基于ARM7的数字化控制零电压零电流全桥PWM DC-DC变换器研究

摘要

数字化是现代电源的发展趋势，软开关技术是当代电源技术的研究热点，二者的融合势必将极大地提高电源的效率，改善电源的控制精度，减小电源的体积，提高电源的功率密度。因此，本文在这两方面的结合上做了一些尝试性工作，设计了一种基于ARM处理器数字化控制的零电压零电流开关(ZVZCS)全桥DC/DC变换器。
　　 本文在分析该新型变换器工作原理的基础上，推导了变换器在各种状态时的参数计算方程并运用Pspice9.2软件成功地对变换器主电路进行了仿真，分析了各参数对变换器性能的影响，并得出了变换器的优化设计参数；设计了以ARM芯片LPC2214为核心的数字化控制系统，并通过软件设计实现了反馈信号的采集、PWM移相控制信号的输出、控制算法、键盘与液晶等人机界面的设计，探讨了无静差二次型最优PID参数整定算法。最后，在上述分析与仿真的基础上研制了一台基于该新型拓扑的数字化500瓦移相控制零电压零电流开关电源，给出了其主电路、驱动电路、控制电路、保护电路及高频变压器等的设计计算过程，并在实验样机上测量出了实际运行时的波形。
　　 实验结果表明：本文的零电压零电流变换器拓扑结构合理，参数设计正确，与预想的理论分析吻合，能够在较大的负载范围内实现超前桥臂的零电压开关和滞后桥臂的零电流开关。采用数字控制之后，系统的硬件电路得到了极大地简化，控制方法灵活多变，且具有良好的人机交互功能，因此具有较高的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1软开关技术及全桥控制策略

1.1.1软开关技术的意义及实现方法

1.1.2全桥变换器的控制策略

1.2开关电源的数字化

1.2.1数字控制技术在电源领域的应用

1.2.2开关电源的全数字控制

1.3国内外研究现状及发展趋势

1.4本课题研究的主要内容

1.5论文结构安排

第二章 新型移相全桥ZVZCS PWM变换器原理

2.1零电压零电流开关变换器的实现方法

2.1.1零电压零电流开关的实现方法

2.1.2辅助电路位于主变压器一次侧

2.1.3辅助电路位于主变压器二次侧

2.2本文所采用的ZVZCS主电路结构及其原理

2.2.1主电路概述

2.2.2新型ZVZCS变换器工作原理分析

2.2.3稳态分析

2.2.4变压器匝数比的确定依据

2.2.5电流ILau的确定

2.2.6滞后桥臂开关管的零电流条件

2.3本章小结

第三章 变换器主电路的仿真分析

3.1 Pspice仿真软件简介

3.2电路仿真的相关参数设置

3.3仿真波形分析

3.4本章小结

第四章 新型ZVZCS全桥变换器主电路设计

4.1主电路结构

4.2输入EMI及整流滤波电路设计

4.2.1熔断器的选型

4.2.2浪涌电流抑制措施

4.2.3 EMI滤波电路

4.2.4桥式整流器的选择

4.2.5输入滤波电容器选择

4.3单相桥式逆变电路设计

4.3.1主开关管的选型

4.3.2反并联二极管的选型

4.3.3 MOSFET并联电容的选择

4.4主变压器设计

4.4.1磁芯材料选择

4.4.2磁芯结构与尺寸的选择

4.4.3变压器变比的确定

4.4.4原副边匝数确定

4.4.5绕组导线线径与股数的确定

4.4.6核算窗口面积

4.4.7变压器绕制方法

4.5辅助电路的设计

4.5.1辅助电感Lau的设计

4.5.2辅助电容Cau的设计

4.5.3二极管Dco的选型

4.6输出整流二极管的选型

4.7输出滤波电感设计

4.8输出滤波电容的选择

4.9本章小结

第五章 控制系统设计

5.1控制系统的总体结构分析

5.2主电路开关管驱动电路设计

5.3基于ARM的主控制电路设计

5.3.1 ARM7处理器LPC2214简介

5.3.2控制电路的设计

5.4采样与保护电路设计

5.4.1电压与电流采样电路

5.4.2保护电路设计

5.5控制方法的选择与软件的设计

5.5.1控制方法的选择

5.5.2系统程序设计

5.6本章小结

第六章 实验结果分析

6.1实验波形分析

6.2本章小结

第七章 总结与展望

7.1全文总结

7.2需要完善的部分

参考文献

致 谢

在学期间发表的论文