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数字控制移相全桥ZVZCS变换器的研制

作　者: 陈光菊
导　师: 刘星桥
学　校: 江苏大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 移相全桥 零电压零电流开关 数字控制 凌阳单片机
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


高频化、模块化、数字化是开关电源的发展方向。实现高频化的主要途径是软开关技术,全桥移相零电压零电流(ZVZCS)脉宽调制变换器是软开关PWM技术在全桥DC-DC变换器中较成功的应用例子,并具有较好的工程实现价值。本文立足于将开关电源的高频化和数字化相结合,提出了一种利用输出耦合电感实现软开关的新型次级筘位ZVZCS PWM DC/DC变换器,其反馈控制采用数字化方式。论文分析了该新型变换器的工作原理,推导了变换器各种状态时的参数计算方程;设计了以凌阳单片机芯片SPCE061A为核心的数字化反馈控制系统,通过软件设计实现了PWM移相控制信号的输出;运用PSpice9.2软件成功地对变换器进行了仿真,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;最后研制出基于该新型拓扑和数字化控制策略的48V/480W移相控制零电压零电流软开关电源,给出了其主电路、控制电路、驱动电路、保护电路及高频变压器等的设计过程,并在实验样机上测量出了实际运行时的波形。理论分析与实验结果证明:该新型变换器拓扑能在1/3负载以上范围内实现超前桥臂的零电压开关,在任意负载下实现滞后桥臂的零电流开关,且具有辅助电路结构简单、无耗能元件和有源开关,副边整流管电压应力小,辅助电路内部环流小,整体效率高等优点;控制系统硬件结构简单、集成度高,实现了数字化控制与故障保护;验证了所选方案的正确性和可靠性。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-22
  1.1 电力电子技术概述  9-14
    1.1.1 现代电力电子器件  9-12
    1.1.2 电力电子变换电路  12-13
    1.1.3 控制技术的数字化发展趋势  13-14
  1.2 直流变换器的软开关技术  14-19
    1.2.1 软开关技术的提出  16-17
    1.2.2 软开关技术的实现策略  17-18
    1.2.3 谐振变换器分类  18-19
  1.3 数字控制技术在电力电子系统中的应用  19-20
  1.4 课题选题意义  20-21
  1.5 本文主要研究内容  21-22
第二章 移相全桥DC/DC变换器的软开关技术  22-39
  2.1 全桥变换器的工作原理  22-24
  2.2 移相全桥ZVS PWM变换器  24-31
    2.2.1 工作原理  24-28
    2.2.2 两个桥臂实现ZVS的差异  28-29
    2.2.3 实现ZVS的策略及副边占空比的丢失  29-31
  2.3 移相全桥ZVZCS PWM变换器  31-38
    2.3.1 零电压零电流开关的实现方法  32
    2.3.2 几种典型的ZVZCS辅助电路  32-38
    2.3.3 本文提出的ZVZCS辅助电路  38
  2.4 本章小结  38-39
第三章 主电路原理与设计  39-65
  3.1 主电路工作原理  39-46
    3.1.1 主电路工作原理详细模态分析  39-43
    3.1.2 主电路的几个关键问题分析  43-46
  3.2 主电路参数设计  46-54
    3.2.1 输入滤波电容的选择  46-47
    3.2.2 高频变压器设计  47-49
    3.2.3 谐振电容和谐振电感的设计  49-50
    3.2.4 辅助电路参数的选择  50-51
    3.2.5 输出滤波电感设计  51-53
    3.2.6 输出滤波电容选择  53
    3.2.7 主功率管和辅助开关管的选择  53
    3.2.8 输出整流二极管的选择  53-54
  3.3 主电路的仿真与分析  54-64
  3.4 本章小结  64-65
第四章 控制系统的数字化实现  65-79
  4.1 控制系统整体结构  65-66
  4.2 控制系统软件设计  66-74
    4.2.1 凌阳单片机简介  66-69
    4.2.2 控制系统程序结构  69-70
    4.2.3 A/D转换  70-72
    4.2.4 数字PI控制算法  72-73
    4.2.5 PWM控制信号的产生  73-74
  4.3 控制系统外围电路设计  74-78
    4.3.1 采样电路设计  75-76
    4.3.2 驱动电路设计  76-78
  4.4 本章小结  78-79
第五章 实验结果分析  79-86
  5.1 实验内容与目的  79
  5.2 实验结果与仿真对比分析  79-85
    5.2.1 效率曲线分析  85
  5.3 实验结论  85-86
第六章 总结与展望  86-88
参考文献  88-91
致谢  91-92
在学期间发表的论文及参加的科研工作  92

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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