直流全桥移相式开关电源的设计(附件)
由于现代电源不断向着小型化和便携性的目标前进，使电源变换器向轻巧化和模块化发展。为了达到这个目标要求，变换器不断向高频率发展。当变换器不断追求高频时，与此同时带来的开关损耗和开关噪声的问题就越来越不能忽视。对此，软开关换技术能够有效解决开关电源高频化带来的问题，近年来受到了广泛的关注。零电压零电流软开关全桥变换器在零电压时可实现零电流，从而消除变压器的一次电流环流。导通损耗大大降低，变换器的工作效率得到提高。本文剖析了ZVZCS移相全桥变换器的工作原理，变压器、电感和电容的计算过程以及电路拓扑的选择方法。利用Saber软件对基于UC3875的主电路和控制电路进行了仿真分析，并进行了电路设计。基于瞬态分析和交流小信号模型分析，设计出采用UC3875控制芯片得到工频三相220V交流输入，输为32V、160W 全桥移相式软开关变换器样机。并通过实验进行了测试，证实了理论计算的正确性。关键词 开关电源，软开关，移相全桥，UC3875
目录
1 绪论 1
1.1移相式开关电源的发展和趋势 1
1.2本课题主要工作 2
2 全桥移相式开关电源主电路设计 2
2.1全桥 DC/DC变换器的基本原理 2
2.2 软开关技术 4
2.3 主电路结构 6
2.4参数选型 12
3 全桥移相式开关电源控制电路设计 17
3.1 UC387芯片的特性 17
3.2 UC3875内部结构和工作原理 18
3.3外围电路设计 19
4 仿真及波形 20
4．1 仿真软件介绍 20
4．2 仿真电路结构模型 20
4．3 仿真模型主要参数 21
4．4 模型仿真及仿真结果 21
5 实验结果分析 22
总 结 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录A：硬件电路原理图 31
附录B:硬件电路PCB图 37
1 绪论
1.1移相式开关电源的发展和趋势
在开关电源出现之前，所有电子和电气设备只 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
能使用线性稳压电源。由于电子设备尤其是通信领域的快速发展，它们对小体积、轻重量、便携性的电源需求迫切。这极大的推动了开关电源的发展。需求推动发展。在20世纪60年代，终于找到了能够承受高电压和高电流的双极性功率晶体管。它的出现，把高频开关电源从理论变成了现实。迄今为止确定的开关电源的基本结构已被使用。但早期开关电源的工作频率并不高，只有几千赫兹。然而，随着技术的积累，开关器件的结构和磁性材料的不断改进，开关频率逐渐增加。然而，当频率提高到10KHz时，由诸如变压器和电感器这些磁性元件将产生非常大的噪声。为了降低噪声同时继续减少变换器体积，人们继续追求更高频率的变换器。在20世纪70年代，开关频率终于打破了20KHz极限。后来，随着VMOSFET的出现，开关电源的开关频率大大提高。此时，电源变得更小，更轻，功率密度更大。在大多数性能指标中，开关电源远不止线性稳压器。因此，除了那些对直流输出电压纹波要求非常高的领域（例如医疗设备）外，开关电源现在几乎用于所有应用。今天，几乎所有用于电气和电子设备的电源都是开关电源。但是，在20世纪80年代之前，开关电源只能替代小功率应用中的线性稳压器。但自20世纪80年代以来，由于新型开关元件性能的不断提高，如绝缘栅晶体管IGBT和功率场效应晶体管MOSFET的出现，这种模式发生了变化。与常规GTR相比，IGBT和VMOSFET具有比传统GTR更高的频率操作和更容易驱动的优点，并且没有特别突出的缺点。从逻辑上讲，他们很快取代了GTR作为开关电源的主流设备。
