而取代了早期采用的旋转式或机械振子式的寿命短可靠性差转换效率低的换流设备。由于变换器中的功率开关管工作在开关状态，所以由此而制成的开关电源输出的组数多极性可变效率高体积小重量轻，在当时被广泛地应用于航天及军事电子设备上。由于那时的微电子技术十分落后，不能制作出耐压高速度快功率大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。年代末，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此以后直流变换器就可以直接由市电经整流滤波后输入，不再需要有降压变压器了，从而极大地扩大了开关电源的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器开关电源，省掉了工频降压变压器，使开关电源的体积和重量大为减小。开关稳压电源才真正做到效率高体积小重量轻。年代以后，与该技术有关的高频高反压的大功率晶体管场效应管高频电容肖特基二极管高频磁芯材料等元器件也不断地被研制和生产出来，使这技术得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于计算机通信航天彩色电视等领域中，从而使无工频变压器开关电源成为各种电源中的佼佼者。目前正在克服的困难随着半导体技术和微电子技术的高速发展，集成度高功能强的大规模集成电路的不断出现，使得电子设备的体积在不断地缩小，重量在不断地减轻，所以从事这方面的研究和生产的人们对电源中的开关变压器还感到不是十分理想，他们正致力于研制出效率更高体积和重量更小的开关变压器或通过别的途径来取代它，使之能满足电子仪器和设备微小型化的要求。这就是从事开关电源研究的科技人员目前正在克服的第个困难。开关电源的效率是与开关管的变换速度成正比的，并且由于采用了开关变压器以后，才能使之由组输入得到极性大小各不相同的多组输出。要进步提高其效率，就必须提高其工作频率。但是当频率提高以后，对整个电路中的元器件又有了新的要求。例如高频电容开关管式中为变压器变比，为谐振频率，为谐振周期，为开关频率，为开关周期。现已确定开关频率。由交流电通过二极管直接得到，其值为。由于电路将工作在方式下，即高压软开关充电电源硬件设计摘要电源对于所有用电设备是必不可少的。开关电源取消了传统电源采用的笨重的工频变压器，使得电源的体积大大缩小。电源中的电力电子器件工作在开关状态，使整机效率很高。由于它具有体积小重量轻和效率高的优点，因而发展非常迅速，应用范围日益扩大。本文简要介绍了开关电源的基本结构工作原理以及其发展状况和技术的发展趋势，并对开关电源的分类和优缺点进行了阐述。本文还介绍了减小开关电源体积和开关损耗的技术软开关技术。在前面知识的基础上，本论文利用谐振开关技术设计了台给高压脉冲电容充电的高压软开关电源。在谐振开关技术中最适合给脉冲电容充电的电路是串联谐振开关电路，输出近似为恒流源或称等台阶充电，突出的优点是充电效率高且电路本身具有短路保护能力。整个装置利用实现电路的控制信号形成及电路的保护。由于采用了全数字的控制，充电的稳定度很高。装置的开关频率是，属于高频，因此使得每次开关所充的电量较小，这大大提高了充电的精度。关键词开关电源软开关充电，目录摘要第章绪论开关电源的发展状况开关电源的技术发展趋势本论文的研究目的第章开关电源原理开关电源基本工作原理开关电源的分类关电源优缺点开关电源的优点开关电源的缺点软开关技术简介硬开关与软开关软开关的分类本章小结第章高压软开关充电电源硬件设计主电路设计主要技术指标主电路选型电路的工作原理及方式主电路的各项参数控制及触发电路的设计电压电流检测的驱动的选择波的形成电路的理想波形本章小结结论致谢参考文献附录外文翻译第章绪论开关电源的发展状况开关电源属于电力电子技术，他运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，他可以满足各种用电要求。开关电源是美国用于宇宙火箭搭载电源目的而开发的。与线性电源相比开关电源具有体积小重量轻效率高的特点，被广泛用于电视机计算机自动控制装置产业机械通信装置等各个领域。