开关电源毕业设计开题报告 48V10A高频开关电源设计

本科毕业设计开题报告 题 目 48V 10A 高频开关电源设计 专 题 院 系 电气与信息工程学院 班 级 自动化 09 2 班 姓 名 学 号 2009021870 指导教师 教师职称 教授 黑龙江科技大学本科毕业设计开题报告黑龙江科技大学本科毕业设计开题报告 题 目48V 10A 高频开关电源设计 来源工程实际 一 研究目的和意义 通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展 开关电源在通信系统中处于核心地位 并 已成为现代通信供电系统的主流 在通信领域中 通常将高频整流器称为一次电源 而将直流 直流 DC DC 变换器称为二次电源 随着大规模集成电路的发展 要求电源模块实现小型化 因而需要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构 这就对高频开关电源技术提出了更高的要 求 本课题设计的开关电源体积小 重量轻 工作频率高 功率因数高 效率高 节省能源 纹 波小 噪音低 便于采用公道而又灵活的配置 二 国内外发展情况 文献综述 各种电力电子设备中 都需要有电源供给其所需的能量 所以供电电源质量的好坏直接影响 到电力电子设备能否安全可靠的运行 电力电子设备常用的直流稳压电源分为线性电源和开关电 源两大类 线性稳压电源是一种连续控制型电源 它具有稳定性好 输出电压精度高 输出纹波 电压小等优点 但其隔离变换部分必须使用体积重量都很大的工频变压器 而且开关管的损耗比 较大 使得线性电源效率降低 实用性不高 开关电源是通过开关管的开通和关断来工作的一种 直流稳压电源 它具的效率高 体积小 重量轻 可靠性和稳定性都较好 对输入电压波动不敏 感等优点而广泛应用在现代电力电子设备中 随着科学技术的进一步发展 现阶段电子设备的精 密化和集成化程度越来越高 这就对供电电源的要求越来越高 所以在需要直流供电电源的系统 中 开关电源已逐渐取代线性电源而处于最重要的地位 并且取得了快速的发展 代表着今后供 电电源的发展方向 从开关电源出现以来 其发展大致经历了以下几个阶段 最早出现的开关电源是由分立器件 组成的 其开关速度慢 效率低 并且电路复杂 所含器件多 稳定性差 设计和调试都很不容 易 20 世纪 70 年代由于大集成电路的出现和不断发展 人们实现了开关电源控制电路的集成化 从而开关电源的体积减小 效率和稳定性得到了很大的提高 20 世纪 80 年代研制成功了单片开 关电源 它可以将开关电源的基本功能通过一个集成 IC 来实现 这种电源属于一种高度集成化 的交流一直流变换器 如今 随着各种类型开关电源集成电路的不断发展和控制芯片功能的不断 完善 电源的集成化程度越来越高 其效率和稳定性也不断的得到提高 三 研究 设计的目标 在本系统中 先通过对高频开关电源的主电路拓扑结构的分析 并结系统的技术参数 确定 系统的主电路拓扑 设计出主电路 然后 通过用 Saber Simulator 对系统的动态性能进行仿真 分析 并结合系统的具体情况 设计出滤 整流 软启动和保护控制部分 本课题所要研究的就是一种用于电信系统的高频开关电源 本系统要到的技术指标如下 输入电压 220V 10 电网频率 50HZ 10 功率因素 0 99 输出标称电压 48VDC 输出额定电流 10A 稳压精度 0 5 稳流精度 0 5 纹波系数 0 1 均流不平衡度 3 输入过压保护 311V 5V 输出欠压保护 48V 2V 效率 90 开关频率 80KHz 输出电压纹波峰值 0 24V 四 设计方案 研究 设计方法 理论分析 计算 实验方法和步骤等 根据框图所示 本文设计的 48V 10A 高频开关电源设计主要可以分为以下几个部分 1 输入保护 由保险丝和热敏电阻组成 防止由于电源短路所产生的大电流以及输入的冲 击电流对电路中器件的影响 2 输入整流滤波器 输入滤波器消除来自电网的各种干扰 如电机的起动 电气设备的开通 与关断 雷电等产生的尖峰脉冲干扰 同时也可以防止开关电源本身所产生的高频噪声向电网扩 散而污染电网 当电网瞬时断电时 滤波电容器储存的能量能使开关电源的输出维持一段时间 输入整流器将电网输入的交流电进行整流 为开关变换器提供波纹较小的直流电 3 整流与滤波 将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电 以供下一级变换 高频开关变换器 DC AC 它是开关电源的最主要的部分 可以把直流电变换成高频率的矩 形方波交流电 再经过高频变压器变成所需要的隔离输出交流电 4 输出整流滤波器 将开关变换器输出的高频交流电整流滤波得到满足输出标准的直流电 同时还防止高频干扰信号对负载的影响 电路原理与输入整流滤波器相同 5 控制电路 控制电路由专用控制芯片 反馈电路和保护电路组成 反馈电路将输出端的 采样信号以基准电路的比较值送到控制芯片 控制器就可以实时监测输出值的变化 通过调节输 出的脉冲宽度 可以使输出保持稳定 当开关电源的各种工作条件和状态超过所设定的极限值时 