【自动化】开题报告小功率开关电源

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）目前我国通信、信息、家电和国防等领域的电源普遍采用高频开关电源，相控电源将逐渐被淘汰。国内开关电源技术的发展，基本上起源于20世纪70年代末和80年代初。当时引进的开关电源技术，在高等院校和一些科研院所停留在实验开发和教学阶段。20世纪80年代中期开关电源产品开始推广和应用。20世纪80年代开关电源的特点是采用20KHZ脉宽调制（PWM）技术，效率可达6570。经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使小型开关电源的工作频率达到400KHZAC/DC或1MHZDC/DC软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率（国产6KW通信开关电源采用软开关技术，效率可达93）；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效率。新型磁性材料和新型变压器的开发、新型电容器和EMI滤波器技术的进步以及专用集成控制芯片的研制成功，使开关电源实现了小型化，并提高了EMC性能。微处理器监控技术的应用，提高了电源的可靠性，也适应了市场对其智能化的要求。新型半导体器件的发展是开关电源技术进步的龙头。目前正在研究高性能的碳化硅半导体器件，一旦开发成功，对电源技术的影响将是革命性的。此外，平面变压器、压电变压器及新型电容器等元器件的发展，也将对电源技术的发展起到重要作用。另外，集成化是开关电源的一个重要发展方向。通过控制电路的集成、驱动电路的集成以及保护电路的集成，最后达到整机的集成化生产。集成化和模块化减少了外部连线和焊接，提高了设备的可靠性，缩小了电源的体积，减轻了重量。总之，回顾开关电源技术的发展过程，可以看到，高效率、小型化、集成化、智能化以及高可靠性是大势所趋，也是今后的发展方向，因此高频开关电源的发展很具研究意义在开关电源领域，我国的民族产业在国内一直占有举足轻重的地位。在开关电源应用的起步阶段，很多生产厂家采取的都是小作坊的生产模式。经过20余年的不懈努力，逐步向大规模生产转化，产品也从单一品种走向系列化。现在，我国已形成一批上亿元甚至10亿元以上产值的电源企业，有些产品已进入国际市场。这是我国开关电源技术不断成熟的表现。从技术上看，几十年来推动开关电源性能和技术水平不断提高的主要标志如下所述新型高频功率半导体器件的开发使实现开关电源高频化有了可能，功率MOSFET和IGBT已完全可以取代功率晶体管和晶闸管，从而使中小型开关电源工作频率可以达到400KHZACDC和1MHZDCDC的水平。超快恢复功率极管，MOSFET同步整流技术的开发也使高效低电压输出例如3V开关电源的研制有了可能。现在正在探索研制耐高温的高性能炭化硅功率半导体器件。软开关技术使高频率开关变换器的实现有了可能，PWM开关电源按硬开关模式工作开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠，因而开关损耗大。开关电源高频化可以缩减体积重量，但开关损耗却更大了功率与频率成正比。为此必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压开关ZVS/零电流开关ZCS技术，或称软开关技术。小功率软开关电源效率可以提高到8085。70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础，以后新的软开关技术不断涌现，如准谐振80年代中，全桥ZVSPWM、恒频ZVSPWM/ZCSPWM80年代末、ZVSPWM有源钳位；ZVTPWM/ZVCTPWM90年代初；全桥移相ZVZCSPWM90年代中等，我国己将最新软开关技术应用于6KW通信电源中，效率达93。例如电流型控制及多环控制，电荷控制，一周期控制，功率因数控制，DSP控制及相应专用集成控制芯片的研制成功等，使开关电源动态性能有很大提高，电路也大幅度简化。有源功率因数校正技术APFC开发，提高了ACDC开关电源功率因数。