产生谐振，Q1零电压关断。此时，谐振电感Llk与滤波电感Lf串联。因其能量大，故可认为初级电流近似于一个恒流源。电容C1的电压Uc1从零开始线性上升，电容C2的电压Uc2从Vin开始线性下降。C1充电到Vin时，C2放电结束，随后电感电压反向，D2导通续流，此后开通Q2可实现Q2的零电压开通。由于变压器初级电压反向，在Lf和变压器次级电压的作用下D5、D6同时导通。关断Q4，在C4作用下，Q4实现零电压关断。为了减小占空比丢失，Llk不宜太大，因此Q3，Q4的死区时间不能取得太大。C4两端电压UC4开始上升，直到上升为V

36、in， 此后开通Q3，则Q3实现零电压开通。Q3导通后，Llk中电流迅速减小到零并反向增长，由于ILik未达到向次级传输功率的临界值，变压器次级仍被箝位， 但D5中电流开始减小，D6中电流开始增大。此后ILik开始向次级传输功率，D5完全截止，D6导通。为Q2关断做准备。随后关断Q2，开始另半周期导通关断过程，其分析过程同上。3.2 PWM DC-DC全桥变换器的控制图3.2移相控制方式控制全桥PWM DC-DC转换器具有移相控制方式相移控制，全桥转换器是利用软开关的全桥变换器的控制模式，本次设计的电路是不仅有PWM技术的应用，还有对谐振变换技术的应用，在设计过程中，本人将这两种技术进行合理的

37、应用，相互利用，相互相结合。所谓的相位角就是对通过调节输出电压的相位角来调节脉冲宽度的大小，而且要对输出的电压进行相对应的改变。如图所示3.2每个驱动器的信号开关管。能量存储在输出电容器的平行的端部的电源开关的漏感进行充电和放电的电压在整个开关下降到零，使得四个开关电路依次导通，在零电压时，在下部缓冲电容器零电流关断，不仅仅能够合理化的减少了开关损耗所产生的不良因素，而且还能让开关电路中许多噪声逐渐减少，对器件在开关过程中所产生的电磁干扰也越来越少，这样不仅仅对逆变器装置开关的频率的提升，而且还对工作效率的逐步提高，对尺寸和重量进行降低，实现功率最大化。同时保持全桥电路的简单的一般结构，低电压

38、和电流应力的优点组件。对软开关的全桥PWM DC-DC转换器的实现，则必须引入的领先和落后桥臂腿，臂角度定义斜坡在由所述前腿的开关的第一开口两个开关的概念中，开口的腿后的开关管为滞后桥臂。第四章 软件设计4.1 总体编程思想控制系统软件设计思路：系统采集电压电流采样值，与给定值比较，根据采样电压与给定值之间的差值，调用PI算法，改变移相角，输出期望的电压。系统还具有保护功能，当采集的输入电压高于或低于给定的电压上限或下限时，系统立即产生中断，将电源切断，在电路中采集的电流值大于固定值时，调用PI算法，进一步让移相角变小，一直到偏差为零。 软件的子程序分别是：A/D转换子程序，PI算法子程序，P

39、WM子程序。4.2主程序流程图主程序中包括A/D转换、产生PWM波，PI算法，中断保护等功能。图4.1 主程序流程图4.3 A/D转换流程图对于电压电流采样值的A/D转换是A/D转换程序的首要任务。该模块的转换精度为十位，完全可以满足系统要求。 图4.2 A/D转换程序流程图4.4 PI算法子程序在PI算法子程序过程控制中，按偏差的比例积分P、积分积分I进行控制的控制器称为PI控制器。它是应用较为广泛的一种自动控制器，PI积分的原理简单，容易实现，广泛的使用，对参数的控制互不影响。PI控制算法又分为位置式和增量式。其数学表达式如下u(k)=u(k)-u(k-1)=Kpe(k)-e(k-1)+K

40、ie(k) （4-1）在以上的公式中Kp是控制器比例系数而Ki为积分时间常数。算法子程序流程图如图4.3所示。在本次系统中，我采用的是比例积分调节器，比例积分调节器又可以叫做PI调节器。使系统在扰动的作用下，为了让电动机的转速达到静态无差，从而实现了静态无差通过，应该对PI调节器进行调试，通过对比例积分调节器的调试，达到任务的要求。 图4.3 PI算法子程序流程图PWM波由PIC内部的PWM模块产生，其周期可由下式确定TPWM=(PR2+1)4TOSC(TIME2预分频值) 式中 TPWM为周期寄存器值，TOSC为外接晶振周期，TIME2预分频值1,2,4,8 。由于本系统采用移相控制方式，其

41、占空比固定不变，故PWM波的占空比为0.5，通过改变两桥臂PWM信号之间的移相角来控制输出电压，移相角的大小由PI调节器的偏差决定，当偏差为正时，移相角减小；当偏差为负时，移相角增大。移相角的变化范围为0o-180o,当移相角为0o时，占空比为1，当移相角为180o时，占空比为0，输出电压也为0，PWM波控制程序流程图如图4.4所示。4.5 PWM波控制子程序图4.4 PWM波控制程序流程图 第五章 PS-ZVS-PWM软开关的仿真与分析5.1 PS-ZVS-PWM软开关电路设计与仿真本文不仅分析移相全桥ZVS PWM软开关的电路结构和原理还将进行其仿真与记录。本次仿真的所运用的软件是SPIM

42、，在PC平台上用来进行，对于SPIM而言，在本次设计中，没有完全运用，本次设计中所运用的是SPIM软件中重要的组件，对于动态系统建模、电路的仿真和综合分析的集成运用，因此这个组件给我所设计的电路提供一个良好的空间。这个组件的优点在于：第一对于鼠标的操作我们都不陌生，鼠标的操作非常的简单，在鼠标的操作中，我们就可以十分轻松的画出非常复杂的电路系统模型；第二直接就可以在PSIM上实行仿真和波形演示。在SPIM中，它非常的使用，不仅仅适应面广，在许多领域都可以使用，它的系统结构以及流程都非常的清楚，对于仿真而言，更加的精细，具有效率高，非常灵活，更加贴近实际，等许多的优点令我们使用。上面已经对SPI

43、M在本次设计中的运用和理解，在如今社会中已被很多处使用，对于数字信号的分析，对于控制理论的解析，在本次设计中，仿真和电路设计比较简单，但是SPIM还可以运用到结构复杂的仿真和较难的电路设计。在基于SPIM平台所绘制的仿真图，主要的原件都取之于ELements这模块库中。在这一图中的所有元件均为理想器件，理想变压器原边匝数：Np=28，理想变压器副边匝数：Ns=Nt=6。如图5.1所示的是我所设计制作的PSIM软件中平台下的软开关仿真电路图。图5.1 ps-zvs-pwm软开关仿真电路图5.2 仿真图中各模块介绍1.开关管全桥：如图5.2所示，这一部分由四个IGBT构成（绝缘栅双极型晶体管IGB

44、T），同时每个IGBT都并联一个电容，这些电容是IGBT的输出结电容，且四个电容大小均等即C1=C2=C3=C4。同时四个Sqrae-ware Voltage Source（可以用逆变器实现，Sqrae-ware Voltage Source作为触发脉冲）作为为IGBT提供驱动信号。每个桥臂的两个功率管成180度互补导通，两个桥臂的导通角相差一个相位，通过调节这个相位即移相角的大小来调节电压的输出。IGBT1和IGBT2分别超前于IGBT4和IGBT3一个相位，这里1和2组成的是超前桥臂，而4和3组成的是滞后桥臂。而在工作时，只有对角上的开关管同时导通，输入才能通过变压器T向负载提供能量。图5.2开关管（全桥）仿真图2. 谐振及变压器部分：如图5.3所示部分，电感LIK由两部分组成，一个是变压器的漏感，另一个是原边的串联谐振电感。由于采取全桥变换的方式，设计中要对变压器原边漏感的大小加以限制，其大小直接影响到副边占空比的丢失，及副边的电压电流振荡。副边占空比丢失是指当变压器原边电流在转向过程中不足以提供负载电流时，副边的整流二极管全部导通，从而端电压为0，占空比丢失。占空比大小与原边漏感大小成正比