论文总字数：21298字

摘 要

当现代电力电子技术不断地创新升级的同时，开关电源技术也在进一步地完成发展和创新，现如今，开关电源（Switch Mode Power Supply，即SMPS）已经被同行业者们称为节能高效型电源，逐渐成为稳压电源未来的研发方向。

开关电源，其功能是采用现代电力电子技术控制功率开关管导通和断开的时间比例，保持稳定的电压输出的一款电源，开关电源通常由脉宽调制（PWM）控制和MOSFET组成，主要分为直流开关电源和交流开关电源，开关电源的存在可以将交流电高效地转换成稳定的直流输出，并且保护和稳定电器。

本文主要设计是一款基于移相全桥的开关电源，利用控制技术和双闭环作用后能够稳定地输出110V直流稳压。首先，本文开篇以开关电源的主电路为切入点，对输入整流电路、变换器、高频变压器和输出整流电路进行深入的研究与设计，其中选择移相ZVS PWM全桥变换器作为核心研究内容之一，通过它实现零电压开关技术，减小损耗，提升效率；其次，对控制芯片ucc3895进行了研究并完成其外部电路设计，实现电压电流双闭环控制；最后，利用仿真软件对主电路和控制电路进行瞬态参数分析和元器件的参数校正，完成输入电压、输出电压、开关管控制信号波形等参数的比较分析，确定设计达到设计要求，并借助仿真平台对上述研究成果的准确性进行验证。

关键词：开关电源 移相全桥 全桥DC/DC变换器 PWM脉宽调制 ucc3895

The Design of switching power supply Based on the phase shifting full bridge

Abstract

With the development and innovation of modern power electronic technology,the switch power technology is also made innovation and development constantly. Switching Power Supply (Switch Mode Power Supply, SMPS) has been known as highly efficient energy-saving Power Supply,which is also the development direction of regulated Power Supply in the future.

Switching power supply,which is mainly using modern power electronic technology to control the ratio of the time of switch tube opening and turn-off, is a kind of supply that can keeps the output voltage of a power supply stable. Generally,switching power supply is made of IC and MOSFET, which can be mainly divided into the dc switching power supply and communication switching power supply. And the existence of the switching power supply can convert alternating current (ac) to efficiently into the stability of the dc output and protect and stabilize the electrical appliances.

The main content of this paper is to design an efficient switching power supply based on phase-shift full bridge, which uses the control technology and double closed-loop effect to output 110 v dc voltage stability. First of all, we choose the main circuit of switching power supply as the starting point to make a deep research for the input rectifier circuit, converter, high-frequency transformer and output rectifier circuit,and select the phase-shift ZVS PWM full bridge converter as one of the main content in the research of the design, which can achieve zero voltage switching technology ,reduce the power loss and improve the system efficiency;Next,studying the control chip of ucc3895 and completing the external circuit design; Finally,we use the simulation software to analyze the transient parameters and components of the parameter calibration in the design,and make an analysis about the input voltage, output voltage, switch tube control signal waveform parameters,through that,can we be sure with the design to meet the design requirements and some simulation research is done to verify its correctness.

KEY WORDS: switching power supply;phase-shifted full-bridge;full-bridge DC/DC converter;PWM mode implementation;ucc3895

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2开关电源的发展过程 1

1.3 国内开关电源的研究现状 2

1.4 论文的主要研究内容 2

第二章 主电路的研究与设计 4

2.1 主电路框架设计 4

2.2 输入整流滤波电路的研究与选择 4

2.3 逆变电路电路的研究与选择 5

2.3.1 DC/DC变换器类型简述 5

2.3.2 移相全桥ZVS变换器的研究 8

2.3.3 高频变压器的研究 11

2.4 输出整流滤波电路的研究与选择 12

2.5 主电路的元器件计算 13

2.5.1 输入滤波电容的参数确定 13

2.5.2 开关管和整流二极管的参数确定 14

2.5.3 变压器的参数确定 15

2.5.4 隔直电容与谐振电感的参数确定 15

2.5.1 输出整流电感和输出滤波电感的参数确定 16

2.6 本章小结 17

第三章 控制电路的研究与设计 18

3.1 PWM脉宽调制技术 18

3.2 控制芯片ucc3895的研究及外部电路设计 18

3.2.1 控制芯片ucc3895的简介 18

3.2.2 基于控制芯片ucc3895的控制电路设计 20

3.2.3 控制电路的参数计算 23

3.3 本章小结 23

第四章 基于仿真软件Saber的仿真与调试 25

4.1 整体系统仿真的实现 25

4.1.1 整流滤波后的电压波动对电路的影响 28

4.1.2控制芯片对于电压波动的处理 30

4.1.3输入整流后电压为550V的波形分析 31

4.2 本章小结 33

第五章 总结和展望 34

5.1本文所做工作总结 34

5.2 进一步的研究工作 34

参考文献 35

致 谢 37

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

进入到21世纪，一个科技信息化的时代，伴随着信息化的快速发展的同时，电子信息科技蔓延至工业领域并迅速扩张。然而，在工业生产实践中，工业生产电气设备离不开电源的支持。其中，相较于线性电源，开关电源具有效率、安全、重量等多方面的优点，特别是在高频开关电源正在朝着更高效、更安全、更稳定的方向发展时，确保输出电压在高值的情况下稳定等一切优点均使得高频开关电源逐渐占据了工业电源使用的市场。开关电源的组成结构通过不同的技术特点，可以被分为功率级和控制级两大模块。前者的主要任务是利用不同的电路拓扑结构来应对不同的应用场合及要求，同时兼顾设计成本；而后者的主要任务则是根据电路电信号选择相对应的控制方式，而当今最为流行的开关电源大体以PWM脉宽调制的控制方式居多^[1-2]。

1.2开关电源的发展过程

开关电源的发展起源，最早追溯于上世纪的50年代初期，当时美国宇航局为了制造火箭，而强调要以简小轻便为要求从而使其能够作为搭载火箭的一部分，所以着手研发开关电源^[3]。在发展了近半个多世纪的历程中，开关电源凭借着简易轻便、高效稳定、节能环保等特点，逐渐从军工业上转移至其他行业，大量被采用至电子整机与设备中。同时，开关电源也正在逐步替代连续工作电源在传统技术制造业中的地位。20世纪80年代，随着计算机的飞速发展的同时，进一步地推动了开关电源的发展，开关电源化在计算机上得到了全面地实现，最先实现计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源开始转移至了工业电子、电气设备、家用电器等多领域，开关电源开始转入飞速发展时期。

在经历半个多世纪的发展更新，现代开关电源技术完成了重大的变革与创新。首先，一系列新型功率元器件的技术研发使得开关电源越来越高频化，功率器件IGBT和MOSFET的出现，对SMPS进行了优化；其次，高频开关电源的实现因软开关技术的存在看到希望，既使开关电源变得简易轻便，又使其变得更加稳定高效，与此同时，控制层面的技术发展和专用控制芯片的研发，大规模地优化了电源电路，同时升级了SMPS的动态性能，使其变得更可靠；最后，谐振电路的研发采用有效地提升了开关速度，将开关零损耗和零噪音的技术带入了开关电源领域。

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