数字移相全桥软开关电源设计与研究

发布时间：2017-09-07 07:34

  本文关键词：数字移相全桥软开关电源设计与研究

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【摘要】：随着全球传统燃油汽车拥有量的不断增加,燃油汽车排放的尾气所造成的环境污染越来越严重,人们对汽车尾气排放的关注度越来越大;石油的储存量不断减小造成的石油价格上升,这些都促使了汽车行业从传统汽车行业向新能源汽车行业转型。车载DC/DC变换器作为新能源汽车的重要组成部分受到研究人员的关注。随着电力电子技术的不断发展和车载用电设备的不断增加,为了避免车载电能的浪费,增加纯电动汽车的的续航能力,效率高、体积相对较小、重量相对较轻、安全性能优越的车载DC/DC变换器的需求量越来越大。为了提高车载二次电源的效率,本课题采用PS-FB-ZVS电源变换器作为车载电源的主电路拓扑结构,采用德州仪器公司的DSP TMS320F2812作为主控芯片,研制一台全数字PS-FB-ZVS电源变换器作为车载电源。首先本文对PS-FB-ZVS电源变换器做了深入研究,对移相全桥的12工作过程做了详细分析,从中得到了影响PS-FB-ZVS实现ZVS的几个关键问题,并对这些关键问题做了深入的研究。PS-FB-ZVS电源变换器是一种具有优良性能的DC/DC变换器,它的两个超前桥臂比较容易实现零电压开关,滞后桥臂在一定条件下也能够实现零电压开关,所以其具有开关损耗较小,从而降低了散热设计和EMC设计的难度,顺应了车载DC/DC小型化和安全性能得要求。其次完成了PS-FB-ZVS电源变换器主电路的设计,并通过Saber仿真软件完成了对主电路的仿真研究。通过仿真波形验证了设计的正确性。同时通过对主电路的建模分析,完成了对主电路的小信号模型的建立,之后通过对小信号模型得分析,完成负载电流做为内环输出电压做为外环的双闭环控制器的设计,并对控制器在MATLAB进行仿真,通过仿真结果证明了本课题设计的双闭环PI控制器具有良好的动态性能和稳态性能。然后,完成对PS-FB-ZVS电源变换器的控制系统的设计,控制系统设计主要包括控制系统硬件设计和控制系统软件设计。控制系统硬件设计主要包括TMS320F2812外围电路设计、信号采集电路设计、驱动电路设计和保护电路设计。软件设计主要包括软启动程序设计、移相PWM程序设计、增量式PID程序设计和各种保护程序设计。最后,完成对移相全桥变换器的现场调试工作,并不断的分析波形完成设计结果,设计完成了电压输出为14V、输出电流为150A、输出最大功率为2.5KW的试验样机,并完成对试验样机的调试工作,完成了对试验样机的研制工作。
【关键词】：移相全桥 ZVS 小信号模型 移相PWM
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10-14
• 1.1.1 电动汽车的发展前景10-11
• 1.1.2 电动汽车的用电系统架构11-13
• 1.1.3 车载DC/DC变换器研究背景13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.2.1 DC/DC软开关技术的发展现状14-15
• 1.2.2 数字电源发展现状15-16
• 1.3 本课题主要研究内容16-18
• 第2章 移相全桥软开关DC/DC变换器原理分析18-35
• 2.1 DC/DC变换器控制理论18-22
• 2.1.1 DC/DC变换器控制方式18-19
• 2.1.2 DC/DC变换器控制模式19-22
• 2.2 隔离式DC/DC变换器主电路拓扑分析22-28
• 2.2.1 反激DC/DC变换器24
• 2.2.2 正激DC/DC变换器24-25
• 2.2.3 推挽DC/DC变换器25
• 2.2.4 对称半桥DC/DC变换器25-26
• 2.2.5 不对称半桥LLC谐振变换器26-27
• 2.2.6 全桥DC/DC变换器拓扑结构27-28
• 2.3 移相全桥ZVS工作过程分析28-33
• 2.4 滞后桥臂电流增强原理33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 移相全桥DC/DC变换器主电路参数设计35-52
• 3.1 高频变压器设计36-40
• 3.1.1 功率变压器磁芯的选择36-37
• 3.1.2 高频变压器匝比计算37-38
• 3.1.3 确定变压变压器原副边绕组的匝数和线径38-39
• 3.1.4 磁芯窗.面积核算39
• 3.1.5 绕组绕制方法39-40
• 3.2 高频逆变桥设计40
• 3.3 输出整流滤波电路设计40-43
• 3.3.1 输出整流电路设计41
• 3.3.2 输出滤波电路设计41-43
• 3.4 谐振网络和滞后桥臂电流源增强网络43-45
• 3.4.1 谐振网络设计43
• 3.4.2 滞后桥臂电流增强网络设计43-45
• 3.5 基于Saber的主电路的仿真分析45-50
• 3.5.1 Saber仿真软件简介45-46
• 3.5.2 Saber主电路仿真46-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 移相全桥DC/DC变换器建模与仿真52-66
• 4.1 等效受控源建立移相全桥ZVS数学模型52-62
• 4.1.1 BUCK电路数学模型52-57
• 4.1.2 移相全桥DC/DC变换器的小信号模型57-62
• 4.2 设计移相全桥ZVS DC/DC变换器的双闭环控制器62-65
• 4.3 本章小结65-66
• 第5章 控制系统设计66-88
• 5.1 全数字移相全桥ZVS PWM DC/DC变换器系统结构框图66-67
• 5.2 控制系统硬件电路设计67-78
• 5.2.1 德州仪器TMS320F2812控制器67-69
• 5.2.2 辅助电源设计69-71
• 5.2.3 TMS320F2812电源电路设计71-72
• 5.2.4 TMS320F2812仿真接.电路设计72-73
• 5.2.5 TMS320F2812复位电路设计73
• 5.2.6 通信电路设计73-74
• 5.2.7 保护电路设计74-75
• 5.2.8 驱动电路设计75-76
• 5.2.9 信号采集与调理电路设计76-78
• 5.3 控制系统PCB设计78-79
• 5.4 控制系统软件设计79-86
• 5.4.1 LabVIEW上位机软件设计79-80
• 5.4.2 DC/DC变换器控制软件设计80-85
• 5.4.3 增量式PI调节程序设计85-86
• 5.5 本章小结86-88
• 第6章 实验结果及分析88-96
• 6.1 实验用仪器88-89
• 6.2 实验结果89-95
• 6.2.1 移相全桥ZVS DC/DC变换器驱动波形89-91
• 6.2.2 不同输入电压下变压器原边和副边电压波形91-93
• 6.2.3 电压和电流波形93
• 6.2.4 保护系统测试93-94
• 6.2.5 效率测试94-95
• 6.3 本章小结95-96
• 结论96-98
• 参考 文献98-102
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文102-104
• 致谢104

【参考文献】

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1 惠子南;小功率数字电源的研究[D];北京交通大学;2014年

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本文编号：808238