软开关高压开关电源设计方法研究
高压开关电源的设计与研究
高压开关电源的设计与研究赵延波（龙矿集团热电有限公司，山东龙口265700）摘要该文分析了高压开关电源的特点和电路原理，设计了一种新型高压开关电源，尤其是对重要的设计要点进行了深入描述，并给出了设计方案。
实验结果表明该电源结构简单，效率和可靠性高。
关键词高压开关电源中图分类号TM91文献标识码A高压充电电源广泛应用于等离子体物理、高功率激光、大功率微波、粒子速武器等等精密电子系统领域。
要求电源系统具有重量轻、响应速度快、稳定性好、可靠性高等特点。
传统充电电源采用的工频高压电源和LC谐振充电方式，虽然电路简单，但其体积和重量大，低频工作状态以及纹波、稳定性均不能令人满意。
为了满足精密电子系统的要求，设计制作了一种新型高压开关电源。
1高压开关电源的特点与通常的低压开关电源比较，高压开关电源有如下特点：（1）无输出电感。
一般输出电感的选择应保证在规定的最小负载下其电流也连续，在几千伏高压以上输出情况下，输出电感的体积和价格都是很难承受的，并且在工作中电感两端会承受与输出电压相等的电压，会导致点晕和飞弧，所以在较高的电压运用中通常不考虑输出电感。
（2）变压器副边存在较大的分布电容。
变压器副边匝数多，绕组之间存在较大的分布电容，影响开关电源的工作状态。
要么采用分布电容的电路形式，要么尽量减小分布电容。
（3）负载变化范围宽。
在雷达等设备的应用中，由于工作状态多，要求高压电源有很宽的负载变化范围，即要选择适用宽范围运行的电路形式。
从上述特点来看，高压开关电源的软开关电路应采用以无输出电感的电路拓扑，对于极高电压大功率应用建议采用全桥的方式。
2电路原理系统原理框架图如图1所示。
如图1所示。
高压电源的输入信号来自220V的*收稿日期：2012－04－16作者简介：赵延波（1976－），男，大专，毕业于华北电力大学城市供用电专业，现任职于龙矿集团热电有限公司，助理工程师。
图1系统原理图交流市电，经整流滤波后与P W M脉冲调制器的输出信号一起驱动高频变压器，通过高频变压器得到的高压电源再经整流滤波后，输出直流高压。
基于软开关技术的开关电源设计
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1KV A 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, 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 converter 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 full 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 the switching power supply, this paper 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. Meanwhile, 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 1KV A, is finished preliminarily based on the above theory. 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 and 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 (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)3.4 PI 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)第一章绪论1.1 开关电源概述电源是电子设备的重要组成部分，其性能的好坏直接影响着电子设备运行的安全性和可靠性。
基于软开关技术的开关电源设计
基于软开关技术的开关电源设计简介开关电源是一种用于电子设备中的高效能源转换系统，它将输入的电力转换成符合负载要求的电力，稳定可靠，广泛应用于各种电子设备中。
软开关技术是一种改进传统硬开关技术的技术，它通过在开关管上加入合适的电容和电感元件来实现输出电压的平滑转换，并保证当电流不为零时开关管处于关断状态，从而减少能量损耗和EMI噪声。
本文将介绍基于软开关技术的开关电源设计方法和注意事项。
软开关电源设计原理软开关电源的基本结构框图如下：+Vcc --+|R1|+--__|--+---o Vout| D1 | |+-----+ C1| Q1|__b__||+-----+| |Primary o | | o Secondary+----------o o------------------o Ground其中，Q1为MOSFET开关管，D1为防反二极管，C1为输出电容，R1和L1为软开关电路中的元件，它们分别用于控制Q1的开关时间和输出电压的波形。
Q1开关时的过程可以分为四个主要状态：1.Q1关断，D1导通，电感L1储存电荷；2.Q1关断，D1截止，C1输出，电感L1储存能量；3.Q1导通，D1截止，输出变化缓慢，电感L1提供电流；4.Q1导通，D1截止，输出达到稳态，C1和L1共同提供平稳输出电压。
这样，软开关电路减少了传统开关电路中硬开关时的能量损耗和EMI噪声。
软开关电源设计方法选择开关管选择适合特定应用的MOSFET是软开关电源设计中至关重要的一步。
常见的选型指标有：1.额定电压和电流；2.开关速度；3.典型导通电阻；4.封装类型和体积；5.成本和可获取性。
计算电路参数硬开关电源的变压器绕组匝数、电感电容和电阻值通常是固定参数，而软开关电源中它们的选择和计算则更加复杂。
主要的计算参数有：1.输入电压范围和输出电压要求；2.输出电流范围和负载特性；3.开关频率和占空比；4.转换效率和损耗功率；5.输出电容和电感元件参数。
(新)高压软开关充电电源硬件设计
高压软开关充电电源硬件设计高压软开关充电电源硬件设计摘要电源对于所有用电设备是必不可少的开关电源取消了传统电源采用的笨重的工频变压器使得电源的体积大大缩小电源中的电力电子器件工作在开关状态使整机效率很高由于它具有体积小重量轻和效率高的优点因而发展非常迅速应用范围日益扩大本文简要介绍了开关电源的基本结构工作原理以及其发展状况和技术的发展趋势并对开关电源的分类和优缺点进行了阐述本文还介绍了减小开关电源体积和开关损耗的技术软开关技术在前面知识的基础上本论文利用谐振开关技术设计了一台给高压脉冲电容充电的高压软开关电源在谐振开关技术中最适合给脉冲电容充电的电路是串联谐振开关电路输出近似为恒流源或称等台阶充电突出的优点是充电效率高且电路本身具有短路保护能力整个装置利用DSP实现电路的控制PWM信号形成及电路的保护由于采用了全数字的控制充电的稳定度很高装置的开关频率是20kHz属于高频因此使得每次开关所充的电量较小这大大提高了充电的精度关键词开关电源软开关充电High-pressured Soft Switch Charge Power Source Hardware DesignAbstractThe power supply is essential to all equipment which uses electricity The switching power supply has cancelled the conversion depressor that traditional power sources adopt causing the volume of the power sourceto reduce greatly In power supply electronic device works in soft switch condition so the entire efficiency to be very high Because the volume is small the weight is light and the efficiency high thus it develops extremely rapidly the application of the soft switching power supply expands day by dayThis article briefly introduced the switching power supply basic structure the principle of work as well as its development condition and the technical development tendency In addition started from opposite directions folio turns off the power source the classification and the virtues and defects has carried in detail This article also introduced a new technical soft switch technology which the switching power supply volume and the switch loss