高压软开关充电电源硬件设计

1 引言 　　近年来，随着大功率开关电源的发展，对控制器的要求越来越高，开关电源的数字化和智能化也将成为未来的发展方向。目前，我国的大功率开关电源多采用传统的模拟控制方式，电路复杂，可靠性差。   　2.数字控制器设计 　　图1 控制器系统结构 　　本文设计的数字控制器，采用TI公司24X系列DSP控制器中的TMS320LF2407A芯片作为主控制器，主要功能模块包括：（1）DSP与可编程逻辑器件CPLD相配合实现全桥移相谐振软开关驱动（2）偏磁检测电路；（3）其他功能，如数据采集、保护及外部接口等。控制系统结构如图1所示。 　　2.1移相控制波形的生成 　　TMS320LF2407A芯片包

在对有源箝位单端正激逆变电源进行计算机仿真和波形分析的基础上，研究了电路实现软开关的工作过程，推导出了电路实现软开关的条件和死区时间的取值要求，并指出变压器一次侧或二次侧回路串连电感应合理选择，既要保证小电流条件下可以实现主开关管的零压导通，又不至于过大影响电源的输出功率。

导读：本文提出了一种基于UC3875的全桥软开关直流电源设计方案，该方案采用移相谐振控制芯片UC3875作为控制核心设计，开关频率为70kHz、输出功率1.2kW、主电路为移相全桥ZVZCS PWM软开关模式的直流开关电源。并应用PSpice软件进行了仿真，实验表明以UC3875为核心的控制部分结构简单可靠，有利于提高电源开关频率。 　　0  引言 　　PWM是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 　　本文介绍了一台采用移相谐振控制芯

现代开关电源发展的一个重要方向是开关的高频化，因为高频化可以使开关变换器的体积、重量大大减小，从而提高变换器的功率密度。提高开关频率可以降低开关电源的音频噪声，改善动态响应。实现高频化，必须降低开关损耗，软开关技术是减少开关损耗的重要方法之一。软开关是指零电压开关（ZeroVoltageSwitching,ZVS）或零电流开关(ZeroCurrentSwitching,ZCS)。它应用谐振的原理使开关变换器中开关管的电压或电流按正弦或准正弦规律变化，当电压自然过零时，使器件开通；当电流自然过零时，使器件关断，实现开关损耗为零，从而可以使开关频率提高。

针对大规模电动汽车充电功率因数较低，谐波对电网污染严重，系统效率低、充电速度慢，不能满足电动汽车充电要求的特点，设计采用了一种前级带Boost-PFC的LLC谐振电源和后级为双向DC-DC的电路拓扑结构。针对功率因数低，采用单周期控制方法实现功率因数校正；利用在高频变压器副边添加电容和变压器漏感间的谐振，达到LLC谐振以减小开关损耗；采取正负脉冲双向DC-DC电路来加快充电速率。在Matlab和PSIM仿真验证了该设计能够实现电源变换电路开关元器件的零电压开通，且可以缩短充电时间，使网侧电流谐波畸变率小于5%，功率因数达到0.975。仿真验证了该设计在高功率因数和快速性方面达到了预期，对于汽车电池的应用有很好的效果。

移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低损耗，提高开关频率。如何以UC3875为核心，设计一款基于PWM软开关模式的开关电源？请见下文详解。 　　主电路分析 　　这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET作为开关管来使用，参数为1000V/24A.采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS.电路结构简图如图1,VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断

主要是通过一篇英文文献描述了一个软开关的实例，并通过Matlab仿真验证了实例

本文介绍的双晶体管正激有源钳位开关电源同时拥有单晶正激有源钳位和双晶正激两者的优点，适合于高压中大功率应用，并且磁芯得到有效的复位，磁芯利用率得到提高，占空比可以超过0.5，甚至可以达到0.7。供读者参考。

《直流开关电源的软开关技术》在介绍基本的直流开关电源原理的基础上，按照直流开关电源软开关技术的发展过程，系统论述了谐振变换器、准谐振变换器和多谐振变换器、零电压开关PWM变换器和零电流开关PWM变换器、ZVT PWM变换器和ZCT PWM变换器、正激变换器的磁复位技术和软开关双管正激变换器的工作原理和参数设计，以及全桥变换器的三种软开关方式。《直流开关电源的软开关技术》可作为高等学校电力电子技术专业及相关专业的硕士生、博士生和教师的参考书，也可供从事开关电源研究开发的工程技术人员阅读。