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1、河北大学工商学院 2013 届本科毕业生论文（设计）移相全桥零电压开关 PWM 设计实现摘 要移相全桥电路具有结构简单、易于恒频控制和高频化,通过变压器的漏感和功率开关器件的寄生电容构成谐振电路,使开关器件的应力减小、开关损耗减小等优点,被广泛应用于中大功率场合。近年来随着微处理器技术的发展，各种微控制器和数字信号处理器性能价格比的不断提高，采用数字控制已经成为大中功率开关电源的发展趋势。相对于用实现的模拟控制，数字控制有许多的优点。本文的设计采用 TI 公司的高速数字信号处理器 TMS320F28027 系列的 DSP 作为控制器。该模块通过采样移相全桥零电压 DC-DC 变换器的输出电压、
2、输入电压及输出电流，通过实时计算得出移相 PWM 信号，然后经过驱动电路驱动移相全桥零电压 DC-DC 变换器的四个开关管来达到控制目的。实验表明这种控制策略是可行的，且控制模块可以很好的实现提出的控制策略。关键词：移相全桥；零电压；DSP河北大学工商学院 2013 届本科毕业生论文（设计）Phase-shifted Full-bridge Zero-voltage Switching PWM Design and ImplementationABSTRACTPhase-shifted full-bridge circuit has the advantages of simple struc
3、ture, easy to constant frequency control and high-frequency resonant circuit constituted by the leakage inductance of the transformer and the parasitic capacitance of the power switching devices, to reduce the stress of the switching devices, switching loss is reduced,which widely used in high-power
4、 occasion. In recent years, with the development of microprocessor technology, a variety of microcontrollers and digital signal processor cost performance continues to improve, the use of digital control has become the development trend of the large and medium-sized power switching power supply. Rel
5、ative to achieve analog control, digital control has many advantages. The design uses DSP ,the TI company TMS320F28027 series of high-speed digital signal processor, as the controller. The module through the sampling phase-shifted full-bridge zero-voltage DC-DC converter output voltage, input voltag
6、e and output current, obtained through real-time calculation of phase-shifted PWM signal phase-shifted full-bridge zero-voltage DC-DC conversion, and then after the drive circuit the four switch control purposes. The experiments show that this control strategy is feasible, and the control module can
7、 achieve the proposed control strategy.Key words: phase-shifted full-bridge；zero-voltage；DSP河北大学工商学院 2013 届本科毕业生论文（设计）目 录1 引言.11.1 移相全桥软开关研究背景及现状.11.2 本文要做的工作.12 移相全桥电路的工作原理.2 2.1 电路工作状态及特点 .22.2 电路的运行模式分析 .32.2.1 工作过程分析 .32.3 软开关实现的条件 .73 DSP 结构功能.93.1 DSP 适合于数字信号处理的特点.93.2 TMS320 系列 DSP 概况.93.3 TM
