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基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发共3篇基于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发1随着现代电子技术的不断发展，各种电子设备已经成为了人们生活中必不可少的一部分。
而这些电子设备的电力供应往往都离不开一种被称作开关电源的技术。
在目前的众多开关电源技术中，一种基于数码信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）控制的脉宽调制（Pulse-Width Modulation，PWM）型开关电源备受关注。
本文将立足于DSP控制的PWM型开关电源的研究与开发，从理论分析、电路设计以及实验测试等方面进行探讨。
一、理论分析在开展研究之前，我们需要先了解PWM型开关电源的基本原理。
PWM型开关电源是一种电源调节技术，它将输入电压转换为短脉冲信号，并通过改变信号的占空比来实现电压的调节。
在PWM型开关电源中，DSP作为核心控制器，通过对电源电路的控制实现对电压、电流等信号的输出控制。
因此，DSP控制技术具有快速、高效、精准等特点，是PWM型开关电源的重要控制手段。
二、电路设计在PWM型开关电源的电路设计中，首先要考虑的是所选用的数字信号处理器（DSP）。
在选择DSP时，需要考虑其性能、成本、可扩展性等因素。
其次，需要在选用的DSP的控制下设计整个PWM型开关电源的电路图。
其中，包括输入电源、滤波电路、开关管、功率变换电路、负载电路等部分，旨在将输入电压转化为输出大于或等于期望值的恒定电压。
另外，在电路设计过程中，还需要注意各部分之间的电气特性和电路参数，以便实现电源稳定、高效、低噪音的输出要求。
三、实验测试完成电路设计之后，需要进行实验测试以验证PWM型开关电源的控制效果和电气性能。
在实验过程中，我们可以通过测定输出的电压、电流大小、占空比等参数来评估所设计的PWM型开关电源的实际性能。
在实验过程中，还需要考虑到温度、负载变化等因素对PWM型开关电源的影响，以保证得到准确的实验结果。
pwm变频调速及软开关电力变换技术[pwm变频调速及软开关电力变换技术]1. 引言在现代工业和电力系统中，pwm变频调速及软开关电力变换技术已经成为一种常见的技术应用。
它们在提高能源利用率、降低能源消耗和减少对环境的影响等方面具有重要作用。
本文将深入探讨pwm变频调速及软开关电力变换技术的原理、应用及未来发展趋势。
2. pwm变频调速技术的原理和应用2.1 什么是pwm变频调速技术pwm（Pulse Width Modulation）变频调速技术是一种通过控制电机输入的脉冲宽度来实现对电机转速的调节的技术。
它通过改变电机输入的频率和电压，使电机能够以不同的速度运行，从而满足不同工况下的需求。
2.2 pwm变频调速技术的应用pwm变频调速技术广泛应用于工业生产中的电机驱动系统、风力发电系统、水泵系统、压缩机系统等领域。
通过pwm变频调速技术，能够实现电机的精确控制和高效运行，从而提高设备的稳定性和工作效率。
3. 软开关电力变换技术的原理和应用3.1 什么是软开关电力变换技术软开关电力变换技术是一种通过对电力开关管进行控制，减少开关过程中电流和电压的突变，以减小开关损耗的技术。
它通过改善开关过程中的电压和电流波形，降低开关损耗和提高电力变换效率。
3.2 软开关电力变换技术的应用软开关电力变换技术在直流变换器、逆变器、变频器以及电力系统中的高压开关设备中得到广泛应用。
通过软开关电力变换技术，能够减少电力设备的能量损耗，提高系统的可靠性和稳定性。
4. pwm变频调速及软开关电力变换技术的未来发展趋势4.1 高性能功率模块的发展未来，随着高性能功率模块的不断发展，将能够提高pwm变频调速及软开关电力变换技术的性能和效率，满足更多复杂工况下的电力需求。
4.2 电力电子器件的集成化和智能化随着电力电子器件的集成化和智能化，pwm变频调速及软开关电力变换技术将更加灵活和智能化，能够更好地适应不同工况下的需求。
5. 总结和回顾pwm变频调速及软开关电力变换技术作为当前电力系统中重要的技术应用，具有重要的意义。