can be avoidedIn front knowledge foundation present paper use resonance-switch technical design one too for high-pressured pulse electric capacity charge high-pressure soft switching power supply The pulse electric capacity charge in the resonant switch technology the electric circuit is the series resonance switch in circuits Outputs is approximate for the permanent current source or calls " the stair charge The prominent merit is the charge efficiency is high also has inherently short-circuits the protection ability Entire realizes the electric circuit control the PWM signal using DSP forms and the electric circuit protection Because it has used entire digital control the charge stability is very high The installment turn-on frequency is 20 kHz belonging to high frequency therefore each time the switch flushes the electric quantity is small and this increased the charge precision greatlyKeywords Switching power supply Soft switch Charge 不要删除行尾的分节符此行不会被打印目录摘要IAbstract II第1章绪论 111 开关电源的发展状况 112开关电源的技术发展趋势 313本论文的研究目的 4第2章开关电源原理 521 开关电源基本工作原理 522 开关电源的分类 623 关电源优缺点7com 开关电源的优点7com 开关电源的缺点824 软开关技术简介9com 硬开关与软开关9com 软开关的分类 1025 本章小结12第3章高压软开关充电电源硬件设计1331 主电路设计13com 主要技术指标 13com 主电路选型13com 电路的工作原理及方式13com 主电路的各项参数1932 控制及触发电路的设计 22com 电压电流检测 22com IGBT的驱动22com DSP的选择24com PWM波的形成2733 电路的理想波形2834 本章小结29结论30致谢31参考文献32附录外文翻译33千万不要删除行尾的分节符此行不会被打印在目录上点右键更新域然后更新整个目录打印前不要忘记上面Abstract这一行后加一空行绪论开关电源的发展状况开关电源属于电力电子技术他运用功率变换器进行电能变换经过变换电能他可以满足各种用电要求开关电源是美国NASA用于宇宙火箭搭载电源目的而开发的与线性电源相比开关电源具有体积小重量轻效率高的特点被广泛用于电视机计算机自动控制装置产业机械通信装置等各个领域特别是随着半导体技术的进步和信息产业的发展开关电源的需求量不断扩大随着现代半导体技术的发展尤其是高性能的全控器件的产生开关电源迎来了一个生机勃勃的春天1．发展史1955年美国的科学家罗耶首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器此后利用这一技术的各种形式的晶体管直流变换器不断地研制和涌现出来从而取代了早期采用的旋转式或机械振子式的寿命短可靠性差转换效率低的换流设备由于变换器中的功率开关管工作在开关状态所以由此而制成的开关电源输出的组数多极性可变效率高体积小重量轻在当时被广泛地应用于航天及军事电子设备上由于那时的微电子技术十分落后不能制作出耐压高速度快功率大的晶体管所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入并且转换的速度也不能太高60年代末由于微电子技术的快速发展高反压的晶体管出现了从此以后直流变换器就可以直接由市电经整流滤波后输入不再需要有降压变压器了从而极大地扩大了开关电源的应用范围并在此基础上诞生了无工频降压变压器开关电源省掉了工频降压变压器使开关电源的体积和重量大为减小开关稳压电源才真正做到效率高体积小重量轻70年代以后与该技术有关的高频高反压的大功率晶体管场效应管高频电容肖特基二极管高频磁芯材料等元器件也不断地被研制和生产出来使这一技术得到了飞速的发展并且被广泛地应用于计算机通信航天彩色电视等领域中从而使无工频变压器开关电源成为各种电源中的佼佼者[1]2．目前正在克服的困难随着半导体技术和微电子技术的高速发展集成度高功能强的大规模集成电路的不断出现使得电子设备的体积在不断地缩小重量在不断地减轻所以从事这方面的研究和生产的人们对电源中的开关变压器还感到不是十分理想他们正致力于研制出效率更高体积和重量更小的开关变压器或通过别的途径来取代它使之能满足电子仪器和设备微小型化的要求这就是从事开关电源研究的科技人员目前正在克服的第一个困难开关电源的效率是与开关管的变换速度成正比的并且由于采用了开关变压器以后才能使之由一组输入得到极性大小各不相同的多组输出要进一步提高其效率就必须提高其工作频率但是当频率提高以后对整个电路中的元器件又有了新的要求例如高频电容开关管开关变压器储能电感快速整流二极管等都会出现新的问题进一步研制出适应高频工作的有关电路元器件是从事开关电源研制的科技人员要解决的第二个问题线性电源中的功率调整管具有稳压和电子滤波的双重作用因而串联线性电源不产生开关干扰且输出波纹电压小但是开关电源中的开关管是工作在开关状态所以就会产生尖峰干扰和谐振干扰这些干扰就会污染市电电网影响邻近的电子仪器和设备的正常工作随着开关电源电路和抑制干扰措施的不断增加和完善它的这一缺点得到了进一步的克服可以达到不妨碍一般电子仪器和设备正常工作的程度但在一些精密电子仪器中由于这一缺点却使开关电源不能得到应用所以克服这一缺点进一步提高开关电源的使用范围是从事开关电源研制人员要解决的第三个问题目前在开关电源方面急需解决的最后一个问题是开关管的二次击穿问题要解决这一问题首先要将其产生的原因分析清楚而目前人们对此还没有完全掌握还只能从热点的角度进行解释所以这方面还需人们去做大量的研究和探索工作3国内发展概况我国的晶体管直流变换器及开关电源研制工作开始于60年代初到60年代中进入了实用阶段 70年代初开始研制无工频降压变压器开关电源1974年研制成功了工作频率为10 kHz输出电压为5V 的无工频降压变压器开关电源近10多年来我国的许多研究所工厂和高等院校已研制和生产出了多种型号的工作频率为20 kHz 左右输出功率在1000W以下的无工频降压变压器开关电源并应用于计算机通信电视等方面取得了较好的效果工作频率为100～200kHz 的高频开关电源于80年代初就已开始试制 90年代初试制成功目前正在走向实用和再进一步提高工作频率阶段许多年来虽然我国在这方面投入了大量的人力和物力做出了巨大的努力并取得了可喜的成就但是目前我国的开关电源技术与世界上先进的国家相比仍有较大的差距此外近几年来我国虽然把无工频变压器开关电源的工作频率从数十kHz 提高到数百kHz把输出功率由数十W 提高到数百W 甚至数千W 但是由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展导致我们自己生产出的无工频变压器开关电源中的开关管大部分采用的仍是进口的晶体管所以我国的开关电源事业要发展要赶超世界先进水平最根本和最关键的问题是如何提高和改进我国的半导体器件技术和制作工艺[2]12开关电源的技术发展趋势1小型化由于电源小型花的关键是高频化因此国外目前都在致力于同步开发新型元器件特别是改善二次整流的损耗变压器电容器小型化同时采用SMT技术在电路板两面布置元器件以确保开关电源的轻小薄2高效率开关电源高频化使传统的PWM开关硬开关功耗加大效率降低噪声也提高了达不到高频高效的预期效益因此实现零电压导通零电压关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流采用软开关技术可使效率达到85～88VICOR开关电源公司设计制造了多种ECZ软开关DCDC变换器其最大输出功率有800W600W300WWcm80～90Nemic-Lambda公司日前推出一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列开关频率为200～300kHz27Wcm用同步整流器即用MOSFER代替肖特基二极管是整个电路效率提高到903高可靠开关电源使用的元器件比连续工作电源多数十倍因此降低了可靠性追求寿命的延长要从设计方面着手而不是从使用方面着想美国一公司通过降低节温减少器件的电应力降低运行电流等措施使其DCDC开关电源系列产品的可靠性大大提高产品的MTBF高达100万时以上4模块化可以用模块电源组成分布式电源系统可以设计成N1冗余电源系统从而提高可靠性可以做成插入式实现热交换从而在运行中出现鼓掌时能高速更换模块插件多台模块并联可实现大功率电源系统此外还可以在电源系统建成后根据发展需要不断扩充容量5低噪声开关电源的又一缺点是噪声大单纯追求高频化噪声也随之增大采用部分谐振转换回路技术在原理上既可以高频化又可以低噪声但谐振转换技术也有其难点如果很难准确的控制开关频率谐振时增大了器件负荷场效应管的寄生电容易引起短路损耗元件热应力转向开关管等问题难以解决日本把变压器设计成一二次分离阻燃密封自身具备对付噪声功能的共模无噪声隔离变压器既节省了噪声滤波器又减少了噪声6抗电磁干扰EMI 