移相全桥零电压开关（ZVS）电力操作电源的研究

摘要

近年来,随着电力电子技术的发展,移相全桥PWM-DC/DC变换器已经成为高频开关电源研究的热点,特别是在中大功率场合,采用软开关技术(如ZVS)的移相全桥DC/DC变换器代表了此领域功率电子技术的发展方向,因为它不但可以减小开关电源的开关损耗、电磁干扰,还能改善电路的输出特性,提高电路的效率、稳定性和可靠性.该文在分析移相全桥零压软开关电路的基础上,研制了2.2KW的电力系统用直流操作电源,实验表明,该电源可在全输入电压和全负载范围实现ZVS软开关,整机效率在全负载范围达到85﹪以上.该论文共包括三部分.首先,分析移相全桥软开关拓扑结构的工作原理与模态,并分析了输出滤波电路、辅助电源电路、以及EMI电路,指出移相全桥零电压(ZVS)技术要注意的几个关键问题.通过与3873芯片相比较,指出该电源控制电路是电压环与电流环双环控制相结合的特点,并讨论了控制电路中斜率补偿电路原理、电流环调节电路、均/浮充电压调节系统、均流控制电路、保护电路、驱动电路等.其次,根据在理论分析的基础上,研制了2.2KW的电力系统用直流操作电源.设计和选择了组成电路的各元件参数.通过分析和讨论采集的相关波形,验证了该电源功率管是零电压开通和关断,从而减少了功耗.考察了电源输出特性、散热状况和效率,验证了该电源在性能上基本达到了设计要求,说明采用电压环和电流环双环控制与移相全桥ZVS技术相结合的开关电源的电路设计的正确性.最后,考虑到为实现自动化和无人值守的要求,研制了该电力操作电源集中监控电路.微处理器采用89C51为核心,用C51编程,利用键盘输入控制电源模块的信号,达到遥空、遥测、遥信、遥调等四遥功能.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1本课题的学术研究背景和意义

1.1.1研究的背景

1.1.2本课题研究的实际意义

1.2开关电源的研究现状

1.2.1国内开关电源发展

1.2.2国外开关电源发展

1.3本课题主要研究内容

第二章ZVS开关电源主电路工作原理及分析

2.1开关电源模块原理框图

2.2开关电源主电路工作原理及分析

2.2.1开关电源主电路拓扑结构分析

2.2.2移相全桥ZVS软开关的关键问题

2.3输出滤波电路

2.4辅助电源电路工作原理及分析

2.5开关电源电磁兼容

2.7本章小结

第三章ZVS开关电源控制电路工作原理及分析

3.1 PWM控制的开关电源控制方式

3.2控制电路原理

3.2.1斜率补偿电路

3.2.2电压环调节电路

3.2.3均浮充电压转换电路

3.2.4均流电路

3.2.5电流环调节电路

3.2.6驱动电路

3.3保护电路

3.3.1开关电源主电路软启动保护

3.3.2过电流保护

3.3.3输入过压/欠压保护

3.3.4输出过压保护

3.4本章小结

第四章开关电源主电路参数选择及设计

4.1主电路元器件选用注意事项

4.2主电路元器件参数选用及设计

4.2.1输入滤波电容的选择

4.2.2皆振电感的设计

4.2.3开关频率

4.2.4主变压器设计

4.2.5输出电感的设计

4.2.6输出滤波电容的选择

4.2.7主功率管的选择

4.2.8输出整流二极管的选择

4.3本章小结

第五章ZVS开关电源实验结果及分析

5.1开关管ZVS状态分析

5.2死区时间波形分析

5.3变压器初次级电流电压波形分析

5.4变压器占空比丢失测试和分析

5.5次级整流二极管波形分析

5.6输出纹波电压

5.7电源温升实验

5.8电源效率的测定

5.9本章小结

第六章开关电源内部配置的监控单元

6.1开关电源监控单元功能

6.2开关电源监控单元

6.2.1技术参数

6.2.2监控单元的工作原理

6.3监控单元软件的实现

6.4移相全桥ZVS电力操作电源外观图

6.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