第４５卷第４期２００８年７月真空ＶＡＣＵＵＭＶｏｌ．４５，Ｎｏ．４Ｊｕｌ．２００８收稿日期：２００８－０２－０５作者简介：牟翔永（１９７９－），男，四川省宜宾县人，硕士。
联系人：陈庆川，研究员，博导。
基于ＵＣ３８７５的ＺＶＺＣＳＰＷＭ软开关直流电源的研制牟翔永１，陈庆川１，朱明２（１．核工业西南物理研究院，四川成都６１００４１；２．成都普斯特电气有限责任公司，四川成都６１００４１）摘要：本文介绍了移相谐振控制器ＵＣ３８７５的电气特性与基本功能，详细分析了以ＵＣ３８７５作为控制核心设计的一台１．２ｋＷ、７０ｋＨｚ的移相式ＺＶＺＣＳＰＷＭ软开关直流电源，并运用ＰＳｐｉｃｅ进行了仿真，给出了该电源控制电路、主电路基本电路拓扑，列出了相关参数的仿真波形与实验波形。
关键词：ＵＣ３８７５；ＺＶＺＣＳ；软开关中图分类号：ＴＭ４５文献标识码：Ａ文章编号：１００２－０３２２（２００８）０４－０１０１－０５ＵＣ３８７５－ｂａｓｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＺＶＺＣＳＰＷＭＳｏｆｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙＭＵＸｉａｎｇ－Ｙｏｎｇ１，ＣＨＥＮＱｉｎｇ－Ｃｈｕａｎ１，ＺＨＵＭｉｎｇ２（１．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｅｎｇｄｕＰｕｌｓｅｔｅｃｈＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｂａｓｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｒｅｓｏｎａｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＵＣ３８７５．Ａｎ１．２ｋＷｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅＺＶＺＣＳＰＷＭＤＣ／ＤＣｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｔ７０ｋＨｚｗｉｔｈＵＣ３８７５ａｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｃｏｒｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｂｕｉｌｔｕｐ，ｗｈｉｃｈｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈＰＳｐｉｃｅ．Ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓｏｆｂｏｔｈｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｓｏｆｒｅｌｅｖａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｒｏｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｇｉｖｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＣ３８７５；ＺＶＺＣＳ；ｓｏｆｔ－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ目前，中、大功率开关电源的主电路基本上都是采用全桥变换器结构，其相应的软开关工作方式有三种，即零电压开关（ＺＶＳ）、零电流开关（ＺＣＳ）和零电压零电流开关（ＺＶＺＣＳ）。
1．引言将谐振变换器与PWM技术结合起来构成软开关PWM的控制方法，集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率开关管的软开关，又能实现恒频控制，是当今电力子技术领域发展方向之一。
在直/直变换器中，则以全桥移相移控制软开关PWM变换器的研究十分活跃，它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率的应用场合。
目前全桥移相控制软开关PWM变换器的研究热点已由单纯地实现零电压软开关（ZVS）转向同时实现零压零流软开关（ZVZCS）。
