移相式控制的直流电源的设计
直流电源在工业场合得到了广泛的应用，针对大功率直流电源电路的设计，本课题以三相移相式直流电源的控制电路设计为重点，以集成PWM芯片作为主要控制核心实现对直流电源的PWM控制。本课题同时对直流电源的主电路进行初步设计，首先选用移相控制全桥零电压开关变换器作为DC/DC变换电路，对全桥零电压PWM DC/DC变换器的电路原理进行了分析和研究，其次采用了控制芯片UC3875对移相控制电路进行了设计，介绍了驱动电路的相关设计，完成了硬件电路的设计与调试。本课题构建仿真系统完成PWM控制策略验证，利用MATLAB /Simulink建立其仿真模型,并以此为基础建立仿真电路，通过对电路参数的选择优化,得出了仿真波形，最终完成直流电源的实验样机的制作。通过本课题，应该掌握相关DC/DC变换电路的研究方法，掌握该类直流电源的控制电路设计方法。文章所设计的实验电路通过实验进行验证，实验表明，直流电源可以达到所提的要求。 关键词 直流电源，PWM ，移相全桥，软开关
目 录
1 绪论5
1.1 课题研究的目的 5
1.2 课题研究的背景和意义 5
1.3 本课题研究的内容 6
1.4 论文主要内容 6
2 系统的整体分析 6
2.1 技术指标 7
2.2 系统整体概述 7
3 移相全桥零电压软开关变换器 7
3.1 基本全桥变换器 8
3.2 移相全桥ZVS PWM变换器动作原理 9
3.3 主电路仿真及波形 16
4 控制与驱动电路 20
4.1 移相谐振控制器UC3875介绍 20
4.2 UC3875外围参数设计 24
4.3 电压电流检测电路 25
4.4 保护电路 27
4.5驱动电路的设计28
5 硬件调试 31
结论 36
致谢 37
参考文献38
附录A 硬件电路原理图 40
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
附录B 硬件电路PCB图 46
附录C 硬件电路实物图48
1 绪论
电能是迄今为止人类文明史上最优质的能源之一。正是有赖于对电能的充分开发和利用，人类才得以进入如此发达的工业化和信息化社会。虽然人类在电能的产生、传输和利用方面已经取得了十分辉煌的成就，但是如何更加合理、高效、精确和方便地利用电能，仍然是需要解决的重大问题。电力电子技术的诞生和发展使人类对电能的利用方式发生了革命性的变化，并且极大地改变了人们利用电能的观念[1]。电源是利用电能变换技术将市电或电池等一次电能转换成适合各种用电对象的二次电能的系统或装置[2]。现代电源技术是应用电力电子技术，自动技术、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交叉技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用的，是现代电力电子技术的具体应用。
现代电子、通信技术的发展对电源的要求越来越高。高效开关电源以其体积小、重量轻、变换效率高等优点,广泛应用于家电、计算机、通信、控制等设备中。高效开关电源是一种采用功率半导体器件作为开关元件,通过控制开关元件的开关占空比来调整输出电压的器件。它以小型、轻量和高效的特点被广泛应用于几乎所有的电子设备中。高效开关电源在新兴的电子设备中得到广泛应用,已逐渐取代了连续控制式的线性电源。
1．1 课题研究的目的
开关电源在很多的工业场合得到了很广泛的应用，针对开关电路的设计，本课题以三相移相式直流电源的控制电路设计为重点，以集成PWM芯片作为主要的控制芯片实现对直流电源的PWM控制，本课题同时对直流电源的主电路进行初步设计，完成直流电源的实验样机的制作。通过本课题的学习，学生应掌握直流电源的分析方法，掌握PWM控制在直流电源的应用，并用Protel软件绘制控制电路的原理图和PCB图，构建实验样机，进行实验与分析。
1．2 课题研究的背景和意义[3][4]
PWM开关电源在国外始于二十世纪七十年于八十年代，于八十年代进入我国生产后，高效开关电源大量进入我国邮电通讯和电力部门领域，其发展迅速，市场潜力巨大。由于新型高效开关电源的体积和重量都只有传统可控硅等老式电源的1/10左右，节约了大量铜材和钢材，效率又比传统电源高出10%以上，国际上称之为绿色电源。目前通讯行业已把传统的大功率相控电源全部淘汰，换上了组合集成的高效开关电源系统。电力行业近几年的农网改造，也逐渐为高频开关电源提供了一个广阔市场。而在传统的工矿企业，如电解、电镀、电化、电火花、电池充电、水处理、热处理、焊接、冶炼等诸多领域，目前还是大量使用传统的硅整流相控电源。但高效开关电源与传统的电源相比:具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、自动化程度高等优点，从而必然取代传统的相控电源，实现电源领域中的一项革命。
新时代对电源的三大基本要求是:高可靠性、高效率、低电磁干扰。电源技术(学术上称之为功率变换技术)经历了近二十年的革命性发展，逐步替代了落后的工频硅整流技术而进入了高频变换时代。在高频变换技术进程中又走过了它的初期阶段即硬开关PWM阶段，于近年进入了它的第二阶段，即软开关PWM阶段。
目前，高效开关电源的发展轨道十分平稳，逐步地朝着高频化、高功率密度、高功率因数等的方向不断地向前进行很快地发展。由于它的市场很广阔，并且可以附带产生出一系列传统电源所没有的价值，所以很多的科研院所以及厂家不惜大量投资人力财力进行研究和开发出性能良好的高效开关电源。所以的研究意义重大。
1．3 本课题研究的内容
本课题以三相移相式直流电源的控制电路设计为重点，以集成PWM芯片作为主要控制芯片实现对直流电源的PWM控制，本课题同时对直流电源的主电路进行初步设计，完成直流电源的实验样机的制作。直流电源的设计主要就是由芯片UC3875对软开关PWM进行控制，经过高频变压器，对最终整流后得到的电流进行控制。
1．4 论文主要内容
本课题通过大量的文献阅读和具体分析，并且结合当前开关电源的发展程度，初步设计移相全桥ZVSPWM控制系统，对直流电源的主电路和控制电路进行了理论分析，采用UC3875控制芯片对电路进行控制，实现开关电源的闭环控制。给出设计方案，对硬件电路进行了有效的制作和调试。以此为基础，建成实验系统，对控制过程进行了仿真与研究，进行了相关原理的验证。应用 MATLAB对电源系统先进行仿真，对于仿真结果又进行了比较全面和完整的分析，得到了比较准确的MATLAB实验仿真的结果。
目 录
1 绪论5
1.1 课题研究的目的 5
1.2 课题研究的背景和意义 5
1.3 本课题研究的内容 6
1.4 论文主要内容 6
2 系统的整体分析 6
2.1 技术指标 7
2.2 系统整体概述 7
3 移相全桥零电压软开关变换器 7
3.1 基本全桥变换器 8
3.2 移相全桥ZVS PWM变换器动作原理 9
3.3 主电路仿真及波形 16
4 控制与驱动电路 20
4.1 移相谐振控制器UC3875介绍 20
4.2 UC3875外围参数设计 24
4.3 电压电流检测电路 25
4.4 保护电路 27
4.5驱动电路的设计28
5 硬件调试 31
结论 36
致谢 37
参考文献38
附录A 硬件电路原理图 40
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
附录B 硬件电路PCB图 46
附录C 硬件电路实物图48
1 绪论
电能是迄今为止人类文明史上最优质的能源之一。正是有赖于对电能的充分开发和利用，人类才得以进入如此发达的工业化和信息化社会。虽然人类在电能的产生、传输和利用方面已经取得了十分辉煌的成就，但是如何更加合理、高效、精确和方便地利用电能，仍然是需要解决的重大问题。电力电子技术的诞生和发展使人类对电能的利用方式发生了革命性的变化，并且极大地改变了人们利用电能的观念[1]。电源是利用电能变换技术将市电或电池等一次电能转换成适合各种用电对象的二次电能的系统或装置[2]。现代电源技术是应用电力电子技术，自动技术、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交叉技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用的，是现代电力电子技术的具体应用。
现代电子、通信技术的发展对电源的要求越来越高。高效开关电源以其体积小、重量轻、变换效率高等优点,广泛应用于家电、计算机、通信、控制等设备中。高效开关电源是一种采用功率半导体器件作为开关元件,通过控制开关元件的开关占空比来调整输出电压的器件。它以小型、轻量和高效的特点被广泛应用于几乎所有的电子设备中。高效开关电源在新兴的电子设备中得到广泛应用,已逐渐取代了连续控制式的线性电源。
1．1 课题研究的目的
开关电源在很多的工业场合得到了很广泛的应用，针对开关电路的设计，本课题以三相移相式直流电源的控制电路设计为重点，以集成PWM芯片作为主要的控制芯片实现对直流电源的PWM控制，本课题同时对直流电源的主电路进行初步设计，完成直流电源的实验样机的制作。通过本课题的学习，学生应掌握直流电源的分析方法，掌握PWM控制在直流电源的应用，并用Protel软件绘制控制电路的原理图和PCB图，构建实验样机，进行实验与分析。
1．2 课题研究的背景和意义[3][4]
PWM开关电源在国外始于二十世纪七十年于八十年代，于八十年代进入我国生产后，高效开关电源大量进入我国邮电通讯和电力部门领域，其发展迅速，市场潜力巨大。由于新型高效开关电源的体积和重量都只有传统可控硅等老式电源的1/10左右，节约了大量铜材和钢材，效率又比传统电源高出10%以上，国际上称之为绿色电源。目前通讯行业已把传统的大功率相控电源全部淘汰，换上了组合集成的高效开关电源系统。电力行业近几年的农网改造，也逐渐为高频开关电源提供了一个广阔市场。而在传统的工矿企业，如电解、电镀、电化、电火花、电池充电、水处理、热处理、焊接、冶炼等诸多领域，目前还是大量使用传统的硅整流相控电源。但高效开关电源与传统的电源相比:具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、自动化程度高等优点，从而必然取代传统的相控电源，实现电源领域中的一项革命。
新时代对电源的三大基本要求是:高可靠性、高效率、低电磁干扰。电源技术(学术上称之为功率变换技术)经历了近二十年的革命性发展，逐步替代了落后的工频硅整流技术而进入了高频变换时代。在高频变换技术进程中又走过了它的初期阶段即硬开关PWM阶段，于近年进入了它的第二阶段，即软开关PWM阶段。
目前，高效开关电源的发展轨道十分平稳，逐步地朝着高频化、高功率密度、高功率因数等的方向不断地向前进行很快地发展。由于它的市场很广阔，并且可以附带产生出一系列传统电源所没有的价值，所以很多的科研院所以及厂家不惜大量投资人力财力进行研究和开发出性能良好的高效开关电源。所以的研究意义重大。
1．3 本课题研究的内容
本课题以三相移相式直流电源的控制电路设计为重点，以集成PWM芯片作为主要控制芯片实现对直流电源的PWM控制，本课题同时对直流电源的主电路进行初步设计，完成直流电源的实验样机的制作。直流电源的设计主要就是由芯片UC3875对软开关PWM进行控制，经过高频变压器，对最终整流后得到的电流进行控制。
1．4 论文主要内容
本课题通过大量的文献阅读和具体分析，并且结合当前开关电源的发展程度，初步设计移相全桥ZVSPWM控制系统，对直流电源的主电路和控制电路进行了理论分析，采用UC3875控制芯片对电路进行控制，实现开关电源的闭环控制。给出设计方案，对硬件电路进行了有效的制作和调试。以此为基础，建成实验系统，对控制过程进行了仿真与研究，进行了相关原理的验证。应用 MATLAB对电源系统先进行仿真，对于仿真结果又进行了比较全面和完整的分析，得到了比较准确的MATLAB实验仿真的结果。
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