开关电源19、移相控制零电压开关PWM变换器
26420843_基于TMS320F28035的三相大功率充电机设计
电气传动2016年第46卷第8期基于TMS320F28035的三相大功率充电机设计周映虹，冯晓培，郭思远，李志忠（广东工业大学信息工程学院，广东广州510006）摘要：分析了变压器原边与滞后桥臂相联的加钳位二极管的零电压开关脉宽调制全桥变换器工作原理，采用TMS320F28035实现了变换器的零电压开关脉宽调制，设计了1台功率为10kW 的三相直流充电机。
实验结果表明了设计方案是可行的。
关键词：全桥变换器；脉宽调制；零电压开关；移相控制；钳位二极管中图分类号：TM464文献标识码：ADesign of Three -phase Power Charger Based on TMS320F28035ZHOU Yinghong ，FENG Xiaopei ，GUO Siyuan ，LI Zhizhong（School of Information Engineering ，Guangdong University of Technology ，Guangzhou 510006，Guangdong ，China ）Abstract:A clamping diode phase -shifted ZVS full -bridge converter using the transfer primary side combinedwith the lag bridge arm had been analyzed.And a 10kW three -phase power charger was built ，by utilizing a 32-bit fixed -point DSP -TMS320F28035as core controller to achieve the ZVS PWM.The experimental results show that the designed scheme is feasible.Key words:full -bridge converter ；pulse eidth modulation （PWM ）；zero voltage switch （ZVS ）；phase shift control ；clamp diodes基金项目：广东省新能源汽车专项（110105752020190）作者简介：周映虹（1978-），女，博士，讲师，Email ：****************ELECTRIC DRIVE 2016Vol.46No.8移相控制的零电压开关全桥变换器具有输出功率大、效率高和可靠性好等特点，被大功率开关电源作为主电路广泛使用。
移相控制的ZVSPWMDC_DC全桥变换器的占空比丢失研究
0 引言
近年来， 随着微电子技术和计算机技术在通信设备中的广泛应 用，各类先进电子设备对电源装置的要求也越来越高。 软开关电源技 术是开关电源的前沿技术之一，它具有主功率管开关应力小、损耗低、 效率高、电源突变速度慢、电磁辐射小等优点。 所以国内外都在开发和 应用这一先进技术。 DC/DC 变换器是电源系统中为电子设备提供直流 动 力 的 主 要 装 置 ，在 DC/DC 变 换 器 中 ，以 全 桥 移 相 控 制 软 开 关 PWM 变换器的研究十分活跃， 它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一， 特别是在中、大功率的应用场合。 所 以 具 有 谐 振 软 开 关 和 PWM 控 制 特 点 的 ，相 移 全 桥 零 电 压 PWM(FB-ZVS-PWM) 变 换 器 得 到 了 广 泛 应 用，由于功率开关器件实现了零电压开关，从而减小了开关损耗，提高 了电源系统的稳定性。 但是，FB-ZVS-PWM 变换器仍然存在占空比丢 失严重、环路导通损耗大等缺点。 本文就是在此基础上提出的。
小，Dloss 越大。 显然 Dloss 的产生使次级占空 比 减 小 了 ，为 了 在 负 载 上 得
到所要求的输出电压，就必须采取一些相应的措施。
3 适用的占空比改善措施
3.1 为了减小占空比的丢失，提高次级有效占空比，可以采 用 串 联 饱 和电感替代谐振电感 Lr。 3.2 在移 相 控 制 的 ZVS PWM DC/DC 全 桥 变 换 器 的 滞 后 桥 臂 中 加 入 辅助网络。 具体电路结构和其工作原理可参阅相关资料[1-4]。 3.3 采用 FB ZVZCS PWM 逆变电路，即超前桥臂实现 ZVS，滞后桥臂
}); Button Quit=new Button("退出"); f.add(Quit); f.setVisible(true); f.pack(); //将 监 听 器 对 象 注 册 到 需 要 监 听 和 处 理 的 组 件 （事 件 源 ）上 Quit.addActionListener(new ActionListener() //匿名内部类 { public void actionPerformed(ActionEvent e)
移相pwm
移相pwm
移相PWM（Phase Shifted Pulse Width Modulation）是一种调节电路开关器件（晶体管、IGBT等）通断时间以控制输出电压、电流的技术，在交流电机控制、电源变换器等领域广泛应用。
移相PWM的原理是将控制信号延迟并分别控制多个开关器件，使它们的开关瞬间错开，从而减小电容、电感等元件的损耗，并降低EMI （电磁干扰）。
此外，移相PWM可以实现多种输出波形，如正弦波、三角波、方波等。
移相PWM的应用包括变频空调、照明LED驱动、数据中心电源等领域。
对于半导体器件而言，移相PWM可以提高芯片的可靠性和寿命，因为电流、电压的波形会更加平滑，减少器件的热损耗。
1/ 1。
移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器软开关过程的分析
