大功率軟開關(guān)電源模塊的研究.pdf

1、本課題為學(xué)校和企業(yè)聯(lián)合的上海市軌道交通攻關(guān)項(xiàng)目，作為應(yīng)用于上海地鐵的信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的大功率供電電源，對(duì)課題提出了大功率、高可靠性、高效率和良好的操作管理等設(shè)計(jì)要求。 本文對(duì)軟開關(guān)PWM技術(shù)和并聯(lián)均流技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。軟開關(guān)PWM技術(shù)將諧振變換器與PWM控制的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合于一體，可實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管的軟開關(guān)及恒頻控制，明顯減小了開關(guān)損耗，提高了系統(tǒng)性能；而多個(gè)電源模塊并聯(lián)運(yùn)行可均衡分擔(dān)負(fù)載電流，減少了功率開關(guān)管上

2、的熱應(yīng)力，滿足了大功率供電電源在性能、重量、體積和可靠性方面的要求。應(yīng)用軟開關(guān)PWM技術(shù)和并聯(lián)均流技術(shù)，本文設(shè)計(jì)了并聯(lián)軟開關(guān)電源模塊，多個(gè)該軟開關(guān)電源模塊并聯(lián)組成了高可靠性、高效率的大功率電源系統(tǒng)。 本文選擇了移相控制全橋零電壓零電流開關(guān)(ZVZCS) PWM DC/DC變換器作為本電源模塊的軟開關(guān)DC/DC變換器，該變換電路是直流電源實(shí)現(xiàn)高頻化的理想拓?fù)渲?，?shí)現(xiàn)了超前橋臂零電壓開通以及滯后橋臂零電流關(guān)斷，可使電源模塊達(dá)到90

3、％以上的轉(zhuǎn)換效率；而移相控制器則選用了專用移相控制芯片UC3875，提高了控制電路的穩(wěn)定性和可靠性。之后，本文對(duì)移相全橋ZVZCSPWM DC/DC變換器的工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)該變換器的ZVS及ZCS條件、最大占空比和阻斷電容選取等問題進(jìn)行了深入分析，分析結(jié)果表明：合理的選取參數(shù)能較好的實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，達(dá)到預(yù)期效果。然后，本文利用Simulink仿真軟件搭建了該變換器的仿真電路，并對(duì)該變換器的軟開關(guān)過程及主要參數(shù)對(duì)軟開關(guān)性能的影響

4、分別進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果和理論分析相吻合，證明了本電源模塊所選用的軟開關(guān)DC/DC變換器是可行的，保障了電源模塊的成功研制。 在詳細(xì)分析了常用的并聯(lián)均流技術(shù)后，根據(jù)電源系統(tǒng)的高可靠性和高精度的設(shè)計(jì)要求，本文提出了最大電壓平均電流法作為本電源模塊的均流方法；該方法根據(jù)模塊輸出電壓自動(dòng)選擇主、從模塊，按照平均電流方法自動(dòng)均衡負(fù)載電流，實(shí)現(xiàn)了高精度均流，確保了由多個(gè)電源模塊并聯(lián)構(gòu)成的大功率電源系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行；并基此均流方法，

5、本文設(shè)計(jì)了電源模塊的電壓、均流和限流三環(huán)控制電路；之后，對(duì)設(shè)計(jì)的三環(huán)控制電路進(jìn)行了小信號(hào)分析，并用Matlab軟件進(jìn)行了多方面的仿真；仿真結(jié)果表明了本文設(shè)計(jì)的三環(huán)控制電路是穩(wěn)定的，為電源模塊控制電路的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。為了加強(qiáng)電源模塊的數(shù)字化和智能化程度，本文在移相全橋軟開關(guān)整流的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了單片機(jī)子系統(tǒng)，該單片機(jī)子系統(tǒng)以單片機(jī)微處理器為核心，利用接口電路擴(kuò)展外圍器件形成各種功能電路，實(shí)現(xiàn)了多種功能：提供了良好的人機(jī)交互功能，包括顯示、設(shè)

6、置和報(bào)警等功能；實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓、電流的高精度控制和開、關(guān)機(jī)控制；能夠多個(gè)電源模塊聯(lián)網(wǎng)與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)了電源模塊的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。 最后，本文詳細(xì)設(shè)計(jì)了并聯(lián)移相全橋軟開關(guān)電源模塊的各部分電路。主要包括設(shè)計(jì)了電源模塊的主回路電路，設(shè)計(jì)了基于UC3875移相控制芯片的外圍電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，以及設(shè)計(jì)了電源模塊的單片機(jī)子系統(tǒng)。在經(jīng)過大量的試驗(yàn)和多次的改進(jìn)后，最終成功研制了多臺(tái)樣機(jī)，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明了本電