零电压开关技术与全桥移相控制毕业论文.docx

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1、零电压开关技术与全桥移相控制毕业论文目录摘要错误!未定义书签。ABSTRACT错误！未定义书签。第一章引言31.1开关电源简介3L2开关电源的发展动向41.3本设计的主要内容4第二章相关电力电子器件介绍52. 1二极管52.1 2双极型晶体管62.3 光电三极管72.4 场效应管8第三章UC3875原理和应用93. 1UC3875简介93. 1.1uc3875各个管脚简要说明93. 1.2uc3875的特点113.2UC3875的应用11第四章PWM控制技术134. 1PWM控制134. 1.1PWM控制的基本原理134. 1.2PWM控制具体过程144. 1.3PWM控制的优点144. 1.

2、4几种PWM控制方法154.2PWM逆变电路及其控制方法174.2.1计算法和调制法174.2.2异步调制和同步调制19第五章电力变换电路介绍215. 1整流电路215. 1.1桥式不可控整流电路215. 1.2单相桥式全控整流电路225.2逆变电路235.2.1逆变电路的基本工作原理235.2.2电压型逆变电路24第六章ZVS-PWM全桥移相开关电源设计266.1电路图设计266.2电路图原理26总结30致谢31参考文献32第一章引言1.1 开关电源简介开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和M

3、OSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFEToS

4、CR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。开关电源的三个条件1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的

5、模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。1.2 开关电源的发展动向开关电源在发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关

6、技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。电力电子技术的不断创

7、新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。1.3 本设计的主要内容利用相移脉宽调制零电压谐振技术和相移脉宽调制谐振控制器UC3875的性能及在其在功率变换中的应用。采用UC3875设计全桥零电压软开关功率变换电路,控制电路简单，性能稳定可靠,效率达90虬本文第二、三、四章介绍了相关电力电子期间，整流、逆变电路基础知识，UC3875的特性以及PWM控制技术。第五章系统的阐述了本设计的全部内容，重点介绍了ZVS逆变电路的各个状态的工作模式，系统的分析了UC3875控制电路设计原

8、理，并对电压检测反馈电路和过电流保护进行了设计和分析，使电路的稳定性和安全性进一步提高。第二章相关电力电子器件介绍在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路被称为主电路。电力电子器件是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。同我们在学习电子技术基础时广泛接触的处理信息的电子器件一样，广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。但是，自20世纪50年代以来，除了在频率很高（如微波）的大功率高频电源中还在使用真空管外，基于半导体材料的电力电子器件已逐步取代了以前的汞弧整流器、闸流管等电真空器件，成为电能变换和控制领域的绝对主力。因此，电力电子器件目前

9、也往往专指电力半导体器件。与普通半导体器件一样，目前电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。2.1二极管将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管，简称二极管。由P区引出的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极。与PN结一样，二极管具有单向导电性。但是，由于二极管存在半导体体电阻和引线电阻，所以当外加正向电压时,在电流相同的情况下，二极管的端电压大于PN结上的压降；或者说，在外加正向电压相同的情况下，二极管的正向电流要小于PN结的电流；在大电流情况下，这种情况更为明显。另外，由于二极管表面漏电流的存在，使外加反向电压时的电流增大。实测二极管的伏安特性时发现，只有在正向电压足够大时，

10、正向电流才从零隋端电压按指数规律增大。使二极管开始导通的临界电压称为开启电压Uono当二极管所加反向电压的数值足够大时，反向电流为Is。反向电压太大将使二极管击穿，不同型号二极管的击穿电压差别很大，从几十伏到几千伏。稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定的功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。稳压管有着与普通二极管相似的伏安特性，其正向特性为指数曲线。当稳压管外加反向电压的数值大到一定程度时则击穿，击穿区的曲线很陡，几乎平行于纵轴，表现出很好的稳压特性。只要控制流不超过一定

11、值，管子就不会因为过热而损坏。稳压管的符号如图2.1所示。Dz阴极K图2.1二极管符号2.2双极型晶体管双极型晶体管(BJT)又称晶体三极管、半导体三极管等，后面简称晶体管。晶体管分为小功率管，中功率管，大功率管。根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成晶体管。采用平面工艺制成的NPN型材料晶体管为于中间的P区称为基区，它很薄且杂质浓度很低；位于上层的N区是发射区，掺杂浓度很高；位于下层的N去是集电区，因而集电结面积很大；晶体管的外特性与三个区域的上述特点紧密相关。它们所引出的三个电极分别为基极b、发射极e和集电极c。图2.2(a)所示为NPN型管和PNP型

12、管的符号。NPN牛PNPV图2.2(a)晶体管符号放大是对模拟信号最基本的处理。在生产实际和科学实验中，从传感器获得的信号都很微弱，只有经过放大后才能作进一步的处理，或者使之具有足够的能量来推动执行机构。晶体管是放大电路的核心原件，它能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化不失真地放大输出，放大的对象是变化量。图2.2(b)所示为基本的放大电路，AUi为输入电压信号，它接入基极-发射极回路，称为输入回路；放大后的信号在集电极-发射极回路，称为输出回路。由于发射极是两个回路的公共端，故称该电路为共射放大电路。因为晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置且集电结反向偏置，所以在输入回路应加基

13、极电源VBB；在输出回路应加集电极电源Vcc。Vbb和Vcc的极性应如图2.2(b)所示，且Vcc大于Vbb。晶体管的放大作用表现为小的基极电流可以控制大的集电极电流。X图2.2(b)基本共射放大电路2.3光电三极管光电三极管依据光照的强度来控制集电极电流的大小，其功能可等效为一只光电二极管与一只晶体管相连,并仅引出集电极与发射极。如图2.3(a)所示，其符号如图(b)所示，常见外形如图(c)所示.图2.3(a)等效电路图(b)符号(c)实物图光电三极管与普通三极管的输出特性曲线想类似，只是将参变量基极电流h用入射光照度E取代，如图2.3(d)所示。无光照时的集电流称为暗电流%。，他比光电二极

14、管的暗电流约大两倍；而且受温度的影响很大，温度每上升25c。%。上升约10背。有光照时的集电极电流称为光电流。当管压降心足够大时，。几乎仅仅决定于入射光照度E。对于不同型号的光电三极管，当入射光照度E为10001X时，光电流从小于1000mA到几毫安不等。使用光电三极管时，也应特别注意其反向击穿电压、最高工作电压、最大集电极功耗等极限参数。图2.3(d)光电三极管的输出特性曲线图2. 4场效应管场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。场效应管不但具备双极型晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点，而且输入回

15、路的内阻高达107-1012q,噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，且比后者耗电省，这些优点使之从60年代诞生起就广泛地应用于各种电力电路之中。如果在制造M0S管时，在SiQ2绝缘层中掺人大量正离子，那么即使又二0,在正离子作用下P型衬底表层也存在反型层，即漏一源之间存在导电沟道，只要在漏一源间加正向电压，就会产生漏极电流，如图2.4(a)所示。并且又为正时，反型层变宽,沟道电阻变小，iD增大；反之，又为负时，反型层变窄，沟道电阻变大，iD减小。而当又从零减小到一定值时，反型层消失，漏一源之间导电沟道消失，i。二0。此时的几称为夹断电压U-与N沟道结型场效应管相同，N沟道耗尽型M0S管的夹断电压也为负值；但是，前者只能在几0的情况下工作，而后者的心可以在正、负值的一定范围内实现对iD的控制，且仍保持栅一源间有非常大的绝缘电阻。耗尽型M0S管的符号见图2.4(b)所示。