移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器软开关过程的分析肖旭;张方华;郑愫【摘要】移相+PWM控制结合了移相控制和PWM控制的优点,可以减小变换器的电流应力和通态损耗,减小环流能量,提高变换器传输功率的能力,扩宽开关管零电压关断(ZVS)的范围.本文以移相+PWM控制双Boost半桥双向DC-DC变换器为研究对象,给出了变换器在各种工作模式下开关过程的等效电路模型,以及漏电感电流和结电容电压的表达式.分析了各开关管ZVS开通的条件,以及影响各开关管实现ZVS的非理想因素.最后给出了在特定功率软开关条件下的参数设计方法,通过仿真和实验证明了理论分析与参数设计方法的正确性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)016【总页数】10页(P17-25,55)【关键词】相移+PWM;双向DC-DC;双Boost半桥;ZVS【作者】肖旭;张方华;郑愫【作者单位】南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 210016;南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TM4610 引言双向DC-DC变换器具有可以实现能量的双向传输、功率密度高等优点，在UPS、航空航天电源系统和电动汽车等场合具有很大的应用潜力[1-11]。
移相控制双向 DC-DC变换器具有易于实现软开关、变换效率高、功率密度高和动态响应快等优点，得到了广泛关注[1,6]。
由于移相控制主要是利用变压器的漏感传递能量，当输入、输出电压不匹配时变换器的电流应力和通态损耗会大大增加，同时增大了环流能量，还会影响软开关的实现，不利于变换器效率的提升[1,6-11]。
因此文献[7]提出一种移相+PWM控制方式的双向DC-DC变换器，引入PWM控制，相当于在电路中加入一个电子变压器，使得变压器一次、二次电压匹配，从而减小了变换器的电流应力，减小了通态损耗和环流能量，提高了变换器传输能量的能力，拓宽了零电压开关的范围。
移相全桥零电压PWM软开关电路的研究
略大于开关管自身的寄生电容可减小管子之间的差
异。 实际中，可根据实验波形对其进行调整。 计算得
Llk=7.2 μH，实际取10～20 μH。 由于 要 兼 顾 轻 载 和 重 载，同 时 电 感 在 超 前 臂 谐 振 和 续 流 时 有 能 量 损 失 ，故
实际中取值较计算值略大为宜。
5 整机最大占空比合理性计算
第 43 卷第 1 期 2009 年 1 月
电力电子技术 Power Electronics
移相全桥零电压 PWM 软开关电路的研究
胡红林， 李春华， 邵 波 （黑龙江科技学院， 黑龙江 哈尔滨 150027）
Vol.43 No.1 January，2009
摘要:介绍了移相全桥零电压 PWM 软开关电路的组成及工作原理，从时域上详细分析了软开关的工作过程，阐述了
在开关电源中具有谐振开关和 PWM 控制特点 的移相全桥零 电 压 PWM 变 换 器 得 到 了 广 泛 应 用 ， 该 类 变 换 器 实 现 了 零 电 压 开 关 （ZVS），减 小 了 开 关 损耗，提高了电源系统的稳定性。 同时，电源可在较 高的开关频率下工作，因而大大减小了无源器件的 体积。 但移相全桥 ZVS 电路存在对谐振电感和电容 的合理选择及占空比丢失的问题，这就要求 ZVS 软 开关有一个合理的最大占空比。
实现 VQ1 零电压关断需要有：
uC1=
iCb 2C1
td1=
is 2nC1
td1≥Uin
（6）
式中：td1 为 VQ1，VQ3 死区时间；n 为变比。
要在全范围内实现超前臂的零电压开通， 必须
以 最 小 输 出 电 流 Iomin 和 最 大 输 入 电 压 Uinmax 来 选 取 C1，C3，即 C1=C3≤Iomintd1/（2nUinmax）。 4.2 串联电感的取值及滞后臂并联电容的选取
移相全桥的原理与设计简介
五．应用中出现的问题：
• 1.高温下，风扇全速转，其启动冲击电流过大，使供电VCC出现较大 幅值的跌落，最低下跌到9.24V，如下图所示：
而全桥芯片UCC3895的最大关断电压为 9.8V，芯片重启，使输出出现异常。芯片 VCC的启动门限规格如下：
具体参考附件：
六.参考资料
• 1.《直流开关电源的软开关技术》； • 2. UCC3895 ,Datasheet； • 3. E472电源评估报告。
1.电压应力：
2.电流应力：
3.电阻功耗：
3.1关于电阻功耗的测试方法问题：
• 该电阻两端的电压都是突变的，探头的寄 生电容影响较大，因此，通过测试电压有 效值，来计算其功耗时，会产生较大的偏 差，难以接受。这里采用测试电流有效值 的方法，是合理的。
• 测试此类电阻功耗或电压应力时，有必要 分析其端电压的特性。一般来说，探头的 地线需接到电压稳定点，如初、次级的地， 大电容、输出电容的正端等。 • 例如： • 测试PFC 二极管的电压应力时，地线需接 阴极，否则甚至会引起PFC工作不稳定的 现象（叫机）。如下图所示：
• •
Pin11 ADS 可变死区设置 较大的死区时间会减小占空比的利用率，降低变换器的 效率。UCC3895集成了死区调节功能，即在负载增大时， 减小死区时间，提高重载时的占空比利用率。通过合理 设置PIN12、PIN11之间的电阻比值，可以提供可变的死 区时间，如下图所示：
• •
PIN7、PIN8：用于设置开关频设计
• 简要计算： • 1.主变压器：双EE4242B，f＝100KHZ，Ae＝ 178mm^2，D=0.90,Ton＝4. 5us，VIN＝380V， 工作于第一、三象限。 N1＝Vin*Ton/（Ae*△B） ＝380*4.5/（2*0.15*2*178）＝16TS； 输出可调范围为44～58V，过压保护点为58.5～ 60.5，保留裕量，取最大输出为60V， 则n＝Vin*D/Vo＝380*0.9/60＝5.7，所以，次级 匝数：N2=16/5.7＝2.8，取3匝。 绕组线径需按实际输出功率确定。
基于Matlab的移相零电压PWM变换器的电压模式控制仿真研究
基于Matlab的移相零电压PWM变换器的电压模式控制仿真研究摘要：采用电压模式控制是移相控制零电压开关pwm变换器（ps-zvs-pwm变换器）实现稳压源控制的模式之一。