特别是随着半导体技术的进步和信息产业的发展，开关电源的需求量不断扩大。随着现代半导体技术的发展，尤其是高性能的全控为串联谐振电感含变压器漏感和线路分布电感为串联谐振电容。其工作原理和具体参数将在下面给出。电路的工作原理及方式直流电压由市电经过整流得到经过逆变电路逆变为频率很高的方波交流电，此高频方波交流电在经高频变压器生压后，由二极管整流桥整流输出稳定的直流电流，向电容进行充电。设为的开关频率，为谐振频率。串联谐振变换器按大小有种工作方式方式电流连续工作，零电压开通和硬关断，开关损耗和干扰较大。因线路存在电感，断时产生的电压尖峰较高，极易损坏开关器件。现在以图的电路来分析下串联负载变换器的这三种运行方式。串联负载变换电路等效电路图串联负载变换电路及等效电路由图可知，电感和电容形成串联谐振，并与负载串联，经过谐振的电流在负载端被全波整流。输出端的滤波电容足够大，可以认为电容两端电压是没有波纹的直流电压。为了简化分析，假定谐振电路中的电阻损耗可以忽略不计，输出电压可以反射到整流桥的输入端，以表示，如果为正，，为负，。若开关导通，电流为正时流经，反之，流经二极管。与此类似，为负时，若开关导通，电流流经反之流经二极管。因此，对图来说，可有如下四种状态当时导通，导通，。当时导通，导通，。谐振槽上的电压取决于电流的方向以及哪个开关器件导通。上述方程所描述的状态可以用图所示等效电路来表示。应该注意，使用这个等效电路时应按不同的时间间隔来计算。在每种时间间隔内，要确定其出使条件，并把和看作个直流电压。在稳态对称运行时，两个开关器件的工作状态是相同的，与此相似，两个二极管的工作状态也是相同的，因此只要对半个运行周期进行分析即可知道整个周期的状态，因为另外半个周期的运行状态与此对称。经续流二极管反向，所以开关是在零电流零电压条件下自然关断的。连续导通这种运行状态与以前讨论的连续导通状态有所不同，当时，电流也是连续的，开关的关断是强迫关断，开通具有零电流和零电压条件。图电流连续图示出了时的电路波形。由图可知，开关在零电流条件下与处开通，且开始反向。在处，震荡电流未达到零之前，开关被强迫关断，正向电流被迫经二极管流通。此时加在谐振槽的电压为较大的负电压，所以流经二极管的电流很快在处减小为零。此后，电流反向，当二极管开始反向导通时，开关立即开通。开关关断之后，二极管导通。开关和二极管的导通时间为开关频率的半个周期，此半个周期小于谐振频率的半个周期。三种方式中，方式在绝缘栅双极晶体管开通和关断时损耗都最小，被选作恒流充电电源的工作方式，其工作时谐振电流波形见图。忽略图放电保护电路的影响，设为电容电压折算至变压器原边的电压，则理想情况输入电压恒定，变压器及半导体器件为理想器件下在期间在期间充电电流平均值由上式可见，在谐振参数和输入电压定时，充电电流与开关频率成正比。开关频率恒定，则充电电流恒定。充电电流与负载电压无关，因而具有较强的抗负载短路能力。图谐振电感电流波形主电路的各项参数谐振参数充电电路的系统结构见图。图系统结构图图中为放电保护电路为串联谐振电感含变压器漏感和线路分布电感为串联谐振电容。因，负载电容的影响可忽略不计。故有此串联谐振电路的开关频率由电路中的开关器件来控制，它可以比谐振频率低，也可以比谐振频率高。根据和的不同比值，电流有连续和不连续之分，起运行状态可分为下面的三种情况。断续导通应用谐振方程可计算出电流和电压的稳态波形，如图所示。在时刻，开关开通，电感电流从零开始建立，电容电压的初始值为，电流和电压在各区间的等效电路示于图中。在时刻，滞后，电感电流开始反向。因为开关尚未开通，电流只能流经二极管，向电源回馈能量。在之后的度内，峰值电流较小。当达到零之后，如果电路中开关器件未开通，电流直为零。由于电路中电流电压是对称运行的，在断续期间，电容电压等于，相对于为负值。因为，以电流成为断续状态在时刻，开关开通，下半周开始工作，其电流电压波形前相同，但极性相反。电路的开关频率可从两次开通为个周期来计算。由图可知，开关频率小于谐振频率的半，也就是说个开关周期内，谐振电流已震荡两次，另外还有两段停止工作时间。开关频率的半个周期超过了谐振电流的，所以，被整流的电感电流等于输出直流电流，负载电压为。图电流断续运行连续导通图为