毕业论文基于DSP的单相开关电源的设计

1、目 录中文摘要2外文摘要3引言41、 开关电源概要51.1 开关电源的发展51.2 开关电源的背景及现状61.3 开关电源的发展趋势72、DC/DC 变换器的分类83、软开关技术94、开关电源结构105、PWM控制原理116、系统控制电路146.1技术指标146.2输入整流器/滤波器部分的设计146.2.1浪涌抑制部分156.2.2单相桥式整流电路和电容滤波电路156.3控制器176.3.1选择开关电源控制器iC186.4输出整流和滤波电路216.5半波整流电路216.6反馈网络226.7启动和集成供电电路的设计246.8保护电路25参考文献27致谢28基于DSP的单相开关电源的设计 摘要：开关电源广泛应用于航空、通信、交通等领域。随着高频技术、谐振技术的发展，全桥移相软开关电源广泛应用于在低压、大电流开关电源领域。因此有必要对其进行研究。首先，论文阐述 PWM DC/DC 变换器的软开关技术，且根据移相控制PWM 全桥变换器的主电路拓扑结构，选定适合于本论文的零电压开关软开关技术的电路拓扑，并对其基本工作原理进行阐述，同时给出 ZVS 软开关的实现策略。其次，对选定的主电路拓扑结构进

2、行电路设计，给出主电路中各参量的设计及参数的计算方法，包括输入、输出整流桥及逆变桥的器件的选型，输入整流滤波电路的参数设计、高频变压器及谐振电感的参数设计以及输出整流滤波电路的参数设计。本文还设计了电路的整体框架和各部分子模块，最后对各子模块进行了功能仿真。并设计了适用于本电路的驱动以及采样电路。最后介绍以高性能数字信号处理器 TMS320F2812 为控制核心的逆变电源控制系统的软硬件设计。结果表明，论文所设计的 DC/DC 变换器能很好的实现软开关，提高效率，使输出电压得到稳定控制，最后通过调整移相控制电路，可实现直流输出的宽范围调整，具有很好的工程实用价值。通过本论文的研究工作的开展，有助于对软开关电源的分析、设计、建模与仿真，为拓展全桥移相软开关电源电路的应用奠定了基础。关键词： 开关电源；移相控制；软开关；TMS320F2812DSP switch power source design based on Abstract：the power supply are widely used in aviation, communication, transportation,

3、etc. With high frequency technology, resonance.The development of technology, the whole bridge soft switch phase shifting power are widely used in low voltage, large current switching power supply broughtThe domain. So it is necessary to study them.First of all, this paper expounds PWM DC/DC converter of soft switch technology, and according to the phase shifting controlThe whole bridge of PWM converter the circuit topology, select suitable for this paper zero voltage switch soft openClosed circ

4、uit topology technology, and its basic working principle is expounded, and presents ZVS soft switchThe realization of the strategy. Second, the selected the circuit topology for circuit design, the main circuit are givenEach parameter design and calculation method of the parameters, including input, output rectifier bridge and the bridge of the device inverterSelection, input rectifier filter circuit design, the parameters of the high frequency transformer and the resonant the inductance of the

5、parameter design to output rectifier parameter design of filter circuit. This paper also designed the whole framework of the circuit and all moleculesModule, finally to each child module functions simulation. And the design that is suitable for the circuit and the driverSampling circuit. This article makes a high-performance digital signal processor .A wide range of adjustment, has the very good engineering practical value. Through the research work of this paper is to openExhibition, which help

6、s to soft switch power supply analysis, design, modeling and simulation of the whole bridge for development phase shifting soft openKill the power circuit laid the foundation of the application.Key words ：switch power source; Phase shifting control; Soft switch; TMS320F2812 引 言开关稳压电源（以下简称开关电源）取代晶体管线性稳压电源（以下简称线性电源）已有30多年历史，最早出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管了作于开关状态后，脉宽调制（PWM）控制技术有了发展，用以控制开关变换器，得到PWM开关电源，它的特点是用20kHz脉冲频率或脉冲宽度调制PWM开关电源效率可达 6570，而线性电源的效率只有3040。在发生世界性能源危机的年代，引起了人们的广泛关往。线性电源工作于工频，因此用工作频