对该控制模式进行了分析研究，并提出克服电压型控制模式主要缺点的方法。
关键词：ps-zvs-pwm变换器电压型控制分析研究0 引言利用单环反馈的设计和分析比较容易，电压模式控制就是以输出电压作为反馈信号构成的单闭环电压型控制系统。
电压模式控制具有单一反馈电压环设计、调试比较容易；占空比调节不受限制；对输出负载的变化有较好响应调节等优点。
下面以ps-zvs-pwm变换器为例来分析研究其电压模式控制。
1 电压模式控制移相控制零电压开关pwm变换器利用变压器的漏感和功率管的寄生电容来实现零电压开关，是中大功率直-直变换场合理想的方式之一。
ps-zvs-pwm变换器实现的稳压源的控制模式有电压模式控制和电流模式控制，下面采用电压模式控制进行分析。
电压模式控制是指以输出电压作为反馈信号构成单闭环电压型控制系统，其结构框图如图1所示：■图1 电压模式控制结构框图这里kpwm=■=1，rp=■=124.4444e-3将各参数代入得控制对象的传递函数为：gvd（s）=■（1）是一个二阶系统，它的控制器按bode图设计[1，2]。
未调整前系统的开环bode图如下图2：电压控制器用pid控制器[3，4]，采用pid校正，相当于在s平面原点增加了一个极点，同时使中频段以-20db/sec穿越0db线，高频段以-40db/sec衰减。
pid控制器的形式整定为：gavr（s）=■（2）整定后系统开环传递函数的bode图如图3所示，其开环截止频率为4.03e3rad/sec，相角裕量为55.9deg；幅值裕量为inf。
开环截止频率远小于pwm调制频率20khz，满足要求[5]。
2 电压模式控制的优缺点分析电压模式控制的优势：在采用低阻抗功率输出时，对多输出电源具有较好的交互调节性能；单环反馈的设计和分析比较容易；锯齿波振幅较大，可使稳定的调制过程具有较好的噪声余裕。
ZVS移相全桥低压大电流开关电源的设计
ZVS移相全桥低压大电流开关电源的设计∗徐平凡;肖文勋;刘承香【摘要】设计制作了一款ZVS移相全桥变换器的低压大电流开关电源，详细阐述了部分电路的设计过程和参数计算，并通过抑制桥式变换器中超前/滞后桥臂功率管的高频谐振，降低主电路中上下桥臂的直通风险。
最后设计制作的3 kW(15V/200 A)低压大电流电源验证了设计的可行性，给出了详细的实验结果，整机效率达90%以上，对电源开发者有一定的借鉴作用。
%A low voltage and high current switching power supply based on ZVS Phase-shifted Full-bridge converter is proposed. And the design process and parameters of power supply are introduced. In order to solve the short cir-cuit problem of bridge arms generated by the oscillation of the MOSFET gate,an improved design of driving circuit is proposed,which can eliminate the parasitic oscillation and voltage spikes effectively. Finally,a 3 kW( 15 V/200 A) prototype converter is built and the experimental results verify the effectiveness of design.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P790-793)【关键词】ZVS移相全桥;高频谐振;桥臂直通问题;低压大电流【作者】徐平凡;肖文勋;刘承香【作者单位】中山职业技术学院，电子信息工程学院，广东中山528404;华南理工大学，电力学院，广州510640;深圳艾默生网络能源有限公司，广东深圳518000【正文语种】中文【中图分类】TM46零电压开关移相全桥(FB-ZVSPWM)变换器利用变压器的漏感和功率管的寄生电容来实现零电压开关，大大降低了电源的开关损耗，在大功率DC/DC变换电路中得到了广泛的应用［1－3］。
PWM变换器的技术知识
PWM变换器的技术知识移相全桥零电压开关(ZVS)PWM变换器已广泛应用于大功率开关电源中，它保持了准谐振电路开关损耗小、工作于固定开关频率的优点，且与普通硬开关全桥电路相比，仅增加了一个谐振电感。
在换流时利用谐振实现开关器件的ZVS，消除了开关损耗，提高了电路效率，使电路能工作在更高的频率[3]。
移相全桥ZVS PWM变换器只能在有限的负载范围内实现所有开关器件的ZVS。
要在大的负载范围内实现所有开关器件的ZVS，可在变压器原边串联一个大电感，或增加变压器漏感，或外接一个电感。
电感的增加对变换器性能有相当大的影响，会引起占空比的丢失。
同时，输出整流管存在反向恢复过程，在输出整流管上产生电压尖峰和电压振荡[4]。
在变压器副边加无源RCD缓冲器或在原边加两个箝位二极管和一个谐振电感可解决副边整流管上存在的电压振荡，但都无法解决占空比丢失的问题。
国内外学者提出了一些电路拓扑，利用储存在辅助电路电感中的能量来实现原边所有开关管的ZVS，不仅减少了占空比丢失和抑制了输出整流管上的电压尖峰和电压振荡，且能在更宽的负载范围内实现所有开关管的ZVS。
文献10提出了一种新的移相全桥变换器拓扑结构(如图1)。
该拓扑结构解决了硬开关全桥电路输出整流管上存在电压尖峰和电压振荡的问题，减少了占空比丢失，能在全负载范围内实现所有开关器件的ZVS，并能根据负载情况自动调节由辅助电路供给的能量。
但存在如下缺点：在续流期间，电路中环流非常大，损耗严重，降低了变换器效率。
最大程度减轻了存在的环流问题。
2改进后的拓扑结构介绍2.1与原电路拓扑结构的比较改进后的拓扑结构如图2所示。
与原电路拓扑结构的不同之处：在变压器TRA与变压器Tk的连线上加了一个双向开关Q1和相应的驱动电路。
控制电路根据检测到的负载电流的大小做出相应的决策：(1)当负载电流大于滞后桥臂实现ZVS所要求的值时，不会控制双向开关Q 导通。
