软开关全桥变换器设计

论文总字数：14330字

摘 要

目前，全桥变换器是大功率场合中应用最普通的电路结构之一，但随着开关频率的提高，工作在硬开关条件下的变换器会产生极大的开关损耗和电磁干扰。而软开关技术的提出以及广泛应用，使得开关变换器的高频化不再受到硬开关损耗的制约，同时减少了电磁干扰并提高变换器的效率和可靠性。本文研究了一种移相全桥零电压零电流变换器，首先介绍了软开关技术及其在全桥变换器上的应用，详述了移相全桥变换电路的工作原理，在此基础上给出了一台1.5kw、开关频率为20kHz的样机的设计方案，对其主电路器件的选型和参数的确定进行了介绍，而控制电路使用了移相控制芯片UC3879，并对其外围电路进行了详细的分析。

关键词：移相控制，软开关，零电压零电流，全桥变换器

Abstract: The full-bridge converter is one of the most common used circuit structure now.But with the increased switching frequency,the converter working in hard switching conditions generates tremendous switching losses and electromagnetic interference.With the soft switch technology put forward and applied, the high frequency of switching converter is no longer restricted by hard switching loss, and at the same time reduces the electromagnetic interference and increases the efficiency and reliability of the converter.This paper studies a phase-shifted full bridge zero-voltage-zero-current converter.At first we introduce the soft switch technology and its application in the full-bridge converter, and then details the phase-shifted full bridge commutation circuit principle of work.Based on it,we give a 1.5kwand switching frequency is given for 20kHz"s prototype design and introduced its selection to determine the main circuit devices and parameters.The control circuit uses a phase-shift control chip UC3879, and its detailed analysis of the peripheral circuits.

Key words: Phase shifting control, soft switch, zero-voltage zero-current, full bridge converter

目录

1 绪论 3

2 移相全桥软开关变换器 4

2.1 软开关技术 4

2.2 移相全桥软开关电路 5

3 移相全桥软开关变换器的原理分析 6

3.1 移相全桥变换电路的工作原理 7

3.2 主电路软开关的实现 12

4 主电路的设计 13

4.1 主电路原理图以及设计方案 14

4.2 主电路的设计 14

5 控制电路的设计 19

5.1 控制芯片的选择与简介 19

5.2 控制芯片外围电路的设计 20

总结 23

参考文献 24

致谢 25

1 绪论

近年来，科学技术发展迅速，电子产品在人们的工作和生活中扮演者越来越重要的角色。所有的电子设备都离不开可靠的电源，而传统的线性电源存在着效率低、体积大等缺点，逐渐被开关电源所代替，它去掉了庞大笨重的工频变压器，提高了电源的功率密度，减少了装置的体积重量，提高了变换器的整体效率。开关电源不断的提高开关频率极大的减小功率变换器的体积和重量，促使功率变换器的模块化发展，从而极大的节省原材料并提高性价比。

随着开关电源高频化趋势的发展，开关变换器中能耗也在不断的增大，从而使开关电源的效率大为降低，而传统的DC—DC PWM变换器中，功率开关管在开关过程中电压电流均不为零，出现了重叠，因此有显著的开关损耗，波形出现了明显的过冲，从而产生开关噪声，这样的开关机过程称为硬开关过程^[1]。在硬开关状态下工作的DC—DC PWM变换器，如果保持硬开关的状态，开关频率不断提高，则开关管的开关损耗会显著上升，电路效率降低，且会产生严重的电磁干扰。

为了解决提高工作频率所带来的问题，软开关技术被提出并被广泛应用，它使开关变换器的高频化趋势就不会受到硬开关损耗的制约，这样的好处就是提高了开关器件的工作频率，减小了开关器件的体积，对吸收电路的设计也会简单许多，同时极大的提高了效率，保证了开关变换器工作的可靠性，适应了开关变换器发展的趋势。本设计研究的是一种的移相全桥零电压零电流变换器。

2 移相全桥软开关变换器

2.1 软开关技术

传统的开关变换器都使用PWM脉宽调制技术，它采用恒定频率，控制占空比的方式控制功率传输，而像MOSFET和IGBT等功率开关器件，其电压电流不会突变，而开关变换器的损耗的来自于开关器件在开通和关断的过程中，电流与电压都不为0引起的损耗，而且电压和电流变化的速度很快，波形一般会出现明显的过冲，从而产生电磁干扰，这样的开关过程被称作硬开关，如图2-1所示。如果保持硬开关的状态，开关频率继续提高，则会导致开关管的开关损耗显著上升，电路效率降低，且会产生严重的电磁干扰，使变换器的整体效率下降。为了减小开关损耗和电磁干扰，同时提高变换器的效率，软开关技术被提出并且被广泛应用，它很好的解决了硬开关问题。软开关如图2-2所示。

软开关技术^[2,3]削弱了功率开关管上的损耗，使得开关变换器容易实现高频化，限制了硬开关损耗，这样提高了开关器件的工作频率，减小了开关装置的体积，提高了效率，确保了开关变换器可靠性。软开关技术可分为零电流开关(ZCS)、零电压开关(ZVS)和零电压零电流开关(ZVZCS)三种。而本设计研究的是移相全桥ZVZCS变换器。

图2-1 硬开关过程电压和电流波形

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