保护电路就可以将保护信号送到控制器 使开关电源停止或暂停工作以保护设备 6 保护电路 除了提供保护电路中正在运行中各种参数外 还提供各种显示仪表资料 7 辅助电源 为控制电路和保护电路中的器件和比较器提供满足一定技术要求的直流电压 以保证它们工作稳定可靠 辅助电源可以设计成独立型 也可以由开关电源本身产生 8 显示 对输出的电压 电流进行实时监控和显示 其系统框图如下 市 电 EMI 滤波 相移ZVS PWM 变换器 全桥 整流 高频变 压器 Boost型 PFC单元 全波整 流电路 基于UC3875的 驱动电路 输出滤 波电路 输出 电压 取样 电流 取样 AD 转换 AT89C52数 据处理 电压 电 流显示 输入 过压 保护 过流 保护 输出过 压保护 基于UC3854的 驱动电路 辅助 电源 高频开关电源的设计框图 五 方案的可行性分析 随着大规模集成电路的发展 要求电源模块向小型化 高频化 集成化 智能化等方向发展 因而需要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构 这就对高频开关电源技术提出了更高的要 求 因此软开关技术 功率因数校正技术及多电平技术是近年来变换器拓扑方面的热点 通信电源是电信网的能源 其供电质量的好坏直接关系到整个电信网的畅通 本课题首先分 析了近年来国内外高频通信开关电源的发展状况 在理论分析和电路实验的基础上 本文采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力 有助于变换器效率的提高 采用 PFC 技术可以提高 AC DC 变换器的输入功率因数 减少对电网的谐波污染 系统以 MOS 管作为功 率开关器 构成移相全桥 ZVS PWM 直流变换器 采用脉宽调制 PWM 技术 PWM 控制信号由集成控 制器 UC3875 产生 从输出实时采样电压反馈信号 以控制输出电压的变化 控制电路和主电路 之间用变压器进行隔离 并设计了软启动和过流保护电路 利用仿真软件 Saber Simulator 仿真 分析设计中的数据 加以进行验证修改 分析该系统能安全可靠运行 达到了设计要求 六 该设计的创新之处 本设计的创新之处在于用基于 UC3854 的功率因数器 优化了电路的主要参数 零电位开关 相 相移脉宽调制零电压开关谐振 PS ZVS PWM 和以集成控制器 UC3875 芯片为核心的控制电 路实现了功率开关管的零电压开通和近似零电压关断 研制出高效率 达 93 高稳定度 0 5 高可靠性 低电磁干扰的高频开关整流模块使高频开关电源小型化 高频化 80KHz 集成化 高效化 大于等于 90 安全化 一系列保护电路 七 设计产品的主要用途和应用领域 开关电源在通信系统中处于核心地位 并已成为现代通信供电系统的主流 本设计的高频开关 电源的输出电压十分适用于通信设备的所需电源电压 可以广泛地用于通信业 也可以用于无线 及航天等领域 八 时间进程 第一周 选择设计题目 并搜集相关资料 第二周 图书馆 网上查找资料 第三周 初步确定设计任务 第四周 撰写开题报告并准备答辩 第五周 开题答辩 第六周 设定总体的设计方案 第七周 输入电路设计 第八周 功率因素校正 PFC 设计 第九周 直流变换器设计 第十周 高频变压器设计 第十一周 控制电路设计 第十二周 输出滤波电路设计 第十三周 辅助电路设计 第十四周 功率因素校正 PFC 模型仿真与分析 第十五周 移相全桥 ZVZCS 变换器模型仿真与分析 第十六周 整理并撰写论文 第十七周 准备答辩 第十八周 答辩 九 参考文献 1 陈治明等 电力电子技术的回顾与前瞻 J 电源技术应用 1999 2 2 布朗 开关电源设计指南 徐德鸿等译 M 北京 机械工业出版社 2004 3 张乃国 开关电源功率变压器的设计 J 电源技术应用 2000 1 4 张为佐 漫话功率半导体器件四十年 J 电源技术应用 1998 年合定 本 1 2 5 张廷鹏等 通信用高频开关电源 M 北京 人民邮电出版社 1997 6 李鹏 何文忠 开关电源电磁干扰滤波器设计 J 激光与红外 2001 7 李靖 中国开关电源市场及产业发展分析 J 电源技术应用 1999 6 8 谭宗振 开关整流器概述 J 电源技术应用 2002 6 9 杨德刚等 软开关技术回顾与展望 J 电力电子技术 1998 2 10 叶慧贞等 新颖开关稳压电源 M 北京 国防工业出版社 1999 6 11 吴济钧 电力半导体器件及其模块的发展趋势 J 电源技术应用 12 张廷鹏 吴铁军 徐明 张生舟 通信用高频开关电源 M 北京 人民邮电出版社 1997 13 叶慧贞等 开关稳压电源 M 北京 国防工业出版社 1990 7 14 冯旭 30KHZ 高频开关电源变压器的设计 J 电源技术应用 1999 8 15 杨志民等 开关电源的尖峰干扰及其抑制 J 电源技术应用 2000 8 16 Phase shift resonant controller Unitrode 公司资料 UC1875 2875 3875 17 刘章莉等 UC3875 移项谐振控