当开关电源在高频下工作时其噪声通过电源线产生对其他电子设备的干扰世界各国已经有了抗EMI的规范或标准7电源系统的管理和控制应用微处理器或微机集中控制与管理可以及时反映开关电源环境的各种变化中央处理单元实现智能控制可自动诊断故障减少维护工作量确保正常运行8计算机辅助设计CAD 利用计算机对开关电源进行CAD设计和模拟试验十分有效是最为快速经济的设计方法9产品更新加快目前的开关电源产品要求输入电压通用适用世界各国电网电压规范出电压规范扩大如计算机和工作站需要增加33V这一电压输入端功率因数进一步提高并具有安全过压保护等方面的功能[3]13本论文的研究目的本论文是结合当前开关电源的发展趋势以及今后将从事电源设计与制造工作的需要而完成的通过完成本论文作者希望完成以下目的1．在系统学习开关电源原理的基础上自己独立设计一台充电电源了解开关电源的主要设计过程及其相关方法2．在整个过程中不断学习消化掌握各种类型开关电源的主要特点和性能重点掌握减小开关损耗的方法软开关技术3．在设计过程中掌握开关电源的整体系统结构主电路触发电路检测电路输入输出电路保护电路和整体的控制电路4．通过对开关电源的理论学习和实践经验了解电源的应用前景和发展趋势从而明确自己今后努力的方向争取在电源的设计和制造等工作中加以应用开关电源原理开关电源基本工作原理开关K 以一定的频率重复的接通或断开在开关K 接通时输入电源通过开关K 和滤波电路向负载提供能量当开关K断开时输入电源便中断了能量的供给开关电源的示意图如图2-1所示为了使负载能够得到连续的能量开关电源就必须有一套储能装置以便在开关K 接通时将一部分能量储存起来当开关K 断开后再将储存的能量提供给负载图2-1中的电感L电容C和二级管D 组成的电路就具有这样的功能当开关K 接通时电感L 用以储存能量开关K 断开时储存在电感L中的能量通过二级管D 释放给负载从而使负载得到连续而又稳定的能量当电子开关K按一定的频率开关时导通时间越长输出电压越高导通时间越短输出电压越低通常开关电源就是这样在开关频率一定的情况下通过调整开关时间的长短控制输出电压的高低目前也有的开关电源采用开关时间长短恒定通过改变开关频率来改变输出电压的高低图2-1 开关电源示意图开关电源的形式有很多种其中尤其以脉冲宽度调制型PWM最为盛行现在就以此种形式的开关电源介绍以下开关电源的工作原理采用PWM技术的开关电源原理机构如图2-2所示从电网将能量传递给负载的回路称为主回路其余称为控制回路工频电网交流电压经过输入整流滤波电路得到高波纹未调直流电压在经功率转换电路变换成符合要求的矩形波脉动电压最后经过整流滤波电路将其平滑成连续的低波纹直流电压图2-2 PWM方式开关电源框图控制回路在提供高压开关T管基极驱动脉冲的同时需要完成输出电压稳压的控制而且还必须能对电源或负载提供保护它通常由检测比较放大电路电压-脉冲宽度转换电路VW电路时钟震荡电路以及自用电压源等基本电路构成对于PWM方式而言将频率固定的震荡源称为时钟震荡器这种电源利用检测电路反映输出电压值通过和给定参考电压比较并产生误差信号在经过VW电路调制脉冲宽度调节输出电压例如由于某种原因负载电流减小或电网电压上升使高频变压器副边输出电压的平均值增大电源输出电压也将随之提高反馈检测电路将提高了输出电压和基准电压进行比较并产生负积极性的误差电压VW电路根据该误差电压及时减小输出脉宽这样使输出电压平均值减小接近原来的数值从而实现稳压的作用开关电源的分类在电子技术和应用飞速发展的今天对电子仪器和设备的要求是在性能上更加安全可靠在功能上不断增加在使用上自动化程度要越来越高在体积上日趋小型化这使采用具有众多优点的开关电源就显得更加重要所以开关电源在计算机通信航天彩电等方面都得到了越来越广泛的应用发挥了巨大的作用这大大促进了开关电源的发展从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加开关电源的品种和类型也越来越多常见的开关电源的分类方法有下列几种1按激励方式划分分为他激式和自激式他激式开关电源电路中专设激励信号振荡器自激式开关功率管兼作振荡管该形式的开关电源电路结构简单元器件少可以做成低成本的开关电源2按调制方式划分分为脉宽调制型频率调整型和混合调整型脉宽调制型保持振荡频率保持不变通过调节脉冲宽度来改变输出电压的大小频率调整型保持占空比保持不变脉冲宽度保持不变通过改变振荡频率来改变输出电压大小混合调整型是脉冲宽度和振荡频率均可进行调节的开关电源3．按开关管电流的工作方式划分分开关型和谐振型开关型用开关晶体管把直流变成高频标准方波其电路形式类似于他激式谐振型用开关晶体管与LC 谐振回路将直流变成标准正弦波其电路形式类似于自激式开关电源4．按开关晶体管的类型划分分为晶体管型和可控硅型晶体管型采用晶体管包括场效应管作为开关功率管可控硅型采用可控硅作为开关功率管这种电路的特点是直接输入交流电压不需要一次整流部分5．按储能电感与负载的连接方式划分分串联型和并联型串联型储能电感串联在输入与输出电压之间并联型储能电感并联在输入与输出电压之间6．按晶体管的连接方法划分分为单端式推挽式半桥式和全桥式单端式仅使用一个晶体管作为电路中的开关管这种电路的特点是价格低电路结构简单但输出功率不能提高推挽式使用两个功率开关管将其连接成推挽功率放大器的形式这种电路的特点是可以工作在电源电压较低的场合一般逆变器多采用这种形式的电路但它的缺点是开关变压器的初级必须具有中心抽头半桥式使用两个功率开关管将其连接成半桥形式它的特点是适应于输入电压较高的场合全桥式使用四个功率开关管将其连接成全桥的形式它的特点是输出功率较大7．按电路结构划分分为散件式和集成电路式散件式整个开关电源电路都是采用分立式元器件组成的这种电路的缺点是电路结构较为复杂集成电路式整个开关电源电路或电路的一部分是由集成电路组成的这种集成电路通常被称为厚膜电路有的厚膜集成电路中包括功率开关管有的则不包括这种形式的电源的特点是电路结构简单调试方便可靠性高这种电路被广泛地应用于彩色电视中以上五花八门的开关电源品种都是站在不同的角度以开关电源不同的特点命名和划分的不论是激励方法输出直流电压的调节手段储能电感的连接方法功率开关管的器件种类以及串并联结构还是其他的电路形式它们最后总可以归结为串联型和并联型开关电源这两大类[4]开关电源优缺点开关电源的优点1．功耗小效率高开关电源结构原理方框图中的晶体管在激励信号的驱动下其工作状态处于导通截止和截止导通的开关状态转换速度很快频率一般为50kHz左右在一些技术先进的国家可以做到几百或者上千kHz晶体管V饱和导通时虽然电流较大但管压降很小截止断开时虽然管压降很大但通过的电流几乎为零这就使得开关晶体管V 在其整个工作过程中的功耗很小电源的效率可以大幅度地提高2．体积小重量轻没有了笨重的工频降压变压器由于调整管上的耗散功率大幅度地降低因而省去了体积和重量都较大的散热片由于这两方面的原因故开关电源的体积小重量轻3．稳压范围宽开关电源的输出电压是通过激励信号的占空比来调节的输入电压的波动变化可以通过改变占空比的方式来进行补偿这样在输入电压变化或波动较大时它仍能保证有较稳定的输出电压所以开关电源的稳压范围很宽稳压效果较好此外改变占空比的方法有脉宽调制型频率调制型和混合调制型三种这样开关电源不仅具有稳压范围宽的优点而且实现稳压的方法也较多较灵活设计人员可以根据实际应用的需要和要求灵活选用各种形式的稳压方法4．滤波效率高不需要较大容量的滤波电容开关电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz 左右是线性电源的1000倍这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍就是采用半波整流后加电容滤波效率也提高了500倍在相同波纹输出电压的要求下采用开关电源时滤波电容的容量只是线性电源中滤波电容容量的1500～11000滤波电容容量减小以后整个电源的体积和重量也相应地有所减小5．电路形式灵活多样例如有自激式和他激式有调宽型和调频型有单端式和双端式有开关元件为晶体管式和开关元件为可控硅式等等设计者可以发挥各种类型电路的特长设计出能满足各种不同应用场合的开关电源开关电源的缺点开关电源最为突出的缺点就是开关干扰较为严重开关电源中的开关功率管是工作在开关状态下它产生的交流电压和电流会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制消除屏蔽和隔离就会严重地影响整机的正常工作此外由于开关电源中没有了工频降压变压器的隔离振荡器所产生的高频干扰如果不加以消除就会串入工频电网使附近的其他电子仪器设备和家用电器受到严重的干扰目前由于国内微电子技术阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进的国家还有一定的差距因此开关电源的造价不能进一步降低也影响到可靠性的进一步提高所以在我国的电子仪器以及机电一体化仪器中开关电源还不能得到普及使用特别是无工频变压器开关电源中的高压电容高反压大功率开关管开关变压器的磁性材料等元件我国还处于研究和开发阶段一些先进的国家虽然有了一定的发展但是在实际应用中还存在一些问题不能令人十分满意这就暴露出了开关电源的又一个缺点那就是电路结构复杂故障率高维修麻烦成本高对此如果设计者和制造者不予以充分重视则会直接影响开关稳压电源的推广应用软开关技术简介硬开关与软开关。
