大功率软开关电源模块的研究

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1、上海大学硕士学位论文摘要本课题为学校和企业联合的上海市轨道交通攻关项目，作为应用于上海地铁的信号系统、通信系统和机电设备监控系统的大功率供电电源，对课题提出了大功率、高可靠性、高效率和良好的操作管理等设计要求。本文对软开关PWM技术和并联均流技术进行了深入的研究。软开关PWM技术将谐振变换器与PWM控制的优点结合于一体，可实现功率开关管的软开关及恒频控制，明显减小了开关损耗，提高了系统性能；而多个电源模块并联运行可均衡分担负载电流，减少了功率开关管上的热应力，满足了大功率供电电源在性能、重量、体积和可靠性方面的要求。应用软开关PWM技术和并联均流技术，

2、本文设计了并联软开关电源模块，多个该软开关电源模块并联组成了高可靠性、高效率的大功率电源系统。本文选择了移相控制全桥零电压零电流开关(ZVzCS)PWMDC／DC变换器作为本电源模块的软开关DC／DC变换器，该变换电路是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，实现了超前桥臂零电压开通以及滞后桥臂零电流关断，可使电源模块达到90％以上的转换效率；而移相控制器则选用了专用移相控制芯片UC3875，提高了控制电路的稳定性和可靠性。之后，本文对移相全桥ZVZCSPWMDC／DC变换器的工作过程进行了详细的分析，并对该变换器的ZVS及ZCS条件、最大占空比和阻断电容选

3、取等问题进行了深入分析，分析结果表明：合理的选取参数能较好的实现软开关，达到预期效果。然后，本文利用Simulink仿真软件搭建了该变换器的仿真电路，并对该变换器的软开关过程及主要参数对软开关性能的影响分别进行了仿真研究，仿真结果和理论分析相吻合，证明了本电源模块所选用的软开关DC／DC变换器是可行的，保障了电源模块的成功研制。在详细分析了常用的并联均流技术后，根据电源系统的高可靠性和高精度的设计要求，本文提出了最大电压平均电流法作为本电源模块的均流方法；该方法根据模块输出电压自动选择主、从模块，按照平均电流方法自动均衡负载电流，实现了高精度均流，确保

4、了由多个电源模块并联构成的大功率电源系统的安全、可靠运行；并基此均流方法，本文设计了电源模块的电压、均流和限流三环控制上海大学硕士学位论文电路；之后，对设计的三环控制电路进行了小信号分析，并用Matlab软件进行了多方面的仿真；仿真结果表明了本文设计的三环控制电路是稳定的，为电源模块控制电路的设计提供了依据。为了加强电源模块的数字化和智能化程度，本文在移相全桥软开关整流的基础上设计了单片机子系统，该单片机子系统以单片机微处理器为核心，利用接口电路扩展外围器件形成各种功能电路，实现了多种功能：提供了良好的人机交互功能，包括显示、设置和报警等功能；实现了对

5、电压、电流的高精度控制和开、关机控制；能够多个电源模块联网与上位机通信，实现了电源模块的远程监控功能。最后，本文详细设计了并联移相全桥软开关电源模块的各部分电路。主要包括设计了电源模块的主回路电路，设计了基于UC3875移相控制芯片的外围电路、控制电路、驱动电路和保护电路，以及设计了电源模块的单片机子系统。在经过大量的试验和多次的改进后，最终成功研制了多台样机，并对样机进行了性能测试，测试结果表明了本电源模块的性能优良，达到了设计要求；论文中给出了部分的试验结果和测试数据。关键词：移相全桥DC／DC变换器ZVZCS软开关仿真并联均流UC3875Ⅱ上海大

6、学硕士学位论文ABSTRACTThissubjectisacooperativekeysubjectofuniversityandenterpriseforShanghaitrackffafic．Itisappliedasthehighpowersupplyofthesignalsystem，communicationsystem，andsupervisingsystemofthemechanicalandelectronicdevicesinShanghaisubway．Sothedesigndemandofhighpower,highreliabi

7、lity,highefficiency,andgoodoprationmanagementisproposed．Soft-switchingPWMtechniqueandparallelcurrentsharingarelucubratedinthisthesis．Soft—switchingPWMtechniqueintegratestheadvantagesofresonantconverterandPWMmodulator,implementsthesoft·switchingofpowerswitchiesandconstantfrequenc

8、ycontrolling，SOclearlydiscreasestheswitchingwas