基于软开关技术的开关电源设计.doc

1、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

2、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

3、 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ABSTRACTWith the development of power electronics, switching power supply which is of many advantages, such as: high efficiency, small volume and flexible control strategies, and so on,

4、is widely used in aerospace, computer communication and automatic control and other fields. Therefore, to improve the performance of switching power supply is required for switching power supply market, including power factor correction and soft switch technology.This paper starts from the Boost con

5、verter analysis, including its working principle and application in the field of single-stage power factor correction (S2-PFC). Combined with the full bridge converter topology, this paper presents a new topology of switching power supply, which is based on a single-stage PFC circuit topology of ful

6、l bridge structure. The new topology combines the advantages of Boost converter and full-bridge converter, and the new one can be used in large power application with the purpose of the power factor correction. At the same time, in order to improve the efficiency of theswitching power supply, this p

7、aper joined the clamp circuit in the circuit design.On the system control strategies, this paper adopts One-Cycle-Control (OCC) technology. This control technology that is use in the active power factor correction circuit can greatly reduce the current distortion and realize the high power factor. M

8、eanwhile, the control technology will not use the multiplier as the traditional method, and reduce the difficulty of design of control circuit.Through the systematic analysis, a set of switch power supply prototype, whose power volume is about 1KVA, is finished preliminarily based on the above theor

9、y. Switch power supply prototype inputs the grid AC voltage, outputs DC voltage steadily. Analyze the main circuit parameter, and describe the circuit design of each functional module. At the end, present each test signal of the switching power supply prototype, which could improve the correctness a

10、nd feasibility of the theoretical analysis and engineering design.Keywords: Switching power supply, S2-PFC, Soft-Switching, Full-Bridge, OCC目 录第一章 绪 论.11.1 开关电源概述 . 11.2 开关电源国内外发展现状与趋势 . 21.3 本论文的研究背景、目的及意义 . 41.4 本文所做的主要工作 . 5第二章 开关电源系统硬件设计.342.1 主电路模块参数设计 . 342.1.1 整流电路参数设计 . 342.1.2 输入电感的参数设计 . 3

11、52.1.3 输出电容的参数设计 . 362.2 控制模块芯片选择 . 382.3 信号采样模块硬件电路设计 . 382.3.1 输入电压采样电路 . 382.3.2 输入电流采样电路 . 392.4 高频变压器参数设计 . 392.5 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 3.4 PI 调节子程序设计56第四章 系统实验结果分析.594.1 各个功能模块调试结果及分析 . 594.1.1 采样电路模块的调试 . 594.1.2 控制电路模块的调试 . 614.1.3 驱动电路模块的调试 . 624.1.4 辅助电源模块的调试 . 634.2 开关电源系统实验结果及分析 . 634.3 本章小结 . 65第五章 结论.665.1 全文总结 . 665.2 工作展望 . 66致 谢 .68参考文献.69