D和Df，不会在续流期间导通，避免不必要的能量损耗。
移相控制零电压开关PWM变换器电流模式控制分析
例环 节 。由于 电流 反馈 系数 Ｋ １ ， 一 次 电流环 节 的 比例 增
示 【 １ 】 ．
图 ２ 电流 模 式 控 制 的 电 流 环节 开环 Ｂ ＯＤ Ｅ图
口 帅
Ｇ ｒ ｎ ＝ ， ｍ赫７ ８ Ｓ 蛔 （ ａ ｔ ’ 捌专 ． ｏ ｏ 啐糟曲 躲）
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图１ 平均 电流 模 式 控 制 系统 结构 框 图
① 电流控制器 的设计【 ２ Ｉ 。 一 ， 这里简单取 电流反馈系数 蓥
感和 功率 管 的寄 生 电容 来 实现零 电压 开 关 ， 是 中大功 率直 直变换 场 合理想 的 方式 之一。Ｐ Ｓ — ｚ ＼ ／ Ｓ — Ｐ Ｗ Ｍ 变换 器 实
一
１ 日 哺 ｔ ｍ曲 ・ 哪
现 的稳压 源的控 制模 式 有 电压模 式 控制 和 电流模 式 控制 ， 营 一 鼍Ｉ Ｉ ｝ ｐ 孽基 （ 踟ｐ ） ｍ 蒋墨 下 面采 用 电流模 式控 制进 行 分析。 电流 模 式控 制 是 指在 电压 环 内增 加 了一个 电感 电流 反 馈 的 电流 内环 的双 闭环控 制系统 。 其结 构框 图如 图 １所
Ｋ １ ， ａ （ Ｓ ） 对输出 Ｉ Ｌ 的传递函数 Ｇ （ Ｓ ） 带入参数如式：
§
Ｇ ｉ （ ｓ ） ＝
Ｉ
Ｉ ：
ｆ １ ＼
一
Ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅｎ ｃ ｙ抽 ＇
ａ （ Ｓ ）
９ ０ （ ２ ． ４ ｅ － ３ ｓ ＋ １ ／ ０ ． ９ ６）
参考文献 ：
【 １ 】 周宝 利 ， 高艳 新 ， 林桂荣 ， 付 亚文 ． 嫁 接 茄 子 抗 病 性 与 电 导 菜， １ ９ ９ ７ （ ０ ２ ） ． 【 ５ １ 周宝 利 ， 林桂荣 ， 付亚文， 李振洲． 嫁 接 茄 子 防 病 增 产 效 果 初 步 率、 脯 氮 酸 含 量 及 苯 丙 氨 酸 解 氨 酶 活 性 的 关 系 ． 园艺学 报 ， １ ９ ９ ８ 研究【 Ｊ 】 ． 辽 宁 农业 科 学 ， １ ９ ９ ７ （ ０ １ ） ．
基于数字信号处理器控制的新型全桥移相式零电压零电流开关PWM DC-DC变换器
基于数字信号处理器控制的新型全桥移相式零电压零电流开关
PWM DC-DC变换器
孙铁成;王高林;汤平华;张学广
【期刊名称】《中国电机工程学报》
【年(卷),期】2005(25)18
【摘要】针对传统的全桥移相式零电压零电流开关(ZVZCS)PWM DC-DC变换器在实现滞后桥臂开关管零电流开关(ZCS)的过程中,存在着辅助谐振电路附加损耗较大、软开关实现方式复杂以及功率开关管电压和电流应力高等缺点,提出了一种通过辅助无源钳位网络来实现软开关的新型全桥ZVZCS PWM DC-DC变换器。
分析了变换器的软开关实现原理,并采用TMS320F240 DSP作为控制芯片,设计了变换器数字控制系统。
通过一台0.8kW,60kHz的样机验证了这种基于数字控制的软开关变换器相关理论的正确性。
【总页数】5页(P46-50)
【关键词】电力电子;DC-DC变换器;零电压零电流开关;无源钳位;数字控制;数字信号处理器
【作者】孙铁成;王高林;汤平华;张学广
【作者单位】哈尔滨工业大学电气工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.带辅助电感的全桥移相零电压零电流PWM软开关变换器的设计 [J], 刘生华;张忠相;
2.一种新型零电压零电流开关移相全桥变换器 [J], 王光;余明友;朱忠尼;金建伟
3.一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关PWM变换器 [J], 张欣;陈武;阮新波
4.对移相控制零电压开关PWM全桥直流变换器的新型理论分析方法 [J], 许大宇;阮新波;严仰光
5.一种新型全桥移相PWM零电压零电流变换器 [J], 姚建红;张艳红;刘继承
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零转换—PWM电路
零电压转换-PWM电路
工作原理 假设电感L、电容C都很大，因此可以忽 略电流和输出电压的波动。忽略元件与 线路中的损耗。辅助开关S1超前于主开 关S开通，S开通后S1关断。 t0～t1时段：S1导通，VD尚处于通态，电 感Lr两端电压为Uo，电流iLr线性增长， VD中的电流以同样的速率下降。t1时刻， iLr=IL，VD中电流下降到零，自然关断。
升压型零电流转换PWM 电路拓扑图
零电流转换PWM技术是在不 增大功率晶体管和整流二极管的 电压应力的情况下，实现了功率 晶体管的零电流关断。
零电流转换-PWM电路
工作原理 假设电感L很大，忽略其中的 电流波动和元件与线路中的 损耗。在辅助开关S1导通前， 主开关S已经导通。 t0～t1时段：主开关S已经导 通，Cr反向充电至负电位。T0 时刻辅助开关S1导通，电感电 流iLr按线性迅速增长，对Cr 正向充电，Lr 、Cr构成谐振 回路， is减小。
零电压转换pwm电路零电压转换pwm电路是一种常用的软开关电路具有电路简单效率高等优点广泛应用于功率因数校正电路pfcdcdc变换器斩波器等
零转换—PWM电路
谢俊虎
零转换—PWM电路
零转换—PWM电路的定义、分类及其优缺点 零电压—PWM电路基本结构及其原理 零电流—PWM电路基本结构及其原理 MATLAB仿真及其分析
S
S1Biblioteka VsViLr
A
is1
A
Vs1
V
iD
A
is
A
输出电压波形：若用原来的公式Vo=1/(1-D)Vin，则理论输出应
该是400V。而实际却为450V左右。补充解释原因
Vo
V
t/s
移相控制零电压开关PWM变换器电流模式控制分析
移相控制零电压开关PWM变换器电流模式控制分析摘要：采用电流模式控制是移相控制零电压开关pwm变换器（ps-zvs-pwm变换器）实现稳压源控制的模式之一。