几种高压开关电源软开关电路的研究
第 １ 卷第 ３期 １
２０ ０ ８年 ３月
圣 ｉ 教 石 罔 圣
Ｐ ＯＷＥＲ ＵＰ Ｌ １ＣＨＮＯＬ Ｓ Ｐ Ｙ Ｉ Ｅ ＯＧＩ ＥＳ ＡＮＤ ＡＰ Ｕ Ｃ Ｉ Ｐ ＡＴ ＯＮＳ
Ｖ０ ． １Ｎｏ３ １ ． １
Ｍ ａ ｃ ０８ ｒ ｈ ２ｏ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｅ ａ ｇ ｌａ ｅ Ｓ Ｐ ｏ ｔ Ｓ ｔ ｈ ｎ ｒ ｕ ｔ ｓ ａ ｃ ｆＳ ｖ ｒ ｌ Ｈｉ ｈ Ｖｏ ｔ ｇ Ｍ Ｓ Ｓ ｆ－ ｗｉｃ ｉ ｇ Ｃｉｃ ｉ
ＨＵＡＮＧ ｅ ｇ ｏ ｇ Ｚｈ ｎ —ｒ ｎ
（ａ ａ ｎ ｖｏ ｉｓ ｎ ｔｕｅｏ Ｖ Ｃ Ｗｕ ｉ Ｊ ｎ ｓ ２ ４ ６ ， Ｃ ｉａ Ｒ ｄ ｒ ｄＡ ｉｎｃ ｓ ｔｔ ｆ Ｉ ， ａ Ｉ ｉ Ａ ｘ ｉ ｇｕ １０ ３ ｈｎ ） ａ
中 图分类 号 ：Ｍ４ Ｔ ６
文 献标 识码 ：
文章编 号 ：２ ９ ２ １ （ ０ ８ ０ — ０ ５ ０ ０ １ — ７ ３ ２ ０ ）３ ０ ５ — ４
０ 引言
高压开关 电源应用在雷达和医学治疗等设备 中， 其技术特点不 同于通常的低压开关电源 ， 所以 在 电源 的设计 中也有 不 同 的电路 形式 选 择 。经 过 多种软开关电路研究和长期的使用比较 ，我们 给
匝数少 一半 ， 布 电容 也 会减小 很 多 ） 分 。
１ 高压 开关 电源的特点
与 通 常 的低 压 开关 电 源相 比较 ，高压 开关 电 源有 如 下特 点 。
１１ 无 输 出电感 ．
一
１ 负载 变化 范 围宽 ． ３
在雷达等设备 的应用中 ， 由于工作状态很多 ，
２ ０ 年 ３月 ０８
鼍 涤艘 Ｊ石 罔 ｒ ＂
基于软开关技术的开关电源设计
摘要软开关PWM技术集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率管的零电压开关，又能实现功率管的恒定频率控制，是电力电子技术的发展方向之一。
与传统PWM硬开关变换器相比，元器件的电压、电流应力小，仅仅增加了一个谐振电感，成本和电路的复杂程度没有增加。
移相控制零电压开关PWM变换器就是软开关PWM 技术中的一种拓扑，它适用于中、大功率直流一直流变换场合。
文中详细分析了基本的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的工作过程，讨论了移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的零电压开关条件、副边占空比丢失以及整流二极管的换流情况，指出基本的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的不足：滞后桥臂实现零电压开关比较困难；副边占空比丢失严重。
为解决这些问题，提出了利用饱和电感来减少副边占空比丢失的方法并分析了带饱和电感的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的工作过程。
介绍了给滞后桥臂增加辅助电路以改善滞后桥臂开关管的软开关环境的方法，并详细分析了一种带辅助网络的移相控制ZVS PWM DC-DC全桥变换器的工作过程。
它具有辅助电路简单，辅助电路的电感、电容和二极管的电流电压应力小，副边占空比丢失小等优点。
研究了桥式变换器的不平衡问题及解决方法。
初步设计了一个通信用48V／10A的开关电源。
该电源设计过程中，主电路的结构设计及参数计算方法及电路的控制、保护功能都得到了体现。
电路的控制、保护功能是由单片机PIC16F877A完成的,该单片内部有A/D转换模块和PWM模块，简化了电路的设计。
关键词: 开关电源；移相控制；软开关；零电压；占空比ABSTRACTSoft-switching PWM technique integrates the advantage of resonant converter and constant frequency modulator，which realizes zero-voltage-switching in constant frequency，and is one of the development trends of power electronics．Only adding a resonant inductor, stress of voltage and current in devices turns lower than traditional PWM hard-switching, without increasing cost and complication of circuit．Phase Shifted zero-voltage-switching PWM converter(PS-ZVS-PWM converter)is one of the topologies using soft-switching PWM technique，and is suited for middle to high power DC-DC conversion application．This dissertation analyzes the operation principle of PS-ZVS-PWM FB converter systemically．The classical PS ZVS PWM DC-DC FB converter has some disadvantages such as its lagging leg is difficult to achieve ZVS and its loss duty of secondary is large．To alleviate these problems．this paper introduces a PS ZVS PWM DC-DC FB converter using saturable inductor to reduce its loss duty of secondary．This paper also introduces a PS PWM DC-DC FB converter with an auxiliary network attached to its lagging leg．This auxiliary network has the advantages such as its circuit is simple．the current stresses and voltage stresses on its components are small．The question of unbalance on PS PWM DC-DC FB converter is discussed, and the solution to the problem is proposed．Based on the circuit topology, a switch power supply of 48V/10A for communication system is designed．The design of structure and calculation methods of parameter in the DC-DC converter main circuit and the design of the control and protect circuit have been presented．