由于输入端有整流电容组件，ACDC开关电源及一大类整流电源供电的电子设备如逆变器，UPS等的电网侧功率因数仅为065。80年代用APFC技术后可以提高到095099。既治理了电网的谐波“污染”，又提高了开关电源的整体效率。磁性组件新型材料和新型变压器的开发，例如集成磁路，平面型磁心，超薄型LOWPROFILE变压器。新型变压器如压电式，无磁心印制电路PCB变压器等，使开关电源的尺寸重量都可减少许多。新型电容器和EMI滤波器技木的进步，使开关电源小型化并提高了EMC性能。微处理器监控和开关电源系统内部通信技术的应用，提高了电源系统的可靠性。90年代末又提出了新型开关电源的研制开发，这也是新世纪开关电源的远景。如用一级ACDC开关变换器实现稳压或稳流，并具有功率因数校正功能，称为单管单级SINGLESWITCHSINGLESTAGE或4S高功率因数ACDC开关变换器；输出1V,50A的低电压大电流DCDC变换器，又称电压调节模块VRM，以适应下一代超快速微处理器供电的需求。2、基本内容和技术方案设计的基本内容深入了解正激变换电路的工作原理及其特点，设计出电路所用的高频变压器，根据要求对电路主要元件的参数进行计算，设计出主电路的驱动电路，并且对电路进行SIMULINK仿真本设计主要研究以下内容（1）了解开关电源的工作原理。（2）根据设计要求，选择设计出合适的主电路。（3）根据设计要求，选择设计出合适的驱动电路。（4）计算各主要元件的参数值。（5）使用MATLAB下的SIMULINK软件对电路进行仿真。设计技术方案本论文主要研究的是小功率开关电源，课题重点研究主电路拓扑，控制电路以及滤波电路，通过MATLAB仿真验证设计是否能达到设计要求。本设计采用的是正激变换电路，电路设计主要分为三个部分正激变换电路，控制电路以及滤波电路。正激电路主要完成变压以及电气隔离，控制电路主要输出满足要求的占空比可变的PWM波输出给开关管，滤波电路主要是抑制输出波形的纹波，其主电路电路框图模块图如下图1所示图1主电路电路框图本文通过理论分析、仿真分析，对小功率电源进行深入的研究分析，掌握其工作原理，研究主电路参数及控制电路对其工作状况的影响，旨在为其他学者小功率电源的研究提供参考。交流输入PWM控制电路整流滤波高频开关元件高频变压器输出整流直流输出3、进度安排第1周查阅相关资料，分析开关电源的工作原理第2周初步确定方案，完成开题报告第3周确定最终方案，比较并确定最终方案第4周完成英文文献的翻译工作第5周做中期报告，学习相关学术论文第6周选择主电路拓扑，完成主电路设计第7周完成设计高频变压器的设计第8周完成相关参数的选型并就结果做出分析论证第9周完成控制电路的设计第10周利用MTALB/SIMULINK完成电路的仿真第11周调试仿真电路第12周根据仿真结果，进一步对电路进行修改第13周撰写论文第14周交与指导老师验收认证工作第15周论文装订、评阅第16周论文答辩4、参考文献1王兆安主编电力电子技术M第四版北京机械工业出版社,20032郝万新主编电力电子技术M北京化学工业出版社,20023胡同50W高频开关电源的优化设计D成都电子科技大学2007年4袁臣虎开关电源DC/DC变换器电路参数及新拓扑研究D天津天津大学，2012年5刘伟新型低功耗电流模式开关电源电路研究D成都电子科技大学；20056沙占友，王彦明，葛佳怡等开关电源的新技术及其应用J电力电子技术，20036第37卷第3期P69。7苑国良开关电源发展的新趋势J机电一体化20021第8卷第1期P1718。8林飞,杜欣电力电子应用技术的MATLAB仿真M北京中国电力出版社,20089何希才，张明莉新型稳压电源及应用实例M北京电子工业出版社，200410杨荫福，段善旭电力电子装置及系统M北京清华大学出版社，200611林渭勋现代电力电子电路M杭州浙江大学出版社，200212严海旭一种双向DCDC变换器的设计与研究D南京南京林业大学，201213陈坚电力电子学电力电子变换和控制技术M北京高等教育出版社，200214陈学清,林裕雄,黄俊来双向DCDC变换器的应用及电路拓扑概述J大众科技，2008，（10）48，49，4715黄杰辉，王明渝，周峰车用双向DCDC变换器的仿真研究J计算机仿真，2006，231031532116何希才稳压电源电路的设计与应用M北京中国电力出版社，200617郜佳辉大功率低压大