如上所述，开关频率的增加可以降低电源重量，但会增加开关损耗。另外，开关频率的增加也使电磁干扰问题在设计电源时不容忽视。在20世纪80年代初期，提出了零电流开关电路和采用准谐振技术的零电压开关电路，并迅速获得了广泛认可，即软开关技术。在理想条件下，通过软开关技术，开关损耗为零，效率提高，使电源能够在极高频率下继续工作，从而降低体积，重量和功率密度。今天，开关电源的应用变得越来越普遍。除高功率和输出电压纹波要求极高的区域外，任何使用直流电源的地方都可以被认为是开关电源。它将在未来发挥更大的作用。
1.2本课题主要工作
第一章绪论。主要介绍了移相开关电源的一些基本发展历史，现状和存在的问题。并阐述高频开关电源的一些基本概念。
第二章介绍了本项目选用的全桥移相主拓扑方案和软开关技术的工作原理分析。分析电源设计时应考虑的问题，进行理论计算确定电路元件参数与器件选型。
第三章是基于UC3875外围控制电路的设计，对一些主要外围电路元件的选择和定量分析。
第四章进行仿真和实际实验，观察分析实验波形，与理论设计对比。
第五章总结。对我的电源设计进行了系统的总结和概括，对开关电源的发展提出进一步的展望。
2 全桥移相式开关电源主电路设计
ZVZCS PWM全桥变换器主要技术指标如下：
输入电压：三相220VAC，50Hz
输出电压：32V
输出电流：0～5A
开关频率：60KHz
5）精度要求：±5%
2.1全桥 DC/DC变换器的基本原理
DC/DC转换是指将DC电压转换成另一个DC电压。全桥DC/ DC变换器使用四个功率开关管构成两个前后桥臂，输出功率远大于单回路反激式，正向和双管双反激式，双向正向，推挽式，半桥式等电路。并且，还可以使用变压器隔离和复用不同或相同电压的输出。所以，全桥变换器广泛用于中、高功率和高电压输入应用。
2.1．1 全桥DC/DC变换器工作原理
全桥电路结构如上图所示，全桥变换器的基本工作原理是直流电压Vin经过
图 21 全桥DC/DC变换器
Q1、D1～Q4、D4组成的全桥开关变换器，在高频变压器初级得到高频交流方波电压，经变压器降压，再全波整流变换成直流方波，最后通过电感L、电容C组成的滤波器，在R上得到平直的直流电压。全桥直流变换器由全桥逆变器、高频变压器和输出整流滤波电路组成，也属于直流交流直流变换器。2.1.2全桥DC/DC变换器的工作方式及原理。
目录
1 绪论 1
1.1移相式开关电源的发展和趋势 1
1.2本课题主要工作 2
2 全桥移相式开关电源主电路设计 2
2.1全桥 DC/DC变换器的基本原理 2
2.2 软开关技术 4
2.3 主电路结构 6
2.4参数选型 12
3 全桥移相式开关电源控制电路设计 17
3.1 UC387芯片的特性 17
3.2 UC3875内部结构和工作原理 18
3.3外围电路设计 19
4 仿真及波形 20
4．1 仿真软件介绍 20
4．2 仿真电路结构模型 20
4．3 仿真模型主要参数 21
4．4 模型仿真及仿真结果 21
5 实验结果分析 22
总 结 28
致 谢 29
参 考 文 献 30
附录A：硬件电路原理图 31
附录B:硬件电路PCB图 37
1 绪论
1.1移相式开关电源的发展和趋势
在开关电源出现之前，所有电子和电气设备只 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