Key Words：Switch power supply；Phase-shifted control；Soft-switching；Zero-voltage-switching；Duty目录摘要第一章绪论 (1)1.1、概述 (1)1.2、开关电源的现状及其发展趋势 (2)1.3、设计内容和设计指标 (4)第二章开关电源技术的理论分析 (5)2.1、开关电源的基本原理 (5)2.2、开关电源的基本拓扑结构 (5)2.2.1、单端反激式变换器 (5)2.2.2、单端正激式变换器 (6)2.2.3、推挽式变换器 (6)2.2.4、半桥式变换器 (7)2.2.5、全桥式变换器 (7)2.3、开关电源的软开关技术 (8)2.3.1、软开关技术的概念 (8)2.3.2、软开关技术的发展 (10)第三章全桥变换器及工作原理 (13)3.1、传统的PWM全桥变换器 (13)3.2、PWM DC-DC全桥变换器的控制 (14)3.3、移相控制ZVS PWM全桥变换器的特点 (16)3.3.1、移相控制ZVS PWM全桥变换器的优点 (16)3.3.2、移相控制ZVS PWM全桥变换器的缺点 (16)3.4、移相控制ZVS PWM全桥变换器的改进 (17)3.4.1、加钳位二极管的移相全桥ZVS PWM变换器 (17)3.4.2、副边加缓冲吸收回路的移相全桥ZVS PWM变换器 183.5、移相控制ZVS PWM全桥变换器的分析 (18)3.5.1、零电压开关条件及实现 (18)3.5.2、副边占空比丢失 (19)第四章移相全桥软开关PWM变换器设计 (20)4.1、设计参数选定 (20)4.2、EMI滤波电路设计 (20)4.3、高频变压器的设计 (21)4.4、谐振电感设计 (23)4.5、输出滤波电路设计 (24)4.6、功率开关器件及二极管的选择 (24)4.7、其他器件选型 (25)第五章控制电路设计 (27)5.1、系统控制方案 (27)5.1.1、控制方案比较 (27)5.1.2、方案论证 (27)5.1.3、整体控制方案 (28)5.2、PIC单片机简介 (28)5.3、采样电路设计 (29)5.4、保护电路设计 (31)5.5、MOSFET驱动电路设计 (32)5.6、辅助电源设计 (35)第六章、软件设计 (38)6.1、总体编程思想 (38)6.2、主程序流程图 (38)6.3、A/D转换流程图 (39)6.4、PI算法子程序 (40)6.5、PWM波控制子程序 (41)6.6、输出过流保护子程序 (42)总结 (43)参考文献 (44)英文原文与翻译 (46)致谢 (64)附录一元器件清单 (65)附录二程序清单 (67)第一章绪论1.1、概述随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多。
基于PFC和软开关的大功率开关电源探讨
基于PFC和软开关的大功率开关电源探讨随着电子技术的发展，人们对大功率、高性能的开关电源的需求也越来越多。
而利用功率因素校正（PFC）技术和软开关技术进行大功率开关电源的设计，则可以满足开关电源的发展需要。
因此，基于这种认识，文章对基于PFC和软开关的大功率开关电源系统进行了阐述。
并在此基础上，对PFC电路、软件开关变换器和辅助电路的设计问题进行了研究，以便完成对大功率开关电源的设计问题的探讨。
标签：PFC；软开关；大功率开关电源引言在进行电力电子装置的设计时，通过使系统具有较高的功率因素，可以使电网的谐波污染得到有效减少。
而PFC技术和软开关技术的运用，则可以使系统开关损耗得以减少，以便进行系统的整体输出效率的提升。
因此，有必要对基于PFC和软开关的大功率开关电源进行研究，以便更好的进行PFC技术和软开关技术的应用。
1 基于PFC和软开关的大功率开关电源的系统概述从系统构成上来看，基于PFC和软开关的大功率开关电源应该由三个部分组成，即电源主电路、电源控制电路和机箱。
其中，机箱既可以起到固定电源的作用，同时也可以起到一定的屏蔽作用。
而电源主电路的设计，则主要需要负责进行电源功率的转换。
而进行主电路的控制，则可以将市电转化成需要的电压或电流。
此外，系统的控制电路需要为主电路提供控制脉冲，并为主电路提供保护功能。
所以，系统的各个部分既具有相辅相成的关系，同时也是一个统一的整体。
在进行电源主电路设计时，电路包含电网滤波、整流桥和PFC电路等多个部分。
在交流电流流入到主电路后，整流模块将使交流电变成直流电，并利用PFC电路将脉动的直流电变成平滑直流电。
同时，PFC电路需要使网侧电流成为正弦波。
在功率开关桥通过滤波将直流电转变成高频方波电压后，该电压将通过高频变压器传至变压器副边[1]。
最后，高频方波电压整流滤波将通过整流滤波电路转变成直流电压或电流。
控制电路的设计，需要完成为主电路提供驱动脉冲的任务。
基于软开关技术的高压电源研究与实现
基于软开关技术的高压电源研究与实现软开关技术是一种电力电子技术，它能够实现电源开关过程中的无损耗切换，降低开关过程中的电压和电流的瞬时变化，从而提高电源的效率和可靠性。
在高压电源领域，软开关技术的应用也日益受到关注和重视。
高压电源是一种产生较高电压输出的电源设备，广泛应用于工业领域、医疗设备、科研实验等场合。
传统的高压电源存在着开关过程中能量损耗大、噪音和电磁干扰大等问题。
而基于软开关技术的高压电源则能够有效地解决这些问题。
软开关技术的核心是在开关过程中实现电压和电流的零电压和零电流切换。
这种切换方式不仅能够降低开关过程中的能量损耗，还能减少电磁干扰和噪音。
通过采用适当的开关管和控制电路，可以实现软开关的高压电源。
在软开关技术的研究和实现过程中，需要考虑多个因素。
首先是选择适合的开关管和控制电路，以实现软开关的效果。
开关管的选择要综合考虑其导通损耗、开关损耗、电压和电流承受能力等因素。
控制电路的设计要保证开关管的合适开关时间和序列，以实现软开关过程中的零电压和零电流切换。
其次是实现软开关技术的电源拓扑结构设计。
常见的高压电源拓扑结构有LLC谐振式、LLC谐振反激式、变压器耦合式等。
在设计过程中，需要考虑电源的输出功率、效率、稳定性和成本等因素，选择适合的拓扑结构来实现软开关的高压电源。
最后是对软开关技术的控制策略研究。
控制策略是实现软开关过程中关键的一环，可以通过合理的控制策略来提高电源的效率和稳定性。
常见的控制策略有固定频率控制、变频控制、自适应控制等。
在研究和实现过程中，需要根据电源的需求和特点选择合适的控制策略。
综上所述，基于软开关技术的高压电源研究与实现在提高电源效率和可靠性方面具有重要意义。
通过选择合适的开关管和控制电路、设计适合的拓扑结构和研究合理的控制策略，可以实现高效、稳定和可靠的高压电源，满足不同领域对高压电源的需求。
软开关在开关电源中的应用研究
软开关在开关电源中的应用研究作者：宋臻达来源：《科技资讯》2016年第35期摘要：软开关技术是一种新型技术，在各类领域都有广泛的应用，并不断朝着小型化、轻量化的方向发展。
开关电源的发展不仅进一步减小系统的体积，增大了开关的性价比与功率密度，还提升了开关的瞬时相应速度，抑制来电源音频噪声，成为下一阶段的一个发展趋势，在各个领域中都有着广泛的应用。
该文主要针对软开关技术在开关电源中的应用进行分析。
关键词：软开关开关电源应用中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（b）-0047-02当今，随着科技的不断发展、进步，开关电源也得到了不断的发展和创新。
在开关电源技术发展中，小型化、轻量化的装置已经得到了应用，这是发展的一个方向和潮流。
另外，开关电源也对效率和电磁兼容性有了更高要求。
推广软开关技术，可以有效解决开关噪声问题以及电路中的开关损耗问题，提高开关频率。
1 软开关技术概述软开关技术指的是在电压为零的时候，开关管导通，电流为零的时候，开关管关闭。
软开关技术对于创新开关功能非常有效，且更加具备节能和环保性，将“人”的因素融入其中。
硬开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化，产生较大的开关损耗和开关噪声。
而软开关在电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，使开关条件得以改善。
降低开关损耗和开关噪声，软开关有时也被称为谐振开关。
2 软开关电路分类2.1 准谐振开关电路这准谐振开关电路是指在零电压情况下导通，在零电流的情况下关闭。
这种电路简称为QRC。
这种电路的输出电压和频率成正比关系，而和占空比没有必然联系，因此，QRC也属于变频电源。
与PWM进行比较，该种电路在控制上更为复杂，然而耗损为零，效率非常高，在各个领域得到了应用。
2.2 ZVS—PWM开关电路这种电路有很多的优点。
第一，消耗的功率低，而且效率非常高；第二，工作频率非常高。
但是，当关断主开关的时候，其电压比输入电压多一倍，这种电压会对开关电路的运行产生不利影响。
软开关电源的研究与设计的开题报告
软开关电源的研究与设计的开题报告一、课题背景软开关电源是一种新型的电源，其优点是具有高效率、小体积、轻重量等特点。
尤其在功率变换电路中，软开关电源已经成为一种必备的技术。
本研究将从软开关技术的理论基础出发，综合应用电子学、电力电子学等相关学科知识，对软开关电源进行深入研究，设计开发出一种高效、稳定、安全、可靠的软开关电源。
二、研究内容（1）软开关电源的基本原理和特性研究。
对软开关技术的原理、发展历程和特点进行了解和分析，在此基础上，探讨软开关电源的结构和工作原理，并阐述其在电力电子中的应用。
（2）软开关电源的设计与模拟。
利用Matlab、Pspice等软件平台，建立软开关电源的电路模型，进行电路分析、参数计算、组件选型、信号处理等工作，并通过模拟验证电路设计方案的正确性。
（3）软开关电源的测试与实现。
设计并制作软开关电源样机，利用先进的测试仪器，对其进行实验测试，分析测试结果，优化电路设计方案。
三、研究重点（1）软开关电源的关键技术以及其在高频电源领域的应用；（2）对软开关电源的拓扑结构和控制策略进行系统优化和设计；（3）软开关电源的工作效率和安全性能的研究和分析。
四、研究意义该研究拟开发出一种高效率、小体积、轻重量的软开关电源，将更好地推动相关技术的发展，提高电源稳定性和可靠性，为电力变换领域的发展做出一定的贡献。
五、研究方法（1）综合了解软开关技术的学术研究现状和进展动态；（2）通过文献调研、实验测试、仿真分析等方法，深入探讨软开关电源的特点和优点；（3）在电路设计和实验测试过程中，结合电子学、电力电子学等多学科知识，注重理论与实践相结合。