全桥移相控制ZVS方案至少有四点缺陷：全桥电路内有自循环能量，影响变换效率。
副边存在占空度丢失，最大占空度利用不充分。
在副边整流管换流时，存在谐振电感与整流管的寄生电容的强烈振荡，导致整流管的电压应力较高，吸收电路的损耗较大，且有较大的开关噪音。
滞后臂实现零电压软开关的范围受负载和电源电压的影响。
另外，在功率器件发展领域，IGBT以其优越的性价比，在中大功率的应用场合已普遍实用化，适合将IGBT的开关方式软化的技术则是零电流开关（ZCS）。
因而，针对全桥移相控制ZVS方案存在的问题，各种全桥相移ZVZCS软开关的方案应运而生。
2．全桥ZVZCS软开关技术方案比较目前，正在研究或已产品化的全桥ZVZCS软开关技术主要有以下3种：变压器原边串联饱和电感和适当容量的隔直阻断电容。
变压器原边串联适当容量的隔直阻断电容，同时滞后臂的开关管串联二极管。
利用IGBT的反向雪崩击穿电压使原边电流复位的方法实现ZCS软开关。
除方案3为有限双极性控制方式以外，其它几种方案的控制方式全为相移PWM方式。
上述几种方案都能解决全桥相移ZVS的固有缺陷，如大幅度地降低电路内部的自循环能量，提高变换效率；减少副边的占空度丢失，提高最大占空度的利用率；软开关实现范围基本不受电源电压和负载变化的影响，实现全负载范围内的高变换效率。
为提高电路的开关频率准备了条件，使整机的轻量化，小型化成为可能，可进一步提高整机的功率变换密度，符合电力电子行业的发展方向。
PWM开关电源及技术改进摘要：开关电源（smps）是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
其广泛用于各种电子设备、仪器，而且在工业上也得到大量应用。
这里对基于pwm技术的smps的结构原理进行了简要说明，对其优点及所存在的问题作出研究，并对此提出技术改进方案。
以优化pwm 开关电源的性能。
关键词：开关电源；pwm；电流模；求和比较器中图分类号tn86 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）53-0107-02随着电力电子技术与集成电路技术的高速发展，电力电子设备的体积不断减小，为与之相适应，要求smps的体积与重量应相应减小，而提高开关频率并保持较高的效率就是主要的途径。
为达到这一目标，开关电源中普遍采用软开关技术，如移相全桥电路。
移相全桥电路是目前应用最广泛的软开关电路之一，它的特点是电路简单，同硬开关全桥电路相比，并没有增加辅助开关等元件，而是仅仅增加了一个谐振电感，就使电路中四个开关器件都能在零电压条件下开通。
这就达到了提高开关频率并保持较高效率的目的。
为达到更好的控制要求，采用电流模式pwm结构。
1 pwm开关电源工作原理基于pwm技术的smps主要电路是由输入干扰滤波器、整流滤波电路、高频逆变电路、变压器、高频整流电路、输出整流滤波电路、pwm控制器电路以及相应的辅助保护电路等构成。
pwm开关电源的基本工作原理就是在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化时，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流等被控制信号稳定。
pwm的开关频率一般为恒定，控制取样信号有：输入电压、输出电流、开关器件峰值电流等。
这些信号可构成单环、双环或多环反馈系统，实现稳压、稳流及恒定功率的目的，同时还可实现过流保护、均流等功能。
2 pwm开关电源的优点及存在问题pwm开关电源最显著的优点就是效率高。
基于软开关技术的PWM开关电源研究标签：基于开关技术电源研究上一篇：[转贴]挤出设备控制技术的改造与下一篇：铁氟龙玻璃纤维粘胶带(图)１引言直流电源系统是发电厂、水电站以及35KV—500KV变电站中不可缺少的二次设备，主要为断路器分合闸、二次回路的仪表仪器、应急灯光照明等设备提供直流操作电源，由充电电源、蓄电池组、降压硅调节器等组成。
充电电源给蓄电池组充电，在电网正常运行时由充电电源直接提供电源，当电网存在故障时则由蓄电池组提供。
可以说充电电源的性能决定着直流电源系统的性能。
传统的充电电源多是相控电源，PWM开关电源，存在着种种缺点：效率低、纹波大、体积大。
随着阀控密封铅酸电池的广泛应用，对原有的充电电源系统提出了更高的性能要求。