7、率为20kHZ的PWM开关电源替代，可大幅度节约能源，在电源技术发展史上誉为20kHZ革命。 随着ULSI芯片尺寸不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多；航天，潜艇，军用开关电源以及用电池的便携式电子设备（如手提计算机，移动电话等）更需要小型化，轻量化的电源。因此对开关电源提出了小型轻量要求，包括磁性元件和电容的体积重量要小。此外要求开关电源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。1 开关电源概要 1.1 开关电源的发展 电源是所有用电设备的心脏，为设备提供动力。开关电源处于电源技术的核心地位，近十年来有了突飞猛进的发展。按照目前的习惯，开关电源专指电力电子器件工作在高频开关状态下的直流电源，因此，开关电源也称为高频开关电源。直流开关电源是各种电源中应用范围最广和市场最大的一种，包括AC/DC 和 DC/DC。直流开关电源经过几十年的发展，集中了许多高新技术，包括新型功率半导体器件、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术，已经形成高工作频率、高效率、高功率密度、高可靠性等为特征的现代直流开关电源。近年来，许多领域，如邮电通讯、军事装备、交通设备、仪器设备、

8、工业设备、家用设备等方面越来越多地应用开关电源并取得显著效益。开关电源的迅速发展得益于巨大的市场需求。此外，电子器件、磁性材料、变换技术、控制理论等技术的发展及仿真软件的不断涌现与口趋完善，也使得开关电源的研发制造水平大大提高。 1.2 开关电源的背景及现状 1955 年美国罗耶发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端。1957 年美国查赛发明了自激式推挽双变压器。在1964 年美国科学家们提出了取消工频变压器的开关电源的设想。直到 1969 年终于做成了 25 千赫的开关电源。这一电源的问世，在世界各国引起了强烈反响，从此对开关电源的研究成了国际会议的热门课题。自 20 世纪 60 年代开始得到发展和应用的 DC-DC 功率变换技术，其实一种硬开关技术。60 年代中期，美国已研制成 20kHz DC-DC 变换器及电力电子开关器件，并应用于通信设备供电。由于这种技术抛弃了 50Hz 工频变压器，使直流电源的重量、体积大幅度减小，电源效率和输出直流电的质量得以提高。到 70 年代初期，这种技术已在先进国家普遍采用。早期开关电源的控制电路一般以分立元件的非

9、标准电路为主，经过十多年的发展，国外在 1977年左右进入控制电路集成化阶段。这标志着开关电源的重大进步。80 年代初英国采用上述原理，研制了第一套完整的 48V 成套电源，即目前所谓的开关电源(SMP-Switch Mode Power)或开关整流器(SMR-Switch Mode Rectifier)。70 年代以来，在硬开关技术发展和应用的同时，国内外电力电子界和电源技术界不断研究开发高频软开关技术。在70年代，最先出现了全谐振型变换器一般称之为谐振变换器(Resonant converters)。它实际上是负载谐振型变换器，按照谐振元件的谐振方式分为串联谐振变换器(Series resonant converters，SRCs)和并联谐振变换器(Parallel resonant converters，PRCs)两类。此类变换器一般采用频率调制的方法，且与负载关系很大，对负载变化很敏感，在谐振变换器中，谐振元件一直处于谐振工作状态，参与能量变换的全过程。准谐振变换器(Quasi-resonant converters，QRCs) 和多谐振变换器(Multi-resonant converters，MRCS)出现在 80 年代中期。这是软开关技术的一次飞跃，这类变换器中的谐振元件只参与能量变换的某一个阶段，而不是全程。它也是采用频率调制的控制方法。80 年代末出现了零开关 PWM 变换器(Zero switching PWM converters)，它可以分为零电压开关 PWM 变换器(Zero-voltage-switching PWM c

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