六、进度安排（1）前期准备，了解研究现状和技术应用前景，制定研究计划和进度安排，完成开题报告（2周）；（2）软开关技术的理论研究和分析，确定电路结构和控制策略（6周）；（3）电路设计和仿真分析，进行方案模拟和参数调试（4周）；（4）制作软开关电源样机，进行测试实验和数据分析（6周）；（5）完成研究论文及相关成果的汇报（2周）。
基于谐振软开关的大功率高压直流电源的研制
官威，刘军，邓焰，何湘宁
（浙江大学，杭州 310027） 摘要：研制了一种基于谐振软开关高频逆变的大功率高压直流电源。从主电路结构、硬件电 路设计和逆变控制策略等三方面为例给出了电源的设计过程。 并对逆变主电路谐振式的工作 过程予以分析说明。最后给出了实验结果和波形，并进行了相应的分析。研制出的高压直流 电源能达到 20kW，30kV 的输出。 关键词：高压直流；高频；串并联谐振；软开关；平面型母线
Design of High Power High Voltage DC Power Supply Based on Resonant Soft-switching
GUAN Wei，LIU Jun，DENG Yan，HE Xiang Ning
（Zhejiang University，Hangzhou 310027） Abstract：A high power high voltage DC power supply based on high frequency resonant soft-switching inverter was designed. The power design process of power stage，hardware circuits and inverter control strategy were provided in the paper. And the resonant operation process of inverter circuit was also explained. Experimental results and waveforms were proposed and analyzed in the end. The power output is 20kW,and the voltage output is 30kV. Keywords：HVDC; high frequency; series-parallel resonant; soft-switching; planar busbar
基于软开关技术的开关电源设计
基于软开关技术的开关电源设计本科毕业论文基于软开关技术的开关电源设计The Design of Switching Power Supply Based On Soft-switching Technology毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
高压软开关充电电源硬件设计
赵 强
（ 江 阴市强力化纤股份有 限公 司 ， 江苏 江阴 ２ １ ４ ４ ２ ６）
摘 要 ：对任何 的电设 备来说 ，电源都是 不可缺 少的。开关充 电电源替代 了传统意 义上 笨重工频的变压电源 ，缩 小了电源 自身体 积。电源控制 的 电子设备处 于开启状态 ，提 高整机 的效 率。本文主要对 电源开关工作原 理进行 了介绍 ，接着对 软开关技术进行 了分析 ，最后探 讨 了软开关充
１ 开 关 电源 基 本 工 作 原 理
开关 电源有 许多种形式 ，尤其是 以调制型脉冲 的宽度 （ Ｐ Ｗ Ｍ）最 盛行 ，目前 以该 种形 式开关电源的工作原理进行介绍 。 主 回路 指 由电网把 能量 传给负载的一种 回路 ，其他 回路则被称 为 控制类 回路 。 电网的交流 电经 滤波整 流 电 路 的输入 ， 进而获得直流 高波纹 电压 ， 此后经过 变换功率 电路 ，转 换成满足要求 的波脉 动 电压 ，再经 整流 形 成连续直流低波纹 电压 。 控制类 回路 在将开关高压 Ｔ动脉 冲提 高的同时 ，要实现 电压稳 定 输出的控 制 ，此外还要保护 负载和 电源元件 。其 通常是 由检测放大 型 电路 、震荡时钟 电路 、电压脉冲 转换 Ｖ／ ｗ 电路及 自用 的电压等 电路 组合而 成。
（ ａ）负载 串联 转 换 电路 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ
（ ｂ）等 效 型 电路
图１ 负载 串联 Ｄ Ｇ ／ Ｄ Ｇ转换与等效型 电路 由图得出 ，Ｃ ｒ 与Ｌ ｒ 形 成 串联型 谐振 ，同负载相互 串联 ，经谐振 后 的电流于 负载一端 被整流 。在 输出端 滤波 的 ｃ ｆ 足够 大 ，可 以认 为 ｃ ｆ 两端 的电压为直流无波纹 电压 。若简单进行分 析则可忽略谐振 电路 损耗过小 的电阻 ，输 出 电压 Ｖ ０反射 至整流桥输入端 ，用 ＶＣ Ｂ表示 ， 若Ｉ Ｌ为正值 ，ＶＣ Ｂ ＝ Ｖ０ ，Ｉ Ｌ为 负，ＶＣ Ｂ ＝ 一 Ｖ０ 。 如果开关 Ｔ加导通 ， 当Ｉ Ｌ电流 为正 ， 电流流过 Ｔ ＋ ， 否则 ， 流过 Ｄ一 ２ 软开关相关技术 二极管 ； 目前 的电力 电子设 备发展主要趋势为 轻量化 。小型化 ，且对于 装 同上 ， 当Ｉ Ｌ电流为 负 ， 若Ｔ 一 导通 ， 流过 Ｔ ；否则流过 Ｄ ＋二极管 。 置效率和 电磁的兼容 问题 要求更高 。通常 ， 变压 器、滤波 电感 及电容 所 以，图 １（ ａ ）有 以下 四种情况 ： 在装置重 量和体积中所 占比例较大 。所 以 ，要 达到装置 的小型化 、轻 １ ． 当Ｉ Ｌ ＞ ０时 量化 ，就 必须 想办法 降低他 们的体积与重 量。 由 “ 电路”的相 关知 识 Ｔ ＋导 通 ： Ｖ ＡＢ ＝ ＋ Ｖｄ ／ ２ ，ＶＡＣ ＝ Ｖｄ ／ ２ 一 Ｖ０ ； 可知 ，工作效 率的提高可 以使变压器绕组 间匝数 减少 ，同时还可 以使 Ｄ一 导通 ： Ｖ ＡＢ ＝． Ｖ ｄ ／ ２ ，Ｖ ＡＣ ＝一 Ｖ ｄ ／ ２ 一 Ｖ ０ 。 铁心体积 减小 ，从而让变压 器往小型化发展 。因此高频化 电路是设 备 ２ ． 当Ｉ Ｌ ＜ ０时 轻量化 、小型化 的有效途径 。然而在提高开关频 率的同时 ，增加 了开 Ｔ 一 导通 ： ： Ｖ ＡＢ ＝ 一 Ｖｄ ／ ２ ，Ｖ ＡＣ ＝ 一 Ｖｄ ／ ２ ＋ Ｖ ０； 关的损耗 ， 使 电路运行效率 降低 ，增大 了电磁 的干扰 ，可 以知道简 单 Ｄ＋导 通 ： ＶＡ Ｂ ＝十 Ｖｄ ／ ２ ，Ｖ Ａｃ ＝ Ｖｄ ／ ２ ＋ ｖ ０ 。 提高电源开关的频率并不 能从根本 上解决问题。 谐振槽上 的 电压 Ｖ Ａ Ｃ由 Ｉ Ｌ电流方 向和 哪一 开关导通来 决定。上 软开关相 关技术的 出现 能够使 这些 问题得 到解决 ，其主要利用谐 面的方程表达的 ４ 种情形可 由图 １（ ｂ ） 的等效 电路表 示。要引起高度 振辅助转换 电流的手段 ，解 决了电路中开关 的损耗 及噪声等 问题 ，大 的重视 ，采用这 一电路 要根据不 同时间的间隔进行计算 。各 间隔内 ， 幅度提高了开关频率 。 应确定初始状态条件 ，且要把 Ｖ ＡＢ和 Ｖ Ｃ Ｂ看做 同一直流 型电压 。 当处于稳定 对称的工作状 态时 ，两开关处于相 同的状态 ，同样 ， ３ 高压 软开关充 电电源硬件设计 两个二极管也处 于相同的状态 ，所 以，只需要对运行 的半个 周期进行 ３ ． １ 主 电路 的选 型 分析即可计算得 到整周期运行状态 ，这是因为另外半个 周期 运行的状 在开关谐 振技术中适合于 电容 脉冲充 电的是 谐振串联 电路 ，其输 态和这前一半周期运行状态是相互对称 的。 出结果近似看 做恒流源 （ 等 台阶充 电） ，其优点 为充 电的效率较 高 ， ４ 结语 且 可以保护 固有的短路 。因为 电源 的功率过大 ，全桥 电路且高频变压 器 副边采取整流桥二极管整流 。 本文结合 当前开 关 电源的发展趋 势 ，在系统学习开关 电源 原理的 ３ ． ２ 电路工作方式与原理 基 础上 ，了解开关 电源 的主要设计过程及 其相关方法 ；并争取 在电源 直流 （ 经过市 电整流的） 电压经 电路 而逆变成频率 较高的交流方 的设计和制造等工作 中加以应用 ，希 望能给 同行提供借鉴意义 ， 促 进 波 电，该种高频交流 方波 电经过高频 的变压器升压 ，经过二 极管的整 高压软开关 充电电源硬 件设计的 良好发展 。 流桥进而得 到稳 定的电流 ，给 电容充 电。 设 ：Ｉ ＧＢ Ｔ开关 的频 率为 ｆ ｓ ， 谐振 的频率 为 ｆ ｒ 。 参考 文献 ： 谐振 串联变换 器工作方式 以 ｆ ｓ 的大小 主要有三种方式 ： ［ １ ］黄 刚 ．开 关 电 源 及 其 功 率 材 料 的 技 术 新 动 向 ［ Ｊ ］ ．电 气 时 （ １ ）第 一种方式 （ ｆ ｓ ＜ ｆ ｒ ／ ２ ） 电流处于 断续的工作 状态 ，该 方式 代 ， ２ ０ ０ ２（ １ ０ ） ． 开关的损 耗较低且受到 的干 扰较小 ，可 以达 到电路开通 时维持 电流 上 【 ２ 】尚雷 ． 王相慕 ． 新型软开 关高压脉 冲电容 恒流充电技术分析 … ． 升缓 慢增 的效 果 ，断开 时 电流 为 ０ 切 断； （ ２ ）第二 种 方式 （ ｆ ｒ ＞ｆ ｓ 强 激 光 与 粒 子束 ， ２ ０ ０ １ （ ０ ２ ） ．
开关电源 软开关技术
06
详细描述
软开关技术能够降低开关电源内部的热损耗， 减少器件的温升，从而延长开关电源的使用寿 命。
软开关技术在DC/DC转换中的应用
总结词
高效率、高功率密度