能使用线性稳压电源。由于电子设备尤其是通信领域的快速发展，它们对小体积、轻重量、便携性的电源需求迫切。这极大的推动了开关电源的发展。需求推动发展。在20世纪60年代，终于找到了能够承受高电压和高电流的双极性功率晶体管。它的出现，把高频开关电源从理论变成了现实。迄今为止确定的开关电源的基本结构已被使用。但早期开关电源的工作频率并不高，只有几千赫兹。然而，随着技术的积累，开关器件的结构和磁性材料的不断改进，开关频率逐渐增加。然而，当频率提高到10KHz时，由诸如变压器和电感器这些磁性元件将产生非常大的噪声。为了降低噪声同时继续减少变换器体积，人们继续追求更高频率的变换器。在20世纪70年代，开关频率终于打破了20KHz极限。后来，随着VMOSFET的出现，开关电源的开关频率大大提高。此时，电源变得更小，更轻，功率密度更大。在大多数性能指标中，开关电源远不止线性稳压器。因此，除了那些对直流输出电压纹波要求非常高的领域（例如医疗设备）外，开关电源现在几乎用于所有应用。今天，几乎所有用于电气和电子设备的电源都是开关电源。但是，在20世纪80年代之前，开关电源只能替代小功率应用中的线性稳压器。但自20世纪80年代以来，由于新型开关元件性能的不断提高，如绝缘栅晶体管IGBT和功率场效应晶体管MOSFET的出现，这种模式发生了变化。与常规GTR相比，IGBT和VMOSFET具有比传统GTR更高的频率操作和更容易驱动的优点，并且没有特别突出的缺点。从逻辑上讲，他们很快取代了GTR作为开关电源的主流设备。
如上所述，开关频率的增加可以降低电源重量，但会增加开关损耗。另外，开关频率的增加也使电磁干扰问题在设计电源时不容忽视。在20世纪80年代初期，提出了零电流开关电路和采用准谐振技术的零电压开关电路，并迅速获得了广泛认可，即软开关技术。在理想条件下，通过软开关技术，开关损耗为零，效率提高，使电源能够在极高频率下继续工作，从而降低体积，重量和功率密度。今天，开关电源的应用变得越来越普遍。除高功率和输出电压纹波要求极高的区域外，任何使用直流电源的地方都可以被认为是开关电源。它将在未来发挥更大的作用。
1.2本课题主要工作
第一章绪论。主要介绍了移相开关电源的一些基本发展历史，现状和存在的问题。并阐述高频开关电源的一些基本概念。
第二章介绍了本项目选用的全桥移相主拓扑方案和软开关技术的工作原理分析。分析电源设计时应考虑的问题，进行理论计算确定电路元件参数与器件选型。
第三章是基于UC3875外围控制电路的设计，对一些主要外围电路元件的选择和定量分析。
第四章进行仿真和实际实验，观察分析实验波形，与理论设计对比。
第五章总结。对我的电源设计进行了系统的总结和概括，对开关电源的发展提出进一步的展望。
2 全桥移相式开关电源主电路设计
ZVZCS PWM全桥变换器主要技术指标如下：
输入电压：三相220VAC，50Hz
输出电压：32V
输出电流：0～5A
开关频率：60KHz
5）精度要求：±5%
2.1全桥 DC/DC变换器的基本原理
DC/DC转换是指将DC电压转换成另一个DC电压。全桥DC/ DC变换器使用四个功率开关管构成两个前后桥臂，输出功率远大于单回路反激式，正向和双管双反激式，双向正向，推挽式，半桥式等电路。并且，还可以使用变压器隔离和复用不同或相同电压的输出。所以，全桥变换器广泛用于中、高功率和高电压输入应用。
2.1．1 全桥DC/DC变换器工作原理
全桥电路结构如上图所示，全桥变换器的基本工作原理是直流电压Vin经过
图 21 全桥DC/DC变换器
Q1、D1～Q4、D4组成的全桥开关变换器，在高频变压器初级得到高频交流方波电压，经变压器降压，再全波整流变换成直流方波，最后通过电感L、电容C组成的滤波器，在R上得到平直的直流电压。全桥直流变换器由全桥逆变器、高频变压器和输出整流滤波电路组成，也属于直流交流直流变换器。2.1.2全桥DC/DC变换器的工作方式及原理。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1832.html
