摘 要

在日常生活和工业生产当中，开关电源是一种常用的电能转换装置，它的核心组成部分是DC-DC变换器。随着技术的发展，传统的硬开关技术由于损耗大、不能适应高频化的工作环境等原因已逐渐退出市场。而软开关的出现则很好地解决了这一问题，并且已经在开关电源中得到了广泛应用，尤其是在一些中大功率的实际场合，我们能越来越多的看到软开关的身影。而在软开关领域的研究内容中，LLC串联谐振全桥变换器又是其中的新的热点，成为诸多工程师的研究对象。它能有效改善传统移相全桥PWM电路的缺点。因此本文在串联谐振和全桥移相的理论基础下，设计基于STM32的LLC串联谐振全桥开关电源。下面是本次设计的主要研究内容：

研究LLC 串联谐振全桥移相开关电源的工作原理，分析硬件电路的拓扑结构并进行比较，利用谐振原理进行谐振参数计算，分析主开关管实现零电压开关ZVS的条件，同时确定了变换器的稳态工作区域，在此基础上再进行开关管驱动电路、死区发波电路和功率电路的设计。并对设计内容进行仿真和验证。

关键词：全桥移相；串联谐振；开关电源

Abstract

In daily life and industrial production, switching power supply is a commonly used power conversion device, its core component is DC-DC converter. With the development of technology, the traditional hard switch technology has gradually withdrawn from the market due to the large loss, unable to adapt to the high-frequency working environment and other reasons. The emergence of soft switch solves this problem well, and has been widely used in switching power supply, especially in some medium and high power practical occasions, we can see more and more soft switches. In the field of soft switching, LLC series resonant full bridge converter is a new hotspot, which has become the research object of many engineers. It can effectively improve the shortcomings of the traditional phase shifted full bridge PWM circuit. Therefore, based on the theory of series resonance and full bridge phase-shifting, this paper designs the LLC series resonant full bridge switching power supply based on STM32. The following is the main research content of this design:

Research LLC The working principle of the series resonant full bridge phase-shift switching power supply, the topological structure of the hardware circuit are analyzed and compared. The resonant parameters are calculated by using the resonant principle. The conditions of ZVS realized by the main switch are analyzed. The steady-state working area of the converter is determined. On this basis, the design of the driving circuit, the dead band wave generating circuit and the power circuit of the switch are carried out. The design content is simulated and verified.

Keywords: Full bridge phase shifting; Series resonance; Switching power supply

目 录

第1章 绪论 1

第2章 系统分析 3

2.1 STM32芯片 3

2.2 LLC 串联谐振全桥 DC/DC 变换器的基本原理 6

2.3 电路的工作原理 7

2.3.1变换器在≤时的工作情况 7

2.3.2变换器在lt;lt;时的工作情况 7

2.3.3变换器在=时的工作情况 10

2.3.4变换器在gt;时的工作情况 11

第3章 硬件设计 13

3.1 电路谐振参数计算 14

3.2 主电路设计 17

3.3 死区电路设计 19

3.4 驱动电路设计 20

第4章 软件设计 21

4.1 GPIO程序设计 21

4.2 TIM程序设计 22

第5章 仿真结果 25

第6章 结果与总结 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

电子电力系统在我们日常生活和工业生产中有着重要的作用，而电源则是其中最不可或缺的一部分，与电子设备系统的性能直接挂钩，电源的重要性也因此凸显出来。基于如今电子设备越来越朝着小型化、高速化及低成本的方向发展，电源技术需要得到进一步的提升。而在这之中的开关电源有着轻型化、小型化和高效率的优点，在各种电子设备当中都能看到开关电源的身影。

在科学技术日益发展的今天 ,开关电源的精度变得更高，适用频率也在提升，也变得越来越智能化和数字化。在大功率的应用场景下，全桥变换器拓扑结构中场效应晶体管（FET）开关的数量较多，全桥变换器以其高功率处理能力得到了最广泛的应用。全桥变换器中FET器件的开关方式直接影响到系统的平稳运行和系统效率。在传统的全桥变换器操作中，对四个开关的门的脉冲宽度调制（PWM）控制信号在有或无死区的情况下一次转动对角对开关。这种方法被称为硬开关，导致电路模块内的高开关损耗，降低系统效率。在有死区的情况下，四个开关都会在短时间内处于断开状态，负载电流通过整流二极管释放，从而产生能量。

根据其自身的发展历程，软开关电路可以分为准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。只需要掌握开关电路的基本原理，这三种不同的软开关电路都可以用于升压或者降压，然后在开关过程前后引入谐振，并加入谐振电感和谐振电容形成谐振网络，这样开关条件就能得到改善。软开关在降低开关损耗和开关噪声方面有着显著优势，也被称为谐振开关。现如今，随着科学技术的飞速发展，电力电子装置更加趋向于轻量化、小型化和高频化，因此我们需要研究能适应不同环境的开关电源。