详细描述
软开关技术在DC/DC转换中 能够实现高效率、高功率密 度的输出，尤其在高压、大 电流的电源应用中具有显著
优势。
总结词
降低噪声、减小振动
未来软开关技术将进一步向集成化和智能化方向发展，实现更小体积、
更高可靠性和智能化的电源设计。
03
多功能化和定制化趋势
随着电子设备功能的多样化，对电源的需求也越来越多样化，软开关技
术将进一步实现多功能化和定制化设计，以满足不同领域和不同应用场
景的需求。
05
结论
总结软开关技术在开关电源中的重要地位
软开关技术能够降低开关损耗，提高电源效率，减小散热需求，从而减小电源体积 和重量，提高电源的可靠性和稳定性。
工作原理
开关电源通过将输入直流电压转换为 高频交流电压，再通过整流和滤波电 路，将高频交流电压转换为直流输出 电压。
开关电源的分类与特点
分类
根据工作频率、电路结构、控制 方式等不同，开关电源可分为多 种类型，如恒压式、恒流式、脉 冲宽度调制式等。
特点
开关电源具有效率高、体积小、 重量轻、动态响应快等优点，广 泛应用于电子设备、通信设备、 电力设备等领域。
03
软开关技术在开关电源 中的应用
软开关技术在AC/DC转换中的应用
总结词
提高效率、降低损耗
01
02
详细描述
软开关技术在AC/DC转换中应用广泛，通过 降低开关损耗、提高转换效率，有效解决了 传统硬开关模式下的能效问题。
开关电源 软开关技术
对元件性能要求高
软开关技术要求电路元件具有 更高的耐压和耐流能力，以及
更快的开关速度。
兼容性问题
在某些应用中，软开关技术可 能与现有硬件或标准不兼容，
需要进行适配或修改。
05
软开关技术的实际应用案例
案例一：LED驱本
详细描述
降低开关损耗
通过控制开关的电压和 电流，软开关技术可以 有效地降低开关过程中 的电压和电流应力，从 而减小开关损耗，提高
电源效率。
减小电磁干扰
由于软开关技术可以控 制开关过程中的电压和 电流波形，因此可以减 小开关过程中产生的电 磁干扰，提高电源的电
磁兼容性。
延长开关寿命
通过降低开关过程中的 电压和电流应力，软开 关技术可以延长开关器 件的寿命，降低电源维
03
软开关技术的工作原理
软开关技术的电路结构
电路组成
软开关技术通常由主电路、控制电路和辅助电路组成。主电路负责实现电能转 换，控制电路负责调节开关状态，辅助电路则提供必要的支持功能。
工作模式
根据电路结构和控制方式的不同，软开关技术有多种工作模式，如零电压开通、 零电流关断、零电压关断等。
软开关技术的控制方式
01
脉冲宽度调制（PWM）
通过调节脉冲宽度来控制开关的占空比，从而实现电压和电流的调节。
PWM控制方式简单、易于实现，但可能会产生较高的开关损耗。
02
脉冲频率调制（PFM）
通过调节脉冲频率来控制输出电压或电流，PFM控制方式具有较低的开
关频率，可以减小电磁干扰和开关损耗，但可能会影响输出性能。
03
混合调制（PWM+PFM）
开关电源的应用与发展
应用
一种应用软开关技术的大功率开关电源的设计
一种应用软开关技术的大功率开关电源的设计摘要：开关电源随着输出功率的提升无疑会导致开关管所承受的电压或电流增加，如果仅仅使用普通的脉宽调制技术，那么将会导致开关管的开关损耗大幅度的增加。
在硬开关环境下，传统开关器件的电磁干扰与开关损耗也较大，而软开关的出现就有效解决了这一问题。
软开关技术的发展，使开关损耗以及开关噪音都大大减少，电路的效率也有了很大的提高。
基于此，文章就一种应用软开关技术的大功率开关电源的设计进行分析。
关键词：软开关技术；大功率开关电源；设计方法1 软开关技术的工作原理软开关是以硬开关为基础的，是对传统硬开关的继承与改善。
和硬开关不同，软开关增加了一些谐振器件，包括小电感、电容等。
新增加的谐振器件构成了辅助换流网络，开关的条件也因此得到了很大的改善。
硬开关不仅会造成开关损耗，还会产生噪音，但随着开关条件的改善，这一问题也得到了妥善解决。
在软开关技术的支持下，开关损耗以及开关噪音都大大减少，电路的效率也因此有了很大的提高。
软开关主要包括两个方面，一是软开通，二是软关断。
软开通开关又可以称之为零电压开关，而软开断开关就是零电流开关，在运行过程中，一般先将电压下降到零，再将电流提升至通态值，这是理想的软开通过程。
理想的软开关过程是不会产生开关损耗与开关噪音的，符合低碳、节能、环保的要求。
2 软开关技术的分类2.1 谐振变换器谐振变换器的实质是负载谐振变换器，最早被提出来是在上世纪七十年代。
在标准脉宽调制变换器上附加谐振网络就会得到谐振变换器。
根据谐振元件的不同谐振方式，可以将谐振变换器分为串联皆振和并联谐振两大类变换器。
它的工作原理就是通过负载的谐振与谐振网络，调整经过开关元件的电压或电流，成为正弦波形，使开关元件在电流过零开通，在电压过零时关断，从而实现软开关的过程。
2.2 准谐振变换器和多谐振变换器上世纪八十年代初期，李泽元教授在美国的UPEC和众多研究人员一起研究提出了谐振开关。
基于软开关技术高频开关电源的研究的开题报告
基于软开关技术高频开关电源的研究的开题报告一、选题背景随着电子设备的发展，高频开关电源作为现代电子设备的一种新型电源，由于其具有体积小、效率高、质量轻等优点，已经成为不可或缺的电源之一。
然而，传统的开关电源使用硬开关技术，会引起频繁的开关损耗和较高的噪音水平，影响电源的稳定性和可靠性。
为了提高电源的稳定性和可靠性，降低系统噪音水平，软开关技术被引入到高频开关电源中。
因此，基于软开关技术的高频开关电源的研究具有重要的理论和应用价值。
本研究旨在研究软开关技术在高频开关电源中的应用及其相关机理，提高电源的效率和稳定性，同时降低系统噪音水平，为现代电子设备的发展提供有力的支持和保障。
二、研究内容及方法本研究主要包括以下内容：1、软开关技术的原理及其在高频开关电源中的应用。
2、高频开关电源的设计方法和优化策略。
3、软开关技术对高频开关电源效率和稳定性的影响。
4、软开关技术对高频开关电源噪音水平的影响及其降噪策略。
5、软开关技术在实际应用中的研究和应用前景。
本研究采用理论分析和实验研究相结合的方法，通过对软开关技术的理论分析和实际应用研究，探究其在高频开关电源中的应用和优化方法。
三、研究意义和预期目标本研究的意义在于通过对软开关技术在高频开关电源中的应用和优化研究，提高电源的效率和稳定性，降低系统噪音水平，为现代电子设备的发展提供有力支持和保障。
同时，为提高国内电源领域的科研水平做出贡献。
预期目标为：研究软开关技术在高频开关电源中的应用机理，设计并优化高效稳定的软开关高频开关电源电路；通过实验验证软开关技术在高频开关电源中的效果，提高电源效能，降低噪音水平；探究软开关技术在实际应用中的研究和应用前景。
四、研究计划第一年：理论研究及软开关高频开关电源电路设计和优化；第二年：实验验证软开关技术在高频开关电源中的效果；第三年：总结归纳软开关技术在高频开关电源中的应用及其研究前景。
五、参考文献1. 王伟. 电子电路原理及其应用教程. 2版. 北京:高等教育出版社,2014.2. 林录福, 刘嘉禾. 应用高频软开关电源技术的电路设计. 电子设计工程, 2013(12):166-168.3. 韩洋. 高频开关电源设计. 北京: 北京燕山出版社, 2016.4. 张文昌, 吴金印, 黄磊. 基于软开关技术的现代高效电源设计. 电源技术, 2007(3):42-47.5. 胡平. 高频开关电源的应用和发展前景. 互联网技术应用,2010(2):103-107.。
LLC软开关电源的研究
分类号密级无机车雨刮器LLC软开关电源的研究研究生姓名：皮松涛指导教师姓名、职称：文定都教授学科专业：电力电子与电力传动研究方向：现代电力电子技术及系统湖南工业大学2017年3月14日分类号密级无机车雨刮器LLC软开关电源的研究Reach On The LLC Soft Switching Power Supply For Locomotive Wiper研究生姓名：皮松涛指导教师姓名、职称：文定都教授学科专业：电力电子与电力传动研究方向：现代电力电子技术及系统论文答辩日期答辩委员会主席湖南工业大学2017年3月14日湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。
作者签名：导师签名：日期：年月摘要随着现代运输业的发展以及铁路电气化的大量普及，电力机车的应用越来越广泛。
机车雨刮器是电力机车一个重要组成部件，直接影响司机前方的视野，目前雨刮器普遍存在故障率高、不稳定的问题，将给机车运行造成安全隐患。
本文所研究设计的DC110/DC24V软开关电源应用于采用24V 普通直流电机的机车雨刮器。
传统的机车雨刮器采用的电机是两台100W的110V非标准直流电机，所以雨刮器电机的成本比较高。
本文设计了一种24V/200W的LLC软开关电源，适用于采用两台24V 的普通电机的雨刮器，这样极大的降低了雨刮器电机的成本，具有极高的研究价值及意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关周期, T r 为谐振周期, f s 为开关频率。分析之前假
设: ①所有开关器件和二极管均为理想器件; ②变压 器分布电容为 0; ③ n2 C0 m C r; ④开关器件工作在全 软开关状态。则平均充电电流 I0 为 [ 6 ] :
图 1 高压电容器充电主电路结构图
F ig1 1 Sch em atic d iagram of charger for HV Capacitor s