对该控制模式进行分析研究，并提出克服电流型控制模式主要缺点的方法。
关键词：ps-zvs-pwm变换器电流型控制分析研究1 概述电压型控制模式是传统的pwm开关稳压电源主要采用的控制模式，只对输出电压采样并作为反馈信号实现闭环控制，来稳定输出电压。
但仅采用电压方式稳压，有稳定性差，响应速度慢等缺点。
电流型控制器正是针对其缺点发展起来的。
它增加了一个电流环，很容易不受约束地得到完善的大、小信号特性和大的开环增益。
下面以ps-zvs-pwm变换器为例来分析研究其电流模式控制。
2 电流模式控制移相控制零电压开关pwm变换器利用变压器的漏感和功率管的寄生电容来实现零电压开关，是中大功率直-直变换场合理想的方式之一。
ps-zvs-pwm变换器实现的稳压源的控制模式有电压模式控制和电流模式控制，下面采用电流模式控制进行分析。
电流模式控制是指在电压环内增加了一个电感电流反馈的电流内环的双闭环控制系统。
其结构框图如图1所示[1]：图1 平均电流模式控制系统结构框图①电流控制器的设计[2，3，4]，这里简单取电流反馈系数kif=1，（s）对输出的传递函数gid（s）带入参数如式：g（s）= =（1）则电流内环的控制对象为2gid（s）。
控制目标是把内环变为一个快速跟随环节，电流环节开环bode图如图2所示：电流控制器采用pi调节器。
将pi调节器具体整定为：gacr（s）= （2）调整后的电流内环的开环传递函数的bode图如图3所示，其截止频率为1.26e4rad/sec，相角裕量为78.5deg；幅值裕量为inf。
②电压外环控制器的设计[2，3，4]，电流内环有很好的跟随性，因此在设计电压外环时可以把电流内环视为一个比例环节。
由于电流反馈系数kij=1，一次电流环节的比例增益为1。
移相全桥零电压开关PWM设计实现
题目：移相全桥零电压开关PWM设计实现移相全桥零电压开关PWM设计实现摘要移相全桥电路具有结构简单、易于恒频控制和高频化 , 通过变压器的漏感和功率开关器件的寄生电容构成谐振电路 , 使开关器件的应力减小、开关损耗减小等优点 , 被广泛应用于中大功率场合。
近年来随着微处理器技术的发展，各种微控制器和数字信号处理器性能价格比的不断提高，采用数字控制已经成为大中功率开关电源的发展趋势。
相对于用实现的模拟控制，数字控制有许多的优点。
本文的设计采用 TI 公司的高速数字信号处理器 TMS320F2802系列的DSP作为控制器。
该模块通过采样移相全桥零电压 DC-DC变换器的输出电压、输入电压及输出电流，通过实时计算得出移相PW M信号，然后经过驱动电路驱动移相全桥零电压DC-DC 变换器的四个开关管来达到控制目的。
实验表明这种控制策略是可行的，且控制模块可以很好的实现提出的控制策略。
关键词：移相全桥；零电压； DSPPhase-shifted Full-bridge Zero-voltage Switching PWM Designand ImplementationABSTRACTPhase-shifted full-bridge circuit has the advantages of simple structure, easy to constant frequency control and high-frequency resonant circuit constituted by the leakage inductance of the transformer and the parasitic capacitance of the power switching devices, to reduce the stress of the switching devices, switching loss is reduced,which widely used in high-power occasion. In recent years, with the development of microprocessor technology, a variety of microcontrollers and digital signal processor cost performance continues to improve, the use of digital control has become the development trend of the large and medium-sized power switching power supply. Relative to achieve analog control, digital control has many advantages. The design uses DSP ,the TI company TMS320F28027series of high-speed digital signal processor, as the controller. The module through the sampling phase-shifted full-bridge zero-voltage DC-DC converter output voltage, input voltage and output current, obtained through real-time calculation of phase-shifted PWMsignal phase-shifted full-bridge zero-voltage DC-DCconversion, and then after the drive circuit the four switch control purposes. The experiments show that this control strategy is feasible, and the control module can achieve the proposed control strategy.Key words: phase-shifted full-bridge ； zero-voltage ；DSP目录1 引言. (1)1.1 移相全桥软开关研究背景及现状. (1)1.2 本文要做的工作 (1)2 移相全桥电路的工作原理 (1)2.1 电路工作状态及特点 (2)2.2 电路的运行模式分析 (2)2.2.1工作过程分析 (3)2.3 软开关实现的条件 (7)3DSP吉构功能 (9)3.1DSP适合于数字信号处理的特点 (9)3.2TMS32C系列DSP既况 (9)3.3TMS320F2802芯片特点 (9)3.4CCSv5平台 (11)3.5利用CCSV5.1导入已有工程 (12)3.6利用CCSv5.1调试工程 (13)4系统程序设计实现 (14)4.1PW啲产生原理 (14)4.2主程序的流程图 (14)4.3 程序设计. .......................4.4最终实现的波形图 .....................5 总结 ............................