阀控密封铅酸电池对温度的反应灵敏，不允许欠充或过充，因此传统的充电装置不能满足其要求。
目前大中功率的直流充电电源多是采用全桥移相技术，可分为两大类：全桥移相零电压（ZVS PWM）变换和全桥移相零电压零电流（ZVZCS PWM ）变换。
全桥移相零电压变换器利用变压器的漏感和原边串联的谐振电感与功率元件（MOSFET）的寄生电容产生谐振实现软开关。
由于滞后臂较难实现零电压开关，所以串联的谐振电感通常比较大，导致副边占空比的损失。
全桥移相零电压零电流变换器超前臂实现零电压，滞后臂实现零电流，但是原边存在环流，而且这种控制方式多适用于IGBT，从而使得开关频率比较低，不利于减少变换器的体积和重量。
本文在研制220V/10A电力充电电源时采用全桥移相零电压技术，通过饱和电感来减少副边占空比的损失[7]，可在较大负载范围内实现零电压开关，降低开关应力，减少开关损耗，提高系统可靠性和效率。
文中用MATLAB建立了系统的仿真模型，并给出了仿真结果。
２ZVS PWM 全桥变换器工作原理全桥移相式零电压软开关电源通过改变两臂对角线上下管驱动电压移相角的大小来调节输出电压，这种方式是让超前臂管栅压领先于滞后臂管栅压一个相位，并在IC控制端对同一桥臂的两个反相驱动电压设置不同的死区时间，同时利用变压器的漏感和功率管的寄生电容来完成谐振过程以实现零电压开通，从而错开了功率器件电流与电压同时处于较高值的硬开关状态，并有效克服了感性关断电压尖峰和容性开通时管温过高的缺点，减少了开关损耗和干扰。
全桥移相零电压变换器主电路如图1，C5是隔直电容，保护变压器避免饱和。
Lr是饱和电感，相当于一个开关，有电流时电感饱和，相当于短路，没有电流时相当于开路。
图1 全桥移相零电压变换器主电路在一个开关周期中，移相零电压软开关变换器有12种开关状态（见图2），各开关状态的工组情况描述如下：图2 主电路的波形IP是原边电流VAB是AB之间的电压（1）开关摸态0在t0时刻以前，QA和QD导通。
原边电流由电源经过QA、谐振电感Lr、变压器原边绕组以及QD，最后回到电源负端。
此时，C1和C4电压为零, C2和C3电压为Vin。
（2）开关模态1在t0时刻，关断QA，原边电流转移到C1和C2支路中，C1被充电，而C2放电。
由于C1和C2，QA是零电压关断。
直到时刻t1，C2的电压下降到零，D2自然导通，开关模态1结束。
（3）开关模态2D2导通后，打开QB。
原边电流从D2中流过，QB没有电流。
由于QB是在D2导通时打开，所以是零电压关断。
（4）开关模态3在t2时刻，关断QD，原边电流由C4和C3提供，即C3放电，C4充电。
由于C4和C3的存在，所以QD是零电压关断。
此时实际上时谐振电感和电容C4、C3在谐振工作，直到t3时刻，C4的电压上升到Vin，D3自然导通，结束这一开关模态。
（5）开关模态4在t3时刻，D3由于导通，QC的电压被箝位倒零，打开QC，实现零电压开通。
到t4时刻，原边电流下降到零，D2和D3自然关断，QB和QC将通过电流。
（6）开关模态5在t4时刻，原边电流由正值过零，逐步向负方向增大，此时QB和QC为原边电流提供回路。
在t5时刻，原边的电流达到折算倒原边的负载电流，结束这一开关模态。
（7）关模态6在这段时间里，电源通过QB和QC回路给负载供电，直到QB关断，变化器开始下半个周期的工作，其工作情况类似上述的半个周期。
需要指出的两个重要问题：占空比丢失——从图2可以看出，在t2到t5和t8到t11，正是原边电流从正向（或负向）向相反方向换流的过程，此时虽然原边有电压方波，但是不足以提供负载电流，副边的整流桥处于续流状态，两端电压为零。
这样副边就丢失了部分的电压方波。
移相全桥两臂实现零电压的条件——从图2可以看出，QA和QB比QC和QD早实现零电压开关，所以QA和QB是超前臂，QC和QD是滞后臂。
QA和QB实现零电压导通的时间取决于（t0~ t1）和（t6~ t7），而QC和QD实现零电压导通的时间取决于（t2~ t3）和（t8~ t9）。
在（t0~ t1）和（t6~ t7）期间谐振电感Lr和滤波Lo电感是串联的，而且Lo比较大，这样很容易实现D2和D1自然导通，也就是实现QB和QA零电压打开。
而（t2~ t3）和（t8~ t9）期间，副边处于续流阶段，相当于变压器原边短路，完全由谐振电感提供能量分别使得D3和D4自然导通。