8、S320F2802x 芯片特点.93.4 CCSv5 平台.113.5 利用 CCSv5.1 导入已有工程 .123.6 利用 CCSv5.1 调试工程 .134 系统程序设计实现.144.1 PWM 的产生原理.144.2 主程序的流程图 .144.3 程序设计 .174.4 最终实现的波形图 .17河北大学工商学院 2013 届本科毕业生论文（设计）5 总结.22参考文献.23致谢.24河北大学工商学院 2013 届本科毕业生论文（设计）11 引言1.1 移相全桥软开关研究背景及现状1随着电力电子技术的飞速发展，电子设备与人们的关系越来越密切，可靠的电子设备都离不开可靠的电源。进入 20
9、世纪 90 年代以后，开关电源相继进入了电子、电气设备等领域，通信电源、电子检测电源等都已经广泛采用开关源，从而在很大程度上对开关电源的技术的发展起到了很好的推动作用。开关电源是采用电力电子技术，通过控制开关管的通断，来达到变换输入和输出能量关系的一种电源。软开关技术是 20 世纪 80 年代初由李泽元教授直接提出的，并应用于 DC-DC 变换中，由于它具有减少变换器的开关损耗，降低电磁干扰等特点，所以在各种电力电子变换器中得到了广泛的应用。全桥变换电路拓扑是 DC-DC 变换器中比较常见的拓扑之一，在中大功率场合中得到广泛应用。全桥拓扑电路的主要优点在于开关器件可以承受的电压和电流的应力较小
10、，高频变压器的变换效率较高，开关频率固定等。全桥拓扑电路根据其输入的方式可以分为电压型和电流型这两种，其中电压型 DC-DC 全桥拓扑是在 Buck 的基础上衍生出来的，因此也成为全桥 Buck 变换器。移相全桥电路的移相控制方式的实质上是谐振变换技术和 PWM 变换技术的结合，利用功率开关管上的寄生电容和高频变压器的漏感作为谐振元件，实现移相全桥电路的四个功率开关管在零电压情况下开通，实现了恒频软开关技术。移相全桥软开关变换电路是通过控制两桥臂对角开关管驱动脉冲的移相角度，来调节输出电压的大小。两桥臂的对角开关管驱动脉冲相差一个移相角，同一桥臂上下开关管成 180 度互补导通并且没有死区。利
11、用功率开关管上的寄生电容和高频变压器的漏感来实现谐振，以错过在大电压和大电流下的硬开关状态，有效克服了在感性关断下的电压尖峰和容性开通时的电流尖峰。因此在大功率变换场合，移相全桥软开关变换器得到了广泛应用。1.2 本文要做的工作1）本文首先对移相全桥 ZVS 变换器的拓扑结构、工作原理等电路性能进行了系统的分析，得出了移相全桥 ZVS 变换器电路的独特优点。并分析了移相全桥 ZVS 变换器实现PWM 控制的各种控制策略。2)控制电路的设计采用 TI 公司的高性能数字信号处理器 TMS320F28027 系列 DSP 作为控制器,通过软件编程来实现而提出的控制策略，并和一些数字逻辑电路一起产生移
12、相全桥变换器的移相 PWM 控制电路。河北大学工商学院 2013 届本科毕业生论文（设计）22 移相全桥电路的工作原理2 移相全桥零电压开关 PWM 电路原理图如图 2-1 所示。为输入直流电压。为iV41 SS功率 MOSFET，并联的二极管为 MOSFET 内部寄生二极管，为 MOSFET 的输出结电41 CC容。为谐振电感。变压器输出采用全桥整流，经 滤波输出直流电压 。为输rLLC0VLR出负载。图 2-1 移相全桥电路原理图2.1 电路工作状态及特点1）同硬开关全桥电路相比，仅增加了一个谐振电感，就使四个开关均为零电压开通。2）变换器工作在恒频 PWM 调制方式。3）每个开关管的导通
13、占空比为小于但接近 50%，固定不变。为了防止直通，同一个桥臂的两个开关管互补导通。同时设置了一定安全范围的死区，即同时处于关断状态的时间间隔。4）互为对角的两对开关管和，的波形比超前 时间，而 41SS 32SS 1S4S20ST的波形比 超前 时间，因此称和为超前桥臂，而称和为滞后桥臂。2S3S20ST1S2S3S4S5）开关管、的驱动波形相位是固定不变的，开关管、的驱动波形相位是3S4S1S2S可调的。变换器通过调节超前桥臂 的驱动波形相位，即调节有效占空比，来控制21 SS变换器的输出电压。河北大学工商学院 2013 届本科毕业生论文（设计）36）有开关管或同时导通时，变压器才向副边输送功率。其余时间段电41SS 32SS 路处在续流或关断状态。2.2 电路的运行模式分析分析时假设：1) 所有功率 MOSFET 开关管均为理想，忽略正向压降及开关时间；2) 四个开关管的输出电容相等，即=, 1，2，3，4，为常数；iCSCiSC3) 忽略变压器绕组及线路中的寄生电阻。2.2.1 工作过程分析时段：与导通，电容( =2,3)被输入电源充电。变压器原边电压 10 tt1S4Si