参考文献...........................致谢....................17172223 错误! 未定义书签。
《电力电子与能源变换》课程教学大纲(本科)
《电力电子与能源变换》课程教学大纲课程编号：081050211课程名称：电力电子与能源变换英文名称：Power Electronics and power converter课程类型：专业课课程要求：选修学时/学分：4龄（讲课学时：44实验学时：4上机学时：0）适用专业：自动化一、课程性质与任务电力电子与能源变换是自动化（电力电子）专业一门重要的专业方向选修课，限选。
目的和任务：使学生理解开关型电力电了变换基本原理及控制方法；理解开关型电力电子变换器的基本特性；掌握常用电力电子器件的特性和使用方法；熟悉电力电子变换器中的辅助元器件和系统；掌握谐振开关型变换器原理、分析设计方法及应用；了解典型多级复合型电力电子变换器的结构、工作原理、控制方法；了解多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用：了解电力电子开关型电力补偿、控制器。
着重学生在电力电子应用技术方面应具备的基本设计方法和基本技能的训练，使学生具有进一步研究学习电力电了技术的能力，为今后从事电力电子装置的研制和开发打下良好的专业基础。
二、课程与其他课程的联系本课程是在学习过电路基础、模拟电子技术、数字电子技术、电力电子技术等有关学科基础课程后设置的专业课。
在具有良好的学科基础上，着重培养学生在电力电子应用技术方面应具备的基本设计方法和基本技能。
并行开设的相关课程有变频器原理与应用，为后续相关课程电力电子建模与仿真和生产实习等教学环节打好基础。
三、课程教学目标1. 使学生理解开关型电力电子变换基本原理及控制方法；理解开关型电力电子变换器的基本特性；掌握常用电力电子器件的特性和使用方法：熟悉电力电子变换器中的辅助元器件和系统；能够识别完成电力电子变换器设计任务面临的电力电子器件等各种制约条件，并得出可接受的指标。
（支撑毕业能力要求 3.3）掌握谐振开关型变换器原理、分析设计方法及应用；能够对于谐振开关型变换器模型进行正确的推理，并能够给出解。
（支撑毕业能力要求13）2. 学习了解典型多级复合型电力电子变换器的结构、工作原理、控制方法；了解多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用；了解电力电子开关型电力补偿、控制器。
浅谈移相全桥变换器
浅谈移相全桥变换器作者：曹加强来源：《中国科技博览》2014年第35期[摘要]随着科学技术的发展，移相全桥变换器以其突出的特点，越来越多的得到了发展与应用。
本文主要是针对移相全桥变换器的研究，从其基本结构到通过移相实现输出电压的调节，最后通过一个实例验证理论的正确性。
移相全桥零电压开关（ZVS）变换器开关损耗比较小，而且控制简单，顺应了直流电源小型化、高频化的发展趋势，因而在中大功率DC/DC变换场合中得到了较为广泛的研究和应用。
研究此课题就显得尤为有意义。
[关键词]全桥变换器；电压中图分类号：TG37 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0045-011、全桥变换器的基本结构全桥变换器是由基本的Buck电路演变得来的，本质上是Buck类隔离变换器。
Buck变换器引入一个变压器得到单管正激变换器；用两只开关管替代单管正激变换器的一只开关管得到双管正激变换器；全桥变换器可看成由两个双管正激变换器交错并联而成，并且两个变压器要共用一副磁芯，可以通过共用一个原边绕组实现；如上图，Q1-Q4为开关管、D1-D4为二极管、Lr谐振电感、、为输出整流二极管、Lf为输出滤波电感、Cf为输出滤波电容。
2、全桥变换器的基本工作原理全桥变换器的控制方式有双极性控制、有限单极性控制和移相控制方式；本文采用移相控制方式，在该方式中，每个桥臂中的两只开关管都是180°互补导通，且两个桥臂的开关信号间存在一个相移，可通过控制此相移来控制输出电压脉宽大小，进而控制输出电压。
全桥变换器工作时，斜对角两只开关管为同时导通，主要波形如下：当斜对角开关管Q1和Q4同时导通时，如图，移相全桥中点间电压为vAB，即变压器原边电压，为Vin；此时副边整流二极管Dr1会导通，且整流后的电压为（K是变压器原副边匝数比）；输出滤波电感Lf端电压为，其内电流iLf是线性增加的；那么原边电流，也线性增加，流过Q1和Q4。
移相全桥零电压开关电路
移相全桥零电压开关PWM电路图：
波形图：
原理： t0~t1时段，S1和S4都导通，直到t1时刻S1关断。
t1~t2时段：t1时刻开关
S1关断后，电容Cs1、Cs2与电感r L 、L 构成谐振回路。
谐振开始时i A U t u =)(
1 ，在谐振的过程中，0=A u ，S2VD 导通，电流Lr i 通过S2VD 续流。
t2~t3时段：t2时刻开关S2开通，由于此时其反并联二极管S2VD 正处于导通状态，因此S2开通时电压为零，开关过程中不会产生开关损耗，S2开通后电路状态不会改变，继续保持到t3时刻S4关断。
t3~t4时段：t3时刻开关S4关断后，这时变压器二次整流侧1VD 和2VD 同时导通，变压器一次和二次电压均为零，相当于短路，因此变压器一次侧Cs3、Cs4与r L 构成谐振回路。
