【毕业论文】BUCK_ZCS_PWM主电路设计与仿真.doc

摘 要 电源是各类电子设备的重要组成部分，没有一部高质量的电源，难以保证电子设备的正常工作。由于高频开关电源在重量、体积和效率等方面是线性电源无可比拟的，因此在许多领域中得到广泛应用。 那么开关电源在工作的过程中，开关工作要么闭合，要么断开，单从开关的两个稳定状态看几乎没有损耗。但是实际情况并非如此。在开关状态转换期间，开关上的电压和通过的电流都将发生变化，开关上将出现电压和电流重叠的现象，因而会产生很高的瞬态功率损耗。像这样无条件地直接触发开关器件使其导通或者关断的工作方式，叫做“硬开关”工作方式。如果开关的工作频率很高，那么这种硬开关方式所产生的损耗就会相当可观，导致变换器的效率严重下降。因此硬开关状态称为制约开关电源工作频率提高的技术障碍之一。 任何种类的开关，计时工作时间再短，由通态转变到断态，或由断态转换到通态都需要时间，由电力电子器件实现的电子开关也不例外。开关损耗是一种可观存在，而且随着工作频率的提高，它将变成电能变换过程中功率损失的主要因素，严重影响开关电源的工作效率。 为了降低发生在“硬开关”上的损耗，人么年先后提出了各种“软开关”技术方案。所谓“软开关”就是让电子开关在状态转换期间尽量避免出现电压和电流的重叠现象，重叠程度越小，则开关就越软，如果没有重叠就称之为“零开关”。 本课程设计就Buck变换器增设辅助开关，主电路中引入谐振元件实现“零开关”工作状态。在主、辅开关工作开通及关断时实现电流为零的“零电流软开关”技术。旨在降低开关损耗，降低电力电子开关器件发热，提高变换器工作效率。 关键字：开关电源，ZCS-PWM BUCK，效率 目录 1 ZCS-PWM BUCK变换器主电路结构 1 1.1 BUCK变换器电路简介 1 1.2 ZCS-PWM BUCK变换器电路结构介绍 5 2 ZCS-PWM BUCK变换器电路参数计算 9 2.1 主电路参数计算 9 2.2 辅助元件参数计算 11 3变换器电路在P-SPICE软件下仿真波形 12 3.1 主电路仿真波形 12 3.1.1电流临界波形 13 3.1.2电流连续波形 14 3.1.3电流断续波形 15 3.1.4输出电压波动与电感电容的关系 16 3.1.5输出电压波动与开关频率的关系 17 3.1.6电路各部分损耗分析 18 3.2零电流软开关仿真波形及功耗分析 19 参考文献 23 1 ZCS-PWM BUCK主电路结构 1.1 BUCK电路简介 BUCK型变换器是一种单开关非隔离变换器，其电路组成如图1-1所示，它由一个电子开关S，二极管D，电感L，电容C和一个基本负载R构成。如果让开关S周期性导通、关断，对输入电压进行斩波，在二极管的两端可以得到一连串方波电压VA，。经过串联电感滤波电路的滤波，在输出端就可以得到平稳的输出电压VO了。控制开关S开通和断开的比例，就可以控制输出电压VO的高低了。 占空比定义： 为了叙述和分析问题方便，设开关的闭合导通时间为Ton，断开的时间为Toff，开关的周期为Ts，我们用占空比D来描述开关S接通的时间和工作周期的比例关系，占空比D定义为： (1.1) 其中Ts是开关的动作周期，(Ts=Ton+Toff)。 1 电感电流连续时的情况： 1)电感电流连续下的电压增益M 开关闭合式电感电流增加，得到开关闭合时的原始微分方程： (1.2) 考虑初始条件iLo≠0，可以解出电感电流的表达式： (1.3) 当t=Ton时电感电流有最大增量ΔiLp=iL(Ton)-iLo: (1.4) 当开关断开时，电感电流将下降。开关断开时的原始微分方程式： (1.5) 由此不难得出开关断开期间电感电流的的(负)增量ΔiLm： (1.6) 由电感电流的连续性可知稳态工作时一个周期内电感电流的净波动量应为零(否则就不是稳态)。所以由式(1.4)(1.6)必有ΔiLp+ΔiLp=0,。即有如下等式： (1.7) 消去L，并注意到Ton=DTs和Toff=Ts-Ton=(1-D)Ts，可以得到输入电压Vi、输出电压Vo和占空比D三者的关系式如下： Vo=ViD (1.8) 按照通常习惯用Vo/Vi表示电路关于输入电压到输出电压的变换