摘 要

随着物联网和人工智能等现代化新兴电子技术的迅速发展，以及计算机技术和电力电子技术的广泛应用，其对开关电源的要求越来越高，现在开关电源向着小型化、大功率、智能化、高频化的方向进行发展，小型化则是体积要小、重量要轻，尤其是开关电源的体积和重量是由变压器的大小来决定的，因此一个设计开关电源的重要部分就是高频变压器的研究设计。同时，为了寻求解决开关电源高线率低噪声低发热的问题，当前国内通常使用软开关技术来解决，因此软开关技术在开关电源中也得到了越来越广泛的应用。鉴于开关电源的这些问题，本论文设计了一种基于STM32的全桥移相开关电源。

本论文首先介绍了数控开关电源的发展背景、国内外研究现状以及课题研究的意义。随后对于全桥移相DC/DC变换器的工作原理与关键问题进行了详细的分析，并根据具体的电源设计要求，对变换器的相关参数选型进行了研究，并对整体方案进行了设计。接下来对于全桥移相开关电源的硬件电路进行了设计，并根据开关电源的硬件电路图，完成了对STM32单片机软件部分的相关设计。

本论文通过使用proteus仿真软件进行仿真，对整个系统进行了相关测试及数据分析。

关键词：STM32；DC/DC变换器；全桥移相；软开关电源

Abstract

With the rapid development of modern and emerging electronic technologies such as the Internet of Things and artificial intelligence, as well as the wide application of computer technology and power electronic technology, its requirements for switching power supplies are getting higher and higher. Now switching power supplies are moving towards miniaturization, high power, intelligence, The direction of high frequency is developed. Miniaturization means smaller size and lighter weight. Especially the volume and weight of the switching power supply are determined by the size of the transformer. Therefore, an important part of the design of a switching power supply is the high-frequency transformer. Research design. At the same time, in order to solve the problem of high line ratio, low noise and low heat of switch power supply, soft switch technology is widely used in China at present, and its application in power supply is becoming more and more extensive. Aiming at these problems of switching power supply, this paper designs a full bridge phase-shifting switching power supply based on STM32.

This paper first introduces the development background of the full-bridge phase-shifting switching power supply, the research status at home and abroad, and the significance of the subject research. Then for the full bridge phase shift DC/DC converter working principle and key issues are analyzed in detail, and according to the specific power design requirements, the relevant parameters of the converter selection was studied, and the overall scheme was designed. Next, the hardware circuit of the full-bridge phase-shifting switch power supply is designed, and according to the hardware circuit diagram of the switch power supply, the relevant design of the software part of STM32 is completed.

In this paper, the proteus simulation software is used to carry out the simulation, and relevant tests and data analysis are carried out on the whole system.

Key Words：STM32;DC/DC converter; full-bridge phase-shift; Soft Switching Power Supply

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1本设计的背景及意义 1

1.2国内外开关电源的研究现状 1

1.3本设计主要研究内容 3

第2章 全桥移相开关电源方案设计与基本原理 5

2.1全桥移相开关电源方案设计 5

2.2电源主电路的选择 6

2.2.1 DC/DC 变换器逆变电路结构选择 6

2.2.2 DC/DC 变换器次级整流电路结构选择 9

2.2.3 DC/DC变换器的控制方式选择 11

2.3 电源软开关技术 13

2.4本章小结 14

第3章 全桥移相开关电源的主电路研究 15

3.1全桥移相开关电源的主电路组成和工作原理 15

3.2 全桥移相开关电源存在的问题 21

3.2.1 滞后桥臂ZVS实现条件分析 21

3.2.2 副边占空比丢失问题分析 21

3.3 本章小结 21

第4章 全桥移相开关电源的硬件电路设计 22

4.1 全桥移相开关电源硬件电路整体结构设计 22

4.2全桥移相开关电源主电路设计 22

4.2.1 高频变压器的设计 23

4.2.2 IGBT开关管的选择 24

4.2.3 电容电感的选择 24

4.2.4 次级滤波电路的选择 25

4.3全桥移相开关电源AC/DC电路设计 26

4.4全桥移相开关电源控制电路设计 27

4.5全桥移相开关电源辅助电源电路设计 28

4.6全桥移相开关电源PWM驱动电路设计 29

4.7全桥移相开关电源采样电路设计 30

4.8本章小结 30

第5章 全桥移相开关电源的软件设计 31

5.1全桥移相开关电源软件总体结构及开发环境 31

5.2全桥移相开关电源PWM中断子程序设计 33

5.3全桥移相开关电源LCD1602子程序设计 33

5.4本章小结 34

第6章 全桥移相开关电源的仿真及测试 35

6.1 全桥移相开关电源仿真 35

6.2本章小结 39

第7章 总结与展望 40

7.1设计总结 40

7.2研究的展望 40

参考文献 41

致谢 42

第1章 绪论

1.1本设计的背景及意义

在过去的几十年中，随着软开关电源技术的发展，软开关电源在包括且不限于医疗、工业、军事、教学、科学等领域得到了广泛的应用，随着物联网、人工智能等新兴技术的发展，软开关电源在各种应用中发挥着至关重要的作用。与此同时，对电源的要求也越来越高。近年来，开关电源向着高频低噪、低成本、小型轻量、高功率密度、智能化控制的方向进行发展，广泛应用于航天设备、办公设备、计算机、家用电器和通信设备等方面，逐渐取代了线性稳压电源。

随着开关电源的发展，开关电源的电路拓扑结构和控制技术变得越来越复杂和多样化，传统的模拟电源已经无法满足新兴技术的应用需求，但能够实现智能化控制的数控开关电源就能够满足这些需求，其能高效合理的应用到各个领域。同时，半导体技术和集成电路设计技术正在逐渐发展，芯片的性能和频率越来越高，而尺寸和功耗越来越小，软开关电源成本高的问题得到了有效解决，软开关电源也迎来了快速发展时期。

软开关电源主要应用在要求高响应速度、高效率、高精度的各个系统中，并且能够基于不同的工作需求对开关电源进行编程，以实现最佳控制。同时，过流电压保护、远程控制等功能也能够通过编程实现，节省了复杂冗余的逻辑电路。此外，数控电源也可以实时修改参数，并且使用适当的算法还可以弥补一些由于设备的温度漂移和零漂移导致的一些问题，实现电源系统优化。如果模拟电源要实现相同的效果，则必须使用复杂的电路，甚至某些功能也无法通过模拟电路实现。因此，在这些复杂的系统中，数控电源具有更多的优势。