谐振电感r L 的电流不断减小，B 点电压不断上升，直到S3的反并联二极管S3VD 导通。
这种状态维持到S3
开通。
S3开通前S3VD 导通，因此S3是在零电压的条件下开通，开通损耗为零。
t4~t5时段：S3开通后，谐振电感r L 的电流继续减小。
电感电流Lr i 下降到零后，便反向，不断增大，直到t5时刻T L Lr k I i / ，变压器二次侧整流管VD1的电流下降到零反而关断，电流L I 全部移到VD2中。
t0~t5时段正好是开关周期的一半，而在另一半开关周期t5~t0时段中，电路的工作过程与t0~t5时段完全对称。
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KUo + Vr
电压 调整 器
Uo Vi+ 电流 调整 器
VE
驱动
全桥变换 器
负 载
BIo1
B 电流 调整 器
Io1
全桥变换 器
+ -
VE
驱动
BIo2
B
Io2
5、通信接口 多台设备之间的通信由DSP内置的CAN模块经CAN收发器完成，CAN总 线是一种有效支持分布式控制的现场总线，它传输数据可靠，并且有 很好的误差检测机构。多台设备经过CAN总线连接，构成了一个小型 的局部网络。每台设备还留有232和485串行接口，以便将来能够与工 业控制机(上位机)相连接，实现遥控、遥测和遥显的功能。
绝大部分高频开关电源仍然采用模拟控制系统，有以下缺点： l 控制电路结构复杂；需要使用较多的元器件，体积庞大； l 模拟器件特性必然存在差异，致使电源一致性差； l 模拟器件的工作点漂移，会导致系统参数的漂移灵活性不够； l 硬件一旦设计完成，控制策略就不能改变。 克服以上缺点的方法是采用数字控制系统，基于数字控制的高频开关电 源具有许多优点： l 数字电源基本上不受元件性能变化的影响，电源一致性好，可靠性高； l 数字化信号处理和控制，可避免模拟信号传递的畸变、失真，减少杂 散信号的干扰； l 硬件电路的功能由软件形式的数值计算所取代，因此控制电路的硬件 结构可简化； l 可实现开关电源智能化，结合网络通讯，容易实现远程“三遥”－遥 控、遥测、遥显。 l 便于系统调试，可以在同样的硬件环境下尝试不同的控制策略、寻求 最优控制方案，极大地方便了开发人员的工作。 l 通过更改软件程序，方便地实现新的数字电源的功能。
3、开关模态2 (t1-t2) D3导通以后，开通Q3。虽然这时候Q3被开通，但Q3并没有电流流 过，原边电流由D3流通。由于在D3导通时开通Q3，所以是零电压开 通。
4、开关模态3 (t2-t3) t2时刻，关断Q4，原边电流由C2和C4两条路径提供，也就是说，原 边电流用来抽走C2上的电荷，同时又给C4充电。由于C4的存在， Q4是零电压关断。此时 vAB vc 4 , 变为负值，变压器副边绕组电势下 正上负，整流二极管DR2导通，副边绕组中开始流过电流。整流二极 管DR1和DR2同时导 Vin ，D2自然导通，结束这一开关模态。
5、开关模态4 （t3-t4) 在t3时刻，D2自然导通，将Q2的电压箝位在零点，此时就可以开通 Q2,Q2是零电压开通。虽然此时Q2以开通，但是Q2不流过电流，原 边电流由D2流通。
6、开关模态5 (t4-t5) 在t4时刻，原边电流过零，并且向负方向增加，此时Q2和Q3为原边 电流提供通路。由于原边电流仍不足以提供负载电流，负载电流仍由 两个整流管提供回路。 到t5时刻，原边电流达到折算到原边的负载电流值，该开关模态结 束。此时整流管DR1关断，DR2流过全部负载电流。
备 注
纹波系数
工作噪声 均流不平衡度 效率 功率因数
≤0.5%
≤50Db(A) ±3.0% ≥86% ≥0.91
当输出电压≥0.2V时
额定负载下
直流额定电压
直流额定电流 额定交流输入电压 软启动时间
12V
1000A 380V (3~8)s
计算机仿真在开关电源中应用
• 在一个有特定用途的电源的研制过程中，为了使系统的性能最佳，必 须进行反复的设计，试制，调试。但是实物的试制和调试是一项复杂 艰苦的工作，使得系统的开发周期长，而且成本非常昂贵。 • 随着大规模集成电路，电子计算机的迅速发展，电源的计算机仿真彻 底改变了以往电源系统设计完全靠人工计算，电路实验，实物试制和 调试的传统设计方法。将现代仿真技术与计算机结合起来，通过建立 系统的数学模型，以计算机为工具，以数值计算为手段，对已存在的 系统或设想中的不同方案进行模拟分析，从而优化元件参数，提高系 统品质。与实物试制与调试相比它大大降低了成本和产品的研制周期。 • 电源的计算机仿真主要用于设计方案的验证，系统性能的预测，新产 品潜在问题的发现以及问题的解决方法的评价。
Matlab语言是目前国际上最为流行的软件之一，其在电源仿真 中应用方法可分为:(l)运用Matlab强大的计算功献求解电源变换器方 程式:(2)运用Matlab频域分析的工具研究变换器系统的控制性能;(3) 运用Matlab的Simulink.ToolBox工具仿真变换器系统。Simulink是 Matlab软件包中最重要的功能模块之一，是交互式、模块化的建模 和仿真的动态分析系统。在电力电子领域，通常利用Simulink建立电 力电子装置的简化模型(如基频模型)并连接成系统，即可直接进行控 制器的设计和仿真。同时Matlab在power system Blocks (PSB)模 块库中建立了专门用于电力电子仿真的器件模型，包括理想开关、二 极管、晶闸管、门极可关断晶闸(GTO)和功率场效应晶体管MOSFET 等。借助于Simulink工具箱，使用Matlab可以在simulink环境下， 进行系统的仿真计算，可以实现复杂的控制方法仿真，同时可以观察 仿真的执行过程，仿真结果的后处理非常方便。 Saber是美国Analogy公司开发的面向混合信号的仿真软件。由 于Saber所具有的混合信号、混合技术和混合层次的处理能力，它允 许被仿真的系统同时包含数字和模拟信号器件，以及机械、液压、热 学、电磁学和光学等领域的器件，使其广泛地应用在军事、航空航天、 舰船、汽车、电力电子、通信等领域。Saber的仿真模型库和仿真器 是分开的，用户可以根据.
