上世紀60年代開始起步的PWM功率變換技術出現了很大的發展，但由于其通常采用調頻穩壓控制方式，使得軟開關的范圍受到限制，且其設計復雜，不利于輸出濾波器的優化設計。本文介紹了由UC3875構成的相移式PWM 控制器的工作原理，并在此基礎之上進一步設計了由UC3875構成的全橋移相零電壓開關（ZVS）PWM 開關電源。該電路能以隔離方式驅動功率MOSFET，從而提高了電路的穩定性；由于采用了ZVS 技術使電路在高頻情況下能夠大大減小開關損耗，提高了整個電路的工作效率。

　　闡述了零電壓開關技術（ZVS）在移相全橋變換器電路中的應用。分析了電路原理和各工作模態，著重分析了開關管的零電壓開通和關斷的過程實現條件，并且提出了相關的應用領域和今后的發展方向。本文選擇了全橋移相控制ZVS-PWM諧振電路拓撲，闡述了零電壓開關技術（ZVS）在移相全橋變換器電路中的應用。分析了電路原理和各工作模態。

　　關鍵詞：零電壓開關技術、全橋移相控制、諧振變換器

　　第一章 引言

　　1.1開關電源簡介

　　開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。開關電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關電源，這一點稱為成本反轉點。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣闊的發展空間。

　　開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產品的小型化、輕便化。另外開關電源的發展與應用在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義。

　　開關電源中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。

　　SCR在開關電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應用，GTR驅動困難，開關頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET取代。

　　開關電源的三個條件

　　1、開關：電力電子器件工作在開關狀態而不是線性狀態

　　2、高頻：電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻

　　3、直流：開關電源輸出的是直流而不是交流

　　人們在開關電源技術領域是邊開發相關電力電子器件，邊開發開關變頻技術，兩者相互促進推動著開關電源每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。以下分別對兩類開關電源的結構和特性作以闡述。

　　1.2開關電源的發展動向

　　開關電源在發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體材料上加大科技創新，以提高在高頻率和較大磁通密度下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源的工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產品的可靠性大大提高。

　　模塊化是開關電源發展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統，可以設計成N＋1冗余電源系統，并實現并聯方式的容量擴展。針對開關電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉換電路技術，在理論上即可實現高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這一領域開展大量的工作，以使得該項技術得以實用化。

　　電力電子技術的不斷創新，使開關電源產業有著廣闊的發展前景。要加快我國開關電源產業的發展速度，就必須走技術創新之路，走出有中國特色的產學研聯合發展之路，為我國國民經濟的高速發展做出貢獻。

　　1.3本設計的主要內容

　　利用相移脈寬調制零電壓諧振技術和相移脈寬調制諧振控制器UC3875的性能及在其在功率變換中的應用。采用UC3875 設計全橋零電壓軟開關功率變換電路，控制電路簡單，性能穩定可靠，效率達90%。

　　本文第二、三、四章介紹了相關電力電子期間，整流、逆變電路基礎知識，UC3875的特性以及PWM控制技術。第五章系統的闡述了本設計的全部內容，重點介紹了ZVS逆變電路的各個狀態的工作模式，系統的分析了UC3875控制電路設計原理，并對電壓檢測反饋電路和過電流保護進行了設計和分析，使電路的穩定性和安全性進一步提高。

　　第二章 相關電力電子器件介紹

　　在電氣設備或電力系統中，直接承擔電能的變換或控制任務的電路被稱為主電路。電力電子器件是指可直接用于處理電能的主電路中，實現電能的變換或控制的電子器件。同我們在學習電子技術基礎時廣泛接觸的處理信息的電子器件一樣，廣義上電力電子器件可分為電真空器件和半導體器件兩類。但是，自20世紀50年代以來，除了在頻率很高（如微波）的大功率高頻電源中還在使用真空管外，基于半導體材料的電力電子器件已逐步取代了以前的汞弧整流器、閘流管等電真空器件，成為電能變換和控制領域的絕對主力。因此，電力電子器件目前也往往專指電力半導體器件。與普通半導體器件一樣，目前電力半導體器件所采用的主要材料仍然是硅。

　　2.1 二極管

　　將PN結用外殼封裝起來，并加上電極引線就構成了半導體二極管，簡稱二極管。由P區引出的電極為陽極，由N區引出的電極為陰極。與PN結一樣，二極管具有單向導電性。但是，由于二極管存在半導體體電阻和引線電阻，所以當外加正向電壓時，在電流相同的情況下，二極管的端電壓大于PN結上的壓降；或者說，在外加正向電壓相同的情況下，二極管的正向電流要小于PN結的電流；在大電流情況下，這種情況更為明顯。另外，由于二極管表面漏電流的存在，使外加反向電壓時的電流增大。

　　實測二極管的伏安特性時發現，只有在正向電壓足夠大時，正向電流才從零隋端電壓按指數規律增大。使二極管開始導通的臨界電壓稱為開啟電壓UON。當二極管所加反向電壓的數值足夠大時，反向電流為Is。反向電壓太大將使二極管擊穿，不同型號二極管的擊穿電壓差別很大，從幾十伏到幾千伏。

　　穩壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩壓管。穩壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內（或者說在一定的功率損耗范圍內），端電壓幾乎不變，表現出穩壓特性，因而廣泛用于穩壓電源與限幅電路之中。

　　穩壓管有著與普通二極管相似的伏安特性，其正向特性為指數曲線。當穩壓管外加反向電壓的數值大到一定程度時則擊穿，擊穿區的曲線很陡，幾乎平行于縱軸，表現出很好的穩壓特性。只要控制 流不超過一定值，管子就不會因為過熱而損壞。穩壓管的符號如圖2.1所示。