基于软开关技术的开关电源研究与设计

摘要

随着能源危机的日趋渐进，零损耗已逐渐成为新能源各个行业的发展新向标，而开关电源作为大多数电力电子设备不可或缺的部分之一，其性能的优劣不仅会对相关的用电设备产生影响，而且还会对电网造成一定的负担。因此本文以如何降低开关电源的损耗为出发点，对具有Boost APFC（有源功率因数校正）与DC/DC移相全桥两级电路结构的开关电源进行研究，应用软开关技术对前后两级的结构分别进行优化设计，提高电源的性能。 首先，介绍开关电源的研究现状与发展方向，并对影响电源性能的功率因数校正与软开关技术进行详细说明。 其次，分别对前后级主电路进行结构改进、工作原理分析以及参数设计。对于前级电路，分析选取Boost电路的原因及其工作原理，通过对传统软开关电路的论述，设计一种适用于Boost APFC电路的新型最小应力无源无损软开关电路，实现方式利用电感与电容的无源特性，详尽分析所设计电路的工作原理，给出各工作阶段关键元器件的理论工作波形图，讨论软开关电路的实现条件，并对APFC的控制方式进行阐述，选用并介绍TI的基于平均电流型控制芯片UC3854作为前级电路的控制器，然后给出前级参数的设计过程。通过综合对比与分析主流的DC/DC移相全桥拓扑的特点，选取一种原边附加钳位二极管与隔直电容的改进型ZVS（零电压）移相全桥软开关拓扑作为后级的主电路，在详细分析改进型ZVS移相全桥软开关拓扑工作原理的基础上，提出并分析影响其性能的关键问题，同时论述相应的处理过程，在对控制方式进行分析的同时选取TI的UC3875作为后级电路的控制器，然后进行后级电路的参数设计与整体电路的关键元器件选型。 最后在仿真软件saber中搭建电路进行仿真，通过分析仿真波形验证所设计的电路以及理论分析的合理性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 开关电源的研究现状

1.3 开关电源的发展方向

1.4 本文的研究内容

第二章 前级Boost APFC软开关电路设计

2.1 APFC的拓扑结构

2.2 Boost电路工作原理

2.3 新型最小应力无源无损Boost软开关电路

2.4 APFC的控制方式

2.5 功率因数校正器选取

2.6 前级参数设计

2.7 本章小结

第三章 后级ZVS移相全桥变换器设计

3.1 全桥变换器的控制策略

3.2 ZVS移相全桥软开关变换器的研究

3.3 影响ZVS移相全桥软开关的两大关键问题

3.4 移相全桥的控制方式分析

3.5 移相全桥控制器UC3875

3.6 后级参数设计

3.7 关键元器件选型

3.8 本章小结

第四章 仿真验证

4.1 前级仿真

4.2 后级仿真

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间的研究成果