此时实现零电压开关的条件是：电感能量大于所有参与谐振电容的能量。
即（1）Lr是谐振电感和变压器漏感之和，Coss是MOSFET的结电容，Ct是变压器原边绕组的寄生电容。
由以上讨论可知，要使得滞后臂实现零电压开关，要么增大谐振电感，要么增大原边最小电流。
３电路设计（1）谐振电感设计开关管采用富士的2SK962，Coss=300pf，两只并联。
最小电流取Imin =5/3 A，输入采用三相桥式整流输入电压Vin=500V，忽略变压器的原边寄生电容，计算得Lr=144μh。
（2）输出滤波电感设计由于输出电感的电流是单方向流动的，且基本上是一个直流量，并迭加一个很小的2倍于开关频率的交流分量，所以其工作时的磁通密度可以接近饱和磁通密度。
工程设计中一般的采用经验算法，电感量的估算公式：（2）其中为输出直流电压的最小值，为开关频率，为满载输出电流，n为变压器变比，为变压器原边输入电压，为整流二极管导通压降。
对于本设计，=220V，=100kHz，=10A，n=0.5，=500V，=1V，最后可算得Lf=64μh。
（3）UC3875的应用UC3875是美国Unitrode公司（现被Ti收购）针对移相全桥控制推出的控制芯片[8]。
它提供了四个独立的输出驱动端可以驱动全桥变换器的四个开关器件。
这四个输出均为图腾柱驱动方式，可以提供2A的驱动峰值电流。
可以直接驱动MOSFET或经过隔离变压器驱动MOSFET。
驱动信号有OUTA~OUTD输出，分别通过DELAYSET A/B和DELAYSET C/D设置死区时间。
CS+提供了过电流保护，当的CS+电压大于2.5V时，关闭输出，防止灾难事故发生。
SS通过接一个电容实现软起动。
EA+（误差放大器的正相输入）接参考电压，与EA-（误差放大器的反相输入）接的输出电压相比较，COMP（误差放大器的输出）通过一个二极管接电流反馈，限制输出电流。
控制电路图如图3所示。
（3）输出电压和电流检测电路输出电压通过一个线性的光耦（HP7840）检测如图4。
额定电压工作时通过一个运算放大器放大后得到一个5V电压，经过分压后与UC3875的EA-相连，为误差放大器的反相输入。
输出电流由一个霍尔元件(LA28-NP,LEM)检测如图5。
４系统仿真MATLAB6.5 中有一个SimPowerSystem工具箱，它提供了MOSFET、IGBT等功率模块，可以方便的实现电力电子电路仿真。
本文利用SimPowerSystems 和SimuLink工具箱建立系统的模型，进行仿真分析。
（1）移相脉冲发生器子系统设计如图6所示，由脉冲产生器发出脉冲信号，经过D触发器分频，然后通过延时环节后得到驱动信号OutA和OutB。
脉冲产生器发出的脉冲信号经过积分器得到一个锯齿波信号，与反馈信号相比较，然后触发D触发器，产生移相后的驱动信号OutC和OutD。
图6 移相脉冲发生器子系统（2）主功率变换模块子系统设计当MOSFET与电容并联时，为了减少开关回路中的低阻尼高频振荡，与电容串联一个小电阻，而且使Ron–Lon–C回路的阻尼因子小于即满足下述条件：（3）由于MOSFET是一个电流源元件，为了防止仿真模型报警，谐振电感与一个大电阻相并联。
图7 主功率模块子系统（3）系统模型如图8所示，通过SimuLink工具箱的传递函数与SimPowerSystems的电路元件相结合，实现了电流反馈。
由于在环路中存在着触发模块，所以用一个记忆模块打断环路，使闭环系统能够正确运行。
（4）仿真结果仿真参数：=500V；Lf=104μh；=100kHz；L r=106μh；2*Coss=600pf。
图9给出了一个桥臂的驱动信号、电压和电流波形。
可以看出在MOSFET 的电流反向时，其所受的电压接近于零，此时打开MOSFET实现了零电压开通。
图10给出了变压器原边电压以及整流后的电压波形。
图8 系统模型图9 同一臂的MOSFET的驱动信号、电压和电流波形图10 变压器原边电压以及整流后的波形5结论在电源设计中，首先通过MATLAB仿真，论证了系统实现的可能性，在仿真的基础上设计了220V/10A样机。
试验证明在全桥移相电路中引入饱和电感，可以有效地减少了副边占空比损失，降低了开关应力和开关损耗，与常规的硬开关电源相比，系统效率大大提高。
但是由于零电压全桥移相变换器本身的特性，副边占空比损失仍然存在，而且在轻载时难以实现软开关。