a
1
b c
L2 C1
C3 C2 C4 C5
Q1
Q3
Q2
Q4
Cb Tr Lr L0 C0 负 载
3、控制电路硬件结构 DSP核心控制器采用美国德州仪器公司（Texas Instruments）开发的 DSP芯片TMS320LF2407，其运算速度快（40MIPS 即4千万次指令/每 秒），能够对多路电压、电流输入信号进行实时处理。主要特点为： l 控制功能强大、集成度高，能够使控制系统设计结构紧凑，有利于提 高系统的可靠性； l 运算速度快，事件管理能力强，内含16通道的数模转换电路，可以实 时处理16路输入信号，实现复杂控制功能； l 具有丰富的通信接口（SCI 标准232串口、SPI高速串行接口、CAN总 线），可以与上位机进行通信，实现在线参数修改、参数实时显示、 运行状态指示以及运行状态记录等功能； l 具有64位加密位，可以对芯片进行加密，防止非授权用户对芯片进行 非法操作，增加了安全性。
1、总体硬件结构 设备硬件结构由两部分组成：主电路和控制电路。如图1所示， 输入为380V/50Hz三相交流电，输出为所需的12V/1000A直流电源。图 中上半部分虚线框内为主电路，包括四部分：整流及滤波电路、全桥 变换电路、高频变压器和高频整流电路。下半部分虚线框内为控制电 路结构图，包括DSP核心控制器、检测电路、保护电路、隔离驱动电 路等。
12V/1000A电镀开关电源研制
移相控制零电压开关PWM变换器
利用变压器漏感或原边串联电感和功率管的寄生电容或外界电容 来实现零电压开关。 主电路中D1~D4分别是Q1~Q4的内部二极管，C1~C4分别是 Q1~Q4的寄生电容或外接电容。Lr是谐振电感，它包括了变压器的 漏感。每个桥臂的两个功率器件180度互补导通，两个桥臂的导通相 角相差一个相位，即移相角，通过调节移相角来调节输出电压。Q1 和Q3分别超前于Q4和Q2一定相位，称Q1和Q3组成的桥臂为超前桥 臂，Q2和Q4组成的为滞后桥臂。 C1=C3= Clead ，C2=C4= Clag
主电路
控制电路
2、主电路 三相交流输入经二极管桥式整流和EMI滤波后在电容C5上得到约530V直流电 压，Q1-Q4为四个开关器件IGBT，各自含有内部寄生二极管和寄生电容，Q1Q4与谐振电感Lr、高频变压器Tr的漏感构成全桥软开关变换电路，该电路利 用电感Lr、变压器Tr的漏感和IGBT寄生电容实现IGBT在零电压情况下的开通 或者关断。采用软开关变换电路可以有效地降低损耗，减小电磁干扰。电路 的控制方式采用移相PWM控制，每个桥臂的两个功率管成180º 互补导通，两个 桥臂的导通角相差一个相位，即移相角，通过调节移相角大小可以调节输出 电压。 L
CAN_H CAN总线
CAN_L
CAN收发器
CAN收发器
CAN收发器
CAN接口 主机DSP
CAN接口 第一台从机DSP
CAN接口 第N台从机DSP
232接口
485接口
232接口
485接口
232接口
485接口
性能指标：
性能指标名称 性能指标详述
参数名称 稳流精度 稳压精度
技术要求 ±1.0% ±0.5%
电镀电源普遍采用可控硅整流器，存在许多缺点：设 备过于笨重复杂；效率低、功率大；提供的直流源品质不 高，纹波大。这些固有的缺陷影响了电镀表面质量的提高。 目前高品质、高效率、小体积的新型高频开关电镀电源取 代传统电镀电源成为一种趋势。高频开关电源由于变换器 在高频状态下进行能量转换，使其甩掉了传统电源中笨重 的工频变压器，不仅提高了生产效率，而且大大减小了电 源的体积和重量。
7、开关模态6 (t5-t6) 在这段时间里，电源给负载供电。在t6时刻，Q3关断，变换器开始 另一半周期的工作，其工作情况类似与上述半个周期。
全数字化1000A/12V高频开关电镀电源研制
1、项目意义： （1）、本项目研制全数字化1000A/12V高频开关电镀电源，同时具备数 字化控制和高频开关电源的优点，是现有可控硅电镀电源的更新换代 产品，在需要高品质电镀的场合具有十分广阔的应用前景和市场前景。 （2）、本项目研发中所获得的关键技术可用于其它产品的研发，如基 于DSP的数字控制技术可用于其它产品的数字化改造中，所研发的数 字化高频开关电源与其它用途的开关电源（如通讯电源、电弧焊电源、 电解电源等）有相同的结构、原理和控制方式，可为相关产品的研发 作技术储备。 （3）、通过本项目的实施，期望建立北京交通大学电气工程学院与椿 树公司的长期合作关系，以期发挥各自的优势，达到互利互惠、共同 发展的目的。