4 试验结果和分析
为使充电电流恒定, 须用闭环控制。本试验控 制系统采 用基 于 TMS320F240 控 制芯 片的定 宽调 频。图 11为整个电源系统结构图, 高压变压器带有 屏蔽绕组。主电路参 数: U in 为三相 不控整 流后电
压, L r = 13. 4 LH ( 含变压器漏感 ) , C r = 1. 5 LF, CT = 0. 11 LF, k = CT /C r = 0. 07, C0 = 2 500 LF, 变比 n
Tr 12 = 2P L rC rCT / (C r + CT ), |UCT | < U0, iLr ( t ) < 0, i0 ( t ) = 0。该模式末态为: UCT ( t2 ) = U0。④模式 3[ t2, t3 ]: 两个整流二极管导通, 能量从 C r 传递给直 流电源和充电电容。谐振周期为 T r23, 持续时间为 t23。 iLr ( t) < 0, i0 ( t ) > 0, UCT ( t ) = - U0, T r23 = 2P
I0 = 8Tr U in /2PTs Zr = 8 fsU in Cr,
( 1)
根据式 ( 1) , 当 U in、L r、C r 和 f s 恒定且工作在全软开
关状态时, Io 恒定且电容器电压呈线性上升, 但实际
中电源工作时 U in是变化的, 且变压器存在漏感和分
布电容, 高压整流二极管也存在寄生电容, 故实际充
2005年 1月
高电压技术
第 31卷第 1期 # 21#
串联谐振充电电源等效电路图, 可见, 实际电路变为 一串并联谐振电路 [ 6 ]。令 k = CT /C r, 当 U0 < U in / ( 1 + k )时该电路在半个开关周期内有 4种工作模式 (见 图 5): ①模式 0[ ~ t0 ]: 所有开关器件 Q 1 ~ Q 4 和高压 整流二极管关断, U0 不变, 各储能元件能量不变。 iLr ( t) = 0, UCT = U0, UCr ( t) < 0。②模式 1[ t0, t1 ]: Q1、Q 3 导通, 两个整流二极管导通, 能量从直流电源传递到 C r 和充电电容, 谐振周期为 T r01, 工作时间为 t01。 iLr
当 U 0 = 383 V, 其它仿真参数不变时, U0 /U in = 0. 83, k = CT /C r = 0. 031。电流波形见图 10, 由图 10 得到 t01 = 13. 0 Ls, t13 = 4. 0 Ls。由图 6、7可查得 t01 U 0. 49T r = 12. 9 Ls, t13 U 0. 15T r = 3. 9 Ls。试验测 量值与查图所得数据基本吻合。由仿真结果可知, t01、t13的值与查图所得值非常相近, 故可用查图代替 仿真得到 t01和 t13。
# 22#
Jan120 05
H igh Vo ltage Eng ineer ing
V o.l 31 No. 1
3 串并联谐振电路仿真
图 9为串并联谐振充电电路谐振电流的仿真波 形, 仿真参数 为 U in = 463 V, U0 = 183 V, C r = 1. 6 LF, CT = 50 nF, L r = 11 LH, k = CT /C r = 0. 031, U0 / U in = 0. 4, T r = 2P L rC r = 26. 4 Ls。根据图 9可得 t01 = 13. 1 Ls, t13 = 12. 5 Ls, 根据图 6、7可查得 t01 U 0. 5T r = 13. 2 Ls, t13 U 0. 47T r = 12. 4 Ls, 仿真值与查 图所得值基本吻合。
( t) > 0, iO ( t) > 0, UCT ( t ) = U0, T r01 = 2P L rC r。该 模式末态为 iLr ( t1 ) = 0, UC r ( t1 ) > 0, UCT ( t1 ) = U0。 ③模式 2[ t1, t2 ]: 所有整 流二极管关断, 能量从 C r 传递给直流电源, 谐振周期为 T r12, 持续时间为 t12。
电电流并不恒定。
2 实际的高压电容器充电电源
在开环控制下, 不能忽略高频升压变压器和高 压整流二极管的分布电容, 可用等效电容描述 [ 。 4-5] 故实际串联谐振电路可用图 3等效电路表示。 Zm、 CT 分别为变压器的激磁阻抗和等效分布电容。在
实际电源系统中, 因 2P Lm CT m T s, 故在 iLr = 0期间 UCT基本不变, 因此可忽略 Zm 的影响。图 4为简化的
= 2P L rCr, 当 U 0 > U in / ( 1+ k )时, 随着 k 的增大, t01将减小。
图 7为不同 k 值下 t13 /T r 和 U0 /U in的关系, 随 着 k 的增加 t13将减小, 且 k对 t13的影响显著。在 t13 期间 D1、D3 导通, 它们的电流为 0, Q1、Q3 在此期间 被关断, 其关断为零电流关断 ZCS。因此, 要保证开 关器件为软关断, 其关断时间不是 任意的, 而应在 t13期间关断, 这对设计非常重要。依据图 6、7可选 一合适关断时间以确保器件为软关断。图 8为不同 k 值下 i0 /I0 ( 0)和 U0 /U in的关系曲线, 其中 I0 ( 0)是 电容电压为 0时充电电流的平均值。随着 k 的增加 充电电流会变小且并不恒定, k 对充电电流的影响 非常显著。为保证在最大充电电容电压时充电电流 足够大, 根据图 8可设计合适的谐振参数以达到实 际所需的充电电流。
= 60, 充电电流 0. 9 A, T r = 2P L rC r = 28. 1 Ls。 图 12为充电电容电压 UC0 = 11 kV 时的谐振电流
波形, 此时输入直流母线电压 U in = 508 V, U0 /U in = 0. 36, 由图 12可得, t01 = 14. 0 Ls, t13 = 12. 0 Ls, 查图 8、9可得, t01 U 0. 5T r = 14. 0 Ls, t13 U 0. 46T r = 12. 9 Ls。试验测量值与查图所得数据基本吻合。图 13 为充电电容电压 UC0 = 23 kV 时的谐振电流波形, 此 时 U in = 497 V, U0 = U in = 0. 77, 由图 13 可得, t01 = 13. 9 Ls, t13 = 7. 1 Ls, t13 /T r = 0. 24。查图 6、7可得, t01 U 0. 49T r = 13. 8 Ls, t13 U 0. 22T r = 6. 2 Ls。试验 测得数据与查图所得数据基本吻合。图 14为设置 电压 23 kV 时充电电压的完整波形。其驱动脉宽固 定为 1610 Ls, 驱动频率根 据充电电流进行 闭环调 节, 充电过程中开关器件一直工作在全软开关状态。 由图可知, 整个充电过程中充电电流恒定, 证明系统 有效。由图 12、13还可看出, 为保证充电电流恒定, 随着 UC0的增加, 开关频率也会升高, 同时也表明, 用固定脉宽的开环控制时, 随着输出电压的增加, 实 际充电电流会下降, 实际的充电电路已不再是理想 的串联谐振电路。
L rC r。该模式末态为: iLr ( t3 ) = 0, UCr ( t3 ) < 0, UCT ( t3 ) = - U0, i0 ( t3 ) = 0。
模式 2、3期间, iLr ( t ) < 0, Q1 和 Q3 的电流为 0, 而 Q 2、Q4 关断, 电流通过 D 1、D3 续流。持续时间 t13
= t12 + t23。根据基尔霍夫电压、电流定律可得到每 一工作模式的详细电路方程, 但相当复杂, 从以上 4 个模式可看出, 当 U0 < U in / ( 1+ k )时 t01不变, t13随 着 U0 的升高而减小。仿真研究发现, 影响 t01、t23大 小的因素主要决定于 k。图 6为不同 k值下 t01 /T r和 U0 /U in的关系曲线。可见, 当 U 0 < U in / ( 1+ k )时, t01
0引 言
理想串联谐振充电拓扑能在较宽电压范围内具 有近似恒流工作的特性, 且抗负载短路能力强, 被广 泛用于对高压电容器充电 [ 1-2] 。但实际它并非理想 的恒流充电, 主要原因有: ①充电时直流母线电压会 变化; ②变压器存在分布电容; ③高压整流器存在寄 生电容。故需不断改变谐振参数进行调试, 直至找 到合适的谐振参数。本文分析了理想和实际串联谐 振电容器充电电源的电流特性, 以及充电系统中高 压变压器和高压整流二极管寄生参数的影响, 指出 因存在寄生电容, 使所设计的高压串联谐振充电电 源变为一高压串并联谐振充电电源, 其充电电流并 不恒定 [ 1-3 ] 。并用等值电路描述变压器和二极管中 复杂的寄生电容 [ 4-5 ] , 该电容可通过试验测得。通过 仿真分析给出了有实用价值的图表, 用它们能快速 设计谐振参数并指导驱动脉冲的设计和电源调试。 文中用一个 21 kW 的高压脉冲电源系统作实例, 证 明了图表法的有效性。
ZHONG H eqing, XU Zh ix in, ZOU Yunp ing, PAN Yuan, L I Jin ( Schoo l of E lectrical and E lectron ic Eng ineering, H uazhong Un iversity of
Sc ience and T echnology, W uhan 430074, Ch ina)