基于软开关技术的开关电源设计

兰州理工大学毕业设计说明书摘要软开关PWM技术集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率管的零电压开关，又能实现功率管的恒定频率控制，是电力电子技术的发展方向之一。与传统PWM硬开关变换器相比，元器件的电压、电流应力小，仅仅增加了一个谐振电感，成本和电路的复杂程度没有增加。移相控制零电压开关PWM变换器就是软开关PWM技术中的一种拓扑，它适用于中、大功率直流一直流变换场合。文中详细分析了基本的移相控制ZVSPWMDC-DC全桥变换器的工作过程，讨论了移相控制ZVSPWMDC-DC全桥变换器的零电压开关条件、副边占空比丢失以及整流二极管的换流情况，指出基本的移相控制ZVSPWMDC-DC全桥变换器的不足：滞后桥臂实现零电压开关比较困难；副边占空比丢失严重。为解决这些问题，提出了利用饱和电感来减少副边占空比丢失的方法并分析了带饱和电感的移相控制ZVSPWMDC-DC全桥变换器的工作过程。介绍了给滞后桥臂增加辅助电路以改善滞后桥臂开关管的软开关环境的方法，并详细分析了一种带辅助网络的移相控制ZVSPWMDC-DC全桥变换器的工作过程。它具有辅助电路简单，辅助电路的电感、电容和二极管的电流电压应力小，副边占空比丢失小等优点。研究了桥式变换器的不平衡问题及解决方法。初步设计了一个通信用48V／10A的开关电源。该电源设计过程中，主电路的结构设计及参数计算方法及电路的控制、保护功能都得到了体现。电路的控制、保护功能是由单片机PIC16F877A完成的,该单片内部有A/D转换模块和PWM模块，简化了电路的设计。关键词:开关电源；移相控制；软开关；零电压；占空比ABSTRACTSoft-switchingPWMtechniqueintegratestheadvantageofresonantconverterandconstantfrequencymodulator，whichrealizeszero-voltage-switchinginconstantfrequency，andisoneofthedevelopmenttrendsofpowerelectronics．Onlyaddingaresonantinductor,stressofvoltageandcurrentindevicesturnslowerthantraditionalPWMhard-switching,withoutincreasingcostandcomplicationofcircuit．PhaseShiftedzero-voltage-switchingPWMconverter(PS-ZVS-PWMconverter)isoneofthetopologiesusingsoft-switchingPWMtechnique，andissuitedformiddletohighpowerDC-DCconversionapplication．ThisdissertationanalyzestheoperationprincipleofPS-ZVS-PWMFBconvertersystemically．TheclassicalPSZVSPWMDC-DCFBconverterhassomedisadvantagessuchasitslagginglegisdifficulttoachieveZVSanditslossdutyofsecondaryislarge．Toalleviatetheseproblems．thispaperintroducesaPSZVSPWMDC-DCFBconverterusingsaturableinductortoreduceitslossdutyofsecondary．ThispaperalsointroducesaPSPWMDC-DCFBconverterwithanauxiliarynetworkattachedtoitslaggingleg．Thisauxiliarynetworkhastheadvantagessuchasitscircuitissimple．thecurrentstressesandvoltagestressesonitscomponentsaresmall．ThequestionofunbalanceonPSPWMDC-DCFBconverterisdiscussed,andthesolutiontotheproblemisproposed．Basedonthecircuittopology,aswitchpowersupplyof48V/10Aforcommunicationsystemisdesigned．ThedesignofstructureandcalculationmethodsofparameterintheDC-DCconvertermaincircuitandthedesignofthecontrolandprotectcircuithavebeenpresented．KeyWords：Switchpowersupply；Phase-shiftedcontrol；Soft-switching；Zero-voltage-switching；Duty目录摘要第一章绪论 71附录一元器件清单元件标号名称型号FU熔断器400V/4AKAKM继电器接触器HK48FCJ20J-10AQ1Q2Q3Q4MOSFETFQPF2N60CD1D2D3D4二极管HER505CHV-25P/400霍尔电压传感器400V/5VCHV-25P/50霍尔电压传感器50V/5VCHB-25NP霍尔电流传感器12A/24mALr电感15uHLf电感27uHT1变压器220V/20VT2变压器220V/8VLM7815三端稳压器件LM7815LM7915三端稳压器件LM7915LM7805三端稳压器件LM7805PIC16F877单片机PIC16F877ATLP521-1光耦TLP521-1IR2110驱动芯片IR2110LM324运算放大器LM32474LS32二输入或门74LS3274LS04二输入非门74LS04CY1CY2电容0.08uFCX1CX2电容0.47uFLX1LX2电感100uHC6C8C10C12有极性电容1000uFC7C9C11C13无极性电容0.1uFC14C16有极性电容470uFCZ电容100uFCF电容4300uFRF电阻10KR1R16R25可调电阻47KR2R4R7R8R21R24R36电阻1KR32R12R15R34R17R18R19电阻2KR9电阻3KR20R27R28R29R30R31R32电阻4KR3R5R33R11R13R14R35R22R23R37电阻24KD5D6二极管IN5406D7D8二极管SF164D9D10二极管IN5391D11D12D13二极管IN4001附录二程序清单#include<pic.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuintPWM1,out;voidinit(){TRISA=1;//系统初始化TRISB=0;TRISC=0;PORTA=0;PORTB=0;PORTC=0;}voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=z;x>0;z--)for(y=110;y>0;y--);}uintget_ad0()//采样电流转换{uchartempa;uintadvala=0;uintadvalfa;ADCON0=0x81;ADCON1=0x84;for(i=5;i>0;i--){GO=1;while(GO)//等待转换时间advala=(ADRESH<<8)|ADRESL;//0000001111111111tempa+=advala;}tempa=tempa/5;advalfa=tempa/1023*5;//==2.3843tempa=advalfa*100;return(tempa);}uintget_ad1()//采样电压转换{uchartempb;ucharadvalb=0;ucharadvalfb;ADCON0=0x89;ADCON1=0x8e;for(i=5;i>0;i--){GO=1;while(GO);advalb=(ADRESH<<8)|ADRESL;//0000001111111111tempb+=advalb;}tempb=tempb/5;advalfb=tempb/1023*120;//==2.3843return(tempb);}voidoutct(){out=get_ad2(); out=out*200;}voidccp_PWM(ucharp1,ucharp2)//CCP模块初始化{TMR2=0;PR2=199;//频率5KCCPR1L=p1;//p1是CCP1模块的占空比控制CCP1CON=0x0f;TRISC1=0;T2CON=0x04;TMR2=0;PR2=199;//频率5KCCPR2L=p2;//p2是CCP1模块的占空比控制CCP2CON=0x0f;TRISC2=0;T2CON=0x04;}voidPI()//PI算法程序{uintgd,sj; gd=get_ad2(); gd=gd*120; sj=get_ad1(); if(sj>gd) {