基于软开关技术的开关电源设计.doc

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太原科技大学

毕业论文

基于软开关技术的开关电源设计

太原科技大学教务处

二○一五年五月

摘 要

随着电力电子技术的不断发展，开关电源凭借自身效率高、体积小及控制灵活等一系列优越性，广泛应用于航空航天、计算机通信以及自动控制等领域，并有逐步取代传统线性稳压电源的趋势。

因此，不断提高开关电源性能是开关电源市场所需要的，其中就包括功率因数校正（PFC）技术和软开关技术。

本文从Boost变换器入手，分析了其工作原理和在单级功率因数校正方面的应

用。

结合全桥变换器拓扑，本文提出了开关电源的新型拓扑应用，即基于全桥架构的单级PFC电路拓扑。

该新型拓扑结合了Boost变换器和全桥变换器的优点，兼具功率因数校正和较大功率应用的优势。

同时，为了提高开关电源效率，本文在电路设计中加入了钳位电路，通过合理设计驱动信号时序，实现开关管的零电压开通的软开关技术。

在系统控制策略选择上，本文采用单周期控制技术。

该控制技术的理念新颖，将其应用于有源功率因数校正电路中，可以大大减小电流畸变和实现较高功率因数。

同时，该控制技术取消了传统控制方法所必须的乘法器，较低了控制电路的设计难度，是当前一种很有应用前景的控制策略。

在此基础上，完成了系统的控制算法编写。

通过系统地分析，本文设计了一台基于上述理论，功率级别为1KVA的开关电源样机，采用市电输入，直流稳压输出。

详细分析了主电路参数设计，介绍了各个功能模块的电路设计。

最后展示了开关电源样机的各个测试信号，得到较为理想的开关电源输出电压和较为良好的单级PFC效果。

由此，验证了本开关电源设计的正确性和可行性。

关键词：

开关电源，单级PFC，软开关，全桥，单周控制

ABSTRACT

Withthedevelopmentofpowerelectronics,switchingpowersupplywhichisofmanyadvantages,suchas:

highefficiency,smallvolumeandflexiblecontrolstrategies,andsoon,iswidelyusedinaerospace,computercommunicationandautomaticcontrolandotherfields.Therefore,toimprovetheperformanceofswitchingpowersupplyisrequiredforswitchingpowersupplymarket,includingpowerfactorcorrectionandsoftswitchtechnology.

ThispaperstartsfromtheBoostconverteranalysis,includingitsworkingprincipleandapplicationinthefieldofsingle-stagepowerfactorcorrection（S2-PFC）.Combinedwiththefullbridgeconvertertopology,thispaperpresentsanewtopologyofswitchingpowersupply,whichisbasedonasingle-stagePFCcircuittopologyoffullbridgestructure.ThenewtopologycombinestheadvantagesofBoostconverterandfull-bridgeconverter,andthenewonecanbeusedinlargepowerapplicationwiththepurposeofthepowerfactorcorrection.Atthesametime,inordertoimprovetheefficiencyofthe

switchingpowersupply,thispaperjoinedtheclampcircuitinthecircuitdesign.

Onthesystemcontrolstrategies,thispaperadoptsOne-Cycle-Control（OCC）technology.Thiscontroltechnologythatisuseintheactivepowerfactorcorrectioncircuitcangreatlyreducethecurrentdistortionandrealizethehighpowerfactor.Meanwhile,thecontroltechnologywillnotusethemultiplierasthetraditionalmethod,andreducethedifficultyofdesignofcontrolcircuit.

Throughthesystematicanalysis,asetofswitchpowersupplyprototype,whosepowervolumeisabout1KVA,isfinishedpreliminarilybasedontheabovetheory.SwitchpowersupplyprototypeinputsthegridACvoltage,outputsDCvoltagesteadily.Analyzethemaincircuitparameter,anddescribethecircuitdesignofeachfunctionalmodule.Attheend,presenteachtestsignaloftheswitchingpowersupplyprototype,whichcouldimprovethecorrectnessandfeasibilityofthetheoreticalanalysisandengineeringdesign.

Keywords:

Switchingpowersupply,S2-PFC,Soft-Switching,Full-Bridge,OCC

目录

第一章绪论.........................................................1

1.1开关电源概述.................................................1

1.2开关电源国内外发展现状与趋势.................................2

1.3本论文的研究背景、目的及意义.................................4

1.4本文所做的主要工作...........................................5

第二章开关电源系统硬件设计.........................................34

2.1主电路模块参数设计..........................................34

2.1.1整流电路参数设计......................................34

2.1.2输入电感的参数设计....................................35

2.1.3输出电容的参数设计....................................36

2.2控制模块芯片选择............................................38

2.3信号采样模块硬件电路设计....................................38

2.3.1输入电压采样电路......................................38

2.3.2输入电流采样电路......................................39

2.4高频变压器参数设计..........................................39

2.5驱动模块硬件电路设计........................................41

第三章单周期控制技术软件实现.......................................43

3.1单周期控制策略系统软件设计..................................51

3.2系统主程序设计........................................52

3.3中断服务子程序设计....................................53

3.4PI调节子程序设计 56

第四章系统实验结果分析.............................................59

4.1各个功能模块调试结果及分析..................................59

4.1.1采样电路模块的调试....................................59

4.1.2控制电路模块的调试....................................61

4.1.3驱动电路模块的调试....................................62

4.1.4辅助电源模块的调试....................................63

4.2开关电源系统实验结果及分析..................................63

4.3本章小结....................................................65

第五章结论...................................................66

5.1全文总结....................................................66

5.2工作展望....................................................66

致谢..............................................